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4.1基因指导蛋白质的合成 导学案
【学习目标】
（一）学习目标
1.利用对比分析，归纳和概括，辨别三种RNA的结构和组成。(科学思维)
2.通过图示和列表比较转录和翻译的异同。(科学思维)
3.从存在位置、作用等方面，探讨密码子、反密码子和遗传信息之间的关系，构建知识脉络。(生命观念)
4.通过对资料进行分析归纳，概括中心法则的提出及发展过程。(科学思维)
5.通过对中心法则的理解记忆，认同遗传信息流动的观念。(生命观念)
【学习重难点】
（一）学习重难点
1、教学重点
（1）理解遗传信息、密码子与反密码的关系，理解密码子的简并性。
（2）遗传信息的转率和翻译过程。
2、教学难点
（1）遗传信息的转率和翻译过程。
【预习新知】
（一）遗传信息的转录
1.RNA
（1）基本单位：四种 。
（2）结构：一般是 ，比DNA 。
（3）分布：主要在 内合成，通过 进入细胞质。
（4）分类
mRNA：将遗传信息从DNA传递到 中。
tRNA：转运氨基酸，识别 。
rRNA： 的组成成分。
2.转录
（1）概念：在细胞核中，以 为模板合成 的过程。
（2）条件
模板：DNA的一条链。
原料：四种游离的 。
酶： 。
能量： 。
其他条件：适宜的温度、 。
（3）过程
第1步：DNA双链解开， 暴露出来。
第2步：游离的 与DNA模板链上的碱基互补配对，在 的作用下开始mRNA的合成。
第3步：新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的 分子上
第4步：合成的mRNA从DNA链上 。而后，DNA双螺旋 。
（一）遗传信息的翻译
1.翻译的概念：游离在细胞质中的各种氨基酸，以 为模板合成具有一定氨基酸顺序的 的过程。
2.密码子
（1）种类：64个，分三类。
起始密码子： 个，AUG、GUG。
终止密码子：3个，UAA、UAG、UGA。
普通密码子：59个。
注：①在正常情况下， 是终止密码子，但在特殊情况下，UGA可以编码 。
②在原核生物中，GUG也可以作起始密码子，此时它编码甲硫氨酸。
（2）与氨基酸的对应关系
起始密码子和普通密码子均有对应的氨基酸，终止密码子 氨基酸，仅仅是翻译终止的信号。
（3）特点
：即一种氨基酸（如丝氨酸）可以由多种密码子决定，有利于保持蛋白质结构（或生物性状）的相对稳定。
通用性：即整个生物界共用一套密码子。同一种密码子在 生物体内编码的氨基酸是相同的。
（4）反密码子的概念：位于 上，在翻译过程中能与 上的密码子发生互补配对的三个相邻的碱基。
（5）反密码子的与氨基酸的对应关系
一种tRNA只能转运 氨基酸；
一种氨基酸可由 RNA转运。
3.翻译的过程
4.一条mRNA同时与 核糖体相结合，可以同时合成 多肽链，提高翻译的效率。
【易错提示】
（一）易错提示
转录、翻译过程中的四个易错点
(1)转录的产物不只是mRNA，还有tRNA、rRNA，但只有mRNA携带遗传信息，3种RNA都参与翻译过程，只是作用不同。
(2)翻译过程中mRNA并不移动，而是核糖体沿着mRNA移动，进而读取下一个密码子。
(3)转录和翻译过程中的碱基配对不是A—T，而是A—U。
(4)并不是所有的密码子都决定氨基酸，其中终止密码子不决定氨基酸。
(1)转录不是转录整个DNA，是转录其中的基因，不同种类的细胞，由于基因的选择性表达，mRNA的种类和数量不同，但tRNA和rRNA的种类没有差异。
(2)细胞核中转录形成的RNA通过核孔进入细胞质，穿过0层膜，需要能量。
(3)完成正常使命的mRNA易迅速降解，保证生命活动的有序进行。
(4)质基因(线粒体和叶绿体中的基因)控制蛋白质合成过程时也进行转录。
【深化探究】
（一）深化探究
一、遗传信息的转录
[问题探究]
经测定，甲、乙、丙、丁4种生物的核酸中碱基所占的比例如下表：
项目 A G C T U
甲 60 40 60 40
乙 30 20 20 30
丙 41 23 44 28
丁 32 15 16 24 13
1.甲、乙含有哪种核酸？二者有什么区别？
提示：甲、乙中的核酸都是DNA，但甲只能为单链DNA，乙最可能是双链DNA。
2．丙中含有的核酸是哪种？依据是什么？
提示：RNA；丙的核酸中含有碱基U，不含碱基T。
3．丁的核酸中含有几种核苷酸？
提示：8种。
4．RNA为什么适合做DNA的信使？
提示：(1)RNA一般为单链，比DNA短，可以通过核孔从细胞核进入细胞质。
(2)RNA是另一种核酸，也是由4种核苷酸组成的，也可以储存大量的遗传信息。
(3)RNA与DNA之间也遵循碱基互补配对原则。
归纳总结：
1．核糖核酸(RNA)
(1)组成元素：C、H、O、N、P。
(2)基本单位：核糖核苷酸。
种类 mRNA tRNA rRNA
结构 单链 单链，呈三叶草形 单链
特点 携带从DNA上转录来的遗传信息 一端携带特定的氨基酸，另一端的特定的三个碱基可与mRNA上的密码子互补配对，叫反密码子 核糖体的组成成分
功能 作为翻译的模板 识别密码子，转运特定的氨基酸 参与构成核糖体
图示
共同点 都是经过转录产生的，基本单位都相同，都与翻译的过程有关
2.转录
(1)转录的概念、条件和产物
概念 RNA主要是在细胞核中，以DNA的一条链为模板合成的，这一过程称为转录
场所 真核生物主要发生在细胞核，线粒体和叶绿体也可以发生
条件 ①模板：以DNA的一条单链为模板链(另一条单链为非模板链) ②原料：四种核糖核苷酸 ③能量：ATP ④酶：RNA聚合酶
碱基配对情况 T与A配对(形成两个氢键)，G与C配对(形成三个氢键)，A与U配对(形成两个氢键)，C与G配对(形成三个氢键)
产物 RNA(mRNA、tRNA、rRNA)
(2)转录有关问题分析
①碱基互补配对关系：G—C、C—G、T—A、A—U。
②mRNA与DNA模板链碱基互补，但与非模板链碱基序列基本相同，只是用U代替T。
③转录特点：边解旋边转录，单链转录。
二、遗传信息的翻译
[问题探究]
1．结合教材P67表4－1，回答下列问题：
(1)密码子有多少种？决定氨基酸的密码子有多少种？
(2)判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)
①一种氨基酸对应一种密码子。(　　)
②密码子的简并性对遗传的稳定性和提高翻译速率有一定的意义。(　　)
③密码子中一个碱基发生改变，对应的氨基酸一定改变。(　　)
提示：(1)64　61
(2)①×　②√　③×
2．运输氨基酸的工具是哪种结构？为什么说它是真正起“翻译”作用的结构？
提示：运输氨基酸的工具是tRNA，它一端有反密码子，能和mRNA上的密码子相识别，一端能携带氨基酸，是真正起“翻译”作用的结构。
归纳总结：
1．DNA转录和翻译的比较
转录 翻译
时间 个体生长发育的整个过程
场所 主要在细胞核 核糖体
模板 DNA的一条链 mRNA
原料 4种核糖核苷酸 21种氨基酸
条件 酶(RNA聚合酶等)、ATP 酶、ATP、tRNA
产物 RNA(mRNA、tRNA、rRNA) 多肽链
特点 边解旋边转录 一个mRNA上结合多个核糖体，同时合成多条肽链
碱基配对 A—U，T—A，C—G，G—C A—U，U—A，C—G，G—C
遗传信息传递 DNA→RNA mRNA→蛋白质
意义 表达遗传信息，使生物表现出各种性状
2.遗传信息、密码子、反密码子的比较
项目 遗传信息 密码子 反密码子
概念 DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序 mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基 tRNA上与密码子互补的3个碱基
作用 控制生物的性状 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 多样性 64种 61种
图解
3.原核生物与真核生物基因转录和翻译的辨别
(1)真核细胞的转录主要发生在细胞核中，翻译发生在细胞质中，在空间和时间上被分隔开进行，即先转录后翻译。
(2)原核细胞的转录和翻译没有分隔，可以同时进行，边转录边翻译。过程如图所示：
图中①是DNA模板链，②③④⑤表示正在合成的4条mRNA，每条mRNA上有多个核糖体同时进行翻译过程，翻译的方向是从下到上。
三、中心法则及其发展
[问题探究]
下图为一组模拟实验，假设实验能正常进行且5支试管中都有产物生成，请分析此图解中A～E试管所模拟的过程分别是什么。
提示：A—DNA复制；B—转录；C—RNA复制；D—逆转录；E—翻译。
归纳总结：
1．中心法则的内容及应用
(1)细胞生物及噬菌体等DNA病毒的中心法则
(2)烟草花叶病毒等大部分RNA病毒的中心法则
(3)HIV等逆转录病毒的中心法则
(4)高度分化的细胞内中心法则的表达式
(5)能分裂的细胞内中心法则的表达式
2．中心法则体现了DNA的两大基本功能
(1)传递遗传信息：通过DNA复制完成的，发生在亲代产生子代的生殖过程或细胞增殖过程中。
(2)表达遗传信息：通过转录和翻译完成的，发生在个体发育过程中。
【巩固训练】
（一）巩固训练
1.如图表示某原核生物细胞内蛋白质的合成示意图，下列相关叙述错误的是( )
A.该图中有三种RNA参与肽链的合成过程
B.该图中核糖体的移动方向为从左往右
C.tRNA在转运氨基酸的过程中有磷酸的生成
D.物质甲为RNA聚合酶，它从核孔进入后与DNA结合在一起
2.根据下表，推断缬氨酸的密码子是( )
DNA 双链 T
T
mRNA G
tRNA A
氨基酸 缬氨酸
A.CAA B.CTA C.GUA D.GUU
3.如图表示细胞内遗传信息的传递过程，下列有关叙述错误的是( )
A.过程①和②都需改变DNA的空间结构
B.相较于过程②，过程③特有的碱基配对方式为U-A
C.过程③中核糖体在mRNA上的移动方向是a到b
D.图示tRNA搬运的氨基酸对应的密码子为CCA（5 -3 ）
4.下列有关基因转录、翻译和DNA复制的比较，错误的是( )
A.转录和翻译可能在细胞中同一场所同时发生
B.转录和翻译过程中的碱基配对方式无差异
C.在细胞增殖和分化过程中均有转录和翻译发生
D.三个过程均需要相关酶的催化
5.红霉素、环丙沙星、利福平等抗菌药物能够抑制细菌的生长，它们的抗菌机制如下表所示。下列说法错误的是( )
抗菌药物 抗菌机制
红霉素 能与核糖体结合，抑制肽链的延伸
环丙沙星 抑制细菌DNA的复制
利福平 抑制细菌RNA聚合酶的活性
A.红霉素可能是干扰了细菌的翻译过程，从而抑制肽链的延伸
B.环丙沙星发挥作用的时间可能在有丝分裂前的间期
C.利福平可能是干扰了细菌的转录过程，使细菌不能产生承担生命活动的蛋白质，从而抑制细菌的生长
D.长期使用红霉素、环丙沙星、利福平等抗菌药物可能会使细菌产生耐药性
6.如图表示某生物环状DNA分子上进行的部分生理过程，下列叙述错误的是( )
A.进行过程①时，需要向细胞核内运入4种脱氧核苷酸、ATP、相关酶等物质
B.图中酶的作用具有专一性，都参与磷酸二酯键的形成或断裂
C.过程③确保少量mRNA分子可以迅速合成大量蛋白质
D.复制、转录、翻译时都是沿着模板链3'→5'方向进行
7.图1是人体胰岛素基因控制合成胰岛素的示意图，图2是图1过程②的局部放大图，请据图回答：
（1）图1中过程①在胰岛B细胞的____中发生，该细胞与人体其他细胞在形态、结构和生理功能上存在稳定性差异的根本原因是_______________________________。
（2）图1中过程②称为____，场所是____，由图2可知，决定苏氨酸的密码子是____。
（3）图1中过程②中，一个mRNA上结合多个核糖体的意义是________________________________________________________________________。
8.带状疱疹是水痘一带状疱疹病毒(VZV)感染所致，VZV是一种具有传染性的双链DNA病毒。阿昔洛韦是治疗带状疱疹的一种常用药物，其作用机理主要是抑制病毒DNA聚合酶的活性。中心法则如图所示，下列相关叙述正确的是( )
A.与VZV相关的信息传递存在图中的①②③⑤过程
B.⑤过程存在U—A、C—G、A—T、G—C4种碱基配对方式
C.阿昔洛韦主要通过影响图中的②过程来抑制VZV的增殖
D.在①过程中，DNA聚合酶能将两条链之间的氢键断开
9.中心法则揭示了生物遗传信息传递的一般规律，如下图所示。下列叙述错误的是( )
A.生物的遗传信息储存在DNA或RNA的核苷酸序列中
B.DNA复制、转录分别需要DNA聚合酶、RNA聚合酶的参与
C.遗传信息的复制、转录、翻译及逆转录过程都需要模板
D.翻译时，tRNA会读取mRNA上的全部碱基序列信息
参考答案
1.答案：BD
解析：A、由图可知，肽链合成过程中用到mRNA做模板，tRNA作为转运氨基酸的工具，rRNA参与构成核糖体（合成蛋白质的细胞器），因此有三种RNA参与肽链的合成过程，A正确；
B、核糖体沿着mRNA的5'到3'的方向移动进行肽链的合成，由图可知，右侧是mRNA的5'端，左侧是3'端，因此图中核糖体的移动方向为从右往左，也可以由携带氨基酸的tRNA加入到核糖体左侧位置来判断翻译的方向是由右向左，B错误；
C、由图可知，tRNA在转运氨基酸的过程中会发生ATP水解，ATP水解后可产生磷酸，C正确；
D、物质甲与双链DNA结合，催化DNA生成mRNA，因此物质甲是RNA聚合酶，原核生物没有细胞核也即没有核孔，因此物质甲不会从核孔进入后与DNA结合在一起，D错误。
故选BD。
2.答案：C
解析：tRNA上的反密码子与相应的密码子碱基互补配对，根据RNA反密码子的第二个碱基可知缬氨酸密码子的第二个碱基是U；mRNA是以DNA的一条链为模板转录形成的，根据RNA第二个碱基U可知，DNA的第二条链为模板链，据此可知缬氨酸密码子的最后一个碱基是A。综合以上分析可知缬氨酸的密码子是GUA；故选C。
3.答案：D
解析:图示tRNA可以搬运密码子为ACC(5'-3')的氨基酸。
4.答案：B
解析：A、原核细胞的遗传物质在拟核，没有细胞核，则转录和翻译可同时同地进行，A正确； B、转录和翻译过程中的碱基配对方式不完全相同，前者的碱基互补配对方式为A-U、T-A、C-G、G-C，后者的碱基互补配对方式为A-U、U-A、C-G、G-C,B错误； C、转录和翻译过程在细胞增殖、生长和分化的过程中都会发生，C正确；D、DNA复制需要有解旋酶、DNA聚合酶等，转录需要有RNA聚合酶，翻译需要酶催化氨基酸的脱水缩合，D正确。
故选B。
5.答案：B
解析：A项.红霉素与核糖体结合，抑制肽链的延伸，而翻译的过程是在核糖体中进行的，故红霉素可能是干扰了细菌的翻译过程从而抑制肽链的延伸，故A正确。B项.细菌是原核生物不能进行有丝分裂，故B错误。C项.转录过程需要RNA聚合酶与DNA结合，而利福平抑制了RNA聚合酶的活性，使转录不能正常进行，从而不能进一步翻译产生蛋白质，故C正确。D项.长期使用抗生素会增加细菌的耐药性，会降低抗生素的抑菌效果，故D正确。
6.答案：ABD
解析：A、据图分析,表示转录和翻译同时进行,发生在原核细胞中,原核细胞没有核膜包围的细8胞核,A错误;B、图中酶的作用具有专一性,DNA聚合酶和RNA聚合酶都参与磷酸二酯键的形成,而解旋酶参与氢键的断裂,B错误;C、过程③表示翻译,一个mRNA可以相继结合多个核糖体,同时进行多条肽链的合成,因此少量mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质,C正确;D、DNA复制时,子链延伸的方向是从5’→3',即沿着模板链的3'→5;转录时,以DNA的一条链为模板,并沿着模板链的3'→5方向合成mRNA;翻译时都是沿着模板链5'→3'方向进行,D错误。
故选:ABD。
7.答案：
（1）细胞核；基因的选择性表达
（2）翻译；核糖体；ACU
（3）少量的mRNA可以迅速合成出大量的蛋白质
解析：(1)①为转录过程，发生胰岛B细胞的细胞核中。胰岛B细胞与人体其他细胞在形态结构和生理功能上存在稳定性差异，是细胞分化的结果，其实质是基因的选择性表达，即其根本原因是基因的选择性表达。
(2)过程②是以mRNA罗模板，合成蛋白质的过程，称为翻译，场所是细胞质中的核糖体。由于密码子存在于mRNA上，所以决定苏氨酸的密码子是ACU。
(3)过程②中，一个mRNA上结合多个核糖体，能迅速合成大量的蛋白质，保证了翻译的高效性。
8.答案：B
解析：A、VZV是一种具有传染性的双链DNA病毒，不会发生⑤逆转录过程，A错误;B、⑤逆转录是以RNA为模板成DNA的过程，RNA中存在し、C、A、G碱基，与其配对的DNA中的碱基分别为A、G、T、C，即U-A、C-G、A-T、G-C4种碱基配对方式，B正确:C、由题干信息可知，阿昔洛韦的作用机理主要是抑制病毒DNA聚合酶的活性，故其主要通过影响图中的①DNA复制过程来抑制VZV的增殖，C错误;D、在①DNA复制过程中，解旋酶能将两条链之间的氢键断开，D错误。故选B。
9.答案：D
解析： A、生物的遗传物质是DNA 或RNA，因此生物的遗传信息储存在 DNA 或 RNA的核苷酸序列中，A正确;
B、由于密码子具有简并性，因此核酸苷序列不同的基因可表达出相同的蛋白质，B正确;
C、图示为中心法则，体现了遗传信息传递的一般规律:DNA复制、转录、翻译、逆转录、RNA复制等，C正确;
D、人的口腔上皮细胞不再分裂，不能进行DNA复制，D错误。

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