苏教版 (2019)必修2《遗传与进化》第二章 遗传的分子基础第三节 遗传信息控制生物的性状DNA分子通过RNA指导蛋白质的合成第1课时教案

这是一份苏教版 (2019)必修2《遗传与进化》第二章 遗传的分子基础第三节 遗传信息控制生物的性状DNA分子通过RNA指导蛋白质的合成第1课时教案，共12页。教案主要包含了遗传信息的转录，遗传信息的翻译等内容，欢迎下载使用。

一、遗传信息的转录
1．多数生物的基因是DNA分子上的功能片段，DNA分子上的遗传信息(基因)通过RNA指导蛋白质的合成。
2．RNA主要是在细胞核中以DNA分子的一条链为模板，按照碱基互补配对原则合成的，这一合成过程称为转录。
3．RNA的结构与种类
(1)基本单位及组成
①磷酸；②核糖；③碱基：A、U、G、C；④核糖核苷酸。
(2)种类：3种，即信使RNA(mRNA)、核糖体RNA(rRNA)、转运RNA(tRNA)。
4．转录的过程示意图
5．结果：通过转录，DNA分子上的遗传信息传递到mRNA上，然后mRNA通过核孔进入细胞质。
二、遗传信息的翻译
1．遗传密码
(1)密码子：科学家把mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的核苷酸称为一个密码子(cdn)。
(2)表示方法：通常以密码子中的碱基表示遗传密码。
(3)密码子总个数：64个。
(4)负责编码20种氨基酸的密码子个数：61个。
(5)起始密码子(翻译开始时的第一个密码子)
①真核细胞唯一的起始密码子：碱基序列为AUG的密码子，编码甲硫氨酸。
②细菌体内：除了AUG外，碱基序列为GUG的密码子，也作为起始密码子，编码甲硫氨酸。
(6)终止密码子(翻译结束时的最后一个密码子)
①个数：三个，碱基序列为UAA、UAG、UGA。
②特点：不编码任何氨基酸。
2．tRNA分子
(1)结构示意图
(2)功能：在合成多肽链时，tRNA负责将游离在细胞质中的20种不同的氨基酸运向核糖体。
(3)特点：每种tRNA分子只能携带一种氨基酸。
3．mRNA携带的信息能正确指导多肽链的合成依赖于：mRNA上每个密码子与相应的tRNA分子上反密码子(也用三个碱基表示)的结合，而这种结合要遵循碱基互补配对原则。
4．概念：在细胞中，以mRNA为模板，从一个特定的起始位点开始，按照每三个相邻的核糖核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成具有一定氨基酸顺序的多肽链的过程称为翻译(translatin)。
5．过程
6．特点：一个mRNA分子上可以结合多个核糖体，同时进行多条多肽链的合成。
7．多肽链的去向：多肽链合成后，从核糖体上脱离，经过盘曲、折叠、修饰等加工，形成特定的空间结构，最终成为具有一定功能的蛋白质分子。
判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．遗传信息转录的产物只有mRNA。( )
2．转录和翻译都是以mRNA为模板合成生物大分子的过程。( )
3．一个tRNA分子中只有一个反密码子。( )
4．mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质。( )
5．在蛋白质合成过程中密码子都决定氨基酸。( )
[答案] 1．× 提示：转录合成的RNA有三种类型：mRNA、tRNA、rRNA。
2．× 提示：转录的模板是DNA分子的一条单链，不是mRNA。
3．√
4．× 提示：核糖体在mRNA上移动翻译出蛋白质。
5．× 提示：密码子共有64种，有3种终止密码子，不决定氨基酸，决定氨基酸的密码子有61种。
遗传信息的转录和翻译
1．转录和翻译的比较
2.相关图解及分析
(1)图解
(2)分析
合作探究：1．RNA为什么适合做DNA的信使？
提示：(1)RNA一般为单链，比DNA短，可以通过核孔从细胞核进入细胞质。
(2)RNA是另一种核酸，也是由四种核苷酸组成的，也可以储存大量的遗传信息。
(3)RNA与DNA之间也遵循碱基互补配对原则。
2．运输氨基酸的工具是哪种结构？为什么说它是真正起“翻译”作用的结构？
提示：运输氨基酸的工具是tRNA，它一端有反密码子，能和mRNA上的密码子相识别，一端能携带氨基酸，是真正起“翻译”作用的结构。
1．(多选)下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链中的碱基A与②链中的碱基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RNA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
BC [本题考查的是转录过程，其中①链为模板链，②链为RNA，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。]
2．(2020·全国卷Ⅲ)细胞内有些tRNA分子的反密码子中含有稀有碱基次黄嘌呤(I)。含有I的反密码子在与mRNA中的密码子互补配对时，存在如图所示的配对方式(Gly表示甘氨酸)。下列说法错误的是( )
A．一种反密码子可以识别不同的密码子
B．密码子与反密码子的碱基之间通过氢键结合
C．tRNA分子由两条链组成，mRNA分子由单链组成
D．mRNA中的碱基改变不一定造成所编码氨基酸的改变
C [根据图像可知，反密码子CCI可与mRNA中的GGU、GGC、GGA互补配对，说明一种反密码子可以识别不同的密码子，A项正确；密码子与反密码子的碱基互补配对，密码子与反密码子的碱基之间通过氢键结合，B项正确；tRNA分子和mRNA分子都是单链结构，C项错误；由于某些氨基酸可对应多种密码子，故mRNA中的碱基改变不一定造成所编码氨基酸的改变，D项正确。]
转录、翻译过程中的有关计算
1．遗传信息、密码子、反密码子的比较
2．密码子、反密码子、氨基酸的对应关系
(1)每种氨基酸对应一种或几种密码子，可由一种或几种tRNA转运。
(2)一种密码子只能决定一种氨基酸，一种tRNA只能转运一种氨基酸。
3．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。
①图示：
②规律：蛋白质中氨基酸数目＝1/3 mRNA中碱基数目＝1/6 DNA(或基因)中碱基数目。
③计算公式：蛋白质中肽链数＋肽键数＝氨基酸数＝1/3 mRNA中碱基数＝1/6基因中碱基数。
(2)计算中“最多”和“最少”的分析
①翻译时，mRNA上的终止密码子有的不决定氨基酸，则mRNA上的碱基数目是蛋白质中氨基酸数目的3倍或多于3倍。
②基因或DNA中存在不编码氨基酸的碱基序列，因此其中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。
③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，该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。
合作探究：组成蛋白质的21种氨基酸应对应61种密码子，这表明密码子具有“简并性”，这一现象对生物体的生命活动有何意义？
提示：(1)增强容错性：当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸，因而有利于蛋白质或性状的稳定。(2)保证翻译速度：当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子编码同一种氨基酸，可以保证翻译的速度。
1．一个mRNA分子有m个碱基，其中(G＋C)有n个；由该mRNA指导合成的蛋白质有两条肽链。则控制该mRNA合成的DNA分子至少含有的(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)－1
B．m、(m/3)－2
C．2(m－n)、(m/3)－1
D．2(m－n)、(m/3)－2
D [由题意知，mRNA分子有m个碱基且(G＋C)的数目为n，则此mRNA分子中(A＋U)的数目为(m－n)，控制其合成的DNA分子模板链中(A＋T)的数目至少为(m－n)，整个双链DNA分子中(A＋T)的数目至少为2(m－n)；由mRNA分子有m个碱基可知，以其为翻译模板可合成最多含m/3个氨基酸的蛋白质分子，题干中给出此蛋白质分子有两条肽链，脱去的水分子数最多应为(m/3)－2。]
2．如图所示为M基因控制物质C的合成以及物质C形成特定空间结构的物质D的流程图解。下列相关叙述正确的是( )
A．图中①④过程参与碱基配对的碱基种类较多的是①过程
B．基因转录得到的产物均可直接作为蛋白质合成的控制模板
C．组成物质C的氨基酸数与组成M基因的核苷酸数的比值大于1/6
D．图中经过⑤过程形成物质D时需依次经过高尔基体和内质网的加工和修饰
A [分析图中信息可知，①过程表示转录，该过程参与配对的碱基有A、T、C、G、U 5种，而④过程表示翻译，该过程参与配对的碱基有A、U、C、G 4种，A正确；从图中信息可知，控制该分泌蛋白合成的直接模板是物质B，而转录的产物是物质A，B错误；由于M基因转录形成的物质A还要剪切掉一部分片段才形成翻译的模板，所以组成物质C的氨基酸数与组成M基因的核苷酸数的比值小于1/6，C错误；核糖体合成的肽链应先经内质网初加工，再由高尔基体进一步修饰和加工，D错误。]
原核生物与真核生物基因转录和翻译的辨别
(1)真核细胞的转录主要发生在细胞核中，翻译发生在细胞质中，在空间和时间上被分隔开进行，即先转录后翻译。
(2)原核细胞的转录和翻译没有分隔，可以同时进行，边转录边翻译。过程如右图所示：
图中①是DNA模板链，②③④⑤表示正在合成的4条mRNA，每条mRNA上有多个核糖体同时进行翻译过程，翻译的方向是从下到上。
(3)转录不是转录整个DNA，是转录其中的基因，不同种类的细胞，由于基因的选择性表达，mRNA的种类和数量不同，但tRNA和rRNA的种类没有差异。
[课堂小结]
1．下图表示发生在细胞中的与遗传信息的传递、表达相关的生理过程，下列说法正确的是( )
A．①表示转录 B．②表示复制
C．①主要发生在细胞核中 D．②发生在细胞质中
C [①过程为DNA复制，分别以DNA的两条链为模板合成子链，并由一条模板链和新合成的子链构成新的DNA，A项错误；②过程是以DNA的一条链为模板合成子链的过程，此过程为转录，B项错误；过程①②在真核细胞中主要发生在细胞核中，同时在线粒体和叶绿体中也能发生，C项正确、D项错误。]
2．(多选)对于下列图解，正确的说法有( )
A．表示DNA转录过程 B．共有5种碱基
C．共有8种核苷酸 D．A均代表同一种核苷酸
ABC [由题干信息可知，图为DNA转录过程。因为DNA与RNA的基本单位不同，故相同碱基代表不同核苷酸，所以图示核苷酸种类为8，碱基种类数为5。]
3．下列关于密码子的叙述，正确的是( )
A．密码子是mRNA中三个相邻的碱基
B．密码子都能决定相应的氨基酸
C．起始密码子能够启动翻译过程
D．一个氨基酸只有一个密码子
C [密码子是mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻碱基，A错误；在正常情况下，终止密码子只能起到终止翻译的作用，不能决定相应的氨基酸，B错误；起始密码子既能启动翻译过程又能决定相应的氨基酸，C正确；一个氨基酸可能有多个密码子，D错误。]
4．细胞中基因的表达过程如图所示，下列叙述正确的是( )
A．图示过程可以发生在所有真核细胞中
B．细胞质基质中②携带③的种类由④决定
C．②和④均是①中某些片段表达的产物
D．图中核糖体沿着④向左认读遗传密码
C [图示是真核细胞中基因表达的过程，但不是发生在所有的真核细胞中，如哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和核糖体，A错误；细胞质基质中②tRNA携带③氨基酸的种类由反密码子决定，B错误；②tRNA和④mRNA均是①细胞核DNA中某些片段表达的产物，C正确；④mRNA的起始密码子AUG在左侧，因此核糖体沿着mRNA向右认读遗传密码，D错误。]
5．如图表示某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。请据图回答下列问题。(可能用到的密码子：AUG—甲硫氨酸、GCU—丙氨酸、AAG—赖氨酸、UUC—苯丙氨酸、UCU—丝氨酸、UAC—酪氨酸)
(1)完成遗传信息表达的是________(填字母)过程，a过程所需的酶有_________________。
(2)图中含有核糖的是________(填数字)；由②指导合成的多肽链中氨基酸序列是______________________________。
(3)该DNA片段第三次复制需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目为________个。
(4)若在AUG后插入三个核苷酸，合成的多肽链中除在甲硫氨酸后多一个氨基酸外，其余氨基酸序列没有变化。由此证明_____________________________。
[解析] 分析图示过程可知：a为DNA的复制、b为转录、c为翻译。(1)完成遗传信息表达的是转录和翻译，即图中的b和c，DNA的复制需要在解旋酶的作用下解开双链，然后在DNA聚合酶的作用下合成DNA子链。(2)RNA中含有核糖，所以图中含有核糖的结构包括mRNA、tRNA、rRNA。根据②mRNA上的密码子可知指导合成的多肽链中氨基酸的序列：甲硫氨酸—丙氨酸—丝氨酸—苯丙氨酸。(3)由图可知DNA片段含7个T，故第三次复制需要23－1×7＝28(个)胸腺嘧啶脱氧核苷酸。(4)三个核苷酸对应一个氨基酸，由此证明一个密码子由三个相邻的碱基(核糖核苷酸)组成。
[答案] (1)b、c 解旋酶和DNA聚合酶 (2)②③⑤ 甲硫氨酸—丙氨酸—丝氨酸—苯丙氨酸 (3)28 (4)一个密码子由三个相邻的碱基(核糖核苷酸)组成
课标内容要求
核心素养对接
概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成。
1．生命观念：根据结构和功能观，理解RNA的结构和功能。
2．科学思维：通过分析与综合，进行转录、翻译过程中的有关计算。
转录
翻译
时间
个体生长发育的整个过程
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
RNA(mRNA、tRNA、rRNA)
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
项目
遗传信息
密码子
反密码子
概念
DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序
mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基
tRNA上与密码子互补的3个碱基
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
知 识 网 络 构 建
核 心 语 句 背 诵
1．RNA有三种：信使RNA(mRNA)、转运RNA(tRNA)和核糖体RNA(rRNA)。
2.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。
3.翻译的场所是核糖体，条件是模板(mRNA)、“搬运工”(tRNA)、原料(21种氨基酸)、酶和能量。
4.密码子共有64种，其中决定氨基酸的密码子有61 种，3种终止密码子不决定氨基酸。
5.一种氨基酸对应一种或多种密码子，一种密码子最多只决定一种氨基酸。