高中必修二统编人教版《第1节 基因指导蛋白质的合成》优秀教学教案教学设计.docx

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高中必修二统编人教版《第1节基因指导蛋白质的合成》优秀教学教案教学设计

第1节　基因指导蛋白质的合成

1．说出RNA的类型和作用。

（生命观念）　2.概述转录和翻译的过程，感知基因表达的多层次、动态、相互协调与配合的过程。

（科学思维）　3.记住中心法则的主要内容。

（生命观念）

一、遗传信息的转录

1．RNA的组成及分类

（1）基本单位：

核糖核苷酸。

（2）组成成分

（3）结构：

一般是单链，且比DNA短。

（4）mRNA、tRNA、rRNA的比较

项目

mRNA

tRNA

rRNA

结构

分布

常与核糖体结合

细胞质中

与蛋白质结合形成核糖体

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：

都含有4种核糖核苷酸；

②来源相同：

都由转录产生；

③功能协同：

都与翻译有关

2.转录

（1）概念

（2）过程（以转录成mRNA为例说明）

二、遗传信息的翻译

1．概念

2．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）密码子有64种，在真核生物中，正常情况下反密码子有61种。

3．过程

三、中心法则

提出者：

克里克。

内容

（1）DNA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。

发展及补充

内容

信息流动

举例

RNA自我复制

遗传信息从RNA流向RNA

少数生物（如烟草花叶病毒）

RNA逆转录

遗传信息从RNA流向DNA

少数生物（如HIV）

完善后的中心法则，用图解表示为

（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，即生命是物质、能量和信息的统一体。

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

　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

①真核细胞

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

1．对于下列图解的说法，正确的有（　　）

①表示DNA复制过程　②表示DNA转录过程

③共有5种碱基　④共有8种核苷酸

⑤共有5种核苷酸　⑥A均代表同一种核苷酸

A．①②③　　　　　B．④⑤⑥

C．②③④D．①③⑤

解析：

选C。

由题图可知，此过程是遗传信息的转录过程，整个过程涉及5种碱基——A、T、G、C、U，但由于组成DNA链的是4种脱氧核苷酸，组成RNA链的是4种核糖核苷酸，因此题图中共有8种核苷酸。

2．下图是真核生物细胞核中某物质的合成过程图，据图判断下列说法正确的是（　　）

A．图示过程为转录

B．图中②是以4种脱氧核苷酸为原料合成的

C．如果图中③表示酶分子，则它的名称是DNA聚合酶

D．图中的②只能是mRNA

解析：

选A。

分析题图可知，根据产物为单链可判断此过程为转录。

图中②代表RNA，是以4种核糖核苷酸为原料合成的。

图中③是RNA聚合酶。

转录的产物包括mRNA、tRNA、rRNA3种。

3．以下是某种分泌蛋白的合成过程示意图，下列相关叙述正确的是（　　）

A．此过程有水生成，主要发生在细胞核中

B．①上面所有的碱基都可以和③上相应的碱基配对

C．①上通常可以相继结合多个②

D．④形成后即进入高尔基体加工，然后分泌出细胞

解析：

选C。

图示为翻译过程，发生在细胞质中。

mRNA上的终止密码没有反密码子对应。

一个mRNA上可以同时结合多个核糖体，能明显提高翻译速率。

多肽链第一加工场所是内质网，然后进入高尔基体内再加工。

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。

　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”。

4．（2019·嘉峪关高一检测）一条多肽链中有500个氨基酸，则作为合成该多肽链的mRNA分子和用来转录mRNA的DNA分子至少有碱基多少个（　　）

A．1500个和1500个B．500个和1000个

C．1000个和2000个D．1500个和3000个

解析：

选D。

DNA碱基数∶mRNA碱基数∶氨基酸数＝6∶3∶1；mRNA上每三个相邻碱基编码一个氨基酸，称为密码子。

该条多肽链中有500个氨基酸，因此作为模板的mRNA中至少含有3×500＝1500（个）碱基，用来转录mRNA的DNA分子具有两条链，因此至少含有2×1500＝3000（个）碱基。

5．一个mRNA分子有m个碱基，其中G＋C有n个，由该mRNA合成的蛋白质有两条肽链，则相应DNA分子的A＋T数、合成蛋白质时最多脱去的水分子数分别是（　　）

A．m、（m/3）－1B．m、（m/3）－2

C．2（m－n）、（m/3）－1D．2（m－n）、（m/3）－2

解析：

选D。

DNA模板链的碱基与mRNA的碱基互补，mRNA中G＋C＝n，则A＋U＝m－n，所以相应DNA中A＋T＝2（m－n）；RNA中有m个碱基，对应的氨基酸数最多为m/3，形成的蛋白质有两条肽链，所以合成蛋白质时最多脱去的水分子数是（m/3）－2。

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。

6．中心法则揭示了生物遗传信息由DNA向蛋白质传递与表达的过程，下列说法不正确的是（　　）

A．a、b、c、d所表示的四个过程依次分别是DNA的复制、转录、翻译、逆转录

B．需要tRNA和核糖体同时参与的过程是c，需要逆转录酶参与的过程是d

C．a、b、c过程只发生在真核细胞中，d、e过程只发生在原核细胞和一些病毒中

D．在真核细胞中，a和b两个过程发生的主要场所相同，但需要的关键酶种类不同

解析：

选C。

图解中a、b、c、d、e分别表示DNA的复制、转录、翻译、逆转录、RNA的复制。

c过程进行的场所是核糖体，在合成蛋白质时需要tRNA运载氨基酸，d过程需要逆转录酶；a、b、c在细胞生物中均能发生，d、e只发生在RNA病毒的寄主细胞中。

在真核细胞中，a和b两个过程发生的主要场所都是细胞核，但所需的关键酶不同，前者需要DNA聚合酶和解旋酶等，后者需要RNA聚合酶。

7．（2019·辽宁省实验中学期末）下图表示某种生理过程，下列与此图相关的叙述中不正确的是（　　）

A．图中的“能量”直接来源于ATP水解

B．若X、Y均表示DNA，则图中的酶为DNA聚合酶和解旋酶

C．若X是RNA，则Y只能是蛋白质，图中“原料”为氨基酸

D．若X是DNA，Y是RNA，则此过程要以X为模板，酶是RNA聚合酶

解析：

选C。

ATP是生命活动的直接能源物质，图中的“能量”直接来源于ATP水解，A正确；若X、Y均表示DNA，该过程为DNA的复制过程，则图中的酶为DNA聚合酶和解旋酶，B正确；若X是RNA，则Y可能是蛋白质、RNA或DNA，该过程为翻译、RNA的复制或逆转录过程，C错误；若X是DNA，Y是RNA，则此过程是转录过程，要以DNA为模板，酶是RNA聚合酶，D正确。

核心知识小结

[要点回眸]

[规范答题]

RNA有三种：

信使RNA（mRNA）、转运RNA（tRNA）和核糖体RNA（rRNA）。

转录的主要场所是细胞核，条件是模板（DNA的一条链）、原料（4种核糖核苷酸）、酶（RNA聚合酶）和能量。

翻译的场所是核糖体，条件是模板（mRNA）、原料（21种氨基酸）、酶和能量。

密码子共有64种。

一种氨基酸对应一种或多种密码子，一种密码子只对应一种氨基酸。

每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，一种氨基酸可由一种或多种tRNA识别和转运。

生物遗传信息流动表示为

逆转录和RNA复制只发生在某些RNA病毒中。

[随堂检测]

1．经过对某生物体内的核酸成分的化学分析得知，该生物体内的核酸中，嘌呤占58%，嘧啶占42%，由此可以判断（　　）

A．此生物体内的核酸一定是DNA

B．该生物一定不含DNA而只含RNA

C．若此生物只含DNA，则一定是单链的

D．若此生物含DNA，则一定是双链的

解析：

选C。

因该生物核酸中嘌呤数和嘧啶数不等，故可能是只含有RNA，或同时含有DNA和RNA，或只含单链DNA。

2．（2019·武汉外国语学校期末）下图为某果蝇染色体上相关基因转录的过程示意图。

下列叙述正确的是（　　）

A．由图可知一个DNA上不同基因的转录模板可能在DNA的不同链上

B．图示过程与mRNA翻译的过程碱基互补配对现象一致

C．图中mRNA可直接与核糖体结合边转录边翻译以提高效率

D．果蝇细胞质中一个核糖体上可结合多个mRNA以提高效率

解析：

选A。

由题图可知，一个DNA上不同基因的转录模板可能在DNA的不同链上，A项正确；图示过程与mRNA翻译的过程相比，存在T与A配对，B项错误；图中mRNA转录完成后通过核孔进入细胞质，才能与核糖体结合，C项错误；果蝇细胞质中一个mRNA上可结合多个核糖体以提高效率，D项错误。

3．根据表中的已知条件，判断苏氨酸的密码子是（　　）

DNA双链

T

G

mRNA

A

tRNA反密码子

氨基酸

苏氨酸

A.TGU　　　　　B．UGA

C．ACUD．UCU

解析：

选C。

由表格信息无法直接确定转录的模板链，由DNA双链间、模板链与mRNA间、mRNA与反密码子间均遵循碱基互补配对原则及密码子位于mRNA上，可判断苏氨酸的密码子可能为ACU或UGU。

4．（2019·南昌高一检测）下列关于密码子和tRNA与氨基酸的关系的叙述，正确的是（　　）

A．一个密码子只能决定一种氨基酸

B．一种氨基酸只由一种密码子决定

C．一种氨基酸只能由一种tRNA转运

D．每种氨基酸都由多种tRNA转运

解析：

选A。

一个密码子只能决定一种氨基酸，一种氨基酸可以由一种或多种密码子决定；一种氨基酸可以由一种或多种tRNA转运。

5．下图表示生物细胞中基因的表达过程，下列相关判断不正确的是（　　）

A．图示现象不可能发生在人体细胞的核基因表达过程中

B．一个基因可在较短时间内合成多条肽链

C．一条多肽链的合成需要多个核糖体的共同参与

D．图示过程中既有DNA—RNA之间的碱基配对，也有RNA—RNA之间的碱基配对

解析：

选C。

题图为转录和翻译过程同时发生，表示原核细胞基因表达的过程，而人体细胞的细胞核具有核膜，核基因转录发生在细胞核中，翻译发生在细胞质中的核糖体上，A正确；由题图可知，一条mRNA可相继与多个核糖体结合，加快了翻译的速度，因此一个基因可在较短时间内合成多条肽链，B正确；一条多肽链的合成只需一个核糖体的参与，C错误；图示过程中既有DNA—RNA之间的碱基配对，也有RNA—RNA之间的碱基配对，D正确。

6．（2019·云南玉溪民中期中）下图为中心法则图解。

下列有关叙述错误的是（　　）

A．过程a只发生在有丝分裂前的间期

B．过程b和c为基因的表达，具有选择性

C．过程a、b、c、d、e都能发生碱基互补配对

D．过程d、e只发生在某些病毒中

解析：

选A。

a为DNA复制，发生在有丝分裂前的间期和减数分裂前的间期，A错误；b、c分别为转录和翻译过程，基因的表达具有选择性，B正确；DNA复制、转录、翻译、逆转录和RNA复制过程中，都需要模板，都遵循碱基互补配对原则，C正确；d、e为逆转录和RNA复制，只发生在某些遗传物质为RNA的病毒中，D正确。

7．下图表示某DNA片段遗传信息的传递过程，①～⑤表示物质或结构，a、b、c表示生理过程。

据图回答下列问题（已知：

AAG—赖氨酸、UUC—苯丙氨酸）：

（1）物质②为________，b过程为________，c过程为________。

（2）图中③为________；⑤携带的氨基酸为________。

（3）该DNA片段中碱基数目为________个，该DNA复制一次要消耗________个鸟嘌呤脱氧核苷酸。

（4）以下生物能独立完成a、b、c三个过程的是（　　）

A．肌肉细胞B．烟草花叶病毒

C．洋葱根尖分生区细胞D．T2噬菌体

解析：

（1）由题意可知，②是mRNA，b表示转录过程，c表示翻译过程。

（2）③为核糖体，⑤是tRNA，其反密码子为AAG，密码子为UUC，决定的氨基酸为苯丙氨酸。

（3）mRNA的碱基序列为AUGGCUUCUUUC，共含有12个碱基，因此双链DNA中碱基数目为24个，根据mRNA中的C和G的数目可知，该DNA片段中含有鸟嘌呤脱氧核苷酸5个，因此DNA复制一次要消耗5个鸟嘌呤脱氧核苷酸。

（4）a、b、c表示的过程只有由细胞构成的生物才能独立完成，病毒不能独立完成，肌肉细胞高度分化，不进行分裂，不能完成a过程。

答案：

（1）mRNA　转录　翻译　

（2）核糖体　苯丙氨酸

（3）24　5　（4）C

[课时作业]

A级·合格考通关区

1．在信使RNA分子结构中，相邻的碱基G与C之间是通过什么结构连接而成的（　　）

A．3个氢键

B．—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—

C．—核糖—磷酸—核糖—

D．—磷酸—核糖—磷酸—

解析：

选C。

相邻碱基G与C之间不按照碱基互补配对原则配对形成氢键，A项错误；信使RNA分子结构中不含脱氧核糖，B项错误；信使RNA是单链结构，相邻核糖核苷酸之间的核糖和磷酸之间以磷酸二酯键相连，则相邻的碱基G与C之间是通过“—核糖—磷酸—核糖—”连接的，C项正确，D项错误。

2．（2019·安阳高一检测）下列关于DNA和RNA的结构与功能的说法，错误的是（　　）

A．区分单双链DNA、单双链RNA4种核酸可以依据碱基比率和种类判定

B．双链DNA分子中碱基G、C含量越高，其结构稳定性相对越强

C．含有DNA的生物，遗传物质是DNA不是RNA

D．含有RNA的生物，遗传物质是RNA不是DNA

解析：

选D。

组成DNA和RNA的碱基种类不完全相同，且双链DNA和RNA分子中碱基之间的配对遵循碱基互补配对原则，因此区分单双链DNA、单双链RNA4种核酸可以根据碱基比率和种类判定，A正确；双链DNA分子中，C和G之间有3个氢键，A和T之间有2个氢键，因此碱基G、C含量越高，其结构稳定性相对越强，B正确；含有DNA的生物，遗传物质是DNA不是RNA，C正确；含有RNA的生物，遗传物质可能是RNA，也可能是DNA，D错误。

3．下图表示某细胞中的转录过程，下列相关叙述不正确的是（　　）

A．a表示DNA　B．b表示RNA

C．c表示解旋酶D．图中有5种碱基

答案：

C

4．（2019·云南西畴一中期中）把小鼠血红蛋白的mRNA加入大肠杆菌提取液中，在一定条件下，能合成出小鼠的血红蛋白，这个事实说明（　　）

A．控制蛋白质合成的基因位于mRNA上

B．小鼠的mRNA能使大肠杆菌向小鼠转化

C．所有生物共用一套密码子

D．小鼠的mRNA在大肠杆菌体内控制合成了小鼠的DNA

解析：

选C。

将小鼠血红蛋白的mRNA加入大肠杆菌提取液中，在一定条件下，合成出小鼠的血红蛋白，说明大肠杆菌以小鼠的mRNA为模板合成了蛋白质，即所有生物共用一套密码子。

5．（2019·河南南阳模拟）下图表示蓝细菌DNA上遗传信息、密码子、反密码子间的对应关系，下列说法中正确的是（　　）

A．由图分析可知①链应为DNA的α链

B．DNA形成②的过程发生的场所是细胞核

C．酪氨酸和天冬氨酸的密码子分别是AUG、CUA

D．图中②与③配对的过程需要在核糖体上进行

解析：

选D。

根据碱基互补配对原则，可知①链是β链，A错误；由于蓝细菌属于原核生物，没有由核膜包被的细胞核、线粒体及叶绿体，所以DNA形成②的过程发生在拟核中，B错误；tRNA的一端的三个相邻的碱基是反密码子，密码子在mRNA上，由题图可知，酪氨酸的密码子为UAC，天冬氨酸的密码子为GAU，C错误；图中②与③配对的过程是翻译，需要在核糖体上进行，D正确。

6．某mRNA分子中，U占20%，A占10%，那么它的模板DNA片段中胞嘧啶占（　　）

A．25%B．30%

C．35%D．70%

解析：

选C。

mRNA分子是以DNA分子的一条链为模板转录而来的，因此mRNA分子中碱基的比例与模板链的碱基比例是相对应的。

根据题意，U占20%，A占10%，则DNA模板链中的（A＋T）占该链的比例与另一条链中的（A＋T）占另一条链的比例及整个DNA分子中（A＋T）所占的比例是相等的，即整个DNA分子中（A＋T）占全部碱基的比例是30%，那么（G＋C）就占70%，又由于在DNA分子中G＝C，则G＝C＝35%。

7．（2019·山东滨州期末）下图是人胰岛素基因的遗传信息流动情况，下列有关叙述正确的是（　　）

A．①过程以核糖核苷酸为主要原料

B．胰岛B细胞中存在图中①②③过程

C．皮肤生发层细胞中只存在图示的①过程

D．参与③过程的氨基酸和tRNA种类数相同

答案：

C

8．（2019·安徽东至二中段考）治疗艾滋病（HIV为RNA病毒）的药物AZT的分子构造与胸腺嘧啶脱氧核苷酸的结构很相似。

下列对AZT作用的叙述，正确的是（　　）

A．抑制艾滋病病毒RNA基因的转录

B．抑制艾滋病病毒RNA基因的自我复制

C．抑制艾滋病病毒RNA基因的逆转录

D．利于艾滋病病毒RNA基因的表达过程

解析：

选C。

艾滋病病毒为逆转录病毒，RNA基因逆转录合成DNA的过程需要原料胸腺嘧啶脱氧核苷酸，而药物AZT的分子构造与胸腺嘧啶脱氧核苷酸的结构很相似，因此AZT药物会抑制逆转录过程，C正确。

9．（2019·天津高一检测）下图为蛋白质的合成过程示意图，请据图回答下列有关问题：

（1）图1中发生在细胞核中的过程是________________________________________________________________________。

（2）图1中基因表达的最后一阶段是在[　]________上完成的，这一过程中还需要mRNA、[④]氨基酸、________、________和________。

（3）图1中③称为________，在蛋白质合成过程中将多肽链中氨基酸种类与mRNA上的遗传信息联系起来的物质是________。

（4）图2为该细胞中多聚核糖体合成多肽链的过程。

对此过程的理解错误的是____________。

A．X在MN上的移动方向是从左到右，所用原料是氨基酸

B．多聚核糖体能够加速细胞内蛋白质合成速率的原因是同时合成多条多肽链

C．该过程直接合成的T1、T2、T3三条多肽链中氨基酸的顺序相同

D．合成MN的场所在细胞核，而X一定附着在内质网上

解析：

（1）图1中发生在细胞核中的过程是转录。

（2）基因表达的最后阶段是在核糖体上完成的，这一过程称为翻译，翻译需要mRNA、氨基酸、ATP、tRNA和酶。

（3）③为mRNA上相邻的三个碱基，属于密码子。

由于tRNA一端存在反密码子，另一端携带相应的氨基酸，所以tRNA是将多肽链中氨基酸种类与mRNA上的遗传信息联系起来的物质。

（4）图2表明，多聚核糖体是以mRNA为模板，以21种游离的氨基酸为原料合成蛋白质的，根据多肽链的长短可以判断，X在MN上是从左向右移动的；由题图可看出，同时有多条多肽链合成，这能够加快蛋白质的合成速率；由于T1、T2、T3的模板相同，都是MN，因此其上氨基酸顺序也相同；mRNA的合成场所是细胞核，而核糖体既可附着在内质网上，也可游离在细胞质中。

答案：

（1）转录　

（2）⑤　核糖体　酶　tRNA　ATP

（3）密码子　tRNA　（4）D

10．（2019·长春高一检测）下图表示的是遗传信息在生物体内各种物质之间的传递过程。

分析并回答下列有关问题：

（1）在人体正常的活细胞中能进行的过程是________（填序号）。

在人体肝脏中，有些细胞正进行②过程，说明该细胞即将进行________，进行②过程的主要场所是________。

（2）从图中可见，DNA作为遗传物质，其两大基本的功能是______________________、____________________。

（3）⑤过程表示________，进行的场所是________。

解析：

图中①表示RNA复制，②表示DNA复制，③表示逆转录，④表示转录，⑤表示翻译。

在人体细胞中能进行的是②④⑤。

答案：

（1）②④⑤　有丝分裂　细胞核　

（2）通过复制传递遗传信息　通过控制蛋白质合成来表达遗传信息　（3）翻译　核糖体

B级·等级考拟战区

11．已知AUG、GUG为起始密码子，UAA、UGA、UAG为终止密码子。

某原核生物的一个mRNA碱基排列顺序如下：

A—U—U—C—G—A—U—G—A—C……（40个碱基）……C—U—C—U—A—G—A—U—C—U，则此mRNA控制合成的蛋白质含氨基酸的个数为