1、第 25 课时基因控制蛋白质的合成回扣基础构建网络一、DNA 和 RNA 的比较核酸种类比较项目DNARNA结构规则的结构通常呈结构双螺旋单链组成的基本单位 核糖核苷酸 嘌呤 腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)碱基 嘧啶 胞嘧啶(C)、胞嘧啶(C)、五碳糖 脱氧核糖 无机酸 磷酸 磷酸 脱氧核糖核苷酸胸腺嘧啶(T)尿嘧啶(U)核糖产生途径 DNA复制，逆 转录 转录，RNA复制 存在部位 主要位于细胞核中染色体上，极少数位于细胞质中的线粒体和叶绿体上 主要位于细胞质中 功能 传递和表达遗传 信息 信使RNA：转录遗传信息，蛋白质翻译的模板；转运RNA：运载特定 ；核糖体RNA
2、：的组成成分 核糖体氨基酸判一判(1)若核酸中出现碱基 T 或五碳糖为脱氧核糖，则必为 DNA。(2)若 AT、CG，则为单链 DNA；若 AT、CG，则一般认为是双链 DNA。(3)若出现碱基 U 或五碳糖为核糖，则必为 RNA。(4)要确定是 DNA 还是 RNA，必须知道碱基的种类或五碳糖的种类，是单链还是双链，还必须知道碱基比率。提示 以上四句话都对，可做为解题依据。练一练 经测定，甲、乙、丙 3 种生物的核酸中碱基之比如下表，这 3 种生物的核酸分别为 （）A G C T U 甲 60 40 60 40 乙 30 20 20 30 丙 41 23 44 28 A.双链 DNA、单链
3、DNA、RNA B.单链 DNA、双链 DNA、RNA C.双链 DNA、RNA、单链 DNA D.RNA、单链 DNA、双链 DNA 答案 B 二、遗传信息的转录和翻译 1比较 项目 转录 翻译 场所 主要是 细胞质中的 模板 DNA 的一条链 原料 4 种 20 种 细胞核核糖体mRNA氨基酸核糖核苷酸其他 条件 酶(RNA 聚合酶等)和 ATP 酶、ATP 和 (搬运工具)碱基 配对 方式 DNA mRNA A A CG GC mRNA tRNA A A CG GC 信息 传递 DNAmRNA mRNA蛋白质 产物 RNA(mRNA、tRNA、rRNA)有一定氨基酸排列顺序的多肽 tRN
4、A UTUU2.密码子和反密码子(1)密码子存在于 上，共有 种。决定氨基酸的密码子有 种；终止密码子有 种，不决定氨基酸；起始密码子有 种，决定氨基酸。(2)反密码子存在于 上，共有 种。名师点拨 一种氨基酸可由一种或几种密码子决定，但一种密码子只决定一种氨基酸；终止密码子不决定氨基酸。一种氨基酸可由一种或几种 tRNA 转运，但一种 tRNA只能转运一种氨基酸。mRNA 646132tRNA61 判一判(2010广东理综，4)(1)DNA 是蛋白质合成的直接模板。(2)每种氨基酸仅由一种密码子编码。(3)DNA 复制就是基因表达的过程。提示(1)错；mRNA 是翻译的直接模板。(2)错；密
5、码子有简并性，即每种氨基酸可由一种或几种密码子决定。(3)错；基因表达是指转录、翻译的过程。三、中心法则的提出及发展 1提出人：。2完善的中心法则内容(用简式表示)克里克3.最初提出的内容包括 、转录和翻译，补充完善的内容为 RNA 复制和 。4RNA 的自我复制和逆转录只发生在 病毒在宿主细胞内的增殖过程中，且逆转录过程必须有 的参与。高等动植物体内只能发生另外三条途径。DNA复制逆转录RNA逆转录酶想一想(1)DNA 形成的过程有哪些？(2)需要 RNA 聚合酶的过程有哪些？(3)需要解旋的过程有哪些？提示(1)DNA 复制和 RNA 的逆转录。(2)转录和 RNA复制。(3)DNA 复制
6、和转录。四、基因、蛋白质与性状的关系 1基因对性状的控制方式及实例(1)直接途径：基因 生物性状，如镰刀型细胞贫血症、囊性纤维病的病因。(2)间接途径：基因 控制,生物性状，如白化病、豌豆的粒形。控制控制 蛋白质的结构控制酶的合成 控制细胞代谢2基因与性状的关系(1)基因与性状的关系并不都是简单的 关系 例：生物体的一个性状有时受多个基因的影响，如玉米叶绿素的形成至少与 50 多个不同的基因有关；有些基因则会影响多种性状，如决定豌豆开红花的基因也决定结灰色的种子。(2)环境影响生物性状 性状(表现型)是由和共同作用的结果。线性基因型环境五、人类基因组计划 1人类基因组计划的主要内容是完成人体
7、条染色体上的全部基因的 、和全部碱基的 。2人类基因组序列图绘制完成后，我国生物科学工作者又完成了 等生物的基因组测定。24遗传图 物理图序列测定水稻想一想 人类基因组计划的目的、研究内容是什么？提示(1)人类基因组计划的目的：测定人类基因组的全部 DNA 序列，即 DNA 分子上的脱氧核苷酸序列。(2)人类基因组计划研究的是 24 条染色体(22 条常染色体和 2 条性染色体)。比一比 人类基因组与染色体组的区别是什么？提示 人类基因组是包含 24 条染色体(22 条常染色体及 X、Y 两条性染色体)上的 DNA 的全部碱基序列，而人的一个染色体组包含 23 条(配子中的)染色体。构建知识网
8、络 突破考点提炼方法 考点一 基因指导蛋白质的合成过程转录和翻译 1转录、翻译过程中有关图形解读(1)转录：RNA 是在细胞核中，以 DNA 的一条链为模板合成的，这一过程称为转录(如左下图)。提醒 碱基配对时 AU，不是 AT。(2)翻译：游离在细胞质中的各种氨基酸，以 mRNA 为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程(如右上图)。提醒 碱基配对双方是mRNA上的密码子和 tRNA上的反密码子，故 AU，UA 配对，不能出现 T。一个核糖体与 mRNA 的结合部位形成 2 个 tRNA 结合位点。翻译起点：起始密码子决定的是甲硫氨酸或缬氨酸。翻译终点：识别到终止密码子(不决定氨基酸)翻译
9、停止。翻译进程：核糖体沿着 mRNA 移动，读取下一个密码子，但 mRNA 不移动。(3)tRNA 结构模式图 结构：三叶草状，有四条 臂和四个环。位点 氨基酸结合位点反密码子 种类：61 种。单链结构，但有配对区域，不能出现“T”碱基。提醒 tRNA 有很多碱基，不只是 3 个，只是构成反密码子部分的是 3 个。(4)mRNA 与核糖体数量、翻译速度的关系图 数量关系：一个 mRNA 可同时结合多个核糖体。目的、意义：少量的 mRNA 分子可以迅速合成出大量的蛋白质。方向：从左向右(见上图)，判断依据是根据多肽链的长短，长的翻译在前。结果：合成的仅是多肽链，要形成蛋白质还需要运送至内质网、高
10、尔基体等结构中进一步加工。提醒 图示中 4 个核糖体合成的 4 条多肽链因为模板 mRNA相同，所以合成了 4 条相同的肽链，而不是 4 个核糖体共同完成一条肽链的合成，也不是合成出 4 条不同的肽链。2转录、翻译过程中碱基互补配对关系 DNA 模板链 ACG GAT CTT DNA 编码链 TGC CTA GAA mRNA(密码子)UGC CUA GAA 反密码子 ACG GAU CUU 氨基酸 半胱氨酸 亮氨酸 谷氨酸 提醒(1)决定氨基酸的三个碱基应为 mRNA 上的密码子，查密码子表也以此为依据。(2)mRNA 上碱基序列与 DNA 编码链序列除了用“U”代替“T”外，其余完全相同。(
11、3)数密码子个数的规则：从左向右；每相邻的 3 个碱基构成 1 个密码子；不能重叠数，即第二个密码子必须为第 46 个碱基。(4)示例：图示 mRNA 中包含三个遗传密码子，分别为 UAG、CUA、GAA。对位训练 1如图代表人体胰岛细胞中发生的某一过程(AA 代表氨基酸)，下列叙述正确的是 ()A.能给该过程提供遗传信息的只能是 DNA B.该过程合成的产物一定是酶或激素 C.有多少个密码子就有多少个反密码子与之对应 D.该过程中有水产生解析 翻译的直接模板是 mRNA 而不是 DNA，A 项不对；翻译的产物是多肽，经过加工后形成蛋白质，而酶与激素不都是蛋白质，B 项不对；终止密码子不与氨基
12、酸对应，所以没有与终止密码子对应的反密码子，C 项也不对；氨基酸脱水缩合形成多肽，D 项正确。答案 D 2 DNA 分子模板链上的碱基序列携带的遗传信息最终翻译成的氨基酸如下表所示。则 tRNA(UGC)所携带的氨基酸是 ()GCA CGT ACG TGC 赖氨酸 丙氨酸 半胱氨酸 苏氨酸 A.赖氨酸 B丙氨酸 C.半胱氨酸 D苏氨酸 解析 DNA 模板链上的碱基和转运 RNA 的反密码子都与mRNA上的碱基互补配对。故转运RNA上的碱基序列与DNA模板链的碱基序列相同，即 UGC 的转运 RNA 转运的氨基酸对应 DNA 模板链上的碱基序列是 TGC，为苏氨酸。答案 D 考点二 基因指导蛋白
13、质合成的有关计算 1转录时，以 DNA 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 DNA 分子中碱基数目的一半，且模板链中 AT(或 CG)与 mRNA 分子中 UA(或 CG)相等。2翻译过程中，mRNA 中每 3 个相邻碱基决定 1 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。3蛋白质的有关计算(1)蛋白质中氨基酸的数目肽键数肽链数。(肽键数失去的水分子数)(2)蛋白质平均相对分子质量氨基酸的平均相对分子质量氨基酸数(肽键数18)。(3)若基因中有 n
14、个碱基，氨基酸的平均相对分子质量为a，合成含 m 条多肽链的蛋白质的相对分子质量n6a18(n6m)，若改为 n 个碱基对，则公式为n3a18(n3m)。提醒 解题时应看清是 DNA 上(或基因中)的碱基对数还是个数；是 mRNA 上密码子的个数还是碱基的个数；是合成蛋白质中氨基酸的个数还是种类。对位训练 3(高考改编题)一段原核生物的 mRNA 通过翻译可合成一条含有 11 个肽键的多肽，则此 mRNA 分子至少含有的碱基个数及合成这段多肽需要的 tRNA 个数及转录此 mRNA的基因中碱基数至少依次为 ()A33 11 66 B36 12 72 C12 36 72 D11 36 66 解析
15、 一条含有11个肽键的多肽，则含有12个氨基酸。mRNA 中三个碱基决定一个氨基酸；一个氨基酸至少有一种转运 RNA 来转运。因此，mRNA 中至少含有 36 个碱基，12 个转运 RNA，DNA 中至少 72 个碱基。B4某条多肽的相对分子质量为 2 778，若氨基酸的平均相对分子质量为 110，如考虑终止密码子，则编码该多肽的基因长度至少是 ()A75 对碱基 B78 对碱基 C90 对碱基 D93 对碱基 解析 设该多肽由 n 个氨基酸组成，则 110n(n1)182 778，得 n30，可知该多肽由 30 个氨基酸组成，则相应 mRNA 上应有 30 个密码子，再加上终止密码子应为31
16、 个，则编码该多肽的基因长度至少是 31393 对碱基。D考点三 中心法则解读 1中心法则图解 2.中心法则五个过程的比较 过程 模板 原料 碱基互补 产物 实例 DNA 复制DNADNA DNA 的两条链 A、T、C、G 四种脱氧核苷酸 AT TA CG GC DNA 绝大多数生物 DNA 转录DNARNA DNA 的一条链 A、U、C、G 四种核糖核苷酸 AU TA CG GC RNA 绝大多数生物 翻译 RNA多肽 mRNA 20 余种氨基酸 AU UA CG GC 多肽 所有生物(病毒依赖宿主细胞)RNA 复制RNARNA RNA A、U、C、G 四种核糖核苷酸 AU UA CG GC
17、 RNA 以 RNA 为遗传物质的生物 RNA 逆转录RNADNA RNA A、T、C、G 四种脱氧核苷酸 AT UA CG GC DNA 某些致癌病毒、HIV等 3.识图析图 解读：(1)图示中 1、8 为转录过程；2、5、9 为翻译过程；3、10 为 DNA 复制过程；4、6 为 RNA 复制过程；7 为逆转录过程。(2)若甲、乙、丙为病毒，则甲为 DNA 病毒，如噬菌体；乙为 RNA 病毒，如烟草花叶病毒；丙为逆转录病毒，如 HIV。注意(1)逆转录一定要在逆转录酶的作用下完成。(2)根据模板和原料即可确定是中心法则的哪一过程，如模板 DNA，原料脱氧核糖核苷酸(核糖核苷酸)即可确定为D
18、NA 复制(转录)。对位训练 5中心法则揭示了生物遗传信息由 DNA 向蛋白质传递与表达的过程，请回答下列问题：(1)a、b、c、d 所表示的四个过程依次分别是_、_、_和_。(2)需要 tRNA 和核糖体同时参与的过程是_(用图中的字母回答)。(3)a 过程发生在真核细胞分裂的_期。(4)在真核细胞中，a 和 b 两个过程发生的主要场所是_。(5)能特异性识别信使 RNA 上密码子的分子是_，后者所携带的分子是_。(6)RNA 病毒的遗传信息传递与表达的途径有(用类似本题图中的形式表达)：_；_。(7)如图所示，给以适宜的条件各试管均有产物生成，则试管分别模拟上图中哪个过程？_；_；_；_；
19、_。答案(1)DNA 复制 转录 翻译 逆转录(2)c(3)间(S)(4)细胞核(5)tRNA(转运 RNA)氨基酸(6)如下图 RNADNARNA蛋白质 (7)a b e d c 解析 由图可知，a 过程为 DNA 的复制，发生在细胞分裂的间期；b 为转录，在真核细胞中，主要发生在细胞核中，另外还发生在绿色植物的叶绿体和线粒体中；c 为翻译过程，发生在细胞质中；d 过程为逆转录，主要是少数病毒侵入宿主细胞后发生的遗传信息传递过程；e 为 RNA 的复制；tRNA在翻译过程中能识别 mRNA 上的密码子；RNA 病毒遗传信息 的传递和表达途径有 或 RNADNARNA蛋白质。方法体验 基因控制
20、蛋白质合成 遗传信息、密码子和反密码子的区别与联系(1)含义及作用 遗传信息：基因中脱氧核苷酸(或碱基)的排列顺序。密码子：mRNA 上决定一个氨基酸的 3 个相邻碱基，决定氨基酸的排列顺序。反密码子：与 mRNA 中的密码子互补的 tRNA 一端的 3 个碱基，起识别密码子的作用。(2)联系 遗传信息是基因中脱氧核苷酸的排列顺序，通过转录，可传递到 mRNA 的核糖核苷酸上。mRNA 的密码子直接控制蛋白质分子中氨基酸的排列顺序，反密码子与密码子互补配对，在翻译中起作用。(3)对应关系 典例(2010江苏卷，34)铁蛋白是细胞内储存多余 Fe3的蛋白，铁蛋白合成的调节与游离的 Fe3、铁调节
21、蛋白、铁应答元件等有关。铁应答元件是位于铁蛋白 mRNA 起始密码上游的特异性序列，能与铁调节蛋白发生特异性结合，阻遏铁蛋白的合成。当 Fe3浓度高时，铁调节蛋白由于结合 Fe3而丧失与铁应答元件的结合能力，核糖体能与铁蛋白 mRNA 一端结合，沿 mRNA 移动，遇到起始密码后开始翻译(如下图所示)。回答下列问题：(1)图中甘氨酸的密码子是_，铁蛋白基因中决定“”的 模 板 链 碱 基 序 列 为_。(2)Fe3浓度低时，铁调节蛋白与铁应答元件结合干扰了_，从而抑制了翻译的起始；Fe3浓度高时，铁调节蛋白由于结合 Fe3而丧失与铁应答元件的结合能力，铁蛋白 mRNA 能够翻译。这种调节机制既
22、可以避免_对细胞的毒性影响，又可以减少_。(3)若铁蛋白由 n 个氨基酸组成，指导其合成的 mRNA 的碱基数远大于 3n，主要原因是_。(4)若要改造铁蛋白分子，将图中色氨酸变成亮氨酸(密码子为 UUA、UUG、CUU、CUC、CUA、CUG)，可以通过改变 DNA 模板链上的一个碱基来实现，即由_。解析 从图中可以看出：甘氨酸在核糖体读取天冬氨酸密码子之前，其密码子应该为 mRNA 上的 GGU；“”在 mRNA 上的碱基序列为：GGUGACUGG，所以对应模板链的 DNA 碱基序列应为CCACTGACC；Fe3浓度较低时，铁调节蛋白与铁应答元件结合，阻止了核糖体在 mRNA 上的结合与移
23、动，抑制了翻译的正常进行；当 Fe3浓度高时翻译能够正常进行，既能有效减小 Fe3对细胞的毒性，又不致造成细胞内物质和能量的浪费；图中显示：mRNA 的碱基数量远远大于 3n(n 为氨基酸数)，是因为 mRNA 的两端存在不翻译氨基酸的碱基序列；要使色氨酸(密码子为 UGG)变为亮氨酸(密码子为 UUG)，只要模板链上的 ACCAAC，即中间的碱基 CA。答案(1)GGU CCACTGACC(2)核糖体在 mRNA 上的结合与移动 Fe3 细胞内物质和能量的浪费(3)mRNA 两端存在不翻译的序列(4)CA 体会 解答此题关键是能够准确结合图像理解基因表达过程及基本概念(遗传信息、密码子与反密
24、码子)的内涵和外延。由此提醒考生要充分利用教材中过程图像直观地表达和理解相关生理过程。易错警示 对中心法则相关知识模糊不清 典例 结合图表分析，下列有关说法正确的是 ()抗菌药物 抗菌机理 青霉素 抑制细菌细胞壁的合成 环丙沙星 抑制细菌 DNA 解旋酶(可促进 DNA 螺旋化)的活性 红霉素 能与核糖体结合 利福平 抑制 RNA 聚合酶的活性 A.可发生在人体健康细胞中 B.青霉素和利福平能抑制 DNA 的复制 C.结核杆菌的和都发生在细胞质中 D.环丙沙星和红霉素分别抑制细菌的和 错因分析 本题易错之处有三：一是混淆原核细胞与病毒遗传信息在增殖过程中的异同，误选 C；二是不能将表格中的抗菌
25、机理与中心法则中的 DNA 复制、转录和翻译有机联系起来，误选 B；三是不清楚不同生物遗传信息传递与表达的途径有所不同，误选 A。解析 不同抗菌药物的抗菌机理不同，青霉素能抑制细菌细胞壁的合成，红霉素能抑制翻译过程，中心法则中的和发生在以 RNA 为遗传物质的病毒在宿主细胞内的增殖过程中，人体的健康细胞中是不存在该过程的。答案 D 纠错笔记(1)高等动植物只有 DNA 复制、转录、翻译三条途径，但具体到不同细胞情况不尽相同，如根尖分生区细胞等分裂旺盛的组织细胞中三条途径都有；但叶肉细胞等高度分化的细胞无 DNA 复制途径，只有转录和翻译两条途径；哺乳动物成熟的红细胞无信息传递。(2)RNA 复
26、制和逆转录只发生在 RNA 病毒中，是后来发现的，是对中心法则的补充和完善。(3)进行碱基互补配对的过程上述五个都有；进行互补配对的场所有四个，即细胞核、叶绿体、线粒体、核糖体。(4)需要解旋酶的过程：DNA 复制(两条链都作模板)和转录(DNA 一条链作模板)。检测落实体验成功 题组一 核心概念密码子、反密码子的考查 1下面关于 tRNA 和氨基酸相互关系的说法，正确的是 ()A每种氨基酸都由一种特定的 tRNA 携带 B每种氨基酸都可由几种 tRNA 携带 C一种转运 RNA 可以携带几种结构相似的氨基酸 D一种氨基酸可由一种或几种 tRNA 携带解析 tRNA 中的反密码子和 mRNA
27、中的密码子一一对应，由于密码子存在简并性的特点，一种氨基酸可由一种或几种 tRNA 携带。D2已知 AUG、CUG 为起始密码子，UAA、UGA、UAG 为终止密码子。某 原 核 生 物 的 一 个 信 使RNA碱 基 排 列 顺 序 如 下：AUUCGAUGAC(40 个碱基)CU CUAGAUCU，此信使 RNA 控制合成的蛋白质含 氨基酸的个数为 ()A20 个 B15 个 C16 个 D18 个 解析 先找到起始密码子，再找到终止密码子，中间的一共 45 个碱基对应 15 个密码子决定 15 个氨基酸，注意起始密码子决定氨基酸，终止密码子不决定氨基酸，故为 16 个。C题组二 中心法则
28、的考查 3观察细胞内某生理过程示意图(图中甲表示甲硫氨酸，丙表示丙氨酸)，分析下列细胞中不能发生图示生理过程的是 ()A根毛细胞 B效应 B 细胞 C人体成熟的红细胞 D大肠杆菌细胞 C4用链霉素或新霉素，可使核糖体与单链的 DNA 结合，这一单链 DNA 就可代替 mRNA 翻译成多肽，说明 ()A遗传信息可从 RNA 流向 DNA B遗传信息可从蛋白质流向 DNA C遗传信息可从 DNA 流向蛋白质 D遗传信息可从 RNA 流向蛋白质 解析 由题意可知，遗传信息可直接从 DNA 流向蛋白质，而不需要通过 mRNA。C题组三 转录、翻译过程的考查 5(2010天津理综，2)根据下表中的已知条
29、件，判断苏氨酸的密码子是 ()DNA 双链 T G mRNA tRNA 反密码子 A 氨基酸 苏氨酸 A.TGU BUGA CACU DUCU 解析 密码子是指mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。根据碱基互补配对原则和 DNA 上的碱基序列可知，苏氨酸的密码子前两个碱基分别是 AC 或 UG，根据反密码子的碱基序列可知第三个碱基是 U，结合选项可知，只有 C 项正确。解题过程中要注意 mRNA 上与反密码子中的碱基 A 配对的碱基是 U。答案 C 6生物体的细胞与细胞之间可 通过激素等化学信号分子精 确高效地发送、接收信息，从而对环境做出综合反应。不同的信号分子必须与相应 的受体(化学本
30、质多是糖蛋 白)特异性结合才能发挥作用。如图是雌激素与相应受体结合情况的示意图。由图可知，雌激素与相应的受体结合后形成“激素受体”复合体，并作用于核内基因的某区域，从而直接影响遗传信息的什么过程 ()ADNA 复制 B转录 C翻译 D逆转录 解析 由图可知，“激素受体”复合体从核孔进入细胞核，作用于 DNA，从而转录出相应的 mRNA 并合成相应的多肽，可见该复合体影响转录过程。答案 B 7阅读下图，回答问题：(1)乙图过程发生的场所是_；GGU 称为_。(2)合 成 的 场 所 是 _，丙 图 中 的 名 称 为_。(3)从图中可以看出，tRNA 与氨基酸结合的过程中可能有_生成。(4)细胞中分子比分子_(填“大”或“小”)得多，分子结构也很特别。(5)在整个翻译过程中，下列事件发生的先后顺序是_。tRNA 与氨基酸的结合 氨基酸与下一个氨基酸形成肽键 tRNA 与氨基酸分离(6)图示 tRNA 中，G 和 C 的数目是否相等？_。从图中还可以看出 tRNA 具有_和_的功能。答案(1)核糖体 反密码子(2)细胞核 腺嘌呤(3)水(4)小(5)(6)不一定 识别 携带氨基酸解析 图中分别是 tRNA、mRNA、腺嘌呤；丙图表示氨基酸和 tRNA 的结合；mRNA 比 tRNA 的长度要长。返回
