新人教（2019）生物必修2同步学案：第4章 第1节　基因指导蛋白质的合成

中小学教育资源及组卷应用平台
新人教（2019）生物必修2同步学案
4.1　基因指导蛋白质的合成
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)空间结构：一般是单链，且比DNA短。
(3)RNA与DNA的比较
比较项目 DNA RNA
组成单位 基本组成单位不同 脱氧核糖核苷酸 核糖核苷酸
五碳糖不同 脱氧核糖 核糖
碱基不同 特有的是胸腺嘧啶(T) 特有的是尿嘧啶(U)
结构不同 规则的双螺旋结构 一般为单链
(4)RNA的种类及其作用
①
②
③
2．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
(1)转录只发生在细胞核内(　　)
(2)RNA是某些病毒的遗传物质(　　)
(3)遗传信息转录的产物只有mRNA(　　)
(4)转录以DNA的两条链作为模板，以4种核糖核苷酸为原料(　　)
(5)转录是以DNA的完整的一条链为模板合成RNA的过程(　　)
答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×
易错警示　(1)转录不是转录整个DNA，是转录其中的基因。
(2)细胞核中转录形成的RNA通过核孔进入细胞质，穿过0层膜，需要能量。
(3)完成正常使命的RNA易迅速降解，保证生命活动的有序进行。
(4)线粒体、叶绿体中也可进行转录。
1．RNA适于做DNA的信使的原因是RNA分子组成与DNA相似，基本单位是核苷酸，也含四种碱基，可以携带遗传信息；RNA为单链，且比DNA短，能通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。
2．如图表示某真核生物细胞内DNA的转录过程，请据图分析回答下列问题：
(1)图中DNA的转录方向为←(用“→”或“←”表示)。
(2)a为启动上述过程必需的有机物，其名称是RNA聚合酶。
(3)b和c的名称分别是胞嘧啶脱氧核苷酸、胞嘧啶核糖核苷酸。
(4)此过程中的碱基配对方式为A—U、T—A、C—G、G—C。
二、遗传信息的翻译
1．翻译
2．tRNA的结构和功能特点
(1)结构和功能
(2)功能特点：每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。
3．密码子和反密码子
(1)属于密码子的是②(填序号)，位于[④]mRNA(填名称)上，其实质是决定一个氨基酸的3个相邻的碱基。
(2)属于反密码子的是①(填序号)，位于[③]tRNA(填名称)上，其实质是与密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基。
(3)密码子的种类为64种，其中AUG既可以编码甲硫氨酸，又是起始密码子；GUG在原核生物中，可以作为起始密码子，此时它编码甲硫氨酸；在其他情况下，它编码缬氨酸。UGA在正常情况下是终止密码子，在特殊情况下可以编码硒代半胱氨酸。
4．翻译过程
5．翻译能高效进行的原因
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。
特别提醒　(1)DNA上遗传信息、密码子、反密码子的对应关系
(2)基因表达过程中相关的数量关系
比较(不考虑终止密码子) 数目/个
DNA中的碱基数(脱氧核苷酸数) 6n
mRNA中的碱基数(核糖核苷酸数) 3n
蛋白质中的氨基酸数 n
参与转运氨基酸的tRNA数 n
基因表达过程中，蛋白质中氨基酸的数目＝参加转运的tRNA数目＝mRNA的碱基数目＝基因中的碱基数目。
(3)原核生物和真核生物基因的转录和翻译
真核细胞的转录主要发生在细胞核中，翻译发生在细胞质中，在空间和时间上被分隔开进行；而原核细胞的转录和翻译没有分隔，可以同时进行，边转录边翻译。
(1)tRNA由三个碱基构成(　　)
(2)密码子位于mRNA上，ATC一定不是密码子(　　)
(3)mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质(　　)
(4)每种转运RNA能识别并转运一种或多种氨基酸(　　)
(5)每种氨基酸仅由一种密码子编码(　　)
(6)tRNA由单链构成，因此不含氢键(　　)
答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×
易错警示　(1)1种氨基酸可由1种或多种密码子编码。
(2)1种氨基酸可由1种或多种tRNA转运。
(3)一种tRNA只能转运一种氨基酸。
(4)核糖体在mRNA上移动。
下图是翻译过程的示意图，请据图分析：
(1)图甲中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是哪种分子或结构？该过程发生的碱基互补配对与DNA复制和转录相比完全一样吗？
提示　Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是tRNA、核糖体、多肽链；不完全一样，复制：A—T、T—A、G—C、C—G，转录：A—U、T—A、C—G、G—C，翻译：A—U、U—A、C—G、G—C。
(2)判断甲图中核糖体沿着mRNA移动的方向？根据教材中密码子表，写出甲图中翻译出的氨基酸序列。
提示　核糖体沿着mRNA从左向右移动；甲图中对应的氨基酸序列为甲硫氨酸—丙氨酸—丝氨酸。
(3)图乙中①、⑥分别是什么分子或结构？核糖体移动的方向是怎样的？
提示　①、⑥分别是mRNA、核糖体；核糖体移动的方向是由右向左。
(4)最终合成的多肽链②、③、④、⑤的氨基酸序列相同吗？为什么？
提示　相同；因为它们的模板是同一条mRNA。
(5)图乙所示的翻译特点，其意义是什么？
提示　少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质。
归纳总结　DNA复制、转录与翻译的比较
项目 复制 转录 翻译
时间 分裂前的间期 个体发育的整个过程
场所 主要是细胞核 主要是细胞核 细胞质
模板 DNA的两条链 DNA的一条链 mRNA
原料 4种游离的脱氧核苷酸 4种游离的核糖核苷酸 21种氨基酸
产物 DNA RNA 肽链
碱基 配对 A—T、T—A、C—G、G—C A—U、T—A、C—G、G—C A—U、U—A、C—G、G—C
三、中心法则
1．提出者：克里克。
2．完善后的内容
①DNA的复制：遗传信息从DNA流向DNA。
②转录：遗传信息从DNA流向RNA。
③翻译：遗传信息从RNA流向蛋白质。
④RNA的复制：遗传信息从RNA流向RNA。
⑤逆转录：遗传信息从RNA流向DNA。
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。
(1)中心法则表示的是遗传信息的流动过程(　　)
(2)遗传信息只能从DNA流向RNA，进而流向蛋白质(　　)
(3)线粒体中遗传信息的传递也遵循中心法则(　　)
(4)DNA病毒中没有RNA，其遗传信息的传递不遵循中心法则(　　)
答案　(1)√　(2)×　(3)√　(4)×
中心法则揭示了生物遗传信息传递的规律，据图回答下列问题：
(1)②表示转录过程，需要RNA聚合酶；④表示逆转录过程，需要逆转录酶的参与。
(2)正常情况下，在人体细胞内能进行的过程是①②③。
(3)图中遵循碱基互补配对原则的过程是①②③④⑤。
(4)任意一个人体细胞均能发生①②③过程吗？
提示　高度分化的细胞不再进行细胞分裂，因而不能发生①过程。
(5)请写出新型冠状病毒(一种RNA复制病毒)遗传信息传递与表达的过程。
提示　，但要注意病毒遗传信息的传递过程发生于宿主细胞内。
归纳总结　中心法则各过程的适用范围
1．RNA与DNA在化学组成上的区别是RNA中含有核糖和尿嘧啶，DNA中含有脱氧核糖和胸腺嘧啶。
2．转录是以DNA的一条链为模板合成RNA的过程，主要发生在细胞核中，以4种核糖核苷酸为原料。
3．密码子的简并：绝大多数氨基酸都由多种密码子来决定。
4．翻译过程中，mRNA相对静止，核糖体沿着mRNA移动，核糖体移动的方向就是翻译的方向。
5．遗传信息的传递过程中遵循碱基互补配对原则。
6．并非所有的生物都能进行中心法则的5种生理过程。RNA的复制和逆转录只发生在被RNA病毒寄生的细胞中。
1．下列关于RNA的叙述，错误的是(　　)
A．有些RNA可催化细胞内的某些生化反应
B．RNA的基本单位由磷酸、核糖和含氮碱基组成
C．RNA参与构成核糖体
D．RNA参与构成细胞膜
答案　D
解析　有些酶的化学本质为RNA；RNA的基本单位是核糖核苷酸，由磷酸、核糖和含氮碱基组成；rRNA参与构成核糖体。
2．遗传信息表达的过程中，mRNA的三个碱基是5′－UAC－3′，则DNA模板链上对应的三个碱基是(　　)
A．5′－GTA－3′ B．5′－CAT－3′
C．5′－CUT－3′ D．5′－GUA－3′
答案　A
解析　mRNA与转录的模板DNA单链是方向相反、碱基互补的。
3．关于密码子和反密码子的叙述，正确的是(　　)
A．密码子位于mRNA上，反密码子位于tRNA上
B．密码子位于tRNA上，反密码子位于mRNA上
C．密码子位于rRNA上，反密码子位于tRNA上
D．密码子位于rRNA上，反密码子位于mRNA上
答案　A
解析　mRNA上3个相邻的碱基决定一个氨基酸，这样相邻的3个碱基称为密码子；每个tRNA上有3个相邻的碱基与密码子互补配对，这样的3个碱基称为反密码子，即密码子位于mRNA上，反密码子位于tRNA上，A正确，B、C、D错误。
4．如图是基因表达的示意图，下列有关叙述正确的是(　　)
A．过程①是转录过程，在植物细胞中只能发生在细胞核中
B．过程②在核糖体上进行，需要的原料是4种核糖核苷酸
C．过程①②在原核生物体内可以同时进行
D．过程①②中的碱基配对方式完全相同
答案　C
解析　图中过程①表示转录，在植物细胞中，主要发生在细胞核内，也可发生在叶绿体或线粒体中，A错误；过程②表示翻译，在核糖体上进行，以21种氨基酸为原料，B错误；原核生物没有以核膜为界限的细胞核，转录和翻译在时间和空间上可以同时进行，C正确；过程①②中的碱基配对方式不完全相同，过程①中有T—A配对，而过程②中没有，D错误。
5．下图表示中心法则，①～⑤代表生理过程，以下说法错误的是(　　)
A．①过程表示DNA分子复制
B．②过程表示转录
C．③④过程不需要碱基互补配对
D．⑤过程表示翻译
答案　C
解析　③④分别表示逆转录和RNA复制过程，均遵循碱基互补配对原则，C错误。
6．如图表示某真核生物基因表达的部分过程，请回答下列问题：
(1)图中表示遗传信息的________过程，发生的场所是________，此过程除图中所示条件外，还需要______________等。
(2)图中③表示________，合成的主要场所是__________，通过__________运输到细胞质中，穿过__________层膜，________(填“需要”或“不需要”)能量。
(3)图中方框内的碱基应为____________，对应的aa5应为________(赖氨酸的密码子为AAA，苯丙氨酸的密码子为UUU)。
(4)图中的氨基酸共对应________个密码子。核糖体的移动方向是____________。
答案　(1)翻译　核糖体　酶和能量　(2)mRNA　细胞核　核孔　0　需要　(3)UUU　赖氨酸　(4)7　从左到右
解析　(1)图中核糖体上进行的是翻译过程，此过程需要的条件是模板、原料、能量、酶等。(2)③为mRNA，主要在细胞核中合成，通过核孔转移到细胞质中，此过程穿过0层膜，需要能量。(3)密码子存在于mRNA分子上，与tRNA上的反密码子进行碱基互补配对，故图中方框内的碱基为UUU，对应的密码子为AAA，相应氨基酸是赖氨酸。(4)图中共有7个氨基酸，对应7个密码子。根据图中最后一个氨基酸的加入位置可知，核糖体的移动方向为从左到右。