学年高中生物人教版必修2第4章基因的表达第1节 基因指导蛋白质的合成.docx
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学年高中生物人教版必修2第4章基因的表达第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
知识概览
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）
[自主预习·探新知]
一、RNA的结构与种类
1．RNA的结构
（1）基本单位及组成[识图填空]
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[填表]
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
3.RNA的种类及其作用[填图]
（1）
（2）
（3）
二、遗传信息的转录[填图]
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：
[基础自测]
1．判断对错
（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）细胞核中发生的转录过程有RNA聚合酶的参与。
（ ）
（6）在蛋白质合成过程中密码子都决定氨基酸。
（ ）
（7）细胞中有多种tRNA，一种tRNA只能转运一种氨基酸。
（ ）
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）√
（6）× 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。
（7）√
2．下列关于转录的叙述，不正确的是（ ）
A．多数发生在细胞核中
B．以核糖核苷酸为原料
C．DNA的两条链都可作模板
D．边解旋边转录
C [DNA的两条链中只有其中一条链可作为模板。
]
[合作探究·攻重难]
遗传信息的转录
[背景材料1]
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
[思考交流1]
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、乙中核酸是DNA，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．生物丁的核酸中含有几种核苷酸？
提示：
生物丁的核酸既有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。
[背景材料2]
如图表示某真核生物细胞内DNA的转录过程，请据图分析回答下列问题：
[思考交流2]
1．在图中方框内用“→”或“←”标出转录的方向。
提示：
2．a为启动上述过程必需的有机物，其名称是什么？
提示：
RNA聚合酶。
3．b和c的名称分别是什么？
提示：
b是胞嘧啶脱氧核苷酸，c是胞嘧啶核糖核苷酸。
4．在根尖细胞中，上述过程发生的场所在哪里？
提示：
细胞核；线粒体。
5．若d中A占35%，U占19%，则d对应的DNA分子片段中T和C分别占多少？
提示：
d是以DNA的一条链为模板转录来的，若d中A＝35%，U＝19%，A＋U＝54%，则对应的DNA分子片段中A＋T＝54%，G＋C＝46%，故A＝T＝27%，G＝C＝23%。
答案：
27%、23%。
[归纳总结]
1．DNA复制与转录的比较
模板
原料
能量
酶
产物
DNA
复制
DNA的两条链
脱氧核苷酸
ATP
解旋酶、DNA聚合酶
DNA
转录
DNA的一条链
核糖核苷酸
ATP
RNA聚合酶
RNA
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。
[活学活用]
1．已知病毒的核酸有双链DNA、单链DNA、双链RNA和单链RNA四种类型。
现发现了一种新病毒，要确定其核酸属于上述哪一种类型，应该（ ）
A．分析碱基类型，确定碱基比率
B．分析碱基类型，分析核糖类型
C．分析蛋白质的氨基酸组成，分析碱基类型
D．分析蛋白质的氨基酸组成，分析核糖类型
A [确定DNA或RNA，可分析碱基和五碳糖（有U或核糖者为RNA；有T或脱氧核糖者为DNA）；确定单链或双链可分析其中各种碱基所占的比率：
若A与T或U相等，C与G相等，则为双链（当然也有可能是单链）；若不相等则为单链。
如果分析氨基酸组成，则不能区分核酸类型。
]
2．对于下列图解，正确的说法有（ ）
【导学号：
77782095】
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，图示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。
]
遗传信息的翻译
[背景材料1]
下图是基因控制蛋白质合成的示意图，请据图回答：
[思考交流]
1．转录出③的模板是什么？
该模板的相应区段的碱基序列是什么？
提示：
DNA的一条链
—TACCGAAGAAAG—
2．③从细胞核到细胞质中，需要穿过几层生物膜？
提示：
mRNA从核孔到细胞质中，穿过0层生物膜。
3．运输氨基酸的工具是图中的哪种结构？
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[①]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。
4．研究表明，少量的mRNA分子就能迅速合成大量的蛋白质，结合下图推测其机理是怎样的？
提示：
1个mRNA可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成。
[背景材料2]
[思考交流2]
1．转录时，组成基因的两条链中只有一条链能转录，另一条链则不能转录。
据图推测基因中的碱基数和对应的mRNA中的碱基数有什么关系？
提示：
基因为双链结构而RNA为单链结构，转录形成的mRNA分子中碱基数目是基因中碱基数目的1/2。
2．翻译过程中，以mRNA为模板合成的多肽链中的氨基酸数、需要的tRNA数和mRNA中的碱基数有什么关系？
提示：
mRNA中每3个相邻的碱基决定一个氨基酸，每个氨基酸需要一个tRNA转运，所以经翻译合成的蛋白质分子中的氨基酸数目等于需要的tRNA数，都是mRNA碱基数目的1/3。
3．综上可知，基因中碱基数目∶mRNA碱基数目∶tRNA数目∶蛋白质中氨基酸数目是怎样的？
提示：
如图所示
4．一种动物体内的某种酶是由2条多肽链构成的，含有150个肽键，则控制这种酶合成的基因中核苷酸的分子数至少是多少个？
提示：
首先根据脱水缩合的概念及肽链条数计算出酶具有的氨基酸数为150＋2＝152（个），再根据其中的关系求出控制这种酶合成的基因中核苷酸的分子数至少是152×6＝912（个）。
答案：
912个。
[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.翻译过程中多聚核糖体模式图解读
信息解读
（1）图甲表示真核细胞中的翻译过程，图中①是mRNA，⑥是核糖体，②③④⑤表示正在合成的4条肽链，翻译的方向是自右向左。
（2）图乙表示原核细胞中的转录和翻译过程，图中①是DNA模板链，②③④⑤表示正在合成的4个mRNA，在核糖体上同时进行翻译过程。
4．密码子、反密码子、氨基酸数量的对应关系
由上图得出如下结论：
（1）由①⑥知：
除终止密码子外，一种密码子对应一种反密码子。
（2）由④⑤知：
一种氨基酸对应一种或多种密码子（或反密码子）。
（3）由②③知：
一种密码子（除终止密码子）或一种反密码子只对应一种氨基酸。
5．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。
③计算公式：
蛋白质中肽链数＋肽键数＝氨基酸数＝1/3mRNA中碱基数＝1/6基因中碱基数。
（2）计算中“最多”和“最少”的分析。
①翻译时，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，则mRNA上的碱基数目是蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。
②基因或DNA上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。
③在回答问题时应加上“最多”或“最少”等字，如mRNA上有n个碱基，转录产生它的基因中最少有2n个碱基，该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。
易错提醒：
有关基因表达计算的三点提醒
（1）看清楚是DNA上的碱基“对”数，还是“个”数。
（2）看清楚是mRNA上“密码子”的个数，还是“碱基”个数。
（3）看清楚是合成蛋白质所需“氨基酸”的个数，还是“种类数”。
下图为蛋白质的合成过程示意图，请据图回答有关问题：
（1）图中发生在细胞核中的过程是____________________________。
（2）图中基因表达的最后阶段是在[ ]________上完成的，这一过程中还需要mRNA、[④]氨基酸、________、________和________。
（3）图中③称为________，在蛋白质合成过程中将多肽链中氨基酸种类与mRNA上的遗传信息联系起来的物质是________。
（4）图示mRNA上可以同时有多个核糖体合成肽链，这个mRNA同时合成的肽链的结构________（填“相同”或“不相同”），原因是______________。
【技巧点拨】
（1）抓准题眼：
图示为蛋白质的合成过程，细胞具有核膜，为________细胞。
（2）扫清障碍：
通过模板和产物判断转录和翻译过程，以DNA为模板合成________为转录，以mRNA为模板合成________为翻译。
【技巧点拨】 提示：
（1）真核
（2）mRNA 蛋白质
[解析]
（1）图中细胞核中DNA分子正在进行转录。
（2）基因表达的最后阶段是在核糖体上完成的，这一过程称为翻译，翻译需要mRNA、氨基酸、ATP、tRNA和酶。
（3）③为mRNA上3个相邻的碱基，属于密码子。
由于tRNA一端存在反密码子，另一端携带相应的氨基酸，所以tRNA是将多肽链中氨基酸种类与mRNA上的遗传信息联系起来的物质。
（4）同一个mRNA上连接的多个核糖体合成的肽链结构是相同的，因为翻译的模板相同。
[答案]
（1）转录
（2）[⑤]核糖体 酶 tRNA ATP
（3）密码子 tRNA
（4）相同 翻译的模板都是同一个mRNA
【深化探究】
（1）据图分析，转录类似于DNA复制的过程，即边解旋边转录，两过程中关键的不同点是什么？
（2）图示中核糖体在mRNA上是向左还是向右移动？
为什么？
【深化探究】
（1）提示：
转录时，以DNA的一条链为模板，以核糖核苷酸为原料；而DNA复制时，则以DNA的两条链为模板，以脱氧核苷酸为原料。
（2）提示：
核糖体在mRNA上向右移动。
新的氨基酸在右侧加入进行脱水缩合。
[活学活用]
1．为在酵母中高效表达丝状真菌编码的植酸酶，通过基因改造，将原来的精氨酸密码子CGG改变为酵母偏爱的密码子AGA，下列哪项不是由此发生的变化（ ）
A．植酸酶氨基酸序列改变
B．植酸酶mRNA序列改变
C．编码植酸酶的DNA热稳定性降低
D．配对的反密码子为UCU
A [改变后的密码子仍然对应精氨酸，氨基酸的种类和序列没有改变，A项错误。
由于密码子改变，植酸酶mRNA序列改变，B项正确。
基因改造后，导致基因中C（G）比例下降，DNA热稳定性降低，C项正确。
反密码子与密码子互补配对，为UCU，D项正确。
]
2．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。
]
[当堂达标·固双基]
1．下列对转运RNA的描述正确的是（ ）
A．每种转运RNA能识别并转运一种氨基酸
B．转运RNA的三个相邻碱基决定氨基酸的一个密码子
C．转运RNA的合成在细胞质内
D．转运RNA能与DNA相应的密码子互补
A [每种转运RNA一端的三个碱基叫反密码子，它与信使RNA上的三个碱基——密码子进行碱基互补配对。
转运RNA是在细胞核内通过转录合成的，而不是在细胞质内合成的。
]
2．如图表示人体细胞内某物质的合成过程，下列相关叙述正确的是（ ）
【导学号：
77782096】
A．图示过程为转录过程，方框A表示的结构为核糖体
B．图示过程需要用到解旋酶
C．合成图中①时，所利用的模板是②
D．图示过程所利用的原料是核糖核苷酸
D [分析图示可知，图示为转录过程，其中①②③分别为mRNA、DNA非模板链和DNA模板链，方框A表示RNA聚合酶，A、C项错误；转录过程不需要用到解旋酶，B项错误；转录过程以核糖核苷酸为原料，D项正确。
]
3．如图代表真核细胞中发生的某一过程，下列叙述正确的是（ ）
A．该过程表示翻译，模板是核糖体
B．该图所示过程也可以发生在原核细胞中
C．启动和终止此过程的是起始密码子和终止密码子，都不对应氨基酸
D．图中没有酶，因为该过程不需要酶的参与
B [该过程表示翻译，模板是mRNA，场所是核糖体，原料是游离的氨基酸，同时需要酶、tRNA和ATP的参与。
启动和终止此过程的分别是起始密码子和终止密码子，起始密码子对应氨基酸，终止密码子不对应氨基酸。
原核生物中也含核糖体，也可进行翻译过程。
]
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．图示表示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 [图示表示的是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．如图表示某真核生物基因表达的部分过程，请回答下列问题：
（1）图中表示遗传信息的________过程，发生的场所是________，此过程除图中所示条件外，还需要______________等。
（2）③表示________，合成的主要场所是________，通过________到细胞质中，穿过________层膜，________（填“需要”或“不需要”）能量。
（3）图中方框内的碱基应为________，对应的5应为________（赖氨酸密码子为AAA，苯丙氨酸密码子为UUU）。
（4）图中的氨基酸共对应________个密码子。
核糖体的移动方向是________。
[解析]
（1）图中核糖体上进行的是翻译过程，此过程需要的条件是模板、原料、能量、酶等。
（2）③为mRNA，在细胞核中合成，通过核孔转移到细胞质中的核糖体上，此过程穿过0层膜，需要消耗能量。
（3）密码子存在于mRNA分子上，与tRNA上的反密码子进行碱基互补配对，故图中方框内的碱基为UUU，对应的密码子为AAA，相应氨基酸是赖氨酸。
（4）图中共有7个氨基酸，对应7个密码子。
根据图中最后一个氨基酸的加入位置可知，核糖体的移动方向为从左到右。
[答案]
（1）翻译 核糖体 酶和能量
（2）mRNA 细胞核 核孔 0 需要 （3）UUU 赖氨酸（4）7 从左到右
[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。
6．每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，一种氨基酸可由一种或多种tRNA识别和转运。
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