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4.1基因指导蛋白质的合成学案
【学习目标】
1.从化学组成、结构、分布、功能等方面，概括说明DNA和RNA分子的异同。(科学思维)
2.结合图示图解，概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成。(科学思维、符合生命观念)
3.从存在位置、作用等方面，概括说明遗传信息、密码子、反密码子的区别。(科学思维)
【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】
遗传信息的转录
1.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，这一过程叫作转录。
2.过程
遗传信息的翻译
1.
2.tRNA的形态和功能特点
（1）形态：RNA链经过折叠，形成三叶草形。
（2）功能特点：每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。
3.密码子和反密码子
（1）属于密码子的是②（填序号），位于[④]mRNA（填名称）上，其实质是决定一个氨基酸的3个相邻的碱基。
（2）属于反密码子的是①（填序号），位于[③]tRNA（填名称）上，其实质是与密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基。
（3）密码子的种类为64种，正常情况下，反密码子的种类为61种。
4.翻译过程
5.翻译能精确进行的原因
（1）mRNA为翻译提供了精确的模板。
（2）通过碱基互补配对，保证了翻译能够准确地进行。
6.翻译能高效进行的原因
一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成。
中心法则
1．中心法则的提出及内容
(1)提出者：克里克。
(2)中心法则内容
(3)图解：
2．中心法则的发展[填表]
发展内容 信息流动 举例
RNA自我复制 遗传信息从RNA流向RNA RNA病毒
RNA逆转录合成DNA 遗传信息从RNA流向DNA HIV病毒、致癌的RNA病毒
3.完善后的中心法则图解
【易错提示】
(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。
（5）遗传信息转录的产物只有mRNA（ ）
（6）转录以DNA的两条链作为模板，以4种核糖核苷酸为原料（ ）
（7）细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生（ ）
答案：（5）×（6）×（7）×
【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】
1.真核细胞的基因经转录会产生前体mRNA，内含子转录的RNA片段会被剪接体（由一些蛋白质和小型RNA构成）切除并快速水解，外显子转录的RNA片段会相互连接形成成熟mRNA，如图所示。下列叙述错误的是( )
A.转录时，RNA聚合酶沿模板链的5'端向3'端移动
B.翻译时，核糖体沿成熟mRNA链的5'端向3'端移动
C.剪接体识别结合前体mRNA时，需符合A-U、G-C碱基配对原则
D.b表示内含子转录出的RNA片段，不具有编码序列
2.人血红蛋白由两条α肽链和两条B肽链组成。下列有关叙述正确的是( )
A.人血红蛋白都在成熟的红细胞中合成
B.人体缺钙会导致血红蛋白的合成障碍
C.合成a肽链时，核糖体从mRNA的5'端开始翻译
D.造成镰状细胞贫血症的根本原因是血红蛋白异常
3.如图是细胞核中发生的某生理过程示意图。据图分析，下列叙述正确的是( )
A.该图中包含1种DNA和3种RNA
B.图中过程会发生胸腺嘧啶和腺嘌呤的配对
C.a端为RNA的3’端,而b端为RNA的5’端
D.无法判断c端是即将解螺旋还是已恢复螺旋状态
4.心肌成纤维细胞持续活化可使细胞外基质沉积,导致心力衰竭。研究人员向心力衰竭小鼠的T细胞中导入设计的mRNA激活T细胞,通过攻击活化的成纤维细胞,使小鼠心肌细胞纤维化大大降低,主要原理如图所示。相关叙述正确的是( )
A.过程①需要转运蛋白参与并消耗能量
B.过程②需要氨基酸、tRNA和ATP等参与
C.过程③体现了细胞膜的信息交流功能
D.T细胞攻击活化的成纤维细胞属于细胞免疫
5.人体线粒体能进行自我复制,并通过转录和翻译控制蛋白质的合成。下列说法错误的是( )
A.线粒体内转录和翻译过程同时进行
B.线粒体DNA的转录需要RNA聚合酶参与
C.线粒体中存在能识别并转运氨基酸的tRNA
D.线粒体中多个核糖体共同完成一条肽链的合成
参考答案
1.答案：A
解析：A、转录时mRNA自身的延伸方向是从5 端向3 端，因此RNA形成过程中RNA聚合酶移动方向为模板链的3 端到5 端，A错误;
B、mRNA是翻译的模板，mRNA上起始密码子一终止密码子的方向为5 端向3 端，因此翻译时核糖体沿mRNA的移动方向是5 端向3 端，B正确;
C、剪接体识别结合前体mRNA时是RNA和RNA进行碱基互补配对原则，因此需符合A-U、G-C碱基配对原则，C正确;
D、真核细胞的基因转录后产生的前体RNA会被剪接体切除内含子转录的RNA片段并使之快速水解,由图可知b被剪切，所以b表示内含子转录出的RNA片段，不具有编码序列，D正确。
2.答案：C
解析：人成熟的红细胞中没有细胞核和各种细胞器，不能合成血红蛋白，A错误；钙不参与血红蛋白的合成，人体缺铁可能会导致血红蛋白的合成障碍，B错误；合成多肽链时，核糖体都是从RNA的5'端开始翻译，C正确；造成镰状细胞贫血症的根本原因是控制血红蛋白合成的基因中碱基序列发生改变，D错误。
3.答案：B
解析：A、该图表示转录过程，A错误;B、转录过程中，B正确;C、由图可知，而b端为RNA的3端;D、依据图中RNA的状态可判断转录方向为从左向右，c端已经恢复螺旋状态。故选:B。
4.答案：BD
解析：过程①为胞吞,需要受体蛋白参与,A错误;过程③是导入的mRNA翻译形成嵌合抗原受体向膜上转运的过程,未体现细胞膜的信息交流功能,C错误。
5.答案：D
解析：线粒体内DNA是裸露的，转录和翻译同时进行，A正确;DNA转录需要RNA聚合酶的参与，B正确;线粒体中存在能识别并转运氨基酸的tRNA，C正确;线粒体中多个核糖体共同完成多条肽链的合成，D错误。

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