从基因到蛋白质优质课教案整理

人教版生物必修二

教学案

第四章

第1节《基因指导蛋白质的合成》（2课时）

主备课人：

郝静 审核人：

高霞 授课人：

授课时间：

学生编号：

姓名：

【学习目标】

1.知识目标：掌握DNA与RNA的异同；概述遗传信息的转录和翻译过程。

2.能力目标：运用数学方法，分析碱基与氨基酸的对应关系。

3.情感目标：初步学会用辩证唯物主义观点分析和认识生命活动的基本规律，逐步树立科学的世界观；体验基因表达过程的和谐美，基因表达原理的逻辑美、简约美。

【重点难点】

遗传信息转录和翻译的过程。

第一节（第一课时）

【自主探究】

一、RNA的种类、结构及与DNA的比较

1.基本单位：________________。

2.化学成分

3.结构：一般是______链，且比DNA短。

4.分类

RNA在细胞中有三种，即_____________________、_____________________、________________。

（1）信使RNA（mRNA）：单链结构，由________转录而来，其碱基序列包含遗传信息，因将DNA中的遗传信息转录下来而得名。密码子位于________上。

（2）转运RNA（tRNA）：三叶草结构，一端特定的三个碱基叫____________，另一端连接特定的____________，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。

5.DNA和RNA的比较

项目

全称

分布

基本组成单位

碱基

五碳糖

空间结构

DNA 脱氧核糖核酸

主要存在于细胞核中

脱氧核糖核苷酸

A、T、C、G 脱氧核糖

规则的双螺旋结构

1

RNA 核糖核酸

主要存在于细胞质中

核糖核苷酸

A、U、C、G 核糖

通常呈单链结构

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分类

通常只有一类

只要生物体内存在DNA，DNA就是遗传物质

mRNA、tRNA、rRNA三类

生物体内无DNA时，RNA是遗传物质；存在DNA时，RNA辅助DNA完成功能。

功能

相同点

①化学组成成分中都有磷酸及碱基A、C、G。②二者都是核酸，核酸中的碱基序列代表遗传信息。

RNA是以DNA的一条链为模板转录产生的，即RNA的遗传信息来自DNA。

联系

6.DNA与RNA的判定方法

（1）若某核酸分子中有脱氧核糖，一定为DNA；有核糖一定为RNA。

（2）若含“T”，一定为DNA或其单位；若含“U”，一定为RNA或其单位。因而用放射性同位素标记“T”或“U”可探知DNA或RNA，若细胞中大量利用“T”，可认为进行DNA的复制；若大量利用“U”，可认为进行RNA的合成。

（3）若有T但T≠A或嘌呤≠嘧啶，则为单链DNA，因双链DNA分子中A＝T、G＝C、嘌呤（A＋G）＝嘧啶（T＋C）。

（4）若发现嘌呤≠嘧啶，则肯定不是双链DNA（可能为单链DNA，也可能是RNA）。

二、遗传信息的转录

1.场所：主要是细胞核。真核生物转录的场所还有叶绿体和线粒体。

2.模板：DNA转录的模板与DNA复制不同，是DNA的一条链，而且是DNA的某一片段（基因），不是整条链。

3.条件：解旋酶、RNA聚合酶、提供能量的ATP，而酶的活性的发挥需要适宜的温度和pH等外界条件。

4.原料：核糖核苷酸。

5.过程：（1）解旋：________解开，DNA双链的碱基得以暴露。

（2）配对：游离的________________随机地与DNA链上的碱基碰撞，当核糖核苷酸与DNA的碱基互补时，两者以________结合。

（3）连接：在________________的作用下，依次连接，形成一个________分子。

（4）脱离：合成的________从DNA链上释放，而后，__________恢复。

6.配对：A—U、G—C、T—A、C—G。

7.结果：形成三种RNA，其中mRNA携带遗传信息。

【合作探究】

探究一：RNA只有一条链，它的结构组成与DNA有什么异同点呢？

2

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探究二：为什么mRNA适于作DNA的信使呢？DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的？

探究三：人的肌肉细胞和唾液腺细胞，转录形成的mRNA的种类相同吗？为什么？

【运用探究】

例1：有关真核细胞DNA复制和转录这两种过程的叙述，错误的是（

）

A.两种过程都可在细胞核中发生

B.两种过程都有酶参与反应

C.两种过程都以脱氧核糖核苷酸为原料

D.两种过程都以DNA为模板

◆规律总结

（1）复制和转录发生在DNA存在的部位，如细胞核、叶绿体、线粒体、拟核、质粒等部位。转录出的RNA有mRNA、rRNA、tRNA，但携带遗传信息的只有mRNA。

（2）一个mRNA分子上可相继结合多个核糖体，同时合成多条相同肽链。

（3）从核糖体上脱离下来的只是多肽链，多肽链往往还要在相应的细胞器（内质网、高尔基体）内加工，最后才形成具有一定空间结构和特定功能的蛋白质。

例2：有关RNA的叙述，错误的是（

）

A.RNA是某些生物遗传信息的载体和催化剂

B.mRNA根据密码子依次将氨基酸连接成多肽

C.mRNA的主要功能是把DNA的遗传信息传给蛋白质

D.HIV的RNA中插入某些核苷酸会导致遗传信息改变

◆规律总结

（1）真核细胞的线粒体、叶绿体，以及原核细胞的拟核、质粒中也有少量DNA存在。

（2）细胞中因有DNA和RNA两种核酸，所以就整个细胞而言，嘌呤与嘧啶未必相等。

（3）RNA少量存在于细胞核中，主要是在细胞核中合成并通过核孔进入细胞质中的。

例3：对于下列图解，正确的说法有（

）

①表示DNA复制过程

②表示DNA转录过程

③共有5种碱基

④共有8种核苷酸

⑤共有5种

3

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核苷酸

⑥A均代表同一种核苷酸

A.①②③

B.④⑤⑥

C.②③④

D.①③⑤

◆规律总结

转录的具体过程：DNA解旋，DNA双链的碱基得以暴露→游离的核糖核苷酸随机地与DNA的一条链上的碱基碰撞，当核糖核苷酸与DNA的碱基互补配对时，两者以氢键结合→新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上→合成的mRNA从DNA链上释放，而后，DNA双链恢复。

注意：转录不是以DNA的一条链为模板进行的，实际上转录是以基因为单位进行的，准确地说是以DNA中的某一片段为单位进行转录的。由于基因的选择性表达，因此，不同的细胞中不同的基因得以表达。因此，在不同的细胞中，转录形成的RNA也不相同。

【延伸探究】

1.T2噬菌体、烟草花叶病毒、烟草体内核苷酸的种类依次是（

）

A.4、4、4

B.4、4、8 C.4、8、8

D.8、8、8 2.如图表示在人体细胞核中进行的某一生命过程，据图分析，下列说法正确的是（

）

A.该过程共涉及5种核苷酸

B.该过程共涉及8种碱基

C.该过程需要解旋酶和DNA聚合酶

D.该过程涉及碱基互补配对和ATP的消耗

3.有关真核细胞DNA复制和转录这两种过程的叙述，错误的是（

）

A.两种过程都可在细胞核中发生

B.两种过程都有酶参与反应

C.两种过程都以脱氧核糖核苷酸为原料

D.两种过程都以DNA为模板

4.已知一段mRNA上有30个碱基，其中A＋U＝12，则转录形成该mRNA的一段DNA分子中，C＋T为（

）

A.30

B.24

C.18

D.12 5.下图为真核生物细胞核内转录过程的示意图，下列说法正确的是（

）

4

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A.①链的碱基A与②链的碱基T互补配对

B.②是以4种核糖核苷酸为原料合成的

C.如果③表示酶分子，则它的名称是DNA聚合酶

D.转录完成后，②需通过三层生物膜才能与核糖体结合

【师生反思】

第一节

（第二课时）

【自主探究】

一、遗传信息的翻译

1.概念：将游离在细胞质中的各种氨基酸，以________为模板合成具有一定____________顺序的蛋白质的过程。场所：____________；原料：____________；模板：________；结果：具有________________顺序的蛋白质。

2.实质：将mRNA中的碱基序列翻译为蛋白质中的氨基酸序列。

3.碱基与氨基酸之间的对应关系：DNA和RNA都只含有______种碱基，而组成生物体蛋白质的氨基酸有______种，1个氨基酸的编码至少需要______个碱基，而每3个碱基有________（用乘法等式表示）种组合，这样才足以组合出构成蛋白质的20种氨基酸。密码子：________________________________________的碱基叫做密码子，共有____个密码子。其中起始密码子______个，分别是AUG、GUG；终止密码子______个，分别是________、________、________。

4.氨基酸的“搬运工”tRNA：呈____________形状，一端为________________的部位，另一端有______个碱基，每个______上的3个碱基可以与________________________互补配对，称为反密码子。

5.过程

（1）mRNA进入细胞质，与______________结合。

（2）携带一个特定氨基酸的tRNA，通过________________与第一个密码子互补配对，进入位点1。

（3）携带另一个特定氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2。

（4）位点1、位点2相应的氨基酸__________形成________，位点1上的氨基酸转移到占据位点2的tRNA上。

（5）核糖体读取下一个____________，原占据位点1的tRNA离开____________，占据位点2的tRNA进入位点1，一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。重复进行直至读取到mRNA的____________。

（6）肽链合成后，从________________________________上脱离，经过一系列步骤，盘曲折叠成具有特定____________和________的蛋白质分子。

5

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二、基因表达中的相关数量计算

1.转录时，组成基因的两条链只有一条链进行转录，另一条链则不进行转录。因此，转录形成的RNA分子中碱基数目是基因中碱基数目的1/2。

2.翻译过程中，信使RNA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的氨基酸数目是信使RNA碱基数目的1/3。

综上可知：蛋白质中氨基酸数目＝tRNA数目＝1/3mRNA碱基数目＝1/6DNA碱基数目。

3.基因中的碱基、RNA中的碱基和蛋白质中氨基酸的数量关系

比较

DNA中的碱基数、磷酸基数、脱氧核糖数、脱氧核糖核苷酸数

mRNA中碱基数、磷酸基数、核糖数、核糖核苷酸数

参与转运氨基酸的tRNA数

蛋白质中的氨基酸数

蛋白质中的肽链数

蛋白质中的肽键数

缩合脱去的水分子数

【合作探究】

探究一：翻译过程中mRNA上的碱基是如何决定蛋白质中的氨基酸的？信使RNA上至少由几个碱基来决定一个氨基酸？

探究二：游离在细胞质中的氨基酸是怎样到达核糖体上的？

探究三：一个核糖体中有几个tRNA的结合位点？

探究四：核糖体中的两个氨基酸形成肽键后转移到占据哪个位点上的tRNA上？

探究五：翻译时核糖体沿着mRNA移动，还是mRNA沿着核糖体移动？

探究六：基因的表达是以DNA分子为单位还是以基因为单位？

【运用探究】

数目

6n 3n n n m n－m n－m 6

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例1

有关真核细胞DNA复制和转录这两种过程的叙述，错误的是（

）

．．A.两种过程都可在细胞核中发生

B.两种过程都有酶参与反应

C.两种过程都以脱氧核糖核苷酸为原料

D.两种过程都以DNA为模板

◆

规律总结

（1）复制和转录发生在DNA存在的部位，如细胞核、叶绿体、线粒体、拟核、质粒等部位。转录出的RNA有mRNA、rRNA、tRNA，但携带遗传信息的只有mRNA。

（2）一个mRNA分子上可相继结合多个核糖体，同时合成多条相同肽链。

（3）从核糖体上脱离下来的只是多肽链，多肽链往往还要在相应的细胞器（内质网、高尔基体）内加工，最后才形成具有一定空间结构和特定功能的蛋白质。

例2 如图所示，在a、b试管内加入的DNA都含有30对碱基。四支试管内都有产物生成，请回答：

（1）a、d两试管内的产物是相同的，但a试管内模拟的是________过程，d试管内模拟的是________过程。

（2）b、c两试管内的产物都是______，但b试管内模拟的是______过程，c试管内模拟的是______过程；b试管的产物中最多含有______个碱基，有______个密码子。

（3）d试管中加入的酶比a试管中加入的酶多了________。

（4）若要在b试管中继续获得多肽，则至少还应加入________。

◆

规律总结

该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复制或逆转录。

（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。

例3 基因中碱基G和T共有180个，那么，经转录和翻译形成的多肽最多可以有多少个肽键（

）

A.60

B.59

C.120

D.119 ◆

规律总结

1.在蛋白质的合成过程中，是以DNA（基因）的两条链中的一条为模板，合成一条mRNA单链，因7

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此，在不考虑非编码序列和mRNA中的终止密码子的情况下，DNA中的碱基数目是mRNA中的碱基数目的两倍；在翻译时，mRNA每三个碱基决定一种氨基酸，其数目彼此间的关系一般可表示为（如图）：

2.综上可知：在不考虑非编码序列和mRNA中的终止密码子的情况下，蛋白质中氨基酸数目＝1/3mRNA碱基数目＝1/6DNA（或基因）碱基数目。

3.转录、翻译过程中DNA（基因）碱基数：mRNA碱基数：多肽链氨基酸数=6：3：1，参考图解如下：

4.数量关系表解

比较内容

基因中能编码蛋白质的碱基数量

mRNA上的碱基数量

参与转运氨基酸的tRNA数

蛋白质中的氨基酸数量

蛋白质中的肽链数

蛋白质中的肽键数量

缩合失去的水分子数量

数量

6m 3m m m n m-n m-n 注意

（1）翻译时，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，因此准确地说，mRNA上的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。

（2）基因或DNA上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。

（3）在回答有关问题时，应加上最多或最少等字。

如：mRNA上有n个碱基，转录产生它的基因中至少有2n个碱基，该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。

【知识网络建构速记】

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【延伸探究】

1.组成mRNA分子的4种核苷酸能组成多少种密码子（

）

A.20

B.59

C.61

D.64 2.某DNA分子片段中碱基为2400对，则由此片段所控制合成的多肽链中，最多有氨基酸多少种（

）

A.800

B.400

C.200

D.20 3.不是由DNA分子中的遗传信息直接控制合成的物质是（

）

A.酶

B.多肽

C.胰岛素

D.性激素

4.在人体中，由A、T、C三种碱基参与构成的核苷酸共（

）

A.2种

B.4种

C.5种

D.6种

5.人的胰岛素基因的存在部位和表达部位分别是（

）

A.体细胞、胰岛细胞中

B.胰岛细胞、体细胞

C.均位于胰岛细胞中

D.体细胞、核糖体

6.某信使RNA中有碱基40个，其中C+U为15个，那么转录此RNA的DNA中G+A为（

）

A.15

B.25

C.30

D.40 7.下列对转运RNA的描述，正确的是（

）

A.每种转运RNA能识别并转运多种氨基酸

B.每种氨基酸只有一种转运RNA能转运它

C.转运RNA能识别信使RNA上的密码子

D.转运RNA转运氨基酸到细胞核内

8.牛羊吃同样的草料，但产生的产品牛肉、羊肉风味不同，根本原因是牛和羊（

）

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A.蛋白质分子结构不同

B.DNA分子结构不同

C.染色体数目不同

D.同化方式不同

9.已知一个蛋白质由2条肽链组成，连接氨基酸的肽键共有198个，翻译该蛋白质的mRNA中有A和G共200个，则该mRNA中的C和U不能少于（

）

A.200个

B.400个

C.600个

D.800个

10.某基因中含有1200个碱基对，则由它控制合成的含有两条肽链的蛋白质分子中最多含有肽键的个数是（

）

A.198

B.398个

C.400个

D.798个

11.某种蛋白质中含200个氨基酸，在控制此蛋白质合成的DNA中，最少应有（

）个脱氧核苷酸

A.1200

B.600

C.400

D.200 12.人体中具有生长激素基因和血红蛋白基因，两者（

）

A.分别存在于不同组织的细胞中

B.均在细胞分裂前期按照碱基互补配对原则复制

C.均在细胞核内转录和翻译

D.转录的信使RNA上相同的密码子翻译成相同的氨基酸

简答题

1.一个DNA分子中的碱基A+T为70%，其转录成的信使RNA上的U为25%，则信使RNA上的碱基A为

。

2.下图为人体内蛋白质合成的一个过程，据图回答：

（1）图中所示属于基因控制蛋白质过程中的

步骤；该步骤发生在

中。

（2）图中（Ⅰ）是

。按从左到右的次序写出（Ⅱ）内mRNA区段所对应的DNA碱基的排列顺序

。

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（3）该过程不可能发生在（

）

A.神经细胞

B.肝细胞

C.成熟的红细胞

D.脂肪细胞

3.细胞分裂间期是DNA复制和蛋白质合成等物质积累的过程。

（1）在DNA的复制过程中，DNA在_________的作用下，双螺旋链解开成为两条单链，并以每一条单链为模板，采用____________复制方式合成子代DNA分子。

（2）某基因中的一段序列为……TAT GAG CTC GAG TAT ……根据下表提供的遗传密码推测其编码的氨基酸序列：____________________________________________________ 密码子

CAC UAU AUA CUC GUG UCC GAG 氨基酸

组氨酸

酪氨酸

异亮氨酸

亮氨酸

缬氨酸

丝氨酸

谷氨酸

（3）真核生物的细胞分裂从间期进入前期，除了核膜、核仁、消失外，在显微镜下还可观察到___________________和___________________的出现。

4.根据在蛋白质生物合成中遗传信息传递的规律，在下表空白处填上相应的字母。

G DNA双螺旋

信使RNA 转运RNA 氨基酸

密码

G C

丙

氨

酸

A 5.1978年美科学家将人类胰岛素基因拼接到大肠杆菌的DNA中，通过大肠杆菌生产出人类的胰岛素，回答：

（1）上述人类的胰岛素的合成是在

处进行的，其决定胰岛素氨基酸的排列顺序的mRNA的模板是由

基因转录而成的。

（2）合成的该胰岛素有51个氨基酸，由2条多肽链，那么决定它合成的基因至少应该含有碱基________个。若核苷酸的分子量平均是300，则与胰岛素分子对应的mRNA的分子量应为

：若氨基酸的平均分子量是90，则该胰岛素的分子量约是

。

（3）不同生物之间的基因能移植成功，说明所有生物共用一套

。

【师生反思】

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第四章第一节第一课时答案

【自主探究】

一、1.核糖核苷酸

2.核糖核苷酸

核糖

鸟嘌呤

尿嘧啶

3.单

4.mRNA（信使RNA）

tRNA（转运RNA）

rRNA（核糖体RNA）

（1）DNA

mRNA

（2）反密码子

氨基酸

二、5.（1）DNA双链

（2）核糖核苷酸

氢键

（3）RNA聚合酶

RNA

（4）RNA

DNA双链

【运用探究】

1.C

解析：考查复制转录的知识，DNA复制以脱氧核糖核苷酸为原料，转录以核糖核苷酸为原料。

2.B

解析：RNA的功能作为某些病毒的遗传物质，少部分酶是RNA具有催化功能；mRNA根据碱基排列顺序依次与tRNA配对将氨基酸连接成多肽；HIV的RNA是遗传物质中插入某些核苷酸肯定会使RNA排列顺序发生改变会导致遗传信息改变。

3.C

解析：由图可知，此过程是DNA转录过程，整个过程涉及5种碱基：A、T、C、G、U；但由于组成DNA和RNA的五碳糖不同，故分别有4种核苷酸，共8种。

【延伸探究】

1.B

解析：构成DNA的脱氧核苷酸共有四种，构成RNA的核糖核苷酸也有四种。T2噬菌体是DNA病毒，体内只有DNA，烟草花叶病毒是RNA病毒，体内只有RNA，而烟草体内DNA和RNA都存在，因此它们核苷酸的种类依次是4、4、8。

2.D

解析：此过程为转录过程。该过程共涉及8种核苷酸，5种碱基，需要解旋酶和RNA聚合酶，涉及碱基互补配对和ATP的消耗。

3.C

解析：考查复制和转录的知识，DNA复制以脱氧核糖核苷酸为原料，转录以核糖核苷酸为原料。

4.A

解析：mRNA是以DNA的一条链为模板转录形成的，所以mRNA上的碱基数目与DNA分子的一条链上的碱基数目相等，均为DNA碱基总数的一半。由于DNA分子中只有一条链作为转录时的模板，由mRNA上有30个碱基，便可推知DNA分子中有30对碱基，在DNA分子中根据碱基互补配对原则知（A＋G）/（T＋C）＝1，所以DNA分子中C＋T＝30。

5.B

解析：该图中①为DNA的模板链，②为RNA，③表示的酶分子为RNA聚合酶。RNA分子中没有碱基T，细胞核内形成的RNA是通过核孔进入细胞质中的，此过程中没有通过生物膜。

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第四章第一节第二课时答案

【自主探究】

一、1.mRNA

氨基酸

细胞质

游离的氨基酸

mRNA

一定氨基酸

3.4

20

3

4×4×4＝64

mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻

64

2

3

UAA

UAG

UGA 4.三叶草

携带氨基酸

3

tRNA

mRNA上的密码子

5.（1）核糖体

（2）反密码子

（4）脱水缩合

肽键

（5）密码子

核糖体

终止密码

（6）核糖体与mRNA的复合物

空间结构

功能

【运用探究】

1.C

解析：DNA的复制是以DNA双链为模版，以脱氧核糖核苷酸为原料合成新的DNA的过程，转录是以DNA一条链为模版，

以核糖核苷酸为原料合成RNA的过程，均发生在细胞核中，需要酶的催化。

2.（1）DNA复制

逆转录

（2）RNA

转录

RNA复制

30

10

（3）逆转录酶

（4）各种氨基酸、tRNA、有关的酶

解析：考查遗传信息传递的有关知识，即考查中心法则的内容。（1）因为a与d两试管中加入的原料都是脱氧核苷酸，其产物又相同，所以该产物是DNA。而a试管中加入的模板是DNA，故模拟的是DNA复制过程；d试管内加入的模板是RNA，故模拟的是逆转录过程。（2）因为b与c两试管中加入的原料都是核糖核苷酸，所以两试管中的产物都是RNA。而b与c试管中加入的模板分别是DNA与RNA，因此，b试管内模拟的是以DNA为模板合成RNA的转录过程；由于转录是以DNA的一条链为模板进行的，RNA含有的碱基应为DNA的一半，即30个，每3个相邻碱基为一个密码子，所以有10个密码子。c试管表示的是RNA的复制。（3）逆转录时需要逆转录酶的催化。（4）若要在b试管内继续得到多肽，则需满足翻译过程所需的条件，所以至少还应加入各种氨基酸和tRNA及与多肽合成有关的酶。

3.B

解析：根据碱基互补配对原则可以推算出，该基因中共有碱基360个，经转录形成的RNA中的碱基为180个，翻译出的蛋白质最多有60个氨基酸，59个肽键。

【延伸探究】

选择：

1～5：DDDDA

6～10：DCABB

11～12：AD 简答：

1.45%

2.（1）翻译、核糖体

（2）tRNA、TGA、TTC、GAA

（3）C 3.（1）解旋酶，半保留

（2）异亮氨酸、亮氨酸、谷氨酸、亮氨酸、异亮氨酸

（3）染色体、纺锤体

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4.

G C A DNA双螺旋

C G T 信使RNA G C A 转运RNA C G U 氨基酸

丙

氨

酸

密码

G C A 5.（1）大肠杆菌核糖体

人类胰岛素

（2）306

43164

3708

14

3）遗传密码（