资源简介

4.1基因指导蛋白质的合成学案
【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】
1.了解基因控制蛋白质合成的中间物质──RNA的基本单位、化学组成和种类，以及它与DNA在组成、结构、功能和分布等方面的异同。
2、概述基因表达的转录过程。
【预习新知】
遗传信息的转录
1、RNA的组成元素： C H O N P
2、RNA的基本组成单位： 核糖核苷酸

3、RNA的种类及功能
项目 mRNA tRNA rRNA
名称 信使RNA 转运RNA 核糖体RNA
结构 单链 单链，呈三叶草型，一端携带特定的氨基酸，另一端有反密码子 单链
功能 传递遗传信息，蛋白质合成的模板 识别mRNA上的密码子并转运氨基酸 参与构成核糖体
分布 细胞核、细胞质中 细胞质中 核糖体
共同点 都经过转录产生，基本单位相同，都与翻译的过程有关
4、转录的概念：RNA是在细胞核中，通过 RNA聚合酶 以DNA的 一条链 为模板合成的，这一过程叫做转录
5、转录的过程：
①DNA双链解开、碱基暴露出来
②游离的 核糖核苷酸 与DNA模板链上的碱基互补配对，在 RNA聚合酶 的作用下开始mRNA的合成
③新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上
④合成的mRNA从DNA链上释放，而后，DNA双螺旋恢复
6、转录的场所： 主要是细胞核，在线粒体和叶绿体中也能发生转录
7、转录的模板： DNA的一条链
8、转录的原料： 4种核糖核苷酸
9、转录的产物： mRNA tRNA rRNA
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，就以 mRNA 为模板合成具有一定氨基酸顺序的 蛋白质 这一过程叫做翻译
2、翻译的实质：将mRNA 的碱基序列翻译成 蛋白质 的氨基酸序列
3、密码子的概念：mRNA上 3 个相邻 的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基叫做1个密码子
4、密码子的特性： 通用性 、 简并性
5、反密码子的概念：每个tRNA 的3个碱基可以与mRNA 上的密码子互补配对，叫做反密码子。
6、密码子与反密码子的区别：
密码子 反密码子
种类 64种 61种
位置 mRNA tRNA
实质 决定一个氨基酸的3个相邻的碱基(终止密码子除外) 与密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基
7、翻译的过程：
①起始：mRNA与核糖体结合
②运输：tRNA携带氨基酸置于特定位置
③延伸：核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子，由对应tRNA运输相应的氨基酸加到延伸中的肽链上(一个mRNA可以结合多个核糖体)
④终止：当核糖体读取到mRNA上的终止密码子时，合成终止
8、翻译的方向：根据肽链的长度判断翻译进行的方向，越长的肽链，翻译开始的时间越早
9、计算问题：在控制蛋白质和转录和翻译的过程中模板链、非模板链以及信使RNA链各段链中相对应的碱基在本链中含量的比值是相等的
10、DNA的复制、转录、翻译之间的比较
项目 DNA复制 转录 翻译
时间 主要发生在有丝分裂前的间期和减数分裂Ⅰ的间期 生长发育的整个过程中
场所 主要在细胞核中，少部分在线粒体和叶绿体中 细胞质中的核糖体上
原料 4种脱氧核糖核甘酸 4中核糖核苷酸 21种氨基酸
模板 DNA的两条链 DNA的一条链 mRNA
能量 ATP
酶 解旋酶、DNA聚合酶 RNA聚合酶 多种酶
模板去向 分别进入两个子代DNA中 模板链与非模板链重新组成双螺旋结构 分解成单个核糖核苷酸
特点 边解旋边复制，半保留复制 边解旋边转录，DNA双链全保留 一个mRNA分子可结合多个核糖体，同时合成多条相同的肽链
（一）中心法则
提出者：克里克。
内容
(1)DNA的复制：遗传信息从DNA流向DNA。
(2)转录：遗传信息从DNA流向RNA。
(3)翻译：遗传信息从RNA流向蛋白质。
发展及补充
内容 信息流动 举例
RNA自我复制 遗传信息从RNA流向RNA 少数生物(如烟草花叶病毒)
RNA逆转录 遗传信息从RNA流向DNA 少数生物(如HIV)
完善后的中心法则，用图解表示为
(1)DNA、RNA是信息的载体。
(2)蛋白质是信息的表达产物。
(3)ATP为信息的流动提供能量，即生命是物质、能量和信息的统一体。
【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。
【深化探究】
探究点一　遗传信息的转录
1．阅读教材P64～65，分析图4－2、4－3，探究RNA为什么能作为DNA的信使。
2．仔细分析教材P65图4－4，探究下列问题：
如下所示为一段DNA分子，如果以β链为模板进行转录，试回答下列问题：
(1)写出对应的mRNA的碱基序列。
(2)转录成的RNA的碱基序列，与作为模板的DNA单链的碱基序列有何关系？与DNA的另一条链的碱基序列相比有哪些异同？
3．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：
(1)甲、乙含有哪种核酸？二者有什么区别？
(2)丙中含有的核酸是哪种？依据是什么？
(3)丁的核酸中含有几种核苷酸？
(4)RNA为什么适合做DNA的信使？
误区警示：
(1)转录不是转录整个DNA，而是转录其中的基因，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，消耗能量。
(3)完成正常使命的RNA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。
探究点二　遗传信息的翻译
1．组成生物体的氨基酸有21种，如果mRNA上的1个碱基决定1个氨基酸，则能决定多少种氨基酸？如果2个碱基决定1个氨基酸则能决定多少种氨基酸？试推测mRNA上至少几个碱基决定1个氨基酸，才能决定21种氨基酸。
2．结合教材P67表4－1中21种氨基酸的密码子表思考：
(1)密码子有多少种？在蛋白质合成过程中都决定氨基酸吗？
(2)一种氨基酸可能对应几个密码子，这一现象称做密码子的简并性，密码子的简并性对生物体的生存发展有什么意义？
3．结合下面图解，思考：
(1)基因中的碱基数、mRNA分子中的碱基数、蛋白质分子中的氨基酸数之间有何数量关系？
(2)在蛋白质合成过程中，DNA中碱基数、mRNA中碱基数、氨基酸数是否一定遵循以上数量关系？
4．下图是翻译过程的示意图，请据图分析：
(1)图甲中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是哪种分子或结构？
(2)Ⅲ是mRNA，其中的起始密码子和终止密码子分别是什么？它们都能决定氨基酸吗？
(3)图乙中①、⑥分别是什么分子或结构？核糖体移动的方向是怎样的？
(4)最终合成的多肽链②、③、④、⑤的氨基酸序列相同吗？为什么？
(5)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？
特别提醒：
(1)一个mRNA翻译出的多肽链不一定是一条，可以同时附着多个核糖体，翻译出多条多肽链。
(2)从核糖体上脱离下来的只是肽链，肽链还要进一步加工，才能成为具有生物活性的蛋白质。
(3)由于终止密码子的存在，因此mRNA中碱基数比氨基酸数的3倍还要多一些，注意题目中是否有限定词，如“最少”等。
(4)真核细胞的基因表达过程中，转录主要在细胞核中进行，转录形成的mRNA要通过核孔进入细胞质中与核糖体结合，转录和翻译在时间和空间上均不同。但是，原核细胞的基因表达过程中，转录和翻译可以同时进行，这也是区分原核细胞和真核细胞的基因表达的主要依据。
【巩固训练】
1.下图所示为基因控制蛋白质的合成过程，①~⑦代表不同的结构或成分，Ⅰ和Ⅱ代表过程。下列叙述不正确的是( )
A.③表示解旋酶和DNA聚合酶
B.①与④、④与⑥之间都存在A―U配对
C.一个RNA结合多个⑤使过程Ⅱ快速高效
D.⑦的氨基酸种类数目和排列顺序决定蛋白质空间结构
2.原核生物的核糖体由大、小两个亚基组成，完整的核糖体上有3个tRNA的结合位点，其中氨酰位（A位）是进人核糖体的tRNA结合位点，当tRNA分子所携带的氨基酸形成肽键后，该tRNA就从A位移动到肽酰位（P位），出口位（E位）是无氨基酸负载的tRNA结合位点，如图所示。下列关于原核生物基因表达的说法，正确的是( )
A.占据核糖体的3个tRNA结合位点的tRNA均携带有氨基酸
B.mRNA上三个相邻的碱基叫作1个密码子
C.当终止密码子进人A位后，合成的肽链可能从P位离开核糖体
D.每个mRNA只能结合一个核糖体
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，存在如图所示的配对方式（Gly表示甘氨酸）。下列有关说法错误的是( )
A.mRNA上的密码子都编码氨基酸
B.反密码子与密码子并不是一一对应的
C.基因突变后所编码的氨基酸不一定改变
D.图示现象的发生能一定程度上稳定生物性状
4.下图是原核生物体内基因表达过程的示意图。下列叙述正确的是( )
A.图中先完成过程①，再完成过程②
B.图中的过程②是一个快速、高效的过程
C.图中的核糖体RNA的合成与核仁有关
D.图中合成的多条肽链的氨基酸序列是不同的
5.2022年9月19日是克里克提出中心法则的65周年，后来经过不断完善补充形成了如图的中心法则。回答下列问题：
（1）存在碱基互补配对的过程有（填序号）。
（2）洋葱根毛细胞的遗传信息传递过程包括___（填序号）。
（3）DNA甲基化___（填“会”或“不会”）改变基因转录产物的碱基序列。
（4）很多研究证明在细胞内存在一类微RNA（又叫iRNA，是一类由细胞基因编码的非编码单链RNA分子）能通过抑制靶基因翻译过程对基因表达进行调控，请提出一种iRNA作用机制的猜想____。
（5）科学家发现哺乳动物的RNA片段可以被某种DNA聚合酶高效地写回DNA，这一新发现意味着人类细胞中存在着从RNA到DNA的遗传信息的逆向流动。在新型冠状病毒流行期间人类注射mRNA疫苗（是将含有编码抗原蛋白的mRNA导入人体，直接进行翻译，形成相应的抗原蛋白，从而诱导机体产生特异性免疫应答，达到预防免疫的作用）可能存在的____风险。
参考答案
1.答案：A
解析：A、该过程为转录和翻译的过程，③表示催化转录的RNA聚合酶，A错误;B、④为mRNA，①为DNA链，①与④之间存在A一U配对，④mRNA与⑥tRNA之间也存在A-U配对，B正确;C、一个RNA结合多个⑤使过程川翻译过程快速高效，能在短时间内合成大量蛋白质，C正确;D、由肽链的长度能判断，⑤(核糖体)在④(mRNA)的移动的方向是从右向左，D正确。
2.答案：C
解析：A、携带有氨基酸的tRNA会先后占据核糖体的A位点和P位点，最后从E位点离开，因此携带有氨基酸的tRNA会先后占据核糖体的2个tRNA结合位点，A错误； B、mRNA上三个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基又称作1个密码子，B错误； C、当终止密码进入A位时没有对应的tRNA，终止密码子给出终止翻译的信号，翻译终止， C正确； D、一个mRNA可以结合多个核糖体，同时合成多条肽链，D错误。
故选：C。
3.答案：A
解析：A、mRNA上的终止密码子不编码氨基酸，A错误；
B、如图CCI能与mRNA上的密码子GGU、GGC、GGA结合，说明反密码子与密码子并不是一一对应的，B正确；
C、由于密码子的简并性，则基因突变后所编码的氨基酸不一定改变，C正确；
D、由于密码子的简并性，一种氨基酸可以对应多种密码子，故mRNA中的碱基改变不一定造成所编码氨基酸的改变，则图示现象的发生能一定程度上稳定生物性状，D正确。
故选A。
4.答案：B
解析：A、①为转录，②为翻译，原核细胞中转录与翻译同时进行，A错误；
B、②为翻译过程，速度及效率非常高，大部分mRNA的翻译都是由数量众多、紧密排列的核糖体进行，B正确；
C、原核生物没有核膜包被的细胞核，没有核仁，C错误；
D、核糖体合成的多条肽链都是以同一个mRNA为模板合成的，因此氨基酸在排列顺序上相同，D错误；
故选B。
5.答案：
（1）①②③④⑤
（2）②③
（3）不会
（4）miRNA与靶基因的mRNA分子进行互补配对阻止翻译（或miRNA切断靶基因的mRNA分子）
（5）新型冠状病毒基因整合（重组）到人类基因组（染色体或DNA）中

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