生物：4.1《基因指导蛋白质的合成》学案（新人教版必修2）

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第1节 基因指导蛋白质的合成
教学目标：
1.概述遗传信息的转录和翻译。
2.运用数学方法，分析碱基与氨基酸的对应关系。
教学重点和难点：
1.教学重点：遗传信息转录和翻译的过程。
2.教学难点：遗传信息的翻译过程
自主学习与要点讲解：
一、遗传信息的转录
基因（DNA）在细胞核中，而蛋白质的合成是在细胞质的核糖体上进行的，在细胞核的基因如何控制在细胞质中的蛋白质的合成呢？
在DNA和蛋白质之间，有一种中间物质──RNA充当信使。
思考1：为什么RNA适于作DNA的信使呢？
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 脱氧核苷酸（4种） 核糖核苷酸（4种）
化学组成 一分子磷酸
脱氧核糖
A、T、C、G 一分子磷酸
核糖
A、U、C、G
结 构 规则的双螺旋结构 一般单链结构
功 能 编码复制遗传信息,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 细胞核的染色体,线粒体,叶绿体 细胞质的核糖体
2、RNA的在细胞中有三种（观察图4-3）
mRNA（信使RNA），tRNA（转运RNA），rRNA（核糖体RNA）
（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。
思考2：DNA的遗传信息是怎么传给mRNA的呢？
3、转录：图示P63图4-4以DNA为模板转录RNA的图解。
（1）定义：转录是在 内进行的，是以DNA双链中的 条链为模板，合成 的过程。
（2）过程：（分4步）
①DNA双链解开，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，当核糖核苷酸与DNA的碱基互补时，两者以 结合。
③新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。此处用到RNA聚合酶。
④合成的mRNA从 上释放。而后DNA双链恢复。
（3）小结：
复制、转录过程比较
复制 转录
时间 有丝分裂间期和减数第一次分裂间期 生长发育的连续过程中
场所 主要在细胞核，少部分在线粒体和叶绿体
原料 4种脱氧核苷酸 4种
模板 DNA的两条链 DNA中的 链
条件 特定的酶和ATP
过程 DNA解旋，以两条链为模板，按碱基互补配对原则，合成两条子链，子链与对应模板链螺旋化 DNA解旋，以一条链为模板，按碱基互补配对原则，形成mRNA（单链），进入细胞质与核糖体结合
特点 边解旋边复制，半保留复制 边解旋边转录，DNA双链全保留
产物 两个双链DNA分子
意义 复制遗传信息，使遗传信息从亲代传给子代 传递遗传信息，为翻译作准备
二、遗传信息的翻译：
1、概念：_______________________________________________________________________。
部位：___________________________
原料：____________________________
模板：____________________________
结果：___________________________________________
2、实质：_______________________________________________________________________。
3、碱基与氨基酸之间的对应关系：
DNA、RNA各自有_______种碱基，而组成生物体蛋白质的氨基酸有_____种，1个氨基酸的编码至少需要____个碱基，而每3个碱基有__________________________（用乘法等式表示）种组合。，才足以组合出构成蛋白质的20种氨基酸。
密码子：mRNA上决定一个氨基酸的____个相邻的碱基叫做密码子，共有_____个密码子。其中起始密码____个，分别是_________、______________；终止密码______个，分别是
___________、________________、_________________。
4、氨基酸的“搬运工” tRNA:呈________形状，一端为_________________的部位，另一端有_____个碱基，每个tRNA上的3个碱基可以与_________上的密码子互补配对，称为反密码子。
5、翻译过程：
氨基酸有_________种，决定氨基酸的密码子共有_________种， 一种tRNA只能携带___种氨基酸,一种氨基酸可以由______种tRNA携带。
mRNA ……U－U－A－G－A－U－A－C－U ……这mRNA上有多少个密码子？写出相应的反密码子，并根据密码子表，列出相应的氨基酸序列。
有密码子________个，与其相应的反密码子为_______________________________________
氨基酸序列为_______________________________________________（查密码子表填写）
三、遗传信息、密码子、反密码子的区别：
遗传信息：控制遗传性状的脱氧核苷酸顺序
遗传“密码子”： mRNA中决定一个氨基酸的三个相邻的碱基，它决定蛋白质中的氨基酸排列顺序
反密码子：tRNA分子与mRNA分子 中密码子互补配对的三个碱基
存在部位 作用
遗传信息
密码子
反密码子
例1.组成人体蛋白质的20种氨基酸对应的密码子共有（ ）
A．4 B． 20 C．61 D．64
例2.一个转运RNA一端的三个碱基是CGA，这个RNA转运的氨基酸是（ ）
A．酪氨酸（UAC） B．谷氨酸（GAG） C．精氨酸（CGA） D．丙氨酸（GCU）
例3.下列细胞中，不能合成蛋白质的是（ ）
A．胰腺细胞 B．肠粘膜细胞 C．成熟红细胞 D．白细胞
例4.合成一条含1000个氨基酸的多肽链，需要转运RNA的个数，信使RNA上的碱基个数和双链DNA上的碱基对数至少依次是（ ）
A．1000个、3000个和3000对 B．1000个、3000个和6000对
C．300个、300个和3000对 D．1000个、3000个和1500对
答案
3、转录：（1）细胞核、1、mRNA （2）核糖核苷酸、氢键 、DNA链
（3）细胞核、核糖核苷酸、1、一条mRNA链
遗传信息的翻译：1、将游离的氨基酸合成蛋白质的过程；部位：细胞质
原料：游离的氨基酸，模板：mRNA，结果：具有一定氨基酸顺序的蛋白质
2、实质：将mRNA中的碱基序列翻译为蛋白质中的氨基酸序列。
3、4，20，4×4×4=64；1，几，3，64，2，AUG、GUG，3，UAA、UAG、UGA；4、三叶草，携带氨基酸，3，mRNA 5、20，64，1，几，3，AAU、CUA、UGA，天冬酰胺酸、亮氨酸、终止子
存在部位 作用
遗传信息 基因中脱氧核苷酸的排列顺序 决定氨基酸的排列顺序，仅是间接作用
密码子 mRNA核苷酸的排列顺序 直接控制蛋白质的氨基酸的排列顺序
反密码子 tRNA上 tRNA分子上与mRNA分子中密码子互补配对的三个碱基
步骤 场所 模板 条件 原料 产物 其他
复制 细胞核 DNA的每一条链 DNA聚合酶 脱氧核苷酸 子代DNA DNA →DNA
转录 细胞核 基因的一条链 RNA聚合酶 核苷酸 mRNA DNA →mRNA
翻译 细胞核 mRNA 酶、tRNA 氨基酸 多肽链 mRNA→蛋白质
例1.-- 例4.CDCA
（一）问题探讨
提示：此节问题探讨意在引导学生思考DNA在生物体内有哪些作用，又是如何发挥作用的。一种生物的整套DNA分子中贮存着该种生物生长、发育等生命活动所需的全部遗传信息，也可以说是构建生物体的蓝图。但是，从DNA到具有各种性状的生物体，需要通过极其复杂的基因表达及其调控过程才能实现，因此，在可预见的将来，利用DNA分子来使灭绝的生物复活仍是难以做到的。
（二）思考与讨论一
1.提示：可以从所需条件、过程中的具体步骤和过程中所表现出的规律等角度来分析。例如，转录与复制都需要模板、都遵循碱基互补配对规律，等等。碱基互补配对规律能够保证遗传信息传递的准确性。
2.转录成的RNA的碱基序列，与作为模板的DNA单链的碱基序列之间的碱基是互补配对关系，与DNA双链间碱基互补配对不同的是，RNA链中与DNA链的A配对的是U，不是T；与DNA另一条链的碱基序列基本相同，只是DNA链上T的位置，RNA链上是U。
（三）思考与讨论二
1.最多能编码16种氨基酸。
2.至少需要3个碱基。
（四）思考与讨论三
1.对应的氨基酸序列是：甲硫氨酸—谷氨酸—丙氨酸—半胱氨酸—脯氨酸—丝氨酸—赖氨酸—脯氨酸。
2.提示：这是一道开放性较强的题，答案并不惟一，旨在培养学生的分析能力和发散性思维。通过这一事实可以想到生物都具有相同的遗传语言，所有生物可能有共同的起源或生命在本质上是统一的，等等。
3. 提示：此题具有一定的开放性，旨在促进学生积极思考，不必对答案作统一要求。可以从增强密码容错性的角度来解释，当密码子中有一个碱基改变时，由于密码的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸；也可以从密码子使用频率来考虑，当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码一种氨基酸可以保证翻译的速度。
（五）思考与讨论四
1.提示：此题旨在检查对蛋白质合成过程的理解。可以参照教材中图4?6的表示方法来绘制。
2.提示：根据mRNA的碱基序列和密码子表就可以写出肽链的氨基酸序列。
（六）想像空间
DNA相当于总司令。在战争中，如果总司令总是深入前沿阵地直接指挥，就会影响他指挥全局。DNA被核膜限制在细胞核内，使转录和翻译过程分隔在细胞的不同区域进行，有利于这两项重要生命活动的高效、准确。
（七）练习
基础题
1.TGCCTAGAA；UGCCUAGAA；3；3；半胱氨酸、亮氨酸和谷氨酸。
2.C。
拓展题
1.提示：可以将变化后的密码子分别写出，然后查密码子表，看看变化了的密码子分别对应哪种氨基酸。这个实例说明密码的简并性在一定程度上能防止由于碱基的改变而导致的遗传信息的改变。
2.提示：因为几个密码子可能编码同一种氨基酸，有些碱基序列并不编码氨基酸，如终止密码等，所以只能根据碱基序列写出确定的氨基酸序列，而不能根据氨基酸序列写出确定的碱基序列。遗传信息的传递就是在这一过程中损失的。
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