高中生物第四章遗传的分子基础第三节基因控制蛋白质的合成教学案苏教版.docx

第三节 基因控制蛋白质的合成学习目标：1.基因的本质，基因、DNA和染色体的关系2转录和翻译的过程3基因的功能及中心法则的内容4基因、环境与性状的关系5人类基因组计划的内容教材梳理一、从基因到蛋白质1基因的概念基因是DNA分子上具有遗传效应的片段；基因的表达是通过基因控制蛋白质的合成来实现的。2转录和翻译(1)转录：过程：遗传密码子：a概念：mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基。b种类：64种。(2)翻译：概念：按照mRNA上密码子的信息指导氨基酸分子合成多肽链的过程。场所：细胞质。条件：mRNA、tRNA、核糖体、多种氨基酸和多种酶的共同参与。过程：遗传信息传递方向：mRNA多肽。二、基因对性状的控制1基因的主要功能：把遗传信息转变为由特定的氨基酸按一定的顺序构成的多肽和蛋白质，从而决定生物体的性状。3信息流：遗传信息可以从DNA流向DNA，即完成DNA的自我复制过程，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过程。4完善：历经考验后的中心法则，补充了遗传信息从RNA流向RNA以及从RNA流向DNA这两条途径，比以往更加完善。5基因对性状的控制(1)生物体的性状包括生物体所表现出来的形态特征和生理生化特性。(2)生物体的一个性状有时由1个基因决定，有时受多个基因的影响；单个基因也会影响同一生物体的多种性状。三、人类基因组计划1启动时间：1990年。2主要内容：完成人体24条染色体上的全部基因的遗传图谱、物理图谱和序列图谱和基因图谱绘制。牛刀小试一、遗传信息的转录1结合第四章第二节DNA的结构，比较DNA和RNA。2.遗传信息、密码子、反密码子的比较存在位置含义生理作用 遗传信息DNA脱氧核苷酸(碱基对)的排列顺序直接决定mRNA中碱基的排列顺序，间接决定氨基酸的排列顺序密码子mRNAmRNA上 3个相邻的碱基直接决定氨基酸的排列顺序反密码子_tRNA与密码子互补的3个碱基识别密码子3.仔细分析教材P77图412，探究下列问题：如下所示为一段DNA分子，如果以链为模板进行转录，试回答下列问题： (1)写出对应的mRNA的碱基序列。提示：AUGAUAGGGAAAC。(2)转录成的RNA的碱基序列，与作为模板的DNA单链的碱基序列有何关系？与DNA的另一条链的碱基序列相比有哪些异同？提示：转录成的RNA的碱基序列，与作为模板的DNA单链的碱基序列互补配对。相同点：a.碱基数目相等；b.都含A、G、C 3种碱基。不同点：RNA中含有U，DNA中含有T。二、遗传信息的翻译1结合教材P79表41中20种氨基酸的密码子表思考：(1)密码子有多少种？在蛋白质合成过程中都决定氨基酸吗？提示：密码子共有64种，但有3种为终止密码子，不决定氨基酸，决定氨基酸的密码子有61种。(2)一种氨基酸可能对应几个密码子，这一现象称做密码的简并，密码的简并对生物体的生存发展有什么意义？提示：密码的简并在遗传的稳定性和提高翻译速率上有一定的意义，具体如下：当密码子中有一个碱基改变时，由于密码的简并，可能并不会改变对应的氨基酸。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率。2结合图解，思考：(1)基因中的碱基数、mRNA分子中的碱基数、蛋白质分子中的氨基酸数之间有何数量关系？提示：基因中的碱基、mRNA分子中的碱基与蛋白质分子中的氨基酸三者之间的数量比为631。(2)在蛋白质合成过程中，DNA中碱基数、mRNA中碱基数、氨基酸数是否一定遵循以上数量关系？提示：不一定。因在一段多肽链对应的mRNA中含有不编码氨基酸的终止密码子，而在其对应的DNA中，还含有一些不能转录为mRNA的DNA片段。3判断正误(1)氨基酸与密码子之间具有一一对应的关系。()(2)转录过程也遵循碱基互补配对原则，即A与T配对，G与C配对。()(3)基因上决定一个氨基酸的三个相邻碱基是一个密码子。()(4)tRNA只含三个碱基，它在翻译过程中起到重要作用。()(5)终止密码子是能使转录过程终止的密码子。()4连线三、基因对性状的控制和人类基因组计划1阅读教材P8283，探究下列不同生物的遗传信息是如何传递的。(用中心法则表示)(1)以DNA为遗传物质的生物中遗传信息是如何传递的？请书写传递过程图解。提示：。(2)在以RNA为遗传物质的生物中遗传信息是如何传递的？请书写传递过程图解。含有RNA复制酶的生物：提示：。含有逆转录酶的生物：提示：。2病毒的遗传信息传递过程能发生在病毒自身体内吗？提示：不能。只能发生在宿主细胞内。3判断正误(1)细胞生物可发生“中心法测”中的全部箭头所表示的信息流。()(2)由于人体细胞中X、Y染色体差别较大，故“人类基因组计划”要测定24条染色体的遗传序列。() 重难突破一、DNA复制与转录、翻译的比较项目DNA复制转录翻译场所主要是细胞核主要是细胞核主要是细胞质中的核糖体模板DNA的两条链DNA的一条链mRNA原料4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸20种氨基酸时间细胞分裂间期生物生长发育的过程中产物2个相同的DNARNA(mRNA、tRNA、rRNA)有一定氨基酸排列顺序的蛋白质特点边解旋边复制，半保留复制边解旋边转录，DNA仍保留1个mRNA分子可结合多个核糖体，提高合成蛋白质的速度研究方法可用放射性同位素标记“T”可用放射性同位素标记“U”可用放射性同位素标记“氨基酸”联系特别提醒(1)一个mRNA翻译出的多肽链不一定是一条，可以同时附着多个核糖体，翻译出多条多肽链。(2)从核糖体上脱离下来的只是肽链，肽链还要进一步加工，才能成为具有生物活性的蛋白质。二、转录、翻译中的有关计算1基因中碱基、RNA中碱基和氨基酸的数量关系(1)转录时只以DNA的一条链为模板，因此转录形成的mRNA分子中的碱基数目是基因中碱基数目的1/2。(2)翻译过程中，mRNA中每3个碱基决定1个氨基酸，所以经翻译合成的蛋白质分子中氨基酸数目是mRNA中碱基数目的1/3。2基因控制蛋白质合成过程中的几种数量关系基因中碱基数mRNA中碱基数蛋白质中氨基酸数631。特别提醒(1)上述比例关系只是针对基因中的碱基，而不是整个DNA分子。(2)由于终止密码子的存在，mRNA中碱基数比氨基酸数的3倍还要多一些，注意题目中是否有限定词，如“最少”等。三、基因与性状的关系1生物体的性状是由基因决定的，常见的是一个基因决定一个性状，但有些基因还会影响多种性状。另外，生物体的一个性状有时还受多个基因的影响，如身高。2生物的性状是由基因决定的，同时还受环境条件的影响，性状是基因和环境共同作用的结果，即表现型基因型环境条件。考向聚焦例1(浙江高考)某生物基因表达过程如图所示，下列叙述与该图相符的是()A在RNA聚合酶作用下DNA双螺旋解开BDNARNA杂交区域中A应与T配对CmRNA翻译只能得到一条肽链D该过程发生在真核细胞中解析在进行转录时，RNA聚合酶与DNA分子的某一启动部位相结合，使DNA片段的双螺旋解开，选项A正确；图示DNA上的碱基A应与RNA上的碱基U配对，选项B错误；图示一个mRNA分子上有若干个核糖体同时进行多条多肽链的合成，故选项C错误；由图示知，转录该细胞和翻译是同时进行的，只能发生在原核细胞内，选项D错误。答案A例2 科学家证实：引起艾滋病的人类免疫缺陷病毒(HIV)是一种逆转录病毒。下列能正确表示HIV感染人体过程的“遗传信息流”的示意图是()A.B.C.D.解析 HIV是以RNA为遗传物质的病毒，能控制宿主细胞合成逆转录酶，以RNA为模板逆转录生成DNA，该DNA和人体细胞核内的DNA整合在一起，整合后的HIV的DNA分子在人体细胞中复制、转录出RNA，以RNA为模板翻译成病毒的蛋白质。该DNA转录而来的RNA可作为HIV的遗传物质。该病毒无法控制宿主细胞合成RNA复制所需要的酶，故HIV的RNA不能复制。答案D 例3下面为脉孢霉体内精氨酸的合成途径示意图：从图中可得出()A一种物质的合成只受一个基因的控制B基因可通过控制酶的合成来控制代谢C若基因不表达，则基因和也不表达D若基因不存在，但瓜氨酸仍可合成精氨酸琥珀酸解析基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，从而控制生物的性状。由示意图可知，精氨酸的合成需要酶的参与，而它们分别受基因的控制。基因具有一定的独立性，基因不表达时，基因、仍可表达，只是无法合成精氨酸。若基因不存在，酶不能合成，则瓜氨酸精氨酸琥珀酸的途径不能进行。答案B基因、蛋白质、环境和性状之间的关系课堂归纳网络构建填充：转录翻译逆转录核糖体核糖核苷酸关键语句1以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则合成RNA的过程称转录。2转录产生的RNA有信使RNA(mRNA)、核糖体RNA(rRNA)和转运RNA(tRNA)等。通过转录，DNA分子把遗传信息传递到mRNA上。3mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻碱基叫做一个遗传密码子，在全部64个密码子中，有61个密码子负责20种氨基酸的编码，其余3个为终止密码子，不编码任何氨基酸，作用是终止翻译过程。4翻译是指在细胞质中的核糖体上，严格按照mRNA上密码子的信息指导氨基酸分子合成为多肽链的过程。5tRNA的一端携带一个氨基酸，另一端有相对应的3个特定碱基，这3个碱基只能专一性地与mRNA上相对应的3个碱基配对。6基因的主要功能：把遗传信息转变为由特定的氨基酸按一定的顺序构成的多肽和蛋白质，从而决定生物体的性状。7生物体的基因组成(基因型)是性状表现必须具备的内在因素，生物体的一个性状有时受多个基因影响，而有些基因还会影响多种性状。表现型基因型环境。8人类基因组计划的主要内容：完成人体24条染色体上的全部基因的遗传图谱、物理图谱、序列图谱和基因图谱的绘制。知识点一、从基因到蛋白质1对一个基因的正确描述是()基因是DNA分子上特定的片段它的分子结构首先由摩尔根发现它决定着某一遗传性状或功能它的化学结构不会发生变化A和B和C和 D和解析：选B基因是指具有遗传效应的DNA片段，即特定的片段；基因通过控制蛋白质的合成来实现对某遗传性状的控制或决定某一功能，如催化功能(酶)、调节功能(激素)；基因的化学结构在一定的内、外环境条件影响下也会发生变化。2(海南高考)关于RNA的叙述，错误的是()A少数RNA具有生物催化作用B真核细胞内mRNA和tRNA都是在细胞质中合成的CmRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基称为密码子D细胞中有多种tRNA，一种tRNA只能转运一种氨基酸解析：选B真核细胞内的mRNA和tRNA主要是在细胞核中合成的；少数RNA是酶，具有催化作用；mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基称为一个密码子；tRNA具有特异性，一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。3多选DNA复制和转录的共同点是()A需要多种酶参与B只在细胞核内进行C遵循碱基互补配对原则D不需要ATP提供能量解析：选ACDNA复制和转录都以DNA为模板，DNA主要存在于细胞核内，但在叶绿体和线粒体中也含有少量的DNA，故DNA复制和转录可在细胞核内进行，也可在叶绿体和线粒体中进行。DNA复制和转录过程都需要ATP提供能量。4下列对中心法则所包含的各个过程的理解，不正确的是()A都在细胞核中进行B都需要细胞提供能量C都需要模板、酶和原料D都遵循碱基互补配对原则解析：选A中心法则的内容是：，翻译过程在核糖体上进行。5同一物种的两类细胞各产生一种分泌蛋白，组成这两种蛋白质的各种氨基酸含量相同，但排列顺序不同。其原因是参与这两种蛋白质合成的()AtRNA种类不同BmRNA碱基序列不同C核糖体成分不同D同一密码子所决定的氨基酸不同解析：选B蛋白质中各种氨基酸的排列顺序是由mRNA上碱基序列所决定的。知识点二、基因对性状的控制6如图为人体内蛋白质合成的一个过程，据图回答：(1)图中所合成肽链的原料来自_和_。(2)图中所示属于基因控制蛋白质合成过程中的_步骤；该步骤发生在细胞的_部分。(3)图中是_，是_。按从左到右的次序写出内mRNA区段所对应的DNA中模板链的碱基排列顺序_。(4)该过程不可能发生在()A神经细胞 B肝细胞C成熟的红细胞 D脂肪细胞解析：图示为翻译步骤：以mRNA为模板，以tRNA为转运工具，按照碱基互补配对原则，形成具有一定氨基酸顺序的蛋白质。成熟的红细胞无细胞核，不再合成蛋白质。答案：(1)食物人体自身合成或原有蛋白质的分解(2)翻译细胞质(或核糖体)(3)tRNA(或转运RNA)核糖体TGATTCGAA(4)C(时间：25分钟；满分：50分)一、选择题(每小题2分，共20分)1“人类基因组计划”最新研究表明：人体24条染色体上含有2万到3.5万个基因，这一事实说明()A基因是有遗传效应的DNA片段B一个DNA分子上有许多个基因C基因是染色体片段D基因主要存在于染色体上解析：选B每条染色体上含有1个DNA分子，人类24条染色体上有24个DNA，却有2万到3.5万个基因，说明一个DNA分子上有许多个基因。2下列关于“中心法则及其发展”含义的叙述，不正确的是()A表示遗传信息的传递方向B表示基因控制蛋白质合成的过程CDNA只能来自DNA的复制D基因通过控制蛋白质的合成控制生物的性状解析：选C中心法则及其发展中还包含以RNA为模板合成DNA的逆转录过程。所以DNA不仅仅来自DNA的复制。3对于下列图解，正确的说法有()表示DNA复制过程表示DNA转录过程共有5种碱基共有8种核苷酸共有5种核苷酸A均代表同一种核苷酸A BC D解析：选C由图可知，此过程是遗传信息的转录过程，整个过程涉及5种碱基：A、T、G、C、U，但由于组成DNA链的是四种脱氧核苷酸，组成RNA链的是四种核糖核苷酸，因此图解中共有8种核苷酸。4(上海高考)原核生物的mRNA通常在转录完成之前便可启动蛋白质的翻译，但真核生物的核基因必须在mRNA形成之后才能翻译成蛋白质，针对这一差异的合理解释是()A原核生物的tRNA合成无需基因指导B真核生物tRNA呈三叶草结构C真核生物的核糖体可进入细胞核D原核生物的核糖体可以靠近DNA解析：选D由题意可知原核生物的转录和翻译可以同步进行，翻译的场所核糖体与DNA靠得很近。5一个mRNA分子有m个碱基，其中GC有n个；由该mRNA合成的蛋白质有两条肽链。则其模板DNA分子的AT数、合成蛋白质时脱去的水分子数分别是()Am、m/31 Bm、m/32C2(mn)、m/31 D2(mn)、m/32解析：选D由mRNA分子有m个碱基且GCn可知，此mRNA分子中AUmn，控制其合成的DNA分子模板链中TAmn个，模板DNA分子中AT2(mn)个；由mRNA分子有m个碱基可知，其模板DNA分子中有2m个碱基，能控制合成含2m/6个氨基酸的蛋白质分子。题中给出，此蛋白质分子有两条肽链，脱去水分子数应为m/32。6合成一条含1 000个氨基酸的多肽链，需要转运RNA的个数、信使RNA上的碱基个数和双链DNA上的碱基对数至少依次是()A1 000个，3 000个和3 000对B1 000个，3 000个和6 000对C300个，300个和3 000对D1 000个，3 000个和1 000对解析：选C选ADNA分子控制蛋白质合成时，氨基酸数目tRNA的个数信使RNA上的碱基个数双链DNA上的碱基对数1133，本题中即为1 0001 0003 0003 000。7(四川高考)将牛催乳素基因用32P标记后导入小鼠乳腺细胞，选取仅有一条染色体上整合有单个目的基因的某个细胞进行体外培养。下列叙述错误的是()A小鼠乳腺细胞中的核酸含有5种碱基和8种核苷酸B该基因转录时，遗传信息通过模板链传递给mRNAC连续分裂n次后，子细胞中32P标记的细胞占1/2n1D该基因翻译时所需tRNA与氨基酸种类数不一定相等解析：选CA项，小鼠乳腺细胞属于真核细胞，其细胞中的核酸有两种：DNA和RNA，DNA中含氮碱基有A、G、C、T 4种，RNA中含氮碱基有A、G、C、U 4种，故小鼠乳腺细胞中含氮碱基共有A、G、C、T、U 5种；根据含氮碱基与五碳糖的不同，细胞中DNA的基本组成单位脱氧核糖核苷酸有4种，RNA的基本组成单位核糖核苷酸有4种，故小鼠乳腺细胞中共有8种核苷酸。B项，基因的表达包括转录和翻译两个过程。转录时，以基因(有遗传效应的DNA片段)的一条链为模板，遵循碱基互补配对原则合成mRNA，将遗传信息由模板链传递到mRNA。C项，将小鼠乳腺细胞进行体外培养(原料中不含32P)，连续分裂n次后，产生的子细胞有2n个，根据DNA的半保留复制特点可知，其中只有2个细胞含32P，因此，子细胞中含32P标记的细胞占2/2n，即1/2n1。D项，基因翻译时，每种tRNA上的反密码子对应mRNA上一种决定氨基酸的密码子，决定氨基酸的密码子共61种，而合成蛋白质的氨基酸约20种，所以翻译时所需tRNA与氨基酸种类数不一定相等。8.如图为真核细胞中多聚核糖体合成蛋白质的示意图，据图判断，下列叙述不正确的是()A主要在细胞核内合成，通过核孔进入细胞质B彻底水解产物的种类比彻底水解产物的种类多C此过程还需要RNA聚合酶参与D图示过程可提高蛋白质合成速率解析：选C此过程为翻译过程，不需要RNA聚合酶的参与。是RNA，在细胞核中合成，通过核孔进入细胞质。是核糖体，由rRNA和蛋白质组成，彻底水解产物包括20多种氨基酸和4种核糖核苷酸；是多肽链，彻底水解产物包括20多种氨基酸。一条mRNA链可同时附着多个核糖体，翻译出多条多肽链，从而提高蛋白质合成速率。9(江苏高考)研究发现，人类免疫缺陷病毒(HIV)携带的 RNA 在宿主细胞内不能直接作为合成蛋白质的模板。依据中心法则(如图)，下列相关叙述错误的是()A合成子代病毒蛋白质外壳的完整过程至少要经过环节B侵染细胞时，病毒中的蛋白质不会进入宿主细胞C通过形成的DNA可以整合到宿主细胞的染色体DNA上D科学家可以研发特异性抑制逆转录酶的药物来治疗艾滋病解析：选BHIV的遗传物质是RNA，经逆转录形成DNA可以整合到患者细胞的基因组中，再通过转录和翻译合成子代病毒的蛋白质外壳；侵染细胞时，HIV中的逆转录酶能进入宿主细胞；若抑制逆转录过程，则不能产生子代病毒的蛋白质和RNA，故科研中可以研发特异性抑制逆转录酶的药物来治疗艾滋病。10. 下列有关遗传信息传递过程的叙述，错误的是()ADNA复制、转录及翻译过程都遵循碱基互补配对原则B核基因转录形成的mRNA穿过核孔进入细胞质中参与翻译过程CDNA复制、转录和翻译的原料依次是脱氧核苷酸、核糖核苷酸和氨基酸DDNA复制和转录都是以DNA的一条链为模板，翻译则以mRNA为模板解析：选DDNA复制以DNA的两条链为模板，而转录以DNA的一条链为模板，翻译则以mRNA为模板。二、非选择题(共30分)11(9分)根据下表蛋白质合成中遗传信息的传递过程，在下面表格中的空白处填入相应的字母并回答问题。 (1)丙氨酸的密码子是_，决定合成该氨基酸密码子的碱基是_。(2)第二个氨基酸应是_。半胱氨酸(UGC)、丝氨酸(UCC)、苏氨酸(ACC)、精氨酸(AGG)。(3)_链为转录的模板链，b链是储存遗传信息的链，密码子位于_链上。(4)在控制合成胰岛素(含51个氨基酸)的基因中，至少含有_个脱氧核苷酸。解析：首先根据mRNA上的密码子和tRNA上的反密码子的碱基是互补的，即c链和d链碱基互补，得出c链上第四个碱基是U，而恰好与a链相应位置上的A互补，又得出c链是以a链为模板进行转录得来的。理清上述关系，就可以很快填出表中的空，如下表。剩下的问题就迎刃而解了。答案：(1)GCACGT(2)半胱氨酸(3)ac(4)30612(11分)如图表示有关遗传信息传递过程的模拟实验，分析回答：(1)图表示_过程，在植物体内进行的场所是_，图所示实验过程与图相比较，需要的特定的酶是_。(2)需要解旋酶的过程有_，在高等动物细胞中普遍存在的生理过程是_(填代号)。(3)各过程中，遵循“碱基互补配对原则”的有_(填代号)。解析：这5个模拟实验就是经完善后的“中心法则”，其中遗传信息流动的5条途径中，各条途径所需要的条件与原料不同，得到的产物也不同。DNA中加入核糖核苷酸将得到RNA, 而加入脱氧核苷酸将得到DNA，RNA中加入氨基酸将得到蛋白质。答案：(1)转录细胞核、线粒体、叶绿体逆转录酶(2)(3)13(10分) 如图所示，图1为某种真菌线粒体中蛋白质的生物合成示意图，图2为其中一个生理过程的模式图。请回答下列问题：(1)结构、代表的结构或物质分别为：_、_。(2)完成过程需要的物质是从细胞质进入细胞核的。它们是_。(3)据图分析，基因表达过程中转录的发生场所有_。(4)根据表格判断：为_(填名称)，携带的氨基酸是_。若蛋白质2在线粒体内膜上发挥作用，推测其功能可能是参与有氧呼吸的第_阶段。解析：(1)由图可知，结构是双层膜结构的核膜，是线粒体DNA。(2)过程是核DNA转录合成RNA的过程，需要核糖核苷酸为原料，还需要酶和ATP。(3)核基因表达过程中的转录发生在细胞核中，线粒体DNA的转录场所是线粒体。(4)是tRNA，上面的3个特定的碱基(反密码子)和mRNA上的密码子是互补配对的，即mRNA上的密码子是ACU，故该tRNA携带的氨基酸是苏氨酸。线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所，其中第三阶段在线粒体内膜上进行，故蛋白质2应该是参与有氧呼吸第三阶段的酶。答案：(1)核膜线粒体DNA(2)ATP、核糖核苷酸、酶(3)细胞核、线粒体(4)tRNA苏氨酸三知识归纳整合解答此类问题，首先要识别模式图表示的生理过程，再根据复制、转录和翻译的相关知识解答，归纳如下：1DNA复制和转录图形的识别方法(1)DNA两条链都作模板复制。(2)DNA的一条链作模板转录。2mRNA与核糖体数量、翻译速度的关系(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：从左向右(见图)，判断依据是多肽链的长短，长的翻译在前。(4)结果：合成的仅是多肽链，要形成蛋白质往往还需要运送至内质网、高尔基体等结构中进一步加工。(5)多聚核糖体中，每个核糖体合成的多肽链都相同。强化针对训练1(安徽高考)如图表示细胞内某些重要物质的合成过程。该过程发生在()A真核细胞内，一个 mRNA 分子上结合多个核糖体同时合成多条肽链B原核细胞内，转录促使 mRNA 在核糖体上移动以便合成肽链C原核细胞内，转录还未结束便启动遗传信息的翻译D真核细胞内，转录的同时核糖体进入细胞核启动遗传信息的翻译解析：选C依图示，该细胞内转录和翻译同时进行，可直接判断出该过程发生在原核细胞内。在翻译过程中，