《基因控制蛋白质的合成》探究学案

12/12第三节基因控制蛋白质的合成【高效导航】1.学习目标：（1）说明基因和遗传信息产关系。（2）概述遗传信息的转录和翻译过程。（3）说明遗传密码和中心法则。（4）说明基因与性状的关系。（5）了解人类基因组计划。2.学习重点：（1）染色体、DNA和基因三者之间的关系和基因的本质。（2）基因控制蛋白质的合成过程（3）碱基互补配对原则的应用，在双链DNA分子中碱基数量A=T,G=C。3.学习难点：基因控制蛋白质合成的过程和原理。“看”——知识经纬基因控制蛋白质的合成“导”—自主预习一、从基因到蛋白质1.遗传信息的转录和翻译的比较项目转录翻译场所主要是细胞质的模板DNA的一条链

原料4种20种其他条件酶（RNA聚合酶等）和ATP酶、ATP和（搬运工具）碱基配对方式DNAmRNAA————AC——GG——CmRNAtRNAA————AC——GG——C信息传递DNA→mRNAmRNA→蛋白质产物RNA（mRNA、tRNA、rRNA）有一定氨基酸排列顺序的多肽2.密码子和反密码子（1）密码子存在于上，共有种。决定氨基酸的密码子有种；终止密码子有种,不决定氨基酸；起始密码子有种，决定氨基酸。（2）反密码子存在于上，共有种。二、基因对性状的控制1.中心法则的提出人：。2.完善的中心法则内容（用简式表示）3.最初提出的内容包括、转录和，补充完善的内容为RNA复制和。4.RNA的自我复制和逆转录只发生在病毒在宿主细胞内的增殖过程中，且逆转录过程必须有的参与。高等动植物体内只能发生另外三条途径。5.基因对性状的控制方式及实例（1）直接途径：基因控制从而控制生物性状，如镰刀型细胞贫血症、囊性纤维病的病因。（2）间接途径：基因控制从而控制从而达到控制生物性状，如白化病、豌豆的粒形。三、人类基因组计划2003年4月14日，科学家宣布人类基因组绘制完成，共测出亿个碱基。“学”—互动探究探究一从基因到蛋白质阅读课本P68-P72边做边学相关内容，并结合图4－10、图4－12和图4－14，思考并小组讨论下列问题：1.对基因概念的理解要点是什么？提示：基因是控制生物性状的遗传物质的功能单位和结构单位，是有遗传效应的DNA片段。此概念有三个要点：①基因是有遗传效应的DNA片段这就是说，基因是DNA的片段，但必须具有遗传效应（指具有复制、转录、翻译、重组突变及调控等功能）。有的DNA片段属间隔区段，没有控制性状的作用，这样的DNA片段就不是基因。②基因是控制生物性状的遗传物质的功能单位举例：紫茉莉红花的基因控制红花性状，开红花。狗的直毛有直毛基因控制；人的黑发有黑发基因控制。③基因是控制性状的遗传物质的结构单位控制某种性状的基因有特定的DNA片段，蕴含特定的遗传信息，可以切除，可以拼接到其他生物的DNA上，从而获得某种性状的表达，故基因是结构单位。例如：把牛的胰岛素基因拼接到大肠杆菌的DNA上，大肠杆菌可以生产胰岛素。2.基因不同的实质是什么？提示：基因不同的实质：不同的基因，四种脱氧核苷酸的排列顺序不同，但是每个基因都有特定的排列顺序3.DNA、基因、染色体、脱氧核苷酸、蛋白质。你能说出上述关键词间的内在联系吗？提示：染色体由DNA和蛋白质构成，DNA分子上有遗传效应的片段即基因，基因可控制蛋白质的合成，脱氧核苷酸是基因和DNA的基本组成单位。4.密码子与反密码子关系如何？它们分别在什么位置？提示：密码子与反密码子互补配对。密码子位于mRNA上，反密码子位于tRNA上。5.根据每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，能否判定tRNA与氨基酸之间是一一对应关系？并分析原因。提示：不能。虽然一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，但一种氨基酸可能被多种tRNA转运。6.转录中模板DNA链的碱基是A、G、C、T是如何与信使RNA中碱基A、G、C、U互补配对呢?提示：（1）DNA分子中碱基互补配对原则来；即A与T配对，G与C配对。（2）从形成过程可看出，是mRNA中的U碱基与DNA分子中的A碱基进行配对。（3）通过转录，DNA分子的遗传信息（即碱基排列顺序）就传递给了信使RNA。7.游离于细胞质基质中的氨基酸是怎样到达核糖体并按一定排列顺序形成蛋白质呢?提示：需要一种搬运工具搬运--即另一种RNA（转运RNA,即tRNA）。转运RNA种类很多，但每种转运RNA只能识别并转运1种氨基酸。这是因为在转运RNA的一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个碱基，能专一性地与信使RNA上的特定的3个碱基（即密码子）配对。8.转录时，为什么只能以DNA的一条链为模板？提示：1961年，韦斯等发现离体系统的双链DNA都可以作为模板，合成不同的RNA分子。以后，马默在侵染枯草杆菌的噬菌体实验中发现，DNA分子两条链中只有一条具有转录功能，这条具有转录功能的链叫做模板链或有意义链。应该指出，在一条包含有若干个基因的DNA分子中，各个基因的有意义链，并不都在同一条链上，也就是说，它们各自具有自己的有意义链,即有的基因有意义链是3′→5′单链（基因B）；有的基因有意义链是5′→3′单链（基因A、基因C）。所以说，DNA双链中的一条链对某些基因来说是有义链，而对另一些基因来说，则是反义链。（如本图DNA中的5′→3′单链对基因A、基因C而言是模板链，而对基因B而言则是非模板链。）由此可知，某个基因只能始终以特定的某一条链为模板，转录形成一种特定的信使RNA。因为一个DNA分子中往往有多个不同的基因，因此，一个DNA分子可以转录形成多种信使RNA，从而控制合成多种蛋白质。（因此，确切的说，信使RNA是以基因中的一条链为模板转录而来的，并非是以DNA的一条整链转录形成的。）9.什么是基因表达？提示：：基因不仅可以通过复制把遗传信息传递给下一代，还可以使遗传信息以一定的方式反映到蛋白质的分子结构上来，从而使后代表现出与亲代相似的性状，遗传学上把这一过程叫做基因的表达。如：表达表达复制亲代信息子代信息子代性状有性生殖个体发育【经典回眸】下图为原核细胞中转录、翻译的示意图。据图判断，下列描述中正确的是（多选）（）A.图中表示4条多肽链正在合成B.转录尚未结束，翻译即已开始C.多个核糖体共同完成一条多肽链的翻译D.一个基因在短时间内可表达出多条多肽链【解析】原核细胞由于没有核膜的阻断，所以可以边转录边翻译。原核生物的基因结构多数以操纵子形式存在，即完成同类功能的多个基因聚集在一起，处于同一个启动子的调控之下，下游同时具有一个终止子。图中附有核糖体的四条链是转录后的mRNA，而不是4条肽链，核糖体合成的才是肽链；在蛋白质合成过程中，同一条mRNA分子能够同多个核糖体结合，同时合成若干条蛋白质多肽链，结合在同一条mRNA上的核糖体就称为多聚核糖体，这样一个基因在短时间内可表达出多条肽链。【答案】BD【变式训练】1.如图代表人体胰岛细胞中发生的某一过程（AA代表氨基酸），下列叙述正确的是（） A.能给该过程提供遗传信息的只能是DNAB.该过程合成的产物一定是酶或激素C.有多少个密码子就有多少个反密码子与之对应D.该过程中有水产生2.DNA分子模板链上的碱基序列携带的遗传信息最终翻译成的氨基酸如下表所示。则tRNA（UGC）所携带的氨基酸是（）GCACGTACGTGC赖氨酸丙氨酸半胱氨酸苏氨酸A.赖氨酸 B.丙氨酸C.半胱氨酸 D.苏氨酸探究二基因对性状的控制及人类基因组计划阅读课本P72－P734的相关内容，并结合图图4－15，思考并小组讨论下列问题：1.什么是信息流?提示：遗传学上，将遗传信息的流动方向称为信息流。2.根据克里克的“中心法则”简要说明信息流。提示：遗传信息可从DNA流向DNA——DNA的自我复制遗传信息可从DNA流向RNA——转录过程细胞生物遗传信息可从RNA流向蛋白质——翻译过程遗传信息可从RNA流向DNA——逆转录过程（病毒中出现）遗传信息可从RNA流向RNA——RNA的自我复制（病毒中出现）3.所有RNA病毒的遗传信息传递途径都相同吗？试分析原因。提示：不相同。有的RNA病毒可以进行RNA的自我复制，遗传信息由RNA流向RNA；有的RNA病毒内有逆转录酶，可以以RNA为模板合成DNA，即遗传信息由RNA流向DNA。4.为什么说生物的一切遗传性状都是受基因控制的？提示：因为基因中的脱氧核苷酸的排列顺序决定了信使RNA中核糖核苷酸的排列顺序，信使RNA中碱基排列顺序又决定了氨基酸的排列顺序，氨基酸的排列顺序最终决定了蛋白质的结构和功能的特异性，从而使生物体表现出各种遗传性状。5.请同学们举例说明基因对性状控制的方式有哪几种？提示：（1）通过控制酶的合成来控制代谢过程，从而控制生物性状，举例：酪氨酸酶缺乏是由于基因不正常等。（2）通过控制蛋白质分子的结构来直接影响性状，举例：控制血红蛋白结构的基因不正常，就会合成结构异常的血红蛋白而患病等。6.在所学过的知识中，可以体现出“碱基互补配对原则”的地方有哪五个？提示：DNA的结构；DNA的复制；DNA的转录；遗传密码的翻译；逆转录。7.人类基因组计划的研究对象为什么是２４条染色体？人类基因组计划的目标是什么？提示：人类基因组一般是指核基因组，人类体细胞的细胞核中含有46条染色体（23对同源染色体）。人类属于XY型性别决定类型，X、Y为异型的同源染色体，其上所含的遗传信息有所不同，所以人类基因组计划研究的是24条染色体，即22条常染色体和X、Y性染色体。人类基因组计划的目标就是绘制四张图：遗传图、物理图、序列图、转录图，每张图均涉及人类的一套染色体。8.水稻的体细胞内有24条染色体，它的一个基因组中有几条染色体？果蝇的体细胞有8条染色体，它的一个基因组中有几条染色体？提示：水稻基因组由12条染色体组成。果蝇的基因组是5条＝3＋X＋Y。【经典回眸】中心法则揭示了生物遗传信息由DNA向蛋白质传递与表达的过程，请回答下列问题：（1）a、b、c、d所表示的四个过程依次分别是、、_______和。（2）需要tRNA和核糖体同时参与的过程是（用图中的字母回答）。（3）a过程发生在真核细胞分裂的期。（4）在真核细胞中，a和b两个过程发生的主要场所是。（5）能特异性识别信使RNA上密码子的分子是，后者所携带的分子是。（6）RNA病毒的遗传信息传递与表达的途径有（用类似本题图中的形式表达）：①；②。（7）如图所示，给以适宜的条件各试管均有产物生成，则试管①~⑤分别模拟上图中哪个过程？①；②；③；④；⑤。【解析】由图可知，a过程为DNA的复制，发生在细胞分裂的间期；b为转录，在真核细胞中，主要发生在细胞核中，另外还发生在绿色植物的叶绿体和线粒体中；c为翻译过程，发生在细胞质中；d过程为逆转录，主要是少数病毒侵入宿主细胞后发生的遗传信息传递过程；e为RNA的复制；tRNA是翻译过程的翻译者，能识别mRNA上的密码子；RNA病毒遗传信息的传递和表达途径有RNA→蛋白质或RNA→DNA→RNA→蛋白质。【答案】（1）DNA复制转录翻译逆转录（2）c（3）间（S）（4）细胞核（5）tRNA（转运RNA）氨基酸（6）如下图RNA→DNA→RNA→蛋白质（7）abedc【变式训练】3.在细胞中，以mRNA作为模板合成生物大分子的过程包括（）A.复制和转录 B.翻译和转录C.复制和翻译 D.翻译和逆转录4.在遗传信息的传递和表达过程中，一般不可能发生的是（）A.DNA的复制主要发生在细胞核中，以DNA的两条链为模板B.转录主要发生在细胞核中，以DNA的一条链为模板C.翻译发生在核糖体上，以mRNA为模板D.DNA复制和转录的原料都是脱氧核苷酸“思”—课堂小结同学们，通过这节课学习，你有哪些收获和体会，存在哪些疑问，请把它填在下面的表格中，以便及时总结、弥补知识缺漏，不吃夹生饭，不做欠账人。收获内容疑点内容“练”—当堂检测1.下列哪一项不是基因“遗传效应”的含义（）A.能控制一种生物性状的表现B.能控制一种蛋白质的生物合成C.能在蛋白质合成中决定一种氨基酸的位置D.能转录一种信使RNA2.一段原核生物的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，依次为（）A.3311 B.3612C.1236 D.11363.人类基因组计划应有的价值是（）①追踪疾病基因②估计遗传风险③用于优生优育④建立个体DNA档案⑤用于基因治疗⑥治疗艾滋病A.①②