高中生物第4章第1节基因指导蛋白质的合成教案新人教版.docx
《高中生物第4章第1节基因指导蛋白质的合成教案新人教版.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中生物第4章第1节基因指导蛋白质的合成教案新人教版.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
高中生物第4章第1节基因指导蛋白质的合成教案新人教版
基因指导蛋白质的合成
一、RNA的组成及分类
1．基本单位的组成
2．结构
一般是单链，长度比DNA短；能通过核孔从细胞核转移到细胞质中。
3．分类
（1）信使RNA（mRNA）——传递遗传信息
（2）转运RNA（tRNA）——运输氨基酸
（3）核糖体RNA（rRNA）——组成核糖体
二、遗传信息的转录
1．对转录概念的理解
2．转录过程
三、遗传信息的翻译
1．对翻译概念的理解
2．遗传信息、密码子、反密码子的比较
存在位置
含义
生理作用
遗传
信息
DNA
脱氧核苷酸（碱基对）的排列顺序
直接决定mRNA中碱基的排列顺序，间接决定氨基酸的排列顺序
密码子
mRNA
mRNA上3个相邻的碱基
直接决定氨基酸的排列顺序
反密
码子
_tRNA
与密码子互补的3个碱基
识别密码子
3.翻译的过程
一、遗传信息的转录
1．阅读教材P62～63，分析图4－2、4－3探究下列问题：
结合第3章第2节DNA分子的结构，比较DNA和RNA。
提示：
细胞核 细胞质 脱氧核糖核苷酸 核糖核苷酸 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胸腺嘧啶（T） 尿嘧啶（U） 脱氧核糖 核糖
2．探究RNA为什么能作为DNA的信使。
提示：
（1）RNA的基本组成单位是核苷酸，含有4种碱基，可以储存遗传信息；
（2）RNA一般是单链，比DNA短，能通过核孔，从细胞核进入细胞质；（3）组成RNA的碱基也严格遵循碱基互补配对原则。
3．仔细分析教材P63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。
提示：
……AUGAUAGGGAAAC……。
（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？
提示：
①转录成的RNA的碱基序列，与作为模板的DNA单链的碱基序列互补配对。
②相同点：
a.碱基数目相等；b.都含A、G、C3种碱基。
不同点：
RNA中含有U，DNA中含有T。
二、遗传信息的翻译
1．组成生物体的氨基酸有20种，如果mRNA上的1个碱基决定1个氨基酸，能决定多少种氨基酸？
2个碱基决定1个氨基酸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20种氨基酸。
提示：
（1）mRNA上的碱基有4种，如果1个碱基决定1个氨基酸，能决定41＝4种氨基酸。
（2）2个碱基决定1个氨基酸能决定42＝16种氨基酸。
（3）当由3个碱基决定一个氨基酸时，可以编码43＝64种氨基酸，所以至少需要3个碱基决定1种氨基酸才足以组合出构成蛋白质的20种氨基酸。
2．结合教材P65表4－1中20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？
提示：
密码子共有64种，但有3种为终止密码子，不决定氨基酸，决定氨基酸的密码子有61种。
（2）一种氨基酸可能对应几个密码子，这一现象称做密码的简并，密码的简并对生物体的生存发展有什么意义？
提示：
密码的简并在遗传的稳定性和提高翻译速率上有一定的意义，具体如下：
①当密码子中有一个碱基改变时，由于密码的简并，可能并不会改变对应的氨基酸。
②当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码一种氨基酸可以保证翻译的速率。
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？
提示：
基因中的碱基、mRNA分子中的碱基与蛋白质分子中的氨基酸三者之间的数量比为6∶3∶1。
（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？
提示：
不一定。
因在一段多肽链对应的mRNA中含有不编码氨基酸的终止密码子，而在其对应的DNA中，还含有一些不能转录为mRNA的DNA片段。
4．判断正误
（1）氨基酸与密码子之间具有一一对应的关系。
（×）
（2）转录和翻译过程可以出现A－U、U－A、C－G、G－C四种配对关系，不会出现T－A的配对方式。
（×）
（3）当密码子中有一个碱基改变时，可能不会改变对应的氨基酸。
（√）
5．连线（将左侧的名词与其相对应的概念用线连接起来）
1．转录、翻译与DNA复制的比较
项目
DNA复制
转录
翻译
场所
主要是细胞核
主要是细胞核
主要是细胞质中的核糖体
模板
DNA的两条链
DNA的一条链
mRNA
原料
4种脱氧核苷酸
4种核糖核苷酸
20种氨基酸
时间
细胞分裂间期
生物生长发育的过程中
产物
2个相同的DNA
RNA（mRNA、tRNA、rRNA）
有一定氨基酸排列顺序的蛋白质
特点
边解旋边复制，半保留复制
边解旋边转录，DNA仍保留
1个mRNA分子可结合多个核糖体，提高合成蛋白质的速度
研究方法
可用放射性同位素标记“T”
可用放射性同位素标记“U”
可用放射性同位素标记“氨基酸”
联系
[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。
2．遗传信息、密码子、反密码子与氨基酸之间的关系
3．转录、翻译中的有关计算
（1）基因中碱基、RNA中碱基和氨基酸的数量关系
①转录时只以DNA的一条链为模板，因此转录形成的mRNA分子中的碱基数目是基因中碱基的1/2。
②翻译过程中，mRNA中每3个碱基决定1个氨基酸，所以经翻译合成的蛋白质分子中氨基酸数目是mRNA中碱基的1/3。
（2）基因控制蛋白质合成过程中的几种数量关系
基因中碱基数∶mRNA中碱基数∶蛋白质中氨基酸数＝6∶3∶1。
[特别提醒]
（1）上述比例关系只是针对基因中的碱基，而不是整个DNA分子。
（2）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。
[例1] （浙江高考）某生物基因表达过程如图所示，下列叙述与该图相符的是（ ）
A．在RNA聚合酶作用下DNA双螺旋解开
B．DNA－RNA杂交区域中A应与T配对
C．mRNA翻译只能得到一条肽链
D．该过程发生在真核细胞中
[研析] 本题以图示为信息载体考查生物基因表达过程。
具体解题过程如下：
[审]——提取信息
信息a：
在RNA聚合酶作用下，以双链DNA的一条链为模板，合成mRNA。
信息b：
合成的mRNA上结合有2个核糖体，并有肽链合成。
[联]——联系基础
以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则合成RNA的过程，叫做转录；以mRNA为模板，将游离的氨基酸合成具有一定氨基酸排列顺序的多肽的过程，叫做翻译；真核细胞中转录是在细胞核中，翻译是在细胞质中，原核细胞中转录和翻译可同时进行。
[判]——研判选项
A项：
转录时，DNA双链是在RNA聚合酶作用下解旋的，A项正确。
B项：
转录时的碱基互补配对方式是A－U、T－A、G－C、C－G，所以DNA－RNA杂交区域中A应与U配对，B项错误。
C项：
图中mRNA上连接有2个核糖体且已合成出2条多肽链，C项错误。
D项：
转录、翻译同时进行，故图示过程发生在原核细胞中，D项错误。
[答案] A
[例2] mRNA上决定氨基酸的一个密码子的一个碱基发生替换，对识别该密码子的tRNA种类及转运的氨基酸种类将会产生的影响是（ ）
A．tRNA种类一定改变，氨基酸种类一定改变
B．tRNA种类不一定改变，氨基酸种类不一定改变
C．tRNA种类一定改变，氨基酸种类不一定改变
D．tRNA种类不一定改变，氨基酸种类一定改变
[解析] 一种密码子只能对应一种氨基酸，而一种氨基酸可以有多种密码子。
mRNA上决定氨基酸的一个密码子的一个碱基发生替换，则识别该密码子的tRNA（一端有反密码子）种类也肯定发生改变。
但改变后的密码子有可能与原密码子决定的是同一种氨基酸，故氨基酸种类不一定改变。
[答案] C
密码子、反密码子和氨基酸之间的对应关系
—————————————————[课堂归纳]——————————————————
[网络构建]
填充：
①转录 ②翻译 ③mRNA、tRNA、rRNA ④核糖体
[关键语句]
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）、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。
知识点一、DNA与RNA的比较
1．下列哪项是DNA和RNA共同具有的（ ）
A．双螺旋结构 B．脱氧核糖
C．尿嘧啶D．腺嘌呤
解析：
选D 具有双螺旋结构的是DNA，RNA不具有；脱氧核糖是DNA中特有的五碳糖，尿嘧啶是RNA中特有的碱基，腺嘌呤是DNA和RNA共同具有的碱基。
2．在人体中，由A、T、C三种碱基参与构成的核苷酸共有（ ）
A．两种B．四种C．五种D．六种
解析：
选C A、T、C能构成三种脱氧核苷酸，由于核糖核苷酸中没有T碱基，A、C能构成两种核糖核苷酸，因此A、T、C能构成五种核苷酸。
知识点二、DNA复制、转录、翻译的比较
3．真核细胞中DNA复制、转录和翻译的主要场所依次是（ ）
A．细胞核、细胞核、核糖体
B．细胞核、细胞质、核糖体
C．细胞核、细胞核、高尔基体
D．细胞核、细胞质、内质网
解析：
选A DNA的复制、转录都是以DNA为模板，DNA主要在细胞核中，故DNA复制、转录的场所主要是细胞核，翻译是在细胞质中的核糖体上完成的。
4．有关真核细胞DNA复制和转录这两种过程的叙述，错误的是（ ）
A．两种过程都可在细胞核中发生
B．两种过程都有酶参与反应
C．两种过程都以脱氧核苷酸为原料
D．两种过程都以DNA为模板
解析：
选C 复制和转录都主要在细胞核内进行；都需要各种酶的参与；复制的原料是4种脱氧核苷酸，转录的原料是4种核糖核苷酸；两种过程的模板都是DNA，复制是以DNA的两条链分别为模板，而转录是以DNA的一条链为模板。
知识点三、基因控制蛋白质合成中的相关计算
5．一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽，则此mRNA分子至少含有的碱基个数及合成这段多肽最多需要的tRNA个数，依次为（ ）
A．33，11B．36，12C．12，36D．11，36
解析：
选B 由题干知此多肽有11个肽键，可推知此多肽应由12个氨基酸脱水缩合而成，对应mRNA上的碱基至少应为12×3＝36个，对应DNA上的碱基至少为12×6＝72个，而12个氨基酸最多需要12个tRNA来转运。
6．根据下表蛋白质合成中遗传信息的传递过程，在下面表格中的空白处填入相应的字母并回答问题。
（1）丙氨酸的密码子是________，决定编码该氨基酸的密码子的碱基是________。
（2）第二个氨基酸应是________。
[半胱氨酸（UGC）、丝氨酸（UCC）、苏氨酸（ACC）、精氨酸（AGG）]
（3）________链为转录的模板链，是储存遗传信息的链，密码子位于________链上。
（4）在控制合成胰岛素（含51个氨基酸）的基因中，至少含有________个脱氧核苷酸。
解析：
首先根据mRNA上的密码子和tRNA上的反密码子的碱基互补配对，即c链和d链碱基互补配对，可以得出c链上第四个碱基是U，恰好与a链相应位置上的A互补，由此得出c链是以a链为模板转录得来的。
理清上述关系，就可以将题中表格填写完整，具体如下：
答案：
（1）GCA CGT
（2）半胱氨酸 （3）a c （4）306
（时间：
30分钟；满分：
50分）
一、选择题（每小题2分，共20分）
1．（海南高考）关于RNA的叙述，错误的是（ ）
A．少数RNA具有生物催化作用
B．真核细胞内mRNA和tRNA都是在细胞质中合成的
C．mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基称为密码子
D．细胞中有多种tRNA，一种tRNA只能转运一种氨基酸
解析：
选B 真核细胞内的mRNA和tRNA主要是在细胞核中合成的；少数RNA是酶，具催化作用；mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基称为1个密码子；tRNA具有特异性，一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。
2．（上海高考）真核生物的核基因必须在mRNA形成之后才能翻译蛋白质，但原核生物的mRNA通常在转录完成之前便可启动蛋白质的翻译，针对这一差异的合理解释是（ ）
A．原核生物的遗传物质是RNA
B．原核生物的tRNA呈三叶草结构
C．真核生物的核糖体可以进入细胞核
D．真核生物的mRNA必须通过核孔后才能翻译
解析：
选D 真核生物的细胞结构中有细胞核，只有全部转录之后，mRNA才从核孔中出来进入细胞质中翻译，而原核细胞没有核膜，是边转录边翻译。
3．下列关于遗传信息和遗传密码在核酸中的位置和碱基构成的叙述中，正确的是（ ）
A．遗传信息位于mRNA上，遗传密码位于DNA上，碱基构成相同
B．遗传信息位于DNA上，遗传密码位于mRNA、tRNA或rRNA上，碱基构成相同
C．遗传信息和遗传密码都位于DNA上，碱基构成相同
D．遗传信息位于DNA上，遗传密码位于mRNA上，碱基构成不同
解析：
选D 遗传信息是DNA分子上脱氧核苷酸的排列顺序。
RNA分为mRNA、tRNA和rRNA，mRNA上具有密码子，tRNA具有运载氨基酸的作用。
构成DNA的碱基是A、T、G、C，构成RNA的碱基是A、U、G、C，故它们的碱基构成不同。
4．有关基因控制蛋白质合成的叙述，不正确的是（ ）
A．转录和翻译都可发生在线粒体内
B．转录和翻译的原料分别是核糖核苷酸和氨基酸
C．一个密码子只决定一种氨基酸，一种氨基酸只由一种tRNA转运
D．转录和翻译的模板分别是DNA的一条链和mRNA
解析：
选C 转录主要发生在细胞核中，以DNA的一条链为模板，以核糖核苷酸为原料。
翻译则主要发生在细胞质中，以mRNA为模板，以氨基酸为原料，但线粒体内也有DNA和核糖体，因此转录和翻译也可发生在线粒体内；由于密码子的简并现象，因此一种氨基酸可对应多种密码子，也可由多种tRNA转运。
5．如图所示，下列有关叙述中不正确的是（ ）
A．甲是DNA，乙为RNA，此过程要以甲为模板，酶为RNA聚合酶等
B．甲是DNA，乙为DNA，此过程要以甲为模板，酶为DNA聚合酶等
C．甲是RNA，乙为DNA，此过程为转录，原料为脱氧核苷酸
D．甲是RNA，乙为蛋白质，此过程为翻译，原料为氨基酸
解析：
选C 转录是以DNA的一条链为模板，原料是核糖核苷酸，产物是RNA。
6．如图代表人体胰岛细胞中发生的某一过程（AA代表氨基酸），下列叙述正确的是（ ）
A．能给该过程提供遗传信息的只能是DNA
B．该过程合成的产物一定是酶或激素
C．有多少个密码子就有多少个反密码子与之对应
D．该过程中有水产生
解析：
选D 图示为翻译过程，为该过程提供遗传信息的是mRNA；该过程合成的产物是蛋白质，但不一定是酶或激素；在64种密码子中有3种终止密码子，不编码任何的氨基酸，没有反密码子与之对应；翻译过程的实质是氨基酸在核糖体上发生的脱水缩合。
7．在一个DNA分子中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基数目的54%，其中一条链中鸟嘌呤与胸腺嘧啶分别占该链碱基总数的22%和28%，则由该链转录的信使RNA中鸟嘌呤与胞嘧啶分别占碱基总数的（ ）
A．24%，22%B．22%，28%C．26%，24%D．23%，27%
解析：
选A 由碱基互补配对原则及题干分析知，在DNA分子中，一条链上的鸟嘌呤G和胸腺嘧啶T分别占该核苷酸链碱基的22%和28%，那么，由该链转录出来的信使RNA中的鸟嘌呤G等于该链中的胞嘧啶，即（1－54%）－22%＝24%，胞嘧啶等于该链的鸟嘌呤，即22%。
8．如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
解析：
选B 图中①链为模板链，②链为RNA，①链中A与②链中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。
9．对于下列图解，说法不正确的是（ ）
DNA…－A－T－G－C－C－C－…
RNA…－U－A－C－G－G－G－…
A．在DNA分子的一条单链中相邻的碱基A与T的连接需通过“脱氧核糖－磷酸－脱氧核糖”
B．该过程可表示一个DNA分子转录成mRNA
C．该图中的产物穿过0层生物膜与细胞质中的核糖体结合，进行遗传信息的翻译
D．该图中共有7种核苷酸
解析：
选D DNA单链中相邻的碱基是通过“脱氧核糖－磷酸－脱氧核糖”连接的；该图表示DNA转录形成mRNA的过程；转录得到的产物mRNA通过核孔进入细胞质中参与翻译，没有穿过生物膜结构；该图中共有8种核苷酸。
10．如图为真核细胞中多聚核糖体合成蛋白质的示意图，据图判断不正确的是（ ）
A．①主要在细胞核内合成，通过核孔进入细胞质
B．②彻底水解产物的种类比③多
C．此过程还需要RNA聚合酶参与
D．图示过程可提高蛋白质合成速率
解析：
选C 此过程为翻译过程，不需要RNA聚合酶的参与。
①是RNA，在细胞核中合成，通过核孔进入细胞质。
②是核糖体，由rRNA和蛋白质组成，彻底水解产物包括20多种氨基酸和4种核糖核苷酸；③是多肽链，彻底水解产物包括20多种氨基酸。
二、非选择题（共30分）
11．（16分）如图所示，左图为某种真菌线粒体中蛋白质的生物合成示意图，右上图为其中一个生理过程的模式图。
请回答下列问题：
（1）结构Ⅰ、Ⅱ代表的结构或物质分别为：
________、__________________。
（2）完成过程①需要的物质是从细胞质进入细胞核的。
它们是________________________________。
（3）据图分析，基因表达过程中转录的发生场所有__________________________。
（4）根据表格判断：
[Ⅲ]为________（填名称），携带的氨基酸是________。
若蛋白质2在线粒体内膜上发挥作用，推测其功能可能是参与有氧呼吸的第________阶段。
（5）下图为上图中①过程，图中的b和d二者在化学组成上的区别是____________________。
图中a是一种酶分子，它能促进c的合成，其名称为_______________。
解析：
（1）由图可知，结构Ⅰ是双层膜结构的核膜，Ⅱ是线粒体DNA。
（2）过程①是核DNA转录合成RNA的过程，需要核糖核苷酸为原料，还需要酶和ATP，它们都是在细胞质中合成的。
（3）核基因表达过程中的转录发生在细胞核中，线粒体DNA的表达场所是线粒体。
（4）Ⅲ是tRNA，上面的3个特定的碱基（反密码子）和mRNA上的密码子是互补配对的，即mRNA上的密码子是ACU，该tRNA携带的氨基酸是苏氨酸。
线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所，其中第三阶段在线粒体内膜上进行，故蛋白质2应该是与有氧呼吸有关的酶。
（5）图中①是核DNA转录的过程，其中b在DNA分子中，应该是胞嘧啶脱氧核苷酸，而d在RNA分子中，应该是胞嘧啶核糖核苷酸。
RNA聚合酶是催化转录过程的酶，可以催化单个核糖核苷酸聚合成RNA分子。
答案：
（1）核膜 线粒体DNA
（2）ATP、核糖核苷酸、酶 （3）细胞核、线粒体 （4）tRNA 苏氨酸 三 （5）前者含脱氧核糖，后者含核糖 RNA聚合酶
12．（14分）如图是细胞内进行遗传信息传递的部分图解，并提供了部分氨基酸的密码子，请据图回答：
酪氨酸（UAC），苯丙氨酸（UUU、UUC），丙氨酸（GCA），甘氨酸（GGC），赖氨酸（AAG、AAA），脯氨酸（CCG），甲硫氨酸（AUG），精氨酸（CGA）。
（1）图中1和2分别表示________、________（物质）。
（2）若该图表示以甲链为模板合成乙链，则该过程称为________，催化该过程的酶主要是________。
（3）若两条链共含有200个碱基，且A∶T∶G∶C＝2∶1∶3∶3，则含碱基U有________个。
（4）若甲链中的一段序列为……TACTTCAAACCGCGT……，据此推测其编码的氨基酸序列为
________________________________________________________________________。
解析：
（1）甲为DNA的一条链，乙为mRNA。
所以，图中1和2分别表示脱氧核糖和核糖。
（2）图中显示的过程为转录，催化该过程的酶主要是RNA聚合酶。
（3）根据题意可推知，碱基U所占的比例为两条链碱基总数的1/10，所以碱基U有20个。
（4）根据甲链中的碱基序列，可写出mRNA的碱基序列是……AUGAAGUUUGGCGCA……，再根据部分氨基酸的密码子，便可推出其编码的氨基酸序列为甲硫氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、甘氨酸、丙氨酸。
答案：
（1）脱氧核糖 核糖
（2）转录 RNA聚合酶 （3）20 （4）甲硫氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、甘氨酸、丙氨酸
升级会员 