高一生物第三章遗传的分子基础第四节第1课时基因表达与遗传密码学案浙科版必修2Word文件下载.docx
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2.特点
(1)除少数密码子外,生物界的遗传密码是统一的。
(2)除少数氨基酸只有1种遗传密码外,大多数氨基酸有两个以上的遗传密码。
DNA转录时是把所有DNA分子都转录出来吗?
提示:
不是。
转录不是转录整个DNA分子,而是以基因为单位进行的。
密码子与氨基酸有怎样的对应关系?
一种密码子只能决定一种氨基酸(终止密码子除外),一种氨基酸可以有一种或多种对应的密码子。
DNA与RNA[学生用书P51]
1.DNA与RNA的比较
DNA
RNA
组成分子
五碳糖
脱氧核糖
核糖
碱基
胸腺嘧啶(T)
尿嘧啶(U)
腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)
磷酸
基本单位
脱氧核苷酸(4种)
核糖核苷酸(4种)
产生途径
DNA复制、逆转录
转录、RNA复制
结构
规则的双螺旋结构
常呈单链结构
分布
主要分布于细胞核,其次分布于线粒体、叶绿体
主要分布于细胞溶胶、线粒体、叶绿体、核糖体,少量分布于细胞核
2.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)若含碱基“T”,一定为DNA或其基本单位;
若含碱基“U”,一定为RNA或其基本单位。
因而用放射性同位素标记碱基“T”或碱基“U”可探知DNA或RNA。
若细胞中大量利用碱基“T”,一般可认为进行DNA的复制;
若大量利用碱基“U”,一般可认为正进行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,也可能为RNA)。
1.与RNA分子相比,DNA分子中特有的碱基是( )
A.胸腺嘧啶(T) B.鸟嘌呤(G)
C.腺嘌呤(A)D.胞嘧啶(C)
答案:
A
2.甲生物含两种核酸,且碱基组成为嘌呤占46%,嘧啶占54%,乙生物含一种核酸,且碱基组成为:
嘌呤占34%,嘧啶占66%,则以下不能表示甲、乙两种生物的是( )
A.人、埃博拉病毒B.家禽、禽流感病毒
C.大肠杆菌、T2噬菌体D.烟草、烟草花叶病毒
解析:
选C。
甲生物包括两种核酸,一定是细胞生物,4个选项中的第一种生物都符合题意。
乙生物只含一种核酸,一定是非细胞生物——病毒,由于其核酸中嘌呤数(34%)≠嘧啶数(66%),说明一定是RNA病毒,而C项中T2噬菌体是DNA病毒。
DNA和RNA的快速界定方法
对转录和翻译的理解[学生用书P52]
1.转录和翻译的比较(以真核生物为例)
转录
翻译
时间
个体生长发育的整个过程
场所
主要在细胞核
细胞质的核糖体
模板
DNA的其中一条链
mRNA
原料
4种核糖核苷酸
20种氨基酸
ATP
都需要
酶
RNA聚合酶等
合成酶
产物
1个单链RNA
多肽链(或蛋白质)
去向
离开细胞核进入细胞质
组成细胞结构蛋白或功能蛋白
特点
边解开螺旋边转录,转录后DNA恢复原状
翻译结束后,mRNA被降解
配对
A—U,T—A,C—G,G—C
A—U,U—A,C—G,G—C
意义
表达遗传信息,使生物表现出各种性状
(1)mRNA与DNA模板链碱基互补,但与非模板链碱基序列基本相同,只是用U代替T。
(2)从核糖体上脱离下来的只是多肽链,再经折叠、加工才能成为具有复杂空间结构的有活性的蛋白质。
(3)原核细胞中转录和翻译同时进行,即边转录边翻译,而真核细胞中先进行转录,然后mRNA再通过核孔进入细胞质中与核糖体结合进行翻译。
2.联系
3.(2019·
浙江1月学考)真核生物的细胞核中,某基因的转录过程如图所示。
下列叙述正确的是( )
A.转录的产物可不经加工直接作为翻译的模板
B.转录出的RNA链与编码链对应区域的碱基互补
C.该基因的多个部位可同时启动转录过程,从而提高转录效率
D.RNA聚合酶可使DNA双螺旋解开,也能使双螺旋重新形成
D
4.(2019·
浙江6月学考)真核细胞中,某多肽链的合成示意图如下,其中①②③为核糖体上结合tRNA的3个位置,a、b均是由mRNA上3个相邻的核苷酸组成的结构。
A.在该mRNA中a、b均为密码子
B.一个mRNA只能与一个核糖体结合
C.③位置供携带着氨基酸的tRNA进入核糖体
D.若b中的1个核苷酸发生替换,则其决定的氨基酸一定改变
C
翻译过程中多聚核糖体模式图解读
(1)信息解读
①图甲表示真核细胞中的翻译过程,图中①是mRNA,
⑥是核糖体,②③④⑤表示正在合成的4条肽链,翻译的方向是自右向左。
②图乙表示原核细胞中的转录和翻译过程,图中①是DNA模板链,②③④⑤表示正在合成的4个mRNA,在核糖体上同时进行翻译过程。
(2)解题技法
①分析此类问题要正确分清mRNA和肽链的关系。
DNA模板链在RNA聚合酶的作用下产生的是mRNA,而在同一个mRNA上结合的多个核糖体,同时合成的是若干条肽链。
②解答此类问题还要明确真核细胞的转录和翻译不同时进行,而原核细胞能边转录边翻译。
遗传信息、密码子、反密码子与氨基酸之间的关系[学生用书P53]
1.遗传信息、密码子、反密码子之间的区别及联系
项目
遗传信息
密码子
反密码子
概念
基因中脱氧核苷酸的排列顺序
mRNA中决定一个氨基酸的3个相邻碱基
tRNA中与密码子互补配对的3个碱基
位置
主要在DNA中
tRNA
作用
控制生物的性状
直接决定蛋白质中氨基酸序列
识别密码子
种类
多样性
64种
61种
图解
2.密码子、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①⑥知:
除终止密码外,一种密码子对应一种反密码子。
(2)由④⑤知:
一种氨基酸对应一种或多种密码子(或反密码子)。
(3)由②③知:
一种密码子或一种反密码子只对应一种氨基酸。
3.基因表达过程中的相关数量计算(如图)
说明:
翻译过程中,mRNA上每3个碱基决定一个氨基酸,所以不考虑终止密码时,经翻译合成的蛋白质分子中的氨基酸数目是mRNA中碱基数目的1/3,是DNA(基因)中碱基数目的1/6。
突破1 遗传信息、密码子、反密码子与氨基酸的关系分析
5.有关蛋白质合成的叙述,不正确的是( )
A.终止密码子不编码氨基酸
B.每种tRNA只运转一种氨基酸
C.核糖体能在mRNA上滑动
D.每种氨基酸都对应多种密码子
选D。
终止密码子不编码氨基酸,A正确;
每种tRNA上只含一种反密码子,故只能运转一种氨基酸,B正
确;
翻译时,是核糖体在mRNA上滑动,C正确;
一个氨基酸可能对应一个或几个密码子,D错误。
密码子的特性
(1)简并性:
①当密码子中有一个碱基改变时,可能并不会改变其对应的氨基酸,从而减少变异发生的频率。
②当某种氨基酸使用频率高时,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。
突破2 基因控制蛋白质合成的有关计算分析
6.由n个碱基组成的基因,控制合成由1条多肽链组成的蛋白质。
氨基酸的平均相对分子质量为a,则该蛋白质的相对分子质量最大为( )
A.na/6 B.na/3-18(n/3-1)
C.na-18(n-1)D.na/6-18(n/6-1)
根据中心法则,蛋白质的合成过程:
DNA分子中碱基数∶mRNA碱基数∶氨基酸数=6∶3∶1。
已知该基因中有n个碱基,则对应的氨基酸为n/6,氨基酸经脱水缩合形成蛋白质,形成蛋白质的过程中,脱去的水分子数为n/6-1;
水的相对分子质量为18,形成该蛋白质脱去的水的相对分子质量之和为18×
(n/6-1),又知氨基酸的平均相对分子质量为a,所以该蛋白质的相对分子质量最大为na/6-18(n/6-1)。
认清计算中“最多”和“最少”问题的易错说法
(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。
核心知识小结
[要点回眸]
[规范答题]
1.RNA有三种:
信使RNA(mRNA)、转运RNA(tRNA)和核糖体RNA(rRNA)。
2.转录的主要场所是细胞核,条件是模板(DNA的一条链)、原料(4种核糖核苷酸)、酶(RNA聚合酶)和能量。
3.翻译的场所是核糖体,条件是模板(mRNA)、原料(20种氨基酸)、酶和能量。
4.密码子共有64种,其中决定氨基酸的密码子有61种,3种终止密码子不决定氨基酸。
5.一种氨基酸对应一种或多种密码子,一种密码子只对应一种氨基酸。
6.每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸,一种氨基酸可由一种或多种tRNA识别和转运。
[随堂检测][学生用书P54]
1.(2016·
浙江10月选考)遗传信息表达的过程,mRNA的三个碱基是UAC,则DNA模板链上对应的三个碱基是( )
A.ATG B.TAC
C.TUCD.AUG
选A。
DNA模板链上的碱基与mRNA上的密码子互补配对,且DNA分子含碱基T不含U,故DNA模板链上的碱基为ATG。
2.(2019·
浙江4月学考)下列关于遗传信息表达过程的叙述,正确的是( )
A.一个DNA分子转录一次,可形成一个或多个合成多肽链的模板
B.转录过程中,RNA聚合酶没有解开DNA双螺旋结构的功能
C.多个核糖体可结合在一个mRNA分子上共同合成一条多肽链
D.编码氨基酸的密码子由mRNA上3个相邻的脱氧核苷酸组成
如图是蛋白质合成时tRNA分子上的反密码子与mRNA上的密码子配对情形,以下有关叙述错误的是( )
A.tRNA上结合氨基酸分子的部位为甲端
B.图中戊处上下链中间的化学键表示氢键
C.与此tRNA反密码子配对的密码子为UCG
D.蛋白质的合成是在细胞内的核糖体上进行的
tRNA上的甲端是结合氨基酸分子的部位,A正确;
图中戊处为局部双链结构,该处上下链中间的化学键表示氢键,B正确;
tRNA的碱基顺序是从非氨基酸臂那一端开始的,而密码子的第三位碱基与反密码子的第一位碱基配对,因此与此tRNA反密码子配对的密码子为GCU,C错误;
蛋白质的合成场所是核糖体,D正确。
4.一个mRNA分子有m个碱基,其中G+C有n个,由该mRNA合成的蛋白质有两条肽链,则相应DNA分子的A+T数、合成蛋白质时最多脱去的水分子数分别是( )
A.m、m/3-1B.m、m/3-2
C.2(m-n)、m/3-1D.2(m-n)、m/3-2
DNA模板链的碱基与mRNA的碱基互补,mRNA中G+C=n,则A+U=m-n,所以相应DNA中A+T=2(m-n);
RNA中有m个碱基,对应的氨基酸数最多为m/3,形成的蛋白质有两条肽链,所以合成蛋白质时最多脱去的水分子数是m/3-2。
5.如图为人体内蛋白质合成的一个过程。
据图分析并回答问题:
(1)图中所示属于基因控制蛋白质合成过程中的______过程,该过程发生在细胞的________部分。
(2)图中A、B、D分别代表________、________、________。
(3)图中的C表示________,按从左到右的顺序写出mRNA区段所对应的DNA模板链的碱基排列顺序________________。
(4)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.油脂细胞
图示是翻译过程,A是mRNA,B是核糖体,C是tRNA,D是肽链。
mRNA是以DNA的一条链为模板根据碱基互补配对原则转录而成的,mRNA片段从左到右是AUGGCUUCUUUC,所以DNA模板链上的碱基顺序是TACCGAAGAAAG。
成熟的红细胞没有细胞核及其他有膜的细胞器,也没有核糖体,因此不能合成蛋白质。
(1)翻译 核糖体
(2)mRNA 核糖体 肽链 (3)tRNA TACCGAAGAAAG (4)C
[课时作业][学生用书P115(单独成册)]
一、选择题
1.下列关于RNA的叙述,错误的是( )
A.RNA主要在细胞核中合成,通过核孔转移到细胞质中
B.mRNA是转运氨基酸的工具
C.RNA一般是单链,而且比DNA短,分子中不含碱基T
D.RNA可作为核糖体的组成成分
选B。
在合成蛋白质时,需要tRNA作为运载氨基酸的工具,每种tRNA只能运载特定种类的氨基酸。
2.关于密码子和反密码子的叙述,正确的是( )
A.密码子位于mRNA上,反密码子位于tRNA上
B.密码子位于tRNA上,反密码子位于mRNA上
C.密码子位于rRNA上,反密码子位于tRNA上
D.密码子位于rRNA上,反密码子位于mRNA上
mRNA上三个相邻的碱基决定一个氨基酸,这样相邻的三个碱基称为密码子;
每个tRNA上有三个碱基与密码子相配对,这样的三个碱基称为反密码子,即密码子位于mRNA上,反密码子位于tRNA上,A项正确,B、C、D项错误。
3.对于下列图解,正确的说法有( )
①表示DNA的复制过程
②表示转录过程
③共有5种碱基
④共有8种核苷酸
⑤共有5种核苷酸
⑥A均代表同一种核苷酸
A.①②③ B.④⑤⑥
C.②③④D.①③⑤
由图可知,此过程是转录过程,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,故有8种核苷酸。
4.根据表中的已知条件,判断苏氨酸的密码子是( )
DNA双链
T
G
tRNA反密码子
氨基酸
苏氨酸
A.TGUB.UGA
C.ACUD.UCU
mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻的碱基,称做1个密码子。
mRNA的密码子和tRNA上的反密码子互补配对,可推知mRNA的密码子最后的碱基为U;
DNA的一条链为TG—,另一条链为AC—,若DNA转录时的模板链为TG所在的链,则mRNA的密码子为ACU,若DNA转录时的模板链为AC所在的链,则mRNA的密码子为UGU。
5.如图为真核细胞中多聚核糖体合成蛋白质的示意图,下列说法正确的是( )
A.该过程的模板是DNA,原料是20种游离的氨基酸
B.4条多肽链是同时开始合成的
C.一个核糖体能够合成一条肽链
D.合成①的场所在真核细胞的细胞核,⑥的形成与核仁有关
该过程的模板是mRNA,原料是20种游离的氨基酸。
4条多肽链并不是同时开始合成的,开始的顺序依次是②、③、④、⑤。
合成①的场所主要在真核细胞的细胞核,线粒体和叶绿体也能合成,⑥核糖体的形成与核仁有关。
6.下列关于密码子和tRNA与氨基酸的关系的叙述,正确的是( )
A.一个密码子只能决定一种氨基酸
B.一种氨基酸只由一种密码子决定
C.一种氨基酸只能由一种tRNA转运
D.每种氨基酸都由多种tRNA转运
一个密码子只能决定一种氨基酸,一种氨基酸由一种或多种密码子决定;
一种氨基酸可以由一种或多种tRNA转运。
7.在大豆细胞的生理活动中,当某些碱基被大量利用时,下列说法正确的是( )
选项
大量利用的碱基
细胞生理活动
U
DNA分子正在复制
B
U和T
正处于分裂间期
正在大量合成转运RNA
正在大量合成蛋白质
细胞有丝分裂的一个细胞周期包括细胞分裂间期和分裂期。
在间期完成有关蛋白质的合成、DNA的复制和RNA的合成。
由于T(胸腺嘧啶)是组成DNA的特有成分,U(尿嘧啶)是组成RNA的特有成分,因此可以判断:
细胞中大量利用“U”表明正在转录形成RNA并合成蛋白质,大量利用“T”表明正在合成DNA,处于分裂间期。
8.从单尾金鱼卵细胞中提取RNA注入双尾金鱼受精卵中,发育成的双尾金鱼中有一些出现了单尾性状,这些RNA最可能是( )
A.遗传物质B.tRNA
C.mRNAD.rRNA
金鱼的遗传物质是DNA,A错误;
tRNA和rRNA不参与性状的控制,B、D错误;
mRNA携带着遗传信息,可以直接控制生物性状,C正确。
9.某mRNA分子中,U占20%,A占10%,那么它的模板DNA片段中胞嘧啶占( )
A.25%B.30%
C.35%D70%
mRNA分子是以DNA分子上基因的一条链为模板转录而来的,因此mRNA分子中碱基的比率与模板链的碱基比率是相对应的。
根据题意,U占20%,A占10%,则DNA模板链中的(A+T)占该链的比率与另一条链中的(A+T)占另一条链的比率及整个DNA中(A+T)的比率是相等的,即整个DNA分子中(A+T)占全部碱基的比率是30%,那么(G+C)就占70%,又由于在DNA分子中G=C,则G=C=35%。
10.如图是某高等生物细胞中基因R表达过程的示意图,“→”表示信息传递或物质转移的路径和方向,①~③表示物质。
下列有关叙述正确的是( )
A.基因R表达过程只发生在细胞核内
B.过程a需要DNA聚合酶参与
C.组成①和②的碱基种类不同
D.多个核糖体串在②上,增大了③合成的效率
基因R表达过程包括转录和翻译,其中翻译在细胞质中,选项A错误;
过程a是转录过程,合成RNA需要RNA聚合酶参与,选项B错误;
①和②是信使RNA,组成的碱基种类相同,选项C错误。
11.关于基因控制蛋白质合成的过程,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
A项,一个DNA分子上有许多基因,这些基因不会同时转录,所以转录的mRNA分子的碱基数小于n/2个。
B项,转录是指以DNA的一条链为模板,按照碱基互补配对原则,合成RNA的过程。
C项,DNA聚合酶和RNA聚合酶的结合位点都在DNA上。
D项,在细胞周期中,由于各个时期表达的基因不同,因此转录产生的mRNA的种类和含量均不断发生变化。
如分裂间期的G1期和G2期,mRNA的种类和含量有所不同,在分裂期mRNA的含量减少。
12.如图表示真核细胞某基因的转录过程。
有关叙述错误的是( )
A.①是编码链
B.③链加工后可成为成熟的mRNA
C.④是游离的核糖核酸
D.该过程中存在T与A的碱基配对方式
①是编码链,A正确;
③链转录后需要加工成为成熟的mRNA,才能到细胞质中进行翻译,B正确;
④是游离的核糖核苷酸,C错误;
该过程中存在T与A的碱基配对方式,D正确。
二、非选择题
13.观察下列模式图,回答下列问题:
(1)图甲所示过程是________,主要场所是________,原料是________________________。
a链与b链的关系是________。
经甲过程遗传信息由________传递到了________。
(2)图乙所示过程是________,发生在________(细胞器)中,①②③三个碱基称为一个________,⑦⑧⑨三个碱基称为一个________。
该过程需要酶、________、________、________、核糖体、能量等条件。
(3)图中碱基①、④、⑦分别表示__________________________________;
若①、④、⑦分别表示核苷酸,依次表示___________________________________________________。
分析题图可知,甲过程为转录过程,主要场所在细胞核中,以四种核糖核苷酸为原料,依据碱基互补配对原则,将遗传信息传递给mRNA;
乙过程为翻译过程,主要场所在细胞质的核糖体上,以tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子碱基互补配对,完成蛋白质的翻译过程。
因DNA上的三个碱基为A、G、C,则mRNA上①、②、③分别为U、C、G,DNA另一条链上④、⑤、⑥分别为T、C、G,tRNA上⑦、⑧、⑨分别为A、G、C。
(1)转录 细胞核 四种核糖核苷酸 互补 DNA RNA
(2)翻译 核糖体 密码子 反密码子 模板(或mRNA) 原料(或20种氨基酸) 转运工具(或tRNA) (3)尿嘧啶、胸腺嘧啶、腺嘌呤 尿嘧啶核糖核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸、腺嘌呤核糖核苷酸
14.如图为蛋白质的合成过程示意图,请据图回答有关问题:
(1)图1中发生在细胞核中的过程是_________________________________。
(2)图1中基因表达的最后一阶段是在[ ]________上完成的,这一过程中还需要mRNA、[④]氨基酸、________、________和________。
(3)图1中③称为________,在蛋白质合成过程中将多肽链中氨基酸种类与mRNA上的遗传信息联系起来的物质是________。
(4)图2为该细胞中多聚核糖体合成多肽链的过程。
对此过程的理解错误的是( )
A.X在MN上的移动方向是从左到右,所用原料是氨基酸
B.多聚核糖体