第4章 第1节 基因指导蛋白质的合成（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中生物必修2 遗传与进化（人教版2019 不定项）

第1节　基因指导蛋白质的合成 课时目标 1．从存在位置、作用等方面，探讨密码子、反密码子和遗传信息之间的关系，结合中心法则的内容，理解遗传信息的传递规律。(生命观念) 2．对比分析三种RNA的结构和组成。(科学思维) 3．归纳和概括转录和翻译的异同。(科学思维) 4．通过对资料进行分析归纳，概括中心法则的提出及发展过程。(社会责任) [对应学生用书P85] 一、遗传信息的转录 1．RNA的结构及种类 (1)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)结构特点：一般是单链，比DNA短，能通过核孔从细胞核转移到细胞质中。 (3)RNA的种类：信使RNA(mRNA)、转运RNA(tRNA)和核糖体RNA(rRNA)。 2．遗传信息的转录 (1)概念：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。 (2)过程 二、遗传信息的翻译 1．概念：游离在细胞质中的各种氨基酸，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。 2．过程 三、中心法则 1．提出者：克里克。 2．中心法则的提出及其发展 ①DNA复制；②转录；③翻译；④RNA复制；⑤逆转录。 3．生命是物质、能量和信息的统一体 (1)DNA、RNA是信息的载体。 (2)蛋白质是信息的表达产物。 (3)ATP为信息的流动提供能量。 ◆名师点睛 1．RNA能作为DNA信使的原因 (1)RNA的基本组成单位是核苷酸，含有4种碱基，可以传递遗传信息。 (2)RNA一般是单链，比DNA短，能通过核孔，从细胞核进入细胞质。 (3)RNA上的碱基与DNA模板链上的碱基互补配对。 2．转录的模板链并不是固定的，不同基因的模板链可能不同。 3．翻译时，蛋白质的合成通常是从mRNA的起始密码子开始，到终止密码子结束。 4．密码子有64种，包括2种起始密码子(AUG、GUG)，三种终止密码子(UAA、UAG、UGA)。 ◆思维启迪 1．下图中①②③分别表示哪种RNA? 提示：①表示mRNA；②表示rRNA；③表示tRNA。 2．在真核细胞中，除了细胞核，还有哪些结构能够进行转录？ 提示：线粒体、叶绿体。 3．原核生物翻译的场所是哪里？ 提示：原核生物翻译的场所是核糖体。 4．RNA从细胞核进入细胞质需要穿过几层生物膜？为什么？ 提示：0层。RNA通过核孔进入细胞质中，此过程不穿过生物膜。 ◆基础速判(对的画“√”，错的画“×”) 1．遗传信息转录的产物只有mRNA。(　　×　　) 提示：转录合成的RNA主要有三种，分别是mRNA、tRNA、rRNA。 2．转录和翻译都是以mRNA为模板合成生物大分子的过程。(　　×　　) 提示：转录的模板是DNA分子的一条单链，不是mRNA。 3．一个tRNA分子中只有一个反密码子。(　　√　　) 4．mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质。(　　×　　) 提示：核糖体沿着mRNA移动，翻译出蛋白质。 5．DNA病毒没有RNA，其遗传信息的传递不遵循中心法则。(　　×　　) 提示：DNA病毒没有RNA，但其遗传信息的传递仍遵循中心法则，包括DNA复制、转录和翻译三个过程。 [对应学生用书P86] 任务一 遗传信息的转录 下图所示为一段DNA分子，如果以β链为模板进行转录。 [问题探究] 1．写出对应RNA的碱基序列。 答案：…AUGAUAGGGAAAC…。 2．转录成的RNA的碱基序列，与作为模板的DNA单链的碱基序列有何关系？与DNA的另一条链的碱基序列相比有哪些异同？ 答案：转录成的RNA的碱基序列，与作为模板的DNA单链的碱基序列互补配对。与DNA的另一条链的碱基序列相比，相同点是碱基数目相等，都含A、G、C 3种碱基，碱基序列基本相同；不同点是RNA中的碱基含有U，DNA中相同位置的碱基是T。 1．三种RNA的比较 项目 mRNA tRNA rRNA 图示 结构 单链 单链，呈三叶草形 单链 功能 携带从DNA上转录来的遗传信息，为翻译提供模板 一端携带特定的氨基酸；另一端有3个相邻的碱基可与mRNA上的密码子互补配对，叫作反密码子 核糖体的组成成分 共同点 都是经过转录产生的，基本单位都相同，都与遗传信息的翻译过程有关 2.DNA复制与转录的比较 项目 复制 转录 场所 主要在细胞核中 主要在细胞核中 模板 DNA的两条链 DNA的一条链 原料 4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 酶 解旋酶、DNA聚合酶 RNA聚合酶 能量 ATP ATP 碱基配对 T—A、A—T、G—C、C—G G—C、C—G、A—U、T—A 产物 子代DNA mRNA、tRNA、rRNA 与转录有关的三点提醒 (1)转录不是转录整个DNA，而是转录其中的基因。 (2)不同种类的细胞，由于基因的选择性表达，mRNA的种类和数量不同，但tRNA和rRNA的种类没有差异。 (3)完成正常使命的RNA会迅速降解，从而保证生命活动的有序进行。 1．下列有关 RNA 的叙述，错误的是(　　) A．mRNA是翻译过程中合成肽链的直接模板 B．tRNA具有识别密码子和转运氨基酸的作用 C．青霉菌和乳酸菌细胞中 rRNA 的形成都与核仁有关 D．HIV的遗传物质为RNA，其单链结构不稳定，易突变 C　解析：翻译是在核糖体上进行的，以mRNA为模板，以游离氨基酸为原料合成肽链的过程，A正确；tRNA 中有反密码子，能通过碱基互补配对识别mRNA上的密码子，tRNA的功能是转运氨基酸和识别密码子，B正确；rRNA是核糖体的组成成分，在真核生物中，核糖体的合成与核仁有关，乳酸菌为原核生物，没有核仁和核膜，C错误；RNA单链结构不稳定，容易发生突变，D正确。 2．在真核细胞基因表达过程中，合成RNA的模板是(　　) A．转运RNA B．多肽链 C．DNA的一条链 D．核苷酸 C　解析：基因表达过程中，转录是以DNA的一条链为模板合成为RNA，C正确。 3．下图为真核生物细胞核内转录过程的示意图，下列说法正确的是(　　) A．①链的碱基A与②链的碱基T互补配对 B．②是以4种脱氧核糖核苷酸为原料合成的 C．如果③表示酶分子，则它的名称是RNA聚合酶 D．转录完成后，②需通过两层生物膜才能与核糖体结合 C　解析：图中①链为模板链，②链为RNA，因此，①链中的碱基A与②链中的碱基U互补配对，A错误；②是RNA，是以4种核糖核苷酸为原料合成的，B错误；转录完成后，②通过核孔进入细胞质中，穿过0层生物膜，D错误。 任务二 遗传信息的翻译 1．密码子、反密码子和氨基酸的关系 (1)密码子和反密码子位置是否相同？为什么？ (2)密码子都能编码氨基酸吗？说明理由。 答案：(1)不同。密码子是位于mRNA上3个相邻的碱基，而反密码子是位于tRNA上3个相邻的碱基。 (2)密码子共有64种，正常情况下，3种终止密码子不决定氨基酸，决定氨基酸的密码子有61种；特殊情况下，2种终止密码子不决定氨基酸，决定氨基酸的密码子有62种。 2．翻译过程的分析 (1)转录出③的模板是什么？该模板相应区段的碱基序列是什么？ (2)②在③上移动的方向是怎样的？ 答案：(1)转录以DNA的一条链为模板，该模板相应区段的碱基序列是—TACCGAAGAAAG—。 (2)从③mRNA的5端向3端移动。 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 概念 DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序 mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基 tRNA上与密码子互补配对的3个相邻碱基 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 种类 多样性 64种 61种 (正常情况下) 图解 2.基因指导蛋白质合成的概念图 3．基因表达过程中的相关数量计算 规律：蛋白质中氨基酸数目＝1/3 mRNA中碱基数目＝1/6 DNA(或基因)中碱基数目。 翻译过程的四点理解误区 (1)一个mRNA翻译出的多肽链不一定是一条，其上可以同时附着多个核糖体，翻译出多条肽链。 (2)从核糖体上脱离下来的只是肽链，肽链还要进一步加工，才能成为具有生物活性的蛋白质。 (3)由于终止密码子的存在，因此mRNA中碱基数比氨基酸数的3倍还要多一些。注意题目中是否有限定词，如“最少”等。 (4)真核细胞的基因表达过程中，转录主要在细胞核中进行，转录形成的mRNA要通过核孔进入细胞质中与核糖体结合，转录和翻译在时间和空间上均不同。但是，原核细胞的基因表达过程中，转录和翻译可以同时进行，这也是区分原核细胞和真核细胞的基因表达的主要依据。 1．DNA携带的遗传信息通过转录形成mRNA，然后mRNA在细胞质中作为模板指导蛋白质的合成。下列关于 DNA复制、转录和翻译的叙述，错误的是(　　) A．RNA聚合酶只能局部将DNA的双螺旋解开 B．DNA复制时，两条脱氧核苷酸链均可作为模板，转录以一条脱氧核苷酸链为模板 C．一个 mRNA会结合多个核糖体，共同完成一条肽链的合成，提高了翻译效率 D．翻译时，核糖体在mRNA上移动读取密码子 C　解析：RNA 聚合酶与 DNA 分子结合可以使 DNA的双螺旋解开，但只能解开一部分，A正确；DNA复制时，两条脱氧核苷酸链均可作为模板，转录以一条脱氧核苷酸链为模板，B正确；同一个 mRNA分子能够相继结合多个核糖体，每个核糖体都合成一条肽链，从而提高了翻译效率，C错误；翻译时，核糖体在mRNA上以一个密码子为单位移动，D正确。 2．一条肽链中有氨基酸1 000个，作为合成该肽链的模板的mRNA分子和用来转录成mRNA的DNA分子，至少含有碱基的数量分别是(　　) A．3 000个和3 000个 B．1 000个和2 000个 C．2 000个和4 000个 D．3 000个和6 000个 [答题指导] D　解析：mRNA上3个相邻的碱基决定一个氨基酸，所以mRNA上碱基的数量至少是其控制合成的肽链中氨基酸数量的3倍。mRNA是以DNA双链中的一条单链为模板，按照碱基互补配对原则转录形成的，所以DNA分子的碱基数量至少是其转录形成的mRNA碱基数量的2倍，至少是其指导合成的蛋白质的氨基酸数量的6倍。即一条多肽链中有氨基酸1 000个，作为合成该多肽链模板的mRNA分子和用来转录成mRNA的DNA分子，至少含有碱基的数量分别是3 000个和6 000个。 3．(2024·贵州卷)如图是某基因编码区部分碱基序列，在体内其指导合成肽链的氨基酸序列为甲硫氨酸—组氨酸—脯氨酸—赖氨酸……下列叙述正确的是(　　) A．①链是转录的模板链，其左侧是5端，右侧是3端 B．若在①链5～6号碱基间插入一个碱基G，合成的肽链变长 C．若在①链1号碱基前插入一个碱基G，合成的肽链不变 D．碱基序列不同的mRNA翻译得到的肽链不可能相同 C　解析：根据基因编码区指导合成肽链的氨基酸序列及题中所给密码子与氨基酸的对应关系，推知相应的mRNA序列为5­AUGCAUCCUAAG……­3，根据碱基互补配对原则推知①链为模板链，且其左侧是3端，右侧是5端，A错误；在①链5～6号碱基间插入一个碱基G，则①链转录出的mRNA序列为5­AUGCACUCCUAAG……­3，UAA为终止密码子，翻译得到的多肽链氨基酸序列为甲硫氨酸—组氨酸—丝氨酸，肽链缩短，B错误；若在①链1号碱基前插入一个碱基G，肽链的合成仍从起始密码子AUG开始，故合成的肽链不变，C正确；由于不同密码子可能决定相同氨基酸(密码子的简并性)，故碱基序列不同的mRNA翻译得到的肽链可能相同，D错误。 任务三 中心法则 下图是中心法则的内容及其发展图解。 [问题探究] 1．结合中心法则，思考DNA、RNA产生的途径有哪些？ 答案：DNA的产生途径有DNA的复制及逆转录；RNA的产生途径有RNA的复制及转录。 2．线粒体和叶绿体中的DNA是否遵循中心法则？ 答案：遵循，在线粒体和叶绿体中也有DNA的复制及基因的表达过程。 3．下列四个试管中分别模拟的是中心法则中的哪个过程？ 答案：a是DNA的复制；b是转录；c是RNA的复制；d是逆转录。 1．不同生物中心法则的体现 生物种类 举例 遗传信息的传递过程和图示 DNA病毒 T2噬菌体 RNA 病毒 不含逆转录酶 烟草花叶病毒 含逆转录酶 艾滋病病毒 细胞生物 具有分裂能力的细胞 高度分化的细胞 说明：在病毒体内不会发生RNA的复制和逆转录等过程，该过程在被病毒寄生的宿主细胞内进行。 2．中心法则体现了DNA的两大基本功能 (1)传递遗传信息：通过DNA复制来完成，发生于亲代产生子代的生殖过程或细胞增殖过程中。 (2)表达遗传信息：通过转录和翻译来完成，发生在个体发育过程中。 中心法则的相关提醒 (1)逆转录需要逆转录酶。 (2)逆转录和RNA复制只在某些被病毒寄生的宿主细胞中进行。 (3)哺乳动物成熟的红细胞中无遗传信息的传递。 (4)DNA复制、转录和翻译是所有具有细胞结构的生物所遵循的法则。 1．(2024·昆明高一检测)如图所示，下列有关中心法则的叙述，正确的是(　　) A．图中所有过程都可以发生在正常的人体细胞中 B．图中仅有转录过程可形成DNA—RNA复合物 C．图中RNA可作为病毒的遗传物质、复制的模板、翻译的模板、逆转录的模板 D．T2噬菌体在宿主细胞内不能进行转录和翻译 C　解析：图中逆转录过程、RNA的自我复制不能发生在正常的人体细胞中，A错误；图中可形成DNA—RNA复合物的过程除了转录还有逆转录，B错误；结合题图可知，RNA可作为病毒的遗传物质、复制的模板、翻译的模板、逆转录的模板，C正确；T2噬菌体在宿主细胞内能进行DNA复制、转录和翻译，D错误。 2．如图为有关遗传信息传递和表达的模拟实验。下列相关叙述合理的是(　　) A．若X是mRNA，Y是多肽，则管内必须加入氨基酸 B．若X是DNA，Y含有U，则管内必须加入逆转录酶 C．若X是tRNA，Y是多肽，则管内必须加入脱氧核苷酸 D．若X是HIV的RNA，Y是DNA，则管内必须加入DNA酶 A　解析：若X是mRNA，Y是多肽，则管内发生的是翻译过程，因此必须加入氨基酸，A正确；若X是DNA，Y含有U，则Y为RNA，管内发生的是转录过程，因此不需要加入逆转录酶，需要加入RNA聚合酶等，B错误；若X是tRNA，Y是多肽，则管内发生的是翻译过程，因此不需要加入脱氧核苷酸，C错误；若X是HIV的RNA，Y是DNA，则管内发生的是逆转录过程，因此需要加入逆转录酶，D错误。 快速确定中心法则各生理过程的方法 3．(2024·淮安高一检测)逆转录是艾滋病病毒遗传物质的复制方式，见下图。治疗艾滋病的药物“拉米夫定”能使逆转录酶的活性丧失。下列描述错误的一项是(　　) A．①过程产生的双链用DNA水解酶处理后，剩下的单链可作为合成DNA的模板 B．①过程形成的双链与②过程形成的双链，碱基互补配对原则不完全相同 C．拉米夫定阻断信息流动的方向与③过程信息流动的方向相反 D．②和④过程合成的方向都是按5→3延长的规律进行的 A　解析：过程①表示逆转录，②表示DNA 复制，③表示转录，④表示翻译，⑤⑥是组装子代病毒的过程。用RNA水解酶或碱把杂化双链上的RNA除去，剩下的DNA单链再作为第二链合成的模板，A错误；①过程形成的双链是RNA/DNA杂化双链，其碱基互补配对原则与②过程形成的DNA不完全相同，B正确；拉米夫定阻断的是逆转录，逆转录的信息流动方向(RNA→DNA)与③转录过程(DNA→RNA)相反，C正确；DNA的复制、转录、翻译都是按照5→3延长的规律进行的，D正确。 [对应学生用书P91] 抗生素的抑菌机理——社会责任 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，且正在对全球健康构成威胁。红霉素、环丙沙星、利福平、青霉素能抑制细菌的生长，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 设计1：考查长句表达能力与科学思维 (1)结合遗传信息传递途径和上表信息，分析这几种药物在遗传信息传递途径中的作用。 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 设计2：考查问题解决能力与社会责任 (2)根据生活常识和题干信息，分析日常应如何使用抗生素。 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 答案：(1)红霉素能与核糖体结合，抑制肽链的延伸，故能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，故能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，选用一般感冒药即可。如果用抗生素治疗，不仅“大材小用”，还会干扰机体内正常菌群，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，会加快新药对抗药性病菌的筛选，使病菌在与人类研制新药的斗争中处于领先位置。 因此，针对病症需合理选用抗生素。 [对应学生用书P91] 1．RNA种类繁多，且具有多种多样的作用。下列叙述中，不属于RNA功能的是(　　) A．细胞质中的遗传物质 B．某些病毒的遗传物质 C．具有生物催化作用 D．参与核糖体的组成 A　解析：真核生物、原核生物和DNA病毒的遗传物质都是DNA，RNA病毒的遗传物质为RNA，A错误、B正确；少数酶的化学本质为RNA，C正确；rRNA参与核糖体的组成，D正确。 2．金霉素(一种抗生素)可抑制tRNA与mRNA的结合，该作用直接影响的过程是(　　) A．DNA复制 B．转录 C．翻译 D．逆转录 C　解析：tRNA的反密码子和mRNA的密码子通过碱基互补配对结合，从而将密码子编码的氨基酸运输到相应的位置，这个过程是遗传信息的翻译过程。因此，金霉素抑制tRNA与mRNA的结合，直接影响了翻译过程，C正确。 3．(2024·湖北卷)编码某蛋白质的基因有两条链，一条是模板链(指导mRNA合成)，其互补链是编码链。若编码链的一段序列为5­ATG­3，则该序列所对应的反密码子是(　　) A．5­CAU­3 B．5­UAC­3 C．5­TAC­3 D．5­AUG­3 A　解析：若编码链的一段序列为5­ATG­3，则模板链的一段序列为3­TAC­5，则mRNA碱基序列为5­AUG­3，该序列所对应的反密码子是5­CAU­3，A正确。 4．下列对基因表达的翻译过程的说法，错误的是(　　) A．以细胞质中游离的氨基酸为原料 B．以核糖体RNA作为遗传信息模板 C．以转运RNA为氨基酸运输工具 D．合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质 B　解析：蛋白质的基本组成单位是氨基酸，A正确；翻译是以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程，B错误、D正确；在翻译过程中，搬运工具是tRNA，C正确。 5．真核细胞中DNA复制、转录和翻译的主要场所依次是(　　) A．细胞核、细胞核、核糖体 B．细胞核、细胞质、核糖体 C．细胞核、细胞核、高尔基体 D．细胞核、细胞质、内质网 A　解析：DNA的复制、转录都是以DNA为模板，DNA主要在细胞核中，故DNA复制、转录的场所主要是细胞核，翻译是在细胞质中的核糖体上完成的，A正确。 6．下列关于密码子、tRNA和氨基酸的关系的叙述，正确的是(　　) A．一种密码子可以决定多种氨基酸 B．一种氨基酸只由一种密码子决定 C．密码子是mRNA上3个相邻的碱基 D．一种tRNA可以转运多种氨基酸 C　解析：一种密码子可以决定一种氨基酸，且正常情况下终止密码子不编码氨基酸，A错误；由于密码子的简并，一种氨基酸可能由多种密码子决定，B错误；mRNA上每3个相邻的碱基构成一个密码子，决定1个氨基酸，C正确；tRNA具有专一性，即每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，D错误。 7．下图为真核细胞RNA参与蛋白质合成的翻译过程示意图，据图回答下列问题： (1)在翻译过程中，参与的RNA有①____________、③________________和②中的________________。 (2)根据给出的密码子判断，图中①所携带的氨基酸为____________，该过程中②的移动方向为____________(填“向左”或“向右”)。 (3)很多肽链合成时第一个氨基酸都是甲硫氨酸，然而细胞中大部分分泌蛋白的第一个氨基酸并不是甲硫氨酸，这是因为这些肽链要在__________________处进行加工、修饰。 (4)若以③为模板合成一条肽链需要的时间是1 s，但在2 s内③却指导合成了数条同种肽链，原因是__________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________。 答案：(1)转运RNA　信使RNA　 核糖体RNA (2)脯氨酸　向右 (3)内质网和高尔基体 (4)一个③上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条相同肽链的合成 解析：(1)在翻译过程中，③(mRNA)是合成蛋白质的模板，①(tRNA)是运输氨基酸的工具，核糖体是翻译的场所，核糖体中含有 rRNA。(2)①携带的反密码子与mRNA上的密码子CCG配对，密码子CCG编码的氨基酸是脯氨酸。从mRNA上找到起始密码子AUG和终止密码子UAA，起始密码子AUG在左，终止密码子UAA在右，因此，在整个翻译过程中②的移动方向为向右。(3)真核生物细胞的内质网和高尔基体对新合成的肽链具有加工、修饰的作用。(4)在蛋白质合成过程中，一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条相同肽链的合成，因此，若以③为模板合成一条肽链需要的时间是1 s，则在2 s内能合成多条同种肽链。 学科网（北京）股份有限公司 $$