資源簡介

4.1基因指導蛋白質的合成學案
【學習目標】
1.利用對比分析，歸納和概括，辨別三種RNA的結構和組成。(科學思維)
2.通過圖示和列表比較轉錄和翻譯的異同。(科學思維)
3.從存在位置、作用等方面，探討密碼子、反密碼子和遺傳信息之間的關系，構建知識脈絡。(生命觀念)
4.通過對資料進行分析歸納，概括中心法則的提出及發展過程。(科學思維)
5.通過對中心法則的理解記憶，認同遺傳信息流動的觀念。(生命觀念)
【學習重難點】
1.了解基因控制蛋白質合成的中間物質──RNA的基本單位、化學組成和種類，以及它與DNA在組成、結構、功能和分布等方面的異同。
2、概述基因表達的轉錄過程。
【預習新知】
遺傳信息的轉錄
1、RNA的組成元素： C H O N P
2、RNA的基本組成單位： 核糖核苷酸

3、RNA的種類及功能
項目 mRNA tRNA rRNA
名稱 信使RNA 轉運RNA 核糖體RNA
結構 單鏈 單鏈，呈三葉草型，一端攜帶特定的氨基酸，另一端有反密碼子 單鏈
功能 傳遞遺傳信息，蛋白質合成的模板 識別mRNA上的密碼子并轉運氨基酸 參與構成核糖體
分布 細胞核、細胞質中 細胞質中 核糖體
共同點 都經過轉錄產生，基本單位相同，都與翻譯的過程有關
4、轉錄的概念：RNA是在細胞核中，通過 RNA聚合酶 以DNA的 一條鏈 為模板合成的，這一過程叫做轉錄
5、轉錄的過程：
①DNA雙鏈解開、堿基暴露出來
②游離的 核糖核苷酸 與DNA模板鏈上的堿基互補配對，在 RNA聚合酶 的作用下開始mRNA的合成
③新結合的核糖核苷酸連接到正在合成的mRNA分子上
④合成的mRNA從DNA鏈上釋放，而后，DNA雙螺旋恢復
6、轉錄的場所： 主要是細胞核，在線粒體和葉綠體中也能發生轉錄
7、轉錄的模板： DNA的一條鏈
8、轉錄的原料： 4種核糖核苷酸
9、轉錄的產物： mRNA tRNA rRNA
遺傳信息的翻譯
1、翻譯的概念：游離在 細胞質 中的各種氨基酸，就以 mRNA 為模板合成具有一定氨基酸順序的 蛋白質 這一過程叫做翻譯
2、翻譯的實質：將mRNA 的堿基序列翻譯成 蛋白質 的氨基酸序列
3、密碼子的概念：mRNA上 3 個相鄰 的堿基決定1個氨基酸，每3個這樣的堿基叫做1個密碼子
4、密碼子的特性： 通用性 、 簡并性
5、反密碼子的概念：每個tRNA 的3個堿基可以與mRNA 上的密碼子互補配對，叫做反密碼子。
6、密碼子與反密碼子的區別：
密碼子 反密碼子
種類 64種 61種
位置 mRNA tRNA
實質 決定一個氨基酸的3個相鄰的堿基(終止密碼子除外) 與密碼子發生堿基互補配對的3個相鄰的堿基
7、翻譯的過程：
①起始：mRNA與核糖體結合
②運輸：tRNA攜帶氨基酸置于特定位置
③延伸：核糖體沿mRNA移動，讀取下一個密碼子，由對應tRNA運輸相應的氨基酸加到延伸中的肽鏈上(一個mRNA可以結合多個核糖體)
④終止：當核糖體讀取到mRNA上的終止密碼子時，合成終止
8、翻譯的方向：根據肽鏈的長度判斷翻譯進行的方向，越長的肽鏈，翻譯開始的時間越早
9、計算問題：在控制蛋白質和轉錄和翻譯的過程中模板鏈、非模板鏈以及信使RNA鏈各段鏈中相對應的堿基在本鏈中含量的比值是相等的
10、DNA的復制、轉錄、翻譯之間的比較
項目 DNA復制 轉錄 翻譯
時間 主要發生在有絲分裂前的間期和減數分裂Ⅰ的間期 生長發育的整個過程中
場所 主要在細胞核中，少部分在線粒體和葉綠體中 細胞質中的核糖體上
原料 4種脫氧核糖核甘酸 4中核糖核苷酸 21種氨基酸
模板 DNA的兩條鏈 DNA的一條鏈 mRNA
能量 ATP
酶 解旋酶、DNA聚合酶 RNA聚合酶 多種酶
模板去向 分別進入兩個子代DNA中 模板鏈與非模板鏈重新組成雙螺旋結構 分解成單個核糖核苷酸
特點 邊解旋邊復制，半保留復制 邊解旋邊轉錄，DNA雙鏈全保留 一個mRNA分子可結合多個核糖體，同時合成多條相同的肽鏈
（一）中心法則
提出者：克里克。
內容
(1)DNA的復制：遺傳信息從DNA流向DNA。
(2)轉錄：遺傳信息從DNA流向RNA。
(3)翻譯：遺傳信息從RNA流向蛋白質。
發展及補充
內容 信息流動 舉例
RNA自我復制 遺傳信息從RNA流向RNA 少數生物(如煙草花葉病毒)
RNA逆轉錄 遺傳信息從RNA流向DNA 少數生物(如HIV)
完善后的中心法則，用圖解表示為
(1)DNA、RNA是信息的載體。
(2)蛋白質是信息的表達產物。
(3)ATP為信息的流動提供能量，即生命是物質、能量和信息的統一體。
【易錯提示】
轉錄、翻譯過程中的四個易錯點
(1)轉錄的產物不只是mRNA，還有tRNA、rRNA，但只有mRNA攜帶遺傳信息，3種RNA都參與翻譯過程，只是作用不同。
(2)翻譯過程中mRNA并不移動，而是核糖體沿著mRNA移動，進而讀取下一個密碼子。
(3)轉錄和翻譯過程中的堿基配對不是A—T，而是A—U。
(4)并不是所有的密碼子都決定氨基酸，其中終止密碼子不決定氨基酸。
【深化探究】
探究點一　遺傳信息的轉錄
1．閱讀教材P64～65，分析圖4－2、4－3，探究RNA為什么能作為DNA的信使。
2．仔細分析教材P65圖4－4，探究下列問題：
如下所示為一段DNA分子，如果以β鏈為模板進行轉錄，試回答下列問題：
(1)寫出對應的mRNA的堿基序列。
(2)轉錄成的RNA的堿基序列，與作為模板的DNA單鏈的堿基序列有何關系？與DNA的另一條鏈的堿基序列相比有哪些異同？
3．經測定，甲、乙、丙、丁4種生物的核酸中堿基所占的比例如下表：
(1)甲、乙含有哪種核酸？二者有什么區別？
(2)丙中含有的核酸是哪種？依據是什么？
(3)丁的核酸中含有幾種核苷酸？
(4)RNA為什么適合做DNA的信使？
誤區警示：
(1)轉錄不是轉錄整個DNA，而是轉錄其中的基因，不同種類的細胞，由于基因的選擇性表達，mRNA的種類和數量不同，但tRNA和rRNA的種類沒有差異。
(2)細胞核中轉錄形成的RNA通過核孔進入細胞質，穿過0層膜，消耗能量。
(3)完成正常使命的RNA易迅速降解，保證生命活動的有序進行。
(4)質基因(線粒體和葉綠體中的基因)控制蛋白質合成過程時也進行轉錄。
探究點二　遺傳信息的翻譯
1．組成生物體的氨基酸有21種，如果mRNA上的1個堿基決定1個氨基酸，則能決定多少種氨基酸？如果2個堿基決定1個氨基酸則能決定多少種氨基酸？試推測mRNA上至少幾個堿基決定1個氨基酸，才能決定21種氨基酸。
2．結合教材P67表4－1中21種氨基酸的密碼子表思考：
(1)密碼子有多少種？在蛋白質合成過程中都決定氨基酸嗎？
(2)一種氨基酸可能對應幾個密碼子，這一現象稱做密碼子的簡并性，密碼子的簡并性對生物體的生存發展有什么意義？
3．結合下面圖解，思考：
(1)基因中的堿基數、mRNA分子中的堿基數、蛋白質分子中的氨基酸數之間有何數量關系？
(2)在蛋白質合成過程中，DNA中堿基數、mRNA中堿基數、氨基酸數是否一定遵循以上數量關系？
4．下圖是翻譯過程的示意圖，請據圖分析：
(1)圖甲中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分別是哪種分子或結構？
(2)Ⅲ是mRNA，其中的起始密碼子和終止密碼子分別是什么？它們都能決定氨基酸嗎？
(3)圖乙中①、⑥分別是什么分子或結構？核糖體移動的方向是怎樣的？
(4)最終合成的多肽鏈②、③、④、⑤的氨基酸序列相同嗎？為什么？
(5)運輸氨基酸的工具是哪種結構？為什么說它是真正起“翻譯”作用的結構？
特別提醒：
(1)一個mRNA翻譯出的多肽鏈不一定是一條，可以同時附著多個核糖體，翻譯出多條多肽鏈。
(2)從核糖體上脫離下來的只是肽鏈，肽鏈還要進一步加工，才能成為具有生物活性的蛋白質。
(3)由于終止密碼子的存在，因此mRNA中堿基數比氨基酸數的3倍還要多一些，注意題目中是否有限定詞，如“最少”等。
(4)真核細胞的基因表達過程中，轉錄主要在細胞核中進行，轉錄形成的mRNA要通過核孔進入細胞質中與核糖體結合，轉錄和翻譯在時間和空間上均不同。但是，原核細胞的基因表達過程中，轉錄和翻譯可以同時進行，這也是區分原核細胞和真核細胞的基因表達的主要依據。
【鞏固訓練】
1.下圖所示為基因控制蛋白質的合成過程，①~⑦代表不同的結構或成分，Ⅰ和Ⅱ代表過程。下列敘述不正確的是( )
A.③表示解旋酶和DNA聚合酶
B.①與④、④與⑥之間都存在A―U配對
C.一個RNA結合多個⑤使過程Ⅱ快速高效
D.⑦的氨基酸種類數目和排列順序決定蛋白質空間結構
2.原核生物的核糖體由大、小兩個亞基組成，完整的核糖體上有3個tRNA的結合位點，其中氨酰位（A位）是進人核糖體的tRNA結合位點，當tRNA分子所攜帶的氨基酸形成肽鍵后，該tRNA就從A位移動到肽酰位（P位），出口位（E位）是無氨基酸負載的tRNA結合位點，如圖所示。下列關于原核生物基因表達的說法，正確的是( )
A.占據核糖體的3個tRNA結合位點的tRNA均攜帶有氨基酸
B.mRNA上三個相鄰的堿基叫作1個密碼子
C.當終止密碼子進人A位后，合成的肽鏈可能從P位離開核糖體
D.每個mRNA只能結合一個核糖體
3.細胞內有些tRNA分子的反密碼子中含有稀有堿基次黃嘌呤（I），含有I的反密碼子在與mRNA中的密碼子互補配對時，存在如圖所示的配對方式（Gly表示甘氨酸）。下列有關說法錯誤的是( )
A.mRNA上的密碼子都編碼氨基酸
B.反密碼子與密碼子并不是一一對應的
C.基因突變后所編碼的氨基酸不一定改變
D.圖示現象的發生能一定程度上穩定生物性狀
4.下圖是原核生物體內基因表達過程的示意圖。下列敘述正確的是( )
A.圖中先完成過程①，再完成過程②
B.圖中的過程②是一個快速、高效的過程
C.圖中的核糖體RNA的合成與核仁有關
D.圖中合成的多條肽鏈的氨基酸序列是不同的
5.2022年9月19日是克里克提出中心法則的65周年，后來經過不斷完善補充形成了如圖的中心法則。回答下列問題：
（1）存在堿基互補配對的過程有（填序號）。
（2）洋蔥根毛細胞的遺傳信息傳遞過程包括___（填序號）。
（3）DNA甲基化___（填“會”或“不會”）改變基因轉錄產物的堿基序列。
（4）很多研究證明在細胞內存在一類微RNA（又叫iRNA，是一類由細胞基因編碼的非編碼單鏈RNA分子）能通過抑制靶基因翻譯過程對基因表達進行調控，請提出一種iRNA作用機制的猜想____。
（5）科學家發現哺乳動物的RNA片段可以被某種DNA聚合酶高效地寫回DNA，這一新發現意味著人類細胞中存在著從RNA到DNA的遺傳信息的逆向流動。在新型冠狀病毒流行期間人類注射mRNA疫苗（是將含有編碼抗原蛋白的mRNA導入人體，直接進行翻譯，形成相應的抗原蛋白，從而誘導機體產生特異性免疫應答，達到預防免疫的作用）可能存在的____風險。
參考答案
1.答案：A
解析：A、該過程為轉錄和翻譯的過程，③表示催化轉錄的RNA聚合酶，A錯誤;B、④為mRNA，①為DNA鏈，①與④之間存在A一U配對，④mRNA與⑥tRNA之間也存在A-U配對，B正確;C、一個RNA結合多個⑤使過程川翻譯過程快速高效，能在短時間內合成大量蛋白質，C正確;D、由肽鏈的長度能判斷，⑤(核糖體)在④(mRNA)的移動的方向是從右向左，D正確。
2.答案：C
解析：A、攜帶有氨基酸的tRNA會先后占據核糖體的A位點和P位點，最后從E位點離開，因此攜帶有氨基酸的tRNA會先后占據核糖體的2個tRNA結合位點，A錯誤； B、mRNA上三個相鄰的堿基決定1個氨基酸，每3個這樣的堿基又稱作1個密碼子，B錯誤； C、當終止密碼進入A位時沒有對應的tRNA，終止密碼子給出終止翻譯的信號，翻譯終止， C正確； D、一個mRNA可以結合多個核糖體，同時合成多條肽鏈，D錯誤。
故選：C。
3.答案：A
解析：A、mRNA上的終止密碼子不編碼氨基酸，A錯誤；
B、如圖CCI能與mRNA上的密碼子GGU、GGC、GGA結合，說明反密碼子與密碼子并不是一一對應的，B正確；
C、由于密碼子的簡并性，則基因突變后所編碼的氨基酸不一定改變，C正確；
D、由于密碼子的簡并性，一種氨基酸可以對應多種密碼子，故mRNA中的堿基改變不一定造成所編碼氨基酸的改變，則圖示現象的發生能一定程度上穩定生物性狀，D正確。
故選A。
4.答案：B
解析：A、①為轉錄，②為翻譯，原核細胞中轉錄與翻譯同時進行，A錯誤；
B、②為翻譯過程，速度及效率非常高，大部分mRNA的翻譯都是由數量眾多、緊密排列的核糖體進行，B正確；
C、原核生物沒有核膜包被的細胞核，沒有核仁，C錯誤；
D、核糖體合成的多條肽鏈都是以同一個mRNA為模板合成的，因此氨基酸在排列順序上相同，D錯誤；
故選B。
5.答案：
（1）①②③④⑤
（2）②③
（3）不會
（4）miRNA與靶基因的mRNA分子進行互補配對阻止翻譯（或miRNA切斷靶基因的mRNA分子）
（5）新型冠狀病毒基因整合（重組）到人類基因組（染色體或DNA）中

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