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

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导学案，共20页。

第4章　基因的表达
第1节　基因指导蛋白质的合成
[课程标准要求]
[核心素养目标]
概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成，细胞分化的本质是基因的选择性表达，生物的性状主要通过蛋白质表现。
1.生命观念：结合DNA双螺旋结构模型，阐明DNA分子通过转录和翻译等过程表达遗传信息；理解多聚核糖体现象的本质，利用结构与功能观，认识到其对提高翻译效率的意义。
2．科学思维：利用分析与综合的方法，比较归纳转录和翻译在时间、场所、模板、产物、原料、酶、能量、过程、碱基互补配对方式及特点等方面的相同与不同。
3．科学思维：通过分析相关资料，利用物质与能量观，分析原核生物、真核生物、DNA病毒和RNA病毒遗传信息流动的规律，归纳出遗传信息流动的中心法则。
4．社会责任：利用中心法则的原理，根据相关资料分析不同药物杀菌抗病毒的机理，科学选择药物，促进人体健康的恢复。
研习1　RNA的组成及种类
[梳理教材]
1．RNA的基本单位及组成

①________　②________　③碱基：________
④________
2．RNA的种类及功能
项目
mRNA
tRNA
rRNA
名称
________
转运RNA
________
结构
____链
____链，呈三叶草形
单链
功能
传递遗传信息，蛋白质合成的模板
____________
________
答案：
1．①磷酸　②核糖　③A、U、G、C　④核糖核苷酸
2．信使RNA　核糖体RNA　单　单　识别密码子，运载氨基酸　参与构成核糖体
[归纳总结]
RNA和DNA的区别
比较项目
DNA
RNA
化学组成
基本组成元素
均只含有C、H、O、N、P五种元素
基本组成单位
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
碱基
A、G、C、T
A、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
[拓展提升]
三种RNA的比较
项目
mRNA
tRNA
rRNA
分布部位
细胞核与细胞质中
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功能相同：都与翻译有关
[即时练习]
1．判断
(1)DNA通常是双链，RNA一般为单链。(　　)
(2)DNA和RNA都含有核糖。(　　)
(3)RNA是某些原核生物的遗传物质。(　　)
答案：(1)√
(2)×　DNA含有脱氧核糖，RNA含有核糖。
(3)×　真核生物、原核生物和DNA病毒的遗传物质都是DNA，只有RNA病毒的遗传物质是RNA。
2．下列有关DNA和RNA的叙述中，正确的是(　　)
A．DNA和RNA是同一物质在不同时期的两种形态
B．DNA和RNA的基本组成单位是一样的
C．—AGCTGA—既可能是DNA的碱基序列，也可能是RNA的碱基序列
D．mRNA的碱基序列，取决于DNA的碱基序列，同时又决定蛋白质中氨基酸的序列
答案：D　解析：DNA和RNA是两类不同的核酸，A项错误；DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸，RNA的基本组成单位是核糖核苷酸，B项错误；T为DNA的特有碱基，所以含有T的核苷酸序列只能是DNA，不可能是RNA，C项错误；DNA上的遗传信息通过转录转移到mRNA上，mRNA通过翻译指导蛋白质的合成，D项正确。

研习2　遗传信息的转录
[梳理教材]

答案：
细胞核　一条链　4种游离的核糖核苷酸　RNA聚合酶　碱基　碱基互补配对　一条链　核糖核苷酸　RNA　DNA链　双螺旋　mRNA、tRNA、rRNA
[延伸思考]
(1)转录时，需要解旋吗？需要解旋酶吗？为什么？
提示：需要解旋，因为DNA双链只有解开螺旋才能为转录提供模板；不需要解旋酶，因为RNA聚合酶本身就兼有解旋的作用。
(2)转录时，RNA子链的延伸方向如何？与RNA聚合酶的移动方向一致吗？
提示：5′­端→3′­端；一致。
(3)转录时，RNA子链与其模板链之间进行碱基互补配对，碱基互补配对的方式共有几种？分别是什么？所形成的碱基对共有几种？分别是什么？
提示：4种；A与T、U与A、G与C、C与G；4种；A－U、T－A、G－C和C－G。
(4)转录只能形成mRNA一种RNA吗？转录形成的RNA中一定没有氢键吗？
提示：转录可以形成mRNA、tRNA和rRNA等；不一定，转录形成的tRNA中含有氢键。
[即时练习]
1．判断
(1)遗传信息的转录产物只有mRNA。(　　)
(2)以基因中DNA的两条链为模板转录所得到的mRNA是相同的。(　　)
(3)细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生。(　　)
答案：(1)×　tRNA、mRNA和rRNA等都是通过相应的DNA转录产生的。
(2)×　转录只能以DNA的一条链为模板。
(3)×　叶绿体和线粒体内也会发生转录的过程。
2．下图表示细胞核中所完成的mRNA的形成过程示意图，有关叙述正确的是(　　)

A．图中RNA聚合酶的移动方向是从左向右
B．图中a链和b链上所携带的遗传信息相同
C．图示RNA—DNA杂交区域中DNA上的A与RNA上的T配对
D．DNA双螺旋解开需要解旋酶的参与，同时消耗能量
答案：A　解析：依图示，RNA聚合酶的移动方向是从左向右；a链和b链碱基互补，二者所携带的遗传信息不同；图示中RNA—DNA杂交区域中DNA上的A与RNA上的U配对；RNA聚合酶本身具有解旋功能，转录不需要解旋酶的参与。
研习3　遗传信息的翻译
[梳理教材]
1．翻译的概念

2．密码子与反密码子
(1)密码子与反密码子的比较
项目
密码子
反密码子
种类
________种
目前发现有很多种(61种)
位置
________上
________一端
实质
决定一个氨基酸的
3个相邻的碱基
与mRNA________发生碱基互补配对的3个相邻的碱基
①在正常情况下，UGA是________；但在特殊情况下，UGA可以编码硒代半胱氨酸。
②在原核生物中，GUG也可以作________，此时它编码________。
(2)密码子的两种特性
①简并性：绝大多数氨基酸都有几个________的现象。
②________性：地球上几乎所有的生物都共用同一套遗传密码。
3．翻译的过程

4．翻译能精确进行的2个原因

5．翻译能高效进行的原因
1个mRNA可以相继结合________个核糖体，同时进行多条相同肽链的合成。
答案：
1．mRNA　核糖体　顺序　蛋白质
2．(1)64　mRNA　tRNA　密码子　①终止密码子　②起始密码子　甲硫氨酸　(2)①密码子　②通用
4．mRNA　碱基互补配对
5．多
[延伸思考]
(1)翻译时，蛋白质的合成通常是从mRNA的哪里开始，到哪里结束？
提示：从起始密码子开始，到终止密码子结束。
(2)翻译时，核糖体的移动方向如何？
提示：从mRNA的5′­端向3′­端移动。
(3)翻译时，携带氨基酸的tRNA都与核糖体上同一个tRNA结合位点结合吗？
提示：不是，与起始密码子对应的tRNA结合在核糖体上的一个tRNA结合位点上，后续的tRNA结合在另外一个位点上。
(4)携带肽链的tRNA会先后占据核糖体上的几个tRNA结合位点？
提示：2个。
[拓展提升]
一、遗传信息的转录和翻译
1．过程
(1)图解


(2)分析

2．比较
项目
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
细胞质的核糖体
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
模板
去向
恢复原样，与非模板链重新绕成双螺旋结构
分解成单个核苷酸
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→mRNA
mRNA→蛋白质
意义
表达遗传信息，使生物表现出各种性状
3.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，②③④⑤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，②③④⑤表示正在合成的4条mRNA在核糖体上同时进行翻译过程。
[特别提醒]
转录和翻译中应注意的问题
(1)转录产物：并非只有mRNA，还有tRNA和rRNA。
(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：宿主细胞内(遗传物质的复制、转录、翻译)。
(3)真核生物先转录再翻译，原核生物边转录边翻译。
4．密码子的简并性
(1)含义：一种氨基酸由多个密码子决定的情况被称为密码子的简并性。
(2)实例和意义：亮氨酸的密码子有6种(UUA、UUG、CUU、CUC、CUA、CUG)，若编码亮氨酸的密码子CUA的一个碱基发生变化，可能的变化情况有9种，其中不会引起氨基酸变化的有5种，该实例说明密码子的简并性在一定程度上能防止由于碱基的改变而导致的遗传信息的改变。
二、遗传信息、密码子、反密码子与氨基酸之间的关系
1．遗传信息、密码子、反密码子之间的区别及联系
项目
遗传信息
密码子
反密码子
概念
基因中脱氧核苷酸的排列顺序
mRNA中决定一个氨基酸的3个相邻碱基
tRNA中与密码子互补配对的3个碱基
位置
主要在DNA中
mRNA
tRNA
作用
控制生物的性状
直接决定蛋白质中氨基酸序列
识别密码子，转运氨基酸
种类
多样性
64种
61种
图解

2.密码子、反密码子、氨基酸数量的对应关系

由上图得出如下结论：
(1)由①⑥知：除终止密码子外，一种密码子对应一种反密码子。
(2)由④⑤知：一种氨基酸对应一种或多种密码子(或反密码子)。
(3)由②③知：一种密码子(除终止密码子)或一种反密码子只对应一种氨基酸。
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”等的分析
①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。
②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。
[即时练习]
1．判断
(1)每种氨基酸都具有两种或两种以上的密码子。(　　)
(2)核糖体的翻译通常是从mRNA上的起始密码子开始到终止密码子结束。(　　)
(3)tRNA一经发挥作用便迅速被酶分解而无法重复使用。(　　)
答案：(1)×　部分氨基酸只有一种密码子。
(2)√
(3)×　tRNA可以多次重复发挥作用。
2．下图为蛋白质的合成过程示意图，请据图回答有关问题：

(1)图中发生在细胞核中的过程是________。
(2)图中基因表达的最后阶段是在[　　]________上完成的，这一过程中还需要mRNA、[④]氨基酸、________、________和________。
(3)图中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)图示mRNA上可以同时有多个核糖体合成肽链，这个mRNA同时合成的肽链的结构________(填“相同”或“不相同”)，原因是________________________________________________________________________。
答案：(1)转录　(2)⑤核糖体　酶　tRNA　ATP　(3)密码子　tRNA　(4)相同　翻译的模板都是同一个mRNA
解析：(1)图中细胞核中DNA分子正在进行转录。(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3个相邻的碱基，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)同一个mRNA上连接的多个核糖体合成的肽链结构是相同的，因为翻译的模板相同。
【解题探究】
(1)抓准题眼：图示为蛋白质的合成过程，细胞具有核膜，为________细胞。
(2)扫清障碍：通过模板和产物判断转录和翻译过程，以DNA为模板合成________为转录，以mRNA为模板合成________为翻译。
答案：(1)真核　(2)RNA　蛋白质
【互动探究】
(1)据图分析，转录类似于DNA复制的过程，即边解旋边转录，两过程中关键的不同点是什么？
(2)图示中核糖体在mRNA上是向左还是向右移动？为什么？
答案：(1)转录时，以DNA的一条链为模板，以核糖核苷酸为原料；而DNA复制时，则以DNA的两条链为模板，以脱氧核苷酸为原料。
(2)核糖体在mRNA上向右移动。新的氨基酸在右侧加入进行脱水缩合。
研习4　中心法则
[梳理教材]
1．提出者：________。
2．内容

①DNA复制：遗传信息从________流向________。
②转录：遗传信息从________流向________。
③翻译：遗传信息从________流向________。
3．发展
发展内容
信息流动
举例
RNA自我复制
遗传信息从____流向____
烟草花叶病毒
RNA________
遗传信息从____流向____
HIV
完善后的中心法则，用图解表示为：

4．生命是物质、能量和信息的统一体
在遗传信息的流动过程中，________是信息的载体，________是信息的表达产物，而________为信息的流动提供能量。
答案：
1．克里克
2．①DNA　DNA　②DNA　RNA　③RNA　蛋白质
3．RNA　RNA　逆转录　RNA　DNA
4．DNA、RNA　蛋白质　ATP
[拓展提升]
1．“三看”法判断中心法则的各个过程

2.中心法则中几个过程的比较
比较项目
模板
原料
碱基
互补
产物
实例
DNA复制
(DNA→
DNA)
DNA
两条链
含A、T、G、C的四种脱氧核苷酸
A—T
G—C
DNA
绝大多数生物
DNA转录
(DNA→
RNA)
DNA
一条链
含A、U、G、C的四种核糖核苷酸
A—U
T—A
G—C
RNA
绝大多数生物
RNA复制
(RNA→
RNA)
RNA
含A、U、G、C的四种核糖核苷酸
A—U
G—C
RNA
以RNA为遗传物质的生物，如烟草花叶病毒
RNA
逆转录
(RNA→
DNA)
RNA
含A、T、G、C的四种脱氧核苷酸
A—T
U—A
G—C
DNA
某些致癌病毒、艾滋病病毒
翻译
(RNA→
多肽)
mRNA
21种氨基酸
A—U
G—C
多肽
所有生物
[即时练习]
1．判断
(1)中心法则表示的是遗传信息的流动过程。(　　)
(2)遗传信息只能从DNA流向RNA，进而流向蛋白质。(　　)
(3)DNA病毒中没有RNA，其遗传信息的传递不遵循中心法则。(　　)
答案：(1)√
(2)×　遗传信息既可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质，也可以从DNA流向DNA，从RNA流向RNA，从RNA流向DNA。
(3)×　病毒遗传信息的流动也遵循中心法则。
2．结合图表分析，下列有关说法正确的是(　　)

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解旋酶(可促进DNA螺旋化)
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③
B．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
答案：A　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；环丙沙星可促进DNA螺旋化，不利于DNA复制和转录；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RNA病毒才能进行。

网络构建
要语必背

1.RNA与DNA在化学组成上的区别是RNA中含有核糖和尿嘧啶，DNA中含有脱氧核糖和胸腺嘧啶。
2．转录是以DNA的一条链为模板合成RNA的过程，主要发生在细胞核中，以4种核糖核苷酸为原料。
3．密码子的简并性：绝大多数氨基酸都由多种密码子来决定。
4．翻译过程中，mRNA相对静止，核糖体沿着mRNA移动，核糖体移动的方向就是翻译的方向。
5．遗传信息的传递过程中遵循碱基互补配对原则。
6．并非所有的生物都能进行中心法则的5种生理过程。RNA的复制和逆转录只发生在被RNA病毒寄生的细胞中。
[巩固提升]
1．已知某DNA的一条链上的部分碱基序列为—A—C—G—T—，那么以另一条链为模板，经转录后得到的mRNA中部分碱基序列为(　　)
A．—T—G—C—A— B．—A—C—G—T—
C．—U—G—C—A— D．—A—C—G—U—
答案：D　解析：已知某DNA的一条链上的部分碱基序列为—A—C—G—T—，则另一条链为—T—G—C—A—。在转录的过程中，遵循碱基互补配对原则，即A与U配对，T与A配对，C和G配对，因此以—T—G—C—A—为模板，经转录后得到的mRNA中部分碱基序列为—A—C—G—U—。
2．某蛋白质由2条多肽链组成，共含42个氨基酸，若氨基酸的平均相对分子质量为110，则形成该蛋白质时脱掉的水分子数、该蛋白质的相对分子质量及编码该蛋白质的mRNA的碱基数至少是(　　)
A．41、3 882、512 B．41、3 882、126
C．40、3 900、126 D．40、3 900、132
答案：C
3．下图为真核细胞中多聚核糖体合成蛋白质的示意图，下列叙述错误的是(　　)

A．①只有与⑥结合后才能发挥它的作用
B．①在真核细胞中合成的场所只有细胞核
C．①上的一个密码子最多决定一种氨基酸
D．初始合成产物②③④⑤的氨基酸序列相同
答案：B　解析：①为mRNA，⑥为核糖体，mRNA只有与核糖体结合后才能进行翻译，A项正确；①所示的mRNA是转录的产物，在真核细胞中合成mRNA的场所有细胞核、线粒体、叶绿体，B项错误；密码子位于①所示的mRNA上，一个密码子最多决定一种氨基酸，C项正确；②③④⑤都是正在合成的肽链，合成这些肽链的模板相同，都是①所示的mRNA，所以初始合成产物②③④⑤的氨基酸序列相同，D项正确。
4．下图为真核细胞蛋白质合成过程中必需的两种物质(甲、乙)，下列有关叙述正确的是(　　)

A．遗传信息位于甲上
B．乙由3个碱基组成
C．甲的合成需要RNA聚合酶的参与
D．乙可以转运多种氨基酸
答案：C　解析：由图可知，甲为mRNA，乙为tRNA。遗传信息位于DNA上，A错误；tRNA是由一条单链RNA通过折叠形成的，由多个碱基组成，B错误；一种tRNA只能转运一种氨基酸，D错误；mRNA是在RNA聚合酶催化作用下以DNA分子的一条链为模板转录形成的，C正确。
5．许多病毒会使人体患病，下图是一种病毒的基本结构和该病毒进入细胞后复制繁殖的过程。据图回答下列问题。

(1)图甲病毒的主要成分是______________。
(2)分析图乙，病毒在生命活动中的一个显著特征是________。
(3)图乙中①表示的是________过程，通过④过程形成的是________的RNA。
(4)图丙表示的是生物体内遗传信息的传递过程，在遗传学上称为________。请在图乙的①～⑦中选择恰当的序号填入图丙中的括号内。


答案：(1)蛋白质、核酸　(2)寄生性　(3)逆转录　病毒　(4)中心法则　④　⑥
解析：(1)病毒是非细胞结构的生物，由蛋白质和核酸组成。(2)病毒自身没有能量供给和酶系统，不能独立生活，只有寄生在活细胞内才能生存。(3)由图乙信息可知，①表示由RNA合成DNA的逆转录过程，④过程是转录。病毒RNA逆转录形成双链DNA进入宿主细胞的细胞核，整合到宿主细胞染色体DNA上，再转录形成病毒RNA。(4)图丙表示遗传信息的传递过程，称为中心法则，图中由DNA形成RNA是转录过程，由RNA形成蛋白质是翻译过程，分别对应图乙中的④和⑥。