資源簡介

(共39張PPT)
第4章　基因的表達
新知一　遺傳信息的轉錄
1.RNA的組成及分類。
結合教材中的“核糖和脫氧核糖的結構模式圖”“DNA
與RNA在化學組成上的區別”圖和“三種主要的RNA示意圖”,閱讀RNA的相關內容,闡明RNA的種類和功能,比較其與DNA的不同。
(1)基本單位及組成
核糖核苷酸
核糖
鳥嘌呤
尿嘧啶
單鏈
信使RNA
蛋白質合成的直接模板
轉運RNA
運載氨基酸
核糖體RNA
核糖體的組成成分
比較項目 DNA RNA
組
成
單
位 基本組成
單位不同 ____________ ____________
五碳糖不同 _________ ______
堿基不同 特有的是______
_________ 特有的是______
________
結構不同 ___________ 一般為_____,能通過核孔
脫氧核苷酸
核糖核苷酸
脫氧核糖
核糖
胸腺嘧啶（或T）
尿嘧啶（或U）
雙螺旋結構
細胞核
一條鏈
核糖核苷酸
RNA
堿基
堿基互補配對
一條鏈
核糖核苷酸
氫鍵
RNA聚合酶
mRNA分子
DNA鏈
雙螺旋
新知二　遺傳信息的翻譯
核糖體
mRNA
氨基酸
蛋白質
核糖體
tRNA
mRNA
終止密碼子
核糖體與mRNA的復合物
新知三　中心法則
DNA
蛋白質
發展內容 信息流動 舉例
RNA自我復制 遺傳信息從____流向____ 煙草花葉病毒
RNA逆轉錄合成DNA 遺傳信息從____流向____ HIV
RNA
逆轉錄
探究一　遺傳信息的轉錄
(1)在圖中方框內用“→”或“←”標出轉錄的方向。
合作探究
(2)a為啟動上述過程必需的有機物,其名稱是什么
提示:RNA聚合酶。
(3)b和c的名稱分別是什么
提示:b是胞嘧啶脫氧核苷酸,c是胞嘧啶核糖核苷酸。
(4)在根尖細胞中,上述過程發生的場所在哪里
提示:細胞核,線粒體。
(5)若d中A占35%,U占19%,則d對應的DNA分子片段中T和C分別占多少
提示:d是以DNA的一條鏈為模板轉錄來的,若d中A=35%,U=19%,A+U=54%,則對應的DNA分子片段中A+T=54%,G+C=46%,故A=T=27%,G=C=23%。
比較項目 模板 原料 能量 酶 產物
DNA復制 DNA的兩條鏈 脫氧核苷酸 ATP 解旋酶、DNA聚合酶 DNA
轉錄 DNA的一條鏈 核糖核苷酸 ATP RNA聚合酶 RNA
點撥提升
【例1】下列有關DNA和RNA的敘述,正確的是(　　)
A.由DNA轉錄形成的RNA的相對分子質量是該DNA
的一半
B.通過DNA轉錄形成的RNA分子中沒有堿基對存在
C.DNA和RNA的堿基組成不完全相同
D.tRNA和rRNA不是由DNA轉錄形成的產物
典例研析
解析:一個DNA分子有多個基因,而遺傳信息的轉錄以基因為單位,因此由DNA轉錄形成的RNA的相對分子質量遠小于該DNA的一半,A項錯誤;RNA有rRNA、tRNA、mRNA三大類,tRNA分子中存在堿基對,B項錯誤;DNA和RNA均有堿基A、G、C,另外DNA具有特有堿基T,RNA具有特有堿基U,C項正確;rRNA、tRNA、mRNA均是由DNA轉錄形成的產物,D項錯誤。
答案:C
【例2】下圖表示在人體細胞核中進行的某一生理過程,下列說法正確的是(　　)
A.該過程共涉及5種核苷酸
B.在不同組織細胞中該過程的產物相同
C.該過程需要DNA聚合酶
D.該過程涉及堿基互補配對和ATP的消耗
解析:從原料看出該過程為轉錄。該過程涉及的核苷酸為4種脫氧核苷酸、4種核糖核苷酸;不同組織細胞中轉錄的mRNA不同;該過程不需要DNA聚合酶,而需要RNA聚合酶;該過程涉及堿基互補配對和ATP的消耗。
答案:D
探究二　遺傳信息的翻譯
1.下圖是基因控制蛋白質合成的示意圖,請據圖回答下列問題。
(1)轉錄出③的模板是什么 該模板的相應區段的堿基序列是什么
提示: DNA的一條鏈;—TAGCGAAGAAAG—。
合作探究
(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(①);它一端有反密碼子,能識別mRNA上的密碼子,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,結合上圖推測其作用機理。
提示:1個mRNA分子上可以相繼結合多個核糖體,同時進行多條肽鏈的合成。
2.假設編碼亮氨酸的密碼子CUA中的一個堿基發生了改變,可能的變化是第1個堿基C變成了U、A或G;或第 2個堿基U變成了C、A或G;或第3個堿基A變成了U、C或G。請分析：在這9種可能的變化中,哪幾種變化確實引起了氨基酸的變化 通過這個實例,你認為密碼子的簡并性對生物體的生存發展有什么意義
提示:可以將變化后的密碼子分別寫出,然后查密碼子表,看看變化了的密碼子分別對應哪種氨基酸。這個實例說明密碼子的簡并性在一定程度上能防止由于堿基的改變而導致的遺傳信息的改變。
(1)密碼子和反密碼子的比較。
比較項目 密碼子 反密碼子
位置 mRNA tRNA
作用 直接決定蛋白質中氨基酸的序列 識別密碼子,轉運氨基酸
特點 與DNA模板鏈上的堿基互補 與mRNA中密碼子的堿基互補
點撥提升
(2)氨基酸、密碼子和反密碼子的對應關系。
①每種氨基酸對應一種或幾種密碼子(密碼子的簡并性),可由一種或幾種tRNA轉運。
②一種密碼子只能決定一種氨基酸,一種tRNA只能轉運一種氨基酸。
③氨基酸、密碼子和反密碼子的對應關系圖
④密碼子有64種(一般情況下3種終止密碼子不決定氨基酸,特殊情況下UGA可以編碼硒代半胱氨酸;一般情況下決定氨基酸的密碼子有61種),一般情況下反密碼子理論上有61種。不同生物共用一套遺傳密碼。
【例3】用體外實驗的方法可合成多肽鏈。已知苯丙氨酸的密碼子是UUU,若要在體外合成同位素標記的多肽鏈,所需的材料組合是 (　　)
①同位素標記的tRNA?、诘鞍踪|合成所需的酶　
③同位素標記的苯丙氨酸?、苋斯ず铣傻亩嗑勰蜞奏ず塑账帷、莩チ薉NA和mRNA的細胞裂解液
A.①②④　　　　　　B.②③④
C.③④⑤ D.①③⑤
典例研析
解析:在體外合成同位素標記的多肽鏈,需要有翻譯合成該多肽鏈的模板——mRNA,人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸是合成mRNA所需要的原料;還需要有合成該多肽鏈的原料——同位素標記的氨基酸(苯丙氨酸)。此外,合成該多肽鏈還需要核糖體、相關酶以及能量等,可由除去了DNA和mRNA的細胞裂解液提供。
答案:C
【例4】(2024·廣東一模)圖1和圖2表示某些生物體內的物質合成過程示意圖,對此分析正確的是(　　)
圖1 圖2
A.圖中甲和丙表示mRNA,乙和丁表示核糖體
B.乙和丁的移動方向均是從右向左
C.圖1形成的多肽鏈的氨基酸排列順序各不相同
D.圖1和圖2所示過程使得少量的mRNA分子可以迅速合成
大量的蛋白質
解析:題圖1中甲表示mRNA,乙表示核糖體,圖2中丙表示DNA單鏈,丁表示RNA聚合酶,A項錯誤;乙移動方向是從左向右,丁的移動方向是從右向左,B項錯誤;圖1過程合成的多肽鏈以同一條mRNA為模板,氨基酸排列順序相同,C項錯誤;圖1和圖2所示過程中,一條mRNA上同時結合多個核糖體進行翻譯,這使得少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白質,D項正確。
答案:D
探究三　中心法則
下圖是生物體內遺傳信息的傳遞和表達過程,請分析并回答下列問題。
(1)正常細胞中能發生的過程是哪些
提示:①②③。
(2)請用圖解寫出HIV的遺傳信息傳遞與表達的途徑。
提示:
合作探究
(3)下圖為一組模擬實驗,假設實驗能正常進行且五支試管中都有產物生成,請將此圖解中A~E試管所模擬的過程與上圖①~⑤過程對應起來。

A B C D E
提示:A—①;B—②;C—⑤;D—④;E—③。
中心法則與基因表達的關系
點撥提升
【例5】某種RNA病毒在增殖過程中,其遺傳物質需要經過某種轉變后整合到真核宿主細胞的基因組中。物質Y與脫氧核苷酸結構相似,可抑制該病毒的增殖,但不抑制宿主細胞的增殖,那么Y抑制該病毒增殖的機制是(　　)
A.抑制該病毒RNA的轉錄過程
B.抑制該病毒的逆轉錄過程
C.抑制該病毒蛋白質的翻譯過程
D.抑制該病毒RNA的自我復制過程
合作探究
解析:逆轉錄病毒遺傳信息的傳遞沒有RNA轉錄和RNA的自我復制過程,其RNA經過逆轉錄合成DNA,整合到宿主細胞的基因組后,隨宿主細胞DNA的復制而復制,并通過轉錄、翻譯過程合成新的病毒。逆轉錄過程是該病毒遺傳信息傳遞特有的過程,物質Y可抑制該病毒的增殖,但不抑制宿主細胞的增殖,因此是抑制了該病毒的逆轉錄過程。
答案:B
【情境遷移】
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”。
(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。
【例6】下圖為中心法則示意圖,相關敘述錯誤的是(　　)
A.③過程不能發生在細胞核中
B.①④的堿基配對方式不完全相同
C.⑤過程可發生在HIV侵染宿主細胞時
D.②③過程所需的原料分別是核糖核苷酸和氨基酸
答案：C
課堂建構第4章　基因的表達
第1節　基因指導蛋白質的合成
第1課時　基因指導蛋白質的合成
（一）基礎鞏固　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.下圖為真核細胞中多聚核糖體合成蛋白質的示意圖,下列敘述錯誤的是 (　　)
A.①只有與⑥結合后才能發揮它的作用
B.①在真核細胞中合成的場所只有細胞核
C.①上的一個密碼子最多決定一種氨基酸
D.初始合成產物②③④⑤的氨基酸序列相同
解析:①為mRNA,⑥為核糖體,mRNA只有與核糖體結合后才能進行翻譯,A項正確;①所示的mRNA是轉錄的產物,在真核細胞中合成mRNA的場所有細胞核、線粒體、葉綠體,B項錯誤;密碼子位于①所示的mRNA上,一個密碼子最多決定一種氨基酸,C項正確;②③④⑤都是正在合成的肽鏈,合成這些肽鏈的模板相同,都是①所示的mRNA,所以初始合成產物②③④⑤的氨基酸序列相同,D項正確。
答案:B
2.某轉運RNA的反密碼子為CAU,它所轉運的氨基酸是(　　)
A.纈氨酸(GUA) B.組氨酸(CAU)
C.酪氨酸(UAC) D.甲硫氨酸(AUG)
答案:A
3.甲(—A—T—G—G—)是一段單鏈核DNA片段,乙是該片段的轉錄產物,丙(A—P~P~P)是轉錄過程中所需的一種物質。下列敘述正確的是(　　)
A.甲、乙、丙的組成成分中均有核糖
B.甲在DNA酶的作用下水解,產物中有丙
C.甲、乙共有1種五碳糖、5種堿基、6種核苷酸
D.甲及其互補鏈復制后的子代DNA可分別位于兩條姐妹染色單體上
解析:乙、丙的組成成分中均有核糖,甲中含有脫氧核糖,A項錯誤;甲在DNA酶的作用下水解,產物為脫氧核苷酸,沒有丙,B項錯誤;甲、乙共有2種五碳糖,5種堿基(A、T、C、G、U),6種核苷酸(3種脫氧核苷酸、3種核糖核苷酸),C項錯誤;甲及其互補鏈復制后的子代DNA可分別位于兩條姐妹染色單體上,D項正確。
答案:D
4.四環素、鏈霉素、氯霉素、紅霉素等抗生素能抑制細菌的生長,它們有的能干擾細菌核糖體的形成,有的能阻止tRNA與mRNA結合,這些抗生素阻斷了(　　)
A.翻譯過程　　　　　 　B.DNA復制過程
C.轉錄過程 D.染色體活動
解析:由題意知,抗生素干擾核糖體形成,由于核糖體是翻譯的場所,因此抗生素會干擾翻譯過程;翻譯過程中tRNA的一端攜帶氨基酸,另一端有反密碼子,可以與 mRNA上的密碼子進行互補配對,如果抗生素阻止tRNA與mRNA結合,則會影響翻譯過程的進行。
答案:A
5.(2023·深圳高三第一次調研)細菌內一條mRNA可能含有多個AUG密碼子,僅起始密碼子AUG上游有一段SD序列,該序列能與rRNA互補結合。下列敘述正確的是(　　)
A.SD序列很可能與轉錄過程的起始有關
B.SD序列突變以后產生的多肽鏈會變長
C.mRNA中含有的多個AUG并不是都作為起始密碼子
D.一條mRNA結合多個核糖體就表明有多個SD序列
解析:SD堿基序列可使翻譯能準確地從起始密碼子開始,推測SD序列很可能與翻譯過程的起始有關,A項錯誤;SD序列突變后,不會啟動翻譯過程,因此不會產生肽鏈,B項錯誤;由題意“細菌內一條mRNA可能含有多個AUG密碼子,僅起始密碼子AUG上游有一段SD序列,該序列能與rRNA互補結合”可知,僅起始密碼子AUG上游有一段SD序列可以作為起始密碼子,因此mRNA中含有的多個AUG并不是都作為起始密碼子,C項正確;一條mRNA結合多個核糖體,多個核糖體可能是從一個位點結合的,并不能表明一條mRNA上有多個SD序列,D項錯誤。
答案:C
6.某條多肽鏈含n個肽鍵,則其合成過程中對應的mRNA及基因中堿基數至少為(　　)
A.3n、6n B.3n、3n C.3(n+1)、6n D.3(n+1)、6(n+1)
解析:在轉錄和翻譯過程中,基因中堿基數∶mRNA上堿基數∶氨基酸數=6∶3∶1。若某條多肽鏈含n個肽鍵,則有(n+1)個氨基酸,控制合成該多肽鏈的mRNA及基因中至少含有的堿基數為3(n+1)、6(n+1)。
答案:D
7.下圖中①、②、③分別表示細胞中3種生物大分子的合成過程。請回答下列問題。
(1)在人體內,圖①過程發生的主要場所是　　　　　,圖②過程是在　　　　　酶的作用下,將核糖核苷酸連接在一起形成α鏈。
(2)細胞內酶的合成　　　　(填“一定”或“不一定”)需要經過圖③過程。若要過程③中合成的肽鏈中亮氨酸(密碼子為UUA、UUG、CUU、CUC、CUA、CUG)轉變成色氨酸(密碼子為UGG),可以通過改變DNA模板鏈上的一個堿基來實現,即　 　。
(3)假設轉錄形成α鏈的基因中有一個堿基對發生了替換,導致該基因編碼的肽鏈中氨基酸數目減少,其原因可能是基因中堿基對的替換導致 　。
(4)在整個生物界中,遺傳信息的傳遞途徑除了①②③外,還包
括　 　兩條途徑。
解析:(1)圖①表示DNA復制,在人體細胞中主要發生在細胞核中。圖②表示轉錄,需要RNA聚合酶的參與。(2)絕大多數酶的本質是蛋白質,少數酶的本質為RNA,圖③表示翻譯過程,故細胞內酶的合成不一定需要經過圖③過程。當亮氨酸的密碼子為UUG時,對應模板鏈堿基序列為AAC,當第二個堿基A變為C時,此序列對應的密碼子變為UGG,編碼色氨酸。(3)基因中一個堿基對的替換可能會導致終止密碼子提前出現,翻譯提前終止,這會使該基因編碼的肽鏈中氨基酸數目減少。(4)根據中心法則,在整個生物界中,遺傳信息的傳遞途徑除了①②③外,還包括RNA的逆轉錄和RNA的復制兩條途徑。
答案:(1)細胞核　RNA聚合　(2)不一定　A變為C　(3)終止密碼子提前出現,翻譯提前終止　(4)RNA的逆轉錄和RNA的復制
(二)拓展提高
8.下圖所示為某生物細胞內正在進行的生理過程,下列有關敘述錯誤的是 (　　)
A.大腸桿菌、酵母菌中都可發生如圖所示的過程
B.圖中方框內含有6種核苷酸
C.③沿著④的移動方向為從b到a
D.①→④和④→②過程中堿基互補配對情況不完全相同
解析:圖中是邊轉錄邊翻譯的過程,只能發生在原核生物中,不能發生在酵母菌等真核生物體內,A項錯誤;圖中①表示DNA,④表示mRNA,并且方框中只含有A、C、G 3種堿基,因此DNA鏈中含有3種脫氧核苷酸,RNA鏈中含有3種核糖核苷酸,即一共有6種核苷酸,B項正確;從b到a的方向肽鏈逐漸延長,因此③核糖體沿著④mRNA的移動方向為從b到a,C項正確;①→④表示轉錄過程,④→②表示翻譯過程,兩個過程中堿基互補配對情況不完全相同,D項正確。
答案:A
9.(2024·廣東開學測)透明質酸是由N─乙酰氨基葡萄糖和葡萄糖醛酸為雙糖單位(如下圖所示)聚合而成的一種多糖,是細胞外基質的主要成分,這種結構使其具有極強的保水作用。透明質酸的更新是對抗皮膚衰老的關鍵。下列敘述正確的是(　　)
A.透明質酸和脂肪、糖原具有相同的元素組成
B.暫緩皮膚衰老可能與透明質酸可以清除氧自由基有關
C.透明質酸合成酶基因以其兩條鏈為轉錄模板鏈
D.抑制透明質酸的合成可以提高皮膚滋潤度
解析:由題圖可知,透明質酸主要含有碳、氫、氧、氮4種元素,而脂肪和糖原含有碳、氫、氧3種元素,A項錯誤;由題意可知,透明質酸的更新是對抗皮膚衰老的關鍵,因此暫緩皮膚衰老可能與透明質酸可以清除氧自由基有關,B項正確;透明質酸合成酶基因的轉錄是以基因的一條鏈為模板進行的,C項錯誤;由題意可知,透明質酸是細胞外基質的主要成分,具有極強的保水作用,因此抑制透明質酸的合成可以降低皮膚滋潤度,D項錯誤。
答案:B
10.圖甲為細胞內某些重要化合物的合成過程,圖乙為中心法則。據圖回答有關問題。
甲 乙
(1)圖甲所示過程為圖乙中的　　　　(填數字),發生在　　　　(填“真核”或“原核”)生物中。
(2)圖乙中2過程的發生需要的酶是　　　　　　,此時DNA—RNA雜交區域中與A配對的堿基為　　　　。
(3)人的神經細胞中能發生圖乙中的　　　　(填數字)過程。
(4)人類某基因經圖乙2過程產生的RNA全長有4 500個堿基,而翻譯成的蛋白質是由107個氨基酸組成的,這是因為 　。
解析:(1)圖甲所示的過程表示轉錄和翻譯同時進行,圖乙中的2是轉錄,5是翻譯;因為原核生物沒有核膜,所以轉錄和翻譯可以同時進行。(2)圖乙中的2是轉錄,需要RNA聚合酶,此時DNA-RNA雜交區域中與A配對的堿基是U和T。(3)人的神經細胞屬于高度分化的細胞,只能發生2轉錄和5翻譯。(4)轉錄得到的RNA全長有4 500個堿基,理論上對應1 500個氨基酸,現在只有107個,說明轉錄產生的RNA需要通過加工修飾后才能進行翻譯。
答案:(1)2、5　原核　(2)RNA聚合酶　U、T (3)2、5　(4)轉錄產生的RNA要經過加工修飾后才能進行翻譯
第2課時　基因表達的過程解讀及應用
題型一　轉錄、翻譯過程中有關圖形解讀
【典例1】下圖為蛋白質的合成過程示意圖,請據圖回答有關問題。
甲 乙
(1)圖甲中發生在細胞核中的過程是　　　　。
(2)圖甲中基因表達的最后一個階段是在[　]　　　　中完成的,這一過程中還需要mRNA、tRNA、氨基酸、　　　　和　　　　。
(3)圖甲中③稱為　　　　,在蛋白質合成過程中將多肽鏈中氨基酸種類與mRNA上的遺傳信息聯系起來的物質是　　　　。
(4)圖乙為該細胞中多聚核糖體合成多肽鏈的過程。對此過程的理解錯誤的是(　　)
A.X在MN上的移動方向是從左到右,所用原料是氨基酸
B.多聚核糖體能夠加速細胞內蛋白質合成速率的原因是同時合成多條多
肽鏈
C.該過程直接合成的T1、T2、T3三條多肽鏈中氨基酸的順序相同
D.合成MN的場所在細胞核,而X一定附著在內質網上
解析:首先要識別該細胞為真核細胞,因為有核膜;其次要清楚圖中數字和字母的含義;圖甲中的①為RNA聚合酶,②為mRNA,③為密碼子,④為氨基酸,⑤為核糖體;圖乙中MN為mRNA,X為核糖體,T1、T2、T3為三條肽鏈。
(1)細胞核中DNA分子正在進行轉錄。(2)基因表達的最后一個階段是在核糖體中完成的,這一過程稱為翻譯,翻譯需要mRNA、氨基酸、ATP、tRNA和酶。(3)由于tRNA一端含有反密碼子,另一端攜帶相應的氨基酸,所以tRNA是將多肽鏈中氨基酸種類與mRNA上的遺傳信息聯系起來的物質。(4)圖乙表明,多聚核糖體是以mRNA為模板,以游離的氨基酸為原料合成蛋白質的,根據肽鏈的長短可以判斷,X在MN上是從左向右移動的;由題圖可看出,同時有多條肽鏈在合成,能夠加速蛋白質的合成速率;由于T1、T2、T3的模板相同,都是MN,因此其上氨基酸順序也相同;mRNA的合成場所是細胞核,而核糖體既可附著在內質網上,也可游離在細胞質中。
答案:(1)轉錄　(2)⑤　核糖體　酶　ATP (3)密碼子　tRNA　(4)D
【方法規律】
mRNA與核糖體數量、翻譯速度的關系
(1)數量關系:一個mRNA分子上可以相繼結合多個核糖體。
(2)目的、意義:少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白質。
(3)方向:從左向右(如圖所示),判斷依據是肽鏈的長短,肽鏈長的翻譯在前。
(4)結果:合成的僅是多肽鏈,需要運送至內質網、高爾基體等結構中進一步加工。
(5)因為模板mRNA相同,所以圖中4個核糖體合成了4條相同的肽鏈,而不是4個核糖體共同合成1條肽鏈,也不是合成4條不同的肽鏈。
遷移應用
1.下圖表示人體細胞內兩類物質的合成過程,結合所學知識回答下列相關問題。
A B
(1)圖A中生理過程發生的主要場所是　　　　　　,以　　　　作為單位進行,甲、乙代表的物質是　　　　。
(2)圖B中若多肽鏈為前胰島素原(胰島素的前體物質),則其合成后的去向是　　　　(場所)。
(3)RNA除了具有圖B所示生理功能外,還具有的功能是________________ (寫出一項即可)。
(4)四環素等抗生素能夠抑制細菌的生長,原因之一是干擾了細菌核糖體的形成,從而阻礙了圖　　　　(填“A”或“B”)中所示的生理過程。
解析:(1)圖A表示轉錄過程,甲、乙代表的是RNA聚合酶,發生的主要場所是細胞核,轉錄是以基因作為單位進行的。(2)前胰島素原(胰島素的前體物質)合成后要去內質網進行加工。(3)RNA除了傳遞遺傳信息外,還可以作為酶起催化作用,或者作為RNA病毒的遺傳物質。(4)四環素等抗生素能夠抑制細菌的生長,原因之一是干擾了細菌核糖體的形成,從而阻礙了翻譯過程,即圖B中所示的生理過程。
答案:(1)細胞核　基因　RNA聚合酶　(2)內質網 (3)作為酶催化化學反應(或作為遺傳物質)　(4)B
題型二　遺傳信息、密碼子和反密碼子的比較
【典例2】細胞內有些反密碼子含堿基次黃嘌呤(I)。含I的反密碼子存在如圖所示的配對方式(Gly表示甘氨酸)。下列說法錯誤的是(　　)
A.該圖反映了密碼子的簡并性
B.一種反密碼子可以識別不同的密碼子
C.密碼子與反密碼子的堿基之間通過氫鍵連接
D.密碼子與反密碼子空間結構的不同造成其功能不同
解析:密碼子有簡并性,一個密碼子只能編碼一種氨基酸,但一種氨基酸可由一種或多種密碼子編碼,A項正確;由圖示分析可知,I與U、C、A均能配對,因此含I的反密碼子可以識別多種不同的密碼子,B項正確;密碼子與反密碼子的堿基之間通過互補配對,然后通過氫鍵連接結合,C項正確;密碼子決定氨基酸序列,反密碼子決定氨基酸的位置,因此密碼子與反密碼子的空間結構是相同的,但其功能不同,D項錯誤。
答案:D
【方法規律】
遺傳信息、密碼子和反密碼子的比較
(1)區別。
比較項目 遺傳信息 密碼子 反密碼子
存在位置 DNA mRNA tRNA
概念 基因中脫氧核苷酸的排列順序 mRNA中決定一個氨基酸的3個相鄰堿基 tRNA中與mRNA密碼子互補配對的3個堿基
作用 控制生物的遺傳性狀 直接決定蛋白質中的氨基酸序列 識別密碼子,轉運氨基酸
種類 基因中脫氧核苷酸種類、數目和排列順序的不同,決定了遺傳信息的多樣性 共64種。其中61種能翻譯出氨基酸,3種終止密碼子不能翻譯出氨基酸。但在特殊情況下,終止密碼子UGA可以編碼氨基酸 一般情況下為61種(tRNA也為61種),特殊情況下為62種
(2)聯系。
①遺傳信息是基因中脫氧核苷酸的排列順序,通過轉錄,使遺傳信息傳遞到mRNA的核糖核苷酸的排列順序上。
②mRNA的密碼子直接控制蛋白質分子中氨基酸的排列順序,反密碼子則起到翻譯的作用。
(3)對應關系。
①基因中脫氧核苷酸的序列決定mRNA中核糖核苷酸的序列。
②mRNA中的堿基序列與基因模板鏈中的堿基序列互補。
③密碼子與相應反密碼子的序列互補配對。
遷移應用
2.下圖中①和②表示藍細菌細胞內進行的生理過程。相關敘述正確的是 (　　)
A.①過程的模板是b鏈,場所是細胞核
B.②過程的直接模板是c鏈,場所是核糖體
C.①②過程可以同時進行,所需能量由線粒體提供
D.決定氨基酸的密碼子有64個,酪氨酸的密碼子是AUG
解析:根據堿基互補配對原則可知,①過程的模板是b鏈,由于藍細菌是原核生物,沒有細胞核,所以該過程發生在擬核中,A項錯誤;②過程是翻譯,發生在核糖體上,模板是mRNA,即圖中的c鏈,B項正確;藍細菌是原核生物,沒有線粒體,C項錯誤;由于終止密碼子不能決定氨基酸,所以決定氨基酸的密碼子少于64個,圖中酪氨酸的密碼子是UAC,D項錯誤。
答案:B
題型三　基因表達中相關數量計算規律
【典例3】已知一個蛋白質分子由2條多肽鏈組成,連接蛋白質分子中氨基酸的肽鍵共有198個,翻譯成這個蛋白質分子的mRNA中A和G共有200個,則轉錄成mRNA的DNA分子中,最少應有C和T (　　)
A.400個　 　B.200個　 　C.600個　 　D.800個
解析:一個蛋白質分子由2條多肽鏈組成,連接蛋白質分子中氨基酸的肽鍵共有198個,可得出該蛋白質存在200個氨基酸,進一步可推出mRNA的堿基數量最少為600個,其中A+G=200(個),U+C=400(個),則可推出轉錄成mRNA的DNA分子中,一條鏈中C+T=200(個),另一條鏈中C+T=400(個),所以可得出轉錄成mRNA的DNA分子中,最少應有C和T共600個。
答案:C
【方法規律】
(1)DNA(基因)、mRNA上堿基數目與氨基酸數目之間的關系。
在蛋白質的合成過程中,是以DNA(基因)的兩條鏈中的一條為模板,合成一條mRNA單鏈,因此,DNA中的堿基數目是mRNA中的堿基數目的兩倍;在翻譯時,mRNA上每3個堿基決定一個氨基酸,彼此間的數目關系一般可表示為下圖:
綜上可知,蛋白質中氨基酸數目= mRNA上堿基數目= DNA(或基因)上堿基數目。
(2)計算中“最多”和“最少”的分析。
①翻譯時,mRNA上的終止密碼子不決定氨基酸,因此,mRNA上的堿基數目比蛋白質中氨基酸數目的3倍還要多一些。
②基因或DNA上的堿基數目比對應的蛋白質中氨基酸數目的6倍還要多一些。
③在回答有關問題時,應加上“最多”或“最少”等字。
遷移應用
3.一段原核生物的mRNA通過翻譯可合成一條含有11個肽鍵的多肽,則此mRNA分子至少含有的堿基個數及合成這段多肽需要的tRNA個數依次為　　 (　　)
A.33、11　 　B.36、12　 　C.12、36　 　D.11、36
解析:據題意可知,該多肽的氨基酸數=肽鍵數+肽鏈數=11+1=12(個),氨基酸通過tRNA的運輸進入核糖體,翻譯時需12個tRNA。mRNA中3個堿基決定一個氨基酸,則mRNA中至少含有的堿基數=氨基酸數×3=12×3=36(個)。
答案:B
4.一個mRNA分子中有m個堿基(不含終止密碼子),其中G+C有n個。由該mRNA翻譯合成的蛋白質有兩條肽鏈,則其模板DNA分子的A+T的數量、合成蛋白質時最多脫去的水分子數分別是(　　)
A.m、-1 B.m、-2
C.2(m-n)、-1 D.2(m-n)、-2
解析:由mRNA分子中有m個堿基且G+C=n(個)可知,此mRNA分子中A+U=(m-n)(個),控制其合成的DNA分子模板鏈中T+A=(m-n)(個),DNA分子中A+T=2(m-n)(個);由mRNA分子有m個堿基可知,合成的蛋白質最多含有個氨基酸,此蛋白質分子有兩條肽鏈,最多脫去的水分子數應為-2。
答案:D
題型四　中心法則的應用
【典例4】許多病毒會使人體患病,下圖是一種病毒的基本結構和該病毒進入細胞后復制繁殖的過程。據圖回答下列問題。
甲 乙
(1)圖甲病毒的主要成分是　　　　。
(2)分析圖乙,病毒在生命活動中的一個顯著特征是　　　　。
(3)圖乙中①表示的是　　　　過程,通過④過程形成的是　　　　的RNA。
(4)圖丙表示的是生物體內遺傳信息的傳遞過程,在遺傳學上稱為　　　　。請在圖乙的①~⑦中選擇恰當的序號填入圖丙中的括號內。
丙
解析:(1)病毒是無細胞結構的生物,由蛋白質和核酸組成。(2)病毒自身沒有能量供給和酶系統,不能獨立生活,只有寄生在活細胞內才能生存。(3)由圖乙信息可知,①表示由RNA合成DNA的逆轉錄過程,④過程是轉錄。逆轉錄形成雙鏈DNA進入宿主細胞的細胞核,整合到宿主細胞染色體DNA上,通過宿主細胞內DNA轉錄形成病毒RNA。(4)圖丙表示遺傳信息的傳遞過程,稱為中心法則,圖中由DNA形成RNA是轉錄過程,由RNA形成蛋白質是翻譯過程,分別對應圖乙中的④和⑥。
答案:(1)蛋白質、核酸　(2)寄生性　(3)逆轉錄　病毒 (4)中心法則　④　⑥
【方法規律】
不同生物的遺傳信息傳遞過程
甲 乙 丙
若甲、乙、丙分別代表三種生物的遺傳信息傳遞過程,則甲代表遺傳物
質為DNA的生物;乙代表RNA病毒,如煙草花葉病毒;丙為逆轉錄病毒,
如勞氏肉瘤病毒。
甲遺傳信息的傳遞可表示如下:
②乙遺傳信息的傳遞可表示如下:
③丙遺傳信息的傳遞可表示如下:
(2)圖中1、8為轉錄過程,2、5、9為翻譯過程,3、10為DNA復制過程,4、6為RNA復制過程,7為逆轉錄過程。
遷移應用
5.某病毒的遺傳物質是單鏈RNA(-RNA),宿主細胞內病毒的增殖過程如下圖所示,-RNA和+RNA的堿基序列是互補的。下列敘述正確的是(　　)
A.-RNA和+RNA均可與核糖體結合作為翻譯的模板
B.據圖推測,只有-RNA上有RNA聚合酶的結合位點
C.過程①所需的嘌呤數和過程③所需的嘧啶數相同
D.過程②需要的tRNA來自病毒,原料及場所都由宿主細胞提供
解析:由圖示可得,只有+RNA可與核糖體結合作為翻譯的模板,A項錯誤;圖中既能以-RNA為模板合成+RNA,也能以+RNA為模板合成-RNA,說明-RNA和+RNA均有RNA聚合酶的結合位點,B項錯誤;由于-RNA和+RNA的堿基是互補配對的,所以過程①所需嘌呤數與過程③所需嘧啶數相同,C項正確;②為翻譯過程,該過程需要的tRNA、原料及場所都由宿主細胞提供,D項錯誤。
答案:C
第2課時　基因表達的過程解讀及應用
（一）基礎鞏固
1.大多數生物翻譯的起始密碼子為AUG或GUG。在下圖所示的某mRNA部分堿基序列中,若下劃線“0”表示的是一個決定谷氨酸的密碼子,則該mRNA的起始密碼子可能是(　　)
A.1　　　 　B.2　 　　　C.3　　　 　D.4
解析:若起始密碼子為2或4,則根據三個相鄰堿基決定一個氨基酸,且密碼子連續、非重疊的閱讀特點,“0”不能表示一個氨基酸的密碼子;若起始密碼子為3,則“0”表示決定谷氨酸的密碼子。
答案:C
2.根據表中的已知條件,判斷蘇氨酸的密碼子是(　　)
DNA雙鏈 T
T G
mRNA
tRNA反密碼子 A
氨基酸 蘇氨酸
A.TGU B.UGA C.ACU D.UCU
解析:tRNA上的反密碼子與相應的密碼子堿基互補配對,根據tRNA反密碼子的最后一個堿基可知蘇氨酸的密碼子的最后一個堿基是U,且DNA的下面一條鏈為模板鏈;mRNA是以DNA的一條鏈為模板轉錄形成的,根據DNA模板鏈的堿基序列可知蘇氨酸的密碼子的前兩個堿基是AC,綜合以上分析可知蘇氨酸的密碼子是ACU。
答案:C
3.下圖是生物體內的中心法則示意圖,下列有關此圖的說法錯誤的是(　　)
A.大腸桿菌分裂時能發生解旋的過程是②③
B.一個DNA可轉錄出多個不同類型的RNA
C.勞氏肉瘤病毒在宿主細胞中能發生②③④⑤過程
D.T2噬菌體在宿主細胞中只能發生①②③過程
解析:大腸桿菌分裂時能發生解旋的過程是③DNA的復制過程和②轉錄過程,A項正確;一個DNA上含有多個基因,因此可轉錄出多個不同類型的RNA,B項正確;勞氏肉瘤病毒是一種逆轉錄病毒,其在宿主細胞中能發生①②③④過程,C項錯誤;T2噬菌體是DNA病毒,其在宿主細胞中只能發生①②③過程,D項正確。
答案:C
4.(2024·廣東湛江)棉花纖維由纖維細胞形成。蔗糖經膜蛋白SUT轉運進入纖維細胞后逐漸積累,在纖維細胞的加厚期被大量水解后參與纖維素的合成。研究人員用普通棉花品系培育了SUT表達水平高的品系F,檢測兩品系植株開花后纖維細胞中的蔗糖含量,結果如下圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.蔗糖在纖維細胞內合成再轉運到植物其他部位
B.曲線甲表示普通棉花纖維細胞中的蔗糖含量
C.提高SUT的表達水平會使纖維細胞加厚期提前
D.曲線乙下降的主要原因是蔗糖水解后參與細胞呼吸
解析:蔗糖在葉綠體外細胞中合成,通過篩管等的運輸,經膜蛋白SUT轉運進入纖維細胞,不是在纖維細胞中合成的,A項錯誤;品系F中的SUT表達水平提高,對蔗糖的運輸增強,分析曲線可知,曲線甲蔗糖含量的最高值大于曲線乙且上升的時間早于曲線乙,所以曲線甲應為品系F纖維細胞中的蔗糖含量,B項錯誤;曲線甲蔗糖含量下降的時間早于曲線乙,故提高SUT的表達水平會使纖維細胞加厚期提前,C項正確;由題干信息“蔗糖……在纖維細胞的加厚期被大量水解后參與纖維素的合成”可知,曲線乙下降的主要原因是蔗糖被水解后參與纖維素的合成,D項錯誤。
答案:C
5.大豆蛋白在人體內經消化道中酶的作用后,可形成小肽(短的肽鏈)。據此回答下列問題。
(1)在大豆細胞中,以mRNA為模板合成蛋白質時,除mRNA外還需要其他種類的核酸分子參與,它們是　　　　、　　　　。
(2)大豆細胞中大多數mRNA和RNA聚合酶從合成部位到執行功能部位需要經過核孔。就細胞核和細胞質這兩個部位來說,作為mRNA合成部位的是　 , 作為mRNA執行功能部位的是　　　　;作為RNA聚合酶合成部位的是　 , 作為RNA聚合酶執行功能部位的是　　　　。
(3)部分氨基酸的密碼子如表所示。若來自大豆的某小肽對應的編碼序列為UACGAACAUUGG,則該小肽的氨基酸序列是　　　　　　　　　　。若該小肽對應的DNA序列有3處堿基發生了替換,但小肽的氨基酸序列不變,則此時編碼小肽的RNA序列為　　　　　　　　　　　　。
氨基酸 色氨酸 谷氨酸 酪氨酸 組氨酸
密碼子 UGG GAA、 GAG UAC、 UAU CAU、 CAC
解析:(1)翻譯過程中除了需要mRNA外,還需要的核酸分子有組成核糖體的rRNA和運輸氨基酸的tRNA。(2)就細胞核和細胞質這兩個部位來說,mRNA是在細胞核內以DNA的一條鏈為模板合成的,合成后需進入細胞質翻譯出相應的蛋白質。RNA聚合酶的化學本質是蛋白質,在細胞質中合成后,進入細胞核用于合成RNA。(3)根據該小肽的編碼序列和對應的部分密碼子表可知,該小肽的氨基酸序列是酪氨酸-谷氨酸-組氨酸-色氨酸。由于谷氨酸、酪氨酸、組氨酸對應的密碼子各有兩種,故可知對應的DNA序列有3處堿基發生替換后,氨基酸序列不變,則形成的編碼序列為UAUGAGCACUGG。
答案:(1)rRNA　tRNA　(2)細胞核　細胞質(核糖體)　細胞質(核糖體)　細胞核　(3)酪氨酸-谷氨酸-組氨酸-色氨酸　UAUGAGCACUGG
(二)拓展提高
6.如圖為基因表達過程的示意圖,下列敘述正確的是(　　)
A.①是DNA,以其中的一條鏈作為轉錄的模板,此過程需要解旋酶和RNA聚合酶
B.②上有n個堿基,則新形成的肽鏈含有-1個肽鍵(不考慮終止密碼子)
C.③是核糖體,翻譯過程③將由3'向5'方向移動
D.④是tRNA,不同生物的細胞中,tRNA是相同的,能識別mRNA上的密碼子
解析:①是DNA,轉錄時以DNA的一條鏈為模板,該過程RNA聚合酶可起到解旋和催化子鏈合成的作用,故無須解旋酶,A項錯誤;翻譯時,若②mRNA上有n個堿基,由于mRNA上三個相鄰的堿基決定一種氨基酸構成一個密碼子,故指導合成的多肽中,氨基酸的個數為個,則合成的肽鏈中最多有肽鍵-1個,B項錯誤;③是核糖體,圖中④從核糖體上脫離下來,則翻譯的方向為由5'向3',C項錯誤;物質④是tRNA,tRNA上有反密碼子,可以識別mRNA上的密碼子,不同生物的細胞中,tRNA是相同的,D項正確。
答案:D
7.下圖表示RNA病毒M、N遺傳信息傳遞的部分過程,下列有關敘述正確的是(　　)
A.過程①②所需的酶相同
B.過程③④產物的堿基序列相同
C.病毒M的遺傳信息還能從DNA流向RNA
D.病毒N的遺傳信息不能從RNA流向蛋白質
解析:①為逆轉錄過程,該過程需要逆轉錄酶,②為DNA的復制過程,該過程需要DNA聚合酶,A項錯誤;過程③④產物的堿基序列互補,B項錯誤;從圖中看出病毒M繁殖過程中先形成DNA,遺傳信息表達過程中又從DNA流向RNA,C項正確;病毒N的遺傳信息也能控制蛋白質的合成,因此也能從RNA流向蛋白質,D項錯誤。
答案:C
8.目前發現的病毒主要有以下三種類型,它們的遺傳信息的傳遞方式分別用下圖表示。據圖回答下列問題。
甲 乙 丙
(1)MERS的全稱是中東呼吸綜合征,MERS病毒是一種新型的冠狀病毒。以正義單鏈RNA作為遺傳物質,即遺傳物質能直接進行翻譯。
①MERS病毒屬于　　　　種類型病毒,感染人體后其蛋白質合成的場所是　　　　。
②實驗室研究MERS病毒時能不能用含多種營養物質的培養液來培養 　　　,理由是　 　。
(2)圖中需要逆轉錄酶的過程有　　　　,過程8需要的兩種酶是　　　　　　,過程2需要的工具是　　　　。
(3)赫爾希和蔡斯實驗使用的T2噬菌體屬于　　　　種類型病毒,在實驗過程中對遺傳物質進行標記,一個噬菌體產生的多個子代中有兩個具有放射性,這是因為DNA的復制方式為　　　　　　　。
解析:(1)①已知MERS病毒以正義單鏈RNA作為遺傳物質,所以其屬于乙種類型病毒,病毒不能獨立代謝,感染人體后在人體細胞的核糖體上合成蛋白質。②MERS病毒沒有細胞結構,必須依賴于活細胞才能繁殖,所以實驗室研究MERS病毒時不能用含多種營養物質的培養液來培養。(2)圖中過程6表示逆轉錄,需要逆轉錄酶。過程8表示DNA的自我復制,需要解旋酶、DNA聚合酶。過程2表示翻譯,需要tRNA轉運氨基酸。(3)T2噬菌體的遺傳物質是DNA,屬于甲種類型病毒,在實驗過程中對遺傳物質進行標記,由于DNA的復制方式為半保留復制,所以一個噬菌體產生的多個子代中有兩個具有放射性。
答案:(1)①乙　人體細胞的核糖體?、诓荒堋ERS病毒沒有細胞結構,必須依賴于活細胞才能繁殖　(2)6　解旋酶、DNA聚合酶　tRNA　(3)甲　半保留復制

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