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第1节　基因指导蛋白质的合成
学案设计(一)
学习目标
1.概述遗传信息的转录和翻译过程。
2.理解遗传信息与“密码子”的概念。
3.运用数学方法,分析碱基与氨基酸的对应关系。
自主预习
1.DNA和RNA结构的比较(参考教材图4—1和图4—2)
化合物 DNA RNA
基本元素
基本 单位 名称
结构 简式
碱基
结构
存在部位 主要在　　　 主要在　　　
　　【归纳】(1)为什么RNA适于作DNA的信使呢

(2)基因通过指导蛋白质的合成来控制性状,我们将这一过程称为　　　　　　　　,该过程包括　　　　　　、　　　　　　两个阶段。
(3)三种RNA的功能:mRNA的功能是　　　　　　　　　　　　;tRNA的功能是　　　　　　　　　　　　　　　;rRNA的功能是　　　　　　　　　　　。
2.遗传信息的转录
(1)概念:转录是主要在　　　　　　　内进行的,是以　　　　　　　　为模板,合成　　　　　　　　的过程。
(2)过程:(分4步,参考教材图4-4)
①解旋:DNA双链解开,碱基暴露出来。
②子链延伸:游离的　　　　　　　　　　与DNA模板链上的碱基　　　　　　　　,在　　　　　　　　的作用下开始mRNA的合成。
③合成的mRNA从　　　　　　上释放,而后DNA双螺旋恢复。
(3)总结转录过程的相关知识
转录过程
3.遗传信息的翻译
(1)概念:以　　　　　　　　为模板合成　　　　　　　　　的过程。
(2)密码子:mRNA上决定1个氨基酸的　　　　个相邻的碱基叫做密码子,共有　　　　种密码子。其中起始密码子有　　　　种,分别是　　　　、　　　　;终止密码子有　　　　种,分别是　　　　、　　　　　　　　、　　　　。
(3)反密码子:每个　　　　上的　　　　个碱基可以与　　　　上的密码子互补配对,称为反密码子。一种tRNA只能携带　　　　种氨基酸。
(4)翻译过程:
第1步:mRNA进入细胞质,与　　　　结合。tRNA的　　　　与mRNA的　　　　相互识别,tRNA携带特定的氨基酸进入相应的位点1和2。
第2步:氨基酸之间形成　　　　而转移到占据位点2的tRNA上。
第3步:核糖体沿　　　　移动,肽链延伸;遇到　　　　密码子,合成终止,肽链从　　　　上脱离。
(5)总结翻译过程的相关知识
翻译过程
特点:一个mRNA分子可以相继结合多个核糖体,同时合成多条肽链。因此少量的mRNA就可以迅速合成出大量的蛋白质。
4.中心法则
(1)克里克最初遇见的遗传信息的传递包括:
　。
(2)对中心法则的补充:RNA病毒的信息传递还包括
　。
(3)试画出完整的中心法则图解。
　　核心素养专练
1.关于RNA和DNA的区别,下列说法错误的是(　　)
A.DNA是规则的双螺旋结构,而RNA一般是单链
B.DNA中的五碳糖是核糖,RNA中的五碳糖是脱氧核糖
C.DNA特有的碱基是T,而RNA特有的碱基是U
D.DNA中的嘧啶数量和嘌呤数量相等,但RNA中不一定
2.DNA决定mRNA的序列是通过(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.mRNA的密码 B.DNA的自我复制
C.tRNA的转运 D.碱基互补配对
3.下列对遗传信息翻译过程的说法,错误的是(　　)
A.以细胞质中游离的氨基酸为原料
B.以核糖体RNA作为遗传信息模板
C.翻译时同时需要三种RNA
D.合成具有一定氨基酸序列的蛋白质
4.遗传密码是指(　　)
A.DNA分子中决定蛋白质合成的碱基排列顺序
B.转运RNA分子一端决定一个氨基酸的三个碱基排列顺序
C.信使RNA上的编码1个氨基酸的3个相邻碱基
D.蛋白质分子的氨基酸排列顺序
5.DNA分子的复制、转录、翻译分别产生(　　)
A.DNA、RNA、蛋白质
B.DNA、RNA、氨基酸
C.DNA、RNA、核糖体
D.脱氧核苷酸、核糖核苷酸、蛋白质
6.克里克提出的中心法则是指(　　)
A.遗传信息的转录、翻译过程
B.遗传信息的转录、翻译及表达过程
C.DNA复制及转录、翻译过程中的碱基互补配对原则
D.遗传信息通过DNA复制、转录及翻译的传递过程
7.[2020·全国统一高考生物试卷(新课标Ⅲ)·3]细胞内有些tRNA分子的反密码子中含有稀有碱基次黄嘌呤(I),含有I的反密码子在与mRNA中的密码子互补配对时,存在下图所示的配对方式(Gly表示甘氨酸)。下列说法错误的是(　　)
A.一种反密码子可以识别不同的密码子
B.密码子与反密码子的碱基之间通过氢键结合
C.tRNA分子由两条链组成,mRNA分子由单链组成
D.mRNA中的碱基改变不一定造成所编码氨基酸的改变
8.[2020·山东省高考生物试卷(新高考)·16]棉花纤维由纤维细胞形成。蔗糖经膜蛋白SUT转运进入纤维细胞后逐渐积累,在纤维细胞的加厚期被大量水解后参与纤维素的合成。研究人员用普通棉花品系培育了SUT表达水平高的品系F,检测两品系植株开花后纤维细胞中的蔗糖含量,结果如下图所示。下列说法正确的是(　　)
A.纤维素的基本组成单位是葡萄糖和果糖
B.曲线甲表示品系F纤维细胞中的蔗糖含量
C.15~18天曲线乙下降的主要原因是蔗糖被水解后参与纤维素的合成
D.提高SUT的表达水平会使纤维细胞加厚期延后
9.三名科学家因“对核糖体结构和功能的研究”而获得2009年度诺贝尔化学奖。下图为细胞内核糖体合成某多肽过程示意图(图中甲表示甲硫氨酸,丙表示丙氨酸),请分析回答有关问题。
(1)图中②是　　　　,其作用是　
　。
(2)由图中可以看出,丙氨酸的密码子是　　　　;连接甲和丙的化学键④叫　　　　　　　　。
(3)③中尿嘧啶和腺嘌呤的和占42%,则可得出与③合成有关的DNA分子片段中胞嘧啶占　　　　。
(4)下列细胞中不能发生该生理过程的是　　　　。
A.根毛细胞 B.形成层细胞
C.人体成熟的红细胞 D.大肠杆菌
(5)若肽链由n个氨基酸组成,该肽链至少有氧原子的个数是　　　　。
10.[2020·全国统一高考生物试卷(新课标Ⅱ)·7]大豆蛋白在人体内经消化道中酶的作用后,可形成小肽(短的肽链)。回答下列问题。
(1)在大豆细胞中,以mRNA为模板合成蛋白质时,除mRNA外还需要其他种类的核酸分子参与,它们是　　　　、　　　　。
(2)大豆细胞中大多数mRNA和RNA聚合酶从合成部位到执行功能部位需要经过核孔。就细胞核和细胞质这两个部位来说,作为mRNA合成部位的是　　　　,作为mRNA执行功能部位的是　　　　;作为RNA聚合酶合成部位的是　　　　,作为RNA聚合酶执行功能部位的是　　　　。
(3)部分氨基酸的密码子如表所示。若来自大豆的某小肽对应的编码序列为UACGAACAUUGG,则该小肽的氨基酸序列是　　　　。若该小肽对应的DNA序列有3处碱基发生了替换,但小肽的氨基酸序列不变,则此时编码小肽的RNA序列为　　　　。
氨基酸 密码子
色氨酸 UGG
谷氨酸 GAA　GAG
酪氨酸 UAC　UAU
组氨酸 CAU　CAC
11.请根据基因控制蛋白质合成的示意图回答问题。
(1)填写图中标号所示物质或结构的名称:①　　　　;②　　　　;③　　　　。
(2)图中的三个tRNA所携带的氨基酸分别是(查密码子表)　　　　　　　　　　　　。
(3)合成②的过程在遗传学上叫做　　　　。②进入细胞质后,与　　　　结合起来。
(4)如本图所示,储存在　　　　分子中的遗传信息最终传递给　　　　分子,并通过代谢得以表达。
12.中心法则揭示了生物遗传信息由DNA向蛋白质传递与表达的过程。请回答下列问题。
(1)a、b、c、d所表示的四个过程依次分别是　　　　、　　　　、　　　　和　　　　。
(2)需要tRNA和核糖体同时参与的过程是　　　　(用图中的字母回答)。
(3)a过程发生在真核细胞分裂的　　　　期。
(4)在真核细胞中,a和b两个过程发生的主要场所是　　　　。
(5)能特异性识别信使RNA上密码子的分子是　　　,后者所携带的分子是　　　　。
(6)RNA病毒的遗传信息传递与表达的途径有(用类似本题图中的形式表述):
①　 ;
②　 。
参考答案
自主预习
1.
化合物 DNA RNA
基本元素 C、H、O、N、P
基本 单位 名称 脱氧核糖核苷酸 核糖核苷酸
结构 简式
碱基 A、T、G、C A、U、G、C
结构 双螺旋 通常为单链
存在部位 主要在细胞核 主要在细胞质
　　【归纳】(1)①与DNA结构相似,可以储存遗传信息　②RNA一般为单链,而且比DNA短,因此能够通过核孔
(2)基因表达　转录　翻译
(3)携带遗传信息,指导蛋白质的合成;转运氨基酸并识别密码子;核糖体的组成成分
2.遗传信息的转录
(1)细胞核　DNA双链中的一条链　RNA
(2)②核糖核苷酸　互补配对　RNA聚合酶 ③DNA链
(3)时间:生物生长发育的整个过程中
场所:细胞核　叶绿体　线粒体
条件:DNA的一条链　4种核糖核苷酸　RNA聚合酶　ATP
配对原则:A—U、T—A、G—C、C—G
3.(1)mRNA　具有一定氨基酸顺序的蛋白质
(2)3　64　2　AUG　GUG　3　UAA　UAG UGA
(3)tRNA　3　mRNA　1
(4)核糖体　反密码子　密码子　肽键　mRNA　终止　核糖体与mRNA的复合物
(5)场所:核糖体　模板:mRNA　原料:21种氨基酸
能量:ATP　配对原则:A—U、U—A、G—C、C—G
4.(1)
(2)RNA流向RNA,RNA流向DNA
(3)
核心素养专练
1.B　2.D　3.B　4.C　5.A　6.D　7.C　8.BC
9.(1)tRNA　携带氨基酸进入核糖体 (2)GCU　肽键　(3)29%　(4)C　(5)n+1
10.(1)rRNA　tRNA
(2)细胞核　细胞质　细胞质　细胞核 (3)酪氨酸-谷氨酸-组氨酸-色氨酸　UAUGAGCACUGG
11.(1)DNA　mRNA　tRNA (2)甲硫氨酸　丙氨酸　丝氨酸 (3)转录　核糖体 (4)DNA　蛋白质
12.(1)DNA复制　转录　翻译　逆转录
(2)c　(3)间　(4)细胞核　核糖体 (5)tRNA　氨基酸
(6)
第2节　基因表达与性状的关系
学案设计(一)
学习目标
1.举例说明基因通过控制酶的合成和蛋白质的结构控制生物体的性状。
2.概述生物体的表观遗传现象。
3.说明细胞分化是基因选择性表达的结果。
自主预习
一、基因表达产物与性状的关系
1.间接控制:基因通过　　　　　　　　　　　　　来控制　　　　,进而控制生物性状。
实例①:豌豆的圆粒和皱粒:
圆粒豌豆→有　　　　基因→产生　　　　　　　　→淀粉含量高→圆粒;
皱粒豌豆→无正常　　　　基因→不产生淀粉分支酶→　　　　→皱粒;
实例②:人的白化病:
患者体内　　　　　　　　异常→缺少　　　　酶→不能将酪氨酸转化为　　　　→白化症状
2.直接控制:基因通过　　　　　　　　　　　　　,直接控制生物性状。
实例③:人类囊性纤维病:
CFTR基因缺失3个碱基→　　　　　　　　异常→CFTR蛋白功能异常→肺严重受损
实例④:镰状细胞贫血:
血红蛋白基因碱基对的改变→血红蛋白中氨基酸的改变→红细胞呈镰刀型→易破裂,贫血
特别提醒:生物的形态、结构和生理功能等方面的性状主要是由蛋白质体现的,蛋白质的合成又受基因的控制,所以生物的性状是由基因控制的。
二、基因的选择性表达与细胞分化
1.在不同类型的细胞中,表达的基因大致可以分为两类:一类是在所有细胞中都表达的基因,指导合成的蛋白质是　　　　　　　　　　　　所必需的,如核糖体蛋白基因、　　　　合成酶基因;另一类是只在某类细胞中　　　　　　的基因,如卵清蛋白基因、　　　　　　　基因。
2.细胞分化的本质就是　　　　　　　　。
三、表观遗传
柳穿鱼Lcyc基因和小鼠Avy基因的碱基序列没有变化,但部分碱基发生了　　　　　　修饰,抑制了基因的表达,进而对表型产生影响。这种DNA甲基化修饰可以遗传给后代,使后代出现同样的表型。像这样,生物体基因的碱基序列保持不变,但基因表达和表型发生可遗传变化的现象,叫作　　　　　　　　　。表观遗传现象普遍存在于生物体的生长、发育和衰老的整个生命活动过程中。
　　核心素养专练
1.人类镰状细胞贫血是由于编码血红蛋白的基因异常引起的,这说明了(　　)
A.基因通过控制酶的合成控制代谢过程进而控制生物的性状
B.基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状
C.基因与环境相互作用共同调控生物的性状
D.基因和性状间不是简单的线性关系
2.下列有关细胞分化的分析中,错误的是(　　)
A.在个体发育过程中,有序的细胞分化能够增加细胞的类型
B.从细胞器水平分析,细胞分化是细胞器的种类、数目改变的结果
C.细胞分化使各种细胞的遗传物质有所差异,导致细胞的形态和功能各不相同
D.从蛋白质角度分析,细胞分化是蛋白质种类、数量改变的结果,这是细胞分化的直接原因
3.下列关于表观遗传的理解,说法正确的是(　　)
A.DNA的甲基化与环境因素无关 B.DNA的甲基化影响基因的翻译过程
C.表观遗传现象不符合孟德尔遗传定律 D.DNA的甲基化导致基因的碱基序列改变
4.
右图表示同一个体的5种细胞中5种基因的表达情况,下列分析错误的是(　　)
A.此图能说明细胞分化的本质 B.基因b可能控制RNA聚合酶的合成
C.细胞中mRNA差异最大的是细胞2和4 D.一般来说,这5种细胞的核遗传物质相同
5.下图为人体对性状控制过程示意图,据图分析可得出(　　)
A.过程①②都主要在细胞核中进行 B.食物中缺乏酪氨酸会使皮肤变白
C.M1和M2不可能同时出现在同一个细胞中 D.老年人细胞中不含有M2
6.人类白化病和苯丙酮尿症是由于代谢异常引起的疾病,下图表示在人体代谢中产生这两类疾病的过程。由图中不能得出的结论是(　　)
A.基因可以通过控制蛋白质的结构来控制生物的性状 B.基因可以通过控制酶的合成来控制生物的性状
C.一个基因可以控制多种性状 D.一个性状可以由多个基因控制
7.下列关于基因与性状的关系的叙述,错误的是(　　)
A.基因与生物性状都是一一对应的关系
B.基因可通过控制蛋白质的结构直接控制性状
C.基因可通过控制酶的合成来控制代谢进而控制性状
D.生物性状既受基因的控制,也受环境条件的影响
8.蒜黄和韭黄是在缺乏光照的环境下培育的蔬菜,对形成这种现象的最好解释是(　　)
A.环境因素限制了有关基因的表达 B.两种均为基因突变
C.叶子中缺乏形成叶绿素的基因 D.黑暗中植物不进行光合作用
9.黄色小鼠(AA)与黑色小鼠(aa)杂交,产生的F1(Aa)不同个体出现了不同体色。研究表明,不同体色的小鼠A基因的碱基序列相同,但A基因上二核苷酸(CpG)胞嘧啶有不同程度的甲基化(下图)现象出现,影响了基因的表达,不影响基因DNA复制。下列分析错误的是(　　)
A.F1个体体色的差异与A基因甲基化程度有关
B.甲基化可能影响RNA聚合酶与该基因的结合
C.碱基甲基化不影响碱基互补配对过程
D.DNA甲基化后无法遗传给后代
10.请阅读下面科普短文,并回答问题。
暴饮暴食是不良饮食习惯。上世纪80年代,研究者追踪瑞典某小镇从小有暴食习惯的男性,发现他们孙辈的平均寿命竟比同龄正常进食男性的孙辈短32年。这令研究者十分惊奇,难道从小形成的饮食习惯还会影响后代寿命吗
孟德尔、摩尔根等遗传学家对遗传规律的阐释,使人们普遍接受了基因学说,认为亲子代之间的遗传由基因决定。然而,上述调查结果显示,饮食习惯等个人行为似乎可以影响后代的性状表现。
分子生物学研究揭示,某些环境因素虽然没有改变基因的碱基序列,却会引起基因序列等的特定化学修饰,即表观修饰,进而影响基因表达,且这种表观修饰还可能传递给后代,使子代表型发生变化,这通常被称为表观遗传。表观遗传现象引发人们对于遗传机制、遗传与发育以及生物进化等的哲学思考。
建立在达尔文自然选择学说基础上的现代进化理论认为,突变和基因重组提供进化的原材料,自然选择决定进化的方向,进化的本质是种群基因频率发生改变。表观遗传现象则展示了,环境引发的化学修饰能将亲代适应环境的性状遗传给后代,这似乎与现代进化理论的某些观点有所不同。截至目前,并没有决定性的证据说明现代进化理论是否需要重大修改。
随着生物学的迅速发展,很多生物学概念都在发生着变化,新的概念和理论不断替代旧的概念和理论,推动人们的认识发展,这正是科学发展的轨迹。
(1)本文讨论的生物学话题是　　　　。
(2)有人认为“表观遗传过程中发生了遗传信息的改变”,请结合文中内容和你对遗传信息的理解,判断这一观点是否正确,并阐述理由。　　　
(3)请结合本文内容,在下图中补充填写“表观修饰”等词汇,并添加必要的连线和注释,展示你对表观修饰及表观修饰在亲子代间传递的理解。
参考答案
自主预习
一、1.控制酶的合成　代谢过程
①编码淀粉分支酶　淀粉分支酶
编码淀粉分支酶　淀粉含量低
②控制酪氨酸酶的基因　酪氨酸　黑色素
2.控制蛋白质的结构
③CFTR蛋白结构
二、1.维持细胞基本生命活动　ATP　特异性表达　胰岛素
2.基因的选择性表达
三、甲基化　表观遗传
核心素养专练
1.B　2.C　3.C　4.C　5.C　6.A　7.A　8.A　9.D
10.(1)表观修饰与表观遗传(或生物遗传机制、遗传学和进化生物学等理论的发展、表观遗传与进化等。合理即得分)
(2)正确,外部环境因素改变基因的表观修饰来影响基因的表达,从而可以影响后代性状(或不正确,表观遗传只是对基因等进行化学修饰,基因的碱基序列并没有发生改变)
(3)(绘图能表现出下面三个含义之一,或其他合理答案可得分)
①环境因素引起基因的表观修饰
②表观修饰影响亲代表型
③表观修饰可传递给子代,并影响子代表型(表观遗传)

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