高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第1节 基因指导蛋白质的合成导学案

4.1  基因指导蛋白质的合成学案

                                                          班级_________姓名_________

学习目标

1.概述遗传信息的转录和翻译过程。

2.计算DNA碱基数目、RNA碱基数目与氨基酸数目之间的对应关系。

3.阐明中心法则的具体内容，认同科学是不断发展的。

4.基于地球上几乎所有的生物都共用一套遗传密码的事实，认同当今生物可能有着共同的起源。

【基础学习】

一、遗传信息的转录

资料1：1955年，科学家观察到放射性物质标记的RNA从细胞核转移到细胞质。

资料2：1955年，科学家以洋葱根尖和变形虫为材料，用RNA酶分解细胞中的RNA，蛋白质的合成就停止。如果再加入酵母中提取的RNA，蛋白质又开始合成。

RNA充当了DNA的信使，为什么？

❆RNA的结构与DNA的相似，可以储存遗传信息。

❆一般是单链，比 DNA 短，能通过核孔从细胞核进入细胞质。

注意：

❆少数RNA还具有催化作用；❆有的作为RNA病毒的遗传物质；❆tRNA中含有氢键。

1.转录：RNA是在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的，这一过程叫作转录。

第1步  DNA双链解开（RNA聚合酶的催化），碱基暴露出来。

注意：该过程不需要解旋酶，RNA聚合酶有解旋作用。

第2步  游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对，在RNA聚合酶的作用下开始mRNA的合成。

第3步  新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。（方向：从5’-端到3’-端）

第4步  合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复。

转录的意义：遗传信息从DNA传递到RNA（mRNA）上，为翻译做准备。

场所：                          

模板：                          

条件：                          

配对方式：                      

产物：                          

遗传信息流动：                  

2.P66  思考·讨论

（1）转录与DNA复制有那么共同之处？这对保证遗传信息的准确转录有什么意义？

转录与复制都需要模板、都遵循碱基互补配对原则。保证遗传信息传递的准确性。

（2）与DNA复制相比，转录所需要的原料和酶各有什么不同？

DNA复制过程以4种游离的脱氧核苷酸为原料，需要解旋酶和DNA聚合酶；

转录则以4种游离的核糖核苷酸为原料，需要RNA聚合酶。

（3）转录成的RNA的碱基序列，与DNA两条单链的碱基序列各有哪些异同？

    RNA的碱基与DNA模板链的碱基是互补配对的关系，与非模板链的碱基序列的区别在于RNA链上碱基U的位置，对应非模板链上的碱基T。

二、遗传信息的翻译

1.翻译：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的过程。

如果1个碱基决定1个氨基酸就只能决定___种，     

如果2个碱基决定1个氨基酸就只能决定___种，     

如果3个碱基决定1个氨基酸就只能决定___种，     

2.       上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基叫做1个密码子。

位置：mRNA上

识别：密码子认读是从mRNA的          ，相邻的密码子无间隔、不重叠

❆密码子的         ：

一种密码子决定一种氨基酸。

❆密码子的         ：

绝大多数氨基酸都有几个密码子。

❆密码子的         ：

地球上几乎所有的生物都共用同一套密码子。

3.P67  思考·讨论

（1）从密码子表可以看出，像苯丙氨酸，亮氨酸这样，绝大多数氨基酸都有几个密码子，这一现象称作密码子的简并性。你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？

①当密码子中有一个碱基改变时，由于密码的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸。

②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，可以保证翻译的速度。

（2）几乎所有的生物体都共用上述密码子，根据这一事实，你能想到什么？

地球上几乎所有的生物共用一套密码子表。说明所有生物可能有共同的起源或生命在本质上是统一的。

❆形态：RNA链经过折叠，形成             形

❆功能：                氨基酸

❆特点：

①一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸

②一种氨基酸可以由多种tRNA转运

4.过程：

第1步：mRNA进入细胞质，与核糖体结合；携带甲硫氨酸的tRNA通过与mRNA上的碱基互补配对进入P位点。

第2步：携带组氨酸的tRNA以同样的方法进入A位点。

第3步：通过脱水缩合形成肽键，甲硫氨酸被转移到占据A位点的tRNA上。

第4步：核糖体沿着mRNA移动，读取下一个密码子，合成肽链。直至核糖体读取到mRNA上的终止密码子，合成才告终止。肽链释放后，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子。

如mRNA上有n个碱基，转录时产生它的基因片段中至少有________个碱基，该mRNA指导合成蛋白质中至多有________个氨基酸。

DNA碱基总数：mRNA碱基数：多肽链氨基酸数=                 

(注意：无特别说明，不考虑终止密码)

场所：                          

模板：                          

条件：                          

配对方式：                      

产物：                          

遗传信息流动：                  

❆如何快速高效地进行翻译呢？

一个mRNA分子上结合多个核糖体，同时进行多条肽链合成。

❆多条肽链的氨基酸序列是否相同？

相同，因为其模板相同

❆意义是？

少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质

❆翻译的方向？（即核糖体移动的方向）      

由肽链短→肽链长的方向进行

三、中心法则

1.根据DNA复制、基因指导蛋白质的合成过程，画出遗传信息的传递方向示意图。

1957年，克里克提出中心法则

资料1：1965年，科学家在RNA病毒里发现了一种RNA复制酶，像DNA复制酶能对DNA进行复制一样，RNA复制酶能对RNA进行复制。

 RNA                     

资料2：1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。

 RNA                     

完整的中心法则图示:

2.请写出以下生物的遗传信息的传递过程：

（1）能分裂的细胞(分生区)及DNA病毒(噬菌体等)遗传信息的传递

（2）高度分化的细胞（洋葱表皮细胞）

中心法则的3点提醒：

(1)中心法则的所有过程并不适用于所有生物，但所有生物均能发生一部分过程。

(2)DNA合成过程既包括DNA复制过程，也包括在逆转录酶作用下以RNA为模板合成DNA的过程。

(3)中心法则的5条信息传递途径都遵循碱基互补配对原则，但配对的碱基有差别。

与遗传信息流动有关的几个过程比较：

各种生物的遗传信息传递过程

【巩固练习】

1．下列关于图中①②两种分子的说法，不正确的是（　　）

A．一个①只能转运一种氨基酸 

B．反密码子位于①上 

C．②的复制方式为半保留复制 

D．①和②的碱基配对种类相同

2．原核生物的核糖体由大、小两个亚基组成，其上有3个tRNA结合位点，其中A位点是新进人的tRNA结合位点，Р位点是延伸中的tRNA结合位点，E位点是空载tRNA结合位点，如图所示。下列相关叙述正确的是（　　）

A．翻译过程中，tRNA的移动顺序是A位点→P位点→E位点 

B．参与翻译过程的RNA有两种，分别为mRNA和tRNA 

C．mRNA上的密码子改变，合成的肽链就会改变 

D．原核生物翻译过程所需的能量只能由无氧呼吸提供

3．下列有关基因表达过程的叙述，正确的是（　　）

A．转录的产物只有mRNA 

B．一个DNA可转录出多个不同类型的RNA 

C．翻译过程不需要酶的参与 

D．翻译过程中mRNA沿着核糖体移动，进而依次读取密码子

4．如图表示某真核生物基因表达的部分过程，请回答下列问题：

（1）图中表示遗传信息的 　   　过程，发生的场所是 　   　。

（2）图中③表示 　   　，合成的主要场所是 　   　。

（3）图中方框内的碱基应为 　   　，对应的aa5应为 　   　（赖氨酸的密码子为AAA，苯丙氨酸的密码子为UUU）。

（4）图中的氨基酸共对应 　   　个密码子。

4．（1）翻译     核糖体  （2）mRNA    细胞核   （3）UUU     赖氨酸   （4）7