資源簡介

4.1基因指導蛋白質的合成學案
【學習目標】
1.生命觀念——結合DNA雙螺旋結構模型，閘明DNA分子通過轉錄和翻譯等過程表達遺傳信息；理解多聚核糖體現象的本質，利用結構與功能觀，認識到其對提高翻譯效率的意義。
2.科學思維——利用分析與綜合的方法，比較歸納轉錄和翻譯在時間、場所、模板、產物、原料、酶、能量、過程、堿基互補配對方式及特點等方面的相同與不同。
3.科學思維——通過分析相關資料，利用物質與能量觀，分析原核生物、真核生物、DNA病毒和RNA病毒遺傳信息流動的規律，歸納出遺傳信息流動的中心法則。
4.社會責任——利用中心法則的原理，根據相關資料分析不同藥物殺菌抗病毒的機理，科學選擇藥物，促進人體健康的恢復。
【學習重難點】
1．教學重點：遺傳信息轉錄和翻譯的過程
2．教學難點：遺傳信息轉錄和翻譯的過程
【預習新知】
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 。
遺傳信息的翻譯
1．翻譯概念的理解
2．密碼子與反密碼子
密碼子 反密碼子
種類 64種 61種
位置 mRNA tRNA
實質 決定一個氨基酸的3個相鄰的堿基(終止密碼除外) 與密碼子發生堿基互補配對的3個相鄰的堿基
3.翻譯的過程
中心法則
1、中心法則的概念：遺傳信息可以從DNA流向DNA，即 DNA的復制 ；也可以從DNA流向RNA，即遺傳信息的 轉錄和翻譯 。
2、中心法則的發展
發展內容 信息流動 舉例
RNA自我復制 RNA DNA 煙草花葉病毒
RNA逆轉錄合成DNA RNA DNA 某些致癌的RNA病毒
蛋白質自我復制 蛋白質 蛋白質 朊病毒
【易錯提示】
（1）DNA是蛋白質合成的直接模板（ ）
（2）密碼子位于mRNA上，ATC一定不是密碼子（ ）
（3）mRNA在核糖體上移動翻譯出蛋白質（ ）
（4）每種轉運RNA能識別并轉運一種或多種氨基酸（ ）
答案：
（1）×（2）√（3）√（4）×
【深化探究】
知識點一　遺傳信息的轉錄和翻譯過程
1．遺傳信息的轉錄和翻譯的比較
項目 轉錄 翻譯
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 一條單鏈RNA 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
特別提醒：關于轉錄、翻譯過程中的“兩點提醒”
(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)轉錄和翻譯的場所
②原核細胞：細胞質(DNA復制、轉錄、翻譯)。
③病毒：寄主細胞內(遺傳物質的復制、轉錄、翻譯)。
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
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
圖解
知識點二　基因表達過程中的數量關系
1．轉錄、翻譯過程中DNA(基因)堿基數∶mRNA堿基數∶多肽鏈氨基酸數＝6∶3∶1。
2．圖解
以上關系應理解為每合成1個氨基酸至少需要mRNA中3個堿基，基因中6個堿基，其原因如下：
(1)DNA中有的片段無遺傳效應，不能轉錄出mRNA。
(2)轉錄出的mRNA中有終止密碼子，終止密碼子不對應氨基酸，所以基因或DNA上堿基數目比蛋白質氨基酸數目的6倍多。
特別提醒：基因表達計算中的三個“看清楚”
(1)看清楚DNA上的堿基單位，是“對”數還是“個”數。
(2)看清楚是mRNA上“密碼子”的個數，還是“堿基”個數。
(3)看清楚是合成蛋白質所需的“氨基酸”的個數，還是“種類數”。
知識點三　中心法則
1．不同生物中心法則的體現
生物種類 舉例 遺傳信息的傳遞過程
DNA病毒 T2噬菌體
RNA病毒 不含逆轉錄酶 煙草花葉病毒
含逆轉錄酶 艾滋病病毒
細胞生物 動物、植物、真菌、細菌等
2.解決中心法則問題的技巧
(1)從模板分析
①如果模板是DNA，生理過程可能是DNA復制或DNA轉錄。
②如果模板是RNA，生理過程可能是翻譯、RNA復制或RNA逆轉錄。
(2)從原料分析
①如果原料為脫氧核苷酸，產物一定是DNA。
②如果原料為核糖核苷酸，產物一定是RNA。
③如果原料為氨基酸，產物一定是蛋白質。
(3)從生物種類分析
①如果是細胞生物，能進行DNA復制、轉錄和翻譯過程。
②如果是RNA病毒，分兩種情況
a．RNA自我復制和翻譯。
b．RNA逆轉錄、DNA復制、轉錄和翻譯。
【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
2.2023年諾貝爾生理學或醫學獎頒發給了對mRNA疫苗技術作出重要貢獻的兩位科學家。有關mRNA疫苗的敘述，正確的是( )
A.構成mRNA的基本單位是脫氧核苷酸
B.與DNA相比，mRNA特有的堿基是U
C.細胞內的mRNA是通過翻譯而來的
D.疫苗進入人體后，起抗體的作用
3.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
4.下圖為中心法則的示意圖。下列敘述錯誤的是( )
A.①表示DNA復制，需要DNA聚合酶參與
B.②表示轉錄，需要RNA聚合酶參與
C.③表示翻譯，需要蛋白酶參與
D.④表示逆轉錄，需要逆轉錄酶參與
5.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____中發生，該細胞與人體其他細胞在形態、結構和生理功能上存在穩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________________________________________________________________________。
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：B
解析：A.RNA是大分子物質，它的基本組成單位是核糖核苷酸，故A錯誤;B.組成DNA的堿基有A、T、C、G，組成RNA的堿基有A、U、C、G。因此，RNA和DNA相比，RNA特有的堿基是尿嘧啶U，故B正確;C.細胞內的mRNA是通過轉錄形成的，以DNA的一條鏈為模板，按照堿基互補配對原則形成RNA，故C錯誤;D.疫苗相當于抗原，進入機體可誘發機體的特異性免疫過程，人體內可產生相應的抗體，故D錯誤。
3.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。
4.答案：C
解析：蛋白酶是催化蛋白質水解的,過程③是翻譯,合成蛋白質。
5.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結構和生理功能上存在穩定性差異，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。

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