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2019-2020年高中生物第四章基因的表达第1节基因指导蛋白质的合成教学案新人教版必修2[学习导航]
1.阅读教材图文,辨析三种RNA的结构和功能
2.结合教材图4-
4、4-6,概述转录、翻译的过程和特点
3.理解密码子的概念并熟练查阅密码子表,分析碱基和氨基酸之间的对应关系[重难点击] 转录、翻译的过程及特点美国科幻电影《侏罗纪公园》中,科学家们利用一只困在琥珀中的、曾吸食过恐龙血的蚊子体内的恐龙DNA制造出了大量的恐龙,并建立了一个恐龙的“侏罗纪公园”我们知道,生物体的性状是由蛋白质体现的,基因能够控制生物体的性状,所以,我们推测基因应该是通过控制蛋白质的合成来控制生物体的性状的基因是怎样指导蛋白质的合成的呢?这一节我们一起来学习基因指导蛋白质的合成
一、遗传信息的转录
1.DNA与RNA的比较种类DNARNA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TU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
2.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双链恢复如图表示某真核生物细胞内DNA的转录过程,请据图分析回答下列问题1.请思考图中DNA的转录方向为←用“→”或“←”表示2.a为启动上述过程必需的有机物,其名称是RNA聚合酶3.b和c的名称分别是什么?答案 b是胞嘧啶脱氧核苷酸;c是胞嘧啶核糖核苷酸4.在根尖细胞中,上述过程发生的场所是哪里?答案 细胞核、线粒体5.产物d一定是mRNA吗?答案 不一定产物有mRNA、tRNA、rRNA6.若d中A占35%,U占19%,则d对应的DNA分子片段中T和C分别占27%、23%分析 d是以DNA的一条链为模板转录来的,若d中A=35%,U=19%,A+U=54%,则对应的DNA分子片段中A+T=54%,G+C=46%,故A=T=27%,G=C=23%知识整合 转录的方向和RNA聚合酶移动的方向一致;DNA中碱基C和脱氧核糖、磷酸一起构成胞嘧啶脱氧核苷酸;RNA中则构成胞嘧啶核糖核苷酸;真核生物中转录的主要场所是细胞核,线粒体和叶绿体中也能进行;转录的产物有mRNA、tRNA、rRNA1.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是一种遗传物质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2.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.DNA的两条链都可作模板D.边解旋边转录答案 C解析 DNA的两条链中只有其中一条链可作为模板3.下图表示真核细胞某基因的转录过程有关叙述错误的是 A.转录结束后
①和
②重新形成双螺旋结构B.
③不一定是mRNAC.
④是游离的脱氧核苷酸D.该过程中存在T与A的碱基配对方式答案 C解析 转录结束后
①和
②重新形成双螺旋结构,故A正确转录的产物有mRNA、tRNA、rRNA等,故B正确
④是形成RNA的原料,是游离的核糖核苷酸,故C错误该过程中DNA中的T可以与RNA中的A配对,故D正确
二、遗传信息的翻译1.翻译条件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3.翻译过程起始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,合成停止↓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4.翻译能精确进行的原因1mRNA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下图是翻译过程的示意图,请据图分析1.图甲中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是哪种分子或结构?答案 Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是tRNA、核糖体、多肽链2.Ⅲ是mRNA,其中的起始密码子和终止密码子分别是什么?它们都能决定氨基酸吗?答案 起始密码子AUG,编码甲硫氨酸终止密码子UAA,不编码氨基酸3.密码子GCU编码丙氨酸,如果由于某种原因使mRNA中该密码子的第三个碱基由U变为了C,那么编码的氨基酸还是丙氨酸,这一现象称做密码的简并性这种特性对生物体的生存发展有什么意义?答案 一定程度上可以防止由于碱基改变而导致生物性状的改变,维持生物性状的稳定性4.遗传密码具有通用性,即地球上几乎所有的生物都共用这一套遗传密码,这说明了什么?答案 这说明所有生物可能有着共同的起源5.图乙中
①、
⑥分别是什么分子或结构?核糖体移动的方向是怎样的?答案
①、
⑥分别是mRNA、核糖体;核糖体移动的方向是由右向左6.最终合成的多肽链
②、
③、
④、
⑤的氨基酸序列相同吗?为什么?答案 相同;因为它们的模板是同一条mRNA知识整合 起始密码子有AUG、GUG,分别编码甲硫氨酸和缬氨酸终止密码子有UAA、UAG、UGA,它们不编码氨基酸;密码子具有简并性,一定程度上可以防止由于碱基改变而导致生物性状的改变,维持生物性状的稳定性;遗传密码具有通用性说明所有生物可能有着共同的起源4.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序列的蛋白质答案 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GGUC.图中碱基的配对方式有A-U、C-G、A-TD.图示过程的正常进行需要ATP和RNA聚合酶答案 A解析 根据肽链的长度判断,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,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6.下图表示真核细胞中核基因遗传信息的传递和表达过程下列相关叙述正确的是 A.
①②过程中碱基配对情况相同B.
②③过程发生的场所相同C.
①②过程所需要的酶相同D.
③过程中核糖体的移动方向是由左向右答案 D解析 图中
①过程是DNA的复制,
②过程是转录,
③过程是翻译复制是DNA→DNA,转录是DNA→mRNA,不同的碱基配对方式是A—T、A—U;核基因的转录场所是细胞核,翻译的场所是细胞质;
①过程需要解旋酶和DNA聚合酶,
②过程需要RNA聚合酶;从图
③可以看出,最右边的一个核糖体上的多肽链最长,其翻译的时间也应该长于左边的两个核糖体,故核糖体的移动方向是由左向右易混辨析 真核生物DNA复制、转录和翻译的辨析DNA功能传递遗传信息复制表达遗传信息转录翻译场所主要在细胞核,部分在线粒体和叶绿体主要在细胞核核糖体原料四种脱氧核苷酸四种核糖核苷酸20种氨基酸模板DNA的两条链DNA的一条链mRNA条件解旋酶、DNA聚合酶、能量RNA聚合酶、能量酶、ATP、tRNA、能量碱基配对A-T、T-A、C-G、G-CA-U、T-A、C-G、G-CA-U、U-A、C-G、G-C特点边解旋边复制;半保留复制边解旋边转录一个mRNA分子上可结合多个核糖体,同时合成多条肽链产物两个双链DNA分子一条单链mRNA蛋白质1.下列关于RNA的叙述,错误的是 A.有些生物中的RNA具有催化功能B.tRNA上的碱基只有三个C.mRNA与tRNA在核糖体上发生配对D.RNA也可以作为某些生物的遗传物质答案 B解析 tRNA是运载氨基酸的工具,是RNA中的一种,与其他种类的RNA一样,是单链结构,属于生物大分子tRNA并非只有三个碱基,tRNA在某些部分配对并扭曲成双螺旋状,它的平面形状如三叶草的叶形,其中有三个碱基与mRNA上的密码子配对,称为反密码子2.下图代表的是某种转运RNA,对此分析正确的是 A.此转运RNA含有五种元素、两种含氮碱基B.该结构参与蛋白质合成中的翻译过程C.合成此转运RNA的场所是核糖体D.若与此转运RNA上的反密码子相对应的密码子中的碱基发生改变,一定会引起蛋白质结构的改变答案 B解析 此转运RNA含有C、H、O、N、P五种元素,A、C、G、U四种含氮碱基;转运RNA主要在细胞核中合成;由于密码子具有简并性,信使RNA中的碱基发生改变,翻译出的蛋白质结构不一定改变3.四环素、链霉素、氯霉素、红霉素等抗生素能抑制细菌的生长,它们有的能干扰细菌核糖体的形成,有的能阻止tRNA和mRNA结合,这些抗生素阻断了下列过程中的 A.染色体活动B.DNA复制过程C.转录过程D.翻译过程答案 D解析 抗生素干扰细菌核糖体的形成或者阻止tRNA和mRNA结合,均是阻止翻译过程4.真核细胞中DNA复制、转录和翻译的主要场所依次是 A.细胞核、细胞核、核糖体B.细胞核、细胞质、核糖体C.细胞核、细胞核、高尔基体D.细胞核、细胞质、内质网答案 A解析 DNA的复制、转录都是以DNA为模板,DNA主要在细胞核中,故DNA复制、转录的主要场所是细胞核;翻译是在细胞质中的核糖体上完成的5.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 24 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课时作业[学考达标]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.下列关于图中
①、
②两种分子的说法中,正确的是 A.
①为DNA,在正常情况下复制后形成两个相同的DNAB.
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、U、G答案 A解析
①为DNA,在正常情况下复制后形成两个相同的DNA分子;
②为tRNA,一种tRNA只能携带一种氨基酸;遗传信息位于
①上,密码子位于mRNA上,
②上具有反密码子;
①和
②共有的碱基是A、G、C,DNA中无U3.正常出现肽链终止,是因为 A.一个与终止密码子对应的转运RNA不能携带氨基酸B.不具有与终止密码子对应的转运RNAC.信使RNA在终止密码子处停止合成D.转运RNA上出现终止密码子答案 B解析 终止密码子没有对应的转运RNA4.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5.一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽,则此mRNA分子含有的碱基个数、合成这段多肽需要的tRNA个数及转录此mRNA的基因中碱基个数至少依次为 A.33 11 66B.36 12 72C.12 36 72D.11 36 66答案 B解析 一条含有11个肽键的多肽,则含有12个氨基酸mRNA中每3个相邻的碱基决定一个氨基酸;一个氨基酸需要一个tRNA来转运因此,mRNA中至少含有36个碱基,至少需要12个tRNA,DNA中至少含有72个碱基6.下图中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β链中碱基G占28%,则α链C占28%,不知α链T比例,因不知γ链中A的比例,故D错[高考提能]7.如图中的a、b、c、d分别代表人体内的四种大分子化合物,下列有关说法不正确的是 A.分子c的种类约61种,只含三个碱基,分子量比b小得多B.b、c、d的合成离不开化合物a,这四种大分子化合物的主要合成场所相同C.b、c、d三种化合物能同时存在于同一个细胞器中D.a、b彻底水解后可得到四种不同的化合物,四种相同的化合物答案 A解析 a、b、c、d分别代表DNA、mRNA、tRNA、rRNAc为tRNA,有3个与密码子结合的游离碱基,并不是只含3个碱基;密码子有64种,其中3个终止密码子不对应tRNA,故分子c的种类约61种b、c、d的合成叫转录,a的合成是DNA的复制,它们主要在细胞核中进行线粒体和叶绿体能翻译形成部分蛋白质,故其内含有这三种RNAa、b彻底水解后可得到四种不同的化合物——核糖、脱氧核糖、T、U,四种相同的化合物是A、C、G、磷酸8.下列有关图中的生理过程图中
④代表核糖体,
⑤代表多肽链的叙述,不正确的是 A.图中所示的生理过程主要有转录和翻译B.
①链中A+T/G+C的比值与
②链中此比值相同C.一种细菌的
③由480个核苷酸组成,它所编码的蛋白质一定含160个氨基酸D.遗传信息由
③传递到
⑤需要tRNA作工具答案 C解析 以DNA一条链
②链为模板合成的
③链含碱基U,故
③为mRNA,此过程为转录;
③与
④结合后以
③为模板形成
⑤肽链,此过程为翻译DNA双链中A与T配对,G与C配对,故A1+T1/G1+C1=A2+T2/G2+C2,即
①链中A+T/G+C的比值与
②链中此比值相同;
③由480个核苷酸即160个密码子组成,这些密码子中可能有不决定氨基酸的终止密码子,故编码的蛋白质含有的氨基酸可能小于160个遗传信息由
③传递到
⑤的过程中,需tRNA作运载工具,才能实现遗传信息对蛋白质合成的控制9.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10.下面表格是真核生物细胞核内三种RNA聚合酶的分布与主要功能,下列说法错误的是 名称分布主要功能RNA聚合酶Ⅰ核仁合成rRNARNA聚合酶Ⅱ核液合成mRNARNA聚合酶Ⅲ核液合成tRNAA.真核生物的转录场所主要是细胞核B.三种酶的合成场所与其发挥作用的场所相同C.三种酶作用形成的产物均可参与翻译过程D.任一种RNA聚合酶活性变化都会影响其他两种酶的合成答案 B解析 RNA聚合酶属于蛋白质,在核糖体中合成,而蛋白质合成过程中均需要这3种酶作用形成的产物rRNA、mRNA、tRNA的参与这3种聚合酶发挥作用的场所不同11.如图表示真核生物体内DNA传递遗传信息的某过程,请据图回答下列问题1图示两种物质的组成元素有_____________________________________________2该图所示的是遗传信息传递的________过程,该过程发生的主要场所是________3物质
③是以DNA的哪一条链为模板形成的?________试写出
③的碱基序列________________________________________________________________________4组成物质
③的基本单位是__________________,它有________种5如果
③中A占26%,U占28%,那么,相应的DNA片段中,T占________,C占________答案 1C、H、O、N、P 2转录 细胞核 3
① CAUGCA 4核糖核苷酸 4 527% 23%解析 在真核生物体内以DNA分子的一条链为模板控制合成mRNA的过程称为转录,主要在细胞核内进行
③是以
①为模板转录来的,若
③中A=26%,U=28%,A+U=54%,则相应的DNA分子片段中A+T=54%,G+C=46%,故A=T=27%,G=C=23%12.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GCAACUCGUUGGGCGACCCGCGCCACACGAGCUACGCGG答案 1翻译 核糖体
③或mRNA2ACCCGATTTCGC 3tRNA 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]mRNA2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ACCCGATTTCGC3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13.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 1b、c RNA聚合酶 细胞核 2
②③⑤ 甲硫氨酸—丙氨酸—丝氨酸—苯丙氨酸 32 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”3DNA有两条链,所以有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U2个G3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[真题体验]14.xx·全国甲,2某种物质可插入DNA分子两条链的碱基对之间,使DNA双链不能解开若在细胞正常生长的培养液中加入适量的该物质,下列相关叙述错误的是 A.随后细胞中的DNA复制发生障碍B.随后细胞中的RNA转录发生障碍C.该物质可将细胞周期阻断在分裂中期D.可推测该物质对癌细胞的增殖有抑制作用答案 C解析 某物质可插入DNA分子两条链的碱基对之间,使DNA双链不能打开,说明该物质会阻碍DNA分子的解旋,因此会阻碍DNA分子的复制、转录和抑制细胞增殖,A、B、D三项均正确;因DNA分子的复制发生在间期,所以该物质可将细胞周期阻断在分裂间期,C项错误15.xx·全国Ⅰ,1下列叙述错误的是 A.DNA与ATP中所含元素的种类相同B.一个tRNA分子中只有一个反密码子C.T2噬菌体的核酸由脱氧核糖核苷酸组成D.控制细菌性状的基因位于拟核和线粒体中的DNA上答案 D解析 DNA的元素组成是C、H、O、N、P,ATP的元素组成是C、H、O、N、P;A叙述正确反密码子是tRNA上能与mRNA上的密码子通过碱基互补配对结合的三个相邻的碱基组成的,一个密码子除终止密码子编码一个氨基酸,而一个tRNA一次只能转运一个氨基酸,由此可推知一个tRNA上只有一个反密码子;B叙述正确T2噬菌体由DNA和蛋白质构成,构成DNA的基本单位是脱氧核糖核苷酸;C叙述正确细菌是原核生物,原核细胞中无线粒体;D叙述错误。