第三节 基因控制蛋白质的合成
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第三节 基因控制蛋白质的合成
一、学习目标
⑴概述遗传信息的转录和翻译过程
⑵理解遗传信息与“密码子”的概念
⑶运用数学方法，分析碱基与氨基酸的对应关系
二、学习过程
探究活动一：遗传信息的转录
（一）．为什么RNA适于作DNA的信使？
遗传信息存在于细胞核，蛋白质合成在细胞质中进行，在两者之间需要一个传递信息的信使——RNA。能完成此任务的RNA与其成分和结构有一定的关系。
（1）基因是有_________的_____片段； DNA 主要存在于________中，而蛋白质的合成是在_______中进行的。
（2）RNA一般是____链，比 DNA 短，因此能够通过_______，从________转移到______中。
2.DNA和RNA 的主要区别
1、细胞中的两种核酸的比较
DNA RNA
组成元素 C、H、O、N、P
基本单位 （4种） （4种）
化学组成 磷酸；脱氧核糖
碱基： 、 、 、 磷酸；核糖
碱基： 、 、 、
结 构 规则的双螺旋结构 一般单链结构
功 能 贮存遗传信息,控制蛋白质合成 传递遗传信息，并通过蛋白质表达出来
分 布
3、RNA的在细胞中有三种（观察课本P71图4-14）
mRNA（信使RNA），tRNA（转运RNA），rRNA（核糖体RNA）（记住理解以下概念）
（1）信使RNA（mRNA）：单链结构，由DNA转录而来，其碱基序列包含遗传信息，因将DNA中遗传信息转录下来故名。遗传密码位于mRNA上。
（2）转运RNA（tRNA）：三叶草结构，头端特定的三个碱基叫反密码子，尾端连接特定的氨基酸，在蛋白质合成中运输氨基酸，所以叫做转运RNA。
（3）核糖体RNA（rRNA）：与核糖体结合，是核糖体的重要组成部分。
（二）．DNA的遗传信息是怎么转给mRNA 的？
1、转录：在 中，以DNA的 条链为模板合成 的过程，叫转录。
2、场所： （主要）、线粒体、叶绿体。
3、过程：
1）在 酶的作用下，DNA双链 ，DNA双链的碱基得以暴露；2）游离 的 随机地与DNA链上的碱基碰撞，当两者互补配对时，两者以 结合；3）新结合 的以 键连接到正在合成的 上；4）合成的 从DNA链释放，而后 恢复。
4、条件
（1）模板： ；（2）原料： ；
（3）酶： ；（4）能量： 。
5、原则： 。
6、产物： 。
7、意义：DNA（基因）的 →mRNA中的 。
探究活动二：遗传信息的翻译
1、概念：以 为模板合成具有 的蛋白质的过程，叫翻译。
2、场所： 。
#．碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的？
密码子：在________上相邻的______个碱基
终止子：UAA、UAG、UGA
种类 起始子：AUG（甲硫氨酸）、GUG（缬氨酸）
（64种）
其他密码子：只能编码氨基酸
能够编码氨基酸的密码子有______个；一个密码子对应______个氨基酸；但一个氨基酸可能有______个密码子（简并性）。
密码子具有简并性和通用性（所有的生物共用一套遗传密码）
3．游离在细胞质中的氨基酸，是怎样运到合成蛋白质的“生产线”上的呢？
运载氨基酸的工具：“搬运工”—— 。
反密码子：tRNA呈________形，其一端有三个碱基可以与mRNA上的三个碱基配对，称为________，另一端可以携带________ ， tRNA有______种；一个tRNA只能携带______种氨基酸；一个氨基酸可以由______种tRNA携带。
4、过程
①起始阶段：（1）mRNA进入细胞质，与 结合。携带一个特定氨基酸的tRNA，通过 与第一个密码子互补配对，进入位点1.
②延伸阶段：携带另一个特定氨基酸的tRNA以同样方式进入位点2.位点1位点2相应的氨基酸 形成 ，位点1的氨基酸转移到占据位点2的tRNA上。核糖体读取下一个 ，原占据位点1的离开核糖体，占据位点2的tRNA进入位点1，一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链合成
③终止阶段：重复进行，直到读取到 。肽链合成后，从核糖体与mRNA的复合体上脱离，经一系列步骤，盘曲折叠成成熟的蛋白质分子。
5、条件：
（1）模板： ；（2）原料： ；
（3）酶： ；（4）能量： 。
6、原则： 。
7、产物： 。
8、意义：将mRNA中的碱基序列转变成特定氨基酸序列的蛋白质（多肽）。探究活动
四、当堂检测
1.一条多肽链中有1000个氨基酸，则作为合成多肽链的信使RNA分子和用来转录该信使RNA分子的基因中，分别至少要有碱基多少个 ( ) A.1000和2000 B.2000和4000 C.3000和3000 D.3000和6000
2.细胞内与遗传有关的物质，从复杂到简单的结构层次是 A.DNA→染色体→脱氧核苷酸→基因 B.染色体→脱氧核苷酸→DNA→基因 C.DNA→染色体→基因→脱氧核苷酸 D.染色体→DNA→基因→脱氧核苷酸
3．下列哪一组物质是RNA的组成成分
A.脱氧核糖、核酸和磷酸 B.脱氧核糖、碱基和磷酸
C.核糖、碱基和磷酸 D.核糖、嘧啶和核酸
4．DNA转录形成的mRNA从细胞核中出来进入细胞质中，穿过磷脂双分子层 （ ）
A．6层 B．4层 C．2层 D．0层
5．某基因中含有1200个碱基对，则由它控制合成的含有两条肽链的蛋白质分子中最多含有肽键的个数是 （ ）
A．198个 B．398个 C．400个 D．798个
6．在下列细胞结构中，有可能发生碱基配对行为的一组是 （ ）
A．细胞核、线粒体、叶绿体、中心体 B．细胞核、核糖体、中心体、线粒体
C．线粒体、叶绿体、细胞核、高尔基体 D．线粒体、叶绿体、核糖体、细胞核
7．右图表示DNA（基因）控制蛋白质合成的过程，请分析回答：
（1）根据图中的碱基，可推测包括了 种核苷酸。
（2）DNA的两条链中， 链为模板链。遗传密码（密码子）存在于 链上（请写标号）。
（3）如果控制合成的蛋白质含两条肽链，49个肽键，则控制其合成的基因至少有 个脱氧核苷酸。
三、延伸拓展
1、（补充记忆）遗传信息、密码子和反密码子的对比
遗传信息 密码子 反密码子
概念 是指DNA上特定的脱氧核苷酸排列顺序 mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻碱基 与mRNA分子中密码子互相配对的tRNA上的3个 碱基
作用 决定蛋白质中氨基酸的排列顺序 翻译时决定肽链的氨基酸排列顺序 与上3个碱基互补，以确定氨基酸在肽链上的位置
种类 多种多样 共64种，编码蛋白质的密码子共61种，终止密码共3种，不能编码蛋白质 61种
2、真核细胞中复制、转录、翻译的比较
复制 转录 翻译
时间 个体生长发育的连续过程中
场所
条件 模板
原料
酶
能量
原则
解旋
产物
信息传递
特点
相同点 均需要酶、ATP、模板、原料、适宜的温度和PH等
意义
4、蛋白质合成过程中的有关计算
（1）DNA分子（a链为模板链、b链为非模板链）及转录成mRNA分子中，碱基比例关系
双链DNA分子 DNA分子的a条链 DNA分子的b条链 mRNA分子
A＋T/C＋G=k(k≠1) A＋T/C＋G =k(k≠1) A＋T/C＋G =k(k≠1) A＋U/C＋G =k(k≠1)
A＋G/T＋C =1 A＋G/C＋T =m A＋G/C＋T =1/m A＋G/C＋U =1/m
（2）在不考虑DNA上的无遗传效应片段、不考虑mRNA上的终止密码等等情况下，DNA（基因）中碱基数∶mRNA中碱基数∶蛋白质中AA数＝6∶3∶1。（所以在计算时，往往加上“最多”、“最少”的字眼）
（3）在计算时，要注意是问的碱基或氨基酸的种类还是数目。
课后练习与提高
1、构成人体的核酸有两种，构成核酸的基本单位--核苷酸有 A.2种 D.4种 C.5种 D.8种
2、经测定，甲、乙、丙3种生物的核酸中的碱基之比如下表，这3种生物的核酸分别为
A G C T U
甲 60 40 60 40 -
乙 30 20 20 30 -
丙 41 23 44 - 28
A.双链DNA、单链DNA、RNA B.单链DNA、双链DNA、RNA
C.双链DNA、RNA、单链DNA D.RNA、单链DNA、双链DNA
3.DNA分子模板链上的碱基序列携带的遗传信息最终翻译的氨基酸如下表，则tRNA（UGC）所携带的氨基酸是
TTT CGT ACG TGC
赖氨酸 丙氨酸 半胱氨酸 苏氨酸
A.赖氨酸 B.丙氨酸 C.半胱氨酸 D.苏氨酸
4、（2008年上海生物，9）下列各细胞结构中，可能存在碱基互补配对现象的有
①染色体 ②中心体 ③纺锤体 ④核糖体
A.①② B.①④ C.②③ D.③④
5、如图所示，给以适宜的条件各试管均有产物生成，则能生成DNA的试管是 （ ）
A.a和d B.b和c C.只有b D.只有c
6、一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽，则此mRNA分子至少含有的碱基个数及合成这段多肽需要的tRNA个数，依次为
A.33 11 B.36 12 C.12 36 D.11 36
7、（2007年上海生物）一个mRNA分子有m个碱基，其中G+C有n个；由该mRNA合成的蛋白质有两条肽链。则其模板DNA分子的A+T数、合成蛋白质时脱去的水分子数分别是（ ）
A.m、-1 B.m、 -2 C.2(m-n)、-1 D.2(m-n)、 -2
8、 中心法则揭示了生物遗传信息由DNA向蛋白质传递与表达的过程，请回答下列问题：
（1）a、b、c、d所表示的四个过程依次分别是 、 、 和 。
（2）需要tRNA和核糖体同时参与的过程是 （用图中的字母回答）。
（3）a过程发生在真核细胞分裂的 期。
（4）在真核细胞中，a和b两个过程发生的主要场所是 。
（5）能特异性识别信使RNA上密码子的分子是 ，后者所携带的分子是 。
（6）RNA病毒的遗传信息传递与表达的途径有（用类似本题图中的形式表达）：
① ；
② 。
9、请回答下列有关遗传信息传递的问题：
（1）为研究某病毒的致病过程，在实验室中做了如图所示的模拟实验。
①从病毒中分离得到物质A。已知A是单链的生物大分子，其部分碱基序列为—GAACAUGUU—。将物质A加入试管甲中，反应后得到产物X。经测定产物X的部分碱基序列是—CTTGTACAA—，则试管甲中模拟的是 过程。
②将提纯的产物X加入试管乙，反应后得到产物Y。产物Y是能与核糖体结合的单链大分子，则产物Y是 ，试管乙中模拟的是 过程。
③将提纯的产物Y加入试管丙中，反应后得到产物Z。产物Z是组成该病毒外壳的化合物，则产物Z是 。
（2）若该病毒感染了小鼠上皮细胞，则组成子代病毒外壳的化合物的原料来自 ，而决定该化合物合成的遗传信息来自 。若该病毒除感染小鼠外，还能感染其他哺乳动物，则说明所有生物共用一套 。该病毒遗传信息的传递过程为 。
一、学习目标
⑴概述遗传信息的转录和翻译过程
⑵理解遗传信息与“密码子”的概念
⑶运用数学方法，分析碱基与氨基酸的对应关系
二、学习过程
探究活动一：遗传信息的转录
（一）．为什么RNA适于作DNA的信使？
遗传信息存在于细胞核，蛋白质合成在细胞质中进行，在两者之间需要一个传递信息的信使——RNA。能完成此任务的RNA与其成分和结构有一定的关系。
（1）基因是有_________的_____片段； DNA 主要存在于________中，而蛋白质的合成是在_______中进行的。
（2）RNA一般是____链，比 DNA 短，因此能够通过_______，从________转移到______中。
2.DNA和RNA 的主要区别
1、细胞中的两种核酸的比较
DNA RNA
组成元素 C、H、O、N、P
基本单位 （4种） （4种）
化学组成 磷酸；脱氧核糖
碱基： 、 、 、 磷酸；核糖
碱基： 、 、 、
结 构 规则的双螺旋结构 一般单链结构
功 能 贮存遗传信息,控制蛋白质合成 传递遗传信息，并通过蛋白质表达出来
分 布
3、RNA的在细胞中有三种（观察课本P71图4-14）
mRNA（信使RNA），tRNA（转运RNA），rRNA（核糖体RNA）（记住理解以下概念）
（1）信使RNA（mRNA）：单链结构，由DNA转录而来，其碱基序列包含遗传信息，因将DNA中遗传信息转录下来故名。遗传密码位于mRNA上。
（2）转运RNA（tRNA）：三叶草结构，头端特定的三个碱基叫反密码子，尾端连接特定的氨基酸，在蛋白质合成中运输氨基酸，所以叫做转运RNA。
（3）核糖体RNA（rRNA）：与核糖体结合，是核糖体的重要组成部分。
（二）．DNA的遗传信息是怎么转给mRNA 的？
1、转录：在 中，以DNA的 条链为模板合成 的过程，叫转录。
2、场所： （主要）、线粒体、叶绿体。
3、过程：
1）在 酶的作用下，DNA双链 ，DNA双链的碱基得以暴露；2）游离 的 随机地与DNA链上的碱基碰撞，当两者互补配对时，两者以 结合；3）新结合 的以 键连接到正在合成的 上；4）合成的 从DNA链释放，而后 恢复。
4、条件
（1）模板： ；（2）原料： ；
（3）酶： ；（4）能量： 。
5、原则： 。
6、产物： 。
7、意义：DNA（基因）的 →mRNA中的 。
探究活动二：遗传信息的翻译
1、概念：以 为模板合成具有 的蛋白质的过程，叫翻译。
2、场所： 。
#．碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的？
密码子：在________上相邻的______个碱基
终止子：UAA、UAG、UGA
种类 起始子：AUG（甲硫氨酸）、GUG（缬氨酸）
（64种）
其他密码子：只能编码氨基酸
能够编码氨基酸的密码子有______个；一个密码子对应______个氨基酸；但一个氨基酸可能有______个密码子（简并性）。
密码子具有简并性和通用性（所有的生物共用一套遗传密码）
3．游离在细胞质中的氨基酸，是怎样运到合成蛋白质的“生产线”上的呢？
运载氨基酸的工具：“搬运工”—— 。
反密码子：tRNA呈________形，其一端有三个碱基可以与mRNA上的三个碱基配对，称为________，另一端可以携带________ ， tRNA有______种；一个tRNA只能携带______种氨基酸；一个氨基酸可以由______种tRNA携带。
4、过程
①起始阶段：（1）mRNA进入细胞质，与 结合。携带一个特定氨基酸的tRNA，通过 与第一个密码子互补配对，进入位点1.
②延伸阶段：携带另一个特定氨基酸的tRNA以同样方式进入位点2.位点1位点2相应的氨基酸 形成 ，位点1的氨基酸转移到占据位点2的tRNA上。核糖体读取下一个 ，原占据位点1的离开核糖体，占据位点2的tRNA进入位点1，一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链合成
③终止阶段：重复进行，直到读取到 。肽链合成后，从核糖体与mRNA的复合体上脱离，经一系列步骤，盘曲折叠成成熟的蛋白质分子。
5、条件：
（1）模板： ；（2）原料： ；
（3）酶： ；（4）能量： 。
6、原则： 。
7、产物： 。
8、意义：将mRNA中的碱基序列转变成特定氨基酸序列的蛋白质（多肽）。探究活动
四、当堂检测
1.一条多肽链中有1000个氨基酸，则作为合成多肽链的信使RNA分子和用来转录该信使RNA分子的基因中，分别至少要有碱基多少个 ( ) A.1000和2000 B.2000和4000 C.3000和3000 D.3000和6000
2.细胞内与遗传有关的物质，从复杂到简单的结构层次是 A.DNA→染色体→脱氧核苷酸→基因 B.染色体→脱氧核苷酸→DNA→基因 C.DNA→染色体→基因→脱氧核苷酸 D.染色体→DNA→基因→脱氧核苷酸
3．下列哪一组物质是RNA的组成成分
A.脱氧核糖、核酸和磷酸 B.脱氧核糖、碱基和磷酸
C.核糖、碱基和磷酸 D.核糖、嘧啶和核酸
4．DNA转录形成的mRNA从细胞核中出来进入细胞质中，穿过磷脂双分子层 （ ）
A．6层 B．4层 C．2层 D．0层
5．某基因中含有1200个碱基对，则由它控制合成的含有两条肽链的蛋白质分子中最多含有肽键的个数是 （ ）
A．198个 B．398个 C．400个 D．798个
6．在下列细胞结构中，有可能发生碱基配对行为的一组是 （ ）
A．细胞核、线粒体、叶绿体、中心体 B．细胞核、核糖体、中心体、线粒体
C．线粒体、叶绿体、细胞核、高尔基体 D．线粒体、叶绿体、核糖体、细胞核
7．右图表示DNA（基因）控制蛋白质合成的过程，请分析回答：
（1）根据图中的碱基，可推测包括了 种核苷酸。
（2）DNA的两条链中， 链为模板链。遗传密码（密码子）存在于 链上（请写标号）。
（3）如果控制合成的蛋白质含两条肽链，49个肽键，则控制其合成的基因至少有 个脱氧核苷酸。
三、延伸拓展
1、（补充记忆）遗传信息、密码子和反密码子的对比
遗传信息 密码子 反密码子
概念 是指DNA上特定的脱氧核苷酸排列顺序 mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻碱基 与mRNA分子中密码子互相配对的tRNA上的3个 碱基
作用 决定蛋白质中氨基酸的排列顺序 翻译时决定肽链的氨基酸排列顺序 与上3个碱基互补，以确定氨基酸在肽链上的位置
种类 多种多样 共64种，编码蛋白质的密码子共61种，终止密码共3种，不能编码蛋白质 61种
2、真核细胞中复制、转录、翻译的比较
复制 转录 翻译
时间 个体生长发育的连续过程中
场所
条件 模板
原料
酶
能量
原则
解旋
产物
信息传递
特点
相同点 均需要酶、ATP、模板、原料、适宜的温度和PH等
意义
4、蛋白质合成过程中的有关计算
（1）DNA分子（a链为模板链、b链为非模板链）及转录成mRNA分子中，碱基比例关系
双链DNA分子 DNA分子的a条链 DNA分子的b条链 mRNA分子
A＋T/C＋G=k(k≠1) A＋T/C＋G =k(k≠1) A＋T/C＋G =k(k≠1) A＋U/C＋G =k(k≠1)
A＋G/T＋C =1 A＋G/C＋T =m A＋G/C＋T =1/m A＋G/C＋U =1/m
（2）在不考虑DNA上的无遗传效应片段、不考虑mRNA上的终止密码等等情况下，DNA（基因）中碱基数∶mRNA中碱基数∶蛋白质中AA数＝6∶3∶1。（所以在计算时，往往加上“最多”、“最少”的字眼）
（3）在计算时，要注意是问的碱基或氨基酸的种类还是数目。
课后练习与提高
1、构成人体的核酸有两种，构成核酸的基本单位--核苷酸有 A.2种 D.4种 C.5种 D.8种
2、经测定，甲、乙、丙3种生物的核酸中的碱基之比如下表，这3种生物的核酸分别为
A G C T U
甲 60 40 60 40 -
乙 30 20 20 30 -
丙 41 23 44 - 28
A.双链DNA、单链DNA、RNA B.单链DNA、双链DNA、RNA
C.双链DNA、RNA、单链DNA D.RNA、单链DNA、双链DNA
3.DNA分子模板链上的碱基序列携带的遗传信息最终翻译的氨基酸如下表，则tRNA（UGC）所携带的氨基酸是
TTT CGT ACG TGC
赖氨酸 丙氨酸 半胱氨酸 苏氨酸
A.赖氨酸 B.丙氨酸 C.半胱氨酸 D.苏氨酸
4、（2008年上海生物，9）下列各细胞结构中，可能存在碱基互补配对现象的有
①染色体 ②中心体 ③纺锤体 ④核糖体
A.①② B.①④ C.②③ D.③④
5、如图所示，给以适宜的条件各试管均有产物生成，则能生成DNA的试管是 （ ）
A.a和d B.b和c C.只有b D.只有c
6、一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽，则此mRNA分子至少含有的碱基个数及合成这段多肽需要的tRNA个数，依次为
A.33 11 B.36 12 C.12 36 D.11 36
7、（2007年上海生物）一个mRNA分子有m个碱基，其中G+C有n个；由该mRNA合成的蛋白质有两条肽链。则其模板DNA分子的A+T数、合成蛋白质时脱去的水分子数分别是（ ）
A.m、-1 B.m、 -2 C.2(m-n)、-1 D.2(m-n)、 -2
8、 中心法则揭示了生物遗传信息由DNA向蛋白质传递与表达的过程，请回答下列问题：
（1）a、b、c、d所表示的四个过程依次分别是 、 、 和 。
（2）需要tRNA和核糖体同时参与的过程是 （用图中的字母回答）。
（3）a过程发生在真核细胞分裂的 期。
（4）在真核细胞中，a和b两个过程发生的主要场所是 。
（5）能特异性识别信使RNA上密码子的分子是 ，后者所携带的分子是 。
（6）RNA病毒的遗传信息传递与表达的途径有（用类似本题图中的形式表达）：
① ；
② 。
9、请回答下列有关遗传信息传递的问题：
（1）为研究某病毒的致病过程，在实验室中做了如图所示的模拟实验。
①从病毒中分离得到物质A。已知A是单链的生物大分子，其部分碱基序列为—GAACAUGUU—。将物质A加入试管甲中，反应后得到产物X。经测定产物X的部分碱基序列是—CTTGTACAA—，则试管甲中模拟的是 过程。
②将提纯的产物X加入试管乙，反应后得到产物Y。产物Y是能与核糖体结合的单链大分子，则产物Y是 ，试管乙中模拟的是 过程。
③将提纯的产物Y加入试管丙中，反应后得到产物Z。产物Z是组成该病毒外壳的化合物，则产物Z是 。
（2）若该病毒感染了小鼠上皮细胞，则组成子代病毒外壳的化合物的原料来自 ，而决定该化合物合成的遗传信息来自 。若该病毒除感染小鼠外，还能感染其他哺乳动物，则说明所有生物共用一套 。该病毒遗传信息的传递过程为 。