《基因控制蛋白質(zhì)的合成》探究學(xué)案

12/12第三節(jié)基因控制蛋白質(zhì)的合成【高效導(dǎo)航】1.學(xué)習(xí)目標(biāo)：（1）說明基因和遺傳信息產(chǎn)關(guān)系。（2）概述遺傳信息的轉(zhuǎn)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(guān)系。（5）了解人類基因組計(jì)劃。2.學(xué)習(xí)重點(diǎn)：（1）染色體、DNA和基因三者之間的關(guān)系和基因的本質(zhì)。（2）基因控制蛋白質(zhì)的合成過程（3）堿基互補(bǔ)配對(duì)原則的應(yīng)用，在雙鏈DNA分子中堿基數(shù)量A=T,G=C。3.學(xué)習(xí)難點(diǎn)：基因控制蛋白質(zhì)合成的過程和原理?！翱础薄R(shí)經(jīng)緯基因控制蛋白質(zhì)的合成“導(dǎo)”—自主預(yù)習(xí)一、從基因到蛋白質(zhì)1.遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯的比較項(xiàng)目轉(zhuǎn)錄翻譯場(chǎng)所主要是細(xì)胞質(zhì)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(yùn)工具）堿基配對(duì)方式DNAmRNAA————AC——GG——CmRNAtRNAA————AC——GG——C信息傳遞DNA→mRNAmRNA→蛋白質(zhì)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?qū)π誀畹目刂?.中心法則的提出人：。2.完善的中心法則內(nèi)容（用簡(jiǎn)式表示）3.最初提出的內(nèi)容包括、轉(zhuǎn)錄和，補(bǔ)充完善的內(nèi)容為RNA復(fù)制和。4.RNA的自我復(fù)制和逆轉(zhuǎn)錄只發(fā)生在病毒在宿主細(xì)胞內(nèi)的增殖過程中，且逆轉(zhuǎn)錄過程必須有的參與。高等動(dòng)植物體內(nèi)只能發(fā)生另外三條途徑。5.基因?qū)π誀畹目刂品绞郊皩?shí)例（1）直接途徑：基因控制從而控制生物性狀，如鐮刀型細(xì)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(dá)到控制生物性狀，如白化病、豌豆的粒形。三、人類基因組計(jì)劃2003年4月14日，科學(xué)家宣布人類基因組繪制完成，共測(cè)出億個(gè)堿基?！皩W(xué)”—互動(dòng)探究探究一從基因到蛋白質(zhì)閱讀課本P68-P72邊做邊學(xué)相關(guān)內(nèi)容，并結(jié)合圖4－10、圖4－12和圖4－14，思考并小組討論下列問題：1.對(duì)基因概念的理解要點(diǎn)是什么？提示：基因是控制生物性狀的遺傳物質(zhì)的功能單位和結(jié)構(gòu)單位，是有遺傳效應(yīng)的DNA片段。此概念有三個(gè)要點(diǎn)：①基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段這就是說，基因是DNA的片段，但必須具有遺傳效應(yīng)（指具有復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、重組突變及調(diào)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。②基因是控制生物性狀的遺傳物質(zhì)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。③基因是控制性狀的遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)單位控制某種性狀的基因有特定的DNA片段，蘊(yùn)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(dá)，故基因是結(jié)構(gòu)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(shí)質(zhì)是什么？提示：基因不同的實(shí)質(zhì)：不同的基因，四種脫氧核苷酸的排列順序不同，但是每個(gè)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(zhì)。你能說出上述關(guān)鍵詞間的內(nèi)在聯(lián)系嗎？提示：染色體由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成，DNA分子上有遺傳效應(yīng)的片段即基因，基因可控制蛋白質(zhì)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(guān)系如何？它們分別在什么位置？提示：密碼子與反密碼子互補(bǔ)配對(duì)。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(shí)別并轉(zhuǎn)運(yùn)一種氨基酸，能否判定tRNA與氨基酸之間是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系？并分析原因。提示：不能。雖然一種tRNA只能識(shí)別并轉(zhuǎn)運(yùn)一種氨基酸，但一種氨基酸可能被多種tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)。6.轉(zhuǎn)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(bǔ)配對(duì)呢?提示：（1）DNA分子中堿基互補(bǔ)配對(duì)原則來；即A與T配對(duì)，G與C配對(duì)。（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(jìn)行配對(duì)。（3）通過轉(zhuǎn)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(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的氨基酸是怎樣到達(dá)核糖體并按一定排列順序形成蛋白質(zhì)呢?提示：需要一種搬運(yùn)工具搬運(yùn)--即另一種RNA（轉(zhuǎn)運(yùn)RNA,即tRNA）。轉(zhuǎn)運(yùn)RNA種類很多，但每種轉(zhuǎn)運(yùn)RNA只能識(shí)別并轉(zhuǎn)運(yùn)1種氨基酸。這是因?yàn)樵谵D(zhuǎn)運(yùn)RNA的一端是攜帶氨基酸的部位，另一端有3個(gè)堿基，能專一性地與信使RNA上的特定的3個(gè)堿基（即密碼子）配對(duì)。8.轉(zhuǎn)錄時(shí)，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(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，DNA分子兩條鏈中只有一條具有轉(zhuǎn)錄功能，這條具有轉(zhuǎn)錄功能的鏈叫做模板鏈或有意義鏈。應(yīng)該指出，在一條包含有若干個(gè)基因的DNA分子中，各個(gè)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?zhǔn)?′→5′單鏈（基因B）；有的基因有意義鏈?zhǔn)?′→3′單鏈（基因A、基因C）。所以說，DNA雙鏈中的一條鏈對(duì)某些基因來說是有義鏈，而對(duì)另一些基因來說，則是反義鏈。（如本圖DNA中的5′→3′單鏈對(duì)基因A、基因C而言是模板鏈，而對(duì)基因B而言則是非模板鏈。）由此可知，某個(gè)基因只能始終以特定的某一條鏈為模板，轉(zhuǎn)錄形成一種特定的信使RNA。因?yàn)橐粋€(gè)DNA分子中往往有多個(gè)不同的基因，因此，一個(gè)DNA分子可以轉(zhuǎn)錄形成多種信使RNA，從而控制合成多種蛋白質(zhì)。（因此，確切的說，信使RNA是以基因中的一條鏈為模板轉(zhuǎn)錄而來的，并非是以DNA的一條整鏈轉(zhuǎn)錄形成的。）9.什么是基因表達(dá)？提示：：基因不僅可以通過復(fù)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(zhì)的分子結(jié)構(gòu)上來，從而使后代表現(xiàn)出與親代相似的性狀，遺傳學(xué)上把這一過程叫做基因的表達(dá)。如：表達(dá)表達(dá)復(fù)制親代信息子代信息子代性狀有性生殖個(gè)體發(fā)育【經(jīng)典回眸】下圖為原核細(xì)胞中轉(zhuǎn)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(zhuǎn)錄尚未結(jié)束，翻譯即已開始C.多個(gè)核糖體共同完成一條多肽鏈的翻譯D.一個(gè)基因在短時(shí)間內(nèi)可表達(dá)出多條多肽鏈【解析】原核細(xì)胞由于沒有核膜的阻斷，所以可以邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯。原核生物的基因結(jié)構(gòu)多數(shù)以操縱子形式存在，即完成同類功能的多個(gè)基因聚集在一起，處于同一個(gè)啟動(dòng)子的調(diào)控之下，下游同時(shí)具有一個(gè)終止子。圖中附有核糖體的四條鏈?zhǔn)寝D(zhuǎn)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(zhì)合成過程中，同一條mRNA分子能夠同多個(gè)核糖體結(jié)合，同時(shí)合成若干條蛋白質(zhì)多肽鏈，結(jié)合在同一條mRNA上的核糖體就稱為多聚核糖體，這樣一個(gè)基因在短時(shí)間內(nèi)可表達(dá)出多條肽鏈。【答案】BD【變式訓(xùn)練】1.如圖代表人體胰島細(xì)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(gè)密碼子就有多少個(gè)反密碼子與之對(duì)應(yīng)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?qū)π誀畹目刂萍叭祟惢蚪M計(jì)劃閱讀課本P72－P734的相關(guān)內(nèi)容，并結(jié)合圖圖4－15，思考并小組討論下列問題：1.什么是信息流?提示：遺傳學(xué)上，將遺傳信息的流動(dòng)方向稱為信息流。2.根據(jù)克里克的“中心法則”簡(jiǎn)要說明信息流。提示：遺傳信息可從DNA流向DNA——DNA的自我復(fù)制遺傳信息可從DNA流向RNA——轉(zhuǎn)錄過程細(xì)胞生物遺傳信息可從RNA流向蛋白質(zhì)——翻譯過程遺傳信息可從RNA流向DNA——逆轉(zhuǎn)錄過程（病毒中出現(xiàn)）遺傳信息可從RNA流向RNA——RNA的自我復(fù)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(jìn)行RNA的自我復(fù)制，遺傳信息由RNA流向RNA；有的RNA病毒內(nèi)有逆轉(zhuǎn)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?yàn)榛蛑械拿撗鹾塑账岬呐帕许樞驔Q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(zhì)的結(jié)構(gòu)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(qǐng)同學(xué)們舉例說明基因?qū)π誀羁刂频姆绞接心膸追N？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(zhì)分子的結(jié)構(gòu)來直接影響性狀，舉例：控制血紅蛋白結(jié)構(gòu)的基因不正常，就會(huì)合成結(jié)構(gòu)異常的血紅蛋白而患病等。6.在所學(xué)過的知識(shí)中，可以體現(xiàn)出“堿基互補(bǔ)配對(duì)原則”的地方有哪五個(gè)？提示：DNA的結(jié)構(gòu)；DNA的復(fù)制；DNA的轉(zhuǎn)錄；遺傳密碼的翻譯；逆轉(zhuǎn)錄。7.人類基因組計(jì)劃的研究對(duì)象為什么是２４條染色體？人類基因組計(jì)劃的目標(biāo)是什么？提示：人類基因組一般是指核基因組，人類體細(xì)胞的細(xì)胞核中含有46條染色體（23對(duì)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(jì)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(jì)劃的目標(biāo)就是繪制四張圖：遺傳圖、物理圖、序列圖、轉(zhuǎn)錄圖，每張圖均涉及人類的一套染色體。8.水稻的體細(xì)胞內(nèi)有24條染色體，它的一個(gè)基因組中有幾條染色體？果蠅的體細(xì)胞有8條染色體，它的一個(gè)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＝3＋X＋Y。【經(jīng)典回眸】中心法則揭示了生物遺傳信息由DNA向蛋白質(zhì)傳遞與表達(dá)的過程，請(qǐng)回答下列問題：（1）a、b、c、d所表示的四個(gè)過程依次分別是、、_______和。（2）需要tRNA和核糖體同時(shí)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(xì)胞分裂的期。（4）在真核細(xì)胞中，a和b兩個(gè)過程發(fā)生的主要場(chǎng)所是。（5）能特異性識(shí)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(dá)的途徑有（用類似本題圖中的形式表達(dá)）：①；②。（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①~⑤分別模擬上圖中哪個(gè)過程？①；②；③；④；⑤?！窘馕觥坑蓤D可知，a過程為DNA的復(fù)制，發(fā)生在細(xì)胞分裂的間期；b為轉(zhuǎn)錄，在真核細(xì)胞中，主要發(fā)生在細(xì)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(xì)胞質(zhì)中；d過程為逆轉(zhuǎn)錄，主要是少數(shù)病毒侵入宿主細(xì)胞后發(fā)生的遺傳信息傳遞過程；e為RNA的復(fù)制；tRNA是翻譯過程的翻譯者，能識(shí)別mRNA上的密碼子；RNA病毒遺傳信息的傳遞和表達(dá)途徑有RNA→蛋白質(zhì)或RNA→DNA→RNA→蛋白質(zhì)?！敬鸢浮浚?）DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄（2）c（3）間（S）（4）細(xì)胞核（5）tRNA（轉(zhuǎn)運(yùn)RNA）氨基酸（6）如下圖RNA→DNA→RNA→蛋白質(zhì)（7）abedc【變式訓(xùn)練】3.在細(xì)胞中，以mRNA作為模板合成生物大分子的過程包括（）A.復(fù)制和轉(zhuǎn)錄 B.翻譯和轉(zhuǎn)錄C.復(fù)制和翻譯 D.翻譯和逆轉(zhuǎn)錄4.在遺傳信息的傳遞和表達(dá)過程中，一般不可能發(fā)生的是（）A.DNA的復(fù)制主要發(fā)生在細(xì)胞核中，以DNA的兩條鏈為模板B.轉(zhuǎn)錄主要發(fā)生在細(xì)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D.DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的原料都是脫氧核苷酸“思”—課堂小結(jié)同學(xué)們，通過這節(jié)課學(xué)習(xí)，你有哪些收獲和體會(huì)，存在哪些疑問，請(qǐng)把它填在下面的表格中，以便及時(shí)總結(jié)、彌補(bǔ)知識(shí)缺漏，不吃?shī)A生飯，不做欠賬人。收獲內(nèi)容疑點(diǎn)內(nèi)容“練”—當(dāng)堂檢測(cè)1.下列哪一項(xiàng)不是基因“遺傳效應(yīng)”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(zhì)的生物合成C.能在蛋白質(zhì)合成中決定一種氨基酸的位置D.能轉(zhuǎn)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(gè)肽鍵的多肽，則此mRNA分子至少含有的堿基個(gè)數(shù)及合成這段多肽需要的tRNA個(gè)數(shù)，依次為（）A.3311 B.3612C.1236 D.11363.人類基因組計(jì)劃應(yīng)有的價(jià)值是（）①追蹤疾病基因②估計(jì)遺傳風(fēng)險(xiǎn)③用于優(yōu)生優(yōu)育④建立個(gè)體DNA檔案⑤用于基因治療⑥治療艾滋病A.①②