人教版生物必修二讲义第4章第1节基因指导蛋白质的合成.docx
《人教版生物必修二讲义第4章第1节基因指导蛋白质的合成.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《人教版生物必修二讲义第4章第1节基因指导蛋白质的合成.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
人教版生物必修二讲义第4章第1节基因指导蛋白质的合成
第1节 基因指导蛋白质的合成
学习目标
核心素养
1．辨析三种RNA的结构和功能。
2．概述遗传信息转录、翻译的过程和特点。
（重、难点）
3．说明密码子、反密码子和遗传信息之间的关系。
（重点）
1．利用对比分析，归纳和概括，辨别三种RNA的结构和组成。
2．通过图示和列表比较转录和翻译的异同。
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。
一、RNA的结构与种类
1．RNA的结构
（1）基本单位及组成
①磷酸；②核糖；③碱基：
A、U、G、C；④核糖核苷酸。
（2）空间结构：
一般是单链，且比DNA短。
2．RNA与DNA的比较
比较项目
DNA
RNA
组
成
单
位
基本组成
单位不同
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
五碳糖不同
脱氧核糖
核糖
碱基不同
特有的是胸腺嘧啶（T）
特有的是尿嘧啶（U）
结构不同
规则的双螺旋结构
一般为单链
二、遗传信息的转录
1．概念
2．过程
三、遗传信息的翻译
1．密码子与反密码子
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（终止密码除外）
与密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基
2.翻译
（1）概念的理解
（2）过程
起始：
mRNA与核糖体结合
↓
运输：
tRNA携带氨基酸置于特定位置
↓
↓
终止：
当核糖体读取到mRNA上的终止密码时，合成终止
↓
脱离：
肽链合成后，从核糖体与mRNA的复合物上脱离，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子
判断对错（正确的打“√”，错误的打“×”）
1．遗传信息转录的产物只有mRNA。
（ ）
2．转录和翻译都是以mRNA为模板合成生物大分子的过程。
（ ）
3．一个tRNA分子中只有一个反密码子。
（ ）
4．mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质。
（ ）
5．在蛋白质合成过程中密码子都决定氨基酸。
（ ）
提示：
1．× 转录合成的RNA有三种类型：
mRNA、tRNA、rRNA。
2．× 转录的模板是DNA分子的一条单链，不是mRNA。
3．√
4．× 核糖体在mRNA上移动翻译出蛋白质。
5．× 密码子共有64种，有3种终止密码子，不决定氨基酸，决定氨基酸的密码子有61种。
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：
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、乙中含有碱基T，因此为DNA；在甲中A与T不相等，G与C不相等，因此甲只能为单链DNA。
在乙中A与T相等，G与C相等，最可能是双链DNA。
答案：
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：
丁的核酸既有DNA又有RNA，因此含有8种核苷酸。
答案：
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，也是由四种核苷酸组成的，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
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.转录有关问题分析
（1）碱基互补配对关系：
G—C、C—G、T—A、A—U。
（2）mRNA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。
误区警示：
（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。
1．下列关于DNA和RNA的结构与功能的说法，错误的是（ ）
A．区分单双链DNA、单双链RNA四种核酸可以依据碱基比率和种类判定
B．双链DNA分子中碱基G、C含量越高，其结构稳定性相对越大
C．含有DNA的生物，遗传物质是DNA不是RNA
D．含有RNA的生物，遗传物质是RNA不是DNA
D [组成DNA和RNA的碱基种类不完全相同，且双链DNA和RNA分子中碱基之间的配对遵循碱基互补配对原则，因此区分单双链DNA、单双链RNA四种核酸可以根据碱基比率和种类判定，A正确；双链DNA分子中，C和G之间有3个氢键，A和T之间有2个氢键，因此碱基G、C含量越高，其结构稳定性相对越大，B正确；含有DNA的生物，遗传物质是DNA不是RNA，C正确；含有RNA的生物，遗传物质是RNA或DNA，D错误。
]
2．下图为真核生物细胞核内转录过程的示意图，下列说法正确的是（ ）
A．①链的碱基A与②链的碱基T互补配对
B．②是以4种核糖核苷酸为原料合成的
C．如果③表示酶分子，则它的名称是DNA聚合酶
D．转录完成后，②需通过两层生物膜才能与核糖体结合
B [本题考查的是转录过程，其中①链为模板链，②链为RNA，①链中的碱基A与②链中的碱基U互补配对；③表示RNA聚合酶；转录完成后，②通过核孔进入细胞质，穿过0层生物膜。
]
遗传信息的翻译
[问题探究]
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
20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.基因表达过程中的相关数量计算
（1）DNA（基因）、mRNA上碱基数目与氨基酸数目之间的关系
①图示：
②规律：
蛋白质中氨基酸数目＝1/3mRNA中碱基数目＝1/6DNA（或基因）中碱基数目。
4．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。
过程如右图所示：
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。
1．一个mRNA分子有m个碱基，其中（G＋C）有n个；由该mRNA指导合成的蛋白质有两条肽链。
则控制该mRNA合成的DNA分子至少含有的（A＋T）数、合成蛋白质时最多脱去的水分子数分别是（ ）
A．m、（m/3）－1
B．m、（m/3）－2
C．2（m－n）、（m/3）－1
D．2（m－n）、（m/3）－2
D [由题意知，mRNA分子有m个碱基且（G＋C）的数目为n，则此mRNA分子中（A＋U）的数目为（m－n），控制其合成的DNA分子模板链中（A＋T）的数目至少为（m－n），整个双链DNA分子中（A＋T）的数目至少为2（m－n）；由mRNA分子有m个碱基可知，以其为翻译模板可合成最多含m/3个氨基酸的蛋白质分子，题干中给出此蛋白质分子有两条肽链，脱去的水分子数最多应为（m/3）－2。
]
2．（2019·全国卷Ⅰ）用体外实验的方法可合成多肽链。
已知苯丙氨酸的密码子是UUU，若要在体外合成同位素标记的多肽链，所需的材料组合是（ ）
①同位素标记的tRNA
②蛋白质合成所需的酶
③同位素标记的苯丙氨酸
④人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸
⑤除去了DNA和mRNA的细胞裂解液
A．①②④ B．②③④
C．③④⑤D．①③⑤
C [若要在体外合成同位素标记的多肽链，需要原料（③同位素标记的苯丙氨酸）、模板（④人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸）以及⑤除去了DNA和mRNA的细胞裂解液（含有核糖体、tRNA、酶、能量等，又排除了mRNA及DNA可能转录形成mRNA等的干扰）。
]
[课堂小结]
知识网络构建
核心语句归纳
1．RNA有三种：
信使RNA（mRNA）、转运RNA（tRNA）和核糖体RNA（rRNA）。
2．转录的主要场所是细胞核，条件是模板（DNA的一条链）、原料（4种核糖核苷酸）、酶（RNA聚合酶）和能量。
3．翻译的场所是核糖体，条件是模板（mRNA）、“搬运工”（tRNA）、原料（20种氨基酸）、酶和能量。
4．密码子共有64种，其中决定氨基酸的密码子有61种，3种终止密码子不决定氨基酸。
5．一种氨基酸对应一种或多种密码子，一种密码子最多只决定一种氨基酸。
1．如图为核苷酸的模式图，下列相关说法正确的是（ ）
A．DNA与RNA在核苷酸上只有②不同
B．如果要构成ATP，在①位置上加上两个磷酸基团即可
C．③在人的遗传物质中只有4种
D．DNA分子中每个②均只与一个①相连
C [分析题图可知，①是磷酸基团，②是五碳糖，③是含氮碱基。
DNA与RNA在核苷酸上的不同点主要有两点，一是在DNA中②为脱氧核糖，在RNA中②为核糖；二是在DNA中③有A、T、C、G4种，在RNA中③有A、U、C、G4种，A错误。
如果要构成ATP，要在①位置上加上两个磷酸基团，②应为核糖，③应为腺嘌呤，B错误。
人的遗传物质是DNA，在DNA中③只有4种（A、G、C、T），C正确。
DNA分子的一条脱氧核苷酸链中多数②与两个①相连，D错误。
]
2．对于下列图解，正确的说法有（ ）
①表示DNA复制过程 ②表示DNA转录过程 ③共有5种碱基 ④共有8种核苷酸 ⑤共有5种核苷酸 ⑥A均代表同一种核苷酸
A．①②③ B．④⑤⑥
C．②③④D．①③⑤
C [由题干信息可知，图为DNA转录过程。
因为DNA与RNA的基本单位不同，故相同碱基代表不同核苷酸，所以图示核苷酸种类为8，碱基种类数为5。
]
3．下列关于如图所示生理过程的描述中，最合理的是（ ）
A．该生理过程可能发生于硝化细菌细胞内
B．可表示噬菌体的转录和翻译过程
C．图中现象也可能出现在人体细胞核基因的表达过程中
D．图中两核糖体合成的肽链不同
A [由图示可以看出，转录和翻译同时进行。
人体细胞核基因转录出mRNA后，mRNA通过核孔进入细胞质，与核糖体结合后指导肽链的合成，该过程与图示不符。
噬菌体是非细胞结构的生物，不能独立进行代谢过程。
图中两核糖体以同一mRNA为模板，合成的肽链相同。
]
4．如图为多聚核糖体合成肽链的过程，有关该过程的说法正确的是（ ）
A．图示为多个核糖体合成一条多肽链的过程
B．mRNA沿着三个核糖体从右向左移动
C．三条肽链在氨基酸排列顺序上各不相同
D．由图示可推测少量mRNA可以合成大量的蛋白质
D [图示为三个核糖体合成三条多肽链的过程；翻译过程中是核糖体沿着mRNA进行移动的，根据肽链的长短，可判断出核糖体沿mRNA的移动方向是从右向左；合成的三条肽链是以同一条mRNA为模板的，因此氨基酸的排列顺序相同；一条mRNA可以和多个核糖体结合，可在短时间内合成大量的蛋白质。
]
5．如图表示某DNA片段遗传信息的传递过程，①～⑤表示物质或结构。
a、b、c表示生理过程。
请据图回答下列问题。
（可能用到的密码子：
AUG—甲硫氨酸、GCU—丙氨酸、AAG—赖氨酸、UUC—苯丙氨酸、UCU—丝氨酸、UAC—酪氨酸）
（1）完成遗传信息表达的是________（填字母）过程，a过程所需的酶有________________________。
（2）图中含有核糖的是________（填数字）；由②指导合成的多肽链中氨基酸序列是__________________________________________。
（3）该DNA片段第三次复制需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目为________个。
（4）若在AUG后插入3个核苷酸，合成的多肽链中除在甲硫氨酸后多一个氨基酸外，其余氨基酸序列没有变化。
由此证明__________________________。
[解析] 分析图示过程可知：
a为DNA的复制、b为转录、c为翻译。
（1）完成遗传信息表达的是转录和翻译，即图中的b和c，DNA的复制需要在解旋酶的作用下解开双链，然后在DNA聚合酶的作用下合成DNA子链。
（2）RNA中含有核糖，所以图中含有核糖的结构包括mRNA、tRNA、rRNA。
根据②mRNA上的密码子可知指导合成的多肽链中氨基酸的序列：
甲硫氨酸—丙氨酸—丝氨酸—苯丙氨酸。
（3）由图可知DNA片段含7个T，故第三次复制需要23－1×7＝28（个）胸腺嘧啶脱氧核苷酸。
（4）三个核苷酸对应一个氨基酸，由此证明一个密码子由三个相邻的碱基（核糖核苷酸）组成。
[答案]
（1）b、c 解旋酶和DNA聚合酶
（2）②③⑤ 甲硫氨酸—丙氨酸—丝氨酸—苯丙氨酸 （3）28
（4）一个密码子由三个相邻的碱基（核糖核苷酸）组成
教材课后习题 （教师用书独具）
一、基础题
1．……TGCCTAGAA…… ……UGCCUAGAA…… 3 3 半胱氨酸、亮氨酸、谷氨酸
2．C
二、拓展题
1．提示：
将变化后的密码子分别写出，根据密码子表查出对应的氨基酸（如下表所示），从下表中可见密码子中的第三个碱基比前两个碱基具有较小的专一性。
这个实例说明密码的简并在一定程度上能防止由于碱基的改变而导致的遗传信息的改变。
CUA
第一位
氨基酸
CUA
第二位
氨基酸
CUA
第三位
氨基酸
UUA
亮氨酸
CCA
脯氨酸
CUU
亮氨酸
AUA
异亮氨酸
CAA
谷氨酰胺
CUC
亮氨酸
GUA
缬氨酸
CGA
精氨酸
CUG
亮氨酸
2.提示：
因为几个密码子可能编码同一种氨基酸，有些碱基序列并不编码氨基酸，如终止密码子等，所以只能根据RNA的碱基序列写出确定的氨基酸序列，却不能根据氨基酸序列写出确定的RNA的碱基序列。
遗传信息就是在这一过程中损失的。
升级会员 