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教案及反思

这是一份高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第1节 基因指导蛋白质的合成教案及反思，共14页。
第1节　基因指导蛋白质的合成[学习目标]　1.简述DNA与RNA的主要区别。2.概述遗传信息的转录与翻译过程。3.说明密码子、反密码子、遗传信息之间的关系。4.结合“中心法则的提出及其发展”归纳并理解中心法则。知识点一　遗传信息的转录1．基因的表达：基因可以控制蛋白质的合成，这个过程就是基因的表达。2．RNA可以作为信使的原因(1)RNA是由基本单位——核糖核苷酸连接而成的，核糖核苷酸含有4种碱基，这些特点使得RNA具备准确传递遗传信息的可能。①组成RNA的五碳糖是核糖，组成DNA的五碳糖是脱氧核糖。②RNA特有的碱基是U，DNA特有的碱基是T。(2)RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。3．RNA的种类 4．遗传信息的转录(1)概念：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。(2)图示mRNA合成方向是5′－端到3′－端。  　　除了mRNA、tRNA、rRNA，还有没有具备其他功能的RNA?提示：有。有的RNA具有催化功能(如少数酶的本质是RNA)；有的RNA可作遗传物质(如RNA病毒)。　　转录的场所一定是细胞核吗？提示：不一定，含有DNA的部位(线粒体、叶绿体、拟核、质粒)均可转录。　　1．一个DNA分子上有很多基因，转录是以基因的一条链为模板的。(√)2．转录与DNA复制都遵循碱基互补配对原则，且配对方式相同。(×)3．由于基因选择性表达，一个DNA分子在不同细胞内转录出来的mRNA不完全相同。(√)4．三种RNA均由DNA转录而来。(√)(3)过程(以合成mRNA为例)第1步：DNA双链解开，DNA双链的碱基得以暴露。当细胞开始合成某种蛋白质时，RNA聚合酶与编码这个蛋白质的一段DNA结合，使得DNA双链解开，双链的碱基得以暴露。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。第4步：合成的mRNA从DNA链上释放，而后DNA双螺旋恢复。 　　场所：主要在细胞核中模板：DNA的一条链原料：4种游离的核糖核苷酸能量：ATP酶：RNA聚合酶产物：RNA[例1]　下列有关真核生物转录过程的叙述，正确的是(　　)A．转录的场所只有细胞核B．DNA双链解开需要RNA聚合酶C．a为DNA，b为RNA，c为RNA聚合酶，转录方向为3′端到5′端，即从左到右D．游离的脱氧核糖核苷酸在RNA聚合酶的作用下合成RNA解题分析　真核生物转录的主要场所是细胞核，少量在线粒体和叶绿体，A错误；转录方向为从5′端到3′端，C错误；核糖核苷酸在RNA聚合酶的作用下合成RNA，D错误。答案　B[例2]　下列叙述正确的是(　　)A．胞嘧啶存在于RNA中而不存在于DNA中B．核糖存在于RNA中而不存在于DNA中C．mRNA合成于细胞核并在细胞核中传递遗传信息D．DNA都是双螺旋结构而RNA是单链结构解题分析　胞嘧啶是组成核苷酸的基本组成成分之一，在RNA和DNA中都存在，A错误；核糖存在于RNA中，不存在于DNA中，而构成DNA的五碳糖是脱氧核糖，B正确；一般情况下，mRNA在细胞核中合成，并在细胞质中发挥作用，C错误；结构上，DNA一般为双螺旋结构，RNA通常为单链结构，D错误。答案　B方法技巧DNA与RNA的快速判定知识点二　遗传信息的翻译1．概念：游离在细胞质中的各种氨基酸，就以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质，这一过程叫作翻译。2．实质：将mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。3．密码子(1)含义：mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基叫作1个密码子。 　　1．每种密码子都有对应的反密码子。(×)2．tRNA中只含有三个含氮碱基。(×)3．细胞中能运输氨基酸的物质，其化学本质为蛋白质。(×)4．3种RNA都参与翻译过程，只是作用不同。(√)5．翻译过程中mRNA并不移动，只是核糖体沿mRNA移动。(√)(2)种类：64种。①一般情况下，能编码氨基酸的密码子有61种，其中包含起始密码子2种AUG、GUG。②不编码氨基酸的密码子有3种，为终止密码子，UAA、UGA、UAG。(3)密码子与氨基酸对应关系①一种密码子决定1个氨基酸，GUG除外。②1个氨基酸可能对应一种或多种密码子。4．tRNA(1)结构：比mRNA小得多，类似三叶草的叶形，一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个相邻的碱基能和mRNA上的密码子互补配对，叫作反密码子。(2)功能：携带并转运氨基酸，识别密码子。(3)种类：61种。(4)与氨基酸对应关系①每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。②一种氨基酸可由一种或几种tRNA运输。5．翻译过程(1)第1步起始：mRNA进入细胞质，与核糖体结合。携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1。(2)第2步运输：携带某个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2。(3)第3步脱水缩合：甲硫氨酸与这个氨基酸形成肽键，从而转移到位点2的tRNA上。(4)第4步延伸：核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子。原位点1的tRNA离开核糖体，原位点2的tRNA进入位点1，一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。(5)第5步终止：随着核糖体的移动，tRNA以上述方式将携带的氨基酸输送过来，以合成肽链。直到核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成才告终止。(6)第6步脱离：肽链合成后，就从核糖体与mRNA的复合物上脱离，通常经过一系列步骤，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子，然后开始承担细胞生命活动的各项职责。6．转录和翻译过程都有A—U和T—A的配对。(×)　　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，为什么？提示：能。不能，因为有几种密码子决定同一种氨基酸的情况。    　　几乎所有生物共用一套密码子给我们什么启示？提示：生物界具有统一性。  　　场所：核糖体(rRNA和蛋白质组成)原料：氨基酸模板：mRNA转运工具：tRNA原则：碱基互补配对原则产物：蛋白质　　多聚核糖体上合成的多条肽链是否相同？提示：相同，因为模板链mRNA相同。[例1]　下列相关叙述正确的是(　　)A．密码子有64种，每个密码子都与一个反密码子相对应B．反密码子位于mRNA上，密码子位于tRNA上C．除原核生物外，一个密码子最多只能对应一个氨基酸D．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解题分析　密码子有64种，三个终止密码子不编码氨基酸，故终止密码子不与反密码子相对应，A错误；反密码子位于tRNA上，密码子位于mRNA上，B错误；真核生物中一个密码子最多只能对应一个氨基酸，原核生物中GUG可对应两种氨基酸，C正确；由于密码子的简并性，绝大多数氨基酸可以对应多种tRNA，但是每个tRNA只可以对应一种氨基酸，D错误。答案　C[例2]　如图为基因表达过程的示意图，下列叙述正确的是(　　)A．①是DNA，其一条链可进入细胞质作为转录的模板B．该图可以表示原核生物基因表达过程C．③是核糖体，翻译过程中③将由3′向5′方向移动D．④是tRNA，一端能结合氨基酸的部位是3′，另一端的反密码子能识别mRNA上的密码子解题分析　据图可判断①②③④依次代表DNA、mRNA、核糖体、tRNA，其中②mRNA是以①DNA的一条链为模板合成的，场所是细胞核，A错误；原核生物是在细胞质中边转录边翻译的，B错误；③核糖体沿着mRNA由5′向3′方向移动，C错误。答案　D题后归纳1.翻译进程：核糖体沿着mRNA移动，mRNA不移动。2．一个mRNA上可相继结合多个核糖体，同时合成多条相同的多肽链，而不是多个核糖体共同完成一条肽链的合成。3．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，而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。[例3]　一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽，则此mRNA分子至少含有的碱基个数及合成这段多肽最多需要的tRNA个数，依次为(　　)A．33,11  B．36,12C．12,36  D．11,36解题分析　由题干知此多肽有11个肽键，可推知此多肽应由12个氨基酸脱水缩合而成，对应mRNA上的碱基数目至少应为12×3＝36(个)，而12个氨基酸最多需要12个tRNA来转运。答案　B题后归纳　　　　DNA、mRNA中碱基数与蛋白质中氨基酸数的关系翻译过程中，mRNA上每3个相邻碱基决定一个氨基酸，所以不考虑终止密码时及基因中有的片段不编码蛋白质，经翻译合成的蛋白质分子中的氨基酸数目是mRNA中碱基数目的1/3，是DNA(基因)中碱基数目的1/6。知识点三　中心法则1．提出者：克里克。2．中心法则：遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA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．中心法则的补充：少数生物(如一些RNA病毒)的遗传信息可以从RNA流向RNA以及从RNA流向DNA。　　以DNA作为遗传物质的生物(包括原核生物、真核生物和DNA病毒)的遗传信息流动方向？提示：。4.中心法则图解5．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，DNA、RNA是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，而ATP为信息的流动提供能量，可见，生命是物质、能量和信息的统一体。　　以RNA作为遗传物质的生物的遗传信息流动方向？提示：①；②。 6．总结：中心法则几个过程分析[例1]　下图表示中心法则及其补充的内容，有关说法正确的是(　　)A．①②③分别表示转录、复制、翻译B．人体的所有细胞都具有过程①②③C．在洋葱根尖分生区细胞中只有过程①D．过程①②③④⑤均有碱基互补配对现象解题分析　过程①②③分别表示DNA复制、转录、翻译，A错误；过程①只能发生在分裂的细胞中，B错误；洋葱根尖分生区细胞既可以完成过程①，也能完成过程②③，C错误；图中①②③④⑤中均有碱基互补配对的现象，D正确。答案　D[例2]　在其他条件具备的情况下，在试管中加入物质X和物质Z，可得到相应产物Y。下列叙述正确的是(　　)A．若X是DNA，Y是RNA，则Z是逆转录酶B．若X是DNA，Y是mRNA，则Z是脱氧核苷酸C．若X是RNA，Y是DNA，则Z是限制酶D．若X是mRNA，Y是在核糖体上合成的大分子，则Z是氨基酸解题分析　若X是DNA，Y是RNA，则Z是RNA聚合酶，A错误；若X是DNA，Y是mRNA，则Z是核糖核苷酸，B错误；若X是RNA，Y是DNA，则Z是逆转录酶，C错误；若X是mRNA，Y是在核糖体上合成的大分子，即蛋白质，则Z是氨基酸，D正确。答案　D技法提升由中心法则判断生理过程的方法(1)从模板分析①如果模板是DNA，生理过程可能是DNA复制或DNA转录。②如果模板是RNA，生理过程可能是RNA复制或RNA逆转录或翻译。(2)从原料和产物分析①如果原料为脱氧核苷酸，产物一定是DNA，生理过程可能是DNA复制或逆转录。②如果原料为核糖核苷酸，产物一定是RNA，生理过程可能是DNA转录或RNA复制。③如果原料为氨基酸，产物一定是蛋白质(或多肽)，生理过程是翻译。1．如图表示发生在某细胞内一重要物质的合成过程，下列相关叙述正确的是(　　)A．该图所示①的合成方向为3′→5′B．该图所示过程只发生在细胞核内C．图中A最可能代表核糖体D．③为DNA模板链答案　D解析　图中是以③为模板转录产生RNA的过程，RNA的合成方向为5′→3′，A错误，D正确；转录过程主要发生在细胞核中，原核细胞、叶绿体和线粒体中也有转录过程，B错误；图中A最可能是RNA聚合酶，C错误。2．下列对蛋白质的翻译过程的说法中，错误的是(　　)A．以细胞质中游离的氨基酸为原料B．以核糖体RNA作为遗传信息模板C．以转运RNA为氨基酸运输工具D．合成具有一定氨基酸序列的蛋白质答案　B解析　翻译是以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程，tRNA和rRNA参与蛋白质的合成过程，但这两种RNA不会翻译为蛋白质，B错误，A、D正确；在翻译过程中，搬运工是tRNA，C正确。3．基因、遗传信息和密码子分别是指(　　)①mRNA上核苷酸的排列顺序　②基因中脱氧核苷酸的排列顺序　③DNA上决定氨基酸的3个相邻的碱基④tRNA上一端的3个碱基　⑤mRNA上决定氨基酸的3个相邻的碱基　⑥通常是有遗传效应的DNA片段A．⑤①③  B．⑥②⑤  C．⑤①②  D．⑥③④答案　B解析　基因通常是有遗传效应的DNA片段；遗传信息是基因中脱氧核苷酸的排列顺序；密码子是位于mRNA上决定氨基酸的3个相邻碱基。4．如图代表人体胰岛细胞中发生的某一过程(aa代表氨基酸)，下列叙述正确的是(　　)A．直接给该过程提供遗传信息的是DNAB．核糖体的移动方向为3′→5′C．有多少个密码子，就有多少个反密码子与之对应D．该过程有水产生答案　D解析　翻译的直接模板是mRNA而不是DNA，A错误；核糖体的移动方向为5′→3′，B错误；正常情况下，终止密码子不与氨基酸对应，所以没有与终止密码子对应的反密码子，C错误；氨基酸脱水缩合形成多肽时，此过程有水的生成，D正确。5．下列关于中心法则的叙述中，不正确的是(　　)A．它是指遗传信息在生物大分子间的传递过程B．它首先由英国科学家克里克提出，揭示了遗传的本质C．遗传信息的传递方向不可能从RNA传向DNAD．遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是信息的载体，ATP为信息的流动提供能量答案　C解析　逆转录病毒侵染宿主细胞时存在逆转录酶能催化以RNA为模板合成DNA的过程，C错误。6．中心法则揭示了生物遗传信息由DNA向蛋白质传递的过程。请回答下列问题。(1)图中a、b、c、d所表示的四个过程分别是________、________、________和________。(2)需要tRNA和核糖体同时参与的过程是________(用图中的字母回答)。(3)a过程发生在真核细胞分裂前的________期。(4)在真核细胞中，a和b两个过程发生的主要场所是______________。(5)能特异性识别信使RNA上密码子的分子是________，其能携带的分子是________。(6)RNA病毒的遗传信息传递的途径有(用类似本题图中的形式表述)：①________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________。答案　(1)DNA复制　转录　翻译　逆转录(2)c　(3)间(4)细胞核　(5)tRNA(转运RNA)　氨基酸(6)如下图：―→蛋白质　RNARNA蛋白质解析　据图可知：a表示DNA的复制，b表示转录，c表示翻译，d表示逆转录，e表示RNA的自我复制，其中d、e过程，仅发生在某些病毒中，其中DNA复制发生在真核细胞分裂前的间期，主要在细胞核内进行，转录也主要在细胞核内进行，形成的mRNA从核孔出来进入细胞质，与核糖体结合起来，作为翻译的模板，由tRNA作为运输工具，搬运氨基酸进行脱水缩合，tRNA上有反密码子，与mRNA上的密码子进行碱基互补配对。