1、第4章基因的表達第1節基因指導蛋白質的合成 基礎預習初探問題一:遺傳信息如何從DNA傳遞給RNA?1.下列關于RNA的說法正確的是:_。(填序號)RNA 初步水解產物是4種核糖核苷酸RNA徹底水解產物有6種,分別是磷酸、核糖、A、G、C、TRNA有三種,分別是信使RNA、轉運RNA、核糖體RNARNA一般是單鏈,可以通過核孔從細胞核轉移到細胞質2.遺傳信息的轉錄:(1)轉錄的概念:主要場所:_。條件堿基互補配對原則:_。產物:_。細胞核A-U、T-A、G-C、C-GRNA(2)轉錄的過程:解旋:DNA雙鏈在_的作用下解開雙鏈,使堿基暴露。合成子鏈:以_為模板,按照_原則,利用細胞內游離的_合成

2、RNA。釋放:合成的RNA從_鏈上釋放,而后,DNA恢復_。RNA聚合酶DNA的一條鏈堿基互補配對核糖核苷酸DNA雙螺旋結構問題二:遺傳信息如何從RNA傳遞給蛋白質?1.遺傳信息的翻譯:(1)場所:_。(2)模板:_。(3)原料:_。(4)堿基互補配對原則:AU、UA、GC、CG。細胞質的核糖體上mRNA氨基酸2.密碼子和反密碼子:(1)屬于密碼子的是_(填序號),位于_上,其實質是決定一個氨基酸的_個相鄰的堿基。(2)屬于反密碼子的是_(填序號),位于_上,其實質是與_發生堿基互補配對的_個相鄰的堿基。(3)密碼子的種類為_種,反密碼子的種類為_種。mRNAtRNA密碼子3646133.翻譯

3、的過程:起始:mRNA與_結合運輸:_攜帶氨基酸進入特定位置延伸:核糖體沿_移動,讀取下一個密碼子,由對應_運輸相應的氨基酸加 到延伸中的肽鏈上終止:當核糖體讀取到mRNA上的_時,合成終止脫離:肽鏈合成后從核糖體與mRNA的復合物上脫離,盤曲折疊成具有特定_和_的蛋白質分子核糖體mRNAtRNA終止密碼子空間結構功能tRNA【小思考】原核生物翻譯的場所是哪里?病毒呢?提示:原核生物翻譯場所在核糖體,病毒翻譯的場所在宿主細胞的核糖體。問題三:如何描述遺傳信息的傳遞規律?遺傳信息傳遞規律:1.寫出圖中標號代表的含義:_,_,_,_,_2.從圖中可以看出:(1)遺傳信息的載體:_。(2)遺傳信息表

4、達的產物:_。DNA復制轉錄翻譯RNA復制RNA逆轉錄DNA、RNA蛋白質核心互動探究探究點一遺傳信息的轉錄1.遺傳信息的轉錄過程(科學思維):【圖表情境】如圖為某細胞的細胞核內轉錄過程,據圖思考以下問題:(1)表示_,表示_。在化學組成上特有的是_,特有的是_。(2)表示_,其作用是:使_解開,將游離的核糖核苷酸通過_依次連接,形成_分子。(3)在人的口腔上皮細胞,上述過程發生在_(場所)中。DNA單鏈RNA脫氧核糖和胸腺嘧啶核糖和尿嘧啶RNA聚合酶DNA雙鏈磷酸二酯鍵RNA細胞核、線粒體2.轉錄過程中的堿基互補配對(科學思維):【圖表情境】據圖回答下列問題:(1)寫出鏈及mRNA對應的堿基

5、序列:鏈_mRNA(以鏈為模板)_TAACGTGGCTTAAAAUUGCACCGAAUUU(2)分析mRNA與鏈在堿基序列上有何關系。提示:堿基序列基本相同,只是鏈中的堿基T在mRNA中被U替換。(3)根據以上分析,請比較DNA復制和轉錄中的堿基互補配對方式:堿基互補配對方式DNA復制_轉錄_AT,TA,GC,CGAU,TA,GC,CG【探究總結】1.轉錄的產物不只有一種:不只是mRNA,還有tRNA、rRNA,3種RNA都參與翻譯過程,只是作用不同。2.轉錄與DNA復制的提醒:(1)遺傳信息流動方向不同:轉錄是將遺傳信息從DNA傳遞給RNA,而DNA復制是將遺傳信息從DNA傳遞給DNA。(2

6、)發生時間不同:對于一個個體而言,DNA 復制的時期是細胞分裂前的間期,而轉錄可以發生在個體發育的整個過程?！径ㄏ蛴柧殹?.(2020汕頭高一檢測)如圖表示人體細胞內某物質的合成過程,下列相關敘述正確的是()A.圖示方框A表示的結構為核糖體B.圖示為轉錄過程,a處為5端,b端為3端,轉錄方向由5端3端C.合成圖中時,DNA模板鏈是D.該過程涉及ATP的消耗【解析】選D。分析圖示可知,圖示為轉錄過程,方框A表示RNA聚合酶,a處為3端,b處為5端,轉錄方向由b處5端a處3端,A、B錯誤;為RNA,為DNA模板鏈,為DNA非模板鏈,故合成RNA時,所利用的模板鏈為,C錯誤;轉錄過程需要能量,消耗A

7、TP,D正確。2.(2020全國卷)關于真核生物的遺傳信息及其傳遞的敘述,錯誤的是()A.遺傳信息可以從DNA流向RNA,也可以從RNA流向蛋白質B.細胞中以DNA的一條單鏈為模板轉錄出的RNA均可編碼多肽C.細胞中DNA分子的堿基總數與所有基因的堿基數之和不相等D.染色體DNA分子中的一條單鏈可以轉錄出不同的RNA分子【解析】選B。本題主要考查DNA結構和遺傳信息傳遞過程。轉錄可以使遺傳信息從DNA流向RNA,翻譯可以使遺傳信息從RNA流向蛋白質,A項正確;mRNA、tRNA和rRNA都是經過轉錄而來的,但是只有mRNA可以編碼多肽,并且DNA轉錄出的mRNA也需要把基因中內含子對應的區段剪

8、切后才能編碼多肽,B項錯誤;基因是有遺傳效應的DNA片段,并不是所有的DNA片段都是基因,C項正確;因為基因進行的是選擇性表達,一個DNA分子上有許多基因,不同的基因進行表達可以轉錄出不同的RNA分子,D項正確。3.如圖是某種生物的某段DNA及其相關過程,分析回答:(1)圖中顯示的片段包括了_種核苷酸。(2)下列關于圖示過程的說法中不正確的是()A.表示DNA復制過程B.表示DNA轉錄過程C.圖中共有5種堿基D.圖中T是DNA特有的堿基(3)DNA雙鏈中,_鏈為模板鏈;該過程發生的主要場所是_,原料是_。 【解題指南】解答本題需要注意以下兩點:(1)對轉錄定義及過程的理解,轉錄是以DNA的一條

9、鏈為模板合成RNA的過程。(2)轉錄中的堿基互補配對原則為AU,TA,GC,CG。【解析】(1)題圖中DNA兩條鏈有4種堿基,4種脫氧核苷酸;mRNA(c)有3種堿基,3種核糖核苷酸。故共有7種核苷酸。(2)以DNA的一條鏈為模板合成RNA的過程為轉錄,不是復制;圖中共有5種堿基;T是DNA特有的堿基,U是RNA特有的堿基。(3)能夠與mRNA堿基互補配對的模板鏈是b鏈;轉錄主要發生在細胞核中,DNA解開雙螺旋后以其中的一條鏈為模板,在RNA聚合酶的催化下,以周圍的4種游離的核糖核苷酸為原料合成RNA。答案:(1)7(2)A(3)b細胞核4種游離的核糖核苷酸【補償訓練】 基因的轉錄產物不可能是

10、()【解析】選A。轉錄是指以DNA一條鏈為模板,合成RNA的過程,RNA包括3種:mRNA、rRNA和tRNA。蛋白質不是轉錄的產物。探究點二遺傳信息的翻譯1.密碼子、反密碼子和氨基酸的關系(科學思維):仔細閱讀“21種氨基酸的密碼子表”探討:(1)密碼子和反密碼子數量是否相同?為什么?提示:不同。密碼子有64種,但有3種密碼子是終止密碼子,不對應氨基酸,反密碼子有61種。(2)密碼子和反密碼子位置是否相同?為什么?提示:不同。密碼子是位于mRNA上3個相鄰的堿基,而反密碼子是位于tRNA上3個堿基。(3)密碼子和氨基酸之間、反密碼子和氨基酸之間的對應關系是什么?提示:一種密碼子對應0種或一種

11、氨基酸,而一種氨基酸可以對應一種或多種密碼子;一種反密碼子對應一種氨基酸,而一種氨基酸可以對應一種或多種反密碼子。(4)已知一段mRNA的堿基序列是AUGGAAGCAUGUCCGAGCAAGCCG,你能寫出對應的氨基酸序列嗎?提示:甲硫氨酸-谷氨酸-丙氨酸-半胱氨酸-脯氨酸-絲氨酸-賴氨酸-脯氨酸。(5)根據mRNA中堿基的排列順序能否準確寫出氨基酸序列?若已知氨基酸序列,能否確定堿基的排列順序?提示:前者可以,后者不能確定。因為一種密碼子對應一種氨基酸而一種氨基酸可以對應多種密碼子。2.翻譯的過程分析(科學思維):【圖表情境】如圖是基因控制蛋白質合成的示意圖,請據圖回答:(1)轉錄出的模板是

12、什么?該模板的相應區段的堿基序列是什么?提示:轉錄以DNA的一條鏈為模板,該模板相應區段的堿基序列是TACCGAAGAAAG。(2)運輸氨基酸的工具是圖中的哪種結構?為什么說它是真正起“翻譯”作用的結構?提示:運輸氨基酸的工具是tRNA;它的一端有反密碼子,能與mRNA上的密碼子相識別,另一端能攜帶氨基酸,是真正起“翻譯”作用的結構。(3)研究表明,少量的mRNA分子就能迅速合成大量的蛋白質,結合下圖推測其機理是怎樣的?提示:一個mRNA分子可以相繼結合多個核糖體,同時合成多條肽鏈。3.基因表達過程中的相關數量關系(科學思維):結合下面圖解,思考下列問題:(1)DNA堿基數、mRNA堿基數、氨

13、基酸之間的數量關系:_。(2)關注計算中“最多”和“最少”問題:不考慮終止密碼子,若氨基酸數為n,探討指導其合成的DNA中的堿基數、對應的mRNA堿基數。提示:DNA堿基數是氨基酸數的6倍,即6n,mRNA堿基數是氨基酸數的3倍,即3n?？紤]終止密碼子,若氨基酸數為n,分析DNA堿基數、mRNA堿基數。提示:由于翻譯時,mRNA上終止密碼子不決定氨基酸,因此準確地說,mRNA堿基數比氨基酸數的3倍還要多,DNA堿基數比氨基酸數的6倍還要多。631【探究總結】1.DNA上遺傳信息、密碼子、反密碼子的對應關系:2.基因指導蛋白質合成的概念圖:【定向訓練】1.(2019湖南學考真題)如圖是蛋白質合成

14、場所和部分過程示意圖,表示核糖體的是()A.B.C.D.【解析】選B。圖中表示mRNA,表示核糖體,表示tRNA,表示氨基酸。2.(2019海南高考)下列關于蛋白質合成的敘述,錯誤的是()A.蛋白質合成通常從起始密碼子開始到終止密碼子結束B.攜帶肽鏈的tRNA會先后占據核糖體的2個tRNA結合位點C.攜帶氨基酸的tRNA都與核糖體的同一個tRNA結合位點結合D.最先進入核糖體的攜帶氨基酸的tRNA在肽鍵形成時脫掉氨基酸【解析】選C。翻譯從起始密碼子開始,沿mRNA鏈不斷進行,直至讀取到mRNA上的終止密碼子,蛋白質合成才終止,A項正確;核糖體與mRNA的結合部位會形成2個tRNA結合位點,攜帶

15、肽鏈的tRNA先進入位點1,然后進入位點2,B項正確;攜帶氨基酸的tRNA先進入位點2,再進入位點1,C項錯誤;最先進入核糖體的攜帶氨基酸的tRNA在肽鍵形成時脫掉氨基酸,然后tRNA脫離核糖體,D項正確。探究點三中心法則【圖表情境】根據中心法則的全部內容,探討:1.中心法則的解讀(生命觀念):探討不同生物遺傳信息的傳遞途徑(用序號表示):(1)以DNA為遺傳物質的生物遺傳信息的傳遞:_。(2)具有RNA復制功能的RNA病毒(如煙草花葉病毒):_。(3)具有逆轉錄功能的RNA病毒(如HIV):_。(4)高度分化的細胞:_。2.中心法則中的堿基互補配對(生命觀念、科學思維):根據遺傳信息的傳遞過

16、程,分析生物體內存在堿基互補配對的過程及場所。(1)發生堿基互補配對的過程:_。(2)發生堿基互補配對的場所:_。細胞核(DNA復制、轉錄)、線粒體和葉綠體(二者都能進行DNA復制、轉錄和翻譯)、核糖體(翻譯)【探究總結】中心法則體現了DNA的兩大基本功能(1)傳遞遺傳信息:它是通過DNA復制完成的,發生于親代產生子代的生殖過程或細胞增殖過程中。(2)表達遺傳信息:它是通過轉錄和翻譯完成的,發生在個體發育過程中?！径ㄏ蛴柧殹?.如圖所示,下列有關敘述中,不正確的是()A.甲是DNA,乙為RNA,此過程要以甲為模板,酶為RNA聚合酶B.甲是DNA,乙為DNA,此過程要以甲為模板,酶為DNA聚合酶

17、C.甲是RNA,乙為DNA,此過程為轉錄,原料為脫氧核苷酸D.甲是RNA,乙為蛋白質,此過程為翻譯,原料為氨基酸【解析】選C。甲是RNA、乙為DNA時,圖示過程表示逆轉錄,模板為RNA,原料為脫氧核苷酸,酶為逆轉錄酶。 2.圖甲所示為基因表達過程,圖乙為中心法則,表示生理過程。下列敘述正確的是()A.圖甲所示過程需要多種酶參與,是染色體上DNA的基因表達過程B.圖乙所示過程均需要核苷酸原料 C.圖甲所示過程為圖乙中的過程 D.圖乙中涉及堿基A與U之間配對的過程為【解析】選D。圖甲所示為原核細胞內的基因表達過程,原核細胞內無染色體,A錯誤。圖乙所示過程中需要核苷酸為原料,過程需要氨基酸為原料,B

18、錯誤。圖甲所示過程為圖乙中的,C錯誤。圖乙中過程涉及A與T之間的堿基配對,涉及A與U之間的堿基配對,D正確。情境素養探究1.【科技情境】隨著對抗生素的廣泛使用甚至濫用,目前細菌對抗生素的耐藥性問題已十分嚴重,抗生素耐藥性正在對全球健康構成威脅。紅霉素、環丙沙星、利福平等抗菌藥物能抑制細菌的生長,抗菌機制如下表:抗菌藥物抗菌機制紅霉素能與核糖體結合,抑制肽鏈的延伸環丙沙星抑制解旋酶活性利福平抑制細菌RNA聚合酶的活性探究:結合上表信息和遺傳信息傳遞途徑,探討這幾種藥物發揮作用的機制:(1)紅霉素:_。(2)環丙沙星:_。(3)利福平:_。能與核糖體結合,抑制肽鏈的延伸,故抑制細菌的翻譯過程抑制解

19、旋酶活性,故抑制細菌DNA 的復制抑制細菌RNA聚合酶的活性,故抑制細菌的轉錄過程2.【科技情境】科學研究表明,小分子RNA可以干擾細胞中某些基因的表達過程,從而導致基因“沉默”。2006年度諾貝爾生理學或醫學獎授予了兩名美國科學家,以表彰他們發現了這種RNA干擾現象。探究:(1)使基因“沉默”的小分子RNA片段的基本組成單位是什么?提示:4種核糖核苷酸。(2)小分子RNA干擾細胞中某些基因的表達過程,而不是影響所有基因,試推測其可能的作用機理。提示:通過堿基互補配對與特定的mRNA結合,從而影響了該mRNA的翻譯過程。課堂素養達標1.中心法則揭示了遺傳信息由DNA向蛋白質傳遞的過程。下列關于

20、中心法則內容的描述,錯誤的是_。所有RNA病毒遺傳信息的傳遞途徑都相同遺傳信息傳遞過程中都嚴格遵循堿基互補配對原則遺傳信息傳遞過程中,如果產物是DNA,則一定是DNA復制過程如果原料是核糖核苷酸,則一定是轉錄過程如果模板是RNA,生理過程可能是RNA復制、翻譯或逆轉錄【解析】選。HIV含有逆轉錄酶,可以進行RNA逆轉錄,而煙草花葉病毒含有RNA復制酶,可以進行RNA復制,不能進行RNA逆轉錄,兩者遺傳信息的傳遞途徑不同,錯誤。遺傳信息傳遞過程中都嚴格遵循堿基互補配對原則,正確。遺傳信息傳遞過程中,如果產物是DNA,則可能是DNA復制,也可能是RNA逆轉錄,錯誤。如果原料是核糖核苷酸,則可能是轉

21、錄,也可能是RNA復制,錯誤。如果模板是RNA,生理過程可能是RNA復制或翻譯或逆轉錄,正確。2.(2020天津等級考)對于基因如何指導蛋白質合成,克里克認為要實現堿基序列向氨基酸序列的轉換,一定存在一種既能識別堿基序列,又能運載特定氨基酸的分子。該種分子后來被發現是()A.DNAB.mRNAC.tRNAD.rRNA【解析】選C。本題考查遺傳信息的表達。DNA分子中特定的堿基排列順序代表遺傳信息,可通過轉錄形成RNA,但不能運載特定的氨基酸,A項不符合題意;mRNA中三個相鄰的堿基決定一個氨基酸,是翻譯的模板,也不能運載特定的氨基酸,B項不符合題意;tRNA中的反密碼子可識別mRNA中的密碼子

22、,一種tRNA可運載特定的氨基酸,C項符合題意;rRNA參與核糖體的合成,與堿基序列的識別和氨基酸的轉運沒有直接關系,D項不符合題意。3.2020年新型冠狀病毒引起的疫情對世界不同國家造成不同程度的影響。該病毒和SARS病毒均為單鏈RNA病毒,而且都是通過病毒表面的S-蛋白(由spike基因編碼)與人體細胞表面的ACE2蛋白結合進入細胞,感染人的呼吸道上皮細胞。但新型冠狀病毒和SARS病毒相比,新型冠狀病毒的S-蛋白中有部分氨基酸發生了替換。下列有關新型冠狀病毒和SARS病毒的敘述,正確的是()A.新型冠狀病毒和SARS病毒的遺傳物質都是DNAB.spike基因和ACE2蛋白合成基因的表達方式

23、相同C.阻斷S-蛋白和ACE2蛋白結合是阻斷新型冠狀病毒人傳人的最佳途徑D.新型冠狀病毒的S-蛋白可作為研究疫苗的對象【解析】選D。新型冠狀病毒和SARS病毒都是RNA病毒,遺傳物質為RNA,A錯誤。spike基因位于單鏈RNA中,而人的ACE2蛋白合成基因為雙鏈DNA,兩者的表達方式不同,B錯誤。S-蛋白和ACE2蛋白結合是病毒進入人體細胞的關鍵,所以阻斷該途徑是阻斷病毒感染的途徑之一,并非阻斷病毒在人體間傳播的最佳途徑,C錯誤。由題干信息可知,新型冠狀病毒進入人體細胞是通過S-蛋白和人體細胞表面的ACE2蛋白結合實現的,所以S-蛋白可用于研究疫苗,D正確。4.mRNA上決定氨基酸的某個密碼

24、子的一個堿基發生替換,則識別該密碼子的 tRNA 及轉運的氨基酸發生的變化是()A.tRNA一定改變,氨基酸一定改變 B.tRNA不一定改變,氨基酸不一定改變C.tRNA一定改變,氨基酸不一定改變 D.tRNA不一定改變,氨基酸一定改變【解析】選C。若mRNA上決定氨基酸的某個密碼子的一個堿基發生替換,根據密碼子與反密碼子遵循堿基互補配對原則,該密碼子所對應的反密碼子發生改變,即tRNA一定改變;一種氨基酸可對應多個密碼子,故密碼子改變,氨基酸不一定改變,例如CAA和CAG都編碼谷氨酰胺,C正確。5.下面是真核細胞染色體上基因的表達過程示意圖,有關敘述正確的是()A.基因的轉錄需要DNA聚合酶、RNA聚合酶參與B.“拼