生物人教必修2 第四章基因的表达第13课时.docx

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生物人教必修2第四章基因的表达第13课时

第13课时　DNA复制、转录、翻译的比较及相关计算

学习目标

1.了解DNA复制、转录和翻译的区别和联系（重点）；2.掌握基因表达过程中的相关计算（重、难点）。

|基础知识|

完成下表中的横线内容

遗传信息的传递

遗传信息的表达

复制

转录

翻译

场所

主要是细胞核

主要是细胞核

细胞质的核糖体上

模板

亲代DNA的两条链

DNA的一条链

mRNA

原料

4种游离的脱氧核苷酸

4种游离的核糖核苷酸

20种氨基酸

模板去向

子代DNA分子中

DNA链重新聚合

降解成核糖核苷酸

产物

完全相同的两个DNA分子

RNA

蛋白质（多肽）

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

特点

①半保留复制

②边解旋边复制

③多起点复制

边解旋边转录，DNA双链全保留

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

|自查自纠|

1.DNA的复制、转录和翻译中的碱基互补配对方式相同（　　）

2.DNA的复制和转录都主要发生于细胞核中（　　）

3.DNA的复制和转录的模板都是DNA的每一条链（　　）

4.DNA的复制、转录和翻译的原料分别是脱氧核苷酸、核糖核苷酸和氨基酸（　　）

5.边解旋边复制、边解旋边转录有利于提高DNA复制和转录的效率（　　）

6.一条mRNA可以与多个核糖体结合，形成多个相同的蛋白质（　　）

答案　1.×　2.√　3.×　4.√　5.√　6.√

|图解图说|

★DNA复制、转录和翻译的关系。

DNA的复制、转录和翻译在细胞核以及细胞质中是否都能发生？

提示：

细胞核中只能进行DNA复制和转录，但细胞质中由于线粒体和叶绿体中也含有DNA，所以三个过程都能发生。

探究点一　DNA的复制、转录和翻译的比较

下图①～③分别表示人体细胞中的三种生理过程。

请据图思考下列问题：

（1）图中的①～③分别表示什么过程？

提示：

①是DNA的复制，②是转录，③是翻译。

（2）过程①和②所需的原料和酶分别是什么？

提示：

过程①：

原料是脱氧核苷酸，酶是解旋酶和DNA聚合酶；过程②：

原料是核糖核苷酸，酶是RNA聚合酶。

（3）如果在过程①中发生了差错，则形成的产物参与过程②，产物中的密码子是否一定发生改变？

过程③的产物中氨基酸的序列是否一定发生改变？

提示：

过程②的产物中，密码子一定发生改变。

过程③的产物中氨基酸的序列不一定发生改变，因为密码子具有简并性。

（4）在有丝分裂过程中，哪个时期能发生图中的三个过程？

为什么？

提示：

间期，因为间期要完成DNA的复制和蛋白质的合成，其中蛋白质的合成包括转录和翻译。

【典例1】如图表示生物体内三个重要的生理活动。

请根据所学知识回答下列问题：

（1）甲、乙、丙三图正在进行的生理过程分别是__________。

对于小麦的叶肉细胞来说，能发生乙图所示过程的场所有__________。

（2）在正常情况下，甲图中碱基的排列顺序相同的单链是__________（填字母）。

（3）起始密码子和终止密码子位于乙图中__________（填字母）上。

（4）丙图中1彻底水解得到的化合物有__________种。

（5）丙图所示的生理过程是从1的__________端开始的。

如果1由351个基本单位构成，则对应合成完整的n链最多需要脱掉__________分子的水。

尝试解答________

解析　

（1）DNA复制以解旋的两条链为模板，转录以解旋后的一条链为模板，翻译以mRNA单链为模板。

小麦叶肉细胞的细胞核、叶绿体、线粒体中都含有DNA，可以进行乙图所示过程。

（2）a和d分别是亲代DNA分子上的单链，二者的碱基序列为互补关系，因此a和c、b和d上的碱基序列相同。

（3）起始密码子和终止密码子位于信使RNA（f）上。

（4）丙图中两个核糖体都位于1上，说明1为信使RNA，其彻底水解后得到的化合物有6种：

核糖、磷酸、4种碱基。

（5）从两条肽链m和n的长度可以知道，翻译从A端开始，1由351个基本单位构成，则最多对应117个密码子，这117个密码子最多对应117个氨基酸，形成多肽链时最多脱掉116个水分子。

答案　

（1）DNA复制、转录、翻译　细胞核、线粒体、叶绿体　

（2）a和c、b和d　（3）f　（4）6　（5）A　116

【跟踪训练】

1.如图表示某DNA片段中遗传信息的传递过程，①～⑤表示物质或结构，a、b、c表示生理过程。

请据图回答下列问题。

（AUG：

甲硫氨酸，GCU：

丙氨酸，AAG：

赖氨酸，UUC：

苯丙氨酸，UCU：

丝氨酸，UAC：

酪氨酸）

（1）完成遗传信息表达的是__________（填字母）过程，a过程所需的酶有______________。

（2）图中含有核糖的是______________（填数字序号）；由②指导合成的多肽链中氨基酸序列是__________。

（3）若在AUG后插入三个核苷酸，合成的多肽链中除在甲硫氨酸后多一个氨基酸外，其余氨基酸序列没有变化。

由此证明：

_________________________。

解析　分析图示过程可知：

a表示DNA的复制、b表示转录、c表示翻译。

（1）完成遗传信息表达的是转录和翻译，为b和c，DNA的复制需要在解旋酶的作用下解开双链，然后在DNA聚合酶的作用下合成DNA子链。

（2）RNA中含有核糖，图中含有核糖的物质包括mRNA、tRNA、rRNA。

根据②（mRNA）上的碱基顺序可知，由其指导合成的多肽链中氨基酸序列是：

甲硫氨酸－丙氨酸－丝氨酸－苯丙氨酸。

（3）三个碱基对应一个氨基酸，由此证明一个密码子由三个相邻的碱基组成。

答案　

（1）b、c　解旋酶和DNA聚合酶等

（2）②③⑤　甲硫氨酸—丙氨酸—丝氨酸—苯丙氨酸

（3）一个密码子由三个相邻的碱基组成

探究点二　基因表达中相关数量的计算

1.根据下图思考下列问题：

（1）图中的基因中的碱基数量、mRNA中的碱基数量、蛋白质中的氨基酸数量有何关系？

提示：

基因中的碱基数量∶mRNA中的碱基数量∶蛋白质中的氨基酸数量＝6∶3∶1。

（2）如果某基因中有6000个碱基，则它所表达出的蛋白质中至多有多少个氨基酸？

如果某蛋白质中有500个氨基酸，则它对应的基因中至少有多少个碱基？

提示：

1000个；3000个。

2.已知AUG、GUG为起始密码，UAA、UGA、UAG为终止密码。

某信使RNA的碱基排列顺序如下：

AUUCGAUGAC……（40个碱基）……CUCUAGAUCU，此信使RNA控制合成的蛋白质含氨基酸的个数最可能是多少？

提示：

由题干中信使RNA的碱基排列顺序可知：

从起始密码AUG到终止密码UAG共有51个碱基，AUG编码氨基酸，UAG不编码氨基酸，所以该信使RNA控制合成的蛋白质含氨基酸最可能为16个。

【典例2】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

尝试解答________

解析　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。

答案　B

【跟踪训练】

2.由n个碱基对组成的基因，控制合成由m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.B.－18

C.na－18（n－m）D.－18

解析　基因中有n个碱基对，则由此基因转录形成的mRNA中有n个碱基，指导合成的蛋白质中最多有个氨基酸，该蛋白质分子由m条肽链组成，其分子量为：

－·18。

答案　D

知识脉络

要点晨背

1.DNA的复制、转录和翻译的主要场所分别是细胞核、细胞核和细胞质（核糖体）。

2.DNA的复制、转录和翻译的原料分别是脱氧核苷酸、核糖核苷酸和氨基酸，产物分别是DNA、RNA和蛋白质。

3.DNA的复制需要解旋酶和DNA聚合酶。

4.转录需要解旋酶和RNA聚合酶（真核细胞不需要解旋酶）。

5.基因中的碱基数量∶mRNA中的碱基数量∶蛋白质中的氨基酸数量＝6∶3∶1。

（不考虑终止密码子）

1.有关真核细胞DNA复制和转录这两种过程的叙述，错误的是（　　）

A.两种过程都可在细胞核中发生

B.两种过程都有酶参与反应

C.两种过程都以脱氧核苷酸为原料

D.两种过程都以DNA为模板

解析　复制和转录都主要在细胞核内进行；都需要酶的参与；复制的原料是4种脱氧核苷酸，转录的原料是核糖核苷酸；两种过程的模板都是DNA，复制是以DNA的两条链为模板，而转录是以DNA的一条链为模板。

答案　C

2.下列有关基因控制蛋白质合成的叙述，错误的是（　　）

A.转录和翻译都可发生在线粒体内

B.转录和翻译的原料分别是核糖核苷酸和氨基酸

C.一个密码子只决定一种氨基酸，一种氨基酸只由一种tRNA转运

D.转录和翻译的模板分别是DNA的一条链和mRNA

解析　转录主要发生在细胞核中，以DNA的一条链为模板，以核糖核苷酸为原料。

翻译则主要发生在细胞质中，以mRNA为模板，以氨基酸为原料，但线粒体内有DNA和核糖体，因此转录和翻译也可发生在线粒体内；由于密码子的简并现象，因此一种氨基酸可对应多种密码子，也可由多种tRNA转运。

答案　C

3.对于下列图解，说法不正确的是（　　）

DNA　…—A—T—G—C—C—C—…

　　　　|　|　|　|　|　|

RNA　…—U—A—C—G—G—G—…

A.在DNA分子的一条单链中相邻的碱基A与T的连接是通过“脱氧核糖－磷酸－脱氧核糖”

B.该过程表示一个DNA分子转录成mRNA

C.该图中的产物穿过0层生物膜进入细胞质

D.该图中共有7种核苷酸

解析　DNA单链中相邻的碱基是通过“脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖”连接的，A正确；该图示表示DNA转录形成mRNA的过程，B正确；转录得到的产物mRNA通过核孔进入细胞质中，没有穿过生物膜结构，C正确；该图中共有8种核苷酸，D错误。

答案　D

4.如图表示在人体细胞核中进行的某一生命过程，据图分析，下列说法错误的是（　　）

A.该过程共涉及5种核苷酸

B.在不同组织细胞中该过程的产物有差异

C.该过程需要RNA聚合酶

D.该过程涉及碱基互补配对和ATP的消耗

解析　由图可知，该图是在人体细胞核中发生的转录过程，DNA单链中涉及4种脱氧核苷酸，转录产生的RNA中含4种核糖核苷酸，故该过程共涉及8种核苷酸，不同组织细胞表达的基因具有选择性，故转录产生的mRNA有差异。

答案　A

5.某条多肽的相对分子质量为2778，若氨基酸的平均相对分子质量为110，若考虑终止密码，则编码该多肽的基因长度至少是（　　）

A.75对碱基　　　　　　　B.78对碱基

C.90对碱基D.93对碱基

解析　设该多肽由n个氨基酸构成，根据题意可以列方程110n－18（n－1）＝

2778，解得n＝30，即该多肽由30个氨基酸组成，若考虑终止密码子，则应为30个密码子再加上终止密码应为31，编码多肽的基因碱基数为31×6＝186，93对碱基。

答案　D

课后跟踪分层训练

（时间：

30分钟）

1.如图是人体细胞内基因控制蛋白质合成中的一个过程示意图，下列相关叙述正确的是（　　）

A.该过程表示转录

B.该过程表示翻译

C.该过程以脱氧核苷酸为原料

D.该过程不需要消耗能量

解析　该过程表示转录，以DNA一条链为模板，以核糖核苷酸为原料，需要消耗能量。

答案　A

2.下列关于密码子的叙述，错误的是（　　）

A.一种氨基酸可能有多种与之对应的密码子

B.GTA肯定不是密码子

C.每种密码子都有与之对应的氨基酸

D.密码子GCA在人和猪细胞中决定同一种氨基酸

解析　密码子有64种，其中有3种终止密码子表示翻译终止的信号，没有与之对应的氨基酸；由于密码子的简并性，一种氨基酸可能有多种与之对应的密码子；密码子在mRNA上，所以GTA不是密码子；所有的生物共用同一套密码子。

答案　C

3.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

解析　在蛋白质合成过程中，mRNA上的碱基排列顺序决定氨基酸顺序，B正确；tRNA只将特定的氨基酸转运到核糖体上参与肽链的合成，不决定氨基酸排列顺序，A错误；核糖体是由rRNA和蛋白质组成的，没有差异，C错误；同一密码子决定的氨基酸是相同的，D错误。

答案　B

4.如图表示细胞内某些重要物质的合成过程。

该过程发生在（　　）

A.真核细胞内，一个mRNA分子上结合多个核糖体同时合成多条肽链

B.原核细胞内，转录促使mRNA在核糖体上移动以便合成肽链

C.原核细胞内，转录还未结束便启动遗传信息的翻译

D.真核细胞内，转录的同时核糖体进入细胞核启动遗传信息的翻译

解析　由图中信息可知，转录与翻译同时进行，即转录还没有结束，翻译便启动，而真核细胞内的转录在细胞核中进行，翻译在细胞质中进行，因此图示过程只能发生在原核细胞内，翻译过程中，应是核糖体沿着mRNA移动，C正确，A、B、D均错误。

答案　C

5.下列有关遗传信息传递过程的叙述，错误的是（　　）

A.DNA的复制、转录及翻译过程都遵循碱基互补配对原则

B.细胞核基因转录形成的mRNA穿过核孔进入细胞质中参与翻译过程

C.DNA复制、转录及翻译的原料依次是脱氧核糖核苷酸、核糖核苷酸和氨基酸

D.DNA复制和转录都是以DNA的一条链为模板，翻译则以mRNA为模板

解析　遗传信息的传递过程指DNA复制、转录及翻译过程，DNA的复制以DNA的两条链为模板，转录以DNA的一条链为模板，翻译以mRNA为直接模板。

答案　D

6.真核生物细胞内存在着种类繁多、长度为21～23个核苷酸的小分子RNA（简称miRNA），它们能与相关基因转录出来的mRNA互补，形成局部双链。

由此可以推断这些miRNA抑制基因表达的分子机制是（　　）

A.阻断rRNA装配成核糖体

B.妨碍双链DNA分子的解旋

C.干扰tRNA识别密码子

D.影响RNA分子的远距离转运

解析　miRNA能与相关基因转录出来的mRNA互补，形成局部双链，这样就能阻断mRNA的翻译，与此意思相关的选项就是C。

答案　C

7.DNA分子模板链上的碱基序列携带的遗传信息决定的氨基酸如下表所示。

则tRNA（ACG）所携带的氨基酸是（　　）

GCA

CGT

ACG

TGC

精氨酸

丙氨酸

半胱氨酸

苏氨酸

A.精氨酸　　　　　　　　B.丙氨酸

C.半胱氨酸D.苏氨酸

解析　tRNA上的反密码子ACG与mRNA上的碱基UGC互补配对，mRNA上的碱基UGC与DNA模板链上的碱基ACG配对，所以tRNA（ACG）携带的氨基酸是半胱氨酸。

答案　C

8.如图表示翻译过程，图示的哪一种物质或结构彻底水解后产物种类最多（　　）

A.①B.②

C.③D.④

解析　图中所示为翻译过程，①代表的是mRNA，它彻底水解的产物是4种碱基（A、U、C、G）、核糖和磷酸；②代表的是核糖体，由蛋白质和RNA组成，它彻底水解的产物是4种碱基（A、U、C、G）、核糖、磷酸和氨基酸（最多有20种）；③代表的是tRNA，它彻底水解的产物是4种碱基（A、U、C、G）、核糖、磷酸；④代表的是9个氨基酸组成的肽链，它彻底水解的产物最多为9种氨基酸。

答案　B

9.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，转录得到的mRNA分子的碱基数一定是个

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

解析　不具遗传效应的DNA片段不转录，含n个碱基的DNA分子经转录形成的mRNA分子的碱基数可能小于。

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。

RNA聚合酶的结合位点也在DNA上。

在细胞周期中，由于基因的选择性表达，mRNA的种类和含量均不断发生变化。

答案　D

10.如图所示为高等生物多聚核糖体合成多肽链的过程，有关该过程的说法正确的是（　　）

A.三个核糖体共同翻译出一条多肽链

B.多聚核糖体合成的多条肽链在氨基酸排列顺序上互不相同

C.图中核糖体从右向左移动

D.mRNA上结合的核糖体越多，合成一条肽链所需时间越短

解析　由图中肽链的长短可知，核糖体的移动方向是从右向左，且每个核糖体单独翻译出一条多肽链。

图示中多个核糖体以同一个mRNA为模板，故合成的多条肽链在氨基酸的排列顺序上完全相同。

图中每个核糖体独自合成一条完整的肽链，所需时间大致相同。

答案　C

11.下图简要概括了真核细胞中基因指导蛋白质合成过程中相关物质间的关系。

下列说法错误的是（　　）

A.图中①表示基因，主要位于染色体上

B.图中②表示转录，该过程中碱基配对方式与DNA复制过程中有所不同

C.图中③表示翻译，该过程离不开④

D.图中④上的密码子决定其携带的氨基酸的种类

解析　图中①表示基因，在真核细胞中主要位于染色体上；图中②表示转录，该过程中的碱基配对方式有A－U，而DNA复制过程中没有；图中③表示以mRNA为模板翻译蛋白质的过程，此过程离不开tRNA（④）的参与；图中④表示tRNA，其上存在反密码子，而不是密码子。

答案　D

12.如图表示细胞中蛋白质合成的部分过程示意图，以下叙述不正确的是（　　）

A.甲、乙分子上含有A、G、C、U四种碱基

B.甲分子上有m个密码子，乙分子上有n个密码子，若不考虑终止密码，该蛋白质中有（m＋n－2）个肽键

C.图中的a表示翻译过程

D.甲、乙为两个DNA分子

解析　甲、乙均为mRNA，含有A、G、C、U四种碱基，图中的a表示翻译过程，A、C正确、D错误；该蛋白质由2条肽链组成，若不考虑终止密码，则形成该肽链的氨基酸有m＋n个，故该肽链有（m＋n－2）个肽键，B正确。

答案　D

13.一个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。

则其模板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

解析　由题意知，mRNA分子有m个碱基且G＋C＝n，此mRNA分子中A＋U＝m－n，控制其合成的DNA分子模板链中A＋T＝m－n（个），模板DNA分子中A＋T＝2（m－n）个；由mRNA分子有m个碱基可知，其模板DNA分子中有2m个碱基，能控制合成含2m/6个氨基酸的蛋白质分子。

题干中给出此蛋白质分子有两条肽链，脱去的水分子数应为m/3－2。

答案　D

14.下图中甲、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________、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________和________中。

（2）生物学中，经常使用3HTdR（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________上的反密码子与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________加工修饰的效果。

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3HTdR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　线粒体　叶绿体

（2）3HTdR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

15.如图为某基因表达的过程，据图回答：

（1）能够将遗传信息从细胞核传递至细胞质的是______________（填标号），其基本组成单位是____________。

进行a过程所需的酶为________。

（2）图中⑤所运载的氨基酸是________。

（密码子：

AUG—甲硫氨酸、GCU—丙氨酸、AAG—赖氨酸、UUC—苯丙氨酸）

（3）图中信使RNA对应的DNA片段连续复制两次还需要游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目为________个。

解析　通过转录将DNA中遗传信息由细胞核传递至细胞质，通过翻译以氨基酸为原料合成蛋白质，转录需要RNA聚合酶；信使RNA中共有A和U7个，故其对应的DNA有胸腺嘧啶脱氧核苷酸7个，复制两次形成4个DNA，共有胸腺嘧啶脱氧核苷酸28个，故还需21个。

答案　

（1）②　核糖核苷酸　RNA聚合酶

（2）苯丙氨酸（3）21

16.下面为某种真菌线粒体中蛋白质的生物合成示意图。

请据图回答下列问题：

（1）结构Ⅰ、Ⅱ代表的结构或物质分别为：

____________、____________。

（2）完成过程①需要的物质是从细胞质进入细胞核的。

它们是______________________。

（3）从图中分析，基因表达过程中转录的发生场所有____________________。

（4）根据右侧表格判断：

[Ⅲ]为________（填名称）。

携带的氨基酸是________。

若蛋白质2在线粒体内膜上发挥作用，推测其功能可能是参与有氧呼吸的第__________阶段。

（5）用α鹅膏蕈碱处理细胞后发现，细胞质基质中RNA含量显著减少，那么推测α鹅膏蕈碱抑制的过程是________（填序号），线粒体