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45基因控制蛋白质的合成
大许中学2009—2010学年度第二学期
高一生物教学案
第四章第5-6课时基因控制蛋白质的合成
一、课标要求:
1.举例说明基因、蛋白质与性状的关系。
探究基因和遗传信息的关系。
2.概述遗传信息的转录和翻译的过程。
3.概述基因控制蛋白质合成的过程。
4.说出中心法则的内容,指出遗传密码子与氨基酸的关系。
二、课堂互动:
考点1.DNA与RNA的比较及碱基比例的运用:
(1).RNA与DNA的比较:
比较项目
DNA
RNA
结构
基本单位
五碳糖
碱基
功能
由核酸所含碱基种类及比例可分析判断核酸的种类。
如有U而无T,则此核酸为RNA。
如有T且A=T,G=C,则为双链DNA。
如有T且A≠T或G≠C,则为单链DNA。
【例题1】.有三个核酸分子,经分析共有5种碱基,8种核苷酸,4条多核苷酸链,它的组成是()
A.1个RNA、2个DNAB.3个DNA
C.1个DNA、2个RNAD.3个RNA
【变式训练2】经测定,甲、乙、丙三种生物核酸中碱基比如下:
则甲、乙、丙三种生物的核酸分别是:
考点2遗传信息的转录与翻译
【思考讨论1】请结合教材68页图4-10中RNA转录示意图并联系DNA复制的相关内容,讨论并填写下表:
【思考讨论2】请结合教材71页图4-14蛋白质合成示意图,讨论并填写下表:
1.填表比较转录和翻译与DNA复制的区别:
比较项目
DNA复制
转录
翻译
发生时期
场所
模板
原料
产物
过程特点
原则
信息传递
【例题2】.下图为某真核生物细胞内DNA转录示意图,请据图回答:
(1)在图中方框内用“→”或“←”标出转录的方向。
(2)b与c在结构组成上相同的化学基团为。
(3)在马蛔虫体细胞中,上述过程发生在中,若在人的胃黏膜上皮细胞中,还可出现在中。
(4)蛙的红细胞可以发生上述过程吗?
。
【变式训练2】下图是蛋白质合成示意图,请据图回答:
(1).转录的模板是[]中的一条链,该链的相应段碱基顺序是。
(2).翻译的场所是[],翻译的模板是[],运载氨基酸的工具是[],翻译后的产物是。
(3).根据在蛋白质生物合成中遗传信息传递的规律,在上面表格数码中填入相应的字母。
考点3.遗传密码及破译
【思考讨论1】请阅读教材70页内容及密码表,讨论并完成下列问题:
1.遗传学上把上决定的个相邻的碱基,叫做一个。
生物的密码子共有个,其中起始密码子有个分别为,它不仅具有蛋白质合成的作用,还能编码;终止密码子有个分别为,它只具有的作用。
2.据表可知碱基组成为CUU的密码子编码的氨基酸是;亮氨酸的密码子有;因此密码子与氨基酸的关系为:
一种密码子能密码种氨基酸;一种氨基酸可由种密码子编码。
【思考讨论2】请参考教材69页图4-12,并结合阅读下列材料,讨论并回答下列问题:
【例题3】请阅读下材料:
材料一:
1961年,科学家克里克和他的同事通过大量的实验工作发现,在相关碱基序列中增加或者删除一个碱基,无法产生正常功能的蛋白质;增加或者删除两个碱基,也不能产生正常蛋白质;但是,当增加或者删除三个碱基时,却合成了具有正常功能的蛋白质。
材料二:
据克里克的发现之后,科学家尼伦贝格和马太采用了蛋白质的体外合成技术,破译了第一个遗传密码。
取5支试管,预先加入一定的物质,再把20种氨基酸分成五组,每组含四种不同的氨基酸,每支试管中加入一组氨基酸,再加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液,以及人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸,结果在含有酪氨酸、苯丙氨酸、半胱氨酸和丝氨酸的一组试管中合成了多肽,再用同样的方法,把酪氨酸、苯丙氨酸、半胱氨酸和丝氨酸分别加入四支试管中,从而合成了只含苯丙氨酸的多肽链。
根据上述材料回答下列问题:
(1)材料一中克里克的实验第一次证明了。
(2)在材料二中:
①为什么要除去细胞提取液产的DNA和mRNA?
。
②细胞提取液为肽链的合成提供了哪些条件?
。
③加入的人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸作为。
④只在苯丙氨酸试管中合成了只含苯丙氨酸的多肽链。
这一实验假设是。
⑤据实验结果可以得出与苯丙氨酸对应的密码子应是。
(3)根据理论推测,mRNA上的三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。
(4)继上述实验后:
又有科学家用C、U两种碱基相间排列的mRNA为模板,检验一个密码子是否含有三个碱基。
如果密码子是连续翻译的:
①假如一个密码子中含有两个或四个碱基,则该RNA指导合成的多肽链中应由种氨基酸组成。
②假如一个密码子中含有三个碱基,则该RNA指导合成的多肽链中应由种氨基酸组成。
【变式训练3】.1个mRNA分子部分核苷酸顺序如下:
……GAGCUGAUUUAGAUG……(终止密码UAA、UAG、UGA)其密码编号是121、122、123、124、125,经翻译后合成的多肽链含()
A.121个氨基酸残基B.122个氨基酸残基
C.123个氨基酸残基D.124个氨基酸残基
考点4基因对性状的控制——中心法则
【思考讨论】请参考教材72页中知识海洋,中心法则及其发展,讨论并填写下表:
比较项目
模板
原料
产物
场所
信息传递
适用对象
DNA复制
DNA转录
翻译
RNA复制
RNA逆转录
【例题4】.下图为一组模拟实验,假设实验能正常进行且四只试管中都有产物生成,回答:
(1)A、D试管中的产物是,但A管模拟的是过程,D试管模拟的是过程。
(2)B、C试管中的产物是,但B试管模拟的是,C试管模拟的是。
(3)假如B试管中加入的DNA含有306个碱基,那么产物中最多含有个碱基,有个密码子。
(4)E过程称,在细胞中进行的场所是图中的原料为工具是,产物是。
(5)生物遗传信息传递的全过程可用下图表示:
①请将此图解中a~e过程与上图A~E各试管所模拟的内容对应起来:
a对应b对应c对应d对应e对应。
②此图解中在生物体内常发生的过程是,极少发生的是人体内不能发生过程。
③图解中的c过程必需有酶参与,烟草花叶病毒、噬菌体、艾滋病病毒中可进行c过程的是。
[变式训练4].下列试管中可模拟遗传信息的流动,其中模拟逆转录过程的是()
【归纳总结】.分析中心法则中遗传信息传递过程的性质及产物可参照以下规律:
(1)从模板分析:
如果模板是DNA,生理过程可能是DNA复制或DNA转录。
如果模板是RNA,生理过程可能是RNA复制或RNA逆转录或翻译。
(2)从原料分析:
如果原料为脱氧核苷酸,产物一定是DNA
如果原料为核糖核苷酸,产物一定是RNA。
如果原料为氨基酸,产物一定是多肽或蛋白质。
考点5基因、RNA中的碱基和蛋白质中氨基酸的数量关系计算:
(1)、转录时,以基因的一条链为模板,按照碱基互补配对原则,产生一条单链mRNA,则转录产生的mRNA分子中碱基数目是基因中碱基数目的一半,且基因模板链中A+T(或C+G)与mRNA分子中U+A(或C+G)相等。
(2).翻译过程中,mRNA中每3个相邻碱基决定一个氨基酸,所以经翻译合成的蛋白质分子中氨基酸数目是mRNA中碱基数目的1/3,是双链DNA碱基数目的1/6。
【例题5】假设有一段mRNA上有60个碱基,其中A有15个,G有25个,那么转录该mRNA的DNA分子区段中,C和T的个数之和及该mRNA翻译成的多肽中最多的肽键数分别为()
A.1520B.6018C.4019D.6019
[变式训练5].大肠杆菌噬菌体M3的核酸中碱基组成如下:
A占23%;T占36%;C占20%;G占21%。
其外壳蛋白只有49个氨基酸,控制合成外壳蛋白的DNA的碱基至少是()
A.147B.294C.98D.49
考点6.基因与性状、染色体、DNA、脱氧核苷酸和遗传信息的关系。
(1).基因与性状的关系:
基因是控制性状的遗传物质的结构、功能单位,特定的基因控制相应性状。
(2).基因与DNA的关系:
具有遗传效应的DNA片段,一个DNA有多个基因。
(3).基因的位置:
核基因(主要的),质基因(线粒体、叶绿体内)
(4).基因与染色体的关系:
染色体为主要载体,且在染色体上呈直线排列。
(5).基因与脱氧核苷酸的关系:
每个基因含有成百上千个脱氧核苷酸。
(6).基因与遗传信息的关系:
不同基因的脱氧核苷酸的排列顺序(碱基顺序)不同,不同的基因就含有不同的遗传信息。
(7).基因的功能:
传递遗传信息和表达遗传信息
【例题6】.下图表示细胞内与基因有关的物质或结构,请仔细阅读并回答问题:
(1)细胞内的遗传物质是[]。
基因和它的关系是。
(2)a是指,e和g的关系是,e有种,g被彻底水解后的产物可用字母表示。
(3)f和i的位置关系是,f和h的关系是。
(4)1个i与g有两种比例关系:
和。
(5)g的空间结构—般表现为,若其中C+G/T+A=0.5,则A占总碱基数的比例为,其单链之一的C+G/T+A为。
【变式训练6】对一个基因的正确描述是:
①它是DNA分子上特定的片段②它的分子结构首先由孟德尔发现③它决定某一遗传性状或功能④它的化学结构不会发生变化()
A.①和②B.①和③C.③和④D.①和④
三、课后作业
(一)、选择题:
1.下面表示转录的过程,问此段中含有多少种核苷酸()
DNA——C—T—C—A——
RNA——G—A—G—U——
A.5B.6C.8D.4
2.一个DNA分子可以转录成多少种多少个信使RNA()
A.一种一个B.一种多个C.多种多个D.无数种无数个
3.已知某转运RNA一端的三个碱基顺序为GAU,它转运的是亮氨酸,那么决定此氨基酸的密码子是由下列哪个碱基序列转录而来的()
A.GATB.GAUC.CUAD.CTA
4.下列说法不正确的是()
A.一种转运RNA只能转运一种氨基酸
B.一种氨基酸可以含有多种密码子
C.一种氨基酸可由几种转运RNA来转运
D.一种氨基酸只能由一种转运RNA转运
5.构成蛋白质的氨基酸种类约20种,则决定氨基酸的密码子和转运氨基酸的RNA种类分别约有()
A.20种和20种B.64种和20种C.64种和64种D.61种和61种
6.如右图所示的过程,下列说法错误的是()
A.正常情况下,③、④、⑥在动植物细胞中都不可能发生
B.①、③过程的产物相同,催化的酶也相同
C.①、②进行的场所有细胞核、线粒体、叶绿体;⑤进行的场所为核糖体
D.①、②、⑤所需的原料分别为脱氧核苷酸、核糖核苷酸、氨基酸
(二)、简答题:
1.(08年江苏卷)(6分)下面表示蜘蛛的丝腺细胞合成蛛丝蛋白的部分过程示意图,据图回答:
(1)在蛋白质合成过程中,该图表示的过程称为,图中①的结构名称是。
(2)决定②的密码子是,连接②与③的化学键称为。
(3)在物质④合成过程中,与其DNA模板链上碱基A相配对的碱基是。
2.下图表示某基因的片段及其转录出的信使RNA,请据图回答问题(几种相关氨基酸的密码子见下表):
(1)形成③链的过程叫做,场所是,需要的原料是。
(2)形成③链的过程与DNA复制的过程,都要遵循原则。
(3)③链进入细胞质后与结合,在合成蛋白质过程中,转运RNA运载的氨基酸依次是(依次填写前两个氨基酸名称)。
(4)若该基因复制时发生差错,当上图a处所指由A变成G时,这种突变对该蛋白质的结构有无影响?
。
(5)若该基因有100个碱基对,可编码的氨基酸最多有个。
3.(06年上海高考题,8分)
为研究某病毒的致病过程,在实验室中做了如下图所示的模拟实验。
从病毒中分离得到物质A。
已知A是单链的生物大分子,其部分碱基序列为-GAACAUGUU-。
将物质A加入试管甲中,反应后得到产物X。
经测定产物X的部分碱基序列是-CTTGTACAA-,则试管甲中模拟的是________过程。
将提纯的产物X加入试管乙,反应后得到产物Y。
产物Y是能与核糖体结合的单链大分子,则产物Y是________,试管乙中模拟的是________过程。
将提纯的产物Y加入试管丙中,反应后得到产物Z。
产物Z是组成该病毒外壳的化合物,则产物Z是________。
大许中学2009—2010学年度第二学期
高一生物教学案
第四章第5-6课时基因控制蛋白质的合成
一、课标要求:
1.举例说明基因、蛋白质与性状的关系。
探究基因和遗传信息的关系。
2.概述遗传信息的转录和翻译的过程。
3.概述基因控制蛋白质合成的过程。
4.说出中心法则的内容,指出遗传密码子与氨基酸的关系。
二、课堂互动:
考点1.DNA与RNA的比较及碱基比例的运用:
(1).RNA与DNA的比较:
比较项目
DNA
RNA
结构
双螺旋结构,极少数病毒是单链结构
通常是单链结构
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
功能
传递和表达遗传信息
①mRNA:
转录遗传信息
②tRNA:
运输特定氨基酸
③rRNA:
核糖体的组成成分
(2).碱基比例的运用
由核酸所含碱基种类及比例可分析判断核酸的种类。
如有U而无T,则此核酸为RNA。
如有T且A=T,G=C,则为双链DNA。
如有T且A≠T或G≠C,则为单链DNA。
【例题1】.有三个核酸分子,经分析共有5种碱基,8种核苷酸,4条多核苷酸链,它的组成是(C)
A.1个RNA、2个DNAB.3个DNAC.1个DNA、2个RNAD.3个RNA
[解析].解答此类问题,需要弄清DNA和RNA的化学组成和空间结构。
因为DNA和RNA共含5种碱基,8种核苷酸,且一个DNA分子含有两条多核苷酸链,而一个RNA分子只含一条多核苷酸链。
据此符合题意的只有C项。
【答案】C
【变式训练1】经测定,甲、乙、丙三种生物核酸中碱基比如下:
则甲、乙、丙三种生物的核酸分别是:
[答案]..单链DNA、RNA、双链DNA
考点2遗传信息的转录与翻译
1.填表比较转录和翻译与DNA复制的区别:
比较项目
DNA复制
转录
翻译
发生时期
细胞分裂间期
个体发育过程中
个体发育过程中
场所
细胞核、线粒体
细胞核、线粒体
核糖体
模板
DNA两条链
DNA一条链
mRNA
原料
4种脱氧核苷酸
4种核糖核苷酸
20种氨基酸
产物
DNA
mRNA
蛋白质
过程
特点
边解旋边复制;
半保留复制
边解旋边转录
转录后DNA恢复原状
起始、延伸和终止三阶段
一个mRNA可结合多个核糖体
原则
碱基互补配对
碱基互补配对
碱基互补配对
信息传递
亲代DNA→子代DNA
DNA→RNA
RNA→蛋白质
【思考讨论1】请结合教材68页图4-10中RNA转录示意图并联系DNA复制的相关内容,讨论并填写下表:
【思考讨论2】请结合教材71页图4-14蛋白质合成示意图,讨论并填写下表:
【例题2】.下图为某真核生物细胞内DNA转录示意图,请据图回答:
(1)在图中方框内用“→”或“←”标出转录的方向。
←
(2)b与c在结构组成上相同的化学基团为磷酸基。
(3)在马蛔虫体细胞中,上述过程发生在细胞核中,若在人的胃黏膜上皮细胞中,还可出现在线粒体中。
(4)蛙的红细胞可以发生上述过程吗?
可以。
[解析]
(1)DNA转录时,已转录好的RNA片段与模板链迅速分离从核孔进入细胞质中与核糖体结合,开始翻译,而细胞核中继续边解旋边转录,已转录过的模板DNA与非模板链重新恢复双螺旋,所以从固中可知a是已与模板DNA分离的RNA片段,因此转录方向应向左;
(2)b是DNA上的胞嘧啶脱氧核苷酸,G是RNA上的鸟嘌呤核糖核苷酸,两者共有成分是磷酸基;(3)动物细胞可在细胞核和线粒体中进行DNA的转录,蛔虫进行无氧呼吸,无线粒体,故只有在细胞核中;人的胃黏膜上皮细胞进行有氧呼吸,细胞核和线粒体中均可;(4)蛙的虹细胞有细胞核和线粒体,可进行转录。
[答案]
(1)←
(2)磷酸基(3)细胞核线粒体(4)可以
【变式训练2】下图是蛋白质合成示意图,请据图回答:
(1).转录的模板是[④]DNA中的一条链,该链的相应段碱基顺序是TACCGAAGAAAG。
(2).翻译的场所是[②]核糖体,翻译的模板是[③]mRNA,运载氨基酸的工具是[①]tRNA,翻译后的产物是蛋白质。
(3).根据在蛋白质生物合成中遗传信息传递的规律,在下面表格数码中填入相应的字母。
[解析]解答此类题目的思路是:
①根据氨基酸确定密码子,将密码子填写到信使RNA栏内;②据信使RNA和DNA已知的碱基互补关系确定模板链;③按照碱基互补配对原则填写所有空格。
该题中涉及DNA的复制、转录和翻译三个过程,也就是DNA两链上的碱基互补,信使RNA上的碱基与DNA模板链碱基互补,tRNA与mRNA之间碱基互补。
[答案].
(1)C
(2)A(3)C(4)T(5)G(6)A(7)C(8)G(9)U(10)G(11)C
考点3.遗传密码及破译
【思考讨论1】请阅读教材70页内容及密码表,讨论并完成下列问题:
1.遗传学上把mRNA上决定氨基酸的3个相邻的碱基,叫做一个密码子。
生物的密码子共有64个,其中起始密码子有2个分别为AUG和GUG,它不仅具有起始蛋白质合成的作用,还能编码氨基酸;终止密码子有3个分别为UAAUAGUGA,它只具有终止蛋白质合成的作用。
2.据表可知碱基组成为CUU的密码子编码的氨基酸是亮氨酸;亮氨酸的密码子有UUAUUGCUUCUCCUACUG;因此密码子与氨基酸的关系为:
一种密码子能密码1种氨基酸;一种氨基酸可由多种密码子编码。
【思考讨论2】请参考教材69页图4-12,并结合阅读下列材料,讨论并回答下列问题:
【例题3】请阅读下材料:
材料一:
1961年,科学家克里克和他的同事通过大量的实验工作发现,在相关碱基序列中增加或者删除一个碱基,无法产生正常功能的蛋白质;增加或者删除两个碱基,也不能产生正常蛋白质;但是,当增加或者删除三个碱基时,却合成了具有正常功能的蛋白质。
材料二:
据克里克的发现之后,科学家尼伦贝格和马太采用了蛋白质的体外合成技术,破译了第一个遗传密码。
取5支试管,预先加入一定的物质,再把20种氨基酸分成五组,每组含四种不同的氨基酸,每支试管中加入一组氨基酸,再加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液,以及人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸,结果在含有酪氨酸、苯丙氨酸、半胱氨酸和丝氨酸的一组试管中合成了多肽,再用同样的方法,把酪氨酸、苯丙氨酸、半胱氨酸和丝氨酸分别加入四支试管中,从而合成了只含苯丙氨酸的多肽链。
根据上述材料回答下列问题:
(1)材料一中克里克的实验第一次证明了遗传密码中相邻的3个碱基编码1个氨基酸。
(2)在材料二中:
①为什么要除去细胞提取液产的DNA和mRNA?
防止细胞提取液中已有的DNA和mRNA起干扰作用。
②细胞提取液为肽链的合成提供了哪些条件?
场所(核糖体)、酶、ATP、tRNA等。
③加入的人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸作为合成肽链的直接模板。
④只在苯丙氨酸试管中合成了只含苯丙氨酸的多肽链。
这一实验假设是以多聚U为模板合成的多肽只含一种氨基酸。
⑤据实验结果可以得出与苯丙氨酸对应的密码子应是UUU。
(3)根据理论推测,mRNA上的三个相邻的碱基可以构成43=64种排列方式,实际上mRNA上决定氨基酸的密码子共有61种。
(4)继上述实验后:
又有科学家用C、U两种碱基相间排列的mRNA为模板,检验一个密码子是否含有三个碱基。
如果密码子是连续翻译的:
①假如一个密码子中含有两个或四个碱基,则该RNA指导合成的多肽链中应由1种氨基酸组成。
②假如一个密码子中含有三个碱基,则该RNA指导合成的多肽链中应由2种氨基酸组成。
[解析]
(1)克里克通过增减核酸中的碱基?
比较对蛋白质合成的影响,因增减三个碱基时都能合成正常蛋白质,所以三个相邻碱基决定一个氨基酸;
(2)尼伦贝格和马太采用蛋白质的体外合成技术,运用人工合成的RNA作模板,直接确定与相应氨基酸对应的密码子,所以实验中必须去除细胞中原有的DNA和mRNA的干扰,蛋白质合成的基本条件为核糖体、酶、ATP、模板mRNA和运载氨基酸的工具tRNA,直接模板为人工合成的RNA即多聚尿嘧啶核苷酸。
因为只在加进苯丙氨酸试管中合成了多肽链,因此苯丙氨酸的密码子为UUU。
(3)mRNA上碱基共有A、G、C、U四种,三个相邻的碱基构成一个密码子,根据数学原理,应有43即64种。
这其中有三种是终止密码子,实际上mRNA上决定氨基酸的密码子共有61种。
(4)①C、u两种碱基相间排列,假如一个密码子中含有两个或四个碱基,则密码子为CU或CUCU,决定一种氨基酸组成。
②假如一个密码子中含有三个碱基,则密码子为CUC、UCU,决定两种氨基酸组成。
【变式训练3】.1个mRNA分子部分核苷酸顺序如下:
……GAGCUGAUUUAGAUG……(终止密码UAA、UAG、UGA)其密码编号是121、122、123、124、125,经翻译后合成的多肽链含(C)
A.121个氨基酸残基B.122个氨基酸残基
C.123个氨基酸残基D.124个氨基酸残基
【答案】.C当DNA转录为mRNA时,mRNA进入细胞质中与核糖体结合后,由左向右进行翻译,得到多肽链。
由于题干中mRNA第124号是UAG,为1个终止密码,故翻译过程到此终止,翻译后的多肽只含有123个氨基酸。
考点4基因对性状的控制
1.【思考讨论】请参考教材72页中知识海洋,中心法则及其发展,讨论并填写下表:
比较项目
模板
原料
产物
场所
信息传递
适用对象
DNA复制
DNA转录
翻译
RNA复制
RNA逆转录
[例题4].下图为一组模拟实验,假设实验能正常进行且四只试管中都有产物生成,回答:
(1)A、D试管中的产物是DNA,但A管模拟的是复制过程,D试管模拟的是逆转录过程。
(2)B、C试管中的产物是RNA
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- 45 基因 控制 蛋白质 合成