1、第4章 基因的表达第1节 基因指导蛋白质的合成学习目标1.简述DNA与RNA的主要区别。2.说明密码子、反密码子、遗传信息之间的关系。3.概述遗传信息的转录与翻译的过程。一、遗传信息的转录1.RNA的结构与种类：(1)基本单位及组成：_ _碱基：_磷酸核糖A、U、G、C核糖核苷酸(2)种类遗传信息氨基酸2.RNA和DNA的比较：比较项目DNARNA组成单位基本组成单位不同_五碳糖不同_碱基不同特有的是_特有的是_结构不同_一般为_，能通过核孔脱氧核苷酸核糖核苷酸脱氧核糖核糖胸腺嘧啶尿嘧啶规则的双螺旋结构单链3.转录：(1)概念理解。场所：主要在_中。模板：_。原料：4种游离的_。配对原则：A-
2、_、G-C、C-G、T-_。细胞核DNA的一条链核糖核苷酸UA(2)转录过程：(3)遗传信息的传递方向：DNA_。碱基碱基互补配对一条链核糖核苷酸RNA聚合酶mRNADNA链双螺旋RNA二、遗传信息的翻译1.密码子与反密码子：密码子反密码子种类_种_种实质mRNA上决定一个氨基酸的_(终止密码除外)tRNA上与密码子发生_的3个相邻的碱基64613个相邻的碱基碱基互补配对2.翻译：(1)概念：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_的过程。(2)场所：_(或核糖体)。mRNA氨基酸蛋白质细胞质(3)过程：起始：mRNA与_结合。运输：_携带氨基酸置于特定位置。延伸：核糖体沿
3、_移动，读取下一个密码子，由对应_运输相应的氨基酸加到延伸中的肽链上。(一个mRNA可以结合多个核糖体)核糖体tRNAmRNAtRNA终止：当核糖体读取到mRNA上的_时，合成终止。脱离：肽链合成后，从核糖体与mRNA的复合物上脱离，盘曲折叠成具有特定_和_的蛋白质分子。终止密码空间结构功能1.思考辨析下列说法的正误。(1)DNA和RNA共有的碱基是A、G、C，RNA特有的碱基是U，DNA特有的碱基是T。（）(2)DNA是蛋白质合成的直接模板。（）(3)转录除了在细胞核中发生以外，线粒体和叶绿体中也可以发生。（）(4)DNA解旋后每一条链都可以作为转录的模板。（）(5)mRNA在核糖体上移动翻
4、译出蛋白质。（）【答案解析】(1)。(2)。分析：DNA把携带的遗传信息传递给mRNA后，由mRNA作为合成蛋白质的直接模板。(3)。(4)。分析：与DNA的复制不同，转录的模板是DNA解旋后的一条链，另一条链不能作为转录的模板。(5)。分析：核糖体在mRNA上移动翻译出蛋白质。2.DNA决定RNA的性质是通过（）A.信使RNA的密码 B.DNA特有的自我复制C.碱基互补配对原则D.转运RNA的媒介【解析】选C。DNA决定RNA的性质发生在转录过程中，是以DNA的一条链为模板，按碱基互补配对原则合成RNA的过程。因此DNA决定RNA的性质是通过碱基互补配对原则。3.下图是DNA转录过程中的一个
5、片段，其核苷酸的种类有（）A.4种 B.5种 C.6种 D.8种【解析】选C。作为模板的DNA中的A和转录而成的mRNA中的A实际上表示不同的核苷酸，分别称为腺嘌呤脱氧核苷酸和腺嘌呤核糖核苷酸，以此类推，这样模板中的核苷酸一共有3种，而信使RNA中的核苷酸一共也有3种，故共有6种核苷酸。4.DNA分子复制、转录、翻译所需的原料依次是（）A.脱氧核苷酸、脱氧核苷酸、氨基酸B.脱氧核苷酸、核糖核苷酸、蛋白质C.核糖核苷酸、脱氧核苷酸、氨基酸D.脱氧核苷酸、核糖核苷酸、氨基酸【解析】选D。组成DNA的基本单位是脱氧核苷酸，而DNA复制是合成DNA分子的过程，需要的原料是脱氧核苷酸。转录是以DNA分子
6、的一条链为模板合成RNA，而RNA的基本单位是核糖核苷酸。翻译是合成蛋白质，其原料是氨基酸。5.以mRNA为模板合成蛋白质的过程称为（）A.RNA的复制B.转录C.翻译D.DNA复制【解析】选C。以mRNA为模板合成蛋白质的过程是翻译。6.一条多肽链中有500个氨基酸，则控制合成该多肽链的DNA分子中至少含有的碱基数为（）A.1 000B.1 500C.2 000D.3 000【解析】选D。1个氨基酸对应信使RNA的3个碱基，信使RNA的3个碱基对应DNA的6个碱基，故控制合成该多肽链的DNA分子中至少含有的碱基数为5006=3 000。7.碱基互补配对发生在（）A.DNA复制和转录B.转录和
7、翻译C.DNA复制和翻译D.DNA复制、转录和翻译【解析】选D。DNA的复制、转录和遗传信息的翻译都能发生碱基互补配对。一、基因指导蛋白质的合成1.转录和翻译的过程：(1)图解：(2)分析：2.DNA复制、转录和翻译的比较：项目DNA复制转录翻译时间 有丝分裂间期；减数第一次分裂前的间期生长发育的连续过程中场所 主要在细胞核中(线粒体、叶绿体中也存在)主要在细胞核中(线粒体、叶绿体中也存在)核糖体模板DNA分子的两条链DNA分子的一条链mRNA原料4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸约20种氨基酸项目DNA复制转录翻译条件酶(解旋酶、DNA聚合酶等)和能量酶(RNA聚合酶等)和能量特定的酶、能量和tR
8、NA碱基配对原则AT，GC，TA，CGAU，GC，TA，CGAU，GC，UA，CG产物两个新的双链DNA分子一条单链RNA分子具有一定氨基酸排列顺序的肽链(蛋白质)特点边解旋边复制，半保留复制边解旋边转录，转录后，DNA分子恢复为原来的双链结构一个mRNA分子上可相继结合多个核糖体，提高合成蛋白质的速度遗传信息传递方向DNADNADNAmRNAmRNA蛋白质(性状)【点拨】转录和翻译中应注意的问题(1)转录产物：并非只有mRNA，还有tRNA和rRNA。(2)转录和翻译的场所。原核细胞：细胞质(DNA复制、转录、翻译)。病毒：寄主细胞内(遗传物质的复制、转录、翻译)。(3)真核生物先转录再翻译
9、，原核生物边转录边翻译。【微思考】(1)在遗传信息的表达中，哪些过程需要DNA解旋酶参与？提示：DNA复制。DNA复制时，在DNA解旋酶的作用下打开双螺旋，分别以两条链为模板进行复制。(2)从模板角度思考DNA复制和转录的场所主要都在细胞核的原因。提示：DNA复制和转录的模板都是DNA，DNA主要存在于细胞核中。1.(DNA和RNA及转录)下图是1种生物的某段DNA及其转录的过程，分析回答：(1)图中标出的碱基符号，包括了_种核苷酸。(2)DNA双链中，_链为转录链；该过程的原料是_。(3)下列关于bc过程的说法中不正确的是（）A.表示DNA复制过程B.表示DNA转录过程C.图中共有5种碱基D
10、.图中T是DNA特有的碱基【解题关键】解答本题需注意以下两点：(1)明确碱基种类和核苷酸种类的关系，T、U都只能构成一种核苷酸；(2)理解转录、复制和翻译过程中遗传信息的传递方向问题。【解析】(1)DNA两条链包括4种碱基，有4种脱氧核苷酸；mRNA(c)包括了3种碱基，有3种核糖核苷酸，故共有7种核苷酸。(2)能够与mRNA碱基相互配对的转录链是b；转录以DNA中的一条链为模板，在RNA聚合酶的催化下，以周围4种游离的核糖核苷酸为原料合成RNA。(3)bc的过程是由DNA形成RNA，表示的是转录过程。答案：(1)7(2)b 核糖核苷酸(3)A2.(遗传信息的表达过程)(2013江苏高考改编)
11、图分别表示人体细胞中发生的3种生物大分子的合成过程。请回答下列问题：(1)细胞中过程发生的主要场所是_。(2)已知过程的链中鸟嘌呤与尿嘧啶之和占碱基总数的54%，链及其模板链对应区段的碱基中鸟嘌呤分别占29%、19%，则与链对应的DNA区段中腺嘌呤所占的碱基比例为_。(3)在人体内成熟红细胞中是否能发生过程？_。(4)人体不同组织细胞的相同DNA进行过程时启用的起始点_(在“都相同”“都不同”“不完全相同”中选择)，其原因是_。【解题关键】解答本题需明确以下三点：(1)分析图表示的过程及掌握有关的基础知识。(2)掌握人体内成熟红细胞的结构特点。(3)把基因的表达与细胞的分化联系起来。【解析】(
12、1)图表示的过程依次是DNA的复制、转录和翻译。转录的主要场所是细胞核。(2)RNA中G+U=54%、C+A=46%，则其DNA模板链中C(29%)+A=54%、G(19%)+T=46%，计算得DNA一条链中A+T=52%，故双链中A+T=52%，A=T=26%。(3)人体成熟的红细胞中无细胞核，复制、转录和翻译过程都不能发生。(4)1个DNA分子中含许多个基因，不同组织细胞因基因的选择性表达，故进行转录过程时启用的起始点不完全相同。答案：(1)细胞核(2)26%(3)不能(4)不完全相同 不同组织细胞中基因进行选择性表达【延伸探究】(1)上题2的过程需要的原料分别是什么？提示：过程需要脱氧核
13、苷酸，过程需要核糖核苷酸，过程需要游离的氨基酸。(2)上题2的过程是否都需要模板？提示：需要。过程的模板是解旋的两条DNA链，过程的模板是DNA中的一条链，过程的模板是mRNA。【方法规律】DNA和RNA的判断方法(1)从碱基种类上判断：若核酸中出现碱基T则为DNA，若出现碱基U则为RNA。(2)从碱基比例上判断：若AT、CG，则为单链DNA；若A=T、C=G，则一般认为是双链DNA。(3)从五碳糖上判断，若五碳糖为脱氧核糖，则为DNA，若五碳糖为核糖，则为RNA。【变式训练】(2014长春高一检测)下列关于遗传信息传递和表达的叙述，错误的是（）A.DNA复制过程需要解旋酶和DNA聚合酶B.不
14、同核糖体中可能翻译出相同的多肽C.线粒体DNA也能控制某些蛋白质的合成D.由G占20%的双链DNA转录出的mRNA中C占20%【解析】选D。DNA复制过程需要解旋酶和DNA聚合酶，A正确；同一条mRNA与不同的核糖体结合，可以相继合成相同的多肽链，B正确；线粒体中含有少量的DNA，可以控制线粒体内某些蛋白质的合成，C正确；由G占20%的双链DNA转录出的mRNA中C的比例无法确定，D错误。二、基因指导蛋白质的合成中的数量关系和计算1.遗传信息、密码子、反密码子的关系项目遗传信息密码子反密码子作用控制生物的性状直接决定蛋白质中的氨基酸序列识别密码子，转运氨基酸种类多样性64种61种图解2.密码子
15、、反密码子、氨基酸数量的对应关系：由上图得出如下结论：(1)由知：除终止密码外，一种密码子对应一种反密码子。(2)由知：一种氨基酸对应一种或多种密码子(或反密码子)。(3)由知：一种密码子或一种反密码子只对应一种氨基酸。3.基因控制蛋白质合成中的数量关系：比较项目数目DNA中的碱基数=磷酸基团数=脱氧核糖数=脱氧核苷酸数6nmRNA中的碱基数=磷酸基团数=核糖数=核糖核苷酸数3n参与转运氨基酸的tRNA数n蛋白质中的氨基酸数n蛋白质中的肽链数m蛋白质中的肽键数n-m脱水缩合失去的水分子数n-m真核生物的基因中有非编码序列，上述比例关系仅适用于编码序列，计算中用“至多”或“至少”表述。mRNA上
16、的终止密码不决定氨基酸，若写明终止密码要考虑在内，则：(1)氨基酸数为m，mRNA的碱基数至少为(3m+3)。(2)氨基酸数为m，DNA的碱基数至少为(6m+6)。【点拨】遗传信息表达中计算的易错点(1)密码子种类与反密码子种类并不相同，反密码子只有61种，而密码子中还包括3种终止密码，共64种。(2)一种氨基酸对应一种或多种密码子，多种密码子可能决定同种氨基酸。【微思考】(1)DNA的碱基排列顺序改变后转录及翻译的结果是否会发生变化？为什么？提示：DNA的碱基排列顺序改变后转录的结果一定改变，但翻译的结果不一定变化。因为密码子具有简并性，即不同种密码子可能决定同一种氨基酸。(2)根据mRNA
17、中碱基的排列顺序能否准确写出氨基酸的序列？若已知氨基酸的序列，能否确定mRNA中的碱基排列顺序？并说明原因。提示：前者可以，后者不能确定。因为一种密码子对应一种氨基酸，但一种氨基酸可以有多种密码子。1.(密码子、反密码子和氨基酸的对应关系)根据下表中的已知条件，判断苏氨酸的密码子是（）A.TGUB.UGAC.ACUD.UCUDNA双链TGmRNAtRNA(反密码子)A氨基酸苏氨酸【解题关键】解答本题要明确以下关键点：(1)密码子是mRNA上相邻的3个碱基。(2)mRNA上的碱基和DNA模板链上的碱基互补配对。(3)mRNA上的密码子和tRNA上的反密码子互补配对。【解析】选C。反密码子与密码子
18、互补，所以苏氨酸密码子第三个碱基为U，且密码子由mRNA上的碱基组成，不含碱基T，所以A、B错。根据mRNA与DNA中模板链互补可推知苏氨酸密码子为UGU或ACU，故选C。2.(遗传信息表达的综合计算)下列关于DNA和RNA分子的计算，不正确的是（）A.若DNA的碱基总数为m，A有n个，则转录形成的mRNA中A+U的数量为nB.若DNA的碱基总数为m，A有n个，DNA经3次复制，需G的数量为(7m-14n)/2C.若DNA的碱基总数为m，则指导合成的蛋白质最多含有m/6个氨基酸D.若DNA的碱基总数为m，则一次转录形成的mRNA含有m/2个密码子【解题关键】解答本题需明确两点：(1)遗传信息传
19、递中碱基之间的配对原则和数量关系。(2)氨基酸数量和DNA中碱基数量的关系。【解析】选D。若DNA的碱基总数为m，A有n个，则一次转录形成的mRNA中，A+U的数量为n，含有m/6个密码子，指导合成的蛋白质最多含有m/6个氨基酸；一个DNA分子有G=(m-2n)/2个，DNA经3次复制，一共是8个DNA分子，除去模板DNA分子，相当于新合成了7个DNA分子，需G的数量为7(m-2n)/2，只有D项错误。【延伸探究】(1)题1中涉及的碱基共形成了几种核苷酸？提示：8种。5种碱基(A、T、G、C、U)共可形成8种核苷酸。(2)题2中C项氨基酸缩合成一条肽链，脱去水分子数最多是多少？提示：DNA碱基
20、为m个，对应氨基酸最多为m/6个，形成一条肽链，脱去水分子数最多为(m/6-1)个。【方法规律】DNA、mRNA中碱基与肽链中氨基酸个数关系及计算(1)数量关系(不考虑终止密码)。DNA碱基数mRNA碱基数氨基酸数=631。(2)计算中“最多”和“最少”的分析。mRNA上的终止密码不决定氨基酸，因此准确地说，mRNA上的碱基数目是蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。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。【变式训练】1.下表所示为遗传信息表达的过程。分析下表，可知（）A.整个过程共有3种核苷酸参与B.整个过程在核糖体上完成C.基因和mRNA有相同的密码子D.AUA是反密码
21、子基因TATATAmRNAUAUtRNAAUA肽链酪氨酸【解析】选D。整个过程既有DNA又有RNA，其中A参与2种核苷酸的构成，T和U只参与1种，共4种核苷酸，故A错误。只有翻译是在核糖体上完成的，故B错误。只有mRNA上有密码子，故C错误。AUA是tRNA上的碱基且与密码子配对，是反密码子，故D正确。2.某段信使RNA有碱基240个，与之有关的DNA片段中碱基数、蛋白质中氨基酸数的叙述正确的是（）A.DNA中至少含480个碱基，蛋白质中至少有80个氨基酸B.DNA中最多含480个碱基，蛋白质中最多含有80个氨基酸C.DNA中至少含480个碱基，蛋白质中最多含有80个氨基酸D.DNA中最多含4
22、80个碱基，蛋白质中至少含有80个氨基酸【解析】选C。DNA中含有非编码序列，因此该DNA分子中至少要有480个碱基；信使RNA中的碱基并不全部决定氨基酸，如终止密码，因此该蛋白质中最多只能有80个氨基酸。【拓展深化】密码子的特性(1)简并性：当密码子中有一个碱基改变时，可能不会改变其对应的氨基酸，从而减少变异发生的频率。当某种氨基酸利用频率高时，几种不同的密码子都编码一种氨基酸，可保证翻译的速度。(2)通用性：说明所有生物可能有共同的起源或生命在本质上是统一的。课题：过程图解类题目基因的表达【示范案例】右图是细胞内蛋白质合成的示意图，请回答：(1)C、D代表由细胞内有关结构合成的物质，其中下
23、列物质中属于D类物质的是（）A.呼吸酶 B.线粒体膜的组成蛋白C.胰岛素D.血红蛋白(2)在A结构上发生的是_过程，其中以mRNA为模板，以_为运输工具，将合成物质C、D的原料运送到结构A上通过_(方式)连接起来。(3)E物质为_，其合成模板为_。【审题】模板构建思路导引【审题读图】提取图中信息，该图表示蛋白质的合成、加工和分泌过程，涉及细胞内蛋白质的合成、分泌蛋白的合成和分泌【明确过程】蛋白质的合成需经转录和翻译过程，转录主要在细胞核中完成，以DNA的一条链为模板合成mRNA，后者进入细胞质，在核糖体上指导氨基酸通过脱水缩合完成翻译【规范作答】结合题目相应问题，联系具体生理过程，准确表述转录
24、和翻译的条件、过程及结果【答题】规范答案警示失误(1)C(2)翻译 转运RNA 脱水缩合错答：第一空答成蛋白质合成错因：将“翻译”与“蛋白质合成”混淆，翻译只是蛋白质合成的一个环节；没有注意后面相关内容的提示。(3)mRNADNA两条链中的一条错答：第二空答为DNA错因：将复制、转录过程中的模板混淆，DNA双链中的一条链作为转录的模板，而DNA两条链均可作为DNA复制的模板。【解析】(1)C、D均表示蛋白质，C为胞内蛋白，D为分泌蛋白，题中胰岛素属于分泌蛋白，其他均为胞内蛋白。(2)A为核糖体，为蛋白质合成的场所，进行翻译过程，该过程中mRNA为模板，转运RNA为氨基酸的运输工具，氨基酸在核糖
25、体上发生脱水缩合过程形成肽链。(3)物质E是一条单链，上面附有核糖体，表示mRNA，它是以DNA两条链中的一条链为模板经转录而来的。【解题技巧】过程图可描述生命活动和发展变化的动态过程，常用箭头、字母和数字等表示生物体内某代谢过程或调节过程，这些图有些是对教材讲解的某些过程进行总结，有些是将新材料、新信息以过程图的形式给出，其中蕴藏着丰富的信息。这类题目的一般解题思路为：(1)“审题读图”结合题中关键信息，联系图解，初步判断图示对应的基本知识，并进行快速的知识迁移。(2)“明确过程”识别图中各结构或物质的作用，理顺各部分的关系，按照由局部到整体的思维方式，明确图示所代表的具体过程。(3)“规范作答”根据具体问题具体分析，充分利用图形并联系具体生理过程，运用规范的语言准确作答。
