資源簡介

4.1基因指導蛋白質的合成 導學案
【學習目標】
（一）學習目標
1.利用對比分析，歸納和概括，辨別三種RNA的結構和組成。(科學思維)
2.通過圖示和列表比較轉錄和翻譯的異同。(科學思維)
3.從存在位置、作用等方面，探討密碼子、反密碼子和遺傳信息之間的關系，構建知識脈絡。(生命觀念)
4.通過對資料進行分析歸納，概括中心法則的提出及發(fā)展過程。(科學思維)
5.通過對中心法則的理解記憶，認同遺傳信息流動的觀念。(生命觀念)
【學習重難點】
（一）學習重難點
1、教學重點
（1）理解遺傳信息、密碼子與反密碼的關系，理解密碼子的簡并性。
（2）遺傳信息的轉率和翻譯過程。
2、教學難點
（1）遺傳信息的轉率和翻譯過程。
【預習新知】
（一）遺傳信息的轉錄
1.RNA
（1）基本單位：四種 。
（2）結構：一般是 ，比DNA 。
（3）分布：主要在 內合成，通過 進入細胞質。
（4）分類
mRNA：將遺傳信息從DNA傳遞到 中。
tRNA：轉運氨基酸，識別 。
rRNA： 的組成成分。
2.轉錄
（1）概念：在細胞核中，以 為模板合成 的過程。
（2）條件
模板：DNA的一條鏈。
原料：四種游離的 。
酶： 。
能量： 。
其他條件：適宜的溫度、 。
（3）過程
第1步：DNA雙鏈解開， 暴露出來。
第2步：游離的 與DNA模板鏈上的堿基互補配對，在 的作用下開始mRNA的合成。
第3步：新結合的核糖核苷酸連接到正在合成的 分子上
第4步：合成的mRNA從DNA鏈上 。而后，DNA雙螺旋 。
（一）遺傳信息的翻譯
1.翻譯的概念：游離在細胞質中的各種氨基酸，以 為模板合成具有一定氨基酸順序的 的過程。
2.密碼子
（1）種類：64個，分三類。
起始密碼子： 個，AUG、GUG。
終止密碼子：3個，UAA、UAG、UGA。
普通密碼子：59個。
注：①在正常情況下， 是終止密碼子，但在特殊情況下，UGA可以編碼 。
②在原核生物中，GUG也可以作起始密碼子，此時它編碼甲硫氨酸。
（2）與氨基酸的對應關系
起始密碼子和普通密碼子均有對應的氨基酸，終止密碼子 氨基酸，僅僅是翻譯終止的信號。
（3）特點
：即一種氨基酸（如絲氨酸）可以由多種密碼子決定，有利于保持蛋白質結構（或生物性狀）的相對穩(wěn)定。
通用性：即整個生物界共用一套密碼子。同一種密碼子在 生物體內編碼的氨基酸是相同的。
（4）反密碼子的概念：位于 上，在翻譯過程中能與 上的密碼子發(fā)生互補配對的三個相鄰的堿基。
（5）反密碼子的與氨基酸的對應關系
一種tRNA只能轉運 氨基酸；
一種氨基酸可由 RNA轉運。
3.翻譯的過程
4.一條mRNA同時與 核糖體相結合，可以同時合成 多肽鏈，提高翻譯的效率。
【易錯提示】
（一）易錯提示
轉錄、翻譯過程中的四個易錯點
(1)轉錄的產物不只是mRNA，還有tRNA、rRNA，但只有mRNA攜帶遺傳信息，3種RNA都參與翻譯過程，只是作用不同。
(2)翻譯過程中mRNA并不移動，而是核糖體沿著mRNA移動，進而讀取下一個密碼子。
(3)轉錄和翻譯過程中的堿基配對不是A—T，而是A—U。
(4)并不是所有的密碼子都決定氨基酸，其中終止密碼子不決定氨基酸。
(1)轉錄不是轉錄整個DNA，是轉錄其中的基因，不同種類的細胞，由于基因的選擇性表達，mRNA的種類和數量不同，但tRNA和rRNA的種類沒有差異。
(2)細胞核中轉錄形成的RNA通過核孔進入細胞質，穿過0層膜，需要能量。
(3)完成正常使命的mRNA易迅速降解，保證生命活動的有序進行。
(4)質基因(線粒體和葉綠體中的基因)控制蛋白質合成過程時也進行轉錄。
【深化探究】
（一）深化探究
一、遺傳信息的轉錄
[問題探究]
經測定，甲、乙、丙、丁4種生物的核酸中堿基所占的比例如下表：
項目 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、乙含有哪種核酸？二者有什么區(qū)別？
提示：甲、乙中的核酸都是DNA，但甲只能為單鏈DNA，乙最可能是雙鏈DNA。
2．丙中含有的核酸是哪種？依據是什么？
提示：RNA；丙的核酸中含有堿基U，不含堿基T。
3．丁的核酸中含有幾種核苷酸？
提示：8種。
4．RNA為什么適合做DNA的信使？
提示：(1)RNA一般為單鏈，比DNA短，可以通過核孔從細胞核進入細胞質。
(2)RNA是另一種核酸，也是由4種核苷酸組成的，也可以儲存大量的遺傳信息。
(3)RNA與DNA之間也遵循堿基互補配對原則。
歸納總結：
1．核糖核酸(RNA)
(1)組成元素：C、H、O、N、P。
(2)基本單位：核糖核苷酸。
種類 mRNA tRNA rRNA
結構 單鏈 單鏈，呈三葉草形 單鏈
特點 攜帶從DNA上轉錄來的遺傳信息 一端攜帶特定的氨基酸，另一端的特定的三個堿基可與mRNA上的密碼子互補配對，叫反密碼子 核糖體的組成成分
功能 作為翻譯的模板 識別密碼子，轉運特定的氨基酸 參與構成核糖體
圖示
共同點 都是經過轉錄產生的，基本單位都相同，都與翻譯的過程有關
2.轉錄
(1)轉錄的概念、條件和產物
概念 RNA主要是在細胞核中，以DNA的一條鏈為模板合成的，這一過程稱為轉錄
場所 真核生物主要發(fā)生在細胞核，線粒體和葉綠體也可以發(fā)生
條件 ①模板：以DNA的一條單鏈為模板鏈(另一條單鏈為非模板鏈) ②原料：四種核糖核苷酸 ③能量：ATP ④酶：RNA聚合酶
堿基配對情況 T與A配對(形成兩個氫鍵)，G與C配對(形成三個氫鍵)，A與U配對(形成兩個氫鍵)，C與G配對(形成三個氫鍵)
產物 RNA(mRNA、tRNA、rRNA)
(2)轉錄有關問題分析
①堿基互補配對關系：G—C、C—G、T—A、A—U。
②mRNA與DNA模板鏈堿基互補，但與非模板鏈堿基序列基本相同，只是用U代替T。
③轉錄特點：邊解旋邊轉錄，單鏈轉錄。
二、遺傳信息的翻譯
[問題探究]
1．結合教材P67表4－1，回答下列問題：
(1)密碼子有多少種？決定氨基酸的密碼子有多少種？
(2)判斷對錯(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
①一種氨基酸對應一種密碼子。(　　)
②密碼子的簡并性對遺傳的穩(wěn)定性和提高翻譯速率有一定的意義。(　　)
③密碼子中一個堿基發(fā)生改變，對應的氨基酸一定改變。(　　)
提示：(1)64　61
(2)①×?、凇獭、邸?br/>2．運輸氨基酸的工具是哪種結構？為什么說它是真正起“翻譯”作用的結構？
提示：運輸氨基酸的工具是tRNA，它一端有反密碼子，能和mRNA上的密碼子相識別，一端能攜帶氨基酸，是真正起“翻譯”作用的結構。
歸納總結：
1．DNA轉錄和翻譯的比較
轉錄 翻譯
時間 個體生長發(fā)育的整個過程
場所 主要在細胞核 核糖體
模板 DNA的一條鏈 mRNA
原料 4種核糖核苷酸 21種氨基酸
條件 酶(RNA聚合酶等)、ATP 酶、ATP、tRNA
產物 RNA(mRNA、tRNA、rRNA) 多肽鏈
特點 邊解旋邊轉錄 一個mRNA上結合多個核糖體，同時合成多條肽鏈
堿基配對 A—U，T—A，C—G，G—C A—U，U—A，C—G，G—C
遺傳信息傳遞 DNA→RNA mRNA→蛋白質
意義 表達遺傳信息，使生物表現出各種性狀
2.遺傳信息、密碼子、反密碼子的比較
項目 遺傳信息 密碼子 反密碼子
概念 DNA分子中脫氧核苷酸的排列順序 mRNA上決定1個氨基酸的3個相鄰堿基 tRNA上與密碼子互補的3個堿基
作用 控制生物的性狀 直接決定蛋白質中的氨基酸序列 識別密碼子，轉運氨基酸
種類 多樣性 64種 61種
圖解
3.原核生物與真核生物基因轉錄和翻譯的辨別
(1)真核細胞的轉錄主要發(fā)生在細胞核中，翻譯發(fā)生在細胞質中，在空間和時間上被分隔開進行，即先轉錄后翻譯。
(2)原核細胞的轉錄和翻譯沒有分隔，可以同時進行，邊轉錄邊翻譯。過程如圖所示：
圖中①是DNA模板鏈，②③④⑤表示正在合成的4條mRNA，每條mRNA上有多個核糖體同時進行翻譯過程，翻譯的方向是從下到上。
三、中心法則及其發(fā)展
[問題探究]
下圖為一組模擬實驗，假設實驗能正常進行且5支試管中都有產物生成，請分析此圖解中A～E試管所模擬的過程分別是什么。
提示：A—DNA復制；B—轉錄；C—RNA復制；D—逆轉錄；E—翻譯。
歸納總結：
1．中心法則的內容及應用
(1)細胞生物及噬菌體等DNA病毒的中心法則
(2)煙草花葉病毒等大部分RNA病毒的中心法則
(3)HIV等逆轉錄病毒的中心法則
(4)高度分化的細胞內中心法則的表達式
(5)能分裂的細胞內中心法則的表達式
2．中心法則體現了DNA的兩大基本功能
(1)傳遞遺傳信息：通過DNA復制完成的，發(fā)生在親代產生子代的生殖過程或細胞增殖過程中。
(2)表達遺傳信息：通過轉錄和翻譯完成的，發(fā)生在個體發(fā)育過程中。
【鞏固訓練】
（一）鞏固訓練
1.如圖表示某原核生物細胞內蛋白質的合成示意圖，下列相關敘述錯誤的是( )
A.該圖中有三種RNA參與肽鏈的合成過程
B.該圖中核糖體的移動方向為從左往右
C.tRNA在轉運氨基酸的過程中有磷酸的生成
D.物質甲為RNA聚合酶，它從核孔進入后與DNA結合在一起
2.根據下表，推斷纈氨酸的密碼子是( )
DNA 雙鏈 T
T
mRNA G
tRNA A
氨基酸 纈氨酸
A.CAA B.CTA C.GUA D.GUU
3.如圖表示細胞內遺傳信息的傳遞過程，下列有關敘述錯誤的是( )
A.過程①和②都需改變DNA的空間結構
B.相較于過程②，過程③特有的堿基配對方式為U-A
C.過程③中核糖體在mRNA上的移動方向是a到b
D.圖示tRNA搬運的氨基酸對應的密碼子為CCA（5 -3 ）
4.下列有關基因轉錄、翻譯和DNA復制的比較，錯誤的是( )
A.轉錄和翻譯可能在細胞中同一場所同時發(fā)生
B.轉錄和翻譯過程中的堿基配對方式無差異
C.在細胞增殖和分化過程中均有轉錄和翻譯發(fā)生
D.三個過程均需要相關酶的催化
5.紅霉素、環(huán)丙沙星、利福平等抗菌藥物能夠抑制細菌的生長，它們的抗菌機制如下表所示。下列說法錯誤的是( )
抗菌藥物 抗菌機制
紅霉素 能與核糖體結合，抑制肽鏈的延伸
環(huán)丙沙星 抑制細菌DNA的復制
利福平 抑制細菌RNA聚合酶的活性
A.紅霉素可能是干擾了細菌的翻譯過程，從而抑制肽鏈的延伸
B.環(huán)丙沙星發(fā)揮作用的時間可能在有絲分裂前的間期
C.利福平可能是干擾了細菌的轉錄過程，使細菌不能產生承擔生命活動的蛋白質，從而抑制細菌的生長
D.長期使用紅霉素、環(huán)丙沙星、利福平等抗菌藥物可能會使細菌產生耐藥性
6.如圖表示某生物環(huán)狀DNA分子上進行的部分生理過程，下列敘述錯誤的是( )
A.進行過程①時，需要向細胞核內運入4種脫氧核苷酸、ATP、相關酶等物質
B.圖中酶的作用具有專一性，都參與磷酸二酯鍵的形成或斷裂
C.過程③確保少量mRNA分子可以迅速合成大量蛋白質
D.復制、轉錄、翻譯時都是沿著模板鏈3'→5'方向進行
7.圖1是人體胰島素基因控制合成胰島素的示意圖，圖2是圖1過程②的局部放大圖，請據圖回答：
（1）圖1中過程①在胰島B細胞的____中發(fā)生，該細胞與人體其他細胞在形態(tài)、結構和生理功能上存在穩(wěn)定性差異的根本原因是_______________________________。
（2）圖1中過程②稱為____，場所是____，由圖2可知，決定蘇氨酸的密碼子是____。
（3）圖1中過程②中，一個mRNA上結合多個核糖體的意義是________________________________________________________________________。
8.帶狀皰疹是水痘一帶狀皰疹病毒(VZV)感染所致，VZV是一種具有傳染性的雙鏈DNA病毒。阿昔洛韋是治療帶狀皰疹的一種常用藥物，其作用機理主要是抑制病毒DNA聚合酶的活性。中心法則如圖所示，下列相關敘述正確的是( )
A.與VZV相關的信息傳遞存在圖中的①②③⑤過程
B.⑤過程存在U—A、C—G、A—T、G—C4種堿基配對方式
C.阿昔洛韋主要通過影響圖中的②過程來抑制VZV的增殖
D.在①過程中，DNA聚合酶能將兩條鏈之間的氫鍵斷開
9.中心法則揭示了生物遺傳信息傳遞的一般規(guī)律，如下圖所示。下列敘述錯誤的是( )
A.生物的遺傳信息儲存在DNA或RNA的核苷酸序列中
B.DNA復制、轉錄分別需要DNA聚合酶、RNA聚合酶的參與
C.遺傳信息的復制、轉錄、翻譯及逆轉錄過程都需要模板
D.翻譯時，tRNA會讀取mRNA上的全部堿基序列信息
參考答案
1.答案：BD
解析：A、由圖可知，肽鏈合成過程中用到mRNA做模板，tRNA作為轉運氨基酸的工具，rRNA參與構成核糖體（合成蛋白質的細胞器），因此有三種RNA參與肽鏈的合成過程，A正確；
B、核糖體沿著mRNA的5'到3'的方向移動進行肽鏈的合成，由圖可知，右側是mRNA的5'端，左側是3'端，因此圖中核糖體的移動方向為從右往左，也可以由攜帶氨基酸的tRNA加入到核糖體左側位置來判斷翻譯的方向是由右向左，B錯誤；
C、由圖可知，tRNA在轉運氨基酸的過程中會發(fā)生ATP水解，ATP水解后可產生磷酸，C正確；
D、物質甲與雙鏈DNA結合，催化DNA生成mRNA，因此物質甲是RNA聚合酶，原核生物沒有細胞核也即沒有核孔，因此物質甲不會從核孔進入后與DNA結合在一起，D錯誤。
故選BD。
2.答案：C
解析：tRNA上的反密碼子與相應的密碼子堿基互補配對，根據RNA反密碼子的第二個堿基可知纈氨酸密碼子的第二個堿基是U；mRNA是以DNA的一條鏈為模板轉錄形成的，根據RNA第二個堿基U可知，DNA的第二條鏈為模板鏈，據此可知纈氨酸密碼子的最后一個堿基是A。綜合以上分析可知纈氨酸的密碼子是GUA；故選C。
3.答案：D
解析:圖示tRNA可以搬運密碼子為ACC(5'-3')的氨基酸。
4.答案：B
解析：A、原核細胞的遺傳物質在擬核，沒有細胞核，則轉錄和翻譯可同時同地進行，A正確； B、轉錄和翻譯過程中的堿基配對方式不完全相同，前者的堿基互補配對方式為A-U、T-A、C-G、G-C，后者的堿基互補配對方式為A-U、U-A、C-G、G-C,B錯誤； C、轉錄和翻譯過程在細胞增殖、生長和分化的過程中都會發(fā)生，C正確；D、DNA復制需要有解旋酶、DNA聚合酶等，轉錄需要有RNA聚合酶，翻譯需要酶催化氨基酸的脫水縮合，D正確。
故選B。
5.答案：B
解析：A項.紅霉素與核糖體結合，抑制肽鏈的延伸，而翻譯的過程是在核糖體中進行的，故紅霉素可能是干擾了細菌的翻譯過程從而抑制肽鏈的延伸，故A正確。B項.細菌是原核生物不能進行有絲分裂，故B錯誤。C項.轉錄過程需要RNA聚合酶與DNA結合，而利福平抑制了RNA聚合酶的活性，使轉錄不能正常進行，從而不能進一步翻譯產生蛋白質，故C正確。D項.長期使用抗生素會增加細菌的耐藥性，會降低抗生素的抑菌效果，故D正確。
6.答案：ABD
解析：A、據圖分析,表示轉錄和翻譯同時進行,發(fā)生在原核細胞中,原核細胞沒有核膜包圍的細8胞核,A錯誤;B、圖中酶的作用具有專一性,DNA聚合酶和RNA聚合酶都參與磷酸二酯鍵的形成,而解旋酶參與氫鍵的斷裂,B錯誤;C、過程③表示翻譯,一個mRNA可以相繼結合多個核糖體,同時進行多條肽鏈的合成,因此少量mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白質,C正確;D、DNA復制時,子鏈延伸的方向是從5’→3',即沿著模板鏈的3'→5;轉錄時,以DNA的一條鏈為模板,并沿著模板鏈的3'→5方向合成mRNA;翻譯時都是沿著模板鏈5'→3'方向進行,D錯誤。
故選:ABD。
7.答案：
（1）細胞核；基因的選擇性表達
（2）翻譯；核糖體；ACU
（3）少量的mRNA可以迅速合成出大量的蛋白質
解析：(1)①為轉錄過程，發(fā)生胰島B細胞的細胞核中。胰島B細胞與人體其他細胞在形態(tài)結構和生理功能上存在穩(wěn)定性差異，是細胞分化的結果，其實質是基因的選擇性表達，即其根本原因是基因的選擇性表達。
(2)過程②是以mRNA羅模板，合成蛋白質的過程，稱為翻譯，場所是細胞質中的核糖體。由于密碼子存在于mRNA上，所以決定蘇氨酸的密碼子是ACU。
(3)過程②中，一個mRNA上結合多個核糖體，能迅速合成大量的蛋白質，保證了翻譯的高效性。
8.答案：B
解析：A、VZV是一種具有傳染性的雙鏈DNA病毒，不會發(fā)生⑤逆轉錄過程，A錯誤;B、⑤逆轉錄是以RNA為模板成DNA的過程，RNA中存在し、C、A、G堿基，與其配對的DNA中的堿基分別為A、G、T、C，即U-A、C-G、A-T、G-C4種堿基配對方式，B正確:C、由題干信息可知，阿昔洛韋的作用機理主要是抑制病毒DNA聚合酶的活性，故其主要通過影響圖中的①DNA復制過程來抑制VZV的增殖，C錯誤;D、在①DNA復制過程中，解旋酶能將兩條鏈之間的氫鍵斷開，D錯誤。故選B。
9.答案：D
解析： A、生物的遺傳物質是DNA 或RNA，因此生物的遺傳信息儲存在 DNA 或 RNA的核苷酸序列中，A正確;
B、由于密碼子具有簡并性，因此核酸苷序列不同的基因可表達出相同的蛋白質，B正確;
C、圖示為中心法則，體現了遺傳信息傳遞的一般規(guī)律:DNA復制、轉錄、翻譯、逆轉錄、RNA復制等，C正確;
D、人的口腔上皮細胞不再分裂，不能進行DNA復制，D錯誤。

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