4.1基因指导蛋白质的合成（学案）-2022-2023学年高一生物人教版（2019）必修二（含解析）

第四章 基因的表达
第一节 基因指导蛋白质的合成
【学习目标】
1.概述遗传信息的转录和翻译。
2.阐明中心法测的具体内容。
3.掌握碱基与氨基酸的对应关系。
【基础梳理】
一、遗传信息的转录
1.RNA
组成元素： 。
基本组成单位： 。
种类：mRNA：将遗传信息从DNA传递到 中；tRNA：转运氨基酸，识别 ；rRNA： 的组成成分。
2.转录
概念：在细胞核中，以 为模板合成 的过程。
条件：模板：DNA的一条链；原料：四种游离的 ；酶： ；能量： ；其他条件：适宜的温度、 。
过程：①DNA双链解开、 暴露出来；②游离的 与DNA模板链上的碱基互补配对，在 的作用下开始 的合成；③新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的 分子上；④合成的 从DNA链上释放，而后，DNA双螺旋恢复。
二、遗传信息的翻译
1.密码子
概念：mRNA上 相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基叫做1个 。
种类： 个，分三类。
起始密码子： 个，AUG、GUG；终止密码子： 个，UAA、UAG、UGA；普通密码子： 个。
注：①在正常情况下， 是终止密码子，但在特殊情况下，UGA可以编码 。
②在原核生物中，GUG也可以作 密码子，此时它编码甲硫氨酸。
反密码子的概念：位于 上，在翻译过程中能与 上的密码子发生互补配对的三个相邻的碱基。
反密码子的与氨基酸的对应关系：一种tRNA只能转运 氨基酸；一种氨基酸可由
RNA转运。
2.翻译
概念：游离在细胞质中的各种氨基酸，以 为模板合成具有一定氨基酸顺序的
的过程。
方向：根据肽链的长度判断翻译进行的方向，越 的肽链，翻译开始的时间越早
过程：①起始： 与核糖体结合；②运输： 携带氨基酸置于特定位置；③延伸： 沿mRNA移动，读取下一个密码子，由对应 运输相应的氨基酸加到延伸中的肽链上(一个mRNA可以结合 核糖体)；④终止：当核糖体读取到mRNA上的 时，合成终止
三、中心法则
概念：遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的 ；也可以从DNA流向RNA，即遗传信息的 。
【拓展延伸】
基因表达中相关数量的计算
1.转录、翻译过程中DNA（或基因）碱基数：mRNA碱基数：多肽链氨基酸数=6:3:1
2.蛋白质中氨基酸数目=mRNA中编码氨基酸密码子数=1/3mRNA碱基数目=1/6DNA（或基因）碱基数目
3.蛋白质的有关计算
（1）蛋白质中的氨基酸数目=肽键数+肽链数
（1）蛋白质平均相对分子质量=氨基酸的平均相对分子质量×氨基酸数-肽键数×18
（1）若某基因中有n个碱基，氨基酸的平均相对分子质量为a，则合成含m条肽链的蛋白质的相对分子质量=n/6×a-18(n/6-m)。若将基因中有n个碱基改为n个碱基对，则公式为n/3×a-18(n/3-m)
【例题】
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，无终止密码子）……C—U—C—U—A—G—A—U—C—U，此信使RNA控制合成的蛋白质所含氨基酸的个数为( )
A.20个 B.15个 C.16个 D.18个
答案：C
解析：遗传密码的阅读不能从一条RNA的最前端开始，而是要从起始密码子的位置开始阅读。由题干已知AUG、GUG为起始密码子，认真阅读不难发现，该信使RNA碱基序列中第5个碱基之后出现AUG，从这个位置开始，到后面的UAG终止密码子为止，能决定氨基酸的碱基数量为48个，而每三个碱基决定一个氨基酸，所以最终可以决定16个氨基酸。
【课堂练习】
1.如图是真核生物信使RNA合成过程图，下列说法正确的是( )
A.R所示的片段①处于解旋状态，形成这种状态需要氢键断裂
B.图中②是以4种脱氧核苷酸为原料合成的
C.若图中③表示酶分子，则它是DNA聚合酶
D.图中的②合成后，通过胞吐进入细胞质中，在核糖体上合成蛋白质
2.下列关于DNA复制、转录和翻译的叙述，正确的是( )
A.DNA复制、转录都需要解旋酶断开氢键
B.转录和翻译同时进行只能发生在拟核中
C.DNA复制、转录和翻译可发生在噬菌体中
D.分裂期的细胞不能进行转录，但可能进行翻译
3.对于基因如何指导蛋白质合成，克里克认为要实现碱基序列向氨基酸序列的转换，一定存在一种既能识别碱基序列，又能运载特定氨基酸的分子。该种分子后来被发现是( )
A.DNA B.mRNA C.tRNA D.rRNA
4.下列关于密码子、tRNA和氨基酸的关系，说法正确的是( )
A.mRNA上每3个相邻的核苷酸都决定一种氨基酸
B.每种氨基酸都对应多种密码子
C.tRNA分子上只有反密码子中有三个碱基
D.每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸
5.下列关于遗传信息传递的叙述，正确的是( )
A.一个DNA能转录出多个不同类型的RNA
B.逆转录过程需要逆转录酶和RNA聚合酶
C.DNA复制时新合成的两条子链形成新的DNA
D.密码子与反密码子的种类都是64种
6.基因指导蛋白质的合成主要包括转录和翻译两个过程。下列关于真核生物基因表达的叙述，正确的是( )
A.DNA转录形成RNA的过程只能发生在细胞核中
B.RNA形成时存在的碱基配对方式有T—A、A—U、C—G
C.为了提高蛋白质合成速率，核DNA可以边转录边翻译
D.基因上游的起始密码子有启动转录的作用
7.下列关于中心法则相关概念的理解，正确的是( )
A.转录和翻译过程中的碱基互补配对方式不完全相同
B.噬菌体壳体蛋白的合成原料来自细菌，由细菌基因编码
C.ATP的水解产物可作为转录和逆转录过程所需的原料之一
D.中心法则揭示了生物界共用同一套遗传密码
8.如图表示的是人体内遗传信息的流动方向，下列叙述正确的是( )
A.人体细胞中均可以发生①②③过程
B.①②过程所需的模板和酶都不相同
C.基因对性状的控制途径必须经过②③过程
D.蛋白质中氨基酸的数量等于③过程模板上碱基数量的1/3
【答案以及解析】
1.答案：A
解析：该图表示转录过程，在DNA链中，R段为解旋段，所以①正处于解旋状态，形成这种状态需要解旋酶断开氢键，A正确；图中②（mRNA）是以4 种核糖核苷酸为原料合成的，B错误；由于转录合成的是RNA，故酶③的名称是RNA聚合酶，C错误；图中的②合成后，通过核孔进入细胞质，与细胞质中的核糖体结合并控制蛋白质的合成，D错误。
2.答案：D
解析：转录不需要解旋酶断开氢键，A错误；转录和翻译同时进行也可以发生在线粒体、叶绿体中，B错误；DNA复制、转录和翻译可发生在噬菌体寄生的宿主细胞中，但不能发生在噬菌体中，C错误；分裂期的细胞中染色质螺旋缠绕，缩短变粗，成为染色体，DNA双链不解开，不能进行转录，翻译时以RNA为模板，若细胞分裂间期转录形成的mRNA还有存留，可能进行翻译，D正确。
3.答案：C
解析：根据题意，实现碱基序列向氨基酸序列的转换指的是翻译过程，翻译过程中不需要DNA，A错误；mRNA是翻译过程中的模板，B错误；翻译过程中既能识别碱基序列又能运载特定氨基酸的是tRNA，C正确；rRNA是组成核糖体的成分，D错误。
4.答案：D
解析：mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的核苷酸称为一个密码子，其中终止密码子不编码氨基酸，A错误；并非所有的氨基酸都对应多种密码子，如色氨酸只有一种密码子（UGG）对应，B错误；tRNA分子中存在多个碱基，不是只有反密码子中的三个碱基，C错误；tRNA具有专一性，每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，D正确。
5.答案：A
解析：一个DNA分子上有很多个基因，不同的基因转录出来的RNA一般不同，A正确；逆转录过程是以RNA为模板合成DNA的过程，该过程需要逆转录酶，不需要RNA聚合酶，B错误；DNA分子的复制为半保留复制，新合成的子链与其中一条母链形成新的子代DNA，C错误；密码子共有64种，其中有3种密码子是终止密码子，不能编码氨基酸，即反密码子有61种，D错误。
6.答案：B
解析：叶绿体和线粒体中的DNA也可以发生转录过程，A错误；RNA形成时存在的碱基配对方式有T—A、A—U、C—G，B正确；真核生物的核DNA存在于细胞核内，翻译过程发生在细胞质内，不能进行边转录边翻译过程，C错误；密码子位于RNA上，起始密码子是多肽链合成的起始信号，没有启动转录的作用，D错误。
7.答案：A
解析：本题考查中心法则的相关知识。转录过程中，碱基互补配对方式有A—U、C—G、T—A、G—C，翻译过程中，碱基互补配对方式有A—U、U—A、C—G、G—C，A正确；合成噬菌体的蛋白质外壳需要以细菌中的氨基酸为原料，由噬菌体自身遗传物质指导，B错误；ATP水解掉两个磷酸基团后的产物是腺嘌呤核糖核苷酸，是转录所需要的原料之一，但不是逆转录过程所需的原料，逆转录是由RNA指导合成DNA的过程，需要脱氧核糖核苷酸作为原料，C错误；中心法侧揭示了遗传信息的流动方向或传递规律，并没有揭示生物界共用同一套遗传密码，D错误。
8.答案：B
解析：本题考查遗传信息的传递与表达。①表示DNA复制，②表示转录，③表示翻译，只有能够分裂的细胞才能发生①DNA复制，A错误；DNA复制的模板是DNA的两条链，需要解旋酶和DNA聚合酶，转录的模板是DNA的一条链，需要RNA聚合酶，B正确；基因可以通过控制蛋白质结构直接控制生物的性状，也可通过控制酶的合成控制细胞代谢，间接控制生物的性状，绝大多数酶的本质是蛋白质，少数是RNA，本质为RNA的酶控制性状不需要经过翻译过程，C错误，翻译的模板mRNA上三个相邻碱基决定一个氨基酸，但终止密码子不决定氨基酸，所以RNA上碱基数大于氨基酸数量的3倍，D错误。
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