基因指导蛋白质的合成教学案.docx
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基因指导蛋白质的合成教学案
4.1基因指导蛋白质的合成教学案
人教版必修二生物
一、RNA
．基本单位的组成
．结构：
一般是单链，长度比DNA短。
．分类：
分为信使RNA、转运RNA、核糖体RNA。
[注意]
RNA是RNA病毒的遗传物质；部分酶的化学本质是RNA。
二、遗传信息的转录
[注意]
转录和复制都遵循碱基互补配对原则，复制时A－T配对，转录时A－U配对。
判断某核酸片段是DNA还是RNA，采用以下方法
①根据五碳糖不同。
②根据含氮碱基不同。
③利用甲基绿—吡罗红染液进行染色。
三、遗传信息的翻译
[注意]
一个RNA翻译出的多肽链不一定是一条，可以同时附着多个核糖体，翻译出多条多肽链。
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率。
重点聚焦
．哪些细胞组分参与了蛋白质的合成？
．什么是遗传密码？
．基因如何指导蛋白质的合成？
[共研探究]
．根据教材P62～63图4－1、4－2和DNA分子的结构，填写下表：
DNARNA
分布主要存在于细胞核中主要存在于细胞质中
化学组成基本组成单位脱氧核糖核苷酸核糖核苷酸
碱基嘌呤腺嘌呤、
鸟嘌呤腺嘌呤、
鸟嘌呤
嘧啶胞嘧啶、
胸腺嘧啶胞嘧啶、
尿嘧啶
五碳糖脱氧核糖核糖
结构规则的双螺旋结构通常为单链结构
如图为一段DNA分子，如果以β链为模板进行转录，试回答下列问题：
写出对应的RNA的碱基序列。
提示：
……AUGAUAGGGAAAc……。
RNA与β链的碱基序列互补配对。
RNA与α链碱基序列的差异。
①相同点：
a.碱基数目相等；b.都含A、G、c3种碱基。
②不同点：
RNA中含有碱基U，α链中含有碱基T。
RNA为什么能作为DNA的信使？
提示：
①RNA的基本组成单位是核苷酸，含有4种碱基，可以储存遗传信息；②RNA一般是单链，比DNA短，能通过核孔，从细胞核进入细胞质；③组成RNA的碱基也严格遵循碱基互补配对原则。
[总结升华]
．三种RNA的比较
RNAtRNArRNA
分布
部位常与核糖体结合细胞质中与蛋白质结合
形成核糖体
结构续表
RNAtRNArRNA
功能翻译时作模板翻译时作搬运
氨基酸的工具参与核糖
体的组成
联系①组成相同：
4种核糖核苷酸；
②相同：
都由转录产生；
③功能协同：
都与翻译有关
转录有关问题分析
碱基互补配对关系：
G—c、c—G、T—A、A—U。
RNA与DNA模板链碱基互补，但与非模板链碱基序列基本相同，只是用U代替T。
【易错易混】
转录的基本单位是基因，而不是整个DNA。
在真核细胞内，转录出来的RNA需经过加工才具有生物活性。
[对点演练]
．从单尾金鱼卵细胞中提取RNA注入金鱼受精卵中，发育成的金鱼中有一些出现了单尾性状，这些RNA最可能是
A．遗传物质
B．tRNA
c．RNAD．rRNA
解析：
选c 金鱼的遗传物质是DNA，A错误；tRNA和rRNA不参与性状的控制，B、D错误；RNA携带着遗传信息，可以直接控制生物性状，c正确。
[共研探究]
．根据图甲回答下列问题：
图甲表示翻译过程，发生场所为细胞质。
翻译过程：
①原料：
游离在细胞质中的各种氨基酸。
②模板：
RNA。
③结果：
合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质。
．由图乙可知：
一条RNA可同时附着多个核糖体，产生多条多肽链。
．碱基与氨基酸之间的对应关系：
组成生物体的氨基酸有20种，RNA上的碱基有4种。
个碱基决定1个氨基酸时，可以编码41＝4种氨基酸。
个碱基决定1个氨基酸时，可以编码42＝16种氨基酸。
个碱基决定一个氨基酸时，可以编码43＝64种氨基酸。
所以至少需要3个碱基决定1种氨基酸才足以组合出构成蛋白质的20种氨基酸。
．结合教材P65表4－1，回答下列问题：
密码子有64种，终止密码子有3种，决定氨基酸的密码子有61种。
判断正误
①一种氨基酸对应一种密码子。
②密码子的简并性对遗传的稳定性和提高翻译速率有一定的意义。
③密码子中一个碱基发生改变，对应的氨基酸一定改变。
解析：
①一种氨基酸可以有多个密码子，如缬氨酸有GUU、GUA、GUc等密码子。
③AcU变为Acc，对应的氨基酸仍为苏氨酸。
答案：
①× ②√ ③×
．结合图解，回答下列问题：
基因中的碱基数∶RNA分子中的碱基数∶蛋白质分子中的氨基酸数等于6∶3∶1。
在蛋白质合成过程中，基因中碱基数、RNA分子中的碱基数、蛋白质分子中的氨基酸数之比不一定遵循以上数量关系，因为在一段多肽链对应的RNA中含有不编码氨基酸的终止密码子，在其对应的DNA中，还含有一些不能转录为RNA的DNA片段。
[总结升华]
．DNA复制、转录与翻译的比较
项目DNA复制转录翻译
场所主要是细胞核主要是细胞核主要是细胞质
中的核糖体
模板DNA的两条链DNA的一条链RNA
原料4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸20种氨基酸
时间细胞分裂间期生物生长发育的过程中
产物2个相同的
DNARNA有一定氨基酸排列顺序的蛋白质
特点边解旋边复制，
半保留复制边解旋边转录1个RNA分子可结合多个核糖体，提高蛋白质的合成速率
研究
方法可用放射性
同位素标记“T”可用放射性同位素标记“U”可用放射性同位素标记“氨基酸”
联系
．遗传信息、密码子和反密码子的关系
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
种类多样性64种61种
图解
密码子、反密码子及氨基酸数量的对应关系
由图可得出如下结论：
由①⑥可知：
除终止密码子外，一种密码子对应一种反密码子。
由④⑤可知：
一种氨基酸对应一种或多种密码子。
由②③可知：
一种密码子只对应一种氨基酸。
．转录、翻译中的有关计算
基因中碱基、RNA中碱基和氨基酸的数量关系
①转录时只以DNA的一条链为模板，因此转录形成的RNA分子中的碱基数目是基因中碱基数目的1/2。
②翻译过程中，RNA中每3个碱基决定1个氨基酸，所以经翻译合成的蛋白质分子中氨基酸数目是RNA中碱基数目的1/3。
基因控制蛋白质合成过程中的相关数量关系
基因中碱基数∶RNA中碱基数∶蛋白质中氨基酸数＝6∶3∶1。
【易错易混】
从核糖体上脱离下来的肽链还要进一步加工，才能成为具有生物活性的蛋白质。
由于终止密码子的存在，RNA中碱基数比氨基酸数的3倍还要多一些，注意题目中是否有限定词，如“最少”等。
[对点演练]
．下列有关遗传信息传递过程的叙述，错误的是
A．DNA复制、转录及翻译过程都遵循碱基互补配对原则
B．核基因转录形成的RNA穿过核孔进入细胞质中参与翻译过程
c．DNA复制、转录和翻译的原料依次是脱氧核苷酸、核糖核苷酸和氨基酸
D．DNA复制和转录都是以DNA的一条链为模板，翻译则以RNA为模板
解析：
选D DNA复制以DNA的两条链为模板，而转录以DNA的一条链为模板，翻译则以RNA为模板。
1．下列哪项是DNA和RNA共同具有的
A．双螺旋结构
B．脱氧核糖
c．尿嘧啶D．腺嘌呤
解析：
选D 具有双螺旋结构的是DNA；脱氧核糖是DNA中特有的五碳糖；尿嘧啶是RNA中特有的碱基；腺嘌呤是DNA和RNA共同具有的碱基。
．如图是DNA转录过程中的一个片段，其核苷酸的种类有
A．4种B．5种
c．6种D．8种
解析：
选c 作为模板的DNA中的A和转录而成的RNA中的A表示不同的核苷酸，分别为腺嘌呤脱氧核苷酸和腺嘌呤核糖核苷酸，以此类推，可知模板中的核苷酸一共有3种，而RNA中的核苷酸一共也有3种，故共有6种核苷酸。
．tRNA与RNA碱基互补配对现象可出现在真核细胞的
A．细胞核中B．核糖体上
c．核膜上D．核孔处
解析：
选B tRNA与RNA的碱基互补配对现象发生在翻译过程中，而翻译的场所是核糖体。
．根据蛋白质合成中遗传信息的传递过程，在表格中的空白处填入相应的字母并回答问题。
丙氨酸的密码子是________，决定编码该氨基酸的密码子的碱基是________。
第二个氨基酸应是________。
[半胱氨酸、丝氨酸、苏氨酸、精氨酸]
________链为转录的模板链，是储存遗传信息的链，密码子位于________链上。
在控制合成胰岛素的基因中，至少含有________个脱氧核苷酸。
解析：
首先根据RNA上的密码子和tRNA上的反密码子碱基互补配对，即c链和d链碱基互补配对，可以得出c链上第四个碱基是U，恰好与a链相应位置上的A互补，由此得出c链是以a链为模板转录而来的。
理清上述关系，就可以将题中表格填写完整，具体如下：
DNA双链cGTAcGa链
GcATGcb链
RNAGcAUGcc链
tRNAcGUAcGd链
氨基酸丙氨酸半胱氨酸/
根据表格可以看出丙氨酸的密码子是GcA，决定编码该氨基酸的密码子的碱基是a链上的cGT。
第二个密码子是UGc，所以第二个氨基酸应是半胱氨酸。
根据表格可以看出a链为转录的模板链，是储存遗传信息的链，密码子位于c链上。
基因中碱基数∶RNA中碱基数∶蛋白质中氨基酸数＝6∶3∶1。
故控制合成胰岛素的基因中至少含有的脱氧核苷酸数为51×6＝306。
答案：
GcA cGT 半胱氨酸 a c 306
【基础题组】
．下列关于RNA的叙述，错误的是
A．少数RNA具有生物催化作用
B．真核细胞内RNA和tRNA都是在细胞质中合成的
c．RNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基称为密码子
D．细胞中有多种tRNA，一种tRNA只能转运一种氨基酸
解析：
选B 少数RNA是酶，具有催化作用；真核细胞内的RNA和tRNA主要是在细胞核中合成的；RNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基称为1个密码子；tRNA具有特异性，一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。
．下列关于遗传信息和遗传密码在核酸中的位置和它们的碱基构成的叙述，正确的是
A．遗传信息位于RNA上，遗传密码位于DNA上，碱基构成相同
B．遗传信息位于DNA上，遗传密码位于RNA、tRNA或rRNA上，碱基构成相同
c．遗传信息和遗传密码都位于DNA上，碱基构成相同
D．遗传信息位于DNA上，遗传密码位于RNA上，碱基构成不同
解析：
选D 遗传信息是DNA分子上脱氧核苷酸的排列顺序。
RNA分为RNA、tRNA和rRNA，RNA上具有密码子，tRNA具有运载氨基酸的作用，故A、B、c错误。
构成DNA的碱基是A、T、G、c，构成RNA的碱基是A、U、G、c，故它们的碱基构成不同。
．如图甲、乙是真核生物遗传信息传递过程中的某两个阶段的示意图，丙为图乙中部分片段的放大示意图。
对此分析合理的是
A．甲、乙两过程均主要发生在细胞核内
B．甲过程发生在细胞核内，乙过程发生在细胞质内
c．催化甲、乙两过程的酶1、酶2、酶3是相同的
D．图丙中含有2种单糖、5种碱基、5种核苷酸
解析：
选A 图甲为DNA的复制过程，图乙为转录过程，两过程均主要发生在细胞核内，故A正确，B错误。
由于酶具有专一性，所以酶3与酶1、酶2不同，c错误。
图丙中既含有脱氧核苷酸又含有核糖核苷酸，因此含有8种核苷酸，D错误。
．下列关于复制、转录和翻译的叙述，正确的是
A．转录时以脱氧核糖核苷酸为原料
B．真核细胞染色体DNA的复制发生在有丝分裂前期
c．转录时RNA聚合酶能识别DNA中特定碱基序列
D．细胞中有多种tRNA，一种tRNA能转运多种氨基酸
解析：
选c 转录时以核糖核苷酸为原料合成RNA，A错误；真核细胞染色体DNA的复制发生在有丝分裂间期或减数次分裂前的间期，B错误；一种tRNA只能转运一种氨基酸，D错误。
．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1000对
解析：
选A DNA分子控制蛋白质合成时，氨基酸数目∶tRNA的个数∶信使RNA上的碱基个数∶双链DNA上的碱基对数＝1∶1∶3∶3，本题中即为1000∶1000∶3000∶3000。
．据图分析，下列有关叙述不正确的是
A．若甲是DNA，乙为RNA，则此过程要以甲为模板，酶为RNA聚合酶等
B．若甲是DNA，乙为DNA，则此过程要以甲为模板，酶为DNA聚合酶等
c．若甲是RNA，乙为DNA，则此过程为转录，原料为脱氧核苷酸
D．若甲是RNA，乙为蛋白质，则此过程为翻译，原料为氨基酸
解析：
选c 转录时以DNA的一条链为模板，原料是核糖核苷酸，产物是RNA。
．下列关于细胞中基因复制与表达的叙述，正确的是
A．一种密码子可以编码多种氨基酸
B．一种氨基酸可能由一种或多种tRNA转运
c．基因上增加一个碱基对，只会改变肽链上的一个氨基酸
D．基因经过复制传递给子代细胞中的遗传信息都会表达
解析：
选B 一种密码子只能编码一种氨基酸，A错误；基因上增加一个碱基对，一般会改变肽链上的多个氨基酸，B错误；基因经过复制传递给子代细胞后，会在不同的子代细胞中进行选择性表达，D错误。
．如图代表人体胰岛细胞中发生的某一过程，下列叙述正确的是
A．能为该过程提供遗传信息的只能是DNA
B．该过程合成的产物一定是酶或激素
c．有多少个密码子就有多少个反密码子与之对应
D．该过程中有水产生
解析：
选D 图示为翻译过程，为该过程提供遗传信息的是RNA，A错误；该过程合成的产物是蛋白质，但不一定是酶或激素，B错误；在64种密码子中有3种终止密码子，它们不编码任何的氨基酸，没有反密码子与之对应，c错误；翻译过程的实质是氨基酸在核糖体上发生脱水缩合反应。
【能力题组】
．在一个DNA分子中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基数目的54%，其中一条链中鸟嘌呤与胸腺嘧啶分别占该链碱基总数的22%和28%，则由该链转录的信使RNA中鸟嘌呤与胞嘧啶分别占碱基总数的
A．24%，22%B．22%，28%
c．26%，24%D．23%，27%
解析：
选A 由碱基互补配对原则及题干分析可知，在DNA分子中，一条链上的鸟嘌呤G和胸腺嘧啶T分别占该核苷酸链碱基的22%和28%，那么，由该链转录出来的信使RNA中的鸟嘌呤G等于该链中的胞嘧啶，即－22%＝24%，胞嘧啶等于该链的鸟嘌呤，即22%。
0．如图为真核生物细胞核内转录过程的示意图，下列说法正确的是
A．①链的碱基A与②链的碱基T互补配对
B．②是以4种核糖核苷酸为原料合成的
c．如果③表示酶分子，则它的名称是DNA聚合酶
D．转录完成后，②需通过两层生物膜才能与核糖体结合
解析：
选B 图中①链为模板链，②链为RNA，合成RNA的原料是4种核糖核苷酸；①链中的碱基A与②链中的碱基U互补配对；③表示RNA聚合酶；转录完成后，②通过核孔进入细胞质，穿过0层生物膜。
1．对于下列图解，说法不正确的是
DNA…－A－T－G－c－c－c－…
RNA…－U－A－c－G－G－G－…
A．在DNA分子的一条单链中相邻的碱基A与T的连接需通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”
B．该过程可表示一个DNA分子转录成RNA
c．该图中的产物穿过0层生物膜与细胞质中的核糖体结合，进行遗传信息的翻译
D．该图中共有7种核苷酸
解析：
选D DNA单链中相邻的碱基是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接的，A正确；该图可表示DNA转录形成RNA的过程，B正确；转录得到的产物RNA通过核孔进入细胞质中参与翻译，没有穿过生物膜结构，c正确；该图中共有8种核苷酸，D错误。
．如图为真核细胞中多聚核糖体合成蛋白质的示意图，据图判断，下列叙述不正确的是
A．①主要在细胞核内合成，通过核孔进入细胞质
B．②彻底水解产物的种类比③彻底水解产物的种类多
c．此过程还需要RNA聚合酶参与
D．图示过程可提高蛋白质合成速率
解析：
选c 此过程为翻译过程，不需要RNA聚合酶的参与。
①是RNA，在细胞核中合成，通过核孔进入细胞质。
②是核糖体，由rRNA和蛋白质组成，彻底水解产物包括20多种氨基酸和4种核糖核苷酸；③是多肽链，彻底水解产物包括20多种氨基酸。
一条RNA链可同时附着多个核糖体，翻译出多条多肽链，从而提高蛋白质合成速率。
3．如图表示真核细胞内合成某种分泌蛋白过程中由DNA到蛋白质的信息流动过程，①②③④表示相关过程。
请据图回答下列问题：
①过程的产物是DNA，则①过程发生在________________期，催化过程②的酶是________________。
已知甲硫氨酸和酪氨酸的密码子分别是AUG、UAc，某tRNA一端的三个碱基是UAc，该tRNA所携带的氨基酸是________。
a、b为RNA的两端，核糖体在RNA上的移动方向是________。
④过程进行的场所有________。
一个RNA上连接多个核糖体叫多聚核糖体，多聚核糖体形成的意义是________________________________________________________________________。
从原核细胞中分离的多聚核糖体常与DNA结合在一起，这说明________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
据图分析可知：
①过程指DNA的复制，在真核细胞中发生在有丝分裂的间期和减数次分裂前的间期。
②过程指转录，催化DNA转录为RNA的酶为RNA聚合酶。
决定氨基酸的密码子在RNA上，根据tRNA上的反密码子是UAc可推知密码子为AUG，AUG决定的氨基酸是甲硫氨酸。
据图可知：
越接近b端的核糖体上翻译出的肽链越长，说明越接近b端的核糖体在RNA上移动的距离越长，由此推出核糖体在RNA上的移动方向为a→b。
④过程是对蛋白质进行加工和运输的过程，相应的场所有内质网和高尔基体。
当一个RNA上连接多个核糖体以后，可以同时合成多条相同的肽链，提高蛋白质的合成速率。
在原核细胞中分离的多聚核糖体常与DNA结合在一起，说明在原核细胞中，转录和翻译同时同地点进行。
答案：
有丝分裂的间期和减数次分裂前的间 RNA聚合酶 甲硫氨酸 由a→b 内质网和高尔基体 短时间内能合成较多的蛋白质 原核细胞中的转录和翻译同时同地点进行的
．如图所示，图1为某种真菌线粒体中蛋白质的生物合成示意图，图2为其中一个生理过程的模式图。
请回答下列问题：
结构Ⅰ、Ⅱ代表的结构或物质分别为：
________、__________________。
完成过程①需要的物质是从细胞质进入细胞核的。
它们是________________________________。
据图分析，基因表达过程中转录的发生场所有__________________________。
根据表格判断：
[Ⅲ]为________，携带的氨基酸是________。
若蛋白质2在线粒体内膜上发挥作用，推测其功能可能是参与有氧呼吸的第________阶段。
解析：
由图可知，结构Ⅰ是双层膜结构的核膜，Ⅱ是线粒体DNA。
过程①是核DNA转录合成RNA的过程，需要核糖核苷酸为原料，还需要酶和ATP。
核基因表达过程中的转录发生在细胞核中，线粒体DNA的转录场所是线粒体。
Ⅲ是tRNA，上面的3个特定的碱基和RNA上的密码子是互补配对的，即RNA上的密码子是AcU，故该tRNA携带的氨基酸是苏氨酸。
线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所，其中第三阶段在线粒体内膜上进行，故蛋白质2应该是参与有氧呼吸第三阶段的酶。
答案：
核膜 线粒体DNA ATP、核糖核苷酸、酶 细胞核、线粒体 tRNA 苏氨酸 三
．如图是细胞内进行遗传信息传递的部分图解，并提供了部分氨基酸的密码子，请据图回答：
酪氨酸，苯丙氨酸，丙氨酸，甘氨酸，赖氨酸，脯氨酸，甲硫氨酸，精氨酸。
图中1和2分别表示________、________。
若该图表示以甲链为模板合成乙链，则该过程称为________，催化该过程的酶主要是________。
若两条链共含有200个碱基，且A∶T∶G∶c＝2∶1∶3∶3，则含碱基U有________个。
若甲链中的一段序列为……TAcTTcAAAccGcG
T……，据此推测其编码的氨基酸序列依次为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
甲为DNA的一条链，乙为RNA。
所以，图中1和2分别表示脱氧核糖和核糖。
图中显示的过程为转录，催化该过程的酶主要是RNA聚合酶。
根据碱基互补配对原则，这两条链中A＝T＋U，故碱基U所占的比例为两条链碱基总数的1/10，所以碱基U有20个。
根据甲链中的碱基序列，可写出RNA的碱基序列……AUGAAGUUUGGcG
cA……，再根据题中提供的部分氨基酸的密码子，便可推出其编码的氨基酸序列为甲硫氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、甘氨酸、丙氨酸。
答案：
脱氧核糖 核糖 转录 RNA聚合酶 20 甲硫氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、甘氨酸、丙氨酸
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