2021_2021学年高中生物第4章基因的表达第1节基因指导蛋白质的合成学案新人教版必修.doc

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1、第1节基因指导蛋白质的合成课时素养目标1.基于遗传信息可以从DNA流向RNA,进而流向蛋白质的事实,阐明生命活动不仅需要物质和能量,也需要信息,生命是物质、能量和信息的统一体。(生命观念、科学思维)2.基于地球上几乎所有的生物都共用一套遗传密码的事实,阐明生物界的统一性,认同当今生物有着共同的起源。(科学思维、社会责任)必备知识自主学习答案解析P165一、遗传信息的转录1.RNA的结构和功能:2.DNA与RNA的比较:比较项目DNARNA组成单位基本组成单位不同核糖核苷酸五碳糖不同脱氧核糖碱基不同特有的是胸腺嘧啶(T)特有的是(U)结构不同结构一般为单链3.转录:(1)场所:主要是。(2)条件

2、:(3)过程:4.遗传信息的传递方向:DNA。RNA为什么适合做DNA的信使?二、遗传信息的翻译1.密码子与反密码子的比较:项目密码子反密码子种类种种位置实质决定一个氨基酸的(终止密码除外)与发生碱基互补配对的3个相邻的碱基2.概念的内涵:3.过程:(1)起始:与结合。(2)运输:携带氨基酸置于特定位置。(3)延伸:核糖体沿移动,读取下一个密码子,由对应的运输相应的氨基酸加到延伸中的肽链上。(4)终止:当核糖体读取到上的时,合成终止。4.遗传信息的传递方向:RNA。tRNA和rRNA参与蛋白质的合成过程吗?这两种RNA是翻译的模板吗?关键能力合作学习答案解析P165知识点一 遗传信息的转录和翻

3、译1.相关图解及分析:(1)图解:(2)分析:特别提醒:mRNA通过核孔从细胞核到细胞质中,不穿过生物膜。运输氨基酸的工具tRNA,不只具有三个碱基,它具有很多碱基。2.转录与翻译的比较:特别提醒:在mRNA、tRNA和rRNA中,只有mRNA能携带遗传信息。1.拓展探究:RNA聚合酶参与什么过程?具体的作用是什么?(科学思维)2.情境探究:某种物质可插入DNA分子两条链的碱基对之间,使DNA双链不能解开。若在细胞正常生长的培养液中加入适量的该物质,会使基因表达过程中的哪一个过程发生障碍?为什么?(科学思维)下列关于遗传信息表达过程的叙述,正确的是()A.一个DNA分子转录一次,可形成一个或多

4、个合成多肽链的模板B.转录过程中,RNA聚合酶没有解开DNA双螺旋结构的功能C.多个核糖体可结合在一个mRNA分子上共同合成一条多肽链D.编码氨基酸的密码子由mRNA上3个相邻的脱氧核苷酸组成【审答误区】正确认识基因与DNA、mRNA的关系基因是有遗传效应的DNA片段,一个DNA分子上有许多基因,一个DNA分子复制一次能产生两个DNA分子,一个DNA分子转录一次产生一个或许多个mRNA。【方法规律】模型法解决多聚核糖体合成多肽问题1.解题模型:2.模型解读:(1)图甲表示真核细胞中的翻译过程,图中是mRNA,是核糖体,表示正在合成的4条肽链,翻译的方向是自右向左。(2)图乙表示原核细胞中的转录

5、和翻译过程,图中是DNA模板链,表示正在合成的4个mRNA。(2020天津等级考)对于基因如何指导蛋白质合成,克里克认为要实现碱基序列向氨基酸序列的转换,一定存在一种既能识别碱基序列,又能运载特定氨基酸的分子。该种分子后来被发现是()A.DNAB.mRNAC.tRNAD.rRNA知识点二 转录和翻译过程中的数量关系 1.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,转运氨基酸图解特别提醒:除终止密码子外,一种密码子对应一种反密码子。一种氨基酸对应一种或多种密码子(或反密码子)。一种密码子(除终止密码子)或一种反密码子只对应

6、一种氨基酸。2.基因表达过程中相关数量计算:(1)DNA(基因)、mRNA上碱基数目与氨基酸数目之间的关系。图示:规律:蛋白质中氨基酸数目=1/3mRNA中碱基数目=1/6DNA(或基因)中碱基数目。计算公式:蛋白质中肽链数+肽键数=氨基酸数=1/3mRNA中碱基数=1/6基因中碱基数。(2)计算中“最多”和“最少”的分析。翻译时,mRNA上的终止密码子不决定氨基酸,则mRNA上的碱基数目是蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。基因或DNA上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。在回答问题时应加上“最多”或“最少”等字,如mRNA上有n个碱基,转录产生它的基因中最少有2n个碱基,

7、该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。拓展探究:(1)一种氨基酸可能对应几个密码子,这一现象称为密码的简并,密码的简并对于基因表达有什么意义?(科学思维)(2)“不同的基因表达出的蛋白质一定不同”,这句话描述是否准确?说出你的理由。(科学思维)(2020南京高一检测)一条多肽链中含8个肽键,则作为合成该多肽的mRNA分子和用来转录该mRNA的DNA分子至少有碱基多少个()A.24个和48个B.27个和54个C.8个和8个D.8个和16个【审答误区】8个肽键8个氨基酸八肽化合物 一条多肽链中含8个肽键,该化合物含有9个氨基酸,属于九肽化合物。(2020东莞高一检测)在具有细胞结构的生

8、物中,遗传信息、密码子、反密码子分别存在于()A.RNA、DNA、RNA上B.蛋白质、DNA、RNA上C.DNA、RNA、RNA上D.RNA、RNA、DNA上核心素养情境探究答案解析P1651.【科技情境】科研人员在研究免疫球蛋白IgG的合成与分泌过程中发现,若将IgG的mRNA置于无细胞的系统中,以游离核糖体进行体外合成时产生的蛋白是IgG的前体;若在无细胞系统中加入狗胰腺细胞的粗面内质网,就能产生IgG成熟蛋白。探究:(1)以上事实说明了什么问题?(生命观念)(2)进一步研究发现,在无细胞系统中,一个mRNA上结合有多个核糖体,其意义是什么?(科学思维)2.【实验情境】生物体内的DNA常与

9、蛋白质结合,以 DNA蛋白质复合物的形式存在。探究:(1)在翻译过程中会形成DNA蛋白质复合物吗?为什么?(科学探究)(2)转录过程中会形成DNA蛋白质复合物吗?若不能,请说明理由;若能,请依据所学知识推测该蛋白质可能是哪种物质。(科学探究)课堂检测素养达标答案解析P1651.下列关于遗传信息的转录与翻译的叙述,合理的是。转录的产物是mRNA。转录是边解旋边转录,但是不需要解旋酶。转录时碱基的配对方式与翻译时相同。有多少种密码子就有多少种反密码子与之相对应。翻译只能在核糖体上进行。tRNA含有三个碱基,构成反密码子。2.(2019海南高考)下列关于蛋白质、核酸的叙述,错误的是()A.一个核糖体

10、上可以同时合成多条多肽链B.一个蛋白质分子可以含有多个金属离子C.一个mRNA分子上可以结合多个核糖体D.一个DNA分子可以转录产生多个RNA分子3.真核生物的细胞核中,某基因的转录过程如图所示。下列叙述正确的是()A.转录的产物可不经加工直接作为翻译的模板B.转录出的RNA链与编码链对应区域的碱基互补C.该基因的多个部位可同时启动转录过程,从而提高转录效率D.RNA聚合酶可使DNA双螺旋解开4.下列关于转录和翻译的叙述,错误的是()A.转录时以核糖核苷酸为原料B.转录时RNA聚合酶能识别DNA中特定碱基序列C.mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质D.不同密码子编码同种氨基酸可增强密码子的容错性

11、5.(2020沈阳高一检测)原核生物的mRNA通常在转录完成之前便可启动蛋白质的翻译,但真核生物的核基因必须在mRNA形成之后才能翻译蛋白质,针对这一差异的合理解释是()A.原核生物的tRNA合成无需基因指导B.真核生物tRNA呈三叶草结构C.真核生物的核糖体可进入细胞核D.原核生物的核糖体可以靠近DNA6.已知一段双链DNA分子中,腺嘌呤所占的比例为20%,由这段DNA转录出来的mRNA中,胞嘧啶的比例是()A.10%B.20%C.40%D.无法确定7.下列关于真核生物RNA的叙述,错误的是()A.RNA主要在细胞核中合成,通过核孔转移到细胞质中B.RNA全部是在细胞核内转录形成的C.RNA

12、一般是单链,而且比DNA短,分子中不含碱基TD.RNA可作为核糖体的组成成分8.已知某生物体细胞中有42个DNA分子,其中1个DNA分子共含有12000个碱基,由这个DNA分子所控制合成的多肽链中,最多含有氨基酸多少种()A.1000B.2000C.20D.1009.如图表示某真核细胞中遗传信息传递的部分过程,图甲过程发生在细胞核中,图乙过程发生在细胞质中,请据图回答(中填序号,上填名称):(1)图甲所示为过程,在的催化作用下完成;图乙所示为过程。(2)图甲中的形成后,需通过(填结构)才能进入细胞质到达细胞器。(3)完成图乙所示过程,还需搬运氨基酸的“搬运工”参与,这里的“搬运工”是指,该物质

13、一端的三个碱基称为,可以与物质上的三个相邻碱基互补配对。(4)图甲和图乙所涉及的过程发生的方向为:,。(用“”或“”表示)第4章基因的表达第1节基因指导蛋白质的合成一、1.核糖核苷酸A、U、C、G单链细胞核细胞质氨基酸密码子核糖体2.脱氧核苷酸核糖尿嘧啶双螺旋3.(1)细胞核(2)一条链核糖核苷酸RNA聚合酶等ATP(3)碱基碱基互补配对mRNADNA链双螺旋4.RNA【问答】提示:RNA一般为单链,比DNA短,可以通过核孔从细胞核进入细胞质。二、1.6461mRNAtRNA3个相邻的碱基密码子2.20种游离的氨基酸tRNA核糖体mRNA模板多肽3.(1)mRNA核糖体(2)tRNA(3)mR

14、NAtRNA(4)mRNA终止密码4.蛋白质【问答】提示:tRNA和rRNA参与蛋白质的合成,但这两种RNA不是翻译的模板。知识点一【思考探究】1.提示:RNA聚合酶参与转录过程。RNA聚合酶与基因上的RNA聚合酶结合位点结合,启动转录,并把单个核糖核苷酸连接在正在合成的mRNA片段上,同时还有解旋功能。2.提示:转录。基因的表达过程包括转录和翻译过程,由于该物质能使DNA双链不能解开,说明该物质能阻断DNA的解旋,会使转录发生障碍;翻译过程是以mRNA为模板合成蛋白质的过程,DNA双链解开受影响,不会影响RNA的翻译过程。【典例示范】A一个DNA分子转录一次,形成的mRNA需要进行剪切加工,

15、可能合成一条或多条模板链,A正确;转录过程中,RNA聚合酶兼具解旋功能,故不需要DNA解旋酶参与转录,B错误;在转录过程中,mRNA上可附着多个核糖体进行翻译,得到数条相同的mRNA,而不是共同合成一条多肽链,C错误;mRNA由核糖核苷酸构成,不具有脱氧核苷酸,D错误。【类题精练】C本题考查遗传信息的表达。DNA分子中特定的碱基排列顺序代表遗传信息,可通过转录形成RNA,但不能运载特定的氨基酸,A项不符合题意;mRNA中三个相邻的碱基决定一个氨基酸,是翻译的模板,也不能运载特定的氨基酸,B项不符合题意;tRNA中的反密码子可识别mRNA中的密码子,一种tRNA可运载特定的氨基酸,C项符合题意;

16、rRNA参与核糖体的合成,与碱基序列的识别和氨基酸的转运没有直接关系,D项不符合题意。知识点二【思考探究】(1)提示:密码的简并在遗传的稳定性和提高翻译速率上有一定的意义,具体如下:当密码子中有一个碱基改变时,由于密码的简并,可能并不会改变对应的氨基酸。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。(2)提示:这句话是错误的。基因是有遗传效应的DNA片段,不同基因的碱基种类和排列顺序不同,但由于一种氨基酸可以对应多种密码子,所以即使两个基因的碱基种类和排列顺序不同,也可能表达出相同的蛋白质。【典例示范】B 一条多肽链中含有8个肽键,则多肽链中氨基酸数目为8+1=

17、9个,由于DNA(或基因)中碱基数mRNA上碱基数氨基酸个数=631,故作为合成该多肽的mRNA分子和用来转录该mRNA的DNA分子至少有碱基数目分别为27个和54个,选B。【类题精练】C在具有细胞结构的生物中,遗传信息蕴藏在组成DNA分子的4种碱基的排列顺序中。mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸,每3个这样的碱基称做一个密码子。每个tRNA分子的一端是携带氨基酸的部位,另一端有3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对,这样的3个碱基构成一个反密码子。1.(1)提示:粗面内质网能对蛋白质进行加工。(2)提示:少量mRNA短时间内快速合成大量的IgG的前体。2.(1)提示:不会,DNA不参与

18、翻译过程。(2)提示:能,可能是RNA聚合酶。1.【解析】选。rRNA、tRNA和mRNA都是转录的产物,错误;转录的特点是边解旋边转录,但是只需要RNA聚合酶,不需要解旋酶,正确;转录时碱基的配对方式是A-U、T-A、G-C和C-G,翻译时碱基的配对方式是A-U、U-A、G-C和C-G,错误;终止密码子不对应氨基酸,没有相应的反密码子与之对应,错误;翻译的场所只有核糖体,正确;tRNA由多个碱基构成,上面的三个碱基构成反密码子,错误。2.A一个核糖体上不能同时合成多条多肽链,转录一次只能合成一条多肽链,A项错误;一个蛋白质分子可以含有多个金属离子,如一个血红蛋白结合了4个亚铁离子,B项正确;

19、一个mRNA分子上可以结合多个核糖体,同时合成多条肽链,C项正确;一个DNA分子含有多个基因,每个基因都可以多次转录,所以可以转录产生多个RNA分子,D项正确。3.D真核生物转录的产物需要经加工才能作为翻译的模板,A错误;转录出的RNA链与模板链对应区域的碱基互补,编码链属于非模板链,B错误;一个基因只有一个启动部位开始转录,C错误;RNA聚合酶可使DNA双螺旋解开,D正确。4.C转录过程合成的是RNA,其基本组成单位是核糖核苷酸,A项正确;转录时RNA聚合酶能识别DNA中特定碱基序列,B项正确;核糖体在mRNA上移动翻译出蛋白质,C项错误;不同密码子编码相同氨基酸,当密码子改变时,蛋白质可能

20、不变,增强了密码子的容错性,D项正确。5.D因为原核生物的核糖体可以靠近DNA,所以原核生物基因的转录和翻译通常是在同一时间同一地点进行的,即在转录未完成之前翻译便开始进行,选D。6.D转录时以一条DNA单链为模板,双链DNA分子中腺嘌呤所占的比例为20%,能推出该DNA分子中G所占的比例为30%,但不能由此推出一条单链中G的比例,因而无法推知这段DNA转录出来的mRNA中胞嘧啶的比例,D正确。7.B真核生物的RNA不仅可以在细胞核中转录形成,也可以在线粒体和叶绿体中转录形成。8.CDNA(或基因)中碱基数mRNA上碱基数氨基酸个数=631,某DNA分子含12 000个碱基,则该DNA分子所控

21、制合成的多肽链中最多含有氨基酸数目为12 0006=2 000个。又组成蛋白质的氨基酸约有20种,因此该DNA分子所控制合成的多肽链中,最多只有20种氨基酸。9.【解析】(1)图甲中DNA解旋以其中一条链为模板形成RNA(上含有U碱基)的过程即转录,该过程需要RNA聚合酶的催化;图乙为翻译过程。(2)mRNA形成后穿过核孔进入细胞质,与核糖体结合作为模板合成蛋白质。(3)搬运氨基酸的“搬运工”是tRNA,其上有反密码子,可以与mRNA上的密码子互补配对,从而决定携带某种氨基酸。(4)图甲中通过RNA聚合酶的移动方向可以判断转录的方向是从右向左,图乙中通过的长短可以判断翻译的方向是从右向左。答案:(1)转录RNA聚合酶翻译(2)mRNA核孔核糖体(3)tRNA反密码子(4)- 13 -