苏教版（2019）高中生物： 必修2 第2章 第3节 第1课时 DNA分子通过RNA指导蛋白质的合成 教案 （Word版含解析）

第三节　遗传信息控制生物的性状

第1课时　DNA分子通过RNA指导蛋白质的合成

一、遗传信息的转录

1．多数生物的基因是DNA分子上的功能片段，DNA分子上的遗传信息(基因)通过RNA指导蛋白质的合成。

2．RNA主要是在细胞核中以DNA分子的一条链为模板，按照碱基互补配对原则合成的，这一合成过程称为转录。

3．RNA的结构与种类

(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)种类：3种，即信使RNA(mRNA)、核糖体RNA(rRNA)、转运RNA(tRNA)。

4．转录的过程示意图

5．结果：通过转录，DNA分子上的遗传信息传递到mRNA上，然后mRNA通过核孔进入细胞质。

二、遗传信息的翻译

1．遗传密码

(1)密码子：科学家把mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的核苷酸称为一个密码子(codon)。

(2)表示方法：通常以密码子中的碱基表示遗传密码。

(3)密码子总个数：64个。

(4)负责编码20种氨基酸的密码子个数：61个。

(5)起始密码子(翻译开始时的第一个密码子)

①真核细胞唯一的起始密码子：碱基序列为AUG的密码子，编码甲硫氨酸。

②细菌体内：除了AUG外，碱基序列为GUG的密码子，也作为起始密码子，编码甲硫氨酸。

(6)终止密码子(翻译结束时的最后一个密码子)

①个数：三个，碱基序列为UAA、UAG、UGA。

②特点：不编码任何氨基酸。

2．tRNA分子

(1)结构示意图

(2)功能：在合成多肽链时，tRNA负责将游离在细胞质中的20种不同的氨基酸运向核糖体。

(3)特点：每种tRNA分子只能携带一种氨基酸。

3．mRNA携带的信息能正确指导多肽链的合成依赖于：mRNA上每个密码子与相应的tRNA分子上反密码子(也用三个碱基表示)的结合，而这种结合要遵循碱基互补配对原则。

4．概念：在细胞中，以mRNA为模板，从一个特定的起始位点开始，按照每三个相邻的核糖核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成具有一定氨基酸顺序的多肽链的过程称为翻译(translation)。

5．过程

6．特点：一个mRNA分子上可以结合多个核糖体，同时进行多条多肽链的合成。

7．多肽链的去向：多肽链合成后，从核糖体上脱离，经过盘曲、折叠、修饰等加工，形成特定的空间结构，最终成为具有一定功能的蛋白质分子。

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。 (　　)

2．转录和翻译都是以mRNA为模板合成生物大分子的过程。 (　　)

3．一个tRNA分子中只有一个反密码子。 (　　)

4．mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质。 (　　)

5．在蛋白质合成过程中密码子都决定氨基酸。 (　　)

[答案]　1．×　提示：转录合成的RNA有三种类型：mRNA、tRNA、rRNA。

2．×　提示：转录的模板是DNA分子的一条单链，不是mRNA。

3．√

4．×　提示：核糖体在mRNA上移动翻译出蛋白质。

5．×　提示：密码子共有64种，有3种终止密码子，不决定氨基酸，决定氨基酸的密码子有61种。

　遗传信息的转录和翻译

1．转录和翻译的比较

2.相关图解及分析

(1)图解

(2)分析

合作探究：1．RNA为什么适合做DNA的信使？

提示：(1)RNA一般为单链，比DNA短，可以通过核孔从细胞核进入细胞质。

(2)RNA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。

(3)RNA与DNA之间也遵循碱基互补配对原则。

2．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。

1．(多选)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链中的碱基A与②链中的碱基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RNA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

BC　[本题考查的是转录过程，其中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。]

2．(2020·全国卷Ⅲ)细胞内有些tRNA分子的反密码子中含有稀有碱基次黄嘌呤(I)。含有I的反密码子在与mRNA中的密码子互补配对时，存在如图所示的配对方式(Gly表示甘氨酸)。下列说法错误的是(　　)

A．一种反密码子可以识别不同的密码子

B．密码子与反密码子的碱基之间通过氢键结合

C．tRNA分子由两条链组成，mRNA分子由单链组成

D．mRNA中的碱基改变不一定造成所编码氨基酸的改变

C　[根据图像可知，反密码子CCI可与mRNA中的GGU、GGC、GGA互补配对，说明一种反密码子可以识别不同的密码子，A项正确；密码子与反密码子的碱基互补配对，密码子与反密码子的碱基之间通过氢键结合，B项正确；tRNA分子和mRNA分子都是单链结构，C项错误；由于某些氨基酸可对应多种密码子，故mRNA中的碱基改变不一定造成所编码氨基酸的改变，D项正确。]

　转录、翻译过程中的有关计算

1．遗传信息、密码子、反密码子的比较

2．密码子、反密码子、氨基酸的对应关系

(1)每种氨基酸对应一种或几种密码子，可由一种或几种tRNA转运。

(2)一种密码子只能决定一种氨基酸，一种tRNA只能转运一种氨基酸。

3．基因表达过程中相关数量计算

(1)DNA(基因)、mRNA上碱基数目与氨基酸数目之间的关系。

①图示：

②规律：蛋白质中氨基酸数目＝1/3 mRNA中碱基数目＝1/6 DNA(或基因)中碱基数目。

③计算公式：蛋白质中肽链数＋肽键数＝氨基酸数＝1/3 mRNA中碱基数＝1/6基因中碱基数。

(2)计算中“最多”和“最少”的分析

①翻译时，mRNA上的终止密码子有的不决定氨基酸，则mRNA上的碱基数目是蛋白质中氨基酸数目的3倍或多于3倍。

②基因或DNA中存在不编码氨基酸的碱基序列，因此其中的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。

③在回答问题时应加上“最多”或“最少”等字，如mRNA上有n个碱基，转录产生它的基因中最少有2n个碱基，该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。

合作探究：组成蛋白质的21种氨基酸应对应61种密码子，这表明密码子具有“简并性”，这一现象对生物体的生命活动有何意义？

提示：(1)增强容错性：当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸，因而有利于蛋白质或性状的稳定。              (2)保证翻译速度：当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子编码同一种氨基酸，可以保证翻译的速度。

1．一个mRNA分子有m个碱基，其中(G＋C)有n个；由该mRNA指导合成的蛋白质有两条肽链。则控制该mRNA合成的DNA分子至少含有的(A＋T)数、合成蛋白质时最多脱去的水分子数分别是(　　)

A．m、(m/3)－1

B．m、(m/3)－2

C．2(m－n)、(m/3)－1

D．2(m－n)、(m/3)－2

D　[由题意知，mRNA分子有m个碱基且(G＋C)的数目为n，则此mRNA分子中(A＋U)的数目为(m－n)，控制其合成的DNA分子模板链中(A＋T)的数目至少为(m－n)，整个双链DNA分子中(A＋T)的数目至少为2(m－n)；由mRNA分子有m个碱基可知，以其为翻译模板可合成最多含m/3个氨基酸的蛋白质分子，题干中给出此蛋白质分子有两条肽链，脱去的水分子数最多应为(m/3)－2。]

2．如图所示为M基因控制物质C的合成以及物质C形成特定空间结构的物质D的流程图解。下列相关叙述正确的是(　　)

A．图中①④过程参与碱基配对的碱基种类较多的是①过程

B．基因转录得到的产物均可直接作为蛋白质合成的控制模板

C．组成物质C的氨基酸数与组成M基因的核苷酸数的比值大于1/6

D．图中经过⑤过程形成物质D时需依次经过高尔基体和内质网的加工和修饰

A　[分析图中信息可知，①过程表示转录，该过程参与配对的碱基有A、T、C、G、U 5种，而④过程表示翻译，该过程参与配对的碱基有A、U、C、G 4种，A正确；从图中信息可知，控制该分泌蛋白合成的直接模板是物质B，而转录的产物是物质A，B错误；由于M基因转录形成的物质A还要剪切掉一部分片段才形成翻译的模板，所以组成物质C的氨基酸数与组成M基因的核苷酸数的比值小于1/6，C错误；核糖体合成的肽链应先经内质网初加工，再由高尔基体进一步修饰和加工，D错误。]

　原核生物与真核生物基因转录和翻译的辨别

(1)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进行，即先转录后翻译。

(2)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。过程如右图所示：

图中①是DNA模板链，②③④⑤表示正在合成的4条mRNA，每条mRNA上有多个核糖体同时进行翻译过程，翻译的方向是从下到上。

(3)转录不是转录整个DNA，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。

[课堂小结]

1．下图表示发生在细胞中的与遗传信息的传递、表达相关的生理过程，下列说法正确的是(　　)

A．①表示转录　　　　　　 B．②表示复制

C．①主要发生在细胞核中   D．②发生在细胞质中

C　[①过程为DNA复制，分别以DNA的两条链为模板合成子链，并由一条模板链和新合成的子链构成新的DNA，A项错误；②过程是以DNA的一条链为模板合成子链的过程，此过程为转录，B项错误；过程①②在真核细胞中主要发生在细胞核中，同时在线粒体和叶绿体中也能发生，C项正确、D项错误。]

2．(多选)对于下列图解，正确的说法有(　　)

A．表示DNA转录过程　　B．共有5种碱基

C．共有8种核苷酸   D．A均代表同一种核苷酸

ABC　[由题干信息可知，图为DNA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为8，碱基种类数为5。]

3．下列关于密码子的叙述，正确的是(　　)

A．密码子是mRNA中三个相邻的碱基

B．密码子都能决定相应的氨基酸

C．起始密码子能够启动翻译过程

D．一个氨基酸只有一个密码子

C　[密码子是mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻碱基，A错误；在正常情况下，终止密码子只能起到终止翻译的作用，不能决定相应的氨基酸，B错误；起始密码子既能启动翻译过程又能决定相应的氨基酸，C正确；一个氨基酸可能有多个密码子，D错误。]

4．细胞中基因的表达过程如图所示，下列叙述正确的是(　　)

A．图示过程可以发生在所有真核细胞中

B．细胞质基质中②携带③的种类由④决定

C．②和④均是①中某些片段表达的产物

D．图中核糖体沿着④向左认读遗传密码

C　[图示是真核细胞中基因表达的过程，但不是发生在所有的真核细胞中，如哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和核糖体，A错误；细胞质基质中②tRNA携带③氨基酸的种类由反密码子决定，B错误；②tRNA和④mRNA均是①细胞核DNA中某些片段表达的产物，C正确；④mRNA的起始密码子AUG在左侧，因此核糖体沿着mRNA向右认读遗传密码，D错误。]

5．如图表示某DNA片段遗传信息的传递过程，①～⑤表示物质或结构。a、b、c表示生理过程。请据图回答下列问题。              (可能用到的密码子：AUG—甲硫氨酸、GCU—丙氨酸、AAG—赖氨酸、UUC—苯丙氨酸、UCU—丝氨酸、UAC—酪氨酸)

(1)完成遗传信息表达的是________(填字母)过程，a过程所需的酶有_________________。

(2)图中含有核糖的是________(填数字)；由②指导合成的多肽链中氨基酸序列是______________________________。

(3)该DNA片段第三次复制需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目为________个。

(4)若在AUG后插入三个核苷酸，合成的多肽链中除在甲硫氨酸后多一个氨基酸外，其余氨基酸序列没有变化。由此证明_____________________________。

[解析]　分析图示过程可知：a为DNA的复制、b为转录、c为翻译。 (1)完成遗传信息表达的是转录和翻译，即图中的b和c，DNA的复制需要在解旋酶的作用下解开双链，然后在DNA聚合酶的作用下合成DNA子链。              (2)RNA中含有核糖，所以图中含有核糖的结构包括mRNA、tRNA、rRNA。根据②mRNA上的密码子可知指导合成的多肽链中氨基酸的序列：甲硫氨酸—丙氨酸—丝氨酸—苯丙氨酸。              (3)由图可知DNA片段含7个T，故第三次复制需要23－1×7＝28(个)胸腺嘧啶脱氧核苷酸。              (4)三个核苷酸对应一个氨基酸，由此证明一个密码子由三个相邻的碱基(核糖核苷酸)组成。

[答案]　(1)b、c　解旋酶和DNA聚合酶　(2)②③⑤　甲硫氨酸—丙氨酸—丝氨酸—苯丙氨酸　(3)28　(4)一个密码子由三个相邻的碱基(核糖核苷酸)组成