4.1基因指导蛋白质的合成学案

4.1基因指导蛋白质的合成学案
【学习目标】
1.生命观念——结合DNA双螺旋结构模型，闸明DNA分子通过转录和翻译等过程表达遗传信息；理解多聚核糖体现象的本质，利用结构与功能观，认识到其对提高翻译效率的意义。
2.科学思维——利用分析与综合的方法，比较归纳转录和翻译在时间、场所、模板、产物、原料、酶、能量、过程、碱基互补配对方式及特点等方面的相同与不同。
3.科学思维——通过分析相关资料，利用物质与能量观，分析原核生物、真核生物、DNA病毒和RNA病毒遗传信息流动的规律，归纳出遗传信息流动的中心法则。
4.社会责任——利用中心法则的原理，根据相关资料分析不同药物杀菌抗病毒的机理，科学选择药物，促进人体健康的恢复。
【学习重难点】
1．教学重点：遗传信息转录和翻译的过程
2．教学难点：遗传信息转录和翻译的过程
【预习新知】
遗传信息的转录
1.RNA
（1）基本单位：四种 。
（2）结构：一般是 ，比DNA 。
（3）分布：主要在 内合成，通过 进入细胞质。
（4）分类
mRNA：将遗传信息从DNA传递到 中。
tRNA：转运氨基酸，识别 。
rRNA： 的组成成分。
2.转录
（1）概念：在细胞核中，以 为模板合成 的过程。
（2）条件
模板：DNA的一条链。
原料：四种游离的 。
酶： 。
能量： 。
其他条件：适宜的温度、 。
（3）过程
第1步：DNA双链解开， 暴露出来。
第2步：游离的 与DNA模板链上的碱基互补配对，在 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 分子上
第4步：合成的mRNA从DNA链上 。而后，DNA双螺旋 。
遗传信息的翻译
1．翻译概念的理解
2．密码子与反密码子
密码子 反密码子
种类 64种 61种
位置 mRNA tRNA
实质 决定一个氨基酸的3个相邻的碱基(终止密码除外) 与密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基
3.翻译的过程
中心法则
1、中心法则的概念：遗传信息可以从DNA流向DNA，即 DNA的复制 ；也可以从DNA流向RNA，即遗传信息的 转录和翻译 。
2、中心法则的发展
发展内容 信息流动 举例
RNA自我复制 RNA DNA 烟草花叶病毒
RNA逆转录合成DNA RNA DNA 某些致癌的RNA病毒
蛋白质自我复制 蛋白质 蛋白质 朊病毒
【易错提示】
（1）DNA是蛋白质合成的直接模板（ ）
（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（ ）
答案：
（1）×（2）√（3）√（4）×
【深化探究】
知识点一　遗传信息的转录和翻译过程
1．遗传信息的转录和翻译的比较
项目 转录 翻译
场所 主要在细胞核 核糖体
模板 DNA的一条链 mRNA
原料 4种核糖核苷酸 21种氨基酸
条件 酶(RNA聚合酶等)、ATP 酶、ATP、tRNA
产物 一条单链RNA 多肽链
特点 边解旋边转录 一个mRNA上结合多个核糖体，同时合成多条肽链
碱基配对 A—U、T—A、C—G、G—C A—U、U—A、C—G、G—C
遗传信息传递 DNA→RNA mRNA→蛋白质
意义 表达遗传信息，使生物表现出各种性状
特别提醒：关于转录、翻译过程中的“两点提醒”
(1)转录的产物：不只是mRNA，还有tRNA、rRNA，但只有mRNA携带遗传信息，3种RNA都参与翻译过程，只是作用不同。
(2)转录和翻译的场所
②原核细胞：细胞质(DNA复制、转录、翻译)。
③病毒：寄主细胞内(遗传物质的复制、转录、翻译)。
2．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
知识点二　基因表达过程中的数量关系
1．转录、翻译过程中DNA(基因)碱基数∶mRNA碱基数∶多肽链氨基酸数＝6∶3∶1。
2．图解
以上关系应理解为每合成1个氨基酸至少需要mRNA中3个碱基，基因中6个碱基，其原因如下：
(1)DNA中有的片段无遗传效应，不能转录出mRNA。
(2)转录出的mRNA中有终止密码子，终止密码子不对应氨基酸，所以基因或DNA上碱基数目比蛋白质氨基酸数目的6倍多。
特别提醒：基因表达计算中的三个“看清楚”
(1)看清楚DNA上的碱基单位，是“对”数还是“个”数。
(2)看清楚是mRNA上“密码子”的个数，还是“碱基”个数。
(3)看清楚是合成蛋白质所需的“氨基酸”的个数，还是“种类数”。
知识点三　中心法则
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
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 动物、植物、真菌、细菌等
2.解决中心法则问题的技巧
(1)从模板分析
①如果模板是DNA，生理过程可能是DNA复制或DNA转录。
②如果模板是RNA，生理过程可能是翻译、RNA复制或RNA逆转录。
(2)从原料分析
①如果原料为脱氧核苷酸，产物一定是DNA。
②如果原料为核糖核苷酸，产物一定是RNA。
③如果原料为氨基酸，产物一定是蛋白质。
(3)从生物种类分析
①如果是细胞生物，能进行DNA复制、转录和翻译过程。
②如果是RNA病毒，分两种情况
a．RNA自我复制和翻译。
b．RNA逆转录、DNA复制、转录和翻译。
【巩固训练】
1.如图表示某原核生物细胞内蛋白质的合成示意图，下列相关叙述错误的是( )
A.该图中有三种RNA参与肽链的合成过程
B.该图中核糖体的移动方向为从左往右
C.tRNA在转运氨基酸的过程中有磷酸的生成
D.物质甲为RNA聚合酶，它从核孔进入后与DNA结合在一起
2.2023年诺贝尔生理学或医学奖颁发给了对mRNA疫苗技术作出重要贡献的两位科学家。有关mRNA疫苗的叙述，正确的是( )
A.构成mRNA的基本单位是脱氧核苷酸
B.与DNA相比，mRNA特有的碱基是U
C.细胞内的mRNA是通过翻译而来的
D.疫苗进入人体后，起抗体的作用
3.根据下表，推断缬氨酸的密码子是( )
DNA 双链 T
T
mRNA G
tRNA A
氨基酸 缬氨酸
A.CAA B.CTA C.GUA D.GUU
4.下图为中心法则的示意图。下列叙述错误的是( )
A.①表示DNA复制，需要DNA聚合酶参与
B.②表示转录，需要RNA聚合酶参与
C.③表示翻译，需要蛋白酶参与
D.④表示逆转录，需要逆转录酶参与
5.图1是人体胰岛素基因控制合成胰岛素的示意图，图2是图1过程②的局部放大图，请据图回答：
（1）图1中过程①在胰岛B细胞的____中发生，该细胞与人体其他细胞在形态、结构和生理功能上存在稳定性差异的根本原因是_______________________________。
（2）图1中过程②称为____，场所是____，由图2可知，决定苏氨酸的密码子是____。
（3）图1中过程②中，一个mRNA上结合多个核糖体的意义是________________________________________________________________________。
参考答案
1.答案：BD
解析：A、由图可知，肽链合成过程中用到mRNA做模板，tRNA作为转运氨基酸的工具，rRNA参与构成核糖体（合成蛋白质的细胞器），因此有三种RNA参与肽链的合成过程，A正确；
B、核糖体沿着mRNA的5'到3'的方向移动进行肽链的合成，由图可知，右侧是mRNA的5'端，左侧是3'端，因此图中核糖体的移动方向为从右往左，也可以由携带氨基酸的tRNA加入到核糖体左侧位置来判断翻译的方向是由右向左，B错误；
C、由图可知，tRNA在转运氨基酸的过程中会发生ATP水解，ATP水解后可产生磷酸，C正确；
D、物质甲与双链DNA结合，催化DNA生成mRNA，因此物质甲是RNA聚合酶，原核生物没有细胞核也即没有核孔，因此物质甲不会从核孔进入后与DNA结合在一起，D错误。
故选BD。
2.答案：B
解析：A.RNA是大分子物质，它的基本组成单位是核糖核苷酸，故A错误;B.组成DNA的碱基有A、T、C、G，组成RNA的碱基有A、U、C、G。因此，RNA和DNA相比，RNA特有的碱基是尿嘧啶U，故B正确;C.细胞内的mRNA是通过转录形成的，以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则形成RNA，故C错误;D.疫苗相当于抗原，进入机体可诱发机体的特异性免疫过程，人体内可产生相应的抗体，故D错误。
3.答案：C
解析：tRNA上的反密码子与相应的密码子碱基互补配对，根据RNA反密码子的第二个碱基可知缬氨酸密码子的第二个碱基是U；mRNA是以DNA的一条链为模板转录形成的，根据RNA第二个碱基U可知，DNA的第二条链为模板链，据此可知缬氨酸密码子的最后一个碱基是A。综合以上分析可知缬氨酸的密码子是GUA；故选C。
4.答案：C
解析：蛋白酶是催化蛋白质水解的,过程③是翻译,合成蛋白质。
5.答案：
（1）细胞核；基因的选择性表达
（2）翻译；核糖体；ACU
（3）少量的mRNA可以迅速合成出大量的蛋白质
解析：(1)①为转录过程，发生胰岛B细胞的细胞核中。胰岛B细胞与人体其他细胞在形态结构和生理功能上存在稳定性差异，是细胞分化的结果，其实质是基因的选择性表达，即其根本原因是基因的选择性表达。
(2)过程②是以mRNA罗模板，合成蛋白质的过程，称为翻译，场所是细胞质中的核糖体。由于密码子存在于mRNA上，所以决定苏氨酸的密码子是ACU。
(3)过程②中，一个mRNA上结合多个核糖体，能迅速合成大量的蛋白质，保证了翻译的高效性。