第4章 第1节 第2课时 遗传信息的翻译、中心法则（Word教参）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中生物学必修第二册（人教版2024）

第2课时　遗传信息的翻译、中心法则 知识点1　遗传信息的翻译 1．概念 (1)场所：__细胞质(或核糖体)__。 (2)模板：__mRNA__。 (3)原料：游离的各种氨基酸。 (4)产物：具有__一定氨基酸顺序__的蛋白质。 2．tRNA的形态和功能特点 (1)形态：RNA链经过__折叠__，形成__三叶草__形。 (2)功能特点：每种tRNA只能识别并转运__一种__氨基酸。 3．密码子和反密码子 (1)属于密码子的是__②__(填序号)，位于[④]__mRNA__(填名称)上，其实质是决定一个氨基酸的__3个相邻__的碱基。 (2)属于反密码子的是__①__(填序号)，位于[③]__tRNA__(填名称)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。 4．翻译的过程 (1)第1步：__mRNA__进入细胞质，与核糖体结合。携带甲硫氨酸的__tRNA__，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1。 (2)第2步：携带某个氨基酸的__tRNA__以同样的方式进入位点2。 (3)第3步：甲硫氨酸与这个氨基酸形成__肽键__，从而转移到位点2的tRNA上。 (4)第4步：核糖体沿__mRNA__移动，读取下一个密码子。原位点1的tRNA离开核糖体，原位点2的tRNA进入位点1，一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。 (5)就这样，随着核糖体的移动，tRNA以上述方式将携带的氨基酸输送过来，以合成肽链。直到核糖体遇到mRNA的__终止密码子__，合成才告终止。 5．DNA上遗传信息、密码子、反密码子的对应关系 (1)密码子：mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基。 ①对应关系 (2)反密码子：与mRNA分子中的密码子互补配对的tRNA上的3个相邻碱基。 ①对应关系 ③特点：反密码子的三个碱基与相应的DNA模板链上对应的碱基相同，只是DNA的“T”对应tRNA的“U”。 知识点2　中心法则 1．中心法则的提出 (1)提出者：__克里克__。 (2)完善后的内容 ①DNA的复制：遗传信息从__DNA__流向__DNA__。 ②__转录__：遗传信息从__DNA__流向__RNA__。 ③翻译：遗传信息从__RNA__流向__蛋白质__。 (4)RNA的自我复制：遗传信息从__RNA__流向__RNA__。 举例：烟草花叶病毒。 (5)RNA的逆转录：遗传信息从__RNA__流向__DNA__。如：HIV、致癌的RNA病毒。 思考：所有RNA病毒的遗传信息的传递途径都相同吗？为什么？ 提示　不都相同。有的RNA病毒内有RNA复制酶，可以进行RNA的自我复制，使遗传信息由RNA流向RNA；有的RNA病毒内有逆转录酶，可以以RNA为模板合成DNA，使遗传信息由RNA流向DNA。 观察教材P67“图4-6”，回答下列问题： 1．如图是__tRNA__的结构示意图，图中①是__氨基酸__；②是__氢__；③是__反密码子__。③的作用与__mRNA__上的__密码子__互补配对。 2．在tRNA中是否只有反密码子这3个碱基？是否存在氢键？ 提示　tRNA是RNA链经折叠形成的，除一端的反密码子外，还有其他碱基。在折叠区域有碱基配对，存在氢键。 3．每种tRNA只能识别并转运__一__种氨基酸，每种氨基酸可能由__一种或几__种tRNA转运。 探究点1　遗传信息的翻译 1．遗传信息、密码子、反密码子的比较 项目 存在位置 含义 生理作用 遗传信息 DNA 碱基的排列顺序 直接决定mRNA中碱基排列顺序，间接决定氨基酸排列顺序 密码子 mRNA mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基 直接决定翻译的起止和氨基酸排列顺序 反密码子 tRNA tRNA上与密码子互补配对的3个碱基 识别密码子 2.基因表达的计算 说明：因为基因中存在不编码蛋白质的片段，实际上基因(DNA)上所含有的碱基数要大于6n，而mRNA中也存在终止密码子等片段，所以实际上mRNA中所含有的碱基数也要大于3n。因此一般题目中需带有“至少”或“最多”字眼才能使用这个比例关系。 3．注意基因表达相关计算中的三个“看清楚” (1)看清楚DNA上的碱基单位，是“对”数还是“个”数。 (2)看清楚是mRNA上“密码子”的个数，还是“碱基”的个数。 (3)看清楚是合成蛋白质所需的氨基酸的“个数”，还是“种类数”。 【例1】 (2023·1月浙江)核糖体是蛋白质合成的场所。某细菌进行蛋白质合成时，多个核糖体串联在一条mRNA上形成念珠状结构——多聚核糖体(如图所示)。多聚核糖体上合成同种肽链的每个核糖体都从mRNA同一位置开始翻译，移动至相同的位置结束翻译。多聚核糖体所包含的核糖体数量由mRNA的长度决定。下列叙述正确的是(　　) A．图示翻译过程中，各核糖体从mRNA的3端向5端移动 B．该过程中，mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子互补配对 C．图中5个核糖体同时结合到mRNA上开始翻译，同时结束翻译 D．若将细菌的某基因截短，相应的多聚核糖体上所串联的核糖体数目不会发生变化 答案　B 解析　根据图中核糖体上肽链的长短可知，翻译的方向是从左到右，也就是说各核糖体从mRNA的5端向3端移动，A项错误；翻译过程中，mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子互补配对，B项正确；图中5个核糖体不是同时结合到mRNA上开始翻译并同时结束翻译，而是有先后顺序的，C项错误；根据题干信息“多聚核糖体所……mRNA的长度决定”可知，若将细菌的某基因截短，会导致转录出来的mRNA变短，则相应的多聚核糖体上所串联的核糖体数量会减少，D项错误。 【例2】 (2023·江苏)翻译过程如图所示，其中反密码子第1位碱基常为次黄嘌呤(I)，与密码子第3位碱基A、U、C皆可配对。下列相关叙述正确的是(　　) A．tRNA分子内部不发生碱基互补配对 B．反密码子为5－CAU－3的tRNA可转运多种氨基酸 C．mRNA的每个密码子都能结合相应的tRNA D．碱基I与密码子中碱基配对的特点，有利于保持物种遗传的稳定性 答案　D 解析　tRNA链存在空间折叠，局部双链之间通过碱基对相连，A项错误；反密码子为5－CAU－3的tRNA只能与密码子3－GUA－5配对，只能携带一种氨基酸，B项错误；核糖体读取到mRNA中的终止密码子时翻译结束，终止密码子没有与相应的tRNA结合，C项错误；分析题干可知，反密码子与密码子的配对中，前两对碱基严格遵循碱基互补配对原则，第三对有一定自由度，如密码子第三位碱基A、U、C都可以和反密码子第一位碱基次黄嘌呤(I)配对，增加了反密码子与密码子识别的灵活性，提高了容错率，有利于保持物种遗传的稳定性，D项正确。 探究点2　中心法则及其解读 1．中心法则的表达式 2．中心法则内容解读 ①DNA→DNA：以DNA为遗传物质的生物的自我复制。 ②RNA→RNA：以RNA为遗传物质的生物的自我复制。 ③DNA→RNA：发生在细胞核、细胞质中的转录过程。 ④RNA→DNA：少数以RNA为遗传物质的病毒在宿主细胞中，在逆转录酶的作用下，以RNA为模板合成DNA的逆转录过程。 ⑤RNA→蛋白质：细胞质中核糖体上的翻译过程。 3．各过程的适用范围 【例3】 (2022·河北)关于中心法则相关酶的叙述，错误的是(　　) A．RNA聚合酶和逆转录酶催化反应时均遵循碱基互补配对原则且形成氢键 B．DNA聚合酶、RNA聚合酶和逆转录酶均由核酸编码并在核糖体上合成 C．在解旋酶协助下，RNA聚合酶以单链DNA为模板转录合成多种RNA D．DNA聚合酶和RNA聚合酶均可在体外发挥催化作用 答案　C 解析　RNA聚合酶催化DNA→RNA的转录过程，逆转录酶催化RNA→DNA的逆转录过程，两个过程中均遵循碱基互补配对原则，且存在DNA－RNA之间的氢键形成，A项正确；DNA聚合酶、RNA聚合酶和逆转录酶的本质都是蛋白质，蛋白质是由核酸控制合成的，其合成场所是核糖体，B项正确；以单链DNA为模板转录合成多种RNA是转录过程，该过程不需要解旋酶，C项错误；酶的作用机理是降低化学反应的活化能，从而起催化作用，在适宜条件下，酶在体内外均可发挥作用，如体外扩增DNA分子的PCR技术中可用到耐高温的DNA聚合酶，D项正确。 【例4】 如图表示生物体内遗传信息的传递和表达过程。下列叙述错误的是(　　) A．过程②④分别需要RNA聚合酶、逆转录酶 B．RNA聚合酶可来源于进行过程⑤的生物 C．把DNA放在含15N的培养液中进行过程①，子一代含15N的DNA占100% D．①②③均遵循碱基互补配对原则，但碱基配对的方式不完全相同 答案　B 解析　过程②④表示转录和逆转录，分别由RNA聚合酶和逆转录酶催化，A项正确；一般能进行过程⑤的RNA病毒不能独立合成RNA聚合酶，B项错误；DNA复制方式为半保留复制，故DNA在含15N的培养基中复制一次，每个子代DNA均有一条链含15N，C项正确；DNA复制、转录与翻译过程的碱基配对方式不完全相同，D项正确。 (1)并不是所有生物均能发生中心法则的所有过程。 (2)进行DNA复制、转录、翻译是所有具备细胞结构的生物都存在的生理过程。 (3)DNA复制通常只发生在细胞分裂过程中，而转录和翻译则可以发生在整个生长发育过程中。 核心知识小结 [网络构建] [答题必备] 1．游离在细胞质中的各种氨基酸，就以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质，这一过程叫作翻译。 2．mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基叫作1个密码子。 3．每个tRNA的3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，叫作反密码子。 4．翻译的场所是核糖体，条件是模板(mRNA)、“搬运工”(tRNA)、原料(21种氨基酸)、酶和能量。 1．中心法则概括了自然界生物的遗传信息的流动途径，如图为中心法则的图解。下列相关说法正确的是(　　) A．1957年克里克提出的中心法则内容只包括图中的①②③ B．图中过程③④均有碱基互补配对，且配对方式不完全相同 C．图中过程①⑤的酶是DNA聚合酶，过程②是RNA聚合酶 D．在人体胚胎干细胞和心肌细胞中均存在途中过程①②③ 答案　A 解析　1957年克里克提出的中心法则内容只包括图中的①DNA复制过程、②转录过程和③翻译过程，A项正确。图中过程③是翻译，有反密码子与密码子的碱基互补配对；过程④是RNA复制，有碱基的互补配对，这两种过程的碱基配对方式都是A－U、U－A、G－C、 C－G，B项错误。图中过程①是DNA复制，需要DNA聚合酶；过程⑤是逆转录，需要逆转录酶；过程②是转录，需要RNA聚合酶，C项错误。①DNA复制过程只能在具有分裂能力的细胞中发生，而人体心肌细胞不再分裂增殖，D项错误。 2．(2023·山东)细胞中的核糖体由大、小2个亚基组成。在真核细胞的核仁中，由核rDNA转录形成的rRNA与相关蛋白组装成核糖体亚基。下列说法正确的是(　　) A．原核细胞无核仁，不能合成rRNA B．真核细胞的核糖体蛋白在核糖体上合成 C．rRNA上3个相邻的碱基构成一个密码子 D．细胞在有丝分裂各时期都进行核DNA的转录 答案　B 解析　原核细胞无核仁，有核糖体，核糖体由rRNA和蛋白质组成，因此原核细胞能合成rRNA，A项错误；核糖体是蛋白质合成的场所，真核细胞的核糖体蛋白在核糖体上合成，B项正确；mRNA上3个相邻的碱基构成一个密码子，C项错误；细胞在有丝分裂分裂期染色质变成染色体，核DNA无法解旋，无法转录，D项错误。 3．下列关于中心法则的叙述，不正确的是(　　) A．是指遗传信息在生物大分子间的传递过程 B．首先由科学家克里克提出 C．遗传信息的传递方向不可能从RNA流向DNA D．遗传信息最终要流向蛋白质，使其表达 答案　C 解析　对于某些RNA病毒而言，遗传信息可以从RNA流向DNA。 4．核糖体由大、小两个亚基组成，其上有3个供tRNA 结合的位点，其中A位点是新进入的tRNA结合位点，P位点是肽链延伸过程中的tRNA 结合位点，E位点是空载的tRNA 释放位点，如下图所示。相关叙述正确的是(　　) A．核糖体沿着 mRNA的b端向a端移动 B．每个tRNA经过的位点顺序是E位点→P位点→A位点 C．P位点结合的tRNA上的反密码子是3－CUG－5 D．该过程不存在碱基A和T的互补配对 答案　D 解析　根据tRNA先结合再释放的过程特点应该是先经过A位点，再经过P位点，最后经过E位点释放，故核糖体沿着mRNA的a端向b端移动，A、B项错误；P位点结合的tRNA上的反密码子和密码子(5－CAG－3)互补配对，所以tRNA上的反密码子是5－CUG－3，C项错误；该过程为翻译过程，不存在碱基A和T的互补配对，D项正确。 5．(2023·广东)放射性心脏损伤是由电离辐射诱导的大量心肌细胞凋亡产生的心脏疾病。一项新的研究表明，circRNA可以通过miRNA调控P基因表达进而影响细胞凋亡，调控机制见图。miRNA是细胞内一种单链小分子RNA，可与mRNA靶向结合并使其降解。circRNA是细胞内一种闭合环状RNA，可靶向结合miRNA使其不能与mRNA结合，从而提高mRNA的翻译水平。 回答下列问题： (1)放射刺激心肌细胞产生的________会攻击生物膜的磷脂分子，导致放射性心肌损伤。 (2)前体mRNA是通过________酶以DNA的一条链为模板合成的，可被剪切成circRNA等多种RNA。circRNA和mRNA在细胞质中通过对________的竞争性结合，调节基因表达。 (3)据图分析，miRNA表达量升高可影响细胞凋亡，其可能的原因是_________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (4)根据以上信息，除了减少miRNA的表达之外，试提出一个治疗放射性心脏损伤的新思路________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 解析　(1)电离辐射诱导会使心肌细胞大量凋亡，该过程中放射刺激心肌细胞会产生大量自由基，自由基攻击生物膜的磷脂分子，导致放射性心肌损伤。(2)转录是以DNA的一条链为模板合成RNA的过程，该过程中需要RNA聚合酶的催化；据图可知，miRNA既能与P基因mRNA结合，又能与circRNA结合，故circRNA和mRNA在细胞质中通过对miRNA的竞争性结合，调节基因表达。(3)据图可知，P蛋白能抑制细胞凋亡，当miRNA表达量升高时，与P基因mRNA结合增多，P基因mRNA指导P蛋白合成的翻译过程被抑制，导致P蛋白减少，无法抑制细胞凋亡。(4)结合(3)过程分析可知，治疗放射性心脏损伤，除了减少miRNA的表达外，还可通过增加细胞内circRNA的含量，使之与miRNA的结合增多，减少miRNA与P基因mRNA结合，从而提高P基因的表达量，P蛋白合成增多，抑制细胞凋亡。 答案　(1)自由基　(2)RNA聚合　miRNA (3)miRNA表达量升高，与P基因mRNA的结合增多，干扰P蛋白的生成，无法抑制细胞凋亡　(4)增加细胞内circRNA的含量，使之与miRNA的结合增多，减少miRNA与P基因mRNA结合，从而促进P蛋白合成 学科网（北京）股份有限公司 $$