人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第1节 基因指导蛋白质的合成学案

这是一份人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第1节 基因指导蛋白质的合成学案，共13页。学案主要包含了遗传信息的转录，遗传信息的翻译，中心法则等内容，欢迎下载使用。
第4章　基因的表达第1节　基因指导蛋白质的合成课程要求核心素养知识导图概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成1．从化学组成、结构、分布、功能等方面，概括说明DNA和RNA分子的异同。(科学思维)2．结合图示图解，概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成。(科学思维、符合生命观念)3．从存在位置、作用等方面，概括说明遗传信息、密码子、反密码子的区别。(科学思维)基础知识·双基夯实 一、遗传信息的转录1．RNA的组成、结构和种类：基本单位__核糖核苷酸__组成成分结构一般是__单链__，长度比DNA__短__种类__mRNA、tRNA和rRNA__2．遗传信息的转录：(1)概念(2)过程：二、遗传信息的翻译1．密码子和反密码子的比较：项目位置实质种类密码子mRNA决定氨基酸的__3个__相邻的碱基共有__64__种，决定氨基酸的有__61__种反密码子__tRNA__与__mRNA__上的密码子互补配对的__3个__相邻碱基共有__61__种2．翻译过程：起始：mRNA与__核糖体__结合↓运输：__tRNA__携带氨基酸置于特定位置↓延伸：核糖体沿__mRNA__移动，读取下一个密码子，由对应__tRNA__运输相应的氨基酸加到延伸中的肽链上↓终止：当核糖体到达mRNA上的__终止密码子__时，合成停止↓脱离：肽链合成后从核糖体与mRNA的复合物上脱离，盘曲折叠成具有特定__空间结构__和__功能__的蛋白质分子三、中心法则1．提出者：克里克。2．内容：遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的__复制__；也可以从DNA流向__RNA__，进而流向__蛋白质__，即遗传信息的转录和翻译。3．补充后的中心法则图解〔活学巧练〕判断下列叙述的正误(1)转录的场所是细胞核。(　×　)(2)转录时以DNA的两条链同时作模板，以4种核糖核苷酸为原料。(　×　)(3)密码子与氨基酸是一一对应关系。(　×　)(4)细胞中游离的核糖核苷酸在DNA聚合酶的作用下依次连接而成一个mRNA分子。(　×　)(5)已知氨基酸的序列，可确定mRNA中的碱基排列顺序。(　×　)〔思考〕1．下图是一小段DNA片段，甲链是模板链，请写出其转录生成的RNA的碱基序列，并分析RNA的碱基序列与DNA两条链碱基序列的关系。提示：①②生成的RNA的碱基序列与模板链互补，与非模板链碱基序列基本相同(除T和U外)。2．RNA聚合酶参与什么过程？具体的作用是什么？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。3．根据mRNA中碱基的排列顺序能否准确写出氨基酸的序列？若已知氨基酸的序列，能否确定mRNA中的碱基排列顺序？提示：前者可以，后者不能确定。因为一种密码子对应一种氨基酸(终止密码子除外)，但一种氨基酸可以有多个密码子。〔学霸记忆〕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．中心法则图解： 课内探究·名师点睛 知识点　遗传信息的转录 要点归纳　 1．DNA与RNA的比较比较项目项目DNARNA化学组成基本单位脱氧核苷酸核糖核苷酸碱基A、G、C、TA、G、C、U五碳糖脱氧核糖核糖无机酸磷酸磷酸空间结构规则的双螺旋结构通常呈单链结构分类通常只有一类分mRNA、tRNA、rRNA三类功能主要的遗传物质在不存在DNA的生物里是遗传物质，在存在DNA的生物里辅助DNA完成功能存在(真核生物)主要存在于细胞核中的染色体上主要存在于细胞质中2．三种RNA的比较 mRNAtRNArRNA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来源相同：都由转录产生；③功能协同：都与翻译有关3．RNA适于作为DNA信使的原因(1)RNA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。(2)RNA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。[特别提醒]　(1)转录的基本单位是基因，而不是整个DNA。(2)在真核细胞内，转录出来的RNA需经过加工才具有生物活性。4．转录与DNA分子复制的区别： 复制转录时间有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期生长发育过程中场所主要在细胞核，少部分在线粒体和叶绿体原料四种脱氧核苷酸四种核糖核苷酸模板DNA的两条链DNA中的一条链条件特定的酶和ATP 过程DNA解旋，以两条链为模板，按碱基互补配对原则，合成两条子链，子链与对应母链螺旋化DNA解旋，以一条链为模板，按碱基互补配对原则，形成mRNA(单链)，进入细胞质与核糖体结合模板去向分别进入两个子代DNA分子中恢复原样，DNA分子重新形成双螺旋结构特点边解旋边复制，半保留复制边解旋边转录，DNA双链全保留产物两个双链DNA分子一条单链mRNA意义复制遗传信息，使遗传信息从亲代传给子代传递遗传信息，为翻译做准备 典例剖析　 典例1　(2019·湖北孝感期末)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(　D　)A．①链的碱基A与②链的碱基T互补配对B．如果③表示酶，则它是DNA聚合酶C．转录完成后，②需通过两层生物膜才能与核糖体结合D．②是以4种核糖核苷酸为原料合成的[解析]　①链的碱基A与②链的碱基U互补配对，A错误；如果③表示酶，则它是RNA聚合酶，B错误；转录完成后，②通过核孔从细胞核进入细胞质，与核糖体(无膜结构)结合，该过程中不需要通过生物膜，C错误；②为RNA，是以4种核糖核苷酸为原料合成的，D正确。┃┃变式训练1__■　(2020·河南郑州期中)如图为核苷酸的模式图，下列相关说法正确的是(　C　)A．DNA与RNA在核苷酸上只有②不同B．如果要构成ATP，在①位置上加上两个磷酸基团即可C．人体内的③有5种，②有2种D．③在细胞核内共有4种[解析]　分析题图可知，①是磷酸基团，②是五碳糖，③是含氮碱基。DNA与RNA在核苷酸上的不同主要有两点，一是在DNA中②为脱氧核糖，在RNA中②为核糖；二是在DNA中③有A、T、C、G 4种，在RNA中③有A、U、C、G 4种，A错误。如果要构成ATP，要在①位置上加上两个磷酸基团，②应为核糖，③应为腺嘌呤，B错误。人体内既有RNA又有DNA，故人体内的③有5种，②有2种，C正确。DNA和RNA均可存在于细胞核内，故③在细胞核内共有5种，D错误。知识点　遗传信息的翻译 要点归纳　 1．翻译的概念游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质，这一过程叫翻译。(1)部位：细胞质。(2)原料：各种游离氨基酸。(3)模板：mRNA。(4)结果：一定氨基酸顺序的蛋白质。(5)实质：将mRNA中的碱基序列(携带遗传信息)翻译为蛋白质的氨基酸序列(具体性状)。2．氨基酸的“搬运工”－tRNAtRNA的基本结构单位为核糖核苷酸，为RNA的一种。tRNA种类众多，但每一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。tRNA呈三叶草形，其一端为携带氨基酸的部位，另一端有3个碱基。每个tRNA上的这3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，称反密码子。3．转录与翻译的比较4．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排列序列识别密码子，转运氨基酸图解5．翻译过程中多聚核糖体模式图解读(1)图1表示真核细胞的翻译过程，其中①是mRNA，⑥是核糖体，②、③、④、⑤表示正在合成的4条多肽链，具体内容分析如下：①数量关系：一个mRNA可同时结合多个核糖体，形成多聚核糖体。②目的意义：少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质。③方向：从右向左(见图1)，判断依据是多肽链的长短，长的翻译在前。④形成的多条肽链氨基酸序列相同：其原因是有相同的模板mRNA。(2)图2表示原核细胞的转录和翻译过程，图中①是DNA，②、③、④、⑤表示正在合成的4条mRNA在核糖体上同时进行翻译过程。 典例剖析　 典例2　(2020·湖北仙桃期末)如图表示真核细胞的翻译过程，下列有关叙述错误的是(　B　)A．核糖体由rRNA和蛋白质组成B．异亮氨酸的密码子是UAGC．翻译时，核糖体沿着②向右移动D．一个mRNA分子可结合多个核糖体[解析]　核糖体由rRNA和蛋白质组成，A正确；分析题图可知，异亮氨酸的反密码子是UAG，密码子是AUC，B错误；翻译时核糖体沿着②mRNA向右移动，C正确；一个mRNA分子可结合多个核糖体同时进行翻译，这样可以提高翻译的效率，D正确。┃┃变式训练2__■(2020·吉林长春期中)下列关于密码子、反密码子的叙述，正确的是(　D　)A．每种氨基酸可以对应多种tRNA，每个tRNA也可以对应多种氨基酸B．真核生物的tRNA和mRNA相互识别的过程发生在细胞核中C．tRNA中每三个相邻的碱基构成一个反密码子D．密码子具有简并性，基因中某个碱基发生改变，翻译也可能不受影响[解析]　每种氨基酸可以对应一种或多种tRNA，每个tRNA只能携带一种氨基酸，A错误；真核生物的tRNA和mRNA相互识别的过程发生在细胞质中，B错误；一个tRNA上只有一个反密码子，C错误；密码子具有简并性，绝大多数氨基酸具有2个以上不同的密码子，即使基因中某个碱基发生变化也不会引起相应蛋白质的氨基酸序列改变，D正确。知识点　中心法则 要点归纳　 1．中心法则内容及其发展图解2．不同生物的遗传信息传递过程(1)以DNA为遗传物质的生物主要包括细胞生物(原核生物、真菌、动植物和人类)以及大多数病毒，它们能发生的过程如下：(2)以RNA为遗传物质的生物①不含逆转录酶的RNA病毒，如烟草花叶病毒，它们能发生的过程如下：②含逆转录酶的RNA病毒，如艾滋病病毒，它们能发生的过程如下：3．中心法则5个过程的比较过程模板原料产物实例DNA的复制DNA的两条链脱氧核苷酸DNA以DNA作遗传物质的生物转录DNA的一条链核糖核苷酸RNA除病毒外几乎所有生物翻译信使RNA21种氨基酸多肽除病毒外的细胞生物RNA的复制RNA核糖核苷酸RNA以RNA作遗传物质的生物RNA的逆转录RNA脱氧核苷酸DNA某些致癌的RNA病毒等[易错提醒]　中心法则的两点提醒(1)中心法则揭示了所有生物(包括病毒)遗传信息的流动过程。细胞分裂的过程中必须要进行DNA的复制，同时在分裂的过程中有转录和翻译，为分裂提供所需要的酶。(2)高度分化的不能分裂的细胞，没有DNA的复制，但无论分化与否，细胞中都有转录和翻译。4．“三看法”判断中心法则各过程一看模板：(1)若是DNA，则为DNA复制或转录。(2)若是RNA，则为RNA复制或RNA逆转录或翻译。二看原料：(1)若是脱氧核苷酸，则为DNA复制或逆转录。(2)若是核糖核苷酸，则为转录或RNA复制。(3)若是氨基酸，则为翻译。三看产物：(1)若是DNA，则为DNA复制或RNA逆转录。(2)若是RNA，则为RNA复制或转录。(3)若是蛋白质(或多肽)，则为翻译。 典例剖析　 典例3　(2020·四川成都双流中学入学检测)结合图表分析，下列有关说法正确的是(　A　)抗菌药物抗菌机理青霉素抑制细菌细胞壁的合成环丙沙星抑制细菌DNA旋转酶(DNA旋转酶可促进DNA形成负超螺旋，以利于双链打开)的活性红霉素能与核糖体结合利福平抑制RNA聚合酶的活性A．环丙沙星和红霉素分别抑制细菌的①和③B．青霉素和利福平能抑制DNA的复制C．结核杆菌的④和⑤都发生在细胞质中D．①～⑤可发生在人体健康细胞中[解析]　首先判定出图中各个过程的名称：①为DNA复制，②为转录，③为翻译，④为RNA复制，⑤为逆转录。然后根据表格中抗菌药物的抗菌机理来分析各选项。青霉素的作用对象是细胞壁，与DNA复制无关；分析题意，环丙沙星可抑制DNA形成负超螺旋，不利于DNA复制；红霉素能与核糖体结合，抑制翻译过程；利福平抑制RNA聚合酶的活性，进而抑制转录和RNA复制；④和⑤只有某些RNA病毒在增殖过程中才能进行。┃┃变式训练3__■如图是4种遗传信息的流动过程，对应的叙述不正确的是(　A　)A．甲可表示胰岛细胞中胰岛素合成过程中遗传信息的流动方向B．乙可表示HIV在宿主细胞内繁殖时遗传信息的流动方向C．丙可表示T2噬菌体在宿主细胞内繁殖时遗传信息的流动方向D．丁可表示烟草花叶病毒在宿主细胞内繁殖时遗传信息的流动方向[解析]　胰岛细胞属于高度分化的细胞，胰岛细胞中胰岛素合成过程中遗传信息的流动方向不包括DNA复制，A错误；HIV在宿主细胞内繁殖时，不能进行RNA的自我复制，首先RNA逆转录形成DNA，通过DNA将遗传信息传递给蛋白质，B正确；T2噬菌体的遗传物质是DNA，其在宿主细胞内繁殖时既可以进行DNA分子的复制，也可以进行转录和翻译，C正确；烟草花叶病毒既可以实现RNA自我复制，也可以翻译形成蛋白质，D正确。指点迷津·拨云见日 一、基因表达中有关的数量计算转录、翻译过程中DNA(基因)碱基个数︰mRNA碱基个数︰肽链(蛋白质)中氨基酸个数＝6︰3︰1，可参考下图理解。1．翻译时，mRNA上的终止密码子一般不决定氨基酸，因此准确地说，mRNA上的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。2．DNA中有的片段无遗传效应，不能转录出mRNA；在基因片段中，有的片段起调控作用，也不转录。因此，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。3．在回答有关问题时，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至少有2n个碱基，该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。典例4　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(　D　)A．m、m/3－1　　　 B．m、m/3－2C．2(m－n)、m/3－1　　 D．2(m－n)、m/3－2[解析]　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分子中A＋T＝2(m－n)。该mRNA分子有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。[方法]　基因表达过程中，蛋白质中氨基酸的数目＝参加转运氨基酸的tRNA数目＝1/3 mRNA的碱基数目＝1/6基因中的碱基数目。二、真核生物DNA复制、转录和翻译的比较项目DNA复制转录翻译时间有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期生长发育的整个过程中场所主要在细胞核中，小部分在线粒体和叶绿体中主要在细胞核中，小部分在线粒体和叶绿体中细胞质中的核糖体上原料4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸20种氨基酸模板DNA的两条链DNA的一条链mRNA条件特定的酶和ATP等模板去向分别进入两个子代DNA分子中模板链与非模板链重新组成双螺旋结构分解成单个核糖核苷酸特点边解旋边复制，半保留复制边解旋边转录，DNA双链全保留一个mRNA上可相继结合多个核糖体，依次合成多条肽链产物两个双链DNA分子RNA肽链意义复制遗传信息，使遗传信息从亲代传给子代表达遗传信息，使生物体表现出各种遗传性状典例5　下图中甲、乙表示真核细胞内两种物质的合成过程，下列叙述正确的是(　D　)A．甲、乙所示过程通过半保留方式进行，合成的产物是双链核酸分子B．甲所示过程在细胞核内进行，乙在细胞质中进行C．DNA分子解旋时，甲所示过程不需要解旋酶，乙需要解旋酶D．一个细胞周期中，甲所示过程在每个起点只起始一次，乙可起始多次[解析]　甲过程表示多起点的DNA半保留复制，合成的产物是双链DNA分子，该过程主要发生在细胞核内，一个细胞周期中，DNA只复制一次；乙过程为转录，合成的产物为单链RNA分子，该过程主要发生在细胞核内，一个细胞周期中，转录可起始多次；DNA复制和转录均需要解旋，甲过程利用的是解旋酶，乙过程利用的是RNA聚合酶。教材问题·解疑答惑 问题探讨☞P64提示：本节的问题探讨意在引导学生思考DNA在生物体内有哪些作用，又是如何发挥作用的。一种生物的整套DNA分子中贮存着该种生物生长发育等生命活动所需的全部遗传信息，也可以说是构建生物体的蓝图。但是，从DNA到具有各种性状的生物体，需要通过极其复杂的基因表达及调控过程才能实现，因此，在可预见的将来，利用DNA分子来使灭绝的生物复活仍是难以做到的。想象空间☞P64提示：DNA相当于指挥官(司令员)，指挥官(司令员)的作用是运筹帷幄发出指令，如果它深入前线阵地直接指挥，就会影响他把握全局，从而贻误战机。思考·讨论☞P661．提示：可以从所需条件、过程中的具体步骤和过程中所表现出的规律等角度来分析。例如，转录与DNA复制都需要模板、都遵循碱基互补配对原则等。碱基互补配对原则能够保证遗传信息传递的准确性。2．提示：DNA复制需要的酶为解旋酶和DNA聚合酶，原料为四种脱氧核苷酸；转录需要的酶为RNA聚合酶，原料为四种核糖核苷酸。3．提示：转录形成的RNA的碱基序列，与作为模板的DNA单链的碱基序列之间的碱基是互补配对关系，与DNA双链间碱基互补配对不同的是，RNA链中与DNA链的“A”配对的是“U”，不是“T”；与DNA另一条链的碱基序列基本相同，只是DNA链上“T”的位置，在RNA链上是“U”。思考·讨论☞P671．提示：此题具有一定的开放性、要积极思考。可以从增强密码容错性的角度来解释，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；也可以从密码子使用频率来考虑，当某种氨基酸使用频率高时，几个不同的密码子都编码一种氨基酸可以保证翻译的速度。2．提示：这是一道开放性较强的题，答案并不唯一，旨在培养学生的分析能力和发散性思维。通过这一事实可以想到生物都具有相同的遗传物质，所有生物可能有共同的起源或生命在本质上是统一的等。练习与应用☞P69一、概念检测1．(1)×(2)×　一个密码子只对应一种氨基酸，终止密码子不对应任何氨基酸，一个氨基酸可能有多个密码子，如精氨酸(CGU、CGC)也有些氨基酸只对应一个密码子，如：色氨酸(UGG)。2．D　密码子是指mRNA分子上决定一种氨基酸的相邻的3个碱基。二、拓展应用提示：红霉素能与核糖体结合，抑制肽链的延伸影响了翻译过程；环丙沙星抑制细菌DNA的复制，影响细菌的繁殖；利福平抑制细菌RNA聚合酶的活性，影响了转录过程。