1、第4章 基因的表达第二十二课时 第1节 基因指导蛋白质的合成1遗传信息的转录 2.遗传信息的翻译考点一 遗传信息的转录【回扣教材】1RNA 的结构(1)基本单位：_，它是由_组成。(2)结构：一般是_结构。(3)种类：_：蛋白质合成的模板。_：形似三叶草的叶。核糖体 RNA(rRNA)：_的组成成分。核糖核苷酸磷酸、核糖和含氮碱基单链信使RNA(mRNA)转运RNA(tRNA)核糖体2转录(1)概念：在_中，以_为模板，合成_的过程。(2)原料：4 种游离的_。(3)碱基配对原则：_、CG、GC。细胞核DNA的一条链RNA核糖核苷酸AU、TA【典例精析】【例 1】关于基因控制蛋白质合成的过程,
2、下列叙述正确的是()A.一个含 n 个碱基的 DNA 分子,转录的 mRNA 分子的碱基数是 n/2 个B.细菌的一个基因转录时两条 DNA 链可同时作为模板,提高转录效率C.DNA 聚合酶和 RNA 聚合酶的结合位点分别在DNA 和 RNA 上D.在细胞周期中,mRNA 的种类和含量均不断发生变化D【解析】一个含 n 个碱基的 DNA 分子,转录的mRNA 分子的碱基数小于 n/2 个,故 A 选项错误；转录过程是以 DNA 的一条链为模板形成 RNA 的过程,故 B 选项错误；RNA 聚合酶的结合位点在 DNA 上,故 C 选项错误；在细胞周期的不同时期基因选择性表达,因此 mRNA 的种
3、类和含量均不断发生变化,故 D选项正确。考点二 遗传信息的翻译【回扣教材】1翻译(1)概念：游离在细胞质中的各种_以_为模板，合成具有_的过程。(2)场所：_(3)运载工具：_(4)碱基配对原则：_2密码子：在_决定 1 个氨基酸的_的碱基。3反密码子：指_上可以与信使RNA 上的碱基_的 3 个碱基。氨基酸一定氨基酸顺序的蛋白质信使RNA核糖体转运RNAAU、UA、CG、GC信使RNA上三个相邻转运RNA互补配对【知识拓展】基因表达过程中有关 DNA、RNA、氨基酸的计算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
4、碱基数目的一半，且基因模板链中 AT(或 CG)与 mRNA分子中 UA(或 GC)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。【典例精析】【例 2】(2015 江苏卷)下图是起始甲硫氨酸和相邻氨基酸形成肽键的示意图,下列叙述正确的是()A.图中结构含有核糖体 RNAB.甲硫氨酸处于图中的位置C.密码子位于 tRNA 的环状结构上D.mRNA上碱基改变即可改变肽链中氨基酸的种类A【解析】A 项,分析题干中关键信息“形成肽键”可知,图中正在进行缩合反应,进而推知这是发
5、生在核糖体中的翻译过程,图中的长链为 mRNA,三叶草结构为 tRNA。B 项,甲硫氨酸是起始氨基酸,图中位置对应的氨基酸明显位于第 2 位。C 项,密码子位于mRNA 上,而不是 tRNA 上。D 项,由于密码子的简并性,mRNA 上碱基改变时,肽链中的氨基酸不一定发生变化,D 项错误。课时练习二十二一、选择题(每小题只有一个正确选项)1.关于基因表达的叙述,正确的是()A.基因表达的翻译场所是核糖体B.DNA 聚合酶催化 DNA 转录为 RNAC.遗传信息只能从 DNA 传递到 RNAD.tRNA 上的反密码子是由 mRNA 转录而来A【解析】基因表达的产物是蛋白质,蛋白质在核糖体上合成；
6、A 正确。DNA 聚合酶催化 DNA 的合成；B 错误。遗传信息可从 DNA 传向 DNA,也可从 DNA 传向RNA；C 错误。tRNA 上的反密码子指的是与 mRNA 上决定氨基酸的密码子具有互补配对的 3 个碱基；D 错误。2.若 DNA 分子模板链上某一段编码多肽链的碱基排列顺序为 TACGCCCAT,而tRNA所携带的氨基酸与反密码子的关系如下表：反密码子AUG UAC CAU GUA CGG GCC 所带的氨基酸abcdef试问：合成蛋白质时,氨基酸的排列顺序为()A.abc B.bfc C.def D.dbfB【解析】由碱基排列顺序为 TACGCCCAT 的 DNA单链转录形成的
7、 mRNA 碱基序列为 AUGCGGGUA,对应的反密码子分别为 UAC、GCC、CAU,B 项正确。3.下列有关 RNA 的叙述中正确的是()A.有的 RNA 能够降低化学反应的活化能B.tRNA、rRNA 和 mRNA 都是基因表达的终产物C.分化后的不同细胞中信使 RNA 的种类完全不同D.信使 RNA 上有多少个密码子就有多少个转运RNA 与之对应A【解析】基因表达的终产物是蛋白质或多肽；分化后的不同细胞中 mRNA 种类不完全相同；mRNA 上起始密码子前和终止密码子后的密码子不需要转运RNA 对应,另外终止密码子没有 tRNA 与之对应。4.图 1 和图 2 是基因控制胰蛋白酶合成
8、的两个主要步骤。下列叙述正确的是()图 1图 2A.图 1 中甲为 DNA 聚合酶,乙与丁所含的五碳糖不同B.图 1 中的碱基互补配对方式只有 A 与 T 配对,G 与 C配对C.图 2 中共有 RNA、多肽和多糖三种大分子物质D.图 2 中合成后还需经内质网和高尔基体的加工才具有活性D【解析】图 1 中甲为 RNA 聚合酶,乙表示胞嘧啶脱氧核苷酸,丁表示胞嘧啶核糖核苷酸,它们所含的五碳糖不同；图 1 中有 DNA 双链,并发生 DNA 转录形成RNA 的过程,其碱基互补配对方式除 A 与 T 配对,G 与C 配对外,还有 A 与 U 配对；图 2 中的大分子物质有RNA、蛋白质,不含多糖；胰
9、蛋白酶属于分泌蛋白,合成后需经内质网和高尔基体加工后才有生物活性。5.某基因指导合成了一个两条链的多肽,相对分子质量是 10 236,氨基酸的平均相对分子质量为 120,合成这个多肽的氨基酸的数目和指导它合成的 DNA 分子最少含脱氧核苷酸数目依次是()A.100、609B.100、600C.103、609 D.101、600【解析】在基因表达中,若不考虑终止密码子,则基 因 中 脱 氧 核 苷 酸 数 目 多 肽 中 氨 基 酸 的 数 目61。假设蛋白质中氨基酸有 x 个,则：120 x(x2)1810 236,x100。B6.下图是大豆细胞内某基因控制合成的 mRNA 示意图。已知 AU
10、G 为起始密码子,UAA 为终止密码子,该 mRNA 控制合成的多肽链为“甲硫氨酸亮氨酸苯丙氨酸丙氨酸亮氨酸亮氨酸异亮氨酸半胱氨酸”。下列分析正确的是()A.图中字母“A”代表的是腺嘌呤脱氧核苷酸B.合成上述多肽链时,转运亮氨酸的 tRNA 至少有3 种C.转录该 mRNA 时一个碱基(箭头处)缺失,缺失后的 mRNA 翻译出的第 5 个氨基酸是半胱氨酸D.若该基因中编码半胱氨酸的 ACG 突变成 ACT,翻译就此终止,说明 ACT 也是终止密码子C【解析】题图是 mRNA,其中字母“A”代表的是腺嘌呤核糖核苷酸,A 错误。根据题图结合题意可知,图中亮氨酸的密码子有：CUA、UUG,所以合成上
11、述多肽链时,转运亮氨酸的 tRNA 至少有 2 种,B 错误。在转录过程中,由于某种原因导致该 mRNA 中的一个碱基(箭头处)缺失,则碱基缺失后的 mRNA 控制合成的多肽链的第 5 个密码子由 UUG 变成 UGC,所以第五个氨基酸由亮氨酸变为半胱氨酸,C 正确；密码子是mRNA 上编码一个氨基酸的相邻的三个碱基,所以密码子中不可能出现碱基“T”,D 错误。7.如图是某双链 DNA 的片段和由它控制合成的一段多肽链(甲硫氨酸的密码子是 AUG),下列说法中错误的是()A.转录的模板是乙链,其碱基序列可代表遗传信息B.该 DNA 片段含有 4 个游离的磷酸基团C.不考虑终止密码子,转录形成的
12、 mRNA 片段中至少有 18 个核糖核苷酸、6 个密码子D.若箭头所指的碱基对被替换,其编码的氨基酸序列可能不会改变B【解析】结合甲硫氨酸的密码子和 DNA 链的碱基序列可知,转录的模板链是乙链,其碱基序列可代表遗传信息,A 项正确；该 DNA 片段含有 2 个游离的磷酸基团,B 项错误；转录形成的 mRNA 片段中至少有 18个核糖核苷酸、6 个密码子,C 项正确；若箭头所指的碱基对被替换,其编码的氨基酸序列可能不会改变,D项正确。8.研究发现抑癌基因邻近的基因能指导合成反义RNA(用 a 表示),反义 RNA 可以与抑癌基因转录形成的mRNA(用 b 表示)形成杂交分子(见下图),从而阻
13、断抑癌基因的表达,使细胞易于癌变。下列与此有关的叙述,错误的是()A.a 和 b 具有相同的碱基序列B.过程需 tRNA、mRNA、rRNA 参与C.邻近基因表达旺盛的细胞易出现无限增殖的特征D.能够抑制反义 RNA 转录的药物可预防癌症的发生A【解析】邻近基因转录的反义 RNA 能和抑癌基因转录的 mRNA 配对,说明二者碱基序列互补,A 错误；过程是翻译过程,需要 mRNA 作为模板,tRNA 作为“翻译”工具,场所在核糖体,B 正确；反义 RNA 可以与抑癌基因转录形成的 mRNA 形成杂交分子,所以反义 RNA 阻断抑癌基因的表达,促进癌细胞的产生,C 正确；抑制反义 RNA 转录的药
14、物,可使抑癌基因正常表达,有助于预防癌症的发生,D 正确。9.关于图示生理过程的说法,不正确的是()A.该图所示的转录和翻译过程是同时进行的,最可能发生在原核生物细胞内B.mRNA 上所含有的密码子均能在 tRNA 上找到相对应的反密码子C.该图表示的是转录和翻译,需要 RNA 聚合酶等D.该图所示的生理过程所需的能量可由有氧呼吸提供B【解析】图示转录和翻译是同时发生的,最可能发生在没有核膜的原核生物细胞内(真核生物细胞内有核膜,其转录和翻译在时间和空间上是分隔开的)；mRNA上的终止密码子在 tRNA 上没有相对应的反密码子；转录需要 RNA 聚合酶的参与；原核细胞中没有线粒体,但一些原核细
15、胞也可以进行有氧呼吸。10.下图表示真核细胞细胞核内某种遗传信息流动过程,相关叙述正确的是()A.图中的 4 代表核糖体,细胞中的 3 一般有 20 种B.细胞的分裂和分化过程中都一定会发生图示过程C.细胞分裂间期一定有该过程发生,衰老细胞中不再发生该过程D.该图能表示成熟的水稻叶肉细胞某基因表达全过程B【解析】题中所示为转录过程,4 为 RNA 聚合酶,为核糖核苷酸,细胞中的 3 一般有 4 种。细胞的分裂和分化过程会发生基因的表过,故会发生基因的转录过程。细胞分裂间期进行 DNA 复制和蛋白质合成,一定有转录过程发生,衰老细胞中也会发生转录过程。题图只是基因转录过程,基因的表达过程包括转录
16、和翻译。11.科学家最近研究发现人体生物钟机理如图所示,下丘脑 SCN 细胞中,基因表达产物 PER 蛋白浓度呈周期性变化,振荡周期为 24 h。下列分析错误的是()A.Per 基因不只存在于下丘脑 SCN 细胞中B.转录的产物都可以直接作为过程的模板C.核糖体在图中移动的方向是从右向左D.过程体现了负反馈调节的调节机制B【解析】人体所有细胞都是由同一个受精卵分裂、分化而来,故 Per 基因存在于所有细胞中,A 正确；图中为转录,可形成 tRNA、mRNA 和 rRNA,为翻译,其中只有 mRNA 才可作为翻译的模板,B 错误；由图可知,核糖体在图中移动的方向是从右向左,C 正确；过程体现了负
17、反馈调节的调节机制,D 正确。12.科学研究表明细胞中核糖体通常不是单个执行功能,而是构成多聚核糖体(如图)。研究表明动物卵裂期细胞中多聚核糖体的百分比例明显增多,下列有关叙述中不正确的是()A.核糖体的主要功能是合成蛋白质B.卵裂期细胞分裂旺盛,需要大量蛋白质C.多聚核糖体的形成可以使细胞在单位时间内合成肽链的数量增加D.多聚核糖体上的核糖体数目与信使RNA的长度无关D【解析】核糖体的主要功能是合成蛋白质,进行的化学反应是脱水缩合,A 正确；卵裂期的细胞分裂旺盛,而蛋白质是生命活动的承担者,则需要合成大量的蛋白质,B 正确；一条信使 RNA 上结合多个核糖体,每个核糖体都合成多肽链,可以使细
18、胞在较短的时间内合成大量的蛋白质,C 正确；一般来说,mRNA 的长度越长,上面可附着的核糖体数量也就越多,D 错误。二、非选择题13.如图甲、乙表示真核细胞内基因表达的两个主要步骤,请回答(括号中填编号,横线上填文字)：甲 乙(1)图甲进行的主要场所是,所需原料是。图乙所示过程称为,完成此过程的细胞器是。(2)图乙中的名称是,若其上的三个碱基为 UGU,则在上与之对应的三个碱基序列为。细胞核核糖核苷酸翻译核糖体转运RNA(或tRNA)ACA(3)已 知 某 基 因 片 段 的 碱 基 序 列 为CCTGAAGAGAAG,GGACTTCTCTTC,由它控制合成的多肽中含有“脯氨酸谷氨酸谷氨酸赖
19、氨酸”的氨基酸序列(脯氨酸的密码子是CCU、CCC、CCA、CCG；谷氨酸的密码子是 GAA、GAG；赖氨酸的密码子是 AAA、AAG；甘氨酸的密码子是 GGU、GGC、GGA、GGG)。翻译上述多肽的 mRNA 是由该基因的链转录的(以或表示)。若该基因片段指导合成的多肽的氨基酸排列顺序变成了“脯氨酸谷氨酸甘氨酸赖氨酸”,则该基因片段模板链上的一个碱基发生的变化是。TC【解析】(1)图甲所示过程为转录,进行的主要场所是细胞核,所需原料为核糖核苷酸；图乙所示过程为翻译,此过程在核糖体()上进行。(2)图乙中的是转运RNA(tRNA),其上的三个碱基为 UGU 时,在上与之对应的三个碱基是 AC
20、A。(3)由翻译得到的肽链中的密码子可以看出,转录是以链为模板,得到的序列为CCUGAAGAGAAG；若该基因片段指导合成的多肽的氨基酸序列变成了“脯氨酸谷氨酸甘氨酸 赖 氨 酸”,则 对 应 的mRNA链 变 成 了CCUGAAGGGAAG,其模板链上的一个碱基变化是 TC。14.左图表示某核 DNA 的片段及其转录出的 mRNA,右图框中列举了几种相关氨基酸的密码子,请回答问题：(1)若此片段共进行 5 次复制,则第 5 次复制时需要胸腺嘧啶脱氧核苷酸个。(2)链是以图中的链为模板,在的催化作用下,由 4 种游离的依次连接形成的。(3)如果基因模板链中决定一个氨基酸的三个碱基 CAC突变成
21、了 CAT,则控制合成的蛋白质结构(发生或未发生)改变,由表格推测原因是。112RNA聚合酶核糖核苷酸未发生突变后该基因仍然决定缬氨酸(或突变后该基因决定的氨基酸没有改变)(4)若基因控制的蛋白质中一个组氨酸被氨基酸 X所取代,则氨基酸 X 为框中哪种氨基酸的可能性最大？,基因模板链发生的改变是。(5)能特异性识别 mRNA 上密码子的分子是,它所携带的小分子有机物通过反应连接形成多肽链。(6)一个 mRNA 上连接多个核糖体叫作多聚核糖体,多聚核糖体形成的意义是。精氨酸TCtRNA脱水缩合少量mRNA就可以迅速合成大量的肽链,满足生命活动的需要【解析】(1)题图 DNA 片段中含有 7 个胸
22、腺嘧啶脱氧核苷酸,第 5 次复制时,需要的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目是 167112。(2)链和链互补,所以链为模板链；合成 RNA 需要 RNA 聚合酶,原料是 4 种核糖核苷酸。(3)碱基 CAC 对应的密码子是 GUG、CAT 对应 的 密 码 子 是 GUA,GUG 对 应 的 氨 基 酸 是 缬 氨酸,GUA 对应的氨基酸也是缬氨酸,所以控制合成的蛋白质结构没有发生改变。(4)组氨酸的密码子是 CAU 和CAC,与精氨酸的密码子 CGU 和 CGC 最相似,所以模板链发生的变化是 T 替换为 C。(5)tRNA 能特异性地识别 mRNA 上的密码子,氨基酸与氨基酸之间通过脱水缩合连接在
23、一起。(6)多聚核糖体的意义是用一条mRNA 链为模板,能够同时合成多个蛋白质分子,可以提高蛋白质合成的效率以利于生命活动的顺利进行。15.为确定遗传信息从 DNA 传递给蛋白质的中间载体,科学家们做了如下研究。(1)依据真核细胞中主要位于细胞核内,而蛋白质合成在核糖体上这一事实,科学家推测存在某种“信使”分子,能将遗传信息从细胞核携带到细胞质中。(2)对于“信使”有两种不同假说。假说一：核糖体RNA 可能就是信息的载体；假说二：另有一种 RNA(称为 mRNA)作为遗传信息传递的信使。若假说一成立,则细胞内应该有许多(填“相同”或“不同”)的核糖体。若假说二成立,则 mRNA 应该与细胞内原
24、有的结合,并指导蛋白质合成。(3)研究发现噬菌体侵染细菌后,细菌的蛋白质合成立即停止,转而合成噬菌体的蛋白质,在此过程中,细菌细胞内合成了新的噬菌体 RNA。为确定新合成的噬菌体RNA 是否为“信使”,科学家们进行了进一步实验。DNA(或“基因”)不同核糖体 15NH4Cl 和 14C葡萄糖作为培养基中的和碳源来培养细菌,细菌利用它们合成等生物大分子。经过若干代培养后,获得具有“重”核糖体的“重”细菌。将这些“重”细菌转移到含 14NH4Cl 和 12C葡萄糖的培养基上培养,用噬菌体侵染这些细菌,该培养基中加入 32P 标记的核糖核苷酸作为原料,以标记所有新合成的噬菌体 RNA。将上述被侵染后
25、裂解的细菌进行密度梯度离心,结果如下图所示。由图可知,大肠杆菌被侵染后(填“合成了”或“没有合成”)新的核糖体,这一结果否定假说一。32P 标记仅出现在离心管的,说明与“重”核糖体相结合,为假说二提供了证据。氮源蛋白质和核酸尿嘧啶没有合成底部新合成的噬菌体RNA 图 1 图 2(4)若要证明新合成的噬菌体 RNA 为“信使”,还需要进行两组实验,请选择下列序号填入表格。将新合成的噬菌体 RNA 与细菌 DNA 混合将新合成的噬菌体 RNA 与噬菌体 DNA 混合出现 DNARNA 杂交现象不出现 DNARNA 杂交现象组别实验处理预期结果 12注：1组与 2组可整组互换位置,但全部填写正确才可
26、。【解析】(1)真核细胞的 DNA 主要位于细胞核内,而蛋白质合成发生在细胞质中的核糖体上,中间有核膜相隔,由此推测,遗传信息从细胞核到细胞质需要某种物质传递。(2)核糖体 RNA 若为载体,则合成的蛋白质不同,需要不同的核糖体 RNA。mRNA 若为信使,则需与核糖体结合才能翻译成蛋白质。(3)15NH4Cl 为氮源,主要用来合成蛋白质和核酸。根据题意,检测的是是否合成新的噬菌体 RNA,则 32P标记的应是 RNA 中特有的尿嘧啶核糖核苷酸。题图 1 中大肠杆菌含有的全部都是“重”核糖体,且在同一个离心带,则说明构成这些核糖体的蛋白质和核酸是在噬菌体侵染之前利用含 15N 和 14C 的原
27、料合成的,在噬菌体侵染大肠杆菌之后没有新核糖体合成,由此说明核糖体无法作为信使。由图 2 可知,32P 标记仅出现在离心管的底部,说明噬菌体侵染大肠杆菌后,利用32P 标记的尿嘧啶合成了 RNA,并与“重”核糖体结合。(4)噬菌体的 RNA 是以噬菌体的 DNA为模板转录形成的,将新合成的噬菌体 RNA与噬菌体 DNA混合后会出现 DNARNA 杂交现象。则实验中的一组应该为和,另一组作为对照为、。16.在许多脊椎动物和无脊椎动物的未受精的卵细胞质中贮存许多 mRNA,科学家为探究 mRNA 作用的发挥与卵细胞是否受精的关系,用海胆的未受精卵和受精卵作实验材料进行以下实验：实验一：放线菌素 D
28、 是海胆卵 RNA 合成的抑制剂。在有放线菌素 D 或没有放线菌素 D存在情况下,海胆受精卵对 14C缬氨酸的掺入比例实验结果如下图 A。实验二：将未受精的海胆卵和受精的海胆卵分别悬浮在含有 14C亮氨酸的条件下进行培养(0 时间表示受精的时刻),定时测定细胞中放射性亮氨酸的掺入累积量,得到的实验结果绘制成的曲线如下图 B。请根据以上实验原理和结果回答下列问题：(1)海胆细胞中合成 mRNA 的场所是,mRNA 的主要作用是。(2)直接将14C 标记的缬氨酸用于蛋白质合成的细胞器是,该过程在生物学上称为；此过程所依赖的模板是分子,合成该分子所需的原料是。(3)图 A 中 10 h 之前两曲线的
29、变化基本一致,说明海胆。受精 10 h 后,处理组与对照组的区别说明。(4)图 B 未受精的卵细胞中 14C亮氨酸的掺入量变化很小,说明。受精的卵细胞中 14C亮氨酸的掺入累积量与未受精的卵细胞相比较,说明。细胞核和线粒体携带遗传信息,作为蛋白质合成的模板核糖体翻译mRNA核糖核苷酸受精卵在发育初期合成蛋白质的模板mRNA来自于卵细胞,并不依赖新合成的mRNA受精卵发育后期合成蛋白质所需模板为新合成的mRNA未受精的卵细胞中大部分的mRNA不能用来翻译蛋白质受精卵中绝大部分mRNA从无活性转变为有活性,蛋白质合成速率显著提高【解析】(1)mRNA 是 DNA 转录生成的,在海胆细胞内细胞核和线
30、粒体均有 DNA；mRNA 的作用主要是携带遗传信息,作为蛋白质合成的模板。(2)蛋白质合成的场所在核糖体上,以 mRNA 为模板,该过程为翻译。(3)根据图 A 可以看出 10 h 之前两曲线的变化基本一致,说明卵细胞质中贮存许多 mRNA 发挥了作用,不受放线菌素 D 的影响；受精 10 h 后,处理组蛋白质降低,对照组不受影响,蛋白质含量继续增加,说明受精卵需要新的 mRNA,且放线菌素 D 抑制了海胆细胞内 mRNA的合成。(4)图 B 未受精的卵细胞中 14C亮氨酸的掺入量变化很小,说明未受精的卵细胞中大部分的mRNA 不能用来翻译蛋白质；受精的卵细胞中 14C亮氨酸的掺入累积量与未受精的卵细胞相比较,说明受精卵中绝大部分 mRNA 从无活性转变为有活性,蛋白质合成速率显著提高。