第六单元 第20讲遗传的物质基础.docx

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第六单元第20讲遗传的物质基础

第20讲　基因的表达

[考纲要求]　1.遗传信息的转录和翻译（Ⅱ）。

2.基因与性状的关系（Ⅱ）。

一、RNA的结构与分类

1．RNA与DNA的区别

物质组成

结构特点

五碳糖

特有碱基

DNA

脱氧核糖

T（胸腺嘧啶）

一般是双链

RNA

核糖

U（尿嘧啶）

通常是单链

2．基本单位：

核糖核苷酸。

3．种类功能

[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A≠T、C≠G，则为单链DNA；若A＝T、C＝G，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（　√　）

思考　若某些核酸中共有8种核苷酸，5种碱基，4条链，则推断可能的核酸情况。

提示　1个DNA分子＋2个RNA分子。

二、遗传信息的转录和翻译

1．判断正误

（1）转录只发生在细胞核中（　×　）

（2）转录时以核糖核苷酸为原料（　√　）

（3）转录时RNA聚合酶能识别DNA中特定碱基序列（　√　）

（4）mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质（　×　）

（5）不同密码子编码同种氨基酸可增强密码的容错性（　√　）

2．密码子和反密码子

（1）密码子存在于mRNA上，共有64种。

决定氨基酸的密码子有61种；终止密码有3种，不决定氨基酸；起始密码子有2种，决定氨基酸。

（2）反密码子存在于tRNA上（如下图）

判一判　

（1）密码子位于mRNA上，是由三个相邻碱基组成的，密码子与氨基酸是一一对应关系（　×　）

（2）决定氨基酸的密码子有64种，反密码子位于tRNA上，也有64种（　×　）

（3）DNA复制就是基因表达的过程（　×　）

三、基因对性状的控制

1．中心法则

①DNA的复制；②转录；③翻译；④RNA的复制；⑤RNA逆转录。

解惑　RNA的复制和逆转录只发生在RNA病毒在宿主细胞内的增殖过程中，而且逆转录过程必须有逆转录酶的参与。

2．基因控制性状（连一连）

[以图助学]　基因与性状的关系

考点一　聚焦基因的表达——转录和翻译

1．观察下列DNA复制、转录、翻译的过程图示并完善下表。

（1）区别

复制

转录

翻译

时间

细胞分裂的间期

生物个体发育的整个过程

场所

主要在细胞核

主要在细胞核

核糖体

模板

DNA的两条单链

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

解旋酶、DNA

聚合酶、ATP

解旋酶、RNA

聚合酶、ATP

酶、ATP、

tRNA

产物

2个双链DNA

1个单链RNA

多肽链

模板去向

分别进入两个子

代DNA分子中

恢复原样，重新组成双螺旋结构

水解成单个

核糖核苷酸

（2）联系

2．下图为蛋白质的合成图示，请据图回答问题。

（1）mRNA与核糖体的数量关系：

一个mRNA可同时结合多个核糖体。

（2）存在上述关系的意义：

少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质。

（3）蛋白质合成的方向：

从左向右（据上图），判断依据是根据多肽链的长短，长的翻译在前。

（4）蛋白质合成的结果：

合成的仅是多肽链，要形成蛋白质还需要运送至内质网、高尔基体等结构中进一步加工。

（5）讨论：

图示中合成了几条肽链？

是否相同？

答案　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。

3．根据转录、翻译过程中碱基配对关系，完善下表。

DNA

ACG

GAT

CTT

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

易错警示　与转录、翻译有关的5个注意点

（1）转录的产物有三种RNA，但只有mRNA携带遗传信息，并且三种RNA都参与翻译过程，只是分工不同。

（2）密码子的专一性和简并性保证翻译的准确性和蛋白质结构及遗传性状的稳定性。

（3）翻译进程中核糖体沿着mRNA移动，读取下一个密码子，但mRNA不移动。

（4）DNA上遗传信息、密码子、反密码子的对应关系如下图所示：

（5）解答蛋白质合成的相关计算时，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。

1．如图是蛋白质合成过程示意图，下列相关叙述正确的是（　　）

A．图中共有2种RNA

B．图示过程中碱基间的配对方式有3种

C．氨基酸②将与氨基酸①脱水缩合形成肽键

D．终止密码子位于b端

答案　D

解析　图示为翻译过程。

图中共有mRNA、tRNA、rRNA3种RNA。

碱基间的配对方式有A与U、G与C、U与A、C与G，共4种。

翻译方向为由a端到b端，氨基酸③将与氨基酸②脱水缩合形成肽键。

2．如图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）完成过程①需要__________________________等物质从细胞质进入细胞核。

（2）从图中分析，核糖体的分布场所有________________________________。

（3）已知溴化乙啶、氯霉素分别抑制图中过程③④，将该真菌分别接种到含溴化乙啶、氯霉素的培养基上培养，发现线粒体中RNA聚合酶均保持很高活性。

由此可推测该RNA聚合酶由__________________________________中的基因指导合成。

（4）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_________（序号），线粒体功能__________（会或不会）受到影响。

（5）已知AUG、GUG为起始密码子，UAA、UGA、UAG为终止密码子。

某信使RNA的碱基排列顺序如下：

A—U—U—C—G—A—U—G—A—C……（40个碱基）……C—U—C—U—A—G—A—U—C—U。

此信使RNA控制合成的蛋白质含氨基酸的个数为________。

答案　

（1）ATP、核糖核苷酸、酶

（2）细胞质基质和线粒体

（3）细胞核

（4）①　会

（5）16个

解析　

（1）过程①为转录，需要从细胞质中获取ATP、核糖核苷酸、酶。

（2）过程②和④表示翻译，其场所是核糖体，核糖体分布在细胞质基质和线粒体中。

（3）由于溴化乙啶、氯霉素分别抑制图中过程③④，将该真菌分别在含溴化乙啶、氯霉素的培养基上培养时，线粒体中RNA聚合酶的活性却很高，这说明该RNA聚合酶不是由线粒体的基因控制合成的，而是由细胞核中的基因指导合成的。

（4）用α－鹅膏蕈碱处理细胞后细胞质基质中RNA含量显著减少，应该是抑制了核DNA的转录过程①，线粒体由于前体蛋白减少，功能会受到影响。

（5）由于题中涉及mRNA中的起始密码子和终止密码子，所以开始翻译的碱基组合为AUG；此前碱基不能进行翻译过程，而在UAG处停止翻译，其间一共有48个碱基可控制蛋白质的合成，所以此信使RNA控制合成的蛋白质含氨基酸的个数为16个。

技法提炼

碱基与氨基酸数目计算

根据蛋白质的合成过程，基因中每3个碱基对转录出mRNA中的3个碱基（一个密码子），再翻译成1个氨基酸（无特别说明，不考虑终止密码）。

数量关系式：

―→

―→

―→

考点二　分析中心法则

1．利用流程图分类剖析中心法则

（1）写出细胞生物及噬菌体等DNA病毒的中心法则

答案　

（2）写出烟草花叶病毒等大部分RNA病毒的中心法则

答案　

（3）写出HIV等逆转录病毒的中心法则

答案　

（4）总结所有生物的中心法则

答案　

2．利用图示分类剖析中心法则

（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。

易错警示　与中心法则有关的4点提示：

（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（两条链都作为模板）和转录（DNA的一条链作为模板）。

3．下列关于“中心法则”含义的叙述中，错误的是（　　）

A．基因通过控制蛋白质的合成来控制生物性状

B．②③过程可在RNA病毒体内发生

C．⑤③④过程所需的原料分别是脱氧核苷酸、核糖核苷酸、氨基酸

D．②过程中碱基互补配对时，遵循A—U、U—A、C—G、G—C的原则

答案　D

解析　①～⑤分别代表转录、逆转录、RNA的复制、翻译、DNA的复制。

②和③过程在RNA病毒侵染宿主细胞后进行。

②发生逆转录时，遵循A—T、U—A、C—G、G—C的配对原则。

4．如图表示有关遗传信息传递的模拟实验。

下列相关叙述中合理的

是（双选）（　　）

A．若X是RNA，Y是DNA，则试管内必须加入逆转录酶

B．若X是CTTGTACAA，Y含有U，则试管内必须加入逆转录

酶

C．若X与Y都是DNA，则试管内必须加入氨基酸

D．若Y是蛋白质，X是mRNA，则试管内还要有其他RNA

答案　AD

解析　若X是RNA，Y是DNA，表示逆转录过程，需加入逆转录酶；若X是CTTGTACAA，Y含有U，表示转录过程，需加入RNA聚合酶；若X与Y都是DNA，表示DNA的复制过程，需加入DNA聚合酶；若Y是蛋白质，X是mRNA，表示翻译过程，则试管内还要有其他RNA，如tRNA。

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DNA→DNA

DNA的两条链

A、T、C、G四种脱氧核苷酸

A—T

T—A

C—G

G—C

DNA

绝大多数生物

DNA转录DNA→RNA

DNA的一条链

A、U、C、G四种核糖核苷酸

A—U

T—AC—GG—C

RNA

绝大多数生物

翻译

RNA→多肽

mRNA

20种氨基酸

A—UU—A

C—G

G—C

多肽

所有生物（病毒依赖宿主细胞）

RNA复制RNA→RNA

RNA

A、U、C、G四种核糖核苷酸

A—UU—A

C—G

G—C

RNA

以RNA为遗传物质的生物

RNA逆转录RNA→DNA

RNA

A、T、C、G四种脱氧核苷酸

A—T

U—AC—GG—C

DNA

某些致癌病毒、HIV等

序号

错因分析

正确答案

序号

错因分析

正确答案

①

题干信息没有显示DNA复制过程；流程图上应显示过程名称

DNA

RNA

蛋白质

②

应按题干所给定的数字作答

[①]解旋酶

③

表述不完整

DNA复制

④

对DNA和RNA聚合酶区分不清

RNA聚合酶

⑤

表述不准确

核糖核苷酸

⑥

没有结合空后的信息作答

tRNA

⑦

对多肽和蛋白质区分不清

多肽（肽链）

⑧

表述范围过宽

氨基酸的种类或数目

题组一　转录与翻译

1．判断正误

（1）转录时RNA聚合酶能识别DNA中特定碱基序列（2011·江苏，7B）（　　）

（2）以“－GAATTG－”的互补链转录mRNA，则此段mRNA的序列是—CUUAAC—（2010·上海，2C）（　　）

（3）转录和翻译两种过程都以脱氧核糖核苷酸为原料（2009·海南，12C）（　　）

（4）每种tRNA只转运一种氨基酸（2009·广东，25B）（　　）

（5）tRNA的反密码子携带了氨基酸序列的遗传信息（2009·广东，25C）（　　）

答案　

（1）√　

（2）×　（3）×　（4）√　（5）×

2．（2012·新课标全国卷，1）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

答案　B

解析　tRNA的种类与其要转运的氨基酸的种类不同，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碱基序列不同导致的，B项正确。

3．（2012·安徽卷，5）图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

答案　C

解析　真核细胞有以核膜为界限的细胞核，转录完成后，mRNA从核孔进入细胞质，与核糖体结合才开始翻译，故D项错误；由图示知，在RNA聚合酶的作用下，细胞内正在发生转录，转录还未结束，mRNA就开始与多个核糖体结合进行翻译，故该细胞应为原核细胞，C项正确，A项错误；翻译过程中，核糖体在mRNA上移动，从而合成肽链，B项错误。

题组二　中心法则及其应用

4．（2012·上海卷，7）在细胞中，以mRNA作为模板合成生物大分子的过程包括（　　）

A．复制和转录B．翻译和转录

C．复制和翻译D．翻译和逆转录

答案　D

解析　根据中心法则可以看出，翻译是以RNA为模板合成蛋白质，逆转录是以RNA为模板合成DNA的过程，RNA为模板进行自我复制只存在于某些RNA病毒。

5．（2011·安徽卷，5）甲、乙图示真核细胞内两种物质的合成过程，下列叙述正确的是

（　　）

A．甲、乙所示过程通过半保留方式进行，合成的产物是双链核酸分子

B．甲所示过程在细胞核内进行，乙在细胞质基质中进行

C．DNA分子解旋时，甲所示过程不需要解旋酶，乙需要解旋酶

D．一个细胞周期中，甲所示过程在每个起点只起始一次，乙可起始多次

答案　D

解析　由图可以看出，甲图所示为DNA分子的复制过程，其方式为半保留复制，产生两个相同的子代DNA分子；乙图所示为以DNA分子的一条链为模板，产生单链RNA的转录过程，故A项错误。

DNA分子复制过程可发生在细胞核、叶绿体、线粒体中，转录过程主要发生在细胞核中，B项错误。

在上述两个过程中，均需要解旋酶参与，故C项错误。

在一个细胞周期中，DNA分子只复制一次，在整个细胞周期中每时每刻都需要多种酶的参与，多数酶的化学本质是蛋白质，因而转录、翻译过程贯穿于细胞周期的始终，因此，乙图所示过程可起始多次，D项正确。

6．（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_______。

答案　

（1）GGU　…CCACTGACC…（…CCAGTCACC…）　

（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）C→A

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…，也可以是…CCAGTCACC…（转录方向与前者相反）；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ACC→AAC，即中间的碱基C→A。

【组题说明】

考　点

题　号

错题统计

错因分析

遗传信息的

转录和翻译

1、2、3、4、5、6、10、13

中心法则

7、8、9、11、12、14、15

一、单项选择题

1．下列有关DNA和RNA的叙述，正确的是（　　）

A．生物的遗传信息只存在于DNA分子中

B．真核生物的遗传物质是DNA，而原核生物的遗传物质是DNA或RNA

C．原核生物的DNA上不存在密码子，密码子只存在于mRNA上

D．在真核生物细胞内，既能以DNA为模板转录形成RNA，也能以RNA为模板逆转录形成DNA

答案　C

解析　有些病毒的遗传物质是RNA，其遗传信息存在于RNA中；凡是有细胞结构的生物，其遗传物质都是DNA，逆转录过程只存在于少数以RNA为遗传物质的病毒内。

2．甲、乙两图为真核细胞中发生的代谢过程示意图，下列有关说法中，正确的是

（　　）

A．甲图所示过程叫做翻译，多个核糖体共同完成一条多肽链的合成

B．甲图所示过程中核糖体移动的方向是从右到左

C．乙图所示过程叫做转录，转录产物的作用一定是作为甲图中的模板

D．甲图和乙图所示过程中都发生了碱基配对，并且碱基互补配对方式相同

答案　B

解析　一条多肽链的合成由一个核糖体完成；转录产物有mRNA、tRNA和rRNA三种；转录和翻译过程中都发生了碱基配对，但碱基互补配对方式不同，如转录过程中有T和A的配对，翻译过程中则没有。

3．如图所示为人体内蛋白质合成的部分过程，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是与蛋白质合成相关的三种重要结构或物质。

下列说法正确的是（　　）

A．图示过程发生于细胞质基质中的核糖体上

B．Ⅰ、Ⅲ中含有RNA，Ⅱ中只含蛋白质

C．密码子表中GAA所编码的氨基酸就是Ⅰ中所携带的氨基酸

D．经过图示过程形成的蛋白质往往要经过进一步的加工才具有特定的功能

答案　D

解析　图示过程为翻译过程，在人体细胞内还可发生于线粒体中的核糖体上。

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别含有tRNA、rRNA和mRNA。

Ⅰ中所携带的氨基酸由密码子CUU决定。

4．据研究发现，红霉素等抗生素能抑制细菌生长，原因是有的抗生素能干扰细菌核糖体的形成，有的能阻止mRNA与tRNA的结合，以上事实不能说明（　　）

A．有的抗生素能抑制蛋白质的合成

B．有的抗生素能阻止翻译过程

C．有的抗生素能阻止转录过程

D．有的抗生素能抑制rRNA的合成

答案　C

解析　核糖体主要是由rRNA和蛋白质组成的，有的抗生素能抑制核糖体的形成，说明其可能会抑制蛋白质的合成或rRNA的合成；翻译过程中有mRNA与tRNA的结合，有的抗生素能阻止mRNA与tRNA的结合，说明其可能阻止翻译过程；转录过程是以DNA为模板合成mRNA的过程，题干信息不能体现C项所述内容。

5．关于如图所示生理过程的描述中，最合理的是（　　）

A．可能发生于硝化细菌细胞内

B．表示噬菌体的转录和翻译过程

C．图中现象也可能出现在人体细胞核基因的表达过程中

D．图中两核糖体合成的蛋白质不同

答案　A

解析　由图示可以看出，转录和翻译同时进行。

人体细胞核基因转录出mRNA后，mRNA通过核孔进入细胞质，与核糖体结合后指导蛋白质的合成。

该过程与图示不符。

图中两核糖体以同一mRNA为模板，合成的蛋白质也相同。

6．如图所示为高等生物多聚核糖体合成肽链的过程，有关该过程的说

法正确的是（　　）

A．该图表示翻译过程，图中核糖体从左向右移动，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的排列顺序上互不相同

C．若合成某条肽链时脱去了100个水分子，则该肽链中至少含有102个氧原子

D．mRNA上结合的核糖体越多，合成一条肽链所需时间越短

答案　C

解析　由图可知，该过程为翻译过程，由肽链的长短可知，图中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，故A错误；图示中多个核糖体以同一条mRNA为模板，合成的多条肽链在氨基酸的排列顺序上完全相同，故B错误；合成某条肽链时脱去了100个水分子，说明该肽链有100个肽键，由101个氨基酸组成，肽链中的氧原子存在于肽键（100个）、羧基端（2个）和R基（可有可无）中，至少有102个O，故C正确；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，故D错误。

7．在遗传信息的传递和表达过程中，一般不可能发生的是（　　）

A．DNA的复制主要发生在细胞核中，以DNA的两条链为模板

B．转录主要发生在细胞核中，以DNA的一条链为模板

C．翻译发生在核糖体上，以mRNA为模板

D．DNA复制和转录的原料都是脱氧核苷酸

答案　D

解析　DNA复制所需要的原料是脱氧核苷酸，但转录所需要的原料是核糖核苷酸。

8．如图是中心法则的部分示意图，该