2017-2018学年高中生物第四章遗传的分子基础第14课时从基因到蛋白质学案苏教版必修2

第14课时从基因到蛋白质
学习目标
1．说明基因和遗传信息的关系。

2.概述遗传信息的转录过程。

3.概述遗传信息的翻译过程。

|基础知识|
一、基因与遗传信息
1．基因DNA分子上具有遗传效应的片段。

2．遗传信息基因内的脱氧核苷酸的排列顺序。

二、DNA与RNA
1．RNA 包括mRNA、tRNA、rRNA多种，基本组成单位是核糖核苷酸。

2．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
三、遗传信息的转录
1．概念解读
主要场所模板原料产物
细胞核DNA的一条链四种核糖核苷酸RNA
2.过程
四、遗传信息的翻译
1．概念解读
场所模板原料产物
核糖体mRNA 20种氨基酸蛋白质
2.遗传密码子
(1)概念：mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻碱基(终止密码子除外)。

(2)种类：共64个。

其中有3个终止密码子，2个起始密码子(真核细胞只有1个，同时可编码氨基酸)，59个普通的密码子。

3.tRNA一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个碱基能和mRNA上的密码子互补配对，叫做反密码子。

4．过程
起始mRNA与核糖体结合，携带特定氨基酸的tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码子配对
↓
延伸tRNA携带的氨基酸与前一个tRNA携带的氨基酸通过肽键形成肽链，前一个tRNA离开核糖体，随着核糖体在mRNA上移动，肽链不断合成延长
↓
终止tRNA上的反密码子识别终止密码子后，肽链合成终止并释放
|自查自纠|
(1)基因位于染色体上，是染色体DNA分子上的任一片段( )
(2)细胞核内的基因所携带的遗传信息传递到细胞质中必须以RNA作为媒介( )
(3)DNA和RNA共有的碱基是A、G、C，RNA特有的碱基是U，DNA特有的碱基是T( )
(4)DNA解旋后每一条链都可以当作转录的模板( )
(5)氨基酸、密码子、反密码子三者之间是一一对应的关系( )
(6)通过翻译，在核糖体上形成具有一定空间结构的蛋白质( )
答案(1)×(2)√(3)√(4)×(5)×(6)×
|图解图说|
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________
★密码子的简并性，亮氨酸可由6种密码子决定。

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________
★一条mRNA上可相继结合多个核糖体，同时合成多条肽链，而不是多个核糖体共同完成一条肽链的合成。

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________
RNA聚合酶参与什么过程？具体的作用是什么？
提示：RNA聚合酶参与转录过程。

RNA聚合酶与基因上的RNA聚合酶结合位点结合，启动转录，并把单个核糖核苷酸连接在正在合成的RNA片段上，同时还有解旋功能。

探究点一遗传信息的转录
1．①过程表示________，②过程表示________，判断的理由是________________________。

2．神经细胞中可以发生上图中的________过程，发生的场所是________。

3．①过程发生于细胞分裂的______期，分裂期不能够发生________过程，原因是
______________________________________________________________________。

提示 1.DNA复制转录①过程DNA的两条链均作模板，②过程仅DNA的一条链作模板 2.②细胞核或线粒体 3.间①②①②过程需要解旋，而分裂期的DNA存在于高度螺旋化的染色体上，无法解旋
4．②过程图中a、b、c三条核苷酸链的碱基序列有怎样的关系？
提示a、c的碱基序列与b的互补，将c中的碱基U换为T，c的碱基序列就变的与a 的相同。

5．归纳DNA复制与转录的主要不同点：
DNA复制转录
时间细胞分裂间期生长发育的整个过程
模板DNA的两条单链DNA的一条单链
原料4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸
酶解旋酶、DNA聚合酶RNA聚合酶
碱基配对A－T，T－A
C－G，G－C
A－U，T－A
C－G，G－C
【典例1】真核细胞内RNA的酶促合成过程如图所示。

下列相关叙述错误的是( )
A．该过程不会发生在细胞质中
B．该过程两个RNA聚合酶反向移动
C．该DNA片段至少含有2个基因
D．该DNA片段的两条链均可作为模板链
尝试解答________
解析分析题图可知，该过程为转录，可发生在细胞核、线粒体或叶绿体中，A错误；转录需要RNA聚合酶催化，根据题图可知转录的方向相反，两个RNA聚合酶反向移动，B正确；不同的基因转录出不同的mRNA，图中2个mRNA的模板链不同，属于2个不同的基因，C正确；图中显示该DNA中2个不同的基因转录时所用的模板链不是同一条脱氧核苷酸链，D正确。

答案 A
【跟踪训练】
1．如图甲、乙为真核生物遗传信息传递过程中的某两个阶段的示意图，图丙为图乙中部分片段的放大示意图。

对此分析合理的是( )
A．图甲所示过程主要发生于细胞核内，图乙所示过程主要发生于细胞质内
B．图中催化图甲、乙所示两过程的酶1、酶2和酶3是相同的
C．图丙中a链为模板链，b链为转录出的子链RNA
D．图丙中含有两种五碳糖、五种碱基、五种核苷酸
解析图甲表示DNA的复制过程，图乙表示转录过程，DNA的复制和转录主要发生在细胞核内，故A错误；酶1、酶2都是DNA聚合酶，酶3是RNA聚合酶，故B错误；DNA复制时配对方式有A－T，转录过程配对方式有A－U，图丙中上侧为DNA链，下侧为RNA链，又该过程发生于真核细胞内，应表示转录，故C正确；图丙中有2种五碳糖、5种碱基和8种核苷酸，故D错误。

答案 C
探究点二遗传信息的翻译
1．密码子、反密码子、氨基酸的关系
(1)密码子和反密码子都是一一对应的关系吗？
提示不是。

密码子共有64种，其中3个终止密码子不决定氨基酸，没有反密码子与之相对应。

(2)密码子与氨基酸、反密码子与氨基酸的对应关系怎样？
提示除终止密码子外，一种密码子对应一种氨基酸，一种氨基酸对应一种或几种密码子；一种反密码子对应一种氨基酸，一种氨基酸对应一种或几种反密码子。

(3)若基因中某一对碱基发生改变，该基因控制合成的多肽链的氨基酸序列是否一定改变？原因是什么？
提示不一定改变。

有的氨基酸对应几种密码子，基因中某一对碱基发生改变，转录得到的mRNA上的一个新密码子可能与原密码子对应同一种氨基酸。

2．翻译的特点图分析
翻译时，一个mRNA可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，如下图所示。

分析回答：
(1)图中的c、d、e、f分别是mRNA、肽链、肽链、肽链。

(2)最终合成的d、e、f是否相同？相同。

原因是模板是同一个mRNA。

(3)图示翻译过程中，是mRNA移动，还是核糖体移动？向哪个方向移动？
提示核糖体沿mRNA移动，图中核糖体沿mRNA从左向右移动。

(4)翻译时，一个mRNA结合多个核糖体的意义是提高翻译的效率。

3．转录和翻译过程中的相关数量关系
假设蛋白质中氨基酸为n个，结合上图分析其对应的mRNA及基因中碱基至少各是多少个？
提示mRNA中碱基至少为3n，基因中碱基至少为6n。

(1)DNA复制、转录、翻译的模板分别是DNA的两条链、DNA的一条链、mRNA。

(2)DNA复制发生在细胞分裂的间期，而转录和翻译可发生在生长发育的整个过程。

(3)凡是影响解旋的因素都会影响DNA复制和转录，如分裂期染色体的高度螺旋化、衰老细胞的染色质收缩等。

(4)能够转录的是DNA中的基因片段，而非基因片段不能够转录。

(5)终止密码子只是终止翻译，不能编码氨基酸。

【典例2】如图①②③表示了真核细胞中遗传信息的传递方向，有关说法正确的是( )
A．③是翻译过程，方向是从b到a
B．每种氨基酸均可由不止一种tRNA来转运
C．①②③也能在线粒体、叶绿体及原核细胞中进行
D．一条mRNA可与多个核糖体结合，多个核糖体共同合成一条多肽链，加快了翻译的效率
尝试解答________
解析由图可知，③是翻译过程，随着翻译的进行，肽链由短到长，所以方向是从a 到b，A错误；大多数氨基酸有多个密码子，可由不止一种tRNA来转运，但甲硫氨酸、色氨酸只有一种密码子，只由一种tRNA来转运，B错误；图中①为DNA的复制，②为转录，③为翻译，也能在线粒体、叶绿体及原核细胞中进行，C正确；一条mRNA可与多个核糖体结合，能够同时合成多条多肽链，加快了翻译的效率，D错误。

答案 C
【跟踪训练】
2．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，转录出的mRNA分子的碱基数是n/2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DNA分子包括基因片段和非基因片段，1个DNA分子中的诸多基因并非全部转录，故基因转录出的mRNA分子的碱基数小于n/2个，A错误；基因转录时，一条链是模板链，另一条链是非模板链，B错误；DNA聚合酶和RNA聚合酶的结合位点均在DNA上，C错误；在细胞周期中，由于基因选择性表达，mRNA的种类和含量均不断发生变化，D正确。

答案 D
知识脉络要点晨背
1.基因是DNA分子上具有遗传效应的片
段。

2.基因分子中碱基对的排列顺序代表遗
传信息。

3.RNA中含有核糖和U，DNA中含有脱氧核
糖和T。

4.转录是以DNA的一条链为模板，合成
mRNA、rRNA、tRNA。

5.翻译是以mRNA为模板，合成蛋白质。

6.一种氨基酸对应一种或几种密码子。

7.蛋白质中氨基酸数为n，则mRNA、基因
中碱基数至少为3n、6n。

1．下列有关基因与遗传信息的叙述，正确的是( )
A．基因就是任意一个DNA片段
B．DNA片段中的碱基排列顺序就代表遗传信息
C．基因通过转录和翻译表达遗传信息
D．基因的载体就是染色体
解析基因是具有遗传效应的DNA片段，没有遗传效应的DNA片段不携带遗传信息，基因的载体不止染色体，还有线粒体、叶绿体等。

答案 C
2．有关下图的叙述，正确的是( )
A．①→②表示DNA转录
B．①②中共有8种碱基
C．①②中的A表示同一种核苷酸
D．②中的U表示一个遗传密码子
解析①是DNA的一条链，②是RNA，A项正确。

图中共有A、G、C、T、U五种碱基，B 项错误。

①中的A代表腺嘌呤脱氧核苷酸，②中的A代表腺嘌呤核糖核苷酸，C项错误。

遗传密码子由3个碱基组成，D项错误。

答案 A
3．一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽，则此mRNA分子至少含有的碱基个数、合成这段多肽需要的tRNA数目、转录此mRNA的基因中至少含有的碱基数目依次为( )
A．32,11,66 B．36,12,72
C．12,36,24 D．11,36,72
解析合成的这一条多肽含有11个肽键，因此含有氨基酸12个，所以mRNA上的密码子至少有12个，mRNA上的碱基至少为12×3＝36(个)。

决定氨基酸的密码子是12个，所以最多需要的tRNA也是12个。

因为mRNA 上的碱基至少有36个，所以转录它的基因中的碱基至少为36×2＝72(个)。

答案 B
4．下图表示细胞内遗传信息表达的过程，根据所学的生物学知识回答：
(1)图中①过程是转录，产物在________中合成，其基本组成单位是________，合成的mRNA通过________进入细胞质中与________结合。

(2)图中以④为模板合成⑤的过程称为________，进行的场所是[ ]________，所需要的原料是________。

(3)若该多肽合成到图中UCU决定的氨基酸后就终止合成，则导致合成结束的终止密码子是____。

解析(1)图中所示为遗传信息的表达过程，①过程为转录，在细胞核中利用核糖核苷酸合成RNA，mRNA通过核孔出来与核糖体结合，进行翻译。

(2)以④为模板合成⑤的过程称为翻译。

以mRNA为模板，以氨基酸为原料，tRNA为工具合成蛋白质。

(3)在mRNA上的UCU 碱基后的密码子是UAA，为终止密码子。

答案(1)细胞核核糖核苷酸核孔核糖体(2)翻译[⑥]核糖体氨基酸(3)UAA
课后跟踪分层训练
(时间：35分钟)
1．下列关于DNA和RNA特点的比较，正确的是( )
A．在细胞内存在的主要部位相同
B．构成的五碳糖不同
C．核苷酸之间的连接方式不同
D．构成的碱基相同
解析DNA主要存在于细胞核中，RNA主要存在于细胞质中；二者的核苷酸的连接方式相同，都是靠磷酸二酯键连接；构成DNA和RNA的碱基不完全相同。

答案 B
2．在人体中，由A、T、C三种碱基参与构成的核苷酸共有( )
A．两种B．四种
C．五种D．六种
解析A、T、C能构成三种脱氧核苷酸，由于核糖核苷酸中没有T碱基，A、C能构成两种核糖核苷酸，因此A、C、T能构成五种核苷酸。

答案 C
3．下列有关遗传密码的叙述，不正确的是( )
A．遗传密码位于mRNA上
B．一种氨基酸只对应一种遗传密码
C．一种遗传密码只能编码一种氨基酸
D．生物界的遗传密码是统一的
解析大多数氨基酸对应两个以上的遗传密码。

答案 B
4．下图代表的是某种tRNA，对此分析错误的是( )
A．tRNA含有五种化学元素
B．该tRNA只含有CUC三个碱基
C．决定谷氨酸的密码子之一为GAG
D．该结构参与蛋白质合成中的翻译过程
解析tRNA是由一条单链RNA通过折叠形成的，含有多个碱基。

答案 B
5．下列对转运RNA的描述，正确的是( )
A．一种转运RNA能识别并转运多种氨基酸
B．一种氨基酸只有一种转运RNA能转运它
C．转运RNA能识别信使RNA上的密码子
D．转运RNA转运氨基酸到细胞核内
解析转运RNA是将氨基酸转移到核糖体内的一种RNA，每种转运RNA只能识别并转运一种氨基酸；一种氨基酸可能对应1个或多个密码子，因此与密码子碱基互补的反密码子也可能有多个，即一种氨基酸可能有几种转运RNA来转运它。

答案 C
6．下列有关真核生物DNA转录的叙述。

正确的是( )
A．只能发生在细胞分裂间期
B．只能发生在细胞核中
C．需要DNA聚合酶催化
D．转录完成后，DNA分子恢复双螺旋结构
解析不分裂的细胞也发生转录；细胞核、线粒体和叶绿体中均可发生转录；转录需要RNA聚合酶催化。

答案 D
7．如图是起始甲硫氨酸和相邻氨基酸形成肽键的示意图，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a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
解析图示为翻译过程，核糖体是相邻氨基酸形成肽键的场所，核糖体由核糖体RNA(rRNA)和蛋白质构成，此外图中还含有mRNA和tRNA，A正确；甲硫氨酸的密码子是起始密码子，甲硫氨酸位于第一位，故甲硫氨酸不处于图中a的位置，应在a的左侧，B错误；密码子位于mRNA上，tRNA的环状结构上是反密码子，C错误；由于密码子的简并性，mRNA 上的碱基改变，不一定改变肽链中氨基酸的种类，D错误。

答案 A
8．下列关于图中①、②两种分子的说法错误的是( )
A．遗传信息位于①上，反密码子位于②上
B．②为tRNA，一种氨基酸只能由一种tRNA识别
C．②可以①的一条链为模板转录而来
D．②中有的区域有碱基配对，有的区域没有
解析①为DNA分子，遗传信息位于DNA分子上，反密码子位于tRNA上，A正确；②为tRNA，一种氨基酸可以由一种或几种tRNA转运，B错误；②是以①DNA的一条链为模板转录而来的，C正确；②呈三叶草型，有的区域有碱基配对，有的区域没有，D正确。

答案 B
9．如图为人体细胞中合成蛋白质的示意图，下列相关说法错误的是( )
A．一个mRNA结合多个核糖体可缩短每条肽链合成的时间
B．该过程的模板是①mRNA，原料是氨基酸
C．②③④⑤的最终结构均相同
D．⑥的合成与核仁有关
解析一个mRNA结合多个核糖体并不改变每条肽链合成的时间；因为形成②③④⑤的模板相同，所以它们的最终结构相同。

答案 A
10．在基因控制蛋白质合成的过程中，不会发生的是( )
A．基因的空间结构改变
B．DNA聚合酶的催化
C ．消耗四种核糖核苷酸
D ．tRNA 识别并转运氨基酸
解析 基因控制蛋白质合成过程包括转录、翻译两个阶段，转录过程中DNA 会发生解旋，基因空间结构发生改变；转录所需的酶为RNA 聚合酶；转录所需原料为四种核糖核苷酸；翻译过程需要tRNA 识别并转运氨基酸。

答案 B
11．遗传信息的传递过程如图所示，其中①～④表示四种不同的物质。

下列叙述错误的是( )
A ．①复制时，2条链均可作为模板链
B ．形成②时，需沿整条DNA 长链进行
C ．密码子CUU 编码③所携带的氨基酸
D ．②上可同时结合多个核糖体形成多条④
解析 图中①～④依次表示DNA 、mRNA 、tRNA 和肽链。

形成②即转录时，不需沿整条DNA 长链进行，因为转录的单位是基因。

答案 B
12．若DNA 分子的某个基因含240个脱氧核苷酸和80个鸟嘌呤，则该片段转录成的mRNA 含有的尿嘧啶最多有( )
A ．20个
B ．40个
C ．60个
D ．80个
解析 在DNA 分子中，因为G ＝80个，所以G ＋C ＝160(个)，A ＋T ＝240－160＝80(个)，则A ＝T ＝40个，当A 全部位于模板链中时，mRNA 中含有的尿嘧啶最多，此时转录形成的mRNA 中U ＝40个。

答案 B
13．由n 个碱基组成的基因，控制合成由1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 ．na 6
B ．na 3－18(n 3
－1)
C ．na －18(n －1)
D ．na 6－18(n 6
－1) 解析 基因中n 个碱基控制合成的氨基酸最多n/6个，n/6个氨基酸形成一条链，脱去水分子(n/6－1)个，所以由该肽链组成的蛋白质最大相对分子质量为n/6×a－(n/6－
1)×18。

答案 D
14．下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)在图中方框内用“→”或“←”标出转录的方向。

(2)b 与c 在结构组成上相同的化学基团为__________，不同的基团为____________。

(3)a 为启动上述过程必需的有机物，其名称为____________，化学本质是__________。

(4)在根尖细胞中，上述过程发生在______和________中。

解析 (1)从图中可知d 是已与模板链分离的RNA 片段，因此转录方向应向左。

(2)b 是DNA 上的胞嘧啶脱氧核苷酸，c 是RNA 上的胞嘧啶核糖核苷酸，两者相同的成分是磷酸基、碱基；不同的成分是五碳糖，前者为脱氧核糖，后者为核糖。

(3)转录的启动需要RNA 聚合酶，其化学本质是蛋白质。

(4)根尖细胞中无叶绿体，只有细胞核与线粒体中能发生转录。

答案 (1)←
(2)磷酸基、碱基 五碳糖(b 为脱氧核糖，c 为核糖)
(3)RNA 聚合酶 蛋白质
(4)细胞核 线粒体
15．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。

(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
解析(1)图中所示过程为发生于核糖体中的“翻译”，4的名称为核糖体，翻译的模板是mRNA。

(2)由mRNA上的UGGGCUAAAGCG碱基序列，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，可推知[1]上携带的氨基酸为丙氨酸。

答案(1)翻译核糖体3或mRNA
(2)ACCCGATTTCGC
(3)tRNA 丙氨酸
16．图①～③分别表示人体细胞中发生的3种生物大分子的合成过程。

请回答下列问题：
(1)细胞中过程②发生的主要场所是____________。

(2)已知过程②的α链中鸟嘌呤与尿嘧啶之和占碱基总数的54%，α链及其模板链对应区段的碱基中鸟嘌呤分别占29%、19%，则与α链对应的DNA区段中腺嘌呤所占的碱基比例为________。

(3)由于基因中一个碱基对发生替换，而导致过程③合成的肽链中第8位氨基酸由异亮氨酸(密码子有AUU、AUC、AUA)变成苏氨酸(密码子有ACU、ACC、ACA、ACG)，则该基因的这个碱基对替换情况是__________________。

(4)在人体内成熟红细胞、神经细胞、卵原细胞、卵细胞，能发生过程②③而不能发生过程①的细胞是________。

(5)人体不同组织细胞的相同DNA进行过程②时启用的起始点________(在“都相同”、“都不同”、“不完全相同”中选择)，其原因是____________________________。

解析本题主要考查生物大分子的合成过程，注意区分DNA分子复制和DNA分子转录过程所用模板链。

(1)过程②以DNA分子的一条链为模板合成的α链为RNA链，该过程为转录，
其发生的主要场所是细胞核。

(2)α链及其模板链对应区段的碱基中G分别占29%、19%，则α链中G＋C占48%，则α链对应的DNA区段中G＋C占48%，A＋T占52%，A＝T＝26%。

(3)根据题干中信息可以推知，mRNA上相应碱基的变化是U→C，则该基因的这个碱基对的替换情况是A//T替换成G//C。

(4)过程①②③分别为DNA复制、转录和翻译。

在人体内，成熟红细胞没有细胞核和任何细胞器，不能发生过程①②③。

卵原细胞可分裂，因此可以进行过程①②③。

神经细胞和卵细胞是高度分化的细胞，不能进行增殖，可以进行蛋白质合成，能发生过程②③而不能发生过程①。

(5)转录是以基因为单位的，由于不同组织细胞中基因的选择性表达，不同细胞表达的基因不完全相同，因此人体不同组织细胞的相同DNA进行转录的起始点不完全相同。

答案(1)细胞核(2)26% (3)T//A替换为C//G(A//T替换为G//C) (4)神经细胞和卵细胞 (5)不完全相同不同组织细胞中基因进行选择性表达。