高中生物 第4章 基因的表达 第1节 基因指导蛋白质的合成学案 新人教版必修2.docx

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高中生物第4章基因的表达第1节基因指导蛋白质的合成学案新人教版必修2

第1节　基因指导蛋白质的合成

[学习目标]　1.掌握DNA和RNA分子的异同。

2.描述遗传信息的转录和翻译的过程。

3.理解遗传信息、密码子、反密码子的区别。

一、RNA的组成及分类

1．基本单位：

核糖核苷酸。

2．组成成分

3．结构：

一般是单链，且比DNA短。

4．分类

种类

作用

信使RNA（mRNA）

蛋白质合成的直接模板

转运RNA（tRNA）

运载氨基酸

核糖体RNA（rRNA）

核糖体的组成成分

归纳总结

　DNA和RNA的比较

种类

DNA

RNA

基本单位

脱氧核糖核苷酸（4种）

核糖核苷酸（4种）

五碳糖

脱氧核糖

核糖

特有碱基

T

U

共有碱基

A、G、C

空间结构

规则的双螺旋结构

多呈单链结构

真核生物中的分布

主要在细胞核中，少量在线粒体、叶绿体中

主要在细胞质基质、线粒体、叶绿体、核糖体中，少量在细胞核中

例1

　下列关于RNA的叙述，错误的是（　　）

A．有些RNA可催化细胞内的某些生化反应

B．RNA是某些病毒的遗传物质

C．RNA参与构成核糖体

D．RNA参与构成细胞膜

答案　D

解析　有些酶是RNA，RNA是某些病毒的遗传物质，rRNA参与构成核糖体。

例2

　对比RNA和DNA的化学成分，RNA特有的是（　　）

A．核糖和尿嘧啶

B．脱氧核糖和尿嘧啶

C．核糖和胸腺嘧啶

D．脱氧核糖和胸腺嘧啶

答案　A

解析　DNA与RNA两种核酸化学成分的区别是五碳糖不同，碱基不完全相同。

RNA的五碳糖是核糖，特有的碱基是尿嘧啶。

规律方法

　DNA与RNA的判定方法

（1）根据五碳糖种类来判定：

若有核糖，一定为RNA；若有脱氧核糖，一定为DNA。

（2）根据含氮碱基种类来判定：

若含T，一定为DNA；若含U，一定为RNA。

（3）根据含氮碱基含量比较来判定：

若嘌呤数≠嘧啶数，则肯定不是双链DNA。

二、遗传信息的转录

1．概念：

是指在细胞核中，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。

2．过程

第1步：

DNA双链解开，DNA双链的碱基得以暴露。

第2步：

游离的核糖核苷酸随机地与DNA链上的碱基碰撞，当核糖核苷酸与DNA的碱基互补时，两者以氢键结合。

第3步：

在RNA聚合酶的作用下，新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。

第4步：

合成的mRNA从DNA链上释放，DNA双链恢复。

归纳总结

1．转录不是转录整个DNA，是转录其中的基因，不同种类的细胞，由于基因的选择性表达，mRNA的种类和数量不同，但tRNA和rRNA的种类没有差异。

2．细胞核中转录形成的RNA通过核孔进入细胞质，穿过0层膜，需要能量。

3．完成正常使命的RNA易迅速降解，保证生命活动的有序进行。

4．质基因（线粒体和叶绿体中的基因）控制蛋白质合成过程时也进行转录。

例3

　下列关于转录的叙述，不正确的是（　　）

A．多数发生在细胞核中

B．以核糖核苷酸为原料

C．转录时，DNA的两条链都可作模板

D．边解旋边转录

答案　C

解析　转录时，DNA的两条链中只有其中一条链可作为模板。

例4

　如图为真核生物细胞核内转录过程的示意图，下列说法正确的是（　　）

A．①链的碱基A与②链的碱基T互补配对

B．②是以4种核糖核苷酸为原料合成的

C．如果③表示酶分子，则它的名称是DNA聚合酶

D．转录完成后，②需穿过两层生物膜才能与核糖体结合

答案　B

解析　①链为模板链，②链为RNA，①链中的碱基A与②链中的碱基U互补配对；③表示RNA聚合酶；转录完成后，②通过核孔进入细胞质，穿过0层生物膜。

三、遗传信息的翻译

1．概念

2．密码子和反密码子

（1）密码子：

位于mRNA上，其实质是决定一个氨基酸的3个相邻的碱基，有64种。

（2）反密码子：

位于tRNA上，其实质是与密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基。

特别提醒

　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率。

（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。

3．过程

起始：

mRNA与核糖体结合

↓

运输：

tRNA携带氨基酸置于特定位置

↓

延伸：

核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子，由对应tRNA运输相应的氨基酸加到延伸中的肽链上。

（一个mRNA可以结合多个核糖体）

↓

终止：

当核糖体到达mRNA上的终止密码子时，合成终止

↓

脱离：

肽链合成后从核糖体与mRNA的复合物上脱离，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子

4．翻译能精确进行的原因

（1）mRNA为翻译提供了精确的模板。

（2）通过碱基互补配对，保证了翻译能够准确地进行。

5．翻译能高效进行的原因：

1个mRNA可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成。

归纳总结

1．密码子、反密码子、氨基酸数量的对应关系

2．遗传信息与密码子和反密码子的关系

3．原核生物和真核生物基因的转录和翻译

真核细胞的转录主要发生在细胞核中，翻译发生在细胞质中，在空间和时间上被分隔开进行，而原核细胞的转录和翻译没有分隔，可以同时进行，边转录边翻译。

例5

　如图表示真核细胞中某基因表达过程的一部分，下列分析正确的是（　　）

A．图示mRNA中起始密码子位于RNA链上的左侧

B．mRNA上决定甘氨酸的密码子都是GGU

C．图中碱基的配对方式有A－U、C－G、A－T

D．图示过程的正常进行需要ATP和RNA聚合酶

答案　A

解析　由图可知，核糖体移动的方向是从左向右，A正确；一种氨基酸可由一种或一种以上密码子决定，决定甘氨酸的密码子有GGU、GGC、GGA、GGG，B错误；题图表示翻译过程，碱基的配对方式有A－U、C－G，C错误；RNA聚合酶在转录过程中起作用，D错误。

例6

　（2018·曲阜师大高一检测）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

答案　A

解析　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。

1．判断正误

（1）DNA和RNA都含有核糖（　　）

（2）转录是以DNA的两条链作为模板，只发生在细胞核中，以4种核糖核苷酸为原料（　　）

（3）DNA是蛋白质合成的直接模板（　　）

（4）密码子位于mRNA上，ATC一定不是密码子（　　）

（5）mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质（　　）

（6）每种转运RNA能识别并转运一种或多种氨基酸（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）√　（5）×　（6）×

2．在烟草叶肉细胞的核糖体中，核苷酸共有（　　）

A．4种B．5种

C．7种D．8种

答案　A

解析　核糖体的成分为rRNA和蛋白质，构成RNA的核苷酸有4种。

3．下列有关DNA和RNA的叙述，不正确的是（　　）

A．RNA中含有核糖，DNA中含有脱氧核糖

B．DNA和RNA都可以分布于真核生物的细胞核和细胞质中

C．RNA中不含氢键，DNA中含有氢键

D．RNA和DNA都可以作为遗传物质

答案　C

解析　DNA是脱氧核糖核酸，含脱氧核糖，主要分布于真核细胞的细胞核中，少量分布于细胞质中。

RNA是核糖核酸，含核糖，主要分布于真核细胞的细胞质中，少量分布于细胞核中，A、B正确；tRNA中有双链区域，遵循碱基互补配对原则，含氢键，C错误；有细胞结构的生物的遗传物质是DNA，少数病毒的遗传物质是RNA，D正确。

4．下图表示某细胞中的转录过程，相关叙述不正确的是（　　）

A．①表示DNAB．②表示RNA

C．③表示解旋酶D．图中可有5种碱基

答案　C

解析　题图表示转录过程，①是双链，已部分解旋，表示DNA；②是以DNA的一条链为模板合成的，表示RNA；③表示的是RNA聚合酶，不是解旋酶；图中既有DNA，又有RNA，所以含有A、T、C、G、U共5种碱基。

5．下面表示蜘蛛的丝腺细胞合成蛛丝蛋白的部分过程示意图，据图回答下列问题：

（1）在蛋白质合成过程中，该图表示的过程称为____________，图中④的结构名称是________，该过程的模板是________。

（2）由图中信息可推知DNA模板链上对应的碱基序列为______________________。

（3）根据图并参考下表分析：

[①]________上携带的氨基酸是______________。

氨基酸

丙氨酸

苏氨酸

精氨酸

色氨酸

密码子

GCA

ACU

CGU

UGG

GCG

ACC

CGC

GCC

ACA

CGA

GCU

ACG

CGG

答案　

（1）翻译　核糖体　③（或mRNA）

（2）ACCCGATTTCGC　（3）tRNA　丙氨酸

解析　

（1）图中所示过程是发生于核糖体中的“翻译”，④的名称为核糖体，翻译的模板是[③]mRNA。

（2）由mRNA上的碱基序列为UGGGCUAAAGCG，据碱基互补配对原则可写出DNA模板链上的碱基序列为ACCCGATTTCGC。

（3）由mRNA中密码子为GCU并查得密码子表，可知[①]tRNA上携带的氨基酸为丙氨酸。

[对点训练]

题组一　RNA的组成及分类

1．关于RNA的叙述，错误的是（　　）

A．少数RNA具有生物催化作用

B．真核细胞内mRNA和tRNA都是在细胞质中合成的

C．mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基称为密码子

D．细胞中有多种tRNA，一种tRNA只能转运一种氨基酸

答案　B

解析　真核细胞内mRNA和tRNA主要在细胞核中合成。

2．（2018·北京师大附中）下列关于RNA的叙述，正确的是（　　）

A．线粒体中含有mRNA、tRNA和rRNA3种RNA

B．在翻译时，mRNA上有多少个密码子就有多少个tRNA与之对应

C．mRNA和tRNA的种类都是64种

D．由基因转录形成的mRNA经加工后部分形成tRNA和rRNA

答案　A

解析　线粒体中含有少量DNA、RNA和核糖体，DNA转录生成mRNA、tRNA和rRNA，参与蛋白质合成，A正确；mRNA的终止密码子不决定氨基酸，无tRNA与之对应，B错误；mRNA的种类不确定，mRNA上的终止密码子不编码氨基酸，没有与之相对应的tRNA，故tRNA的种类是61种，C错误；基因转录形成的mRNA经加工后形成成熟mRNA，D错误。

3．如图为生物体内转运氨基酸m的tRNA，对此叙述正确的是（　　）

A．该tRNA还能识别并转运其他氨基酸

B．氨基酸m只能由该tRNA转运

C．氨基酸m的密码子是UUA

D．tRNA是由许多个核糖核苷酸构成的

答案　D

解析　一种tRNA只能转运一种氨基酸，A错误；一种氨基酸可由一种或多种tRNA转运，B错误；氨基酸m的反密码子为UUA，密码子为AAU，C错误；tRNA是由许多个核糖核苷酸连接而成的，D正确。

题组二　遗传信息的转录

4．（2017·全国Ⅲ，1）下列关于真核细胞中转录的叙述，错误的是（　　）

A．tRNA、rRNA和mRNA都从DNA转录而来

B．同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生

C．细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生

D．转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补

答案　C

解析　转录是以DNA的一条链为模板，以核糖核苷酸为原料，合成RNA的过程，包括tRNA、rRNA和mRNA三种，A正确；不同的RNA由不同的基因转录而来，所以同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生，B正确；细胞中的RNA合成过程主要在细胞核内发生，在线粒体和叶绿体中也能进行转录合成RNA，C错误；转录时遵循碱基互补配对原则，所以转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补，D正确。

5．下图表示在人体细胞核中进行的某一生理过程，据图分析，下列说法正确的是（　　）

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相同

C．该过程需要脱氧核苷酸和DNA模板

D．该过程涉及碱基互补配对和ATP的消耗

答案　D

解析　由图可知，此为人体细胞核中发生的转录过程，涉及碱基互补配对和ATP的消耗；DNA含4种脱氧核苷酸，转录产生的RNA中含4种核糖核苷酸，故该过程涉及8种核苷酸；转录需要核糖核苷酸做原料，而不是脱氧核苷酸；基因的表达具有选择性，故不同组织细胞转录产生的mRNA有差异。

6.如图中α、β是真核细胞某基因的两条链，γ是另外一条多核苷酸链，下列说法正确的是（　　）

A．图中的酶是DNA聚合酶

B．γ彻底水解后能生成6种小分子物质

C．该过程只发生在细胞核中

D．β链中碱基G占28%，则γ链中碱基A占22%

答案　B

解析　据图分析，该基因正在以其中一条链为模板转录生成RNA，故该酶为RNA聚合酶，故A错误；RNA彻底水解后生成4种碱基、1种核糖、1种磷酸，故B正确；细胞质中的线粒体和叶绿体含有的DNA也能转录，故C错误；β链中碱基G占28%，但不知道在整个DNA双链中的比例，故无法判断γ链中碱基A的比例，故D错误。

7．如图是雌性激素与相应受体结合情况的示意图。

由图可知，雌性激素与相应的受体结合后形成“激素—受体”复合体，并作用于核内基因的某区域，从而直接影响遗传信息的什么过程（　　）

A．DNA复制B．转录

C．翻译D．转录和翻译

答案　B

解析　由图可知，“激素—受体”复合体从核孔进入细胞核，作用于DNA，从而转录出相应的mRNA并合成相应的多肽，可见该复合体影响转录过程。

题组三　遗传信息的翻译

8．下列对蛋白质的翻译过程的说法中，错误的是（　　）

A．以细胞质中游离的氨基酸为原料

B．以核糖体RNA作为遗传信息模板

C．以转运RNA为氨基酸运输工具

D．合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质

答案　B

解析　翻译是以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程，B错误；由于蛋白质的基本组成单位是氨基酸，故A、D正确；在翻译过程中，搬运工是tRNA，C正确。

9.如图是起始甲硫氨酸和相邻氨基酸形成肽链的示意图，下列叙述正确的是（　　）

A．图中结构含有核糖体RNA

B．甲硫氨酸处于图中

的位置

C．密码子位于tRNA的环状结构上

D．mRNA上碱基改变即可改变肽链中氨基酸的种类

答案　A

解析　核糖体是氨基酸形成肽链的场所，核糖体由核糖体RNA和蛋白质构成，A正确；甲硫氨酸是第一个氨基酸，位于

的左边，B错误；密码子位于mRNA上，tRNA的环状结构上有反密码子，C错误；由于密码子的简并性，mRNA上碱基改变不一定改变肽链中氨基酸的种类，D错误。

10．如图为细胞中合成蛋白质的过程，下列说法正确的是（　　）

A．该过程最终合成的b、c、d、e在结构上各不相同

B．f在a上的移动方向是左→右

C．a的合成与核仁有关，且图中4个核糖体在a上的结合位点相同

D．该过程表明生物体内少量的mRNA可以迅速合成出大量的蛋白质

答案　D

解析　由于b、c、d、e以同一个mRNA为模板翻译形成，所以结构相同，A错误；根据肽链的长度可判断核糖体在mRNA上移动的方向是右→左，B错误；核糖体的形成与核仁有关，mRNA的合成与核仁无关，C错误；多聚核糖体是在一条肽链没有合成完之前就开始合成下一条肽链，所以少量的mRNA可以迅速合成大量的蛋白质，D正确。

11．已知AUG、GUG为起始密码子，UAA、UGA、UAG为终止密码子。

某原核生物的一个信使RNA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（　　）

A．20个B．15个

C．16个D．18个

答案　C

解析　先找到起始密码子，再找到终止密码子，中间的一共45个碱基，对应15个密码子，决定15个氨基酸，注意起始密码子也决定氨基酸，终止密码子不决定氨基酸，故为16个氨基酸。

12．下列关于如图所示生理过程的描述中，最合理的是（　　）

A．该生理过程可能发生于硝化细菌细胞内

B．可表示噬菌体内的转录和翻译过程

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肽链不同

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肽链的合成，该过程与图示不符；噬菌体是非细胞结构的生物，不能独立进行代谢过程，故不能进行转录和翻译；图中两核糖体是以同一mRNA为模板，合成的肽链相同。

[综合强化]

13．下图表示以DNA为模板转录形成RNA的过程。

请据图分析回答下列问题：

（1）在玉米的叶肉细胞中，能够进行该生理过程的细胞结构有__________________________。

（2）转录过程中在[　　]____________的催化作用下，以其中的________链作为模板链，以[　　]______________________为原料，由________________提供能量，按照__________________原则，合成出[　　]________。

（3）通过转录，DNA分子中的遗传信息被准确地转移到____________中。

（4）在真核细胞的细胞核中，转录的产物通过________进入细胞质中，与________结合在一起直接指导蛋白质的合成过程。

答案　

（1）细胞核、线粒体、叶绿体　

（2）4　RNA聚合酶　甲　3　四种游离的核糖核苷酸　ATP　碱基互补配对　2　RNA　（3）信使RNA　（4）核孔　核糖体

解析　玉米叶肉细胞的细胞核、线粒体、叶绿体中都有DNA，可进行DNA的转录；转录时以DNA的一条链为模板，需要ATP供能和RNA聚合酶的催化，以四种游离的核糖核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则合成RNA，转录的结果是DNA上的遗传信息转移到mRNA上，mRNA从核孔出来进入细胞质中与核糖体结合，直接指导蛋白质的合成。

14．如图所示为真核细胞中RNA参与蛋白质合成的翻译过程示意图。

据图回答下列问题：

（1）在翻译过程中，参与的RNA有①________________、③______________和②中的____________。

（2）根据给出的密码子判断，图中①所携带的氨基酸为________。

该过程中②的移动方向为________（填“向左”或“向右”），合成的多肽链共有________个肽键。

（3）很多多肽链合成时第一个氨基酸都是甲硫氨酸，然而细胞中大部分蛋白质的第一个氨基酸并不是甲硫氨酸，这是因为很多多肽链要在__________________________处进行加工、修饰。

（4）若以③为模板合成一条多肽链需要的时间是1s，但在2s内③却指导合成了数条同种多肽链，原因是____________________________________。

答案　

（1）转运RNA（tRNA）　信使RNA（mRNA）　核糖体RNA（rRNA）　

（2）脯氨酸　向右　8　（3）内质网和高尔基体　（4）一个③可以相继结合多个核糖体，同时进行多条相同多肽链的合成

解析　

（1）在翻译过程中，mRNA是合成蛋白质的模板，tRNA是运输氨基酸的工具，核糖体是翻译的场所，核糖体中含有rRNA。

（2）①携带的反密码子与mRNA上的密码子CCG配对，密码子CCG编码的氨基酸是脯氨酸。

从mRNA上找到起始密码子AUG和终止密码子UAA，起始密码子AUG在左，终止密码子UAA在右，因此，在整个翻译过程中②的移动方向为向右。

从起始密码子到终止密码子共有10个密码子，终止密码子不编码氨基酸，因此合成的多肽链共含有9个氨基酸，8个肽键。

（3）真核生物细胞的内质网和高尔基体具有对新合成的肽链进行加工、修饰的作用。

（4）在蛋白质合成过程中，一个mRNA上可以相继结合多个核糖体，进行多条相同多肽链的合成，因此，若以③为模板合成一条多肽链需要的时间是1s，则在2s内能合成多条同种多肽链。

15．如图表示某动物细胞DNA片段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：

（可能用到的密码子：

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）反映遗传信息表达的是________（填字母）过程，b过程所需的酶是______________。

②加工成熟的场所是________。

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

（3）该DNA片段应有________个游离的磷酸基，氢键有________个，第三次复制需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目为________个。

答案　

（1）b、c　RNA聚合酶　细胞核　

（2）②③⑤甲硫氨酸—丙氨酸—丝氨酸—苯丙氨酸　（3）2　29　28

解析　

（1）遗传信息表达包括转录和翻译两个过程，即图中b、c。

转录b需要RNA聚合酶，mRNA加工成熟的场所是细胞核。

（2）核糖存在于RNA中，②是mRNA，③是核糖体，由rRNA和蛋白质组成，⑤是tRNA。

由②中密码子的排列顺序查密码子表可知氨基酸的排列顺序是“甲硫氨酸—丙氨酸—丝氨酸—苯丙氨酸”。

（3）DNA有2个游离的磷酸基，DNA片段转录的RNA中碱基有1个A和6个U、2个G、3个C，在DNA分子中A与T之间有2个氢键，C与G之间有3个氢键，共有29个氢键；第三次复制增加4个DNA分子，每个DNA中有胸腺嘧啶7个，共28个。