資源簡(jiǎn)介

4.1基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成學(xué)案
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.從化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、分布、功能等方面，概括說(shuō)明DNA和RNA分子的異同。(科學(xué)思維)
2.結(jié)合圖示圖解，概述DNA分子上的遺傳信息通過(guò)RNA指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。(科學(xué)思維、符合生命觀念)
3.從存在位置、作用等方面，概括說(shuō)明遺傳信息、密碼子、反密碼子的區(qū)別。(科學(xué)思維)
【學(xué)習(xí)重難點(diǎn)】
1、教學(xué)重點(diǎn)
（1）理解遺傳信息、密碼子與反密碼的關(guān)系，理解密碼子的簡(jiǎn)并性。
（2）遺傳信息的轉(zhuǎn)率和翻譯過(guò)程。
2、教學(xué)難點(diǎn)
（1）遺傳信息的轉(zhuǎn)率和翻譯過(guò)程。
【預(yù)習(xí)新知】
遺傳信息的轉(zhuǎn)錄
1.概念：RNA是在細(xì)胞核中，通過(guò)RNA聚合酶以DNA的一條鏈為模板合成的，這一過(guò)程叫作轉(zhuǎn)錄。
2.過(guò)程
遺傳信息的翻譯
1.
2.tRNA的形態(tài)和功能特點(diǎn)
（1）形態(tài)：RNA鏈經(jīng)過(guò)折疊，形成三葉草形。
（2）功能特點(diǎn)：每種tRNA只能識(shí)別并轉(zhuǎn)運(yùn)一種氨基酸。
3.密碼子和反密碼子
（1）屬于密碼子的是②（填序號(hào)），位于[④]mRNA（填名稱）上，其實(shí)質(zhì)是決定一個(gè)氨基酸的3個(gè)相鄰的堿基。
（2）屬于反密碼子的是①（填序號(hào)），位于[③]tRNA（填名稱）上，其實(shí)質(zhì)是與密碼子發(fā)生堿基互補(bǔ)配對(duì)的3個(gè)相鄰的堿基。
（3）密碼子的種類為64種，正常情況下，反密碼子的種類為61種。
4.翻譯過(guò)程
5.翻譯能精確進(jìn)行的原因
（1）mRNA為翻譯提供了精確的模板。
（2）通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)，保證了翻譯能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行。
6.翻譯能高效進(jìn)行的原因
一個(gè)mRNA分子上可以相繼結(jié)合多個(gè)核糖體，同時(shí)進(jìn)行多條肽鏈的合成。
中心法則
1．中心法則的提出及內(nèi)容
(1)提出者：克里克。
(2)中心法則內(nèi)容
(3)圖解：
2．中心法則的發(fā)展[填表]
發(fā)展內(nèi)容 信息流動(dòng) 舉例
RNA自我復(fù)制 遺傳信息從RNA流向RNA RNA病毒
RNA逆轉(zhuǎn)錄合成DNA 遺傳信息從RNA流向DNA HIV病毒、致癌的RNA病毒
3.完善后的中心法則圖解
【易錯(cuò)提示】
(1)轉(zhuǎn)錄不是轉(zhuǎn)錄整個(gè)DNA，是轉(zhuǎn)錄其中的基因，不同種類的細(xì)胞，由于基因的選擇性表達(dá)，mRNA的種類和數(shù)量不同，但tRNA和rRNA的種類沒(méi)有差異。
(2)細(xì)胞核中轉(zhuǎn)錄形成的RNA通過(guò)核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，穿過(guò)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(dòng)的有序進(jìn)行。
(4)質(zhì)基因(線粒體和葉綠體中的基因)控制蛋白質(zhì)合成過(guò)程時(shí)也進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。
（5）遺傳信息轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物只有mRNA（ ）
（6）轉(zhuǎn)錄以DNA的兩條鏈作為模板，以4種核糖核苷酸為原料（ ）
（7）細(xì)胞中的RNA合成過(guò)程不會(huì)在細(xì)胞核外發(fā)生（ ）
答案：（5）×（6）×（7）×
【深化探究】
一、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄
[問(wèn)題探究]
經(jīng)測(cè)定，甲、乙、丙、丁4種生物的核酸中堿基所占的比例如下表：
項(xiàng)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(jù)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(guò)核孔從細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。
(2)RNA是另一種核酸，也是由4種核苷酸組成的，也可以儲(chǔ)存大量的遺傳信息。
(3)RNA與DNA之間也遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。
歸納總結(jié)：
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(jié)構(gòu) 單鏈 單鏈，呈三葉草形 單鏈
特點(diǎn) 攜帶從DNA上轉(zhuǎn)錄來(lái)的遺傳信息 一端攜帶特定的氨基酸，另一端的特定的三個(gè)堿基可與mRNA上的密碼子互補(bǔ)配對(duì)，叫反密碼子 核糖體的組成成分
功能 作為翻譯的模板 識(shí)別密碼子，轉(zhuǎn)運(yùn)特定的氨基酸 參與構(gòu)成核糖體
圖示
共同點(diǎn) 都是經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的，基本單位都相同，都與翻譯的過(guò)程有關(guān)
2.轉(zhuǎn)錄
(1)轉(zhuǎn)錄的概念、條件和產(chǎn)物
概念 RNA主要是在細(xì)胞核中，以DNA的一條鏈為模板合成的，這一過(guò)程稱為轉(zhuǎn)錄
場(chǎng)所 真核生物主要發(fā)生在細(xì)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(duì)情況 T與A配對(duì)(形成兩個(gè)氫鍵)，G與C配對(duì)(形成三個(gè)氫鍵)，A與U配對(duì)(形成兩個(gè)氫鍵)，C與G配對(duì)(形成三個(gè)氫鍵)
產(chǎn)物 RNA(mRNA、tRNA、rRNA)
(2)轉(zhuǎn)錄有關(guān)問(wèn)題分析
①堿基互補(bǔ)配對(duì)關(guān)系：G—C、C—G、T—A、A—U。
②mRNA與DNA模板鏈堿基互補(bǔ)，但與非模板鏈堿基序列基本相同，只是用U代替T。
③轉(zhuǎn)錄特點(diǎn)：邊解旋邊轉(zhuǎn)錄，單鏈轉(zhuǎn)錄。
二、遺傳信息的翻譯
[問(wèn)題探究]
1．結(jié)合教材P67表4－1，回答下列問(wèn)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(duì)錯(cuò)(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)
①一種氨基酸對(duì)應(yīng)一種密碼子。(　　)
②密碼子的簡(jiǎn)并性對(duì)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(gè)堿基發(fā)生改變，對(duì)應(yīng)的氨基酸一定改變。(　　)
提示：(1)64　61
(2)①×　②√　③×
2．運(yùn)輸氨基酸的工具是哪種結(jié)構(gòu)？為什么說(shuō)它是真正起“翻譯”作用的結(jié)構(gòu)？
提示：運(yùn)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(shí)別，一端能攜帶氨基酸，是真正起“翻譯”作用的結(jié)構(gòu)。
歸納總結(jié)：
1．DNA轉(zhuǎn)錄和翻譯的比較
轉(zhuǎn)錄 翻譯
時(shí)間 個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育的整個(gè)過(guò)程
場(chǎng)所 主要在細(xì)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(chǎn)物 RNA(mRNA、tRNA、rRNA) 多肽鏈
特點(diǎn) 邊解旋邊轉(zhuǎn)錄 一個(gè)mRNA上結(jié)合多個(gè)核糖體，同時(shí)合成多條肽鏈
堿基配對(duì) 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(zhì)
意義 表達(dá)遺傳信息，使生物表現(xiàn)出各種性狀
2.遺傳信息、密碼子、反密碼子的比較
項(xiàng)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(gè)氨基酸的3個(gè)相鄰堿基 tRNA上與密碼子互補(bǔ)的3個(gè)堿基
作用 控制生物的性狀 直接決定蛋白質(zhì)中的氨基酸序列 識(shí)別密碼子，轉(zhuǎn)運(yùn)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(zhuǎn)錄和翻譯的辨別
(1)真核細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄主要發(fā)生在細(xì)胞核中，翻譯發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)中，在空間和時(shí)間上被分隔開進(jìn)行，即先轉(zhuǎn)錄后翻譯。
(2)原核細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄和翻譯沒(méi)有分隔，可以同時(shí)進(jìn)行，邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯。過(guò)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(gè)核糖體同時(shí)進(jìn)行翻譯過(guò)程，翻譯的方向是從下到上。
三、中心法則及其發(fā)展
[問(wèn)題探究]
下圖為一組模擬實(shí)驗(yàn)，假設(shè)實(shí)驗(yàn)?zāi)苷＿M(jìn)行且5支試管中都有產(chǎn)物生成，請(qǐng)分析此圖解中A～E試管所模擬的過(guò)程分別是什么。
提示：A—DNA復(fù)制；B—轉(zhuǎn)錄；C—RNA復(fù)制；D—逆轉(zhuǎn)錄；E—翻譯。
歸納總結(jié)：
1．中心法則的內(nèi)容及應(yīng)用
(1)細(xì)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(zhuǎn)錄病毒的中心法則
(4)高度分化的細(xì)胞內(nèi)中心法則的表達(dá)式
(5)能分裂的細(xì)胞內(nèi)中心法則的表達(dá)式
2．中心法則體現(xiàn)了DNA的兩大基本功能
(1)傳遞遺傳信息：通過(guò)DNA復(fù)制完成的，發(fā)生在親代產(chǎn)生子代的生殖過(guò)程或細(xì)胞增殖過(guò)程中。
(2)表達(dá)遺傳信息：通過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯完成的，發(fā)生在個(gè)體發(fā)育過(guò)程中。
【鞏固訓(xùn)練】
1.真核細(xì)胞的基因經(jīng)轉(zhuǎn)錄會(huì)產(chǎn)生前體mRNA，內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄的RNA片段會(huì)被剪接體（由一些蛋白質(zhì)和小型RNA構(gòu)成）切除并快速水解，外顯子轉(zhuǎn)錄的RNA片段會(huì)相互連接形成成熟mRNA，如圖所示。下列敘述錯(cuò)誤的是( )
A.轉(zhuǎn)錄時(shí)，RNA聚合酶沿模板鏈的5'端向3'端移動(dòng)
B.翻譯時(shí)，核糖體沿成熟mRNA鏈的5'端向3'端移動(dòng)
C.剪接體識(shí)別結(jié)合前體mRNA時(shí)，需符合A-U、G-C堿基配對(duì)原則
D.b表示內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄出的RNA片段，不具有編碼序列
2.人血紅蛋白由兩條α肽鏈和兩條B肽鏈組成。下列有關(guān)敘述正確的是( )
A.人血紅蛋白都在成熟的紅細(xì)胞中合成
B.人體缺鈣會(huì)導(dǎo)致血紅蛋白的合成障礙
C.合成a肽鏈時(shí)，核糖體從mRNA的5'端開始翻譯
D.造成鐮狀細(xì)胞貧血癥的根本原因是血紅蛋白異常
3.如圖是細(xì)胞核中發(fā)生的某生理過(guò)程示意圖。據(jù)圖分析，下列敘述正確的是( )
A.該圖中包含1種DNA和3種RNA
B.圖中過(guò)程會(huì)發(fā)生胸腺嘧啶和腺嘌呤的配對(duì)
C.a端為RNA的3’端,而b端為RNA的5’端
D.無(wú)法判斷c端是即將解螺旋還是已恢復(fù)螺旋狀態(tài)
4.心肌成纖維細(xì)胞持續(xù)活化可使細(xì)胞外基質(zhì)沉積,導(dǎo)致心力衰竭。研究人員向心力衰竭小鼠的T細(xì)胞中導(dǎo)入設(shè)計(jì)的mRNA激活T細(xì)胞,通過(guò)攻擊活化的成纖維細(xì)胞,使小鼠心肌細(xì)胞纖維化大大降低,主要原理如圖所示。相關(guān)敘述正確的是( )
A.過(guò)程①需要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白參與并消耗能量
B.過(guò)程②需要氨基酸、tRNA和ATP等參與
C.過(guò)程③體現(xiàn)了細(xì)胞膜的信息交流功能
D.T細(xì)胞攻擊活化的成纖維細(xì)胞屬于細(xì)胞免疫
5.人體線粒體能進(jìn)行自我復(fù)制,并通過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯控制蛋白質(zhì)的合成。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )
A.線粒體內(nèi)轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程同時(shí)進(jìn)行
B.線粒體DNA的轉(zhuǎn)錄需要RNA聚合酶參與
C.線粒體中存在能識(shí)別并轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的tRNA
D.線粒體中多個(gè)核糖體共同完成一條肽鏈的合成
參考答案
1.答案：A
解析：A、轉(zhuǎn)錄時(shí)mRNA自身的延伸方向是從5 端向3 端，因此RNA形成過(guò)程中RNA聚合酶移動(dòng)方向?yàn)槟０彐湹? 端到5 端，A錯(cuò)誤;
B、mRNA是翻譯的模板，mRNA上起始密碼子一終止密碼子的方向?yàn)? 端向3 端，因此翻譯時(shí)核糖體沿mRNA的移動(dòng)方向是5 端向3 端，B正確;
C、剪接體識(shí)別結(jié)合前體mRNA時(shí)是RNA和RNA進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，因此需符合A-U、G-C堿基配對(duì)原則，C正確;
D、真核細(xì)胞的基因轉(zhuǎn)錄后產(chǎn)生的前體RNA會(huì)被剪接體切除內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄的RNA片段并使之快速水解,由圖可知b被剪切，所以b表示內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄出的RNA片段，不具有編碼序列，D正確。
2.答案：C
解析：人成熟的紅細(xì)胞中沒(méi)有細(xì)胞核和各種細(xì)胞器，不能合成血紅蛋白，A錯(cuò)誤；鈣不參與血紅蛋白的合成，人體缺鐵可能會(huì)導(dǎo)致血紅蛋白的合成障礙，B錯(cuò)誤；合成多肽鏈時(shí)，核糖體都是從RNA的5'端開始翻譯，C正確；造成鐮狀細(xì)胞貧血癥的根本原因是控制血紅蛋白合成的基因中堿基序列發(fā)生改變，D錯(cuò)誤。
3.答案：B
解析：A、該圖表示轉(zhuǎn)錄過(guò)程，A錯(cuò)誤;B、轉(zhuǎn)錄過(guò)程中，B正確;C、由圖可知，而b端為RNA的3端;D、依據(jù)圖中RNA的狀態(tài)可判斷轉(zhuǎn)錄方向?yàn)閺淖笙蛴遥琧端已經(jīng)恢復(fù)螺旋狀態(tài)。故選:B。
4.答案：BD
解析：過(guò)程①為胞吞,需要受體蛋白參與,A錯(cuò)誤;過(guò)程③是導(dǎo)入的mRNA翻譯形成嵌合抗原受體向膜上轉(zhuǎn)運(yùn)的過(guò)程,未體現(xiàn)細(xì)胞膜的信息交流功能,C錯(cuò)誤。
5.答案：D
解析：線粒體內(nèi)DNA是裸露的，轉(zhuǎn)錄和翻譯同時(shí)進(jìn)行，A正確;DNA轉(zhuǎn)錄需要RNA聚合酶的參與，B正確;線粒體中存在能識(shí)別并轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的tRNA，C正確;線粒體中多個(gè)核糖體共同完成多條肽鏈的合成，D錯(cuò)誤。

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