2020-2021学年高中生物-第4章-基因的表达-第1节-基因指导蛋白质的合成学案-新人教版必修2.doc

2020-2021学年高中生物 第4章 基因的表达 第1节 基因指导蛋白质的合成学案 新人教版必修2

2020-2021学年高中生物 第4章 基因的表达 第1节 基因指导蛋白质的合成学案 新人教版必修2

年级：
姓名：

- 15 -

第1节　基因指导蛋白质的合成
课时素养目标
1.基于遗传信息可以从DNA流向RNA,进而流向蛋白质的事实,阐明生命活动不仅需要物质和能量,也需要信息,生命是物质、能量和信息的统一体。(生命观念、科学思维)
2.基于地球上几乎所有的生物都共用一套遗传密码的事实,阐明生物界的统一性,认同当今生物有着共同的起源。(科学思维、社会责任)

　　　　　　　　　　　　必备知识·自主学习答案解析P165
一、遗传信息的转录
1.RNA的结构和功能:

2.DNA与RNA的比较:
比较项目
DNA
RNA
组
成
单
位
基本组成
单位不同

核糖核苷酸
五碳糖不同
脱氧核糖

碱基不同
特有的是胸腺嘧啶(T)
特有的是　　　　　(U) 
结构不同
　　　　　　结构 
一般为单链
3.转录:
(1)场所:主要是　　　　　。 
(2)条件:

(3)过程:

4.遗传信息的传递方向:DNA→　　　　　。 

　RNA为什么适合做DNA的信使?

二、遗传信息的翻译
1.密码子与反密码子的比较:
项目
密码子
反密码子
种类
　　　种 
　　　种 
位置

实质
决定一个氨基酸的　　　　　　　　　　　(终止密码除外) 
与　　　　　发生碱基互补配对的3个相邻的碱基 
2.概念的内涵:

3.过程:
(1)起始:　　　　　　　　　　　　与　　　　　　　　　　　结合。 
(2)运输:　　　　　　　　　　　　携带氨基酸置于特定位置。 
(3)延伸:核糖体沿　　　　　　　　　　　　移动,读取下一个密码子,由对应的　　　　　　　　　　　　运输相应的氨基酸加到延伸中的肽链上。 
(4)终止:当核糖体读取到　　　　　　　　　　　　上的　　　　　　　　　　　　时,合成终止。 
4.遗传信息的传递方向:RNA→　　　　　。 

　tRNA和rRNA参与蛋白质的合成过程吗?这两种RNA是翻译的模板吗?

　　　　　　　　　　　　关键能力·合作学习答案解析P165
　知识点一 遗传信息的转录和翻译 
1.相关图解及分析:
(1)图解:

(2)分析:

　特别提醒:
①mRNA通过核孔从细胞核到细胞质中,不穿过生物膜。
②运输氨基酸的工具tRNA,不只具有三个碱基,它具有很多碱基。
2.转录与翻译的比较:

　特别提醒:
在mRNA、tRNA和rRNA中,只有mRNA能携带遗传信息。

1.拓展探究:RNA聚合酶参与什么过程?具体的作用是什么?(科学思维)

2.情境探究:某种物质可插入DNA分子两条链的碱基对之间,使DNA双链不能解开。若在细胞正常生长的培养液中加入适量的该物质,会使基因表达过程中的哪一个过程发生障碍?为什么?(科学思维)

　下列关于遗传信息表达过程的叙述,正确的是 (　　)
A.一个DNA分子转录一次,可形成一个或多个合成多肽链的模板
B.转录过程中,RNA聚合酶没有解开DNA双螺旋结构的功能
C.多个核糖体可结合在一个mRNA分子上共同合成一条多肽链
D.编码氨基酸的密码子由mRNA上3个相邻的脱氧核苷酸组成
　【审答误区】正确认识基因与DNA、mRNA的关系
基因是有遗传效应的DNA片段,一个DNA分子上有许多基因,一个DNA分子复制一次能产生两个DNA分子,一个DNA分子转录一次产生一个或许多个mRNA。
　【方法规律】模型法解决多聚核糖体合成多肽问题
1.解题模型:

2.模型解读:
(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。
(2020·天津等级考)对于基因如何指导蛋白质合成,克里克认为要实现碱基序列向氨基酸序列的转换,一定存在一种既能识别碱基序列,又能运载特定氨基酸的分子。该种分子后来被发现是 (　　)
A.DNA　　　　　　B.mRNA
C.tRNA D.rRNA
　知识点二 转录和翻译过程中的数量关系  
1.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
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
图解

　特别提醒:
①除终止密码子外,一种密码子对应一种反密码子。
②一种氨基酸对应一种或多种密码子(或反密码子)。
③一种密码子(除终止密码子)或一种反密码子只对应一种氨基酸。
2.基因表达过程中相关数量计算:
(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。
拓展探究:
(1)一种氨基酸可能对应几个密码子,这一现象称为密码的简并,密码的简并对于基因表达有什么意义?(科学思维)

(2)“不同的基因表达出的蛋白质一定不同”,这句话描述是否准确?说出你的理由。(科学思维)

　(2020·南京高一检测)一条多肽链中含8个肽键,则作为合成该多肽的mRNA分子和用来转录该mRNA的DNA分子至少有碱基多少个 (　　)
A.24个和48个　　　　　B.27个和54个
C.8个和8个 D.8个和16个
　【审答误区】8个肽键≠8个氨基酸≠八肽化合物
一条多肽链中含8个肽键,该化合物含有9个氨基酸,属于九肽化合物。
(2020·东莞高一检测)在具有细胞结构的生物中,遗传信息、密码子、反密码子分别存在于 (　　)
A.RNA、DNA、RNA上 B.蛋白质、DNA、RNA上
C.DNA、RNA、RNA上 D.RNA、RNA、DNA上

　　　　　　　　　　　　核心素养·情境探究答案解析P165
1.【科技情境】科研人员在研究免疫球蛋白IgG的合成与分泌过程中发现,若将IgG的mRNA置于无细胞的系统中,以游离核糖体进行体外合成时产生的蛋白是IgG的前体;若在无细胞系统中加入狗胰腺细胞的粗面内质网,就能产生IgG成熟蛋白。
探究:
(1)以上事实说明了什么问题?(生命观念)

(2)进一步研究发现,在无细胞系统中,一个mRNA上结合有多个核糖体,其意义是什么?(科学思维)

2.【实验情境】生物体内的DNA常与蛋白质结合,以 DNA—蛋白质复合物的形式存在。
探究:
(1)在翻译过程中会形成DNA—蛋白质复合物吗?为
什么?(科学探究)

(2)转录过程中会形成DNA—蛋白质复合物吗?若不能,请说明理由;若能,请依据所学知识推测该蛋白质可能是哪种物质。(科学探究)

　　　　　　　　　　　　课堂检测·素养达标答案解析P165
1.下列关于遗传信息的转录与翻译的叙述,合理的是　　。 
①转录的产物是mRNA。
②转录是边解旋边转录,但是不需要解旋酶。
③转录时碱基的配对方式与翻译时相同。
④有多少种密码子就有多少种反密码子与之相对应。
⑤翻译只能在核糖体上进行。
⑥tRNA含有三个碱基,构成反密码子。
2.(2019·海南高考)下列关于蛋白质、核酸的叙述,错误的是 (　　)
A.一个核糖体上可以同时合成多条多肽链
B.一个蛋白质分子可以含有多个金属离子
C.一个mRNA分子上可以结合多个核糖体
D.一个DNA分子可以转录产生多个RNA分子
3.真核生物的细胞核中,某基因的转录过程如图所示。下列叙述正确的是 (　　)

A.转录的产物可不经加工直接作为翻译的模板
B.转录出的RNA链与编码链对应区域的碱基互补
C.该基因的多个部位可同时启动转录过程,从而提高转录效率
D.RNA聚合酶可使DNA双螺旋解开
4.下列关于转录和翻译的叙述,错误的是 (　　)
A.转录时以核糖核苷酸为原料
B.转录时RNA聚合酶能识别DNA中特定碱基序列
C.mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质
D.不同密码子编码同种氨基酸可增强密码子的容错性
5.(2020·沈阳高一检测)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,但真核生物的核基因必须在mRNA形成之后才能翻译蛋白质,针对这一差异的合理解释是 (　　)
A.原核生物的tRNA合成无需基因指导
B.真核生物tRNA呈三叶草结构
C.真核生物的核糖体可进入细胞核
D.原核生物的核糖体可以靠近DNA
6.已知一段双链DNA分子中,腺嘌呤所占的比例为20%,由这段DNA转录出来的mRNA中,胞嘧啶的比例是 (　　)
A.10%　　B.20%　　C.40%　　D.无法确定
7.下列关于真核生物RNA的叙述,错误的是 (　　)
A.RNA主要在细胞核中合成,通过核孔转移到细胞质中
B.RNA全部是在细胞核内转录形成的
C.RNA一般是单链,而且比DNA短,分子中不含碱基T
D.RNA可作为核糖体的组成成分
8.已知某生物体细胞中有42个DNA分子,其中1个DNA分子共含有12000个碱基,由这个DNA分子所控制合成的多肽链中,最多含有氨基酸多少种 (　　)
A.1000 B.2000 C.20 D.100
9.如图表示某真核细胞中遗传信息传递的部分过程,图甲过程发生在细胞核中,图乙过程发生在细胞质中,请据图回答([　]中填序号,　　　　　上填名称): 

(1)图甲所示为　　　　　过程,在[　]　　　　　的催化作用下完成;图乙所示为　　　　　过程。 
(2)图甲中的④　　　　　形成后,需通过　　　　　(填结构)才能进入细胞质到达细胞器⑤　　　　　。 
(3)完成图乙所示过程,还需搬运氨基酸的“搬运工”参与,这里的“搬运工”是指　　　　　,该物质一端的三个碱基称为　　　　　,可以与④物质上的三个相邻碱基互补配对。 
(4)图甲和图乙所涉及的过程发生的方向为:　　　　,　　　　　。(用“←”或“→”表示) 

第4章　基因的表达
第1节　基因指导蛋白质的合成

一、1.核糖核苷酸　A、U、C、G　单链　细胞核　细胞质　氨基酸　密码子　核糖体
2.脱氧核苷酸　核糖　尿嘧啶　双螺旋
3.(1)细胞核　(2)一条链　核糖核苷酸　RNA聚合酶等　ATP　
(3)碱基　碱基互补配对　mRNA
DNA链　双螺旋
4.RNA
【问·答】
提示:RNA一般为单链,比DNA短,可以通过核孔从细胞核进入细胞质。
二、1.64　61　mRNA　tRNA　3个相邻的碱基　密码子
2.20种游离的氨基酸　tRNA　核糖体　mRNA　模板　多肽
3.(1)mRNA　核糖体　(2)tRNA
(3)mRNA　tRNA
(4)mRNA　终止密码
4.蛋白质
【问·答】
提示:tRNA和rRNA参与蛋白质的合成,但这两种RNA不是翻译的模板。

知识点一
【思考探究】
1.提示:RNA聚合酶参与转录过程。RNA聚合酶与基因上的RNA聚合酶结合位点结合,启动转录,并把单个核糖核苷酸连接在正在合成的mRNA片段上,同时还有解旋功能。
2.提示:转录。基因的表达过程包括转录和翻译过程,由于该物质能使DNA双链不能解开,说明该物质能阻断DNA的解旋,会使转录发生障碍;翻译过程是以mRNA为模板合成蛋白质的过程,DNA双链解开受影响,不会影响RNA的翻译过程。
【典例示范】A　一个DNA分子转录一次,形成的mRNA需要进行剪切加工,可能合成一条或多条模板链,A正确;转录过程中,RNA聚合酶兼具解旋功能,故不需要DNA解旋酶参与转录,B错误;在转录过程中,mRNA上可附着多个核糖体进行翻译,得到数条相同的mRNA,而不是共同合成一条多肽链,C错误;mRNA由核糖核苷酸构成,不具有脱氧核苷酸,D错误。
【类题精练】C　本题考查遗传信息的表达。DNA分子中特定的碱基排列顺序代表遗传信息,可通过转录形成RNA,但不能运载特定的氨基酸,A项不符合题意;mRNA中三个相邻的碱基决定一个氨基酸,是翻译的模板,也不能运载特定的氨基酸,B项不符合题意;tRNA中的反密码子可识别mRNA中的密码子,一种tRNA可运载特定的氨基酸,C项符合题意;rRNA参与核糖体的合成,与碱基序列的识别和氨基酸的转运没有直接关系,D项不符合题意。
知识点二
【思考探究】
　(1)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。
(2)提示:这句话是错误的。基因是有遗传效应的DNA片段,不同基因的碱基种类和排列顺序不同,但由于一种氨基酸可以对应多种密码子,所以即使两个基因的碱基种类和排列顺序不同,也可能表达出相同的蛋白质。
【典例示范】B　 一条多肽链中含有8个肽键,则多肽链中氨基酸数目为8+1=9个,由于DNA(或基因)中碱基数∶mRNA上碱基数∶氨基酸个数=6∶3∶1,故作为合成该多肽的mRNA分子和用来转录该mRNA的DNA分子至少有碱基数目分别为27个和54个,选B。
【类题精练】C　在具有细胞结构的生物中,遗传信息蕴藏在组成DNA分子的4种碱基的排列顺序中。mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸,每3个这样的碱基称做一个密码子。每个tRNA分子的一端是携带氨基酸的部位,另一端有3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对,这样的3个碱基构成一个反密码子。

1.(1)提示:粗面内质网能对蛋白质进行加工。
(2)提示:少量mRNA短时间内快速合成大量的IgG的前体。
2.(1)提示:不会,DNA不参与翻译过程。
(2)提示:能,可能是RNA聚合酶。

1.【解析】选②⑤。rRNA、tRNA和mRNA都是转录的产物,①错误;转录的特点是边解旋边转录,但是只需要RNA聚合酶,不需要解旋酶,②正确;转录时碱基的配对方式是A-U、T-A、G-C和C-G,翻译时碱基的配对方式是A-U、U-A、G-C和C-G,③错误;终止密码子不对应氨基酸,没有相应的反密码子与之对应,④错误;翻译的场所只有核糖体,⑤正确;tRNA由多个碱基构成,上面的三个碱基构成反密码子,⑥错误。
2.A　一个核糖体上不能同时合成多条多肽链,转录一次只能合成一条多肽链,A项错误;一个蛋白质分子可以含有多个金属离子,如一个血红蛋白结合了4个亚铁离子,B项正确;一个mRNA分子上可以结合多个核糖体,同时合成多条肽链,C项正确;一个DNA分子含有多个基因,每个基因都可以多次转录,所以可以转录产生多个RNA分子,D项正确。
3.D　真核生物转录的产物需要经加工才能作为翻译的模板,A错误;转录出的RNA链与模板链对应区域的碱基互补,编码链属于非模板链,B错误;一个基因只有一个启动部位开始转录,C错误;RNA聚合酶可使DNA双螺旋解开,D正确。
4.C　转录过程合成的是RNA,其基本组成单位是核糖核苷酸,A项正确;转录时RNA聚合酶能识别DNA中特定碱基序列,B项正确;核糖体在mRNA上移动翻译出蛋白质,C项错误;不同密码子编码相同氨基酸,当密码子改变时,蛋白质可能不变,增强了密码子的容错性,D项正确。
5.D　因为原核生物的核糖体可以靠近DNA,所以原核生物基因的转录和翻译通常是在同一时间同一地点进行的,即在转录未完成之前翻译便开始进行,选D。
6.D　转录时以一条DNA单链为模板,双链DNA分子中腺嘌呤所占的比例为20%,能推出该DNA分子中G所占的比例为30%,但不能由此推出一条单链中G的比例,因而无法推知这段DNA转录出来的mRNA中胞嘧啶的比例,D正确。
7.B　真核生物的RNA不仅可以在细胞核中转录形成,也可以在线粒体和叶绿体中转录形成。
8.C　DNA(或基因)中碱基数∶mRNA上碱基数∶氨基酸个数=6∶3∶1,某DNA分子含12 000个碱基,则该DNA分子所控制合成的多肽链中最多含有氨基酸数目为12 000÷6=2 000个。又组成蛋白质的氨基酸约有20种,因此该DNA分子所控制合成的多肽链中,最多只有20种氨基酸。
9.【解析】(1)图甲中DNA解旋以其中一条链为模板形成RNA(④上含有U碱基)的过程即转录,该过程需要RNA聚合酶的催化;图乙为翻译过程。(2)④mRNA形成后穿过核孔进入细胞质,与核糖体结合作为模板合成蛋白质。(3)搬运氨基酸的“搬运工”是tRNA,其上有反密码子,可以与mRNA上的密码子互补配对,从而决定携带某种氨基酸。(4)图甲中通过①RNA聚合酶的移动方向可以判断转录的方向是从右向左,图乙中通过⑥的长短可以判断翻译的方向是从右向左。
答案:(1)转录　[①]RNA聚合酶　翻译
(2)mRNA　核孔　核糖体
(3)tRNA　反密码子　(4)←　←