4.1 基因指导蛋白质合成导学案-2023-2024学年高一下学期生物人教版必修二

4.1基因指导蛋白质合成 一．课标分析 核心概念： 遗传信息控制生物性状，并代代相传。 重要概念： 亲代传递给子代的遗传信息主要编码在DNA分子上。 次位概念： 概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成 2． 考情分析 围绕转录和翻译，遗传信息，密码子，反密码子的分析与判断，中心法则过程，表观遗传，考查科学思维。 三．基础检测： 遗传信息的转录 RNA是另一类核酸，与DNA不同的是，组成RNA的五碳糖是核糖而不是脱氧核糖（图4-1）；RNA的碱基组成中没有碱基T（胸腺嘧啶），而替换成碱基U（尿嘧啶）（图4-2）；RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。鸟 这种作为DNA信使的RNA叫信使RNA（messenger RNA），也叫mRNA。此外还有转运RNA（transfer RNA），也叫tRNA，以及核糖体RNA（ribosomal RNA），也叫rRNA（图4-3）。 RNA是在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的，这一过程叫作转录（transcription）。下面以mRNA为例说明转录的基本过程。当细胞开始合成某种蛋白质时，RNA聚合酶与编码这个蛋白质的一段DNA结合，使DNA双链解开，双链的碱基得以暴露。细胞中游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对，在RNA聚合酶的作用下，依次连接，然后形成一个mRNA分子（图4-4）。 遗传信息的翻译上述推测只是破解遗传密码过程中的一步。后来，科学家又通过一步步的推测与实验，最终破解了遗传密码，得知mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸。每3个这样的碱基叫作1个密码子（图4-5），科学家将64个密码子编制成了密码子表（表4-1）。 mRNA合成以后，通过核孔进入细胞质中。游离在细胞质中的各种氨基酸，就以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质，这一过程叫作翻译（translation）。 核酸的碱基序列蕴含着遗传信息。翻译的实质是将mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。 mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸。每3个这样的碱基叫作1个密码子（图4-5）。 每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。tRNA比mRNA小得多，分子结构也很特别：RNA链经过折叠，看上去像三叶草的叶形，其一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个相邻的碱基（图4-6）。每个tRNA的这3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，叫作反密码子。 在细胞质中，翻译是一个快速高效的过程。通常，一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。 中心法则 从信息传递的角度来看，基因指导蛋白质合成的过程，就是遗传信息从DNA流向RNA，进而流向蛋白质的过程。在蛋白质的合成过程完全弄清楚之前，科学家克里克首先预见了遗传信息传递的一般规律，并于1957年提出了中心法则（central dogma）：遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的复制；也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译。随着研究的不断深入，科学家对中心法则作出了补充：少数生物（如一些RNA病毒）的遗传信息可以从RNA流向RNA以及从RNA流向DNA（图4-8）。在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA 是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，而ATP为信息的流动提供能量，可见，生命是物质、能量和信息的统一体。 3． 提炼精讲： 1.常考图示解读 2.“两看法”判断真核生物和原核生物基因表达过程 3.基因表达中的相关数量关系 实际基因表达过程中的数量关系不符合6∶3∶1的原因 ①DNA中有的片段无遗传效应，不能转录出mRNA。 ②在基因片段中，有的片段(如非编码区)起调控作用，不转录。 ③转录出的mRNA中有终止密码子，正常情况下，终止密码子不编码氨基酸。 ④合成的肽链在加工过程中可能会被剪切掉部分氨基酸。　　　 4． 感悟高考： 1.(2023·江苏卷，6)翻译过程如图所示，其中反密码子第1位碱基常为次黄嘌呤(I)，与密码子第3位碱基A、U、C皆可配对。下列相关叙述正确的是(　　) A.tRNA分子内部不发生碱基互补配对 B.反密码子为5′－CAU－3′的tRNA可转运多种氨基酸 C.mRNA的每个密码子都能结合相应的tRNA D.碱基I与密码子中碱基配对的特点，有利于保持物种遗传的稳定性 答案　D 解析　单链tRNA分子内部存在局部双链区，双链区存在碱基互补配对，A错误；每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，B错误；mRNA上的终止密码子不能决定氨基酸，因此其不能结合tRNA，C错误；反密码子第1位碱基常为次黄嘌呤(I)，与密码子第3位碱基A、U、C皆可配对，这种特点是密码子的简并，而遗传密码的简并可减少变异对个体生存带来的影响，有利于保持物种遗传的稳定性，D正确。 2.(2023·全国乙卷，5)已知某种氨基酸(简称甲)是一种特殊氨基酸，迄今只在某些古菌(古细菌)中发现含有该氨基酸的蛋白质。研究发现这种情况出现的原因是，这些古菌含有特异的能够转运甲的tRNA(表示为tRNA甲)和酶E，酶E催化甲与tRNA甲结合生成携带了甲的tRNA甲(表示为甲－tRNA甲)，进而将甲带入核糖体参与肽链合成。已知tRNA甲可以识别大肠杆菌mRNA中特定的密码子，从而在其核糖体上参与肽链的合成。若要在大肠杆菌中合成含有甲的肽链，则下列物质或细胞器中必须转入大肠杆菌细胞内的是(　　) ①ATP　②甲　③RNA聚合酶　④古菌的核糖体　⑤酶E的基因　⑥tRNA甲的基因 A.②⑤⑥ B.①②⑤ C.③④⑥ D.②④⑤ 答案　A 解析　要在大肠杆菌中合成含有甲的肽链，需要有运输甲的tRNA甲，要有将甲和tRNA甲结合的酶E和原料甲，所以需要②甲、⑤酶E的基因、⑥tRNA甲的基因，A正确。 3.(2023·山东卷，1)细胞中的核糖体由大、小2个亚基组成。在真核细胞的核仁中，由核rDNA转录形成的rRNA与相关蛋白组装成核糖体亚基。下列说法正确的是(　　) A.原核细胞无核仁，不能合成rRNA B.真核细胞的核糖体蛋白在核糖体上合成 C.rRNA上3个相邻的碱基构成一个密码子 D.细胞在有丝分裂各时期都进行核rDNA的转录 答案　B 解析　原核细胞无核仁，有核糖体，核糖体由rRNA和蛋白质组成，因此原核细胞能合成rRNA，A错误；核糖体是蛋白质合成的场所，真核细胞的核糖体蛋白在核糖体上合成，B正确；mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻的碱基构成一个密码子，C错误；细胞在有丝分裂前期染色质变成染色体，维持该状态至末期，核DNA无法解旋，无法进行转录，D错误。 6.(2023·海南卷，13)噬菌体ΦX174的遗传物质为单链环状DNA分子，部分序列如图。 下列有关叙述正确的是(　　) A.D基因包含456个碱基，编码152个氨基酸 B.E基因中编码第2个和第3个氨基酸的碱基序列，其互补DNA序列是5′—GCGTAC—3′ C.噬菌体ΦX174的DNA复制需要DNA聚合酶和4种核糖核苷酸 D.E基因和D基因的编码区序列存在部分重叠，且重叠序列编码的氨基酸序列相同 答案　B 解析　题图中的噬菌体DNA上，D基因起始区至终止区除了含有152个氨基酸的编码序列，还包含终止密码子的编码序列，故D基因的碱基数为152×3＋3＝459(个)，A错误；据题图可知，E基因编码第2个和第3个氨基酸的碱基序列为5′—GTACGC—3′，根据互补DNA与原DNA反向平行及碱基互补配对原则可知，其互补DNA序列是5′—GCGTAC—3′，B正确；DNA复制的原料是4种脱氧核糖核苷酸，C错误；D基因和E基因的编码区重叠但密码子的读取起点不一致，所以编码的氨基酸序列不相同，D错误。 7.(2022·河北卷，9)关于中心法则相关酶的叙述，错误的是(　　) A.RNA聚合酶和逆转录酶催化反应时均遵循碱基互补配对原则且形成氢键 B.DNA聚合酶、RNA聚合酶和逆转录酶均由核酸编码并在核糖体上合成 C.在解旋酶协助下，RNA聚合酶以单链DNA为模板转录合成多种RNA D.DNA聚合酶和RNA聚合酶均可在体外发挥催化作用 答案　C 解析　RNA聚合酶催化DNA→RNA的转录过程，逆转录酶催化RNA→DNA的逆转录过程，两个过程中均遵循碱基互补配对原则，且存在DNA－RNA之间氢键的形成，A正确；DNA聚合酶、RNA聚合酶和逆转录酶的本质都是蛋白质，蛋白质是由核酸控制合成的，其合成场所是核糖体，B正确；以单链DNA为模板转录合成多种RNA是转录过程，该过程不需要解旋酶，C错误；酶的作用机理是降低化学反应的活化能，从而起催化作用，在适宜条件下，酶在体内外均可发挥作用，如体外扩增DNA分子的PCR技术中可用到耐高温的DNA聚合酶，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 图4-8 中心法则图解（虚线表示少数 生物的遗传信息的流向） $$