高中生物專(zhuān)題講義《遺傳信息的傳遞和表達(dá)》

遺傳信息的傳遞和表達(dá)學(xué)員編號(hào)：年級(jí)：高二課時(shí)數(shù)：1學(xué)員姓名：輔導(dǎo)科目：生物學(xué)科教師：課程主題：遺傳信息的傳遞和表達(dá)授課時(shí)間：學(xué)習(xí)目標(biāo)對(duì)遺傳物質(zhì)的認(rèn)識(shí)；DNA的復(fù)制，轉(zhuǎn)錄，翻譯以及中心法則及其發(fā)展。教學(xué)內(nèi)容內(nèi)容回顧內(nèi)容回顧生長(zhǎng)素調(diào)節(jié)作用的兩重性：低濃度促進(jìn)生長(zhǎng)，高濃度抑制生長(zhǎng)、受害或死亡，如除草劑的使用。知識(shí)精講知識(shí)精講知識(shí)點(diǎn)一：遺傳物質(zhì)【知識(shí)梳理】一、遺傳信息1、DNA是遺傳物質(zhì)（1）遺傳物質(zhì)的條件：①分子結(jié)構(gòu)具有相對(duì)穩(wěn)定性；②能夠精確地自我復(fù)制使前后代保持一定的連續(xù)性；③能夠指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，從而控制新陳代謝的過(guò)程和性狀；④能夠產(chǎn)生可遺傳的變異。2、實(shí)驗(yàn)證明：（1）噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)證明：侵染過(guò)程：吸附→注入→復(fù)制（合成）→組裝→釋放；實(shí)驗(yàn)過(guò)程：實(shí)驗(yàn)方法——同位素標(biāo)記法；①用35S標(biāo)記噬菌體蛋白質(zhì)進(jìn)行侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌內(nèi)無(wú)放射性；②用32P標(biāo)記噬菌體的DNA進(jìn)行侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌內(nèi)有放射性，子代噬菌體也有放射性。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：DNA是遺傳物質(zhì)，DNA能自我復(fù)制，DNA能指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成；但不能證明DNA是主要遺傳物質(zhì)、蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)。（注意：子代噬菌體蛋白質(zhì)外殼、DNA元素來(lái)源）（2）肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化試驗(yàn)：肺炎雙球菌類(lèi)型：S型菌有莢膜菌，具致病性；R型菌無(wú)莢膜菌，無(wú)致病性；實(shí)驗(yàn)過(guò)程：a.活S型菌→小鼠死亡；b.活R型菌→小鼠不死；c.死S型菌→小鼠不死；d.死S型菌+活R型菌→小鼠死亡；f.從死S型菌中提取蛋白質(zhì)、RNA、多糖、脂質(zhì)、DNA等物質(zhì)+活R型菌，只有加入DNA的可以使活的R型菌轉(zhuǎn)變成活的S型菌。（實(shí)驗(yàn)更具科學(xué)性時(shí)應(yīng)再加一組：DNA+DNA水解酶+活的R型菌）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：DNA是遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)、RNA、多糖、脂質(zhì)等物質(zhì)不是遺傳物質(zhì)。DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)（1）DNA的化學(xué)組成：①基本單體：1脫氧核苷酸=1脫氧核糖+1磷酸+1含氮堿基，含氮堿基有腺嘌呤A、鳥(niǎo)嘌呤G、胞嘧啶C、胸腺嘧啶T四種；②平面結(jié)構(gòu)：是由四種脫氧核苷酸分子聚合而成的脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈。（2）DNA的立體結(jié)構(gòu)：①外側(cè)：磷酸與脫氧核糖交互排列的順序穩(wěn)定不變。②內(nèi)側(cè)：堿基互補(bǔ)配對(duì)方式不變，A與T配對(duì)，G與C配對(duì)，并以氫鍵相連接。③兩條長(zhǎng)鏈通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)方式相互連接，構(gòu)成規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。（3）DNA的特點(diǎn)：穩(wěn)定性、多樣性、特異性。3、蘊(yùn)藏在DNA分子中的遺傳信息：（1）基因：是決定生物的基本單位，是攜帶遺傳信息，并具有遺傳效應(yīng)的DNA片段。每個(gè)DNA分子中含有很多個(gè)基因，每個(gè)基因由成百上千對(duì)脫氧核苷酸組成。（2）性狀：指生物體的形態(tài)、生理和行為等。（3）遺傳信息：指基因中脫氧核苷酸的排列順序。（4）基因的功能：具有控制蛋白質(zhì)合成的功能，基因控制生物的性狀是通過(guò)控制蛋白質(zhì)的合成來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（5）基因、DNA、脫氧核苷酸、染色體間的關(guān)系：磷酸+脫氧核糖+含氮堿基→脫氧核苷酸→基因→DNA（上有很多個(gè)基因）)+蛋白質(zhì)→染色體二、DNA復(fù)制和蛋白質(zhì)合成1、DNA復(fù)制（1）DNA復(fù)制是上圖中的1（序列）。概念：是指以DNA分子為模板，合成相同DNA分子的過(guò)程。過(guò)程：解旋→合成子鏈(按照堿基配對(duì)原則，A與T、G與C)→聚合→螺旋。特點(diǎn)：邊解旋邊復(fù)制和半保留復(fù)制。時(shí)期：有絲分裂間期、減數(shù)第一次分裂間期。條件：模板（DNA分子兩條鏈）、原料（游離的脫氧核苷酸）、能量（ATP）、酶（DNA解旋酶、DNA聚合酶）【注意】：DNA復(fù)制n次，所需某種原料數(shù)量的計(jì)算：aX(2n-1）DNA第n次復(fù)制，所需某種原料數(shù)量的計(jì)算：aX(2n-1）蛋白質(zhì)合成（基因的表達(dá)）（1）轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄是上圖中的2（序列）。①RNA結(jié)構(gòu)：由磷酸、核糖和含氮堿基(AUGC)組成；②種類(lèi)：有mRNA（信使RNA）、tRNA（轉(zhuǎn)移RNA）和rRNA（核糖體RNA）三種。③概念：指以DNA分子中的一條多核苷酸鏈為模板合成RNA的過(guò)程稱(chēng)為轉(zhuǎn)錄。④過(guò)程：見(jiàn)右圖⑤條件：模板（DNA分子一條鏈）、原料（游離的核糖核苷酸）、能量（ATP）、酶（RNA聚合酶）（2）翻譯翻譯是上圖中的5（序列）。①概念：以mRNA為模板，合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)的過(guò)程稱(chēng)為翻譯。②遺傳密碼：在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行，它是以mRNA為模板，以tRNA為運(yùn)載工具，使氨基酸在核糖體內(nèi)按照一定的順序排列起來(lái)，合成蛋白質(zhì)的過(guò)程。③密碼子：共64個(gè)概念：mRNA分子中可決定一種氨基酸的每三個(gè)相鄰堿基。種類(lèi)：終止密碼子：共3個(gè)，UAA、UAG、UGA起始密碼子：共2個(gè)，AUG、GUG編碼氨基酸的密碼子：共61個(gè)；mRNA反密碼子氨基酸細(xì)胞核tRNA密碼子核糖體mRNA反密碼子氨基酸細(xì)胞核tRNA密碼子核糖體【注意】①tRNA是翻譯過(guò)程中的一種重要工具，可循環(huán)利用：因?yàn)橐粋€(gè)tRNA“空載”以后，會(huì)脫離核糖體，再找相應(yīng)的氨基酸結(jié)合，又成為轉(zhuǎn)運(yùn)某種氨基酸的tRNA,實(shí)現(xiàn)自身的循環(huán)利用。②少量的mRNA可以迅速合成大量蛋白質(zhì)：因?yàn)閙RNA是翻譯的模板，可以由多個(gè)核糖體沿著一條mRNA進(jìn)行翻譯，因此可以迅速合成大量蛋白質(zhì)。三、中心法則及其發(fā)展1、概念：遺傳信息從DNA傳遞給RNA，再由RNA決定蛋白質(zhì)合成，以及遺傳信息由DNA復(fù)制傳遞給DNA的規(guī)律稱(chēng)為“中心法則”。2、中心法則：三個(gè)過(guò)程注意箭頭1——DNA復(fù)制2——轉(zhuǎn)錄5——翻譯3——逆轉(zhuǎn)錄（需要逆轉(zhuǎn)錄酶）4——RNA的自我復(fù)制3和4僅見(jiàn)于RNA病毒?！纠}精講】例1.遺傳信息的傳遞和表達(dá)科學(xué)家把遺傳信息在細(xì)胞內(nèi)生物大分子間的傳遞規(guī)律稱(chēng)為“中心法則”。圖13和圖14表示遺傳信息在細(xì)胞中的傳遞過(guò)程，其中羅馬字母表示物質(zhì)，數(shù)字表示過(guò)程。據(jù)圖回答。圖13圖141、圖13中②和④依次表示遺傳信息傳遞的過(guò)程。2、圖14表示圖13中的過(guò)程①，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)之為。圖14中的過(guò)程⑤，稱(chēng)為。3、在進(jìn)行“DNA分子模型的搭建”實(shí)驗(yàn)中，如果以圖14中的Ⅰ鏈為模板，在制作DNA分子另一條多核苷酸鏈時(shí)，一定要遵循的原則是。4、若圖14中Ⅱ鏈的部分序列為-ACTG-，以其為模板合成的RNA鏈的堿基序列為。【答案】1．轉(zhuǎn)錄和翻譯。2．復(fù)制；解旋。3．堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。4．-UGAC-。例2.下圖為真核細(xì)胞中多聚核糖體合成蛋白質(zhì)的示意圖，下列說(shuō)法正確的是（）A．上圖表示翻譯過(guò)程，核糖體移動(dòng)方向是從右到左B．①上的四種脫氧核苷酸可組合成64種代表20種氨基酸的密碼子C．①上的一個(gè)密碼子只決定一種氨基酸，一種氨基酸只由一種tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)D．若①中有一個(gè)堿基發(fā)生改變，則合成的多肽鏈的結(jié)構(gòu)一定發(fā)生改變【答案】A例3.下圖為人體細(xì)胞的分裂、分化、衰老和凋亡過(guò)程的示意圖，圖中①—⑥為各個(gè)時(shí)期的細(xì)胞，a—e表示細(xì)胞所進(jìn)行的生理過(guò)程。據(jù)圖分析，下列敘述正確的是（）A．a(chǎn)、b、c過(guò)程中遺傳信息的表達(dá)有所不同B．⑤與⑥的基因型相同，控制合成的蛋白質(zhì)也相同C．細(xì)胞⑥內(nèi)遺傳信息的流動(dòng)方向可以為DNA→DNA（復(fù)制）D．一般情況下，細(xì)胞分化是可逆的【答案】A例4.遺傳信息的傳遞和表達(dá)染色體是遺傳物質(zhì)DNA的載體，圖19為染色體、DNA和基因的關(guān)系圖。1．圖中①表示________。2．已知某RNA的部分序列為-AUGCA-，則轉(zhuǎn)錄該RNA的模板鏈對(duì)應(yīng)堿基序列是_____。3．從圖19可知DNA和基因的數(shù)量關(guān)系為_(kāi)______。4．基因1和基因2的差異表現(xiàn)在_______。A．堿基的配對(duì)方式B．基因的空間結(jié)構(gòu)C．脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)D．脫氧核苷酸的排列順序5．染色體主要由DNA和________組成，圖19所示的染色體上有________個(gè)DNA分子。6．若基因1中有一個(gè)堿基A替換為G，則下列現(xiàn)象一定會(huì)發(fā)生的是________（可多選）A．該基因控制的性狀發(fā)生變化B．該基因的脫氧核苷酸序列改變C．該基因表達(dá)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化D．該基因轉(zhuǎn)錄出的RNA序列改變【答案】1.脫氧核糖（五碳糖）2．TACGT3．一個(gè)DNA分子上有多個(gè)基因4．D5．蛋白質(zhì)（組蛋白）26．BD【課堂練習(xí)】1．成年人體內(nèi)絕大多數(shù)處于分化終端的各種細(xì)胞（）A．基因表達(dá)相同 B．遺傳信息相同C．mRNA種類(lèi)相同 D．蛋白質(zhì)種類(lèi)相同tRNA④【答案】tRNA④2.回答有關(guān)遺傳信息傳遞和表達(dá)的問(wèn)題。（11分）圖一是基因控制蛋白質(zhì)合成過(guò)程示意圖。請(qǐng)據(jù)圖回答有關(guān)問(wèn)題。1、圖一中①表示酶，該酶在細(xì)胞核中催化的合成反應(yīng)過(guò)程稱(chēng)為_(kāi)_______________。合成的產(chǎn)物依照功能不同可分為三種，分別是______________________。2、圖一中在結(jié)構(gòu)⑤中完成的過(guò)程需要以mRNA為模板，還需要[④]___________、tRNA以及____________________等（至少寫(xiě)2點(diǎn)）。鐵蛋白是細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)存多余Fe3+的蛋白，鐵應(yīng)答元件參與鐵蛋白的合成，F(xiàn)e3+濃度可影響鐵蛋白的合成。鐵蛋白合成調(diào)節(jié)過(guò)程如圖26。圖26圖263、圖26中甘氨酸的密碼子是__________，鐵蛋白基因中決定“…—eq\o\ac(○,甘)—eq\o\ac(○,天)—eq\o\ac(○,色)—…”的基因片段堿基序列為_(kāi)____________。4、圖中的鐵應(yīng)答元件的物質(zhì)屬性是（）A．mRNA上的特異性序列B．一種蛋白質(zhì)C．一種輔酶D．一種tRNA5、鐵調(diào)節(jié)蛋白只能與鐵應(yīng)答元件結(jié)合，而不能與mRNA的其余部分結(jié)合，其決定性的因素是鐵調(diào)節(jié)蛋白的___________。6、現(xiàn)發(fā)現(xiàn)鐵蛋白分子中的色氨酸變成了亮氨酸（密碼子為UUA、UUG、CUU、CUC、CUA、CUG），其實(shí)質(zhì)是DNA模板鏈上的一個(gè)堿基發(fā)生了突變，突變的堿基是由______變?yōu)開(kāi)____?！敬鸢浮?、轉(zhuǎn)錄mRNA、rRNA、tRNA2、氨基酸ATP和酶3、GGU-GGTGACTGG--CCACTGACC-（2分）4、A（2分）5、空間結(jié)構(gòu)6、C變?yōu)锳（1分）比較內(nèi)容復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯時(shí)間細(xì)胞分裂間期生物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中場(chǎng)所細(xì)胞核細(xì)胞核細(xì)胞質(zhì)中（主要：核糖體）模版DNA分子兩條鏈DNA分子的一條鏈mRNA原料分別含A、T、G、C堿基的四種脫氧核苷酸分別含A、U、G、C堿基的四種核糖核苷酸約20種氨基酸條件酶和能量酶和能量酶和能量產(chǎn)物兩個(gè)子代DNA分子一個(gè)RNA分子合成多肽鏈，形成蛋白質(zhì)產(chǎn)物去向傳遞到子細(xì)胞離開(kāi)細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)組成細(xì)胞結(jié)構(gòu)蛋白和功能蛋白特點(diǎn)邊解旋邊復(fù)制邊解旋邊轉(zhuǎn)錄逐漸翻譯1．如圖為病毒X侵染宿主細(xì)胞過(guò)程的示意圖。A～F表示物質(zhì)，a~h表示過(guò)程。（1）過(guò)程a、b分別是__________、__________；（2）物質(zhì)D是_________，過(guò)程e稱(chēng)為_(kāi)___________。物質(zhì)F是_______。（3）請(qǐng)據(jù)圖寫(xiě)出中心法則的有關(guān)部分，過(guò)程名稱(chēng)用圖中的編號(hào)表示。___________________。（4）病毒X能否侵染噬菌體？為什么？_____________________?！敬鸢浮浚?）逆轉(zhuǎn)錄（逆轉(zhuǎn)錄的）DNA雙鏈整合到宿主染色體中（2）病毒X的mRNA組裝宿主的mRNA（3）（4）不能，因?yàn)椴《緵](méi)有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，其增殖所需原料、酶、能量、場(chǎng)所（結(jié)構(gòu)）均來(lái)自具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的宿主細(xì)胞。2.下圖為基因控制蛋白質(zhì)合成過(guò)程的示意圖，有關(guān)該圖的敘述不正確的是（）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移RNAA．該圖表示的是真核細(xì)胞內(nèi)基因控制蛋白質(zhì)合成的過(guò)程B．圖中的信使RNA是以DNA分子中的①鏈為模板轉(zhuǎn)錄而來(lái)C．圖中參與蛋白質(zhì)合成的RNA只有信使RNA和轉(zhuǎn)移RNAD．圖中蛋白質(zhì)多肽鏈中肽鍵的形成部位是在核糖體【答案】C3.回答下列基因工程的問(wèn)題。100多年前，“疫苗之父”巴斯德開(kāi)創(chuàng)了第一次疫苗革命，其特點(diǎn)是接種滅活或減毒的病原微生物。20世紀(jì)70年代開(kāi)始，現(xiàn)代生物技術(shù)的迅猛發(fā)展開(kāi)創(chuàng)了第二次疫苗革命，使疫苗的研制進(jìn)入分子水平。圖26是1986年通過(guò)基因工程制備乙型肝炎表面抗原（HbsAg）從而獲得乙肝疫苗的過(guò)程。乙肝病毒乙肝病毒乙肝表面抗原基因①②③大腸桿菌④⑤大腸桿菌乙肝表面抗原乙肝表面抗原⑥⑦圖26在圖26步驟①和③的過(guò)程中，需要用合適的限制酶切割乙肝表面抗原基因和質(zhì)?！，F(xiàn)將乙肝表面抗原基因及質(zhì)粒的部分限制酶的識(shí)別序列及位置表示為圖27。質(zhì)粒中的啟動(dòng)子是質(zhì)粒中基因得以正常表達(dá)所必需的部分。lacZ基因合成某種酶，該酶能將無(wú)色染料X-gal變成藍(lán)色，最終能在無(wú)色染料X-gal的培養(yǎng)基上將含該基因的菌落染成藍(lán)色。限制酶EcoRBclⅠBamHⅠHindⅢ識(shí)別序列及切割位點(diǎn)G↓AATTCT↓GATCAG↓GATCCA↓AGCTT圖圖27乙肝表面抗原基因BclⅠHindⅢEcoREcoRpuc18LacZ基因BamHⅠBclⅠHindⅢEcoR啟動(dòng)子氨芐青霉素