必修2课题15：基因的表达 学案设计

必修2课题15：基因的表达

考纲：

1.理解遗传信息的转录和翻译的场所、原料、模板、过程、结构、特点等；

2.理解基因控制蛋白质的合成； 高考定位：

1.基因表达过程中碱基、氨基酸等数量的计算，基因表达的过程常结合其他知识考查，在高考生物试卷中考查频度大，分值高，难度适于能力考查；

2.考查染色体、DNA 和基因三者之间的关系；

3.考查基因控制蛋白质合成的过程和原理。 【预测题型】选择、分析、设计 1．什么是转录？什么是翻译？

【提醒】氨基酸、密码子和tRNA 之间的对应关系： 1种氨基酸：1至多种密码子决定；

1至多种tRNA 转运；1种密码子决定1种氨基酸； 1种tRNA 转运1种氨基酸。

61种tRNA 与61种密码子一 一对应； 2．图4－4、6：概述DNA 转录和翻译的过程。 【提醒】对比：DNA 复制、转录、翻译的不同。 3．简述中心法则的内容，并用合适的形式表示出来。 【提醒】查看该部分的错题，进行知识、技能改正。 【回扣教材】

1．教材63页图4－4转录过程图解。

2．教材65页学会使用密码子表并关注特殊密码子及与氨基酸的关系。

3．教材62页图4－1，教材63页图4－3和教材66页图4－5，借图识别不同RNA 及五碳糖。 4．教材66页图4－6蛋白质合成示意图。 5．教材67页图示及左边小字部分。 6．教材71页[技能训练]。

7．经典好题：教材67页中二拓展题；教材77页一中识图作答题和教材78页四中1题。

一、转录

（一）定义：在细胞核中，以DNA 的一条链为模板，合成RNA 的过程。 （二）时间：随时进行

（三）场所：真核生物——主要：细胞核 其次：线粒体、叶绿体 原核生物——细胞质：拟核、质粒 （四）条件：

1.模板：DNA 分子中的一条链（模板链、信息链）

2.原料：4种游离的核糖核苷酸

3.能量：A TP

4.酶：RNA 聚合酶

（五）产物——三种RNA （常见）——均参与蛋白质合成 1.mRNA ——信使RNA ——翻译的模版

①由基因转录而来，其碱基序列反映的是变相的遗传信息。

最新考纲 细解考点

核心素养

1.遗传信息的转录和翻译(Ⅱ)

2.基因与性状的关系(Ⅱ)

1.说明RNA 的种类、功能及DNA 与RNA 的不同

2.说明遗传信息的转录和翻译过程

3.比较遗传信息、密码子及反密码子的概念

4.说明中心法则的内容、基因对性状的控制方式及基因与性状的对应关系

1.生命观念——结构与功能观:结合DNA 双螺旋结构模型,阐明DNA 分子转录、翻译的过程

2.科学思维——模型与建模:运用中心法则,阐明DNA 分子上的遗传信息通过RNA 指导蛋白质合成的过程

3.社会责任——结合实例分析基因表达的异常情况

②只有mRNA上有密码子，其他都没有。

③同一生物体不同的组织细胞中，DNA相同，但mRNA不同。

2.tRNA——转运RNA——转运氨基酸（结构图见右侧）

①有61种。

②一种tRNA只能转运一种氨基酸，而反过来，一种氨基酸可以由一种或几种tRNA转运。

③tRNA与mRNA的关系

a.tRNA上的碱基与mRNA上的碱基是互补配对的。×

b. tRNA上的反密码子与mRNA上相应的一个密码子是互补配对的。√

3.rRNA——核糖体RNA——核糖体的组成成分

①用以构建核糖体。

②其形成与核仁有密切关系。

（六）过程要点

1.转录解旋时不需要解旋酶。(RNA聚合酶和DNA上面的启动子（就是一段特殊的碱基序列）结合，然后RNA 聚合酶自身发生变化，从而诱导转录的发生，使DNA双链解旋。也就是说，RNA聚合酶自身有诱导DNA解旋的能力。)

2.RNA聚合酶的作用位点也是磷酸二酯键。

3.转录时，DNA分子是局部解旋，局部转录的，转录后再恢复螺旋。

4.转录时，遵循碱基互补配对原则，配对关系有三种。A—U T—A C——G（正反）

5.无论是原核基因还是真核基因，转录时都是基因的编码区进行转录，非编码区不进行转录。

6.对于真核基因，编码区转录时，外显子和内含子都转录，形成前体mRNA后，将内含子转录出的片段切去，将外显子转录出的片段连接起来，形成成熟的mRNA。

（七）转录的准确性

1.正常情况下，转录可以准确无误地进行，因为遵循碱基互补配对原则。

2.异常情况下，转录也有可能发生差错，一旦发生差错，则有可能引起性状的改变，但不是一定，因为密码子具有简并性。

（八）类型题

A2和A不同：A2为腺嘌呤脱氧核苷酸

A为腺嘌呤核糖核苷酸

C2和C相同：都是胞嘧啶

二、翻译

（一）定义：游离在细胞质中的各种氨基酸以mRNA为模板，

合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。

（二）时间：随时进行

（三）场所：细胞质（主要核糖体）

（四）条件：

1.模板：mRNA

2.原料：约20种氨基酸

3.能量：ATP

4.酶

（五）产物：蛋白质（多肽）+水

（六）过程要点：

密码子反密码子

位置mRNA tRNA

构成都由三个碱基构成（A G C U）

种类 64种（61种决定氨基酸、3种不决定氨基酸）

（2种起始密码子——决定氨基酸；3种终止密码子——不决定氨基酸） 61种

关系

互补配对的

细节问题

①并非所有的密码子都有对应的反密码子（终止密码子无）。 ②密码子具有简并性，即一种氨基酸可以有多个密码子。

③密码子还具有通用性，即所有生物和细胞都共有一套密码子。

2.翻译过程也遵循碱基互补配对原则，配对方式有2种，A —U 、G —C 。

3.为了提高翻译的效率，一条mRNA 链上可以同时结合多个核糖体进行翻译。

(1)目的、意义：少量的mRNA 分子可以迅速合成出大量的蛋白质。

(2)方向：从左向右(见上图)，判断依据是根据多肽链的长短，长的翻译在前。 (3)结果：合成的仅是多肽链，要形成蛋白质还需要运送至内质网、高尔基体等

结构中进一步加工。

(4)提醒：图示中4个核糖体合成的4条多肽链因为模板mRNA 相同，所以合成

了4条相同的肽链，而不是4个核糖体共同完成一条肽链的合成，也不是合成出4条不同的肽链。

4.原核生物可以一边转录一边翻译，同时进行。

理由：①mRNA 形成后不需要加工可以直接使用。

②原核细胞没有核膜，转录和翻译在空间上没有界限，真核细胞不行。 5.翻译过程中mRNA 使用后立即解体，而tRNA 是可以重复利用的。

6.翻译时，必须从起始密码子开始，一旦遇到终止密码子，翻译立即结束。

7.其它补充：

(1)基因表达的含义：包括转录和翻译两个过程；表达的产物为蛋白质(包括结构蛋白和有催化作用的酶)。 (2)密码子的专一性和简并性保证翻译的准确性和蛋白质结构及遗传性状的稳定性。 (3)翻译进程：核糖体沿着mRNA 移动，读取下一个密码子，但mRNA 不移动。 (4)一个核糖体与mRNA 的结合部位形成2个tRNA 结合位点。 (5)翻译起点：起始密码子决定的是甲硫氨酸或缬氨酸。 （七）翻译的准确性

1.正常情况下，翻译可以准确进行，因为有碱基互补配对原则。

2.异常情况下，翻译可能发生差错，一旦发生差错，有可能导致性状变异。 （八）类型题

1．转录时，以DNA 的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，产生一条单链mRNA ，则转录产生的mRNA 分子中碱基数目是DNA 分子中碱基数目的一半，且模板链中A ＋T(或C ＋G)与mRNA 分子中U ＋A(或C ＋G)相等。 2．翻译过程中，mRNA 中每3个相邻碱基决定1个氨基酸，所以经翻译合成的蛋白质分子中氨基酸数目是mRNA 中碱基数目的1/3，是双链DNA 碱基数目的1/6。

3．蛋白质的有关计算

(1)蛋白质中氨基酸的数目＝肽键数＋肽链数。(肽键数＝失去的水分子数)

(2)蛋白质平均相对分子质量＝氨基酸的平均相对分子质量×氨基酸数－(肽键数×18)。

(3)若基因中有n 个碱基，氨基酸的平均相对分子质量为a ，合成含m 条多肽链的蛋白质的相对分子质量＝n

6

·a －

18(n 6－m )，若改为n 个碱基对，则公式为n 3·a －18(n 3

－m )。 提醒:解题时应看清是DNA 上(或基因中)的碱基对数还是个数；是mRNA 上密码子的个数还是碱基的个数；是合成蛋白质中氨基酸的个数还是种类。 【深挖教材】

(1)遗传信息的转录过程中也有DNA 的解旋过程,该过程需要解旋酶吗? 提示:不需要,RNA 聚合酶也有解旋功能。

(2)原核细胞中转录过程主要在哪里进行?

提示:拟核。

【深挖教材】

(1)起始密码子AUG决定甲硫氨酸,为什么蛋白质的第一个氨基酸往往不是甲硫氨酸?

提示:翻译生成的多肽链往往需进行加工修饰,甲硫氨酸在此过程中会被剪切掉。

(2)结合在一个mRNA上的多个核糖体合成的多条肽链相同吗?为什么?

提示:结合在一个mRNA上的多个核糖体合成的多条肽链相同,因为作为模板的mRNA相同。

【深度思考】遗传信息的复制和转录的单位相同吗?

提示:不相同,遗传信息的复制单位是DNA(或RNA),转录的单位是基因。

三、中心法则

(一)提出者：克里克

(二)主要内容(实线为主要内容，虚线为补充内容)

过程模板原料碱基互补产物实例

DNA复制DNA→DNA DNA的两条链

A、T、C、G四

种脱氧核苷酸

A—T T—A

C—G G—C

DNA 绝大多数生物

DNA转录DNA→RNA DNA的一条链

A、U、C、G四

种核糖核苷酸

A—U T—A

C—G G—C

RNA 绝大多数生物

翻译RNA→多肽mRNA 20余种氨基酸

A—U U—A

C—G G—C

多肽

所有生物(病毒依赖

宿主细胞)

RNA复制RNA→RNA RNA

A、U、C、G四

种核糖核苷酸

A—U U—A

C—G G—C

RNA

以RNA为遗传物质

的生物

RNA逆转录RNA→DNA RNA

A、T、C、G四

种脱氧核苷酸

A—T U—A

C—G G—C

DNA

某些致癌病毒（肉瘤

病毒）、HIV等

(1)以DNA为遗传物质的生物遗传信息的传递

(2)以RNA为遗传物质的生物遗传信息的传递(①多数、②极少数生物)

(三)含义：中心法则表示遗传信息的传递过程。

(四)细节问题：

1.五项内容都遵循碱基互补配对原则。

2.对于RNA病毒而言，极少数可以发生逆转录，绝大多数只能进行RNA复制，然后翻译。

3.HIV的遗传信息的传递途径是

或RNA→DNA→RNA→蛋白质。

4. HIV的逆转录发生在细胞质中，再将DNA移入细胞核；RNA作为遗传物质时，没有DNA稳定，RNA上的基因

更容易发生突变。

5.中心法则与基因表达的关系

(五)类型题

1.转录、翻译过程中DNA(基因)碱基数∶mRNA碱基数∶多肽链氨基酸数＝6∶3∶1。参考图解如下：

有关计算的关系式可总结为：蛋白质中氨基酸的数目＝参加转移的tRNA数目＝1/3mRNA的碱基数目＝1/6基因中的碱基数。

以上比例关系都是最大值，原因如下：

(1)DNA中有的片段无遗传效应，不能转录出mRNA。

(2)在基因片段中，有的片段起调控作用，不转录。

(3)转录出的mRNA中有终止密码子，终止密码子不对应氨基酸，所以基因或DNA上碱基数目比蛋白质氨基酸数目的6倍多。

2.识图析图

解读：(1)图示中1、8为转录过程；2、5、9为翻译过程；3、10为DNA复制过程；4、6为RNA复制过程；7为逆转录过程。

(2)若甲、乙、丙为病毒，则甲为DNA病毒，如噬菌体；乙为RNA病毒，如烟草花叶病毒；丙为逆转录病毒，

如HIV。

注意：

(1)逆转录一定要在逆转录酶的作用下完成。

(2)根据模板和原料即可确定是中心法则的哪一过程，如模板DNA，原料脱氧核糖核苷酸(核糖核苷酸)即可确定为DNA复制(转录)。

【深挖教材】

(1)中心法则中遗传信息的传递是否都遵循碱基互补配对原则?

提示:是。

(2)为什么线粒体中基因控制的性状只能通过母方遗传给后代?

提示:受精时,精子的头部进入卵细胞中,受精卵中的细胞质基因几乎全部来自卵细胞。

四、几个核心概念图

复制转录翻译

时间细胞分裂的间期(只发生于具

分裂能力的细胞中)

个体生长发育的整个过程，几乎所有的细胞均发生。

场所主要在细胞核，少量在线粒

体、叶绿体

主要在细胞核，少量在线粒体、

叶绿体

细胞质的核糖体

模板DNA的两条单链DNA的一条链mRNA

原料4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸约20种氨基酸

条件酶（解旋酶、DNA聚合酶等）、

ATP

酶（RNA聚合酶等）、ATP 酶、ATP、tRNA

产物2个双链DNA 一个单链RNA（mRNA，tRNA，rRNA）多肽链（或蛋白质）

产物动向传递到2个子细胞离开细胞核进入细胞质组成细胞结构蛋白质和功能蛋白质

模板去向分别进入2个子代DNA分子恢复原样，与非模板链重新绕成

双螺旋结构

分解成单个核苷酸

特点边解旋边复制，

半保留复制

边解旋边转录；转录后DNA

仍恢复原来的双链结构

翻译结束后，mRNA

分解成单个核苷酸

碱基配对A—T，T—A，

G—C，C—G

A—U，T—A，

G—C，C—G

A—U，U—A，

C—G，G—C

遗传信息传递DNA→DNA DNA→mRNA mRNA→蛋白质

研究方法可用放射性同位素标记“T”可用放射性同位素标记“U”可用放射性同位素标记“氨基酸”

意义使遗传信息从亲代传给子代表达遗传信息，使生物表现出各种性状

教师备课资源

1．RNA的组成及分类

(1)RNA适于作DNA的信使的原因

①RNA的分子结构与DNA很相似，是由四种核苷酸连接而成的，既能储存遗传信息，也能通过“碱基互补配

对原则”将DNA中的遗传信息转移到自身上来。

②RNA一般是单链结构，比DNA短，易通过核孔进出细胞核；单链不稳定，完成使命的RNA迅速降解，进而

保证生命活动的有序进行。

(2)RNA的种类及功能

种类信使RNA(mRNA) 转运RNA(tRNA) 核糖体RNA(rRNA)

特点带有从DNA链上转录下来的遗传信息带—OH的一端携带氨基酸，

另一端有3个碱基(反密码子)

由核仁组织区的DNA转录而

成，是核糖体的组成物质

功能携带着决定氨基酸排列顺序的信息，

在蛋白质合成过程中起模板作用

转运特定的氨基酸，识别信使

RNA上的遗传信息

是合成蛋白质的场所

结构单链结构三叶草结构单链结构

2．基因的概念、结构及其功能

(1)基因的概念：基因是DNA分子上具有遗传效应的片段。

(2)基因的结构：由于基因是有遗传效应的DNA片段，故基因的结构与DNA的结构相同，不仅具有由四种脱氧核苷酸组成的双链，而且也是规则的双螺旋结构。每个基因中可以含有成百上千个脱氧核苷酸。

(3)基因的功能

①储存遗传信息：基因中的脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息。

②传递遗传信息：基因中的遗传信息，在有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期随DNA分子的复制而得以复

制，再随细胞分裂而进入子细胞中，这样就将亲代细胞中的遗传信息传递到子代细胞或者通过减数分裂和受精作用将遗传信息传递给子代，基因中的遗传信息就这样一代一代地传递下去。

③表达遗传信息：基因中的遗传信息，在后代的个体发育中，以一定方式反映到蛋白质的分子结构上，使后代

表现出与亲代相似的性状，这一过程叫做遗传信息的表达。

思维拓展遗传信息、密码子、反密码子的比较

比较项目概念作用存在位置种类、数量特点相互联系

遗传信息基因中脱氧核

苷酸的排列顺

序

控制生物的遗

传性状

DNA

不同基因中脱氧

核苷酸的数量、

排列顺序不同，

决定遗传信息特

异性

DNA两条链

上的碱基互

补

基因中脱氧核苷酸的

序列决定mRNA中核

糖核苷酸的序列，

mRNA中碱基序列与

基因模板链中碱基序

列互补配对，密码子与

相应反密码子的序列

互补配对

密码子mRNA中决定

一个氨基酸的

三个相邻碱基

直接决定蛋白

质中的氨基酸

序列

mRNA

64种(3种终止

密码子、61种决

定氨基酸的密码

子)

与DNA模板

链上的碱基

互补(T被U

取代)

反密码子

tRNA中与

mRNA密码子

互补配对的三

个碱基

识别密码子，

转运氨基酸

tRNA

理论上61种(实

际不详)

与mRNA的

碱基互补