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第1节基因指导蛋白质的合成课前自主预习案一、RNA的结构与种类1．RNA的结构(1)基本单位及组成①磷酸；②核糖；③碱基：A、U、G、C；④核糖核苷酸。(2)空间结构：一般是单链，且比DNA短。2．RNA与DNA的比较比较项目DNARNA基本组成单位不同五碳糖不同碱基不同特有的是特有的是组成单位结构不同一般为脱氧核苷酸核糖核苷酸脱氧核糖核糖胸腺嘧啶(T)尿嘧啶(U)规则的双螺旋结构单链二、遗传信息的转录1．概念2．过程三、遗传信息的翻译1．密码子与反密码子密码子反密码子种类种种位置实质决定一个氨基酸的(终止密码除外)与发生碱基互补配对的3个相邻的碱基6461mRNAtRNA3个相邻的碱基密码子2.翻译(1)概念的理解(2)过程起始：mRNA与结合↓运输：携带氨基酸置于特定位置↓延伸：核糖体沿移动，读取下一个密码子，由对应运输相应的氨基酸加到延伸中的肽链上一个mRNA分子上可以结合多个核糖体↓终止：当核糖体读取到mRNA上的时，合成终止↓脱离：肽链合成后，从核糖体与mRNA的复合物上脱离，盘曲折叠成具有特定和的蛋白质分子核糖体tRNAmRNAtRNA终止密码空间结构功能一、判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)1．遗传信息转录的产物只有mRNA。()提示：×转录合成的RNA有三种类型：mRNA、tRNA、rRNA。2．转录和翻译都是以mRNA为模板合成生物大分子的过程。()提示：×转录的模板是DNA分子的一条单链，不是mRNA。3．一个tRNA分子中只有一个反密码子。()提示：√4．mRNA在核糖体上移动时可翻译出蛋白质。()提示：×核糖体在mRNA上移动翻译出蛋白质。5．在蛋白质合成过程中密码子都可决定氨基酸。()提示：×密码子共有64种，但有3种是终止密码子，不决定氨基酸，因此决定氨基酸的密码子有61种。二、概念(对翻译概念的解读连线)：课堂互动探究案课程标准概述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选择性表达的结果，生物的性状主要通过蛋白质表现素养达成1．利用对比分析，归纳和概括，辨别三种RNA的结构和组成。(科学思维)2．通过图示和列表比较转录和翻译的异同。(科学思维)3．从存在位置、作用等方面，探讨密码子、反密码子和遗传信息之间的关系，构建知识脉络。(生命观念)科学家们开发了一种新荧光标记技术，首次确定了蛋白质合成的时间和地点。该技术允许研究者在活细胞中直接观察mRNA分子翻译成蛋白质的过程，有助于揭示蛋白质合成异常引发人类疾病的具体机制。mRNA在走出细胞核之后没有马上开始蛋白质翻译，而是进入细胞质几分钟之后才开始翻译。试问mRNA在蛋白质过程中起什么作用？探究点一遗传信息的转录【师问导学】1．阅读教材P62～63，分析图4－2、4－3探究RNA为什么能作为DNA的信使。提示：(1)RNA的基本组成单位是核苷酸，含有4种碱基，可以储存遗传信息；(2)RNA一般是单链，比DNA短，能通过核孔，从细胞核进入细胞质；(3)组成RNA的碱基与模板DNA之间也严格遵循碱基互补配对原则。2．仔细分析教材P63图4－4，探究下列问题：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：DNAα链：……ATGATAGGGAAAC……β链：……TACTATCCCTTTG……(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：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、C3种碱基。不同点：RNA中含有U，DNA中含有T。3．经测定，甲、乙、丙、丁4种生物的核酸中碱基所占的比例如下表：AGCTU甲60406040乙30202030丙41234428丁3215162413(1)甲、乙含有哪种核酸？二者有什么区别？提示：甲、乙中含有碱基T，因此为DNA；在甲中A与T不相等，G与C不相等，因此甲只能为单链DNA。在乙中A与T相等，G与C相等，最可能是双链DNA。答案：甲、乙中的核酸都是DNA，但甲只能为单链DNA，乙最可能是双链DNA。(2)丙中含有的核酸是哪种？依据是什么？提示：RNA；丙的核酸中含有碱基U，不含碱基T。(3)丁的核酸中含有几种核苷酸？提示：丁的核酸既有DNA，又有RNA，因此含有8种核苷酸。答案：8种。(4)RNA为什么适合做DNA的信使？提示：①RNA一般为单链，比DNA短，可以通过核孔从细胞核进入细胞质。②RNA是另一种核酸，也是由四种核苷酸组成的，也可以储存大量的遗传信息。③RNA与DNA之间也遵循碱基互补配对原则。【智涂笔记】误区警示：(1)转录不是转录整个DNA，而是转录其中的基因，不同种类的细胞，由于基因的选择性表达，mRNA的种类和数量不同，但tRNA和rRNA的种类没有差异。(2)细胞核中转录形成的RNA通过核孔进入细胞质，穿过0层膜，消耗能量。(3)完成正常使命的RNA易迅速降解，保证生命活动的有序进行。(4)质基因(线粒体和叶绿体中的基因)控制蛋白质合成过程时也进行转录。DNA与RNA的判定方法(1)根据五碳糖种类判定：若核酸分子中含核糖，一定为RNA；含脱氧核糖，一定为DNA。(2)根据含氮碱基判定：含T的核酸一定是DNA；含U的核酸一定是RNA。(3)DNA中单、双链的判定：若A≠T、G≠C或嘌呤≠嘧啶，则为单链DNA；若A＝T，G＝C，A＋G＝T＋C，则一般认为是双链DNA。【师说核心】1．核糖核酸种类mRNAtRNArRNA结构单链单链，呈三叶草形单链特点携带从DNA上转录来的遗传信息一端携带特定的氨基酸，另一端的特定的三个碱基可与mRNA上的密码子互补配对，叫反密码子核糖体的组成成分功能作为翻译的模板识别密码子，转运特定的氨基酸参与构成核糖体图示共同点都是经过转录产生的，基本单位都相同，都与翻译的过程有关2.转录有关问题分析(1)碱基互补配对关系：G—C、C—G、T—A、A—U。(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。(3)转录特点：边解旋边转录，单链转录。【检测反馈】1．如图为核苷酸的模式图，下列相关说法正确的是()A．DNA与RNA在核苷酸上只有②不同B．如果要构成ATP，在①位置上加上两个磷酸基团即可C．③在人的遗传物质中只有4种D．DNA分子中每个②均只与一个①相连解析：分析题图可知，①是磷酸基团，②是五碳糖，③是含氮碱基。DNA与RNA在核苷酸上的不同点主要有两点，一是在DNA中②为脱氧核糖，在RNA中②为核糖；二是在DNA中③有A、T、C、G4种，在RNA中③有A、U、C、G4种，A错误；如果要构成ATP，要在①位置上加上两个磷酸基团，②应为核糖，③应为腺嘌呤，B错误；人的遗传物质是DNA，在DNA中③只有4种(A、G、C、T)，C正确；DNA分子的一条脱氧核苷酸链中多数②与两个①相连，D错误。答案：C2．对于下列图解，正确的说法有()①表示DNA复制过程②可能表示DNA转录过程③共有5种碱基④共有8种核苷酸⑤共有5种核苷酸⑥A均代表同一种核苷酸A．①②③B．④⑤⑥C．②③④D．①③⑤解析：图为DNA转录或逆转录过程，因为DNA与RNA的基本单位不同，故相同碱基代表不同核苷酸，所以图示核苷酸种类数为8，碱基种类数为5。答案：C3．下列关于DNA和RNA的结构与功能的说法，错误的是()A．区分单双链DNA、单双链RNA四种核酸可以依据碱基比例和种类判定B．双链DNA分子中碱基G、C含量越高，其结构稳定性相对越大C．含有DNA的生物，其遗传物质是DNA，而不是RNAD．含有RNA的生物，其遗传物质是RNA，而不是DNA解析：组成DNA和RNA的碱基种类不完全相同，且双链DNA和RNA分子中碱基之间的配对遵循碱基互补配对原则，因此区分单双链DNA、单双链RNA四种核酸可以根据碱基比例和种类判定，A正确；双链DNA分子中，C和G之间有3个氢键，A和T之间有2个氢键，因此碱基G、C含量越高，其结构稳定性相对越大，B正确；含有DNA的生物，其遗传物质是DNA，而不是RNA，C正确；含有RNA的生物，其遗传物质是RNA或DNA，D错误。答案：D4．下图为真核生物细胞核内转录过程的示意图，下列说法正确的是()A．①链的碱基A与②链的碱基T互补配对B．②是以4种核糖核苷酸为原料合成的C．如果③表示酶分子，则它的名称是DNA聚合酶D．转录完成后，②需通过两层生物膜才能与核糖体结合解析：图中①链为模板链，②链为RNA，①链中的碱基A与②链中的碱基U互补配对；③表示RNA聚合酶；转录完成后，②通过核孔进入细胞质，穿过0层生物膜。答案：B探究点二遗传信息的翻译【师问导学】1．组成生物体的氨基酸有20种，如果mRNA上的1个碱基决定1个氨基酸，则能决定多少种氨基酸？如果2个碱基决定1个氨基酸则能决定多少种氨基酸？试推测mRNA上至少几个碱基决定1个氨基酸才能决定20种氨基酸。提示：(1)mRNA上的碱基有4种，如果1个碱基决定1个氨基酸，能决定41＝4种氨基酸。(2)如果2个碱基决定1个氨基酸则能决定42＝16种氨基酸。(3)当由3个碱基决定一个氨基酸时，可以编码43＝64种氨基酸，所以至少需要3个碱基决定1种氨基酸才足以编码出构成蛋白质的20种氨基酸。2．结合教材P65表4－1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共有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，密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？提示：密码子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，由于密码子的简并，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。3．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。这是由于，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。4．下图是翻译过程的示意图，请据图分析：(1)图甲中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是哪种分子或结构？提示：Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是tRNA、核糖体、多肽链。(2)Ⅲ是mRNA，其中的起始密码子和终止密码子分别是什么？它们都能决定氨基酸吗？提示：起始密码子：AUG，编码甲硫氨酸；终止密码子：UAA，不编码氨基酸。(3)图乙中①、⑥分别是什么分子或结构？核糖体移动的方向是怎样的？提示：①、⑥分别是mRNA、核糖体；核糖体移动的方向是由右向左。(4)最终合成的多肽链②、③、④、⑤的氨基酸序列相同吗？为什么？提示：相同；因为它们的模板是同一条mRNA。(5)运输氨基酸的工具是哪种结构？为什么说它是真正起“翻译”作用的结构？提示：运输氨基酸的工具是tRNA，它一端有反密码子，能和mRNA上的密码子相识别，一端能携带氨基酸，是真正起“翻译”作用的结构。【智涂笔记】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。(3)由于终止密码子的存在，因此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。转录、翻译过程中的四个易错点(1)转录的产物不只是mRNA，还有tRNA、rRNA，但只有mRNA携带遗传信息，3种RNA都参与翻译过程，只是作用不同。(2)翻