第4章 基因的表达(学案、自助)

【重点辨析】

复制转录翻译场所细胞核细胞核细胞质

模板DNA的两条链DNA的一条链mRNA

原料4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸氨基酸

酶DNA解旋酶、DNA聚合酶DNA解旋酶、RNA聚合酶缩合反应的酶

产物两个子代DNA mRNA 多肽链（蛋白质）

信息传递DNA→DNA DNA→mRNA mRNA→蛋白质

★公式：基因（或DNA）的碱基数目：信使RNA的碱基数目：氨基酸个数=6：3：1；

【例题解析】

1.下列为某一段多肽链和控制它合成的DNA双链的一段。“—甲硫氨酸—脯氨酸—苏氨酸—甘氨酸—缬氨酸—”。密码表：

甲硫氨酸：AUG脯氨酸：CCA、CCC、CCU苏氨酸：ACU、ACC、ACA

甘氨酸：GGU、GGA、GGG缬氨酸：GUU、GUC、GUA

根据上述材料，下列描述中，错误的是（）

A.这段DNA中的①链起了转录模板的作用

B.决定这段多肽链的遗传密码子依次是AUG、CCC、ACC、GGG、GUA

C.这条多肽链中有4个“—CO—NH—”的结构

D.若这段DNA的②链右侧第二个碱基T为G替代，这段多肽中将会出现两个脯氨酸

解析：该多肽链的起始氨基酸是甲硫氨酸，密码子为AUG，所以相对应的基因上的碱基排列顺序为TAC，由此推知这段DNA中①链起转录模板的作用；在多肽链上第2个氨基酸是脯氨酸，密码子是以C开头，所以转录是从左侧开始的，因此决定这段多肽链的遗传密码子依次是AUG、CCC、ACC、GGG、GUA；该多肽含有5个氨基酸，其中的肽键（—CO—NH—）数为n-1=5-1=4。若这段DNA 的②链右侧第二个碱基T为G替代，则在模板链上的碱基对应变化成CCT，则对应的密码子变成GGA，决定的氨基酸是甘氨酸，所以突变后的多肽链中将会有两个甘氨酸。答案：D

2.某信使RNA分子中，尿嘧啶占20％，腺嘌呤占10％，那么转录成该信使RNA的模板DNA片段中碱基胞嘧啶占（）

A.25％

B.30％

C.35％

D.70％

解析：我们知道，信使RNA分子是通过DNA分子上基因的一条链转录而来的，那么信使RNA分子中碱基的比率与模板链的碱基比率是相对应的，根据题意，U占20％，A占10％，则基因模板链中的A＋T就占该链的30％。而根据碱基互补配对原则，基因中一条链的A+T占该链的比率与另一条链中的A+T占另一条链的比率及整个基因中A+T的比率是相等的，即整个基因中A+T占全部碱基的30％，那么G+C就占全部碱基的70％，又因为G＝C，所以胞嘧啶C占35％。答案：C

【习题练兵】

1．下列图4—3表示DNA传递遗传信息的某过程，请据图回答：

(1)试分析该过程表示_____________，主要发生于______________。

(2)该过程的模板链是几号链_____________。

(3)参与该过程所需原料为__________.___________._________.___________，必须在具有

______________________________等条件下才能正常进行。

遗传信息密码子反密码子

概念基因中脱氧核苷酸的

排列顺序

mRNA中决定一个氨基酸

的三个相邻碱基

tRNA上与mRNA密码子互补配

对的三个碱基

作用控制生物的遗传性状直接决定蛋白质中的氨

基酸序列

识别密码子，转运氨基酸

种类基因中脱氧核苷酸种

类、数目和排列顺序

的不同，决定了遗传

信息的多样性

64种

61种：能翻译出氨基酸

3种：终止密码子，不能

翻译氨基酸

61种

联系

①基因中脱氧核苷酸的序列?

?→

?决定mRNA中核糖核苷酸的序列

②mRNA中碱基序列与基因模板链中碱基序列互补

③密码子与相应反密码子的序列互补配对

编辑：邵成成

校对：王超

审核：高一生物自助

4.1基因指导蛋白质的合成

2.根据下图回答下列问题：

（1）在图中Y链上各节的碱基顺序（由上到下）是。

（2）Z链从细胞核移到细胞质中，是通过核膜上的；再在细胞质中与某种细胞器结合，这种细胞器的名称是，功能是合成。

（3）若X链是Z链的模板，则Z的碱基顺序由上至下是。

（4）建立DNA分子立体模型的科学家沃森和克里克认为DNA分子的空间结构是。参考答案：

1. （1）转录细胞核（2）②

（3）腺嘌呤核糖核苷酸、鸟嘌呤核糖核苷酸、胞嘧啶核糖核苷酸、尿嘧啶核糖核苷酸模板、解旋酶、RNA聚合酶、能量

2. （1）TACGA （2）核孔核糖体蛋白质（3）UACGA （4）双螺旋结构

【答案和提示】

（一）问题探讨

提示：此节问题探讨意在引导学生思考DNA在生物体内有哪些作用，又是如何发挥作用的。一种生物的整套DNA分子中贮存着该种生物生长、发育等生命活动所需的全部遗传信息，也可以说是构建生物体的蓝图。但是，从DNA到具有各种性状的生物体，需要通过极其复杂的基因表达及其调控过程才能实现，因此，在可预见的将来，利用DNA分子来使灭绝的生物复活仍是难以做到的。（二）思考与讨论一

1.提示：可以从所需条件、过程中的具体步骤和过程中所表现出的规律等角度来分析。例如，转录与复制都需要模板、都遵循碱基互补配对规律，等等。碱基互补配对规律能够保证遗传信息传递的准确性。

2.转录成的RNA的碱基序列，与作为模板的DNA单链的碱基序列之间的碱基是互补配对关系，与DNA双链间碱基互补配对不同的是，RNA链中与DNA链的A配对的是U，不是T；与DNA另一条链的碱基序列基本相同，只是DNA链上T的位置，RNA链上是U。

（三）思考与讨论二

1.最多能编码16种氨基酸。

2.至少需要3个碱基。

（四）思考与讨论三

1.对应的氨基酸序列是：甲硫氨酸—谷氨酸—丙氨酸—半胱氨酸—脯氨酸—丝氨酸—赖氨酸—脯氨酸。

2.提示：这是一道开放性较强的题，答案并不唯一，旨在培养学生的分析能力和发散性思维。通过这一事实可以想到生物都具有相同的遗传语言，所有生物可能有共同的起源或生命在本质上是统一的，等等。

3. 提示：此题具有一定的开放性，旨在促进学生积极思考，不必对答案作统一要求。可以从增强密码容错性的角度来解释，当密码子中有一个碱基改变时，由于密码的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸；也可以从密码子使用频

率来考虑，当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码一种氨基酸可以保证翻译的速度。

（五）思考与讨论四

1.提示：此题旨在检查对蛋白质合成过程的理解。可以参照教材中图4—6的表示方法来绘制。

2.提示：根据mRNA的碱基序列和密码子表就可以写出肽链的氨基酸序列。

（六）想像空间

DNA相当于总司令。在战争中，如果总司令总是深入前沿阵地直接指挥，就会影响他指挥全局。DNA被核膜限制在细胞核内，使转录和翻译过程分隔在细胞的不同区域进行，有利于这两项重要生命活动的高效、准确。

（七）练习

基础题

1.TGCCTAGAA；UGCCUAGAA；3；3；半胱氨酸、亮氨酸和谷氨酸。

2.C。

拓展题

1.提示：可以将变化后的密码子分别写出，然后查密码子表，看看变化了的密码子分别对应哪种氨基酸。这个实例说明密码的简并性在一定程度上能防止由于碱基的改变而导致的遗传信息的改变。

2.提示：因为几个密码子可能编码同一种氨基酸，有些碱基序列并不编码氨基酸，如终止密码等，所以只能根据碱基序列写出确定的氨基酸序列，而不能根据氨基酸序列写出确定的碱基序列。遗传信息的传递就是在这一过程中损失的。

【学习目标】

1. 解释中心法则

2. 举例说明基因与性状的关系 一、中心法则的提出： 1、提出者： 2、内容：

（1）DNA 复制：遗传信息从DNA 流向 （2）DNA 转录：遗传信息从DNA 流向 （3）RNA 翻译：遗传信息从RNA 流向 二、中心法则的发展

资料1说明： ； 资料2说明： ； 资料3说明： 。 中心法则的补充：

（1）遗传信息从RNA 流向RNA ，即__________________

（2）遗传信息从RNA 流向DNA ，即__________________此过程需要_________酶

三、基因、蛋白质与性状的关系 （一）基因对性状的控制 1、间接控制：

（1）机理：基因通过控制___________来控制________ ，进而控制生物体的性状。 （2）举例：豌豆粒形（圆粒、皱粒）与淀粉分支酶的合成有关

白化病是由于控制 的基因异常引起的。

2直接控制：

（1）机理：基因通过控制_____________直接控制生物体的性状 （2）举例：囊性纤维病（过程见书） 镰刀形细胞贫血症

（二）基因与性状的关系

1、生物体的有些性状是受 控制的，基因与性状并不都是简单的 。有些性状可能是由多个基因决定的（如人的身高）

2、表现型＝基因型＋环境因素 四、细胞质基因与细胞核基因的比较

项目 细胞质基因

细胞核基因

例子

人的线粒体疾病基因，水稻、玉米等的不育基因

人的白化病、血友病、色盲基因等

存在部位 线粒体、叶绿体、细菌质粒

细胞核

是否与蛋白质结合

否，DNA 分子裸露

与蛋白质结合成为染色体

结构 都是双链DNA 功能 都能复制、转录、翻译

数量 少 多

遗传方式 母系遗传

遵循孟德尔遗传规律

联系

（1）细胞质基因的活动受细胞核基因的控制、制约

（2）核基因的复制、转录在细胞核内进行，翻译在细胞质的核糖体上进行；质基因的复制、 转录、翻译均在细胞质的线粒体、叶绿体内完成，因为这两类细胞器中均有自己的核糖体 （3）生物的性状受核基因和质基因共同控制

编辑：王超

校对：邵成成 审核：

高一生物学案

4.2 基因对性状的控制

（ ） （ ）

编辑： 王 超 校对： 邵成成 审核：

高一生物自助

4.2基因对性状的控制

【答案和提示】

(一)问题探讨

1.水中的叶比空气中的叶要狭小细长一些。

2.这两种形态的叶，其细胞的基因组成应是一样的。

3.提示：为什么叶片细胞的基因组成相同，而叶片却表现出明显不同的形态？ （二）资料分析

1.没有。实验证据指出了原有的中心法则所没有包含的遗传信息的可能传递途径，是对原有中心法则的补充而非否定。

2.遗传信息从RNA 流向DNA 、从RNA 流向RNA 的结论是确信无疑的，而从蛋白质流向蛋白质的途径是有可能存在的。 （三）旁栏思考题

提示：此题旨在引导学生认识基因与生物的性状并非简单的一一对应关系。 （四）批判性思维

提示：此题旨在引导学生客观全面地评价基因决定论的观点，认识到性状的形成往往是内因（基因）与外因（环境因素等）相互作用的结果。 （五）技能训练

1.提示：翅的发育需要经过酶催化的反应，而酶是在基因指导下合成的，酶的活性受温度、pH 等条件的影响。

2.基因控制生物体的性状，而性状的形成同时还受到环境的影响。 （六）练习

基础题 1.A 。 2.（1）×；（2）×。（3）√。 拓展题

1.红眼基因正常是形成红眼的必要而非充分条件。红眼基因正常，并且其他涉及红眼形成的基因也正常时，果蝇的红眼才能形成；如果红眼基因不正常，即使所有其他涉及红眼形成的基因都正常，果蝇的红眼也不能形成。

2.提示：生物体内基因的数目多、作用方式复杂，难以单独对其进行研究，生物体的异常性状为科学家研究相关基因的作用提供了一个突破口，使科学家能够从异常性状入手，分析性状异常的个体的基因与正常个体的基因是否存在区别，存在哪些区别等问题，从而建立起性状与基因的对应关系。因为性状是由基因控制的，如果某一性状发生异常，并且能够稳定遗传，说明控制该性状

的基因发生了突变。根据异常性状的遗传方式，还可以分析出控制该性状的基因是位于性染色体上还是常染色体上，是显性还是隐性，并且可以预测这一性状将来的遗传规律。 【“中心法则”主要内容解读】

中心法则主要包括五个过程：①DNA 复制，②转录，③翻译，④逆转录，⑤RNA 复制。每一个过程都需要模板、原料、酶、能量，也都遵循碱基互补配对原则。具体比较如下表： 比较项目 DNA 复制 转录 翻译 逆转录 RNA 复制 模 板 DNA 的每一条链 DNA 的一条链 mRNA RNA

RNA

原 料 4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 20种氨基酸 4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸

酶 解旋酶、DNA 聚合酶等

RNA 聚合酶等

酶 逆转录酶、DNA 聚合酶等 RNA 聚合酶等 产 物 两个相同DNA 分子 mRNA

蛋白质(多肽)、水

DNA

RNA

能量 ATP 碱基互补配对原则 G →C ，C →G A →T ，T →A A →U ，T →A A →U ，U →A

A →T ，U →A

A →U ，U →A 实 例

乙肝病毒、动植物等

绝大多数生物

绝大多数生物 艾滋病病毒

甲型H1N1病毒等

【小结】

【学习目标】

说出遗传密码的阅读方式； 说出遗传密码的破译过程； 【重点难点】

遗传密码的破译过程；尼伦伯格和马太设计的蛋白质体外合成实验 【知识导航】

1．_______年________________提出了DNA 双螺旋结构模型 2.伽莫夫提出__________________________的设想 一．遗传密码的阅读方式：

1．方式: ①_________方式和②____________方式

2.写出下列DNA 序列以上述两种方式阅读后的密码子及决定氨基酸的个数 GGTTCGCACGCT

①密码子:____________________________________________________氨基酸个数:_____ ②密码子:____________________________________________________氨基酸个数_____ [思考]

1．当上图中的DNA 的第三个碱基T 发生改变时,如果密码是非重叠的,这一改变将影响_______个氨基酸;如果密码是重叠的,将影响 个氨基酸。

2．①在图中的DNA 的第三个碱基T 后插入一个碱基A,如果密码是非重叠的,这一改变将影响_______个氨基酸;如果密码是重叠的,将影响 个氨基酸。

②在图中的DNA 的第三个碱基T 后插入两个碱基,如果密码是非重叠的,这一改变将影响_______个氨基酸;如果密码是重叠的,将影响 个氨基酸。

③在图中的DNA 的第三个碱基T 后插入三个碱基,如果密码是非重叠的,这一改变将影响_______个氨基酸;如果密码是重叠的,将影响 个氨基酸。 二．克里克的实验证据

1．克里克是第一个．．．

用实验证明_________________________________________的科学家。 2．实验材料：_____________

3．实验过程：在相关的碱基序列中增加或删除一个或两个碱基,__________正常功能的蛋白质；当增加或删除三个碱基时，却_____________正常功能的蛋白质

4．结论：___________________________________________________________________。 三．遗传密码对应规则的发现

1．实验方法：_____________________________。 2．实验过程

[思考]

（1）被人类破译的第一个密码子编码的氨基酸是

A Tyr 酪氨酸

B Ser 丝氨酸

C Phe 苯丙氨酸

D Cys 半胱氨酸 （2）尼伦伯格和马太的实验可模拟“中心法则”的_____________过程。 （3）实验中加入的多聚尿嘧啶核苷酸本质上就是一种_______________。

（4）加入的细胞提取液除去DNA 和mRNA 的目的是_______________________________；

细胞提取液可以为该过程提供__________、___________、___________等。 （5）在实验中设置分别加入Tyr 、Ser 、Phe 、Cys 的另外三支试管起到__________作用。 （6）该实验能证明3个碱基编码一个氨基酸吗？___________

3．实验结论：______________________________________________________________。

编辑：王超 复查：邵成成 审核：

高一生物 学案

4.3遗传密码的破译

Tyr 酪氨酸 Ser 丝氨酸 Phe 苯丙氨酸 Cys 半胱氨酸

蛋白质体外合成的实验示意图

各管加入多聚 尿嘧啶核苷酸