4.1　基因指导蛋白质的合成

目标展示

一、学习目标

1.概述遗传信息的转录和翻译。

2.运用数学方法，分析碱基与氨基酸的对应关系。

二、学习重点和难点

学习重点：遗传信息的转录和翻译的过程。

学习难点：遗传信息的翻译过程。

预习案

使用说明及学法指导(正确的方法会取得事半功倍的效果!)

1.结合教材助读中问题提示，阅读教材。对于难以理解的知识，小组学科组长可安排组内同学互助完成。

2.学生自主学习完成后，通过预习检测题检测预习效果，查找预习中存在的问题和不足，并把预习中发现的问题写在“我的疑惑”中。

3.完成时间：20 分钟。

知识必备(你准备好了吗?)

1.基因的本质是有遗传效应的DNA片段，那么基因的遗传效应是指什么?

2.生物的性状与生物内什么物质有关?为什么?

3.DNA分子主要存在于细胞的什么部位?蛋白质在细胞的什么地方进行合成?

4.在基因表达过程中DNA是如何指导蛋白质合成的，请猜测可能的途径有哪些?并判断那一途径最合理，为什么?

教材助读(精读教材，自我领悟)

一、遗传信息的转录(DNA携带的遗传信息是怎样传递到细胞质中去的呢?)

阅读教材P.62～63相关内容，分析图4-1、4-2、4-3和图4-4回答下列问题：

1.你了解RNA分子吗?

(1)什么是RNA?它是基本组成单位有几种类型?

(2)RNA分子通常是什么结构?

(3)为什么RNA适于作为DNA的信使呢?

(4)RNA有哪些种类呢?各自又有哪些功能呢?

2. DNA的遗传信息怎么传给mRNA的?

(1)什么叫转录?转录的单位是什么?在哪里进行?

(2)DNA的两条链都能转录吗? 转录需要哪些条件?

(3)转录时DNA链完全解开吗?在转录过程中碱基互补配对原则有什么特殊情况?

(4)结合图解4-4叙述转录的过程如何进行的?转录有哪些特点?结果如何?

二、遗传信息的翻译(遗传信息到达细胞质后，细胞又是怎样解读的呢?)

阅读教材P.64～67，分析图4-5和4-6回答下列问题：

1.什么叫翻译?

(1)翻译的模板和场所分别是什么?

(2)翻译的实质是什么?

2. 碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的?

(1)信使RNA上至少由几个碱基来决定一个氨基酸?

①如果1个碱基决定1个氨基酸，4种碱基能决定多少种氨基酸?

②如果2个碱基编码一个氨基酸，最多能编码多少种氨基酸?

③如果一个氨基酸的编码至少需要多少个碱基，才足以组合出构成蛋白质的20种氨基酸?

(2)观察教材P65表4-1的密码子表,你有哪些发现?与同学一起交流。

①什么叫密码子?

②结合教材密码子回答密码子共有多少种?在蛋白质合成过程中都决定氨基酸吗?决定氨基酸的密码子有多少种?

③已知一段mRNA的碱基序列是AUGGAAGCAUGUCCGAGCAAGCCG，你能写出对应的氨基酸序列吗?

3. 氨基酸转运工具是什么?

(1)tRNA分子呈现什么结构?具有什么作用?

(2)什么是反密码子，它有何作用?

(3)讨论氨基酸与tRNA的关系：①一种转运RNA能运载多少种氨基酸?②一种氨基酸可以由多少种转运RNA运载?

3.mRNA是怎样翻译蛋白质的?

(1)DNA转录形成的mRNA从细胞核中出来进入细胞质中，与核糖体结合穿过几层磷脂双分子层?

(2)氨基酸如何进入核糖体?哪个氨基酸进入是由什么决定的?

(3)一个核糖体中有几个tRNA的结合位点?

(4)翻译的起始位点是哪里?核糖体中的两个氨基酸形成肽键后转移到占据哪个位点上的tRNA上?肽链是如何形成的?

(5)如何在短时间内由一条mRNA合成出多个相同的蛋白质分子?

 

 

①结合上图判断翻译的方向，并说明判断的依据。

②翻译过程中产生的多条多肽链有什么特点?

③翻译过程中

核糖体沿mRNA移动还是mRNA沿核糖体移动?

 

④翻译合成的多肽链是否能承担相应的生命活动?

预习检测(查找问题,阶段总结)

判断题

1.基因的表达是通过DNA指导蛋白质合成来实现的。蛋白质合成需要通过转录和翻译两个过程。 ( )

2.若核酸中出现碱基T或五碳糖为脱氧核糖，则必为DNA;若出现碱基U或五碳糖为核糖，则必为RNA。 ( )

3.要确定是DNA还是RNA，必须知道碱基的种类或五碳糖的种类，是单链还是双链，还必须知道碱基比率。 ( )

4.转录时以核糖核苷酸为原料，以RNA聚合酶能识别DNA中特定碱基序列。 ( )

5.密码子位于mRNA上，是由三个相邻碱基组成的，密码子与氨基酸是一一对应关系。( )

6.决定氨基酸的密码子有64种，反密码子位于tRNA上，也有64种。 ( )

7.当密码子中有一个碱基改变时，可能不会改变对应的氨基酸。 ( )

8.转录和翻译过程可以出现A-U、U-A、C-G、G-C四种配对关系，不会出现T-A的配对方式。 ( )

9.mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质。 ( )

10.多个核糖体连在一起叫多聚核糖体，它的形成能在短时间内迅速合成大量蛋白质。( )

答案：1-5√√√√×6-10×√×××

我的疑问(发现疑惑,提出问题)

探究案

质疑探究(质疑解惑、合作探究)

探究活动一、遗传信息的转录

1.RNA与DNA有哪些异同呢?

提示：

核酸 项目	DNA	RNA
全称	脱氧核糖核酸	核糖核酸
结构	通常是双螺旋结构，极少数病毒是单链结构	通常是单链结构，极少数病毒是双螺旋结构
基本单位	脱氧核苷酸（4种）	核糖核苷酸（4种）
五碳糖	脱氧核糖	核糖
碱基	A、G、C、T	A、G、C、U
存在部位	主要位于细胞核中染色体上，极少数位于细胞质中的线粒体和叶绿体上	主要位于细胞质中
功能	传递和表达遗传信息	①mRNA：转录遗传信息，翻译的模板 ②tRNA：运输特定氨基酸 ③rRNA：核糖体的组成成分

2.三种RNA都能携带遗传信息吗?

提示：不是，只有mRNA可以携带遗传信息。

3.RNA还有什么功能?

提示：RNA除去前述功能还具有催化和作为某些生物遗传物质的功能。

4.如下所示为一段DNA分子，如果以β链为模板进行转录，试回答下列问题：

DNA　α链：…… ATGATAGGAAAC……

β链：…… TACTATCCCTTTG……

(1)写出对应的mRNA的碱基顺序。

提示：按照碱基互补配对原则，对应的mRNA的碱基顺序为……AUGAUAGGGAAAC……。

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

提示：可以从所需条件、过程中的具体步骤和过程中所表现出的规律等角度来分析。例如，转录和复制都需要模板、都遵循碱基互补配对规律，等等。碱基互补配对规律能够保证遗传信息传递的准确性。

(3)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有哪些异同?

提示：①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。②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。与DNA双链间碱基互补配对不同的是，RNA链中与DNA链的A配对的是U，不是T;与DNA另一条链的碱基序列基本相同，只是DNA链上T的位置，RNA链上是U。

5.列表比较转录与DNA复制有什么区别?

提示：

阶段 项目	复制	转录
时间	细胞有丝分裂的间期或减数第一次分裂间期	生长发育的连续过程
进行场所	细胞核	细胞核
模板	以DNA的两条链为模板	以DNA的一条链为模板
原料	4种脱氧核苷酸	4种核糖核苷酸
条件	需要特定的酶和ATP	需要特定的酶和ATP
过程	在酶的作用下，两条扭成螺旋的双链解开，以解开的每段链为模板，按碱基互补配对原则（A—T、C—G、T—A、G—C）合成与模板互补的子链；子链与对应的母链盘绕成双螺旋结构	在细胞核中，以DNA解旋后的一条链为模板，按照A—U、G—C、T—A、C—G的碱基互补配对原则，形成mRNA，mRNA从细胞核进入细胞质中，与核糖体结合
产物	两个双链的DNA分子	一条单链的mRNA
特点	边解旋边复制；半保留式复制（每个子代DNA含一条母链和一条子链）	边解旋边转录；DNA双链分子全保留式转录（转录后DNA仍保留原来的双链结构）
遗传信息的传递方向	遗传信息从亲代DNA传给子代DNA分子	遗传信息由DNA传到RNA

探究活动二、遗传信息的翻译

1.请结合密码子表，讨论下列问题：

①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?

提示：前者可以，后者不能确定。因为一种密码子对应一种氨基酸，但一种氨基酸可以有多种密码子。

②地球上几乎所有的生物体都共用上述密码子表。根据这一事实，你能想到什么?

提示：说明地球上所有的生物都有着或远或近的亲缘关系，或者生物都具有共同的遗传语言，或者生命在本质上是统一的。

③从密码子表中可以看到，一种氨基酸可能有几个密码子，这一现象称做密码的简并。你认为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：

①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。

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率。

2.总结密码子具有哪些特点?

提示：①不间断性。mRNA的三联体密码是连续排列的，相邻密码之间无核苷酸间隔。

②不重叠性。对于特定的三联体密码而言，其中的每个核苷酸都具有不重叠性。

③简并性。绝大多数氨基酸具有两个以上不同的密码子，这一现象称为简并性。

④通用性。除线粒体的个别密码外，生物界通用一套遗传密码，细菌、动物和植物等不同物种之间，蛋白质合成机制及其mRNA都是可以互换的。

⑤三联体密码。mRNA上3个碱基编码一个氨基酸，此三联体碱基即称为密码子。在64个密码子中，有3个密码子不编码任何氨基酸，从而成为肽链合成的终止信号，称为终止密码子或无义密码子，它们是UAA、UAG、UGA。其余的61个密码子均编码不同的氨基酸，其中AUG和GUG分别是甲硫氨酸和缬氨酸的密码子，同时二者又是肽链合成的起始信号，称为起始密码子。

3.遗传信息、密码子、反密码子有何区别和联系?

提示：

比较项目	概念	作用	存在位置	种类、数量	特点	相互联系
遗传 信息	基因中脱氧核苷酸的排列顺序	控制生物的遗传性状	DNA	不同基因中脱氧核苷酸的数量、排列顺序不同，决定遗传信息特异性	DNA两条链上的碱基互补	基因中脱氧核苷酸的序列决定mRNA中核糖核苷酸的序列，mRNA中碱基序列与基因模板链中碱基序列互补配对，密码子与相应反密码子的序列互补配对
密码子	mRNA中决定一个氨基酸的三个相邻碱基	直接决定蛋白质中的氨基酸序列	mRNA	64种(3种终止密码子、61种决定氨基酸的密码子)	与DNA模板链上的碱基互补(T被U取代)
反密码子	tRNA中与mRNA密码子互补配对的三个碱基	识别密码子，转运氨基酸	tRNA	理论上61种(实际不详)	与mRNA的碱基互补

5.结合下面图解，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6∶3∶1。

(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。

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