2017-2018学年高中生物 第4章 基因的表达 第1节 基因指导蛋白质的合成学案 新人教版必修2

第1节 基因指导蛋白质的合成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)、原料(20种氨基酸)、酶和能量。4密码子共有64种，其中决定氨基酸的密码子有61种。5一种氨基酸对应一种或多种密码子，一种密码子最多只决定一种氨基酸。6每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，一种氨基酸可由一种或多种tRNA识别和转运。遗传信息的转录自读教材夯基础1RNA的组成和种类判断(1)DNA和RNA中都含有脱氧核糖。()(2)DNA和RNA共有的碱基是A、G、C，RNA特有的碱基是U，DNA特有的碱基是T。()(3)RNA一般为单链结构。()2RNA的种类与功能种类功能信使RNA(mRNA)传递遗传信息转运RNA(tRNA)运输氨基酸核糖体RNA(rRNA)组成核糖体3DNA的转录(1)(2)过程：1现有一核酸片段，欲确定是DNA还是RNA，你能从哪些方面进行判断？提示：根据五碳糖不同；根据含氮碱基不同；利用甲基绿吡罗红染液进行染色。2下图是一小段DNA片段，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：RNA的碱基序列为两者关系：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)。跟随名师解疑难1三种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组成相同：4种核糖核苷酸来源相同：都由转录产生功能协同：都与翻译有关2转录有关问题分析(1)碱基互补配对关系：GC、CG、TA、AU。(2)mRNA与DNA模板链碱基互补，但与非模板链碱基序列基本相同，只是用U代替T。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。遗传信息的翻译 自读教材夯基础1翻译的概念2密码子与反密码子密码子反密码子位置mRNAtRNA种类64种61种实质决定一个氨基酸的3个相邻的碱基与密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基3.过程1若某一多肽链片段为“苯丙氨酸色氨酸谷氨酸”，请写出指导该多肽合成的mRNA中相应碱基组成；若某一mRNA片段为“AUG GAA GCA”，请写出其编码的氨基酸序列。提示：UUUUGGGAA或UUCUGGGAA或UUUUGGGAG或UUCUGGGAG。甲硫氨酸谷氨酸丙氨酸。2若指导蛋白质合成的基因中某一碱基发生改变，其控制合成的氨基酸是否一定发生改变？为什么？提示：不一定。因为一种氨基酸可对应一种或多种密码子。3一个mRNA可结合多个核糖体，每个核糖体只合成多肽链中的一段，还是独立合成一条完整的多肽链？提示：每个核糖体合成一条完整的多肽链。跟随名师解疑难1DNA上遗传信息、密码子、反密码子的对应关系(1)密码子：mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻碱基。种类(2)反密码子：与mRNA分子中的密码子互补配对的tRNA上的3个碱基。种类：61种。特点：反密码子的三个碱基与相应的DNA模板链上对应的碱基相同，只是DNA的“T”对应tRNA的“U”。2遗传信息的转录与翻译 特别提醒(1)从核糖体上脱离下来的只是多肽链，再经折叠，加工成为具有复杂空间结构的有活性的蛋白质。(2)密码子的特性：简并性：a.当密码子中有一个碱基改变时，可能并不会改变其对应的氨基酸，从而减少变异发生的频率。b.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保证翻译的速率。通用性：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。遗传信息的转录例1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RNADNA杂交区域中DNA上的A与RNA上的T配对DDNA双螺旋解开需要解旋酶的参与，同时消耗能量思路点拨 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RNADNA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。答案A1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ABC 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4种脱氧核苷酸，组成RNA链的是4种核糖核苷酸，因此图解中共有8种核苷酸。基因表达过程分析例2下图表示真核细胞内合成某种分泌蛋白过程中由DNA到蛋白质的信息流动过程，表示相关过程。请据图回答下列问题：(1)过程的产物是DNA，则过程发生在_期，催化过程的酶是_。(2)已知甲硫氨酸和酪氨酸的密码子分别是AUG、UAC，某tRNA一端的三个碱基是UAC，该tRNA所携带的氨基酸是_。(3)a、b为mRNA的两端，核糖体在mRNA上的移动方向是_。过程进行的场所有_。(4)一个mRNA上连接多个核糖体叫做多聚核糖体，多聚核糖体形成的意义是_。从原核细胞中分离的多聚核糖体常与DNA结合在一起，这说明_。(5)如合成胰岛素共含51个氨基酸，控制其合成的基因上至少含有脱氧核苷酸_个。思路点拨解析(1)据图分析可知：过程指DNA的复制，在真核细胞中发生在有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期。过程指转录过程，催化DNA转录为RNA的酶为RNA聚合酶。(2)决定氨基酸的密码子在mRNA上，据tRNA上的反密码子UAC可推知密码子为AUG，AUG决定的氨基酸是甲硫氨酸。(3)据图可知：越接近b端的核糖体上翻译出的肽链越长，说明越接近b端的核糖体在mRNA上移动的距离越长，由此推出核糖体在mRNA上的移动方向为ab。过程是对蛋白质加工和运输的过程，相应的场所有内质网和高尔基体。(4)当一个mRNA上连接多个核糖体以后，可以同时合成多条相同的肽链，提高蛋白质的合成速率。在原核细胞中分离的多聚核糖体常与DNA结合在一起，说明在原核细胞中边转录边翻译，转录和翻译可同时同地点进行。(5)信使RNA上每3个相邻碱基决定1个特定的氨基酸，据此，合成含51个氨基酸的蛋白质，基因上脱氧核苷酸数至少为306个。答案(1)有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间RNA聚合酶(2)甲硫氨酸(3)由ab内质网和高尔基体(4)短时间内能合成较多的蛋白质原核细胞中的转录和翻译是同时同地点进行的(5)306规律方法 基因表达过程中有关数量变化 (1)转录、翻译过程中DNA(基因)碱基数mRNA碱基数多肽链氨基酸数631。图解如下：(2)以上关系应理解为：每合成1个氨基酸至少需要mRNA中3个碱基，基因中6个碱基，其原因如下：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，不转录。转录出的mRNA中有终止密码子，终止密码子不对应氨基酸，所以基因或DNA上的碱基数目比蛋白质氨基酸数目的6倍多。2一段原核生物的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需要的tRNA个数以及转录此mRNA的基因中至少含有的碱基数依次为()A33、11、66 B36、12、72C12、36、24 D11、36、72解析：选B此多肽含有11个肽键，所以是由12个氨基酸脱水缩合而成的，推出mRNA上的密码子至少有12个，mRNA上的碱基数至少为12336(个)。转录此mRNA的基因中的碱基数至少为36272(个)。1模拟遗传密码的破译。2探究影响基因表达的过程和因素。典例剖析抗生素是临床上治疗各种由细菌引起的疾病的特效药，能够有效地抑制细菌蛋白质的合成，而不影响人的蛋白质的合成。抗生素是通过什么机制抑制细菌蛋白质的合成的呢？有人提出了如下两种假设：抗生素能抑制细菌DNA的转录过程，而不影响人体DNA的转录过程。抗生素能抑制细菌体内的翻译过程，而不影响人体内的翻译过程。请你设计实验，探究抗生素抑制细菌蛋白质合成的原因。(假设抗生素不影响人体的任何生理功能)(1)实验设计的思路：先设计两组实验(甲、乙两组)，体外模拟细菌_的过程，甲组加适量_，乙组加等量蒸馏水，检测两组实验中_的生成量。通过这两组实验探究是否为第一种假设。再设计两组实验(丙、丁两组)，体外模拟细菌_的过程，丙组加适量_，丁组加等量蒸馏水，检测两组实验中_的生成量，以此来探究是否为第二种假设。(2)实验结果及结论：若甲组_生成量明显少于乙组，丙、丁两组蛋白质生成量相似，则说明抗生素是通过抑制_来抑制细菌蛋白质合成的；若甲、乙两组RNA生成量相似，丙组_生成量明显少于丁组，则说明抗生素是通过抑制_来抑制细菌蛋白质合成的；若甲组RNA生成量明显少于乙组，丙组蛋白质生成量明显少于丁组，则说明抗生素是通过抑制_来抑制细菌蛋白质合成的。 解析由题干信息可知，实验目的是探究抗生素影响细菌蛋白质的原理。若抗生素只抑制细菌的转录，则其体内RNA的含量将减少；若只抑制翻译过程，则细菌体内蛋白质含量会减少；若细菌体内RNA和蛋白质的含量都减少，则说明抗生素既能抑制转录，又能抑制翻译过程。答案(1)转录抗生素RNA翻译抗生素蛋白质(2)RNA细菌的转录蛋白质细菌的翻译细菌的转录和翻译归纳拓展探究实验设计的思路(1)把握实验的目的，确认自变量。实验目的是实验的核心，通过思考要明确“探究什么”，其中要把握三个要素，即探究的因素；探究的对象；观察的指标。确认自变量的方法(2)确定实验的原理。实验原理通常根据实验目的和题目所给的材料进行分析处理，确定实验变量的检测方案，再根据我们所学过的知识联系起来确定实验的原理。(3)设置对照实验，选择合理的实验对照方法。对照实验的设置，要确保一个实验自变量对应一个可观测的因变量，尽可能避免无关变量的干扰。(4)选择实验材料。实验材料要根据原理来选择或根据题干所给的信息来确定。(5)设计实验步骤。设计实验步骤时在理顺实验思路的基础上注意遵循实验设计的四个基本原则(对照原则、单一变量原则、等量原则、科学性原则)。实验步骤基本模式是：分组编号变量操作条件控制观察记录。随堂基础巩固1下列关于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。2下列关于DNA复制、转录和翻译的叙述，正确的是()A有丝分裂的分裂间期和分裂期都存在转录和翻译过程B复制、转录和翻译遵循的碱基互补配对方式相同C转录时RNA聚合酶识别mRNA上特定的碱基序列D翻译过程中需要三种RNA参与解析：选D有丝分裂的分裂间期存在转录和翻译过程，但分裂期由于染色体高度螺旋化，不能解旋，只能依靠间期转录出的mRNA为模板进行翻译过程；碱基互补配对方式在复制过程中有TA、AT，在转录过程中有AU、TA，而在翻译过程中有AU、UA，配对方式不完全相同；转录过程中RNA聚合酶识别的是DNA上特定的碱基序列；翻译过程是以mRNA为模板、tRNA为运载工具、在核糖体(其结构中有rRNA)上进行的。3下面关于tRNA和氨基酸相互关系的说法，正确的是()A每种氨基酸都由一种特定的tRNA携带B每种氨基酸都可由几种tRNA携带C一种tRNA可以携带几种结构相似的氨基酸D一种氨基酸可由一种或几种tRNA携带解析：选D在翻译过程中，运输氨基酸的tRNA上的反密码子要与mRNA上决定氨基酸的密码子配对。一种氨基酸可对应一种或多种密码子，但每种密码子只对应一种氨基酸。4.如图是起始甲硫氨酸和相邻氨基酸形成肽键的示意图，下列叙述正确的是()A图中结构含有核糖体RNAB甲硫氨酸处于图中的位置C密码子位于tRNA的环状结构上DmRNA上碱基改变即可改变肽链中氨基酸的种类解析：选A分析题干中关键信息“形成肽键”可知，图中正在进行脱水缩合反应，进而推知这是发生在核糖体中的翻译过程，图中的长链为mRNA，三叶草结构为tRNA，核糖体中含有核糖体RNA(rRNA)。甲硫氨酸是起始氨基酸，图中位置对应的氨基酸明显位于第2位。密码子位于mRNA上，而不是tRNA上 。由于密码子的简并性，mRNA上碱基改变时，肽链中的氨基酸不一定发生变化。5下图表示细胞内遗传信息表达的过程，根据所学的生物学知识回答：(1)图2中方框内所示结构是_的一部分，它主要在_中合成，其基本组成单位是_，可以用图2方框中数字_表示。(2)图1中以为模板合成物质的过程称为_，进行的主要场所是_，所需要的原料是_。(3)若该多肽合成到图1所示UCU决定的氨基酸后就终止合成，则导致合成结束的终止密码子是_。(4)若图1中所示的分子中有1 000个碱基对，则由它所控制形成的信使RNA中含有的密码子个数和合成的蛋白质中氨基酸种类最多不超过()A166和55 B166和20C333和111 D333和20解析：图1所示为遗传信息的表达过程，具有转录和翻译两个步骤，其中的分别是DNA、tRNA、氨基酸、mRNA、多肽链、核糖体，在mRNA的UCU碱基后的密码子是UAA；根据碱基的构成判断，图2中方框内是RNA，其基本组成单位是核糖核苷酸，它由一分子磷酸、一分子核糖及一分子含氮碱基构成，如图2方框中的1、2、7。DNA中碱基对的数目和mRNA中碱基的个数及相应蛋白质中氨基酸的个数的比值是331，经翻译合成的蛋白质中氨基酸最多不超过20种。答案：(1)RNA细胞核核糖核苷酸1、2、7(2)翻译核糖体氨基酸(3)UAA(4)D课时跟踪检测(满分50分时间25分钟)一、选择题(每小题4分，共32分)1基因、遗传信息和密码子分别是指()信使RNA上核苷酸的排列顺序基因中脱氧核苷酸的排列顺序DNA上决定氨基酸的3个相邻的碱基转运RNA上一端的3个碱基信使RNA上决定氨基酸的3个相邻的碱基有遗传效应的DNA片段ABC D解析：选B基因是有遗传效应的DNA片段；遗传信息是基因中脱氧核苷酸的排列顺序；密码子位于mRNA上。2大多数生物的翻译起始密码子为AUG或GUG。在下图所示的某mRNA部分序列中，若下划线“0”表示的是一个决定谷氨酸的密码子，则该mRNA的起始密码子可能是() A1B2C3 D4解析：选B从核糖体移动方向分析，该起始密码子应在下划线“0”的左侧，由下划线“0”开始以3个碱基为单位往左推，得出“2”GUG为起始密码子。3关于如图所示生理过程的叙述，正确的是()A物质1上的三个相邻碱基叫做密码子B该过程需要mRNA、tRNA、rRNA参与C多个结构1共同完成一条物质2的合成D结构1读取到AUG时，物质2合成终止解析：选B物质1是mRNA，物质2是多肽，结构1是核糖体。mRNA上决定氨基酸的三个相邻碱基是密码子；每个核糖体独立完成一条多肽链的合成；据多肽链长短可知，该多肽链从左向右合成，所以应该是读取到UAA时，肽链合成终止。4近年诞生的具有划时代意义的CRISPR/Cas9基因编辑技术可简单、准确地进行基因定点编辑。其原理是由一条单链向导RNA引导核酸内切酶Cas9到一个特定的基因位点进行切割。通过设计向导RNA中20个碱基的识别序列，可人为选择DNA上的目标位点进行切割(见下图)。下列相关叙述错误的是()ACas9蛋白由相应基因指导在核糖体中合成B向导RNA中的双链区遵循碱基配对原则C向导RNA可在逆转录酶催化下合成D若链剪切位点附近序列为TCCAGAATC则相应的识别序列为UCCAGAAUC解析：选C基因控制蛋白质的合成，蛋白质的合成场所是核糖体；由图示可见，单链向导RNA中含有双链区，双链区的碱基间遵循碱基配对原则；逆转录酶催化合成的产物不是RNA而是DNA；若链剪切位点附近序列为TCCAGAATC，则目标DNA中另一条链的碱基序列是AGGTCTTAG，故向导RNA中的识别序列是UCCAGAAUC。5已知一个由两条肽链组成的蛋白质分子，共有肽键198个，翻译该蛋白质分子的mRNA中A和U占25%，则转录该mRNA的DNA分子中，至少含有CG()A700个 B800个C600个 D900个解析：选D肽腱数肽链数氨基酸个数，故该蛋白质共由200个氨基酸组成，对应的DNA分子中碱基个数至少为20061 200(个)，mRNA中AU占25%，则DNA中AT占25%，故DNA中GC占75%，GC至少有1 20075%900(个)。6已知AUG、GUG为起始密码，UAA、UGA、UAG为终止密码。某信使RNA的碱基排列顺序如下：AUUCGAUGAC(40个碱基)CUCUAGAUCU，此信使RNA控制合成的蛋白质含氨基酸的个数为()A20个 B17个C16个 D15个解析：选C由题干中信使RNA的碱基排列顺序可知：从起始密码AUG到终止密码UAG共有51个碱基，能编码16个氨基酸。7下图所示为真核细胞中遗传信息的传递和表达过程。相关叙述正确的是()A过程中碱基配对情况相同B过程发生的场所相同C过程所需要的酶相同D过程中核糖体的移动方向是由左向右解析：选D分析图形可知，是DNA复制，是转录，两个过程中碱基配对情况不完全相同；是翻译，场所是核糖体，过程发生的场所是细胞核或线粒体或叶绿体；过程所需要的酶不同，DNA复制过程需要解旋酶和DNA聚合酶，转录需要RNA聚合酶；由肽链的长短可判断出过程中核糖体的移动方向是由左向右。8下面为某生物体内相互关联的三个分子的部分结构示意图。据图认为分子2为RNA，下面所述的理由，不确切的是()A作为蛋白质合成的模板B其碱基序列与DNA分子的模板链碱基互补C为转录的产物，呈单链结构D含尿嘧啶核糖核苷酸不含胸腺嘧啶脱氧核苷酸解析：选B与DNA分子模板链碱基互补的可以是DNA链或RNA链。二、非选择题(共18分)9(18分)下图是大白鼠细胞内某生理过程示意图，下表是其曲细精管细胞中存在的两种水通道蛋白AQP7和AQP8的部分比较。请分析回答下列问题：种类比较AQP7AQP8多肽链数11氨基酸数269263mRNA碱基数1 5001 500(1)图示的生理过程是_，在大白鼠细胞中可进行该生理过程的结构有_，在图中方框内用“”或“”标出该过程进行的方向。(2)丁的名称是_，它与乙有何不同？_。(3)图中甲的名称为_，其基本单位是_。(4)控制AQP7的基因中碱基的数目至少为_个。(不考虑终止子)(5)在AQP7和AQP8合成过程中，与核糖体结合的mRNA碱基数目相同，但AQP7和AQP8所含氨基酸数目不同，原因是_。(不考虑起始密码和终止密码所引起的差异)解析：(1)图示的生理过程表示DNA的转录，动物细胞中能进行DNA转录的结构必定含有DNA，故此为细胞核或线粒体。RNA聚合酶所在之处是mRNA新合成的部分，由此可知转录是从右向左进行。(2)甲表示RNA聚合酶，乙表示胞嘧啶脱氧核苷酸，丙表示mRNA，丁表示胞嘧啶核糖核苷酸。(3)RNA聚合酶的化学本质是蛋白质，所以它的基本组成单位是氨基酸。(4)mRNA含有1 500个碱基，转录该mRNA的基因片段至少有21 5003 000(个)碱基。(5)由题干中“与核糖体结合的信使RNA”字眼可知，表格中所示的mRNA已经是成熟的mRNA，所以不再考虑真核细胞基因内含子转录片段剪切的问题，故此可推测在翻译过程中或翻译后出现了肽链中氨基酸的缺失或切除。答案：(1)转录细胞核、线粒体(2)胞嘧啶核糖核苷酸乙是胞嘧啶脱氧核苷酸，组成乙的化学基团之一为脱氧核糖，而对应的组成丁的化学基团为核糖(3)RNA聚合酶氨基酸(4)3 000(5)翻译后的肽链进行了不同的加工，分别切除了不同数量的氨基酸- 15 -