第2章 第3节 第1课时 DNA分子通过RNA指导蛋白质的合成(Word教参)-【精讲精练】2024-2025学年高中生物必修2（苏教版2019）

第三节　遗传信息控制生物的性状 第1课时　DNA分子通过RNA指导蛋白质的合成 [学习目标] 1．通过对转录和翻译过程的分析，概述蛋白质合成过程中遗传信息流动情况，阐明生命是物质，能量和信息的统一体。 2．运用归纳与概括的科学思维方法，比较DNA复制，转录和翻译过程。 知识点一　遗传信息的转录 新知梳理　素养奠基 1．基因：DNA分子上的功能片段。DNA分子上的遗传信息(基因)通过RNA指导蛋白质的合成。 2．RNA (1)RNA的基本单位及组成 ①磷酸　②核糖　③碱基：A、U、G、C　④核糖核苷酸 (2)与蛋白质合成有关的RNA种类有三种：信使RNA(mRNA)、核糖体RNA(rRNA)、转运RNA(tRNA)。 3．转录(如图) (1)概念：RNA主要是在细胞核中以DNA分子的一条链为模板，按照碱基互补配对原则合成的，这一合成过程称为转录。 (2)结果：通过转录，DNA分子上的遗传信息传递到mRNA上，然后mRNA通过核孔进入细胞质。 (3)碱基互补配对关系：G－C、C－G、T－A、A－U。 (4)过程 ①原料：4种游离的核糖核苷酸。 ②场所：主要在细胞核中。 ③步骤 第1步(解旋)：DNA的双螺旋结构被打开，双链的碱基得以暴露。 第2步(配对)：以解开的DNA的一条链作为模板，按照A－U、G－C、T－A、C－G的碱基互补配对原则，将对应的核糖核苷酸与模板链上的碱基配对，两者以氢键连接。 第3步(连接)：在RNA聚合酶的作用下，将新结合的核糖核苷酸依次连接到正在合成的RNA分子上。 第4步(释放)：合成的RNA分子从模板链上释放，DNA恢复双螺旋结构。 ④产物：三种RNA。 (5)实质与意义 ①实质：转录是以DNA的一条链为模板，按碱基互补配对原则合成RNA分子的过程。 ②意义：通过转录，遗传信息从DNA分子上传递到了信使RNA上。 【判断正误】 1．DNA是蛋白质合成的直接模板。(×) 2．RNA有三种，都是以DNA为模板合成的。(√) 3．转录是以DNA的两条链作为模板。(×) 4．转录过程只发生在细胞核中。(×) 5．转录以4种脱氧核糖核苷酸为原料。(×) 探究学习　素养形成 1．生物体中除了mRNA、tRNA、rRNA外，还有没有具备其他功能的RNA? 提示：有。有的RNA具有催化功能(如少数酶的本质是RNA)；有的RNA可作遗传物质(如RNA病毒)。 2．下图是一小段DNA片段，甲链是模板链，请写出其转录生成的RNA的碱基序列，分析并写出转录时，RNA子链的延伸方向，与RNA聚合酶的移动方向一致吗？ 提示：；5′端→3′端；一致。 3．转录过程中的模板链与mRNA链暂时以氢键结合，最终这两条核苷酸链的去向如何？ 提示：mRNA被释放出去后，模板链又与DNA的另一条脱氧核苷酸链结合恢复双链。 题组通关　素养案例 1．下列关于RNA的叙述，错误的是(　　) A．RNA可作为核糖体的组成成分 B．mRNA是翻译的直接模板 C．mRNA是转运氨基酸的工具 D．RNA分子中不含碱基T 解析　在合成蛋白质时，需要tRNA作为转运氨基酸的工具，每个tRNA每次只能转运一个特定的氨基酸。 答案　C 2．下列有关真核生物转录过程的叙述，正确的是(　　) A．转录的场所只有细胞核 B．DNA双链解开需要RNA聚合酶 C．a为DNA，b为RNA，c为RNA聚合酶，转录方向为3′端到5′端，即从左到右 D．游离的脱氧核糖核苷酸在RNA聚合酶的作用下合成RNA 解析　真核生物转录的主要场所是细胞核，少量在线粒体和叶绿体，A错误；转录方向为从5′端到3′端，C错误；核糖核苷酸在RNA聚合酶的作用下合成RNA，D错误。 答案　B 知识点二　遗传信息的翻译 新知梳理　素养奠基 1．翻译：在细胞中，以mRNA为模板，从一个特定的起始位点开始，按照每三个相邻的核糖核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成具有一定氨基酸顺序的多肽链的过程。 2．遗传密码的破译 (1)克里克引领遗传密码的破译工作。 (2)尼伦伯格和一些青年科学家用人工合成的1条只含尿嘧啶核苷酸的RNA，在体外没有细胞的体系中，合成了1条多肽链，经过测序发现该多肽链的氨基酸全部为苯丙氨酸，从而确定UUU编码苯丙氨酸。 3．密码子 (1)概念：是指mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的核苷酸。通常以密码子中的碱基表示遗传密码。 (2)解读：①在全部64个密码子中，有61个密码子负责20种氨基酸的编码，其中碱基序列为AUG的密码子不仅编码甲硫氨酸，而且是真核细胞唯一的起始密码子(翻译开始时的第一个密码子)；另外三个(碱基序列为UAA、UAG、UGA)不编码任何氨基酸，是终止密码子。(翻译结束时的最后一个密码子)。 ②在细菌体内，除了AUG外，碱基序列为GUG的密码子，有时也可作为起始密码子，但编码的却是甲硫氨酸。 4．tRNA、mRNA的功能 (1)每种tRNA分子只能携带一种氨基酸。在合成多肽链时，tRNA负责将游离在细胞质基质中的20种不同的氨基酸运向核糖体。 (2)mRNA携带的信息之所以能正确指导多肽链的合成，要依赖mRNA上每个密码子与相应的tRNA分子上反密码子(也用三个碱基表示)的结合，而这种结合要遵循碱基互补配对原则。 5．翻译过程(如图) 【判断正误】 1．密码子位于mRNA上，ATC－定不是密码子。(√) 2．mRNA上相邻的三个碱基就是一个密码子。(×) 3．遗传密码在mRNA上是连续排列的，但没有方向性。(×) 4．每种转运RNA能识别并转运一种或多种氨基酸。(×) 5．mRNA在核糖体上移动，翻译出蛋白质。(×) 探究学习　素养形成 1．用多聚尿嘧啶核苷酸的RNA链和氨基酸等作为原料，合成氨基酸均为苯丙氨酸的多肽链，氨基酸直接与RNA的碱基序列相对应，说明了什么？ 提示：说明RNA的碱基序列决定了蛋白质的氨基酸序列，mRNA把DNA的遗传信息传递到了蛋白质。 2．图中甲、乙、丙的含义分别是什么？密码子和反密码子的种类是否相同？如果不同，请阐述原因。 提示：①甲是结合氨基酸的部位，乙是碱基对，丙是反密码子；②不相同，因为三种终止密码子不决定氨基酸，所以也就没有与这三种密码子对应的反密码子。 3．地球上几乎所有的生物体都共用密码子表。根据这一事实，你能想到什么？ 提示：地球上的生物有或近或远的亲缘关系(或有共同的祖先)；体现了生物界的统一性等。 4．翻译过程中，核糖体是如何使肽链延伸的？ 提示：翻译过程中，核糖体在mRNA上移动并依次读取密码子，进行肽链的合成，直到读取到mRNA上的终止密码子，合成才能终止。 5．如何在短时间内由一条mRNA合成多个相同的蛋白质分子？ 提示：一条mRNA上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成。 【归纳总结】 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 2.转录与翻译的不同点比较 项目 转录 翻译 场所 主要是细胞核 细胞质 原料 核糖核苷酸 氨基酸 碱基配对原则 DNA Mrna A—U T—A C—G G—C mRNA tRNA A—U U—A C—G G—C 信息传递 DNA→mRNA mRNA→蛋白质 时间 生物生长发育的过程中 产物 RNA 有一定氨基酸排列顺序的蛋白质 题组通关　素养案例 1．如图是蛋白质合成时tRNA分子上的反密码子与mRNA上的密码子配对情形，以下有关叙述错误的是(　　) A．tRNA上结合氨基酸分子的部位为甲端 B．图中戊处上下链中间的化学键表示氢键 C．与此tRNA反密码子配对之密码子为UCG D．蛋白质的合成是在细胞内的核糖体上进行的，核糖体沿着mRNA由丙到丁移动 解析　tRNA上的甲端是结合氨基酸分子的部位，A正确；图中戊处为局部双链结构，该处上下链中间的化学键表示氢键，B正确；tRNA中反密码子的读取方向为3′端→5′端，即从甲到乙，因此反密码子为CGA，与此tRNA反密码子配对的密码子为GCU，C错误；蛋白质的合成场所是核糖体，其沿着mRNA由丙到丁移动，D正确。 答案　C 2．如图代表真核细胞中发生的某一过程，下列叙述正确的是(　　) A．该过程表示翻译，模板是核糖体 B．该图所示过程也可以发生在原核细胞中 C．启动和终止此过程的是起始密码子和终止密码子，都不对应氨基酸 D．图中没有酶，因为该过程不需要酶的参与 解析　该过程表示翻译，模板是mRNA，场所是核糖体，原料是游离的氨基酸，同时需要酶、tRNA和ATP的参与。启动和终止此过程的是起始密码子和终止密码子，起始密码子对应氨基酸，终止密码子不对应氨基酸。原核生物中也含核糖体，也可进行翻译过程。 答案　B [生活情境] 随着抗生素的广泛使用甚至滥用，目前细菌对抗生素的耐药性问题已十分严重，抗生素耐药性正在对全球健康构成威胁。因此，发展新型抗生素势在必行，基于不同机制的新型抗生素正处于研发的不同阶段。红霉素、环丙沙星、利福平等抗菌药物能抑制细菌的生长，抗菌机制如下表： 抗菌药物 抗菌机制 红霉素 能与核糖体结合，抑制肽链的延伸 环丙沙星 抑制细菌DNA的复制 利福平 抑制细菌RNA聚合酶的活性 青霉素 抑制细菌细胞壁的合成 探究： (1)结合遗传信息传递途径和上表，分析这几种药物在遗传信息传递途径中的作用。 (2)根据生活常识和题干，如何使用抗生素？ 提示：(1)红霉素能与核糖体结合，抑制肽链的延伸，故抑制细菌的翻译过程。环丙沙星抑制细菌DNA的复制。利福平抑制细菌RNA聚合酶的活性，故抑制细菌的转录过程。青霉素抑制细菌细胞壁的合成，影响遗传信息的传递和表达。 (2)轻微感冒不必使用抗生素治疗，可选用一般感冒药即可，用抗生素治疗，不仅“大材小用”，还会干扰体内正常菌群，或造成耐药菌株增多。许多人误认为最新的药就是最好的药，如果一开始就用最新的抗生素药物，会加快病菌出现对新药的抗药性，使得病菌在与人类研制新药的斗争中处于领先位置。针对病症选用合理的抗生素。 [课堂小结] 1．生命观念：蛋白质是生命活动的主要承担者，基因通过转录和翻译过程指导蛋白质的合成，生命活动不但需要物质和能量，也需要信息，生命是物质、能量和信息的统一体。地球上几乎所有生物都共用一套密码子，表明当今生物可能有着共同的起源，体现了生物界的统一性。 2．科学思维：通过转录和翻译的图解分析，概括出转录过程是以DNA分子的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，在细胞核内合成mRNA的过程；翻译是以mRNA为模板，按照密码子和氨基酸之间的对应关系，在核糖体上合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。 3．社会责任：中心法则阐明了细胞内遗传信息的流动情况，是在克里克首先提出中心法则的基础上不断完善发展起来的，科学的发展是一个不断继承、修正和拓展的过程。 学科网（北京）股份有限公司 $$