《基因控制蛋白質的合成》學案1.doc

基因控制蛋白質的合成【高效導航】1.學習目標：(1)說明基因和遺傳信息產(chǎn)關系。(2)概述遺傳信息的轉錄和翻譯過程。(3)說明遺傳密碼和中心法則。(4)說明基因與性狀的關系。(5)了解人類基因組計劃。2.學習重點：(1)染色體、DNA和基因三者之間的關系和基因的本質。(2)基因控制蛋白質的合成過程(3)堿基互補配對原則的應用，在雙鏈DNA分子中堿基數(shù)量A=T，G=C。3.學習難點：基因控制蛋白質合成的過程和原理。 “看”知識經(jīng)緯基因控制蛋白質的合成導”自主預習第3節(jié) 基因控制蛋白質的合成一、從基因到蛋白質1.遺傳信息的轉錄和翻譯的比較 項目轉錄翻譯場所 主要是 細胞質的 模板DNA的一條鏈 原料 4種 20種 其他條件酶(RNA聚合酶等)和ATP酶、ATP和 (搬運工具)堿基配對方式DNA mRNAA A CG GCmRNA tRNAA A CG GC信息傳遞DNAmRNAmRNA蛋白質產(chǎn)物RNA(mRNA、tRNA、rRNA)有一定氨基酸排列順序的多肽2.密碼子和反密碼子(1)密碼子存在于 上，共有 種。決定氨基酸的密碼子有 種；終止密碼子有 種，不決定氨基酸；起始密碼子有 種，決定氨基酸。(2)反密碼子存在于 上，共有 種。二、基因對性狀的控制1.中心法則的提出人： 。2.完善的中心法則內容(用簡式表示)3.最初提出的內容包括 、轉錄和 ，補充完善的內容為RNA復制和 。4.RNA的自我復制和逆轉錄只發(fā)生在 病毒在宿主細胞內的增殖過程中，且逆轉錄過程必須有 的參與。高等動植物體內只能發(fā)生另外三條途徑。5.基因對性狀的控制方式及實例(1)直接途徑：基因控制 從而控制生物性狀，如鐮刀型細胞貧血癥、囊性纖維病的病因。(2)間接途徑：基因 控制 從而控制 從而達到控制生物性狀，如白化病、豌豆的粒形。三、人類基因組計劃2003年4月14日，科學家宣布人類基因組 繪制完成，共測出 億個堿基?！皩W”互動探究探究一 從基因到蛋白質閱讀課本P68-P72邊做邊學相關內容，并結合圖410、圖412和圖414，思考并小組討論下列問題：1.對基因概念的理解要點是什么？提示：基因是控制生物性狀的遺傳物質的功能單位和結構單位，是有遺傳效應的DNA片段。 此概念有三個要點： 基因是有遺傳效應的DNA片段 這就是說，基因是DNA的片段，但必須具有遺傳效應(指具有復制、轉錄、翻譯、重組突變及調控等功能)。有的DNA片段屬間隔區(qū)段，沒有控制性狀的作用，這樣的DNA片段就不是基因。 基因是控制生物性狀的遺傳物質的功能單位 舉例：紫茉莉紅花的基因控制紅花性狀，開紅花。狗的直毛有直毛基因控制；人的黑發(fā)有黑發(fā)基因控制。 基因是控制性狀的遺傳物質的結構單位 控制某種性狀的基因有特定的DNA片段，蘊含特定的遺傳信息，可以切除，可以拼接到其他生物的DNA上，從而獲得某種性狀的表達，故基因是結構單位。例如：把牛的胰島素基因拼接到大腸桿菌的DNA上，大腸桿菌可以生產(chǎn)胰島素。 2.基因不同的實質是什么？提示：基因不同的實質：不同的基因，四種脫氧核苷酸的排列順序不同，但是每個基因都有特定的排列順序3.DNA、基因、染色體、脫氧核苷酸、蛋白質。你能說出上述關鍵詞間的內在聯(lián)系嗎？ 提示：染色體由DNA和蛋白質構成，DNA分子上有遺傳效應的片段即基因，基因可控制蛋白質的合成，脫氧核苷酸是基因和DNA的基本組成單位。 4.密碼子與反密碼子關系如何？它們分別在什么位置？ 提示：密碼子與反密碼子互補配對。密碼子位于mRNA上，反密碼子位于tRNA上。 5.根據(jù)每種tRNA只能識別并轉運一種氨基酸，能否判定tRNA與氨基酸之間是一一對應關系？并分析原因。 提示：不能。雖然一種tRNA只能識別并轉運一種氨基酸，但一種氨基酸可能被多種tRNA轉運。6.轉錄中模板DNA鏈的堿基是A、G、C、T是如何與信使RNA中堿基A、G、C、U互補配對呢？ 提示：(1)DNA分子中堿基互補配對原則來；即A與T配對，G與C配對。 (2)從形成過程可看出，是mRNA中的U堿基與DNA分子中的A堿基進行配對。 (3)通過轉錄，DNA分子的遺傳信息(即堿基排列順序)就傳遞給了信使RNA。 7.游離于細胞質基質中的氨基酸是怎樣到達核糖體并按一定排列順序形成蛋白質呢？ 提示：需要一種搬運工具搬運-即另一種RNA(轉運RNA，即tRNA)。轉運RNA種類很多，但每種轉運RNA只能識別并轉運1種氨基酸。這是因為在轉運RNA的一端是攜帶氨基酸的部位，另一端有3個堿基，能專一性地與信使RNA上的特定的3個堿基(即密碼子)配對。8.轉錄時，為什么只能以DNA的一條鏈為模板？ 提示：1961年，韋斯等發(fā)現(xiàn)離體系統(tǒng)的雙鏈DNA都可以作為模板，合成不同的RNA分子。以后，馬默在侵染枯草桿菌的噬菌體實驗中發(fā)現(xiàn)，DNA分子兩條鏈中只有一條具有轉錄功能，這條具有轉錄功能的鏈叫做模板鏈或有意義鏈。應該指出，在一條包含有若干個基因的DNA分子中，各個基因的有意義鏈，并不都在同一條鏈上，也就是說，它們各自具有自己的有意義鏈，即有的基因有意義鏈是35單鏈(基因B)；有的基因有意義鏈是53單鏈(基因A、基因C)。所以說，DNA雙鏈中的一條鏈對某些基因來說是有義鏈，而對另一些基因來說，則是反義鏈。(如本圖DNA中的53單鏈對基因A、基因C而言是模板鏈，而對基因B而言則是非模板鏈。) 由此可知，某個基因只能始終以特定的某一條鏈為模板，轉錄形成一種特定的信使RNA。因為一個DNA分子中往往有多個不同的基因，因此，一個DNA分子可以轉錄形成多種信使RNA，從而控制合成多種蛋白質。(因此，確切的說，信使RNA是以基因中的一條鏈為模板轉錄而來的，并非是以DNA的一條整鏈轉錄形成的。) 9.什么是基因表達？提示：基因不僅可以通過復制把遺傳信息傳遞給下一代，還可以使遺傳信息以一定的方式反映到蛋白質的分子結構上來，從而使后代表現(xiàn)出與親代相似的性狀，遺傳學上把這一過程叫做基因的表達。如： 表達復制親代信息子代信息子代性狀有性生殖個體發(fā)育【經(jīng)典回眸】下圖為原核細胞中轉錄、翻譯的示意圖。據(jù)圖判斷，下列描述中正確的是(多選) ( )A.圖中表示4條多肽鏈正在合成B.轉錄尚未結束，翻譯即已開始C.多個核糖體共同完成一條多肽鏈的翻譯D.一個基因在短時間內可表達出多條多肽鏈【解析】原核細胞由于沒有核膜的阻斷，所以可以邊轉錄邊翻譯。原核生物的基因結構多數(shù)以操縱子形式存在，即完成同類功能的多個基因聚集在一起，處于同一個啟動子的調控之下，下游同時具有一個終止子。圖中附有核糖體的四條鏈是轉錄后的mRNA，而不是4條肽鏈，核糖體合成的才是肽鏈；在蛋白質合成過程中，同一條mRNA分子能夠同多個核糖體結合，同時合成若干條蛋白質多肽鏈，結合在同一條mRNA上的核糖體就稱為多聚核糖體，這樣一個基因在短時間內可表達出多條肽鏈。【答案】BD【變式訓練】1.如圖代表人體胰島細胞中發(fā)生的某一過程(AA代表氨基酸)，下列敘述正確的是( )A.能給該過程提供遺傳信息的只能是DNAB.該過程合成的產(chǎn)物一定是酶或激素C.有多少個密碼子就有多少個反密碼子與之對應D.該過程中有水產(chǎn)生 2.DNA分子模板鏈上的堿基序列攜帶的遺傳信息最終翻譯成的氨基酸如下表所示。則tRNA(UGC)所攜帶的氨基酸是( )GCACGTACGTGC賴氨酸丙氨酸半胱氨酸蘇氨酸A.賴氨酸 B.丙氨酸 C.半胱氨酸 D.蘇氨酸 探究二 基因對性狀的控制及人類基因組計劃閱讀課本P72P734的相關內容，并結合圖圖415，思考并小組討論下列問題：1.什么是信息流？ 提示：遺傳學上，將遺傳信息的流動方向稱為信息流 。2.根據(jù)克里克的“中心法則”簡要說明信息流。提示：l 遺傳信息可從DNA流向DNADNA的自我復制 l 遺傳信息可從DNA流向RNA轉錄過程 細胞生物 l 遺傳信息可從RNA流向蛋白質翻譯過程 l 遺傳信息可從RNA流向DNA逆轉錄過程(病毒中出現(xiàn)) l 遺傳信息可從RNA流向RNARNA的自我復制(病毒中出現(xiàn)) 3.所有RNA病毒的遺傳信息傳遞途徑都相同嗎？試分析原因。提示：不相同。有的RNA病毒可以進行RNA的自我復制，遺傳信息由RNA流向RNA；有的RNA病毒內有逆轉錄酶，可以以RNA為模板合成DNA，即遺傳信息由RNA流向DNA。4.為什么說生物的一切遺傳性狀都是受基因控制的？提示：因為基因中的脫氧核苷酸的排列順序決定了信使RNA中核糖核苷酸的排列順序，信使RNA中堿基排列順序又決定了氨基酸的排列順序，氨基酸的排列順序最終決定了蛋白質的結構和功能的特異性，從而使生物體表現(xiàn)出各種遺傳性狀。 5.請同學們舉例說明基因對性狀控制的方式有哪幾種？提示：(1)通過控制酶的合成來控制代謝過程，從而控制生物性狀，舉例：酪氨酸酶缺乏是由于基因不正常等。 (2)通過控制蛋白質分子的結構來直接影響性狀，舉例：控制血紅蛋白結構的基因不正常，就會合成結構異常的血紅蛋白而患病等。 6.在所學過的知識中，可以體現(xiàn)出“堿基互補配對原則”的地方有哪五個？提示：DNA的結構；DNA的復制；DNA的轉錄；遺傳密碼的翻譯；逆轉錄。7.人類基因組計劃的研究對象為什么是條染色體？人類基因組計劃的目標是什么？ 提示：人類基因組一般是指核基因組，人類體細胞的細胞核中含有46條染色體(23對同源染色體)。人類屬于XY型性別決定類型，X、Y為異型的同源染色體，其上所含的遺傳信息有所不同，所以人類基因組計劃研究的是24條染色體，即22條常染色體和X、Y性染色體。 人類基因組計劃的目標就是繪制四張圖：遺傳圖、物理圖、序列圖、轉錄圖，每張圖均涉及人類的一套染色體。 8.水稻的體細胞內有24條染色體，它的一個基因組中有幾條染色體？果蠅的體細胞有8條染色體，它的一個基因組中有幾條染色體？ 提示：水稻基因組由12條染色體組成。果蠅的基因組是5條3XY。【經(jīng)典回眸】中心法則揭示了生物遺傳信息由DNA向蛋白質傳遞與表達的過程，請回答下列問題：(1)a、b、c、d所表示的四個過程依次分別是 、 、 和 。(2)需要tRNA和核糖體同時參與的過程是 (用圖中的字母回答)。(3)a過程發(fā)生在真核細胞分裂的期 。 (4)在真核細胞中，a和b兩個過程發(fā)生的主要場所是 。(5)能特異性識別信使RNA上密碼子的分子是 ，后者所攜帶的分子是 。(6)RNA病毒的遺傳信息傳遞與表達的途徑有(用類似本題圖中的形式表達)： ； 。(7)如圖所示，給以適宜的條件各試管均有產(chǎn)物生成，則試管分別模擬上圖中哪個過程？ ； ； ； ； 。【解析】由圖可知，a過程為DNA的復制，發(fā)生在細胞分裂的間期；b為轉錄，在真核細胞中，主要發(fā)生在細胞核中，另外還發(fā)生在綠色植物的葉綠體和線粒體中；c為翻譯過程，發(fā)生在細胞質中；d過程為逆轉錄，主要是少數(shù)病毒侵入宿主細胞后發(fā)生的遺傳信息傳遞過程；e為RNA的復制；tRNA是翻譯過程的翻譯者，能識別mRNA上的密碼子；RNA病毒遺傳信息的傳遞和表達途徑有RNA蛋白質或RNADNARNA蛋白質。【答案】(1)DNA復制 轉錄 翻譯 逆轉錄(2)c(3)間(S) (4)細胞核(5)tRNA(轉運RNA) 氨基酸(6)如下圖 RNADNARNA蛋白質(7)a b e d c 【變式訓練】3.在細胞中，以mRNA作為模板合成生物大分子的過程包括()A復制和轉錄 B翻譯和轉錄C復制和翻譯 D翻譯和逆轉錄4.在遺傳信息的傳遞和表達過程中，一般不可能發(fā)生的是()ADNA的復制主要發(fā)生在細胞核中，以DNA的兩條鏈為模板B轉錄主要發(fā)生在細胞核中，以DNA的一條鏈為模板C翻譯發(fā)生在核糖體上，以mRNA為模板DDNA復制和轉錄的原料都是脫氧核苷酸【變式訓練參考答案】D D D D“思”課堂小結同學們，通過這節(jié)課學習，你有哪些收獲和體會，存在哪些疑問，請把它填在下面的表格中，以便及時總結、彌補知識缺漏，不吃夾生飯，不做欠賬人。收獲內容疑點內容“練”當堂檢測1.下列哪一項不是基因“遺傳效應”的含義()A能控制一種生物性狀的表現(xiàn)B能控制一種蛋白質的生物合成C能在蛋白質合成中決定一種氨基酸的位置D能轉錄一種信使RNA2.一段原核生物的mRNA通過翻譯可合成一條含有11個肽鍵的多肽，則此mRNA分子至少含有的堿基個數(shù)及合成這段多肽需要的tRNA個數(shù)，依次為( )A.33 11B.36 12 C.12 36D.11 363.人類基因組計劃應有的價值是( ) 追蹤疾病基因 估計遺傳風險 用于優(yōu)生優(yōu)育建立個體DNA檔案 用于基因治療 治療艾滋病 A. B. C. D. 4.結合以下圖表分析，有關說法正確的是( )抗菌藥物抗菌機理青霉素抑制細菌細胞壁的合成環(huán)丙沙星抑制細菌DNA解旋酶的活性紅霉素能與核糖體結合利福平抑制RNA聚合酶的活性A.環(huán)丙沙星和紅霉素分別抑制細菌的和B.青霉素和利福平能抑制DNA的復制C.結核桿菌的和都發(fā)生在細胞質中D.可發(fā)生在人體健康細胞中5下圖表示小鼠細胞內遺傳信息