4.1基因指导蛋白质的合成（导学案）生物人教版必修2

4.1　基因指导蛋白质的合成（导学案） 1.掌握遗传信息转录的过程、条件和意义 2.掌握遗传信息翻译的过程、条件和意义 3.理解密码子的概念、种类和作用 4.掌握中心法则的内容和表达式 5.能够区分DNA复制、转录和翻译的异同 【学习重点】 1.遗传信息的转录过程 2.遗传信息的翻译过程 3.密码子和反密码子的作用 4.中心法则的内容 【学习难点】 1.转录和翻译的具体过程及条件 2.密码子的阅读方式 3.mRNA上结合多个核糖体的意义 4.基因表达中的数量关系计算 1. RNA与DNA在化学组成上的区别：RNA含有核糖和碱基U，DNA含有脱氧核糖和碱基T。 2. RNA有三种类型：mRNA（信使RNA）、tRNA（转运RNA）、rRN（核糖体RNA）。 3. 转录是指以DNA的一条链为模板，合成RNA的过程。主要场所是细胞核，需要RNA聚合酶参与。 4. 翻译是指以mRNA为模板，合成蛋白质的过程。场所是核糖体，需要tRNA作为运输氨基酸的工具。 5. mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻碱基称为一个密码子。密码子共有64种，其中决定氨基酸的密码子有61种（一般情况下），终止密码子有3种。 6. 起始密码子是AUG（编码甲硫氨酸），终止密码子是UAA、UAG、UGA。 7. 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，这大大提高了翻译的效率。 8. 中心法则是指遗传信息可以从DNA流向DNA，也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质。 一、实验探究→遗传信息的转录 阅读课本p64-65 思考·讨论， 小组合作完成任务。 【讨论】1.什么叫做转录，其发生的时间及场所为？ (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过程。 (2)发生时间:个体生长发育的整个过程。 (3)发生场所:细胞核(主要场所) 【讨论】2.转录主要包括哪几个步骤？ 第1步 DNA双链解开，碱基暴露出来 第2步 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 的作用下开始mRNA的合成 第3步 新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分 子上 第4步 合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复 【讨论】3.转录的过程需要哪些条件？ ①模板：DNA的其中一条链 ②原料：四种核糖核苷酸（ A、G、C、U ) ③酶：RNA聚合酶 ➡打开氢键、形成磷酸二酯键 ④能量：ATP 【讨论】4.转录的的方向及结果分别是？ (1)方向:沿着模板链3'端→5'端方向延伸 (2)结果:产生RNA（主要产生mRNA、rRNA、tRNA三种RNA） 【讨论】5.转录有何特点和意义？ (1)特点:边解旋边转录 (2)意义:遗传信息从DNA传递到RNA(mRNA)上，为翻译做准备。 二、实验探究→ 遗传信息的翻译 阅读课本p66-69 思考·讨论， 小组合作完成任务。 【讨论】1.什么叫做翻译，其发生的时间、场所及本质为？ (1)概念: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过程。 (2)发生时间:个体生长发育的整个过程。 (3)发生场所:细胞质的核糖体 (4)实质:mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。 【讨论】2.翻译主要包括哪几个步骤？ 第1步: mRNA进入细胞质，与核糖体结合。携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1 第2步 携带某个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2 ； 第3步 甲硫氨酸与这个氨基酸形成肽键，从而转移到位点2的tRNA上 第4步 核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子。原位点1的tRNA离开核糖体， 原位点2的tRNA进入位点1， 一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成 就这样，随着核糖体的移动， tRNA以上述方式将携带的氨基酸输送过来，以合成肽链。直到核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成才告终止。 【讨论】3.翻译的过程需要哪些条件？ ①模板：mRNA ②原料：21种氨基酸 ③转运工具：tRNA ④能量：ATP 【讨论】4.翻译的的方向、结果分别是？ (1)方向:核糖体沿着mRNA从5’端向3’端进行合成多肽链 (2)结果:合成多肽链 【讨论】5.翻译能够精确进行的原因是？ ①mRNA为翻译提供了精确的模板； ②通过mRNA上的密码子和tRNA上的反密码子的碱基互补配对，保证了翻译能够准确地进行。 【讨论】6.一个mRNA分子上结合多个核糖体有何意义？ 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mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质，从而提高翻译效率。 【讨论】7.DNA的复制与遗传信息的转录和翻译有何异同之处？ 1．KKL-40是一种小分子抑制剂，其衍生物有望成为新一代的重要候选抗生素药物。KKL-40主要通过结合rRNA从而抑制后者的生理功能。KKL-40抑制的主要生理过程是（    ） A．DNA→DNA B．DNA→RNA C．RNA→蛋白质 D．RNA→DNA 【答案】C 【详解】rRNA是核糖体的核心组成成分，核糖体是翻译过程（RNA→蛋白质）的场所，抑制rRNA的生理功能会直接导致核糖体无法正常执行功能，进而抑制翻译过程，ABD不符合题意；C符合题意。 2．原核细胞与真核细胞的核心差异及代谢特点，下列说法正确的是（　　） A．原核细胞无线粒体，均不能进行有氧呼吸 B．二者遗传物质均为DNA，原核细胞转录与翻译可同时进行 C．原核细胞无核膜，拟核是染色体 D．真核细胞都有细胞壁，原核细胞细胞壁成分均为肽聚糖 【答案】B 【详解】 A、原核细胞虽无线粒体，但部分原核生物，如蓝细菌、硝化细菌等具有与有氧呼吸相关的酶，可以进行有氧呼吸，A错误； B、原核细胞和真核细胞均具有细胞结构，其遗传物质均为DNA，原核细胞没有以核膜为界限的细胞核，所以其转录和翻译可以同时进行，B正确； C、原核细胞没有染色体，原核细胞的拟核是位于细胞内的特定区域，该区域内有环状的DNA分子，C错误； D、真核细胞中的动物细胞没有细胞壁，原核细胞中的支原体没有细胞壁，D错误。 故选B。 3．以下关于翻译过程的叙述错误的是（　　） A．核糖体与mRNA的结合部位会形成2个tRNA的结合位点 B．tRNA的5'端与相应氨基酸结合后进入核糖体对应位点 C．新生肽链的氨基酸数目少于mRNA碱基数目的1/3 D．翻译产生的多肽能与双缩脲试剂呈现紫色反应 【答案】B 【详解】 A、核糖体与mRNA结合后，其大亚基上存在P位（肽酰位）和A位（氨酰位）两个tRNA结合位点，用于携带氨基酸的tRNA进位与肽链延伸，A正确； B、tRNA的3'端通过酯键与相应氨基酸结合，而非5'端，B错误； C、mRNA上每3个碱基（1个密码子）决定1个氨基酸，但终止密码子不编码氨基酸，故实际合成的氨基酸数目少于mRNA碱基数目的1/3，C正确； D、双缩脲试剂可与肽键反应呈紫色，翻译产生的多肽含肽键，故能发生该反应，D正确。 故选B。 4．核酶指具有催化活性的RNA。它最常见的底物为RNA分子，许多核酶能够特异性识别并切割特定序列的RNA，在RNA的加工、降解等过程中发挥作用。下列说法错误的是（　　） A．核酶能降低某种化学反应的活化能 B．核酶在核糖体上合成后由核孔进入细胞核发挥作用 C．经核酶加工后形成的mRNA长度小于其DNA模板链 D．核酶的作用过程中，可能会有氢键的形成与断裂 【答案】B 【详解】 A、酶的作用机理是降低化学反应的活化能，核酶是具有催化活性的RNA，属于酶的一类，因此可以降低相关化学反应的活化能，A正确； B、核酶的化学本质是RNA，RNA主要在细胞核中通过转录合成，核糖体是蛋白质的合成场所，不能合成RNA类的核酶，B错误； C、核酶能够特异性识别并切割特定序列的RNA，被切割后的mRNA长度会变短，因此会小于其DNA模板链，C正确； D、核酶特异性识别底物RNA时，会通过碱基互补配对与底物RNA结合，该过程形成氢键，完成切割后与底物RNA分离，该过程发生氢键断裂，因此核酶作用过程中存在氢键的形成与断裂，D正确。 5．核糖体由大、小两个亚基组成，其上有3个供tRNA结合的位点如图所示，其中A位点是新进入的tRNA结合位点，P位点是肽链延伸过程中的tRNA结合位点，E位点是空载的tRNA释放位点。下列叙述错误的是（    ） A．核糖体在mRNA上的移动方向a端→b端 B．mRNA分子上可以相继结合多个核糖体 C．P位点结合的tRNA上的反密码子是5＇-GUC-3＇ D．核糖体遇到mRNA上的终止密码子使肽链延伸终止 【答案】C 【详解】 A、根据题干信息A位点是新进入的tRNA结合位点，P位点是延伸中的tRNA结合位点，E位点是空载tRNA结合位点可知，tRNA的移动顺序是A位点→P位点→E位点，说明核糖体的移动方向是a端→b端，A正确； B、一条mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同时合成多条相同肽链，提高翻译效率，B正确； C、mRNA的方向是a端(5')→b端(3')，P位点对应的mRNA密码子序列为5'-CAG-3'，tRNA反密码子与mRNA密码子反向平行互补配对，因此反密码子序列为3'-GUC-5'，即5'-CUG-3'，C错误； D、翻译过程中，当核糖体移动到mRNA的终止密码子时，没有对应tRNA结合，肽链延伸会终止，D正确。 6．研究表明天然 RNA 都含有四种碱基，组成多肽链的各氨基酸残基用 3 个字母缩写表示。若对带有多肽链 Met-Phe-Ser-Tyr-Cys 的 tRNA 进行化学成分分析，会有（　　）种单体 A．25 B．21 C．9 D．无法确定 【答案】C 【详解】由题意可知，该tRNA分子中的多肽链含有5种氨基酸，且tRNA含有4种核苷酸，因此该tRNA会有9种单体，C正确，ABD错误。 故选C。 7．图①-③分别表示人体细胞中发生的3种生物大分子的合成过程下列选项错误的是（    ） A．细胞中过程②与过程①相比，特有的碱基对为A-U B．过程①的发生的主要场所是细胞核，过程③的发生场所是细胞质 C．在人体内成熟红细胞、神经细胞、造血干细胞中，能发生过程②、③而不能发生过程①的细胞是神经细胞 D．已知过程②的α链中腺嘌呤与尿嘧啶之和占碱基总数的48%，则与α链对应的DNA区段中鸟嘌呤所占的碱基比例为52% 【答案】D 【详解】 A、过程①是DNA复制过程，该过程中的碱基互补配对有A-T、G-C；②是以DNA的一条链为模板进行的转录过程，该过程中的碱基互补配对有T-A、A-U、G-C，显然，细胞中过程②与过程①相比，特有的碱基对为A-U，A正确； B、①是以DNA的两条链为模板，进行的是DNA复制过程，主要发生在细胞核中，③是以mRNA为模板，进行的是翻译过程，发生在核糖体上（细胞质），B正确； C、DNA复制发生于细胞分裂过程中，神经细胞高度分化，不再分裂，神经细胞能转录和翻译形成蛋白质，能发生②转录和③翻译，但不能发生①DNA复制；人体内成熟红细胞没有细胞核和细胞器，不能发生①DNA复制、②转录和③翻译；造血干细胞能发生分裂，能发生①DNA复制、②转录和③翻译，C正确； D、由题意知，α链是mRNA，其中A+U占的比例为48%，C+G占的比例为1-48%=52%，DNA双链中C+G占的比例也是52%，在DNA双链中C=G，则与α链对应的DNA区段中鸟嘌呤所占的碱基比例为52%÷2=26%，D错误。 故选D。 8．miRNA是真核生物中一类内源的小分子核糖核酸，能与体内的其他RNA以碱基互补的方式识别，起基因调控作用。可调控细胞周期、生物体发育的时序等多个方面。下列相关叙述错误的是（    ） A．miRNA的调控作用可能使生物的性状发生改变 B．miRNA和其他RNA的碱基互补配对方式与翻译过程相同 C．miRNA不会改变控制细胞周期的基因的碱基序列 D．miRNA与其他RNA结合会影响细胞内的转录过程 【答案】D 【详解】 A、miRNA通过与体内的其他RNA以碱基互补的方式识别，起基因调控作用（影响翻译过程），可能影响蛋白质合成，进而改变生物性状，A正确； B、miRNA与其他RNA的碱基互补配对遵循A-U、G-C原则，与翻译过程中mRNA-tRNA的配对方式相同，B正确； C、miRNA是与体内的其他RNA以碱基互补的方式识别起调控细胞周期，故不改变控制细胞周期的基因的碱基序列，C正确； D、miRNA通过与体内的其他RNA以碱基互补的方式识别，起基因调控作用，影响的是翻译过程，不是转录过程，D错误。 故选D。 一、密码子的特点 简并性：一种氨基酸可能有多个密码子，这有利于保持物种的稳定性，减少突变带来的影响。 通用性：几乎所有的生物都使用同一套密码子，这为基因工程提供了理论基础。 不重叠性：密码子之间无间隔、不重叠，连续阅读。 方向性：从mRNA的5'→3'阅读。 二、tRNA的结构与功能 tRNA的结构特点： 呈三叶草结构，一端是反密码子，可以识别密码子； 另一端是氨基酸结合位点，可以携带特定的氨基酸； 一种tRNA只能识别一种密码子，只能转运一种氨基酸； 一种氨基酸可能有多种tRNA转运。 四、RNA的功能多样性 mRNA：携带遗传信息，作为蛋白质合成的模板 tRNA：转运氨基酸 rRNA：与蛋白质结合形成核糖体 snRNA：参与RNA的剪接 miRNA：参与基因表达的调控 siRNA：参与RNA干扰 lncRNA：长链非编码RNA，参与多种调控过程 五、抗生素的作用机理 利福平：抑制细菌的RNA聚合酶，从而抑制转录过程 四环素：与核糖体结合，抑制翻译过程 链霉素：改变核糖体结构，导致错误阅读 红霉素：抑制核糖体的移位 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 4.1　基因指导蛋白质的合成（导学案） 1.掌握遗传信息转录的过程、条件和意义 2.掌握遗传信息翻译的过程、条件和意义 3.理解密码子的概念、种类和作用 4.掌握中心法则的内容和表达式 5.能够区分DNA复制、转录和翻译的异同 【学习重点】 1.遗传信息的转录过程 2.遗传信息的翻译过程 3.密码子和反密码子的作用 4.中心法则的内容 【学习难点】 1.转录和翻译的具体过程及条件 2.密码子的阅读方式 3.mRNA上结合多个核糖体的意义 4.基因表达中的数量关系计算 1. RNA与DNA在化学组成上的区别：RNA含有__________糖和碱基__________，DNA含有__________糖和碱基__________。 2. RNA有三种类型：__________（信使RNA）、__________（转运RNA）、__________（核糖体RNA）。 3. 转录是指以__________为模板，合成__________的过程。主要场所是__________，需要__________酶参与。 4. 翻译是指以__________为模板，合成__________的过程。场所是__________，需要__________作为运输氨基酸的工具。 5. mRNA上决定一个氨基酸的__________个相邻碱基称为一个密码子。密码子共有__________种，其中决定氨基酸的密码子有__________种（一般情况下），终止密码子有__________种。 6. 起始密码子是__________（编码甲硫氨酸），终止密码子是__________、__________、__________。 7. 一个mRNA分子上可以相继结合多个__________，同时进行多条__________的合成，这大大提高了翻译的__________。 8. 中心法则是指遗传信息可以从__________流向__________，也可以从__________流向__________，进而流向__________。 一、实验探究→遗传信息的转录 阅读课本p64-65 思考·讨论， 小组合作完成任务。 【讨论】1.什么叫做转录，其发生的时间及场所为？ 【讨论】2.转录主要包括哪几个步骤？ 【讨论】3.转录的过程需要哪些条件？ 【讨论】4.转录的的方向及结果分别是？ 【讨论】5.转录有何特点和意义？ 二、实验探究→ 遗传信息的翻译 阅读课本p66-69 思考·讨论， 小组合作完成任务。 【讨论】1.什么叫做翻译，其发生的时间、场所及本质为？ 【讨论】2.翻译主要包括哪几个步骤？ 【讨论】3.翻译的过程需要哪些条件？ 【讨论】4.翻译的的方向、结果分别是？ 【讨论】5.翻译能够精确进行的原因是？ 【讨论】6.一个mRNA分子上结合多个核糖体有何意义？ 【讨论】7.DNA的复制与遗传信息的转录和翻译有何异同之处？ DNA复制 转录 翻译 时间 场所 模板 原料 酶 能量 原则 特点 产物 方向 信息传递 1．KKL-40是一种小分子抑制剂，其衍生物有望成为新一代的重要候选抗生素药物。KKL-40主要通过结合rRNA从而抑制后者的生理功能。KKL-40抑制的主要生理过程是（    ） A．DNA→DNA B．DNA→RNA C．RNA→蛋白质 D．RNA→DNA 2．原核细胞与真核细胞的核心差异及代谢特点，下列说法正确的是（　　） A．原核细胞无线粒体，均不能进行有氧呼吸 B．二者遗传物质均为DNA，原核细胞转录与翻译可同时进行 C．原核细胞无核膜，拟核是染色体 D．真核细胞都有细胞壁，原核细胞细胞壁成分均为肽聚糖 3．以下关于翻译过程的叙述错误的是（　　） A．核糖体与mRNA的结合部位会形成2个tRNA的结合位点 B．tRNA的5'端与相应氨基酸结合后进入核糖体对应位点 C．新生肽链的氨基酸数目少于mRNA碱基数目的1/3 D．翻译产生的多肽能与双缩脲试剂呈现紫色反应 4．核酶指具有催化活性的RNA。它最常见的底物为RNA分子，许多核酶能够特异性识别并切割特定序列的RNA，在RNA的加工、降解等过程中发挥作用。下列说法错误的是（　　） A．核酶能降低某种化学反应的活化能 B．核酶在核糖体上合成后由核孔进入细胞核发挥作用 C．经核酶加工后形成的mRNA长度小于其DNA模板链 D．核酶的作用过程中，可能会有氢键的形成与断裂 5．核糖体由大、小两个亚基组成，其上有3个供tRNA结合的位点如图所示，其中A位点是新进入的tRNA结合位点，P位点是肽链延伸过程中的tRNA结合位点，E位点是空载的tRNA释放位点。下列叙述错误的是（    ） A．核糖体在mRNA上的移动方向a端→b端 B．mRNA分子上可以相继结合多个核糖体 C．P位点结合的tRNA上的反密码子是5＇-GUC-3＇ D．核糖体遇到mRNA上的终止密码子使肽链延伸终止 6．研究表明天然 RNA 都含有四种碱基，组成多肽链的各氨基酸残基用 3 个字母缩写表示。若对带有多肽链 Met-Phe-Ser-Tyr-Cys 的 tRNA 进行化学成分分析，会有（　　）种单体 A．25 B．21 C．9 D．无法确定 7．图①-③分别表示人体细胞中发生的3种生物大分子的合成过程下列选项错误的是（    ） A．细胞中过程②与过程①相比，特有的碱基对为A-U B．过程①的发生的主要场所是细胞核，过程③的发生场所是细胞质 C．在人体内成熟红细胞、神经细胞、造血干细胞中，能发生过程②、③而不能发生过程①的细胞是神经细胞 D．已知过程②的α链中腺嘌呤与尿嘧啶之和占碱基总数的48%，则与α链对应的DNA区段中鸟嘌呤所占的碱基比例为52% 8．miRNA是真核生物中一类内源的小分子核糖核酸，能与体内的其他RNA以碱基互补的方式识别，起基因调控作用。可调控细胞周期、生物体发育的时序等多个方面。下列相关叙述错误的是（    ） A．miRNA的调控作用可能使生物的性状发生改变 B．miRNA和其他RNA的碱基互补配对方式与翻译过程相同 C．miRNA不会改变控制细胞周期的基因的碱基序列 D．miRNA与其他RNA结合会影响细胞内的转录过程 一、密码子的特点 简并性：一种氨基酸可能有多个密码子，这有利于保持物种的稳定性，减少突变带来的影响。 通用性：几乎所有的生物都使用同一套密码子，这为基因工程提供了理论基础。 不重叠性：密码子之间无间隔、不重叠，连续阅读。 方向性：从mRNA的5'→3'阅读。 二、tRNA的结构与功能 tRNA的结构特点： 呈三叶草结构，一端是反密码子，可以识别密码子； 另一端是氨基酸结合位点，可以携带特定的氨基酸； 一种tRNA只能识别一种密码子，只能转运一种氨基酸； 一种氨基酸可能有多种tRNA转运。 四、RNA的功能多样性 mRNA：携带遗传信息，作为蛋白质合成的模板 tRNA：转运氨基酸 rRNA：与蛋白质结合形成核糖体 snRNA：参与RNA的剪接 miRNA：参与基因表达的调控 siRNA：参与RNA干扰 lncRNA：长链非编码RNA，参与多种调控过程 五、抗生素的作用机理 利福平：抑制细菌的RNA聚合酶，从而抑制转录过程 四环素：与核糖体结合，抑制翻译过程 链霉素：改变核糖体结构，导致错误阅读 红霉素：抑制核糖体的移位 / 学科网（北京）股份有限公司 $