1、成才之路 生物路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 必修2基因的表达第四章1.1.1 集合的概念第1节 基因指导蛋白质的合成第四章1.1.1 集合的概念学习目标定位2教材问题释疑3课前预习导学4课堂合作探究5思维拓展升华6方法技巧提升7课堂知识构建8课后强化作业9本节主攻要点1本节主攻要点1RNA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
2、密码子有61种，3种终止密码子不决定氨基酸。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。学习目标定位目标预览：1简述DNA与RNA的主要区别。2说明密码子、反密码子、遗传信息之间的关系。3概述遗传信息的转录与翻译过程。(重、难点)情境导入：俗话说，龙生龙，凤生凤，老鼠的儿子会打洞。生物的后代在性状表现和生活习性等方面表现出了惊人的遗传性。而我们从上一章学习中知道，这一切仅仅是亲代把自己的DNA复制了一份传给了子代而已。这是多么神奇的现象啊！问题探究：1.后代在性状表现和生活习性等方面与亲代
3、相似的根本原因是什么？2基因是怎样控制后代的性状的？提示：1.后代表现与亲代相似的根本原因是获得了亲代复制后传递过来的遗传物质(主要是DNA)。2基因是通过控制后代蛋白质的合成来控制后代的性状的。教材问题释疑(一)问题探讨提示：此节问题探讨意在引导学生思考DNA在生物体内有哪些作用，又是如何发挥作用的。一种生物的整套DNA分子中贮存着该种生物生长、发育等生命活动所需的全部遗传信息，也可以说是构建生物体的蓝图。但是，从DNA到具有各种性状的生物体，需要通过极其复杂的基因表达及其调控过程才能实现，因此，在可预见的将来，利用DNA分子来使灭绝的生物复活仍是难以做到的。(二)思考与讨论一1提示：可以从
4、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，转录与复制都需要模板、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。2转录成的RNA的碱基序列，与作为模板的DNA单链的碱基序列之间的碱基是互补配对关系，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。(三)思考与讨论二1最多能编码16种氨基酸。2至少需要3个碱基。(四)思考与讨论三1对应的氨基酸序列是：甲硫氨酸谷氨酸丙氨酸半胱氨酸脯氨酸丝氨酸赖氨酸脯氨酸。2提示：这是一道开放性较强的题，答
5、案并不唯一，旨在培养学生的分析能力和发散性思维，通过这一事实可以想到生物都具有相同的遗传语言，所有生物可能有共同的起源或生命在本质上是统一的，等等。3提示：此题具有一定的开放性，旨在促进学生积极思考，不必对答案做统一要求。可以从增强密码容错性的角度来解释，当密码子中有一个碱基改变时，由于密码的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸；也可以从密码子使用频率来考虑，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度。(五)思考与讨论四1提示：此题旨在检查对蛋白质合成过程的理解。可以参照教材中图的表示方法来绘制。2提示：根据mRNA的碱基序列和密码子表就可以写出肽链的氨基酸序
6、列。(六)想像空间DNA相当于总司令。在战争中，如果总司令总是深入前沿阵地直接指挥，就会影响他指挥全局。DNA被核膜限制在细胞核内，使转录和翻译过程分隔在细胞的不同区域进行，有利于这两项重要生命活动的高效、准确进行。课前预习导学一、遗传信息的转录1RNA的组成、结构和种类：核糖核苷酸核糖A鸟嘌呤胞嘧啶尿嘧啶单链短mRNA、tRNA和rRNA细胞核DNA的一条链核糖核苷酸RNA(2)过程：RNA聚合碱基碱基互补配对一条链核糖核苷酸氢键RNA聚合酶mRNADNA链双螺旋二、遗传信息的翻译1概念(对翻译概念的解读连线)：场所 a20种氨基酸模板b具有一定氨基酸顺序的蛋白质原料c细胞质的核糖体上产物d
7、mRNA2密码子和反密码子的比较：项目位置实质种类密码子_决定氨基酸的_相邻的碱基共有_种，决定氨基酸的有_种反密码子_与_上的密码子互补配对的_相邻碱基共有_种mRNA3个6461tRNAmRNA3个613.翻译过程：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有肽链上核糖体tRNAmRNAtRNA终止：当核糖体到达mRNA上的_时，合成停止脱离：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_的蛋白质分子终止密码子空间结构功能根据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
8、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个密码子。课堂合作探究1.DNA与RNA的比较遗传信息的转录比较项目项目DNARNA化学组成基本单位脱氧核苷酸核糖核苷酸碱基A、G、C、TA、G、C、U五碳糖脱氧核糖核糖无机酸磷酸磷酸空间结构规则的双螺旋结构通常呈单链结构分类通常只有一类分mRNA、tRNA、rRNA三类功能主要的遗传物质在不存在DNA的生物里是遗传物质，在存在DNA的生物里辅助DNA完成功能存在(真核生物)主要存在于细胞核中的染色体上主要存在于细胞质中2.RNA的分类(1)信使RNA(mRNA)：单链结
9、构，由DNA转录而来，其碱基序列包含遗传信息，因将DNA中遗传信息转录下来故名。遗传密码位于mRNA上。(2)转运RNA(tRNA)：三叶草结构，头端特定的三个碱基叫反密码子，尾端连接特定的氨基酸，在蛋白质合成中运输氨基酸，所以叫做转运RNA。(3)核糖体RNA(rRNA)：是核糖体的重要组成部分。3转录(1)转录的概念：RNA是在细胞核中以DNA一条链为模板合成的，这一过程称为转录。转录的场所：细胞核中。模板：以DNA分子的一条链为模板。结果：产生mRNA。(2)转录的过程：DNA双链解开，DNA双链的碱基得以暴露。游离的核糖核苷酸随机地与DNA链上的碱基碰撞，当核糖核苷酸与DNA的碱基互补
10、时，两者以氢键结合。(3)转录与DNA分子复制的区别：复制转录时间有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期生长发育过程中场所主要在细胞核，少部分在线粒体和叶绿体原料四种脱氧核苷酸四种核糖核苷酸模板DNA的两条链DNA中的一条链条件特定的酶和ATP复制转录过程DNA解旋，以两条链为模板，按碱基互补配对原则，合成两条子链，子链与对应母链螺旋化DNA解旋，以一条链为模板，按碱基互补配对原则，形成mRNA(单链)，进入细胞质与核糖体结合模板去向分别进入两个子代DNA分子中恢复原样，DNA分子重新形成双螺旋结构特点 边解旋边复制，半保留复制边解旋边转录，DNA双链全保留产物两个双链DNA分子一条单链mRNA
11、意义 复制遗传信息，使遗传信息从亲代传给子代传递遗传信息，为翻译作准备转录区别于DNA分子自我复制的地方为原料是核糖核苷酸。遵循碱基互补配对原则，但DNA单链中的A(腺嘌呤)与U(尿嘧啶)配对。新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上，此处用到的酶为RNA聚合酶。合成的mRNA从DNA分子上释放，而后DNA双链恢复。DNA分子的两条链中，被转录的那条链叫模板链，也叫有意义链或信息链。ABCD解析由图可知，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的是4种脱氧核苷酸，组成RNA链的是4种核糖核苷酸，因此题图中共有8种核苷酸。答案C下图是真核生物
12、mRNA合成过程图，请据图判断下列说法中正确的是()AR表示的节段正处于解旋状态，形成这种状态需要解旋酶B图中是以4种脱氧核苷酸为原料合成的C如果图中表示酶分子，则它的名称是DNA聚合酶D图中的合成后，在细胞核中与核糖体结合并控制蛋白质的合成答案A解析选项专家分析综合点评AR所示的节段正处于解旋状态，DNA解旋需要解旋酶参与解答本题时要注意以下两点：(1)首先要掌握转录的具体内容及过程；(2)其次要对图有良好的识别能力B合成mRNA需要的原料为4种核糖核苷酸C是合成RNA的酶，名称为RNA聚合酶D在真核细胞内mRNA合成后，要通过核孔进入到细胞质中与核糖体结合并控制蛋白质的合成1.翻译的概念：
13、游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质，这一过程叫翻译。部位：细胞质。原料：各种游离氨基酸。模板：mRNA。结果：一定氨基酸顺序的蛋白质。实质：将mRNA中的碱基序列(携带遗传信息)翻译为蛋白质的氨基酸序列(具体性状)。遗传信息的翻译2碱基与氨基酸之间的对应关系DNA、RNA各自只有4种碱基，而组成生物体蛋白质的氨基酸有20种，4种碱基和20种氨基酸的对应关系是怎样的呢？若1个碱基决定1个氨基酸，则4种碱基只能决定4种氨基酸，这显然是不够的；若2个碱基编码1个氨基酸，最多能编码4416个氨基酸，这与20种氨基酸相比也是不够的。由以上分析可知，1个氨基酸的编码
14、至少需要3个碱基，3个碱基有44464种组合，才足以组合出构成蛋白质的20种氨基酸。密码子：mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基叫做密码子，共64个遗传密码子。3氨基酸的“搬运工”tRNAtRNA的基本结构单位为核糖核苷酸，为RNA的一种。tRNA种类众多，但每一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。tRNA呈三叶草形，其一端为携带氨基酸的部位，另一端有3个碱基。每个tRNA上的这3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，称反密码子。4翻译过程(1)注意比较转录和翻译的不同点步骤场所模板条件原料产物其他转录细胞核基因一条链RNA聚合酶核苷酸mRNAmRNA从核孔穿出，移到细胞质的核糖体上翻译细
15、胞质的核糖体mRNA酶、tRNA为运载工具氨基酸多肽链一条或几条多肽链再进一步形成蛋白质的空间结构(2)蛋白质合成过程中的重点、难点、误点、疑点归纳与突破转运RNA(tRNA)具有两个特异性端，一为氨基酸臂，是携带一定氨基酸的，一为反密码子环，其上裸露着三个碱基，称反密码子，不同的转运RNA其反密码子是不同的。氨基酸的遗传密码是在信使RNA(mRNA)上而不是在氨基酸上，氨基酸上是没有碱基的。这一点容易误解，应注意。若一个tRNA的反密码子是CGA，那么它运载的氨基酸一定是丙氨酸，因为丙氨酸的遗传密码(GCU)是与其反密码子(CGA)具有互补配对关系的。也就是说，tRNA所携带的氨基酸，其遗传
16、密码一定是与该tRNA的反密码子互补配对。蛋白质的合成过程比较难理解，让我们打个比方来理解这个过程：许多大人各自领着自己的孩子，将他们安排到电影院的一排座位上看电影，就类似于蛋白质的合成过程。大人(转运RNA)有两个特异性端，即左手和右手，左手拿着电影票(反密码子)，右手领着自己的小孩(氨基酸)，来到电影院(核糖体)，找到座号(遗传密码)，将自己的小孩安排下，离开电影院。这样，这许多小孩(氨基酸)，就通过大人(tRNA)领着(携带)，按照影院座号(mRNA上的遗传密码)，排成了一定顺序(多肽)。密码子是在mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻碱基。tRNA上与其配对的三个碱基称为反密码子。从理论上
17、讲，4种碱基可以组合成64个密码子(4364个)，决定20种氨基酸，所以有的氨基酸不只有一种密码子。一种密码子只能决定一种氨基酸，一种氨基酸可以有几种密码子对应着。一种tRNA只能转运一种氨基酸，但一种氨基酸可由多种tRNA转运。UAA、UAG、UGA三种密码子不能决定氨基酸，称为蛋合质合成的终止密码。密码子在生物界是通用的，说明生物是由共同的原始祖先进化来的，彼此之间存在着或远或近的亲缘关系。下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该过程有水
18、产生解析翻译的直接模板是mRNA，而不是DNA，A项错误。翻译的产物是多肽，经加工后形成蛋白质，但并不是所有的蛋白质都是酶或激素，B项错误。终止密码子不与氨基酸对应，所以没有与终止密码子对应的反密码子，C项错误。氨基酸脱水缩合形成多肽，D项正确。答案DDNA分子模板链上的碱基序列及最终翻译的氨基酸如下表所示，则如图所示的tRNA所携带的氨基酸是(反密码子从携带氨基酸的一端开始读起)()A.丙氨酸B精氨酸C苏氨酸D半胱氨酸碱基序列GCACGTACGTGC氨基酸精氨酸丙氨酸半胱氨酸苏氨酸答案C解析根据碱基互补配对原则倒推：思维拓展升华1.基因表达的理解(1)基因与性状的关系基因是决定生物性状的基本
19、单位。(2)基因与染色体的关系染色体是基因的主要载体，基因在染色体上呈线性排列。(3)基因与DNA的关系基因是具有遗传效应的DNA片段。基因控制蛋白质的合成(4)基因与遗传信息的关系基因的脱氧核苷酸排列顺序代表遗传信息。(5)基因与蛋白质的关系基因通过DNA控制蛋白质的合成来控制生物的性状。2基因控制蛋白质合成(如图所示)复制、转录、翻译的比较(见下表)复制转录翻译时间有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期生长发育的连续过程中场所主要在细胞核，少部分在线粒体和叶绿体细胞核核糖体原料四种脱氧核苷酸四种核糖核苷酸二十种氨基酸模板DNA的两条链DNA中的一条链mRNA条件特定的酶和ATP复制转录翻译过
20、程DNA解旋，以两条链为模板，按碱基互补配对原则，合成两条子链，子链与对应母链螺旋化DNA解旋，以其中一条链为模板，按碱基互补配对原则，形成mRNA单链，进入细胞质与核糖体结合以mRNA为模板，合成有一定氨基酸序列的多肽链模板去向分别进入两个子代DNA分子中恢复原样，与非模板链重新组成双螺旋结构分解成单个核苷酸特点边解旋边复制，半保留复制边解旋边转录，DNA双链全保留一个mRNA上可连续结合多个核糖体，顺次合成多肽链复制转录翻译意义复制遗传信息，使遗传信息从亲代传给子代表达遗传信息，使生物体表现出各种遗传性状配对方式ATTAGCCGAUTAGCCGAUUAGCCG如何解决这类问题，关键搞清以下
21、问题。氨基酸是构成蛋白质的基本单位，有关氨基酸脱水缩合的知识在第一册已讲过。在本节知识中，蛋白质的合成受基因控制。信使RNA上三个相邻的碱基决定一个氨基酸，因此蛋白质中氨基酸的数目与信使RNA上的碱基数目存在着1:3的对应关系。而信使RNA又是通过基因中的信息链转录而来。关于基因控制蛋白质合成过程中的有关计算问题由于基因是双链，而只有一条链能转录，所以基因中的碱基数目与信使RNA上的碱基数目存在着2:1的对应关系，因此蛋白质中的氨基酸数目与基因中的碱基数目存在着1:6的对应关系。在合成蛋白质时，需要转运RNA作为运载氨基酸的工具，每个转运RNA每次只能运载一个特定的氨基酸，因此一个蛋白质中有多
22、少个氨基酸，就有多少个转运RNA参加了转运。综上所述，可把上面有关的知识总结成如下的关系式：(1)蛋白质中肽链的条数(缩合时脱下的水分子数或蛋白质中的肽键数):蛋白质中氨基酸的数目:参加转运的tRNA:参加转运的tRNA中反密码子碱基数:信使RNA的碱基数:DNA(基因)碱基数1:1:1:3:3:6。(2)蛋白质平均相对分子质量氨基酸平均相对分子质量氨基酸数目(氨基酸数目蛋白质中肽链数)水相对分子质量。(3)涉及化学常识的计算问题。方法技巧提升探究点 假说验证的实验思路密码子组成的探究案例科学家已经证明密码子是mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基。以下是遗传密码破译过程的几个阶段。(1)根据
23、理论推测，mRNA上的3个相邻的碱基可以构成_种排列方式，实际上mRNA上决定氨基酸的密码子共有_种。(2)1955年，尼伦伯格和马太成功建立了体外蛋白质合成系统，破译了第一个密码子：苯丙氨酸(UUU)。具体的做法是在代表“体外蛋白质合成系统”的20支试管中各加入作为模板(mRNA)的多聚尿嘧啶核苷酸(即只由U组成的mRNA)，再向20支试管中分别加入20种氨基酸中的一种，结果只有加入苯丙氨酸的试管中才出现了多聚苯丙氨酸肽链。体外蛋白质合成系统中除了加入全套必要的酶系统、tRNA、人工合成的mRNA和氨基酸外，还需提供_。(3)上述实验后，又有科学家用C、U两种碱基相间排列的mRNA为模板，检
24、验1个密码子是否含有3个碱基，如果密码子是连续翻译的：假如一个密码子中含有2个或4个碱基，则该mRNA指导合成的多肽链中应由_种氨基酸组成。假如一个密码子中含有3个碱基，则该mRNA指导合成的多肽链中应由_种氨基酸组成。(4)1964年又有科学家用2个、3个或4个碱基为单位的重复序列，最终破译了全部密码子，包括终止密码子。下表是部分实验：实验序号重复的mRNA序列生成的多肽所含氨基酸种类1(UC)n丝氨酸、亮氨酸2(UUC)n苯丙氨酸、亮氨酸、丝氨酸3(UUAC)n亮氨酸、苏氨酸、酪氨酸说明：表中(UC)n表示UCUCUCUCUCUC这样的重复mRNA序列。请分析上表后推测下列氨基酸的密码子：
25、亮氨酸_；丝氨酸_；苯丙氨酸_。标准答案(1)6461(2)ATP和核糖体(3)12(4)CUU、CUCUCUUUC方法警示得分要点：(2)必须为“ATP和核糖体”(3)第二个空必须为“2”(4)第一个空必须为“CUU、CUC”错因案例(2)答为“能量和核糖体”。(错因：没有审清题目中指的是“物质”)(3)答为“1”。(错因：密码子的顺读并不是都得从第一个碱基读起)(4)第一个空答为“CUU”。(错因：没有考虑密码子具有简并性，通过2、3链推导出其中之一，而没做全面考虑)技法提炼(1)密码子是由3个相邻碱基组成的，理论推导：mRNA上的碱基共有4种，而氨基酸有20种，显然1种碱基对应1种氨基酸
26、是不成立的，而2种碱基组成的密码子最多有42种，也不能满足20种氨基酸的对应，至少由3个相邻的碱基组成4364种，从而出现了1种氨基酸对应多种密码子的现象。(2)密码子所含碱基个数的实验推导：由“CUCUCUCUCUCUCU”组成的mRNA，理论上分析密码子不可能由2个相邻碱基组成；若是由4个相邻碱基组成，则密码子只可能是“CUCU”或“UCUC”，所以一条上述mRNA翻译后只会有1种氨基酸出现；若是密码子由3个相邻的碱基组成，经过顺读后则有“CUC”和“UCU”2种密码子，所以合成的肽链中有2种氨基酸组成(当然此时没有考虑到密码子的简并性，或者是CUC和UCU对应的2种不同的氨基酸)。(3)
27、密码子与氨基酸的真实对应关系的验证：已知3个相邻的碱基对应1个氨基酸，若是由实验中的3条链，1链为“UCUCUCUCUCUCUCUC”它会有2种密码子即为“UCU”和“CUC”，2链为“UUCUUCUUCUUCUUCUUC”它会有3种密码子“UUC、UCU、CUU”，3链为“UUACUUACUUACUUACUUAC”它会有4种密码子“UUA、UAC、ACU、CUU”，由2、3两链中共有的CUU可知亮氨酸的密码子之一为CUU，由1、2链中共有的UCU可知丝氨酸的密码子为UCU，由于1链中除去有丝氨酸外还含有亮氨酸，所以亮氨酸的另一个密码子为CUC。此时通过2链可知苯丙氨酸的密码子为“UUC”。课堂知识构建课后强化作业（点此链接）
