高考一轮苏教版生物 必修2 第6单元 第3讲 基因控制蛋白质的合成.docx
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高考一轮苏教版生物必修2第6单元第3讲基因控制蛋白质的合成
第3讲 基因控制蛋白质的合成
考点一|从基因到蛋白质
1．RNA的结构与分类
（1）基本单位及组成（填写图中序号名称）：
①磷酸；②核糖；③碱基（A、U、G、C）；④核糖核苷酸。
（2）结构特点：
一般是单链。
（3）RNA的种类及功能：
RNA
2．遗传信息的转录和翻译
（1）转录（如图）
（2）翻译
①概念的理解
②过程
③产物：
多肽
蛋白质
1．判断转录和翻译过程的说法的正误。
（1）一个tRNA分子中只有一个反密码子。
（√）
（2）细胞核中发生的转录过程有RNA聚合酶的参与。
（√）
（3）DNA复制就是基因表达的过程。
（×）
【提示】 基因的表达包括转录、翻译，DNA复制不属于基因的表达。
（4）rRNA能参与蛋白质的合成。
（√）
（5）真核生物基因中每三个相邻的碱基组成一个反密码子。
（×）
【提示】 反密码子位于tRNA上。
（6）转录和翻译都是以mRNA为模板合成生物大分子的过程。
（×）
【提示】 转录是以DNA的一条链为模板合成RNA的过程，而翻译则是以mRNA为模板合成蛋白质的过程。
2．据图回答
（1）右图反映的数量关系是一个mRNA分子上可结合多个核糖体并合成多条肽链。
（2）右图中翻译的方向是由左向右，判断依据是根据多肽链的长短，长的翻译在前。
（3）图中所示的翻译特点的意义是少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质。
1．比较DNA复制、转录、翻译
复制
转录
翻译
时间
有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期
个体生长发育的整个过程
场所
主要在细胞核
主要在细胞核
细胞质的核糖体
模板
DNA的两条链
DNA的一条链
mRNA
原料
4种脱氧核苷酸
4种核糖核苷酸
20种氨基酸
条件
酶和ATP
产物
2个双链DNA
一个单链RNA（mRNA，tRNA，rRNA）
多肽链
特点
边解旋边复制、半保留复制
边解旋边转录；转录后DNA仍恢复原来的双链结构
一条mRNA上可相继结合多个核糖体，同时合成多条肽链
信息
传递
DNA→DNA
DNA→RNA
mRNA→蛋白质
碱基
配对
A－T，T－A，
C－G，G－C
A－U，T－A，
C－G，G－C
A－U，U－A，
C－G，G－C
意义
使遗传信息从亲代传给子代
表达遗传信息，使生物表现出各种性状
2.遗传信息的转录和翻译过程的关系
转录、翻译过程中的易错分析
1．转录的产物不只是mRNA，还有tRNA，rRNA，但只有mRNA携带遗传信息，3种RNA都参与翻译过程，只是作用不同。
2．翻译过程中mRNA并不移动，而是核糖体沿着mRNA移动，进而读取下一个密码子。
3．转录和翻译过程中的碱基配对不是A－T，而是A－U。
4．并不是所有的密码子都决定氨基酸，其中终止密码子不决定氨基酸。
视角1遗传信息的转录和翻译过程
1．图中甲、乙、丙分别表示真核细胞内三种物质的合成过程，回答有关问题。
（1）图示甲、乙、丙过程分别表示________________的过程。
其中甲、乙过程可以发生在细胞核中，也可以发生在________及________中。
（2）生物学中，经常使用3H—TdR（3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷）研究甲过程的物质合成情况，原因是____________________________________________
_______________________________________________________________。
（3）转录时，与DNA中起点结合的酶是________。
一个细胞周期中，乙过程在每个起点可起始多次，甲过程在每个起点一般起始________次。
（4）丙过程在核糖体中进行，通过________的反密码子与mRNA上的碱基识别，将氨基酸转移到肽链上。
AUG是甲硫氨酸的密码子，又是肽链合成的起始密码子，某种分泌蛋白的第一个氨基酸并不是甲硫氨酸，这是新生肽链经________和________加工修饰的结果。
【解析】
（1）图示甲、乙、丙过程分别表示DNA复制、转录和翻译的过程。
其中甲、乙过程可以发生在细胞核中，也可以发生在线粒体和叶绿体中。
（2）常用3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷来研究DNA的复制情况，因为3H—TdR是DNA合成的原料之一，可根据放射性强度变化来判断DNA的合成情况。
（3）转录时，与DNA中起点结合的酶是RNA聚合酶，一个细胞周期中，乙过程在每个起点可起始多次，甲过程是DNA复制，在每个起点一般起始一次。
即在一个细胞周期中，DNA只复制一次。
（4）丙过程在核糖体上进行，通过tRNA上的反密码子与mRNA上的碱基识别，将氨基酸转移到肽链上。
某种分泌蛋白的第一个氨基酸并不是甲硫氨酸，这是新生肽链经内质网和高尔基体加工修饰的结果。
【答案】
（1）DNA复制、转录和翻译 线粒体 叶绿体
（2）3H－TdR是DNA合成的原料之一，可根据放射性强度变化来判断DNA的合成情况 （3）RNA聚合酶 一 （4）tRNA 内质网 高尔基体
转录和翻译过程的5点提醒
1．对具有细胞结构的生物而言，DNA复制发生于细胞分裂过程中，而转录和翻译则发生于细胞分裂、分化等生命过程中。
2．复制和转录发生在DNA存在的场所，如细胞核、叶绿体、线粒体、拟核、质粒等。
转录出的RNA有mRNA、rRNA、tRNA，但携带遗传信息的只有mRNA。
3．一个mRNA分子上可结合多个核糖体，即多聚核糖体，可同时合成多条相同肽链。
4．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，最后才能形成具有一定空间结构和特定功能的蛋白质。
5．翻译时，一个核糖体与mRNA的结合部位形成2个tRNA结合起点。
（1）翻译起点：
起始密码子决定的是甲硫氨酸或缬氨酸。
（2）翻译终点：
识别到终止密码子（不决定氨基酸），翻译即停止。
（3）翻译进程：
核糖体沿着mRNA移动，读取下一个密码子，而mRNA不移动。
视角2遗传信息、密码子、反密码子的比较
2．下列关于图中①②两种分子的说法正确的是（ ）
A．①为DNA，在正常情况下复制后形成两个相同的DNA
B．②为tRNA，一种tRNA可携带不同的氨基酸
C．遗传信息位于①上，密码子位于②上
D．①和②共有的碱基是A、C、G、T
A [①为DNA，复制时两条链都作为模板，形成两个相同的DNA；②为tRNA，一种tRNA只能携带一种氨基酸；遗传信息位于DNA上，密码子位于mRNA上；DNA和tRNA共有的碱基为A、C、G。
]
3．根据下表中的已知条件，判断苏氨酸的密码子是（ ）
DNA双链
T
G
mRNA
C
tRNA反密码子
A
氨基酸
苏氨酸
A.TGU B.UGA
C．ACU D.UCU
C [密码子为mRNA上决定氨基酸的三个相邻碱基，根据转录和翻译过程中的碱基互补配对原则，由DNA信息链上的T、G碱基可推知mRNA上相应位置上的碱基分别是A和C，由tRNA上反密码子最后一个碱基A可知mRNA上相应位置上的碱基为U，因此苏氨酸的密码子为ACU。
]
正确区分遗传信息、密码子和反密码子
1．遗传信息、密码子与反密码子的区分
2．DNA上遗传信息、密码子、反密码子的对应关系如下图所示：
3．氨基酸与密码子、反密码子的关系
（1）每种氨基酸对应1种或几种密码子（密码子简并性），可由1种或几种tRNA转运。
（2）1种密码子只能决定1种氨基酸，1种tRNA只能转运1种氨基酸。
（3）密码子有64种（3种终止密码子，61种决定氨基酸的密码子），反密码子理论上有61种。
视角3遗传信息转录、翻译过程中的相关计算
4．现代生物工程能够实现通过已知蛋白质的氨基酸序列来人工合成基因。
现已知人体生长激素共含190个肽键（单链），假设与其对应的mRNA序列中有A和U共313个，则合成的生长激素基因中G至少有（ ）
A．130个 B.260个
C．313个D．无法确定
B [此蛋白质由191个氨基酸缩合而成，控制其合成的mRNA中最少有573个碱基，又知mRNA中A＋U为313个，所以mRNA中G＋C为573－313＝260（个），故DNA的两条链中G＋C共有520个，即该基因中G至少有260个。
]
5．已知一个蛋白质分子由3条肽链组成，连接蛋白质分子中氨基酸的肽键共有297个，翻译成这个蛋白质分子的信使RNA中的A和G共400个，则转录成信使RNA的DNA分子中C和T的最少个数及翻译成蛋白质的过程中共需要tRNA的个数分别是（ ）
A．1800个；300个
B．900个；900个
C．900个；300个
D．900个；无法确定
D [该蛋白质由3条肽链组成，共297个肽键，可知该蛋白质由300个氨基酸组成。
则该信使RNA中的碱基个数至少有300×3＝900（个）。
画出如下转录图解：
由图解可知：
转录成信使RNA的DNA分子中C和T最少应有900个。
但由于一个tRNA可以多次参与运载氨基酸，所以tRNA的数目无法确定。
]
基因表达中碱基数量推算方法
1．DNA和mRNA对应碱基及数量的计算
找准DNA和mRNA之间对应碱基及其比例关系，即DNA模板链中A＋T（或C＋G）与mRNA中A＋U（或C＋G）相等，则（A＋T）总%＝（A＋U）mRNA%。
2．基因控制蛋白质合成中的相关计算
DNA（基因）、mRNA上碱基数目与氨基酸数目之间的关系，如下图所示：
可见，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．计算中“最多”和“至少”的分析
（1）翻译时，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，因此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。
（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“至少”等字。
如mRNA上有n个碱基，转录生成它的基因中至少有2n个碱基，由该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。
考点二|基因对性状的控制和人类基因组计划
1．基因对性状的控制
（1）基因的主要功能：
把遗传信息转变为由特定的氨基酸按一定的顺序构成的多肽和蛋白质，从而决定生物体的性状。
（2）生物体性状的种类
（3）生物体性状的影响因素
（4）基因与性状的对应关系
其中最常见的是：
一对一（即一个基因只决定一种性状）。
（5）中心法则
①意义：
表示信息流的方向，即表示遗传信息的传递方向。
②图解：
。
2．人类基因组计划
（1）主要内容：
完成人体24条染色体（22条常染色体和X、Y两条性染色体）上的全部碱基的序列测定，全部基因的遗传图谱、物理图谱、序列图谱和基因图谱的绘制。
（2）参与国家：
美、日、德、法、英、中。
（3）意义：
认识到人类基因组的组成、结构和功能及其相互关系，有利于治疗和预防人类疾病。
1．判断基因对性状控制的说法的正误。
（1）线粒体中的DNA能控制某些蛋白质的合成。
（√）
（2）基因与性状之间是一一对应关系。
（×）
【提示】 基因与性状之间不一定是一一对应的关系，某些性状是由多种基因控制的。
（3）生物体的基因组成相同，性状就相同。
（×）
【提示】 生物体的性状是基因型和环境共同作用的结果。
（4）生物体的性状就是生物体表现出来的形态特征。
（×）
【提示】 生物体的性状包括生物体所表现出来的形态特征和生理生化特性。
（5）基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
（√）
2．据图回答。
（1）填写图中字母所代表的含义：
a．DNA复制、b.转录、c.翻译、d.RNA复制、e.逆转录。
（2）用字母表示下列生物的遗传信息传递过程
①噬菌体：
a、b、c。
②烟草花叶病毒：
d、c。
③烟草：
a、b、c。
④艾滋病病毒：
e、a、b、c。
1．中心法则与生物种类的关系
（1）能分裂的细胞生物及噬菌体等DNA病毒的中心法则：
。
（2）烟草花叶病毒等大部分RNA病毒的中心法则：
。
（3）HIV等逆转录病毒的中心法则：
（4）不能分裂的细胞生物的中心法则：
DNA
RNA
蛋白质。
2．基因控制性状的方式
（1）直接方式
①机理：
基因
蛋白质结构
生物体性状。
②实例：
镰刀型细胞贫血症、囊性纤维病的病因。
（2）间接方式
①机理：
基因
酶的合成
细胞代谢
生物性状。
②实例：
白化病、豌豆粒形的形成原因。
3．基因与性状的关系
（1）一般而言，一个基因决定一种性状。
（2）生物体的一种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多个不同基因有关。
（3）有些基因可影响多种性状，如图中基因1可影响B和C性状。
（4）生物的性状是基因和环境共同作用的结果。
基因型相同，表现型可能不同；基因型不同，表现型可能相同。
利用图示分类剖析中心法则
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。
视角1基因对性状的控制
1．下图为人体内基因对性状的控制过程，分析可知（ ）
A．基因1和基因2一般不会出现在人体内的同一个细胞中
B．图中①过程需RNA聚合酶的催化，②过程需tRNA的协助
C．④⑤过程的结果存在差异的根本原因是血红蛋白结构的不同
D．过程①②③表明基因通过控制酶的合成来控制生物体的所有性状
B [同一个体的体细胞都是由受精卵经有丝分裂产生的，所含基因相同；④⑤的结果存在差异的根本原因是发生了基因突变；过程①②③表明基因通过控制酶的合成控制生物体的代谢，进而控制生物的某些性状。
]
2．（2017·大庆一模）如图表示人体内苯丙氨酸的代谢途径，据图分析不正确的是（ ）
A．基因1因不正常而缺乏酶1可能引起苯丙酮尿症
B．由苯丙氨酸合成黑色素需要多基因控制
C．基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状
D．基因2因突变而缺乏酶2将导致人患白化病
C [基因1不正常而缺乏酶1，苯丙氨酸只能在细胞中代谢生成苯丙酮酸，导致苯丙酮尿症，A正确；由苯丙氨酸合成黑色素需要酶1、酶2的作用即由基因1、基因2控制，B正确；图中并未体现出“基因通过控制蛋白质分子结构来直接控制性状”，C错误；基因2突变，导致酶2不能合成，从而不能形成黑色素，使人患白化病，D正确。
]
基因与性状的关系整合
1．一个基因
一种性状
2．一个基因
多种性状
3．多个基因
一种性状
图解如下
视角2中心法则的过程及其模拟实验
3．下面是几种抗菌药物的抗菌机理以及中心法则的图解。
①青霉素：
抑制细菌细胞壁的合成；
②环丙沙星：
抑制细胞DNA解旋酶的活性；
③红霉素：
能与核糖体结合以阻止其发挥作用；
④利福平：
抑制RNA聚合酶的活性。
以下有关说法错误的是（ ）
A．环丙沙星会抑制a过程，利福平将会抑制b过程
B．除青霉素外，其他抗菌药物均具有抑制遗传信息传递和表达的作用
C．过程d涉及的氨基酸最多20种，tRNA最多有64种
D．e过程需要逆转录酶
C [环丙沙星的作用是抑制细胞DNA解旋酶的活性，而DNA的复制（a）需要该酶，利福平通过抑制RNA聚合酶的活性来抑制转录过程（b）；红霉素能抑制翻译过程（d），细菌细胞壁的成分是肽聚糖，青霉素通过抑制与肽聚糖合成有关酶的活性来抑制细菌细胞壁的形成，该过程中不存在遗传信息的传递和表达；决定氨基酸的密码子有61种，所以携带反密码子的tRNA最多有61种；由RNA到DNA需要逆转录酶。
]
4．如图为模拟中心法则信息传递过程的实验研究装置，据图回答：
（1）若图示为模拟某种病毒的信息流动过程，装置加入的模板A为单链，其部分碱基序列为—GAACACGUC—，加入的原料B为脱氧核苷酸，则该过程所需的酶B为________，模拟的过程为________。
（2）若图示为模拟人体淋巴细胞的信息流动过程，装置加入的模板A为双链，其部分碱基序列为—GAACATGTT—，加入的原料B为________，则该过程所需的酶B为RNA聚合酶，模拟的过程为________，该生理过程主要发生在该细胞的________中。
【解析】
（1）由模板的部分碱基序列“—GAACACGUC—”中含有U且为单链可知，该病毒为RNA病毒，且可以脱氧核苷酸为原料合成DNA，所以可确定该过程需要逆转录酶的参与，模拟的过程为逆转录过程。
（2）由“模板A为双链”和“碱基序列为—GAACATGTT—”中含T等信息可知，模板A为双链DNA分子，在RNA聚合酶的催化作用下可以合成RNA，利用的原料为核糖核苷酸，模拟的过程为转录，主要发生在该细胞的细胞核中。
【答案】
（1）逆转录酶 逆转录
（2）核糖核苷酸 转录 细胞核
中心法则各生理过程确认的三大依据
真题验收|感悟高考 淬炼考能
1．（2015·全国卷Ⅰ）人或动物PrP基因编码一种蛋白（PrPc），该蛋白无致病性。
PrPc的空间结构改变后成为PrPsc（朊粒），就具有了致病性。
PrPsc可以诱导更多的PrPc转变为PrPsc，实现朊粒的增殖，可以引起疯牛病。
据此判断，下列叙述正确的是（ ）
A．朊粒侵入机体后可整合到宿主的基因组中
B．朊粒的增殖方式与肺炎双球菌的增殖方式相同
C．蛋白质空间结构的改变可以使其功能发生变化
D．PrPc转变为PrPsc的过程属于遗传信息的翻译过程
C [首先要理解PrPc与PrPsc的关系：
PrPc本身无致病性，但其空间结构改变后，就成为具有致病性的PrPsc。
朊粒是蛋白质，所以不会整合到宿主的基因组中，A项错误。
朊粒属于有毒的蛋白质，它是基因表达出的PrPc经诱导后改变相关结构形成的。
肺炎双球菌的增殖方式为二分裂，B项错误。
蛋白质的功能取决于其空间结构，蛋白质的空间结构改变会引起其功能发生改变，C项正确。
翻译是以mRNA为模板合成蛋白质的过程。
由题意可知，PrPc转变为PrPsc是已有的蛋白质空间结构改变的过程，不属于遗传信息的翻译过程，D项错误。
]
2．（2015·全国卷Ⅱ）端粒酶由RNA和蛋白质组成，该酶能结合到端粒上，以自身的RNA为模板合成端粒DNA的一条链。
下列叙述正确的是（ ）
A．大肠杆菌拟核的DNA中含有端粒
B．端粒酶中的蛋白质为RNA聚合酶
C．正常人细胞的每条染色体两端都含有端粒DNA
D．正常体细胞的端粒DNA随细胞分裂次数增加而变长
C [A项，端粒是染色体末端的DNA重复序列，大肠杆菌等原核生物拟核的DNA不能与蛋白质结合形成染色体，因此大肠杆菌拟核的DNA中没有端粒。
B项，端粒酶能结合到端粒上，以自身的RNA为模板合成端粒DNA的一条链，RNA聚合酶是在转录过程中发挥作用的一种酶，RNA聚合酶催化合成的是RNA，所以端粒酶中的蛋白质不是RNA聚合酶。
C项，正常人细胞的每条染色体的两端都含有端粒DNA。
D项，在正常人体细胞中，端粒DNA可随着细胞分裂次数的增加而逐渐缩短。
]
3．（2013·全国卷Ⅰ）关于蛋白质生物合成的叙述，正确的是（ ）
A．一种tRNA可以携带多种氨基酸
B．DNA聚合酶是在细胞核内合成的
C．反密码子是位于mRNA上相邻的3个碱基
D．线粒体中的DNA能控制某些蛋白质的合成
D [一种tRNA只能携带特定的一种氨基酸，而一种氨基酸可能由多种tRNA转运，A项错误。
DNA聚合酶是蛋白质，是在细胞质中的核糖体上合成的，B项错误。
反密码子是由位于tRNA上相邻的3个碱基构成的，mRNA上相邻的3个碱基可构成密码子，C项错误。
线粒体是半自主性细胞器，其内含有部分DNA，可以控制某些蛋白质的合成，D项正确。
]
4．（2012·全国卷）同一物种的两类细胞各产生一种分泌蛋白，组成这两种蛋白质的各种氨基酸含量相同，但排列顺序不同。
其原因是参与这两种蛋白质合成的（ ）
A．tRNA种类不同
B．mRNA碱基序列不同
C．核糖体成分不同
D．同一密码子所决定的氨基酸不同
B [解答本题时需要把握中心法则的实质。
tRNA的种类与其要转运的氨基酸的种类相同，由于组成两种分泌蛋白的氨基酸种类相同，因此tRNA种类相同；核糖体的组成成分相同，都是由蛋白质和rRNA组成的，A、C两项错误。
所有生物共用一套遗传密码，同一密码子所决定的氨基酸相同，D项错误。
根据中心法则，蛋白质中的氨基酸序列直接由mRNA的碱基序列决定，故氨基酸排列顺序不同是由mRNA的碱基序列不同导致的，B项正确。
]
1．RNA与DNA在化学组成上的区别在于：
RNA中含有核糖和尿嘧啶，DNA中含有脱氧核糖和胸腺嘧啶。
2．转录是以DNA的一条链作为模板，主要发生在细胞核中，以4种核糖核苷酸为原料。
3．密码子位于mRNA上，由决定一个氨基酸的三个相邻碱基组成，共64种。
决定氨基酸的密码子有61种，反密码子位于tRNA上，也有61种。
4．一种密码子只能决定一种氨基酸，但一种氨基酸可以由多种密码子来决定。
5．原核细胞边转录边翻译，真核细胞则是在细胞核中转录形成的mRNA经加工、修饰后由核孔进入细胞质，才能与核糖体结合开始翻译过程。
6．基因对性状的控制有两条途径，一是基因通过控制酶的合成来控制细胞中的代谢过程，进而控制生物性状；二是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状。
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