第4章 第1节 基因指导蛋白质的合成(Word教参)-【精讲精练】2024-2025学年高中生物必修2（人教版2019 单选）

第1节　基因指导蛋白质的合成 学习目标 1.说出三种RNA的名称和功能 生命观念 2.概述遗传信息的转录和翻译过程 科学思维 3.阐述密码子、反密码子和氨基酸之间的关系 生命观念、科学思维 4.阐述中心法则的内容，认同科学是不断发展的过程 生命观念、科学思维 一、RNA的结构、种类及功能 1．RNA的结构 2．RNA与DNA的比较 比较项目 DNA RNA 基本组成单位 脱氧核苷酸 核糖核苷酸 五碳糖 脱氧核糖 核糖 碱基 特有的是胸腺嘧啶(T) 特有的是尿嘧啶(U) 结构 规则的双螺旋结构 一般为单链 3.三种RNA的比较 项目 mRNA tRNA rRNA 结构 分布 常与核糖体结合 细胞质中 与蛋白质结合形成核糖体 功能 翻译时作模板 翻译时作搬运氨基酸的工具 参与核糖体的组成 联系 (1)组成相同：都含有4种核糖核苷酸 (2)来源相同：都由转录产生 (3)功能协同：都与翻译有关 二、遗传信息的转录 1．概念 2．过程(以mRNA为例) 三、遗传信息的翻译 1．概念的理解 2．密码子与反密码子 (1)密码子 (2)密码子与反密码子的比较 3．翻译过程 4．翻译能高效进行的原因 一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成。 四、中心法则 1．提出者：克里克。 2．中心法则的提出及其发展 (1)图示： (2)根据图示，完成下表： 项目 序号 生理过程 遗传信息传递过程 最初 提出 ① DNA复制 DNA流向DNA ② 转录 DNA流向RNA ③ 翻译 RNA流向蛋白质 发展 补充 ④ RNA复制 RNA流向RNA ⑤ 逆转录 RNA流向DNA 3.生命是物质、能量和信息的统一体 在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，而ATP为信息的流动提供能量。 mRNA在DNA与蛋白质之间充当信使，可将遗传信息从细胞核传递到细胞质中。请对以下相关叙述进行判断： (1)真核细胞的RNA主要分布在细胞质中，细胞核中也有少量分布。(√) (2)DNA解旋后的每条链都可以作为转录的模板。(×) (3)碱基互补配对原则保证了转录的准确进行。(√) 探究点一　遗传信息的转录 1．若DNA分子的核苷酸序列为： α 3′－TACGTGACCGCAACGACAATT－5′ β 5′－ATGCACTGGCGTTGCTGTTAA－3′ (1)用α链为模板转录出mRNA的碱基序列是怎样的？β链呢？ 提示：5′－AUGCACUGGCGUUGCUGUUAA－3′ 3′－UACGUGACCGCAACGACAAUU－5′ (2)转录出的RNA的碱基序列与DNA的非模板链的碱基序列相比有哪些异同？ 提示：相同点：碱基数目相等；都含有A、G、C3种碱基。不同点：RNA中含有U碱基，DNA中含有T碱基。 2．阅读教材P65，分析真核细胞DNA转录过程，结合下图思考并回答问题。 (1)请思考图中DNA的转录方向(用“→”或“←”表示)。 提示：← (2)a、b和c的名称分别是什么？ 提示：RNA聚合酶、胞嘧啶脱氧核苷酸、胞嘧啶核糖核苷酸。 (3)对比DNA复制过程，转录过程中碱基配对方式是怎样的？ 提示：碱基配对方式是A—U、C—G、T—A、G—C。 (4)转录产物d一定是mRNA吗？ 提示：不一定，tRNA、rRNA等也都是转录而来的。 (5)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%。 1．遗传信息的转录 场所 真核细胞 主要在细胞核，还有叶绿体、线粒体 原核细胞 主要是拟核 病毒 在宿主细胞内 模板 DNA分子中某基因的一条链，对于同一个DNA分子上不同的基因来说，模板链可能不同 原料 四种核糖核苷酸 条件 能量、RNA聚合酶 方向 5′端到3′端 特点 边解旋边转录 产物 RNA 2.RNA聚合酶的作用：催化DNA双链解旋，同时催化新结合的核糖核苷酸与正在合成的mRNA之间形成磷酸二酯键。 3．转录过程以基因作为单位，而不是以一条完整的DNA链为单位，一个DNA分子上有多个基因，可能只有其中的一个或几个基因进行转录，而不是全部基因进行转录，体现了基因的选择性表达。 4．细胞核中转录形成的RNA通过核孔进入细胞质，穿过0层膜，需要能量。 1．(2024·孝感期末)如图为真核生物细胞核内转录过程的示意图，下列说法正确的是(　　) A．①链的碱基A与②链的碱基T互补配对 B．如果③表示酶，则它是DNA聚合酶 C．转录完成后，②需通过两层生物膜才能与核糖体结合 D．②是以4种核糖核苷酸为原料合成的 解析　①链的碱基A与②链的碱基U互补配对，A错误；如果③表示酶，则它是RNA聚合酶，B错误；转录完成后，②通过核孔从细胞核进入细胞质，与核糖体(无膜结构)结合，该过程中不需要通过生物膜，C错误；②为RNA，是以4种核糖核苷酸为原料合成的，D正确。 答案　D 2．(2024·成都高一期末)如图表示在正常健康人体细胞内发生的过程，有关说法正确的有(　　) ①表示DNA复制过程　②表示转录过程 ③图中共有5种碱基　④图中共有8种核苷酸　⑤图中共有5种核苷酸　⑥图中的A代表同一种核苷酸 A．①②③　　　　　　　 B．③⑤⑥ C．②③④ D．①③⑤ 解析　①DNA复制的产物是DNA，图中有一条链为RNA链，不属于DNA复制，属于转录，①错误；②图示可以表示以DNA的一条链为模板合成RNA的过程，为转录过程，②正确；③图中共有A、T、C、G、U五种碱基，③正确；④图中DNA链和RNA链各含有4种碱基，由于DNA和RNA中的五碳糖不同，因此共有8种核苷酸，④正确；⑤图中有4种脱氧核苷酸，4种核糖核苷酸，共8种核苷酸，⑤错误；⑥图中DNA链中的A表示腺嘌呤脱氧核苷酸，RNA链中的A表示腺嘌呤核糖核苷酸，⑥错误。 答案　C 探究点二　遗传信息的翻译 1．如图为tRNA的结构示意图，据图回答有关问题： (1)图中的tRNA携带哪种氨基酸？判断依据是什么？ 提示：甲硫氨酸。图中的tRNA的反密码子是UAC，其对应的密码子是AUG，根据密码子表可以确定AUG是甲硫氨酸的密码子。 (2)在tRNA是不是只有反密码子的这3个碱基？在tRNA中是否存在氢键？ 提示：不是。是。 (3)tRNA与氨基酸之间是一一对应的吗？ 提示：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。 (4)为什么说tRNA是真正起“翻译”作用的结构？ 提示：运输氨基酸的工具是tRNA，它一端有反密码子，能和mRNA上的密码子相识别，一端能携带氨基酸，是真正起“翻译”作用的结构。 2．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？该过程发生的碱基互补配对与DNA复制和转录相比完全一样吗？ 提示：Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是tRNA、核糖体、多肽链；不完全一样，复制：A—T、T—A、G—C、C—G，转录：A—U、T—A、C—G、G—C，翻译：A—U、U—A、C—G、G—C。 (2)判断图甲中核糖体沿着mRNA移动的方向，根据教材中的密码子表，写出图甲中翻译出的氨基酸序列。 提示：核糖体沿着mRNA从左向右移动；图甲中对应的氨基酸序列为甲硫氨酸—丙氨酸—丝氨酸。 (3)图乙中①⑥分别是什么分子或结构？核糖体移动的方向是怎样的？ 提示：①、⑥分别是mRNA、核糖体；核糖体移动的方向是由右向左。 (4)最终合成的多肽链②③④⑤的氨基酸序列相同吗？为什么？ 提示：相同；因为它们的模板是同一条mRNA。 (5)图乙所示的翻译特点，其意义是什么？ 提示：少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质。 1．遗传信息、密码子及反密码子的比较 项目 遗传信息 密码子 反密码子 作用 控制生物的性状 决定蛋白质中的氨基酸序列 识别密码子 位置 DNA或RNA(某些病毒) mRNA tRNA 图解 2.真核细胞和原核细胞基因表达 (1)通常，一个mRNA分子上可相继结合多个核糖体(称为多聚核糖体)，核糖体沿着mRNA移动，而不是mRNA在核糖体上移动；同时合成多条相同的肽链。因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。翻译的方向是从肽链由短到长的方向，最终形成的肽链都是一样的。 (2)从核糖体上脱离下来的只是多肽链，某些多肽链还要在相应的细胞器(内质网、高尔基体)上加工，最终才形成具有一定空间结构的、有活性的蛋白质。 (3)真核细胞和原核细胞基因表达的区别 真核细胞 (核基因) 过 程 真核细胞的核基因是先转录后翻译的，转录的主要场所是细胞核，转录形成的mRNA通过核孔进入细胞质，翻译的场所是细胞质中的核糖体 原核 细胞 过 程 边转录边翻译。原核细胞没有细胞核，mRNA一经形成就会有许多核糖体结合上来，所以会出现转录和翻译同时进行的现象 3.基因表达过程中的相关数量计算 DNA(基因)、mRNA上碱基数目与氨基酸数目之间的关系 (1)图示： (2)规律：蛋白质中氨基酸数目＝1/3mRNA中碱基数目＝1/6DNA(或基因)中碱基数目。 说明：①翻译过程中，mRNA上每3个碱基决定一个氨基酸，所以不考虑终止密码时，经翻译合成的蛋白质分子中的氨基酸数目是mRNA中碱基数目的1/3，是DNA(基因)中碱基数目的1/6。 ②计算中“最多”和“最少”的分析。 在回答问题时应加上“最多”或“最少”等字，如mRNA上有n个碱基，转录产生它的基因中最少有2n个碱基，该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。 3．(2024·烟台调研)如图表示某真核生物细胞内发生的一系列生理变化，Y表示具有某种功能的酶，请据图分析下面有关叙述错误的是(　　) A．Y为RNA聚合酶 B．该图中最多含5种碱基、8种核苷酸 C．过程Ⅰ在细胞核内进行，过程Ⅱ在细胞质内进行 D．b部位发生的碱基配对方式可能有T—A、A—U、C—G、G—C 解析　分析题图可知，过程Ⅰ和过程Ⅱ分别表示真核生物转录和翻译过程，故Y为RNA聚合酶，A正确；图中有DNA和RNA分子，因此最多含有5种碱基和8种核苷酸，B正确；过程Ⅰ为转录过程，主要在细胞核内进行，此外在线粒体和叶绿体内也可进行，Ⅱ为翻译过程，在细胞质中的核糖体上进行，C错误；b部位发生转录，因此b部位发生的碱基配对方式可能有T—A、A—U、C—G、G—C，D正确。 答案　C 4．(2023·全国乙卷)已知某种氨基酸(简称甲)是一种特殊氨基酸，迄今只在某些古菌(古细菌)中发现含有该氨基酸的蛋白质。研究发现这种情况出现的原因是，这些古菌含有特异的能够转运甲的tRNA(表示为tRNA甲)和酶E，酶E催化甲与tRNA甲结合生成携带了甲的tRNA甲(表示为甲－tRNA甲)，进而将甲带入核糖体参与肽链合成。已知tRNA甲可以识别大肠杆菌mRNA中特定的密码子，从而在其核糖体上参与肽链的合成。若要在大肠杆菌中合成含有甲的肽链，则下列物质或细胞器中必须转入大肠杆菌细胞内的是(　　) ①ATP　②甲　③RNA聚合酶　④古菌的核糖体　⑤酶E的基因　⑥tRNA甲的基因 A．②⑤⑥　 B．①②⑤　 C．③④⑥　 D．②④⑤ 解析　据题意可知，若要在大肠杆菌合成含有甲的肽链，需要加入特殊的氨基酸——甲作为合成肽链的原料，加入tRNA甲的基因，该基因经转录后可产生转运甲的tRNA，还需要加入酶E的基因，酶E的基因经表达后可产生酶E，酶E可催化甲与tRNA甲结合生成甲­tRNA甲，进而将甲带入核糖体参与肽链合成，故应加入②⑤⑥，A符合题意。 答案　A 探究点三　中心法则 在蛋白质的合成过程完全弄清楚之前，科学家克里克首先预见了遗传信息传递的一般规律，并于1957年提出了中心法则。随着研究的不断深入，科学家对中心法则又作出了补充。以下图解是经过补充完善的中心法则，请结合图解回答下列问题： (1)结合中心法则，思考DNA、RNA产生的途径有哪些？ 提示：DNA产生途径有DNA的复制及逆转录；RNA的产生途径有RNA的复制及转录。 (2)线粒体和叶绿体中的DNA是否遵循中心法则？ 提示：遵循，在线粒体和叶绿体中也有DNA的复制及基因的表达过程。 (3)图中的过程都是遗传信息流动的过程，为什么每个过程都能准确地将遗传信息传递？ 提示：原因有二：一是每个过程都有精确的模板；二是严格遵循碱基互补配对原则。 (4)下图为一组模拟实验，假设实验能正常进行且五支试管中都有产物生成。 ①请分析此图解中A～E试管所模拟的过程分别是什么？ ②A、B、C、D试管模拟的过程分别需要什么酶？ 提示：①A模拟DNA复制；B模拟转录；C模拟RNA复制；D模拟逆转录；E模拟翻译。 ②A需要解旋酶和DNA聚合酶；B需要RNA聚合酶；C需要RNA复制酶；D需要逆转录酶。 1．各类生物遗传信息的传递过程 生物种类 举例 遗传信息的传递过程 细胞生物以及 DNA病毒 动物、植物、细菌、真菌、T2噬菌体等 RNA 病毒 烟草花叶病毒 HIV 2.中心法则与基因表达的关系 (1)并不是所有的生物均能发生中心法则的所有过程。 (2)DNA的复制体现了遗传信息的传递功能，发生在体细胞增殖或生殖细胞的形成过程中。 (3)DNA的转录和翻译是实现遗传信息表达不可或缺的两个“步骤”，发生在个体发育的过程中。RNA自我复制过程和逆转录过程分别只在少数病毒寄生到宿主细胞中以后才发生，是对中心法则的补充。 (4)DNA的合成并不只发生在DNA复制过程中，也可发生在逆转录过程中，逆转录过程需要逆转录酶，该酶在基因工程中常用来催化合成目的基因。 (5)中心法则的全部过程都遵循碱基互补配对原则。 5．(2023·珠海高一期末)下图表示遗传信息的传递和表达过程，下列有关叙述错误的是(　　) A．①～⑤过程均会发生碱基互补配对行为 B．①～⑤过程均可发生在人体健康细胞中 C．染色体上基因的表达包括②③两个先后进行的过程 D．RNA病毒的遗传信息可通过④或⑤过程进行传递 解析　①～⑤过程中均会发生碱基互补配对行为，A正确；①～⑤过程只有①、②、③可发生在人体健康细胞中，B错误；染色体上基因的表达，即基因控制蛋白质合成的过程，包括②转录和③翻译两个先后进行的过程，C正确；RNA病毒的遗传信息可通过④RNA复制或⑤逆转录过程进行传递，且这两个过程均发生在病毒侵染的宿主细胞中，D正确。 答案　B 6．(2024·南阳月考)正常情况下，下列有关遗传信息传递过程的叙述，正确的是(　　) A．烟草叶片细胞中，遗传信息存在RNA→RNA的传递 B．高等植物根尖成熟区细胞的细胞核中，遗传信息存在DNA→DNA的传递 C．进行DNA复制的细胞中，遗传信息不一定存在DNA→RNA的传递 D．哺乳动物成熟红细胞中，遗传信息不存在DNA→RNA→蛋白质的传递 解析　烟草叶片细胞中的遗传物质是DNA，不存在RNA复制过程，即遗传信息不能从RNA流向RNA，A错误；高等植物根尖成熟区的细胞不能分裂，没有核DNA的复制过程，即细胞核中，遗传信息不能从DNA流向DNA，B错误；进行DNA复制的细胞一定能发生基因表达，存在DNA→RNA的遗传信息传递过程，C错误；哺乳动物成熟红细胞中无细胞核和众多细胞器，不存在DNA→RNA→蛋白质的遗传信息传递过程，D正确。 答案　D [课堂小结] [课堂巩固] 1．(2024·洛阳期中)关于RNA的结构和功能的叙述，不正确的是(　　) A．细胞中的RNA分子一般为单链 B．RNA比DNA短，能在细胞内传递遗传信息 C．RNA是某些原核生物的遗传物质 D．某些RNA能在细胞内催化化学反应 解析　原核生物的遗传物质是DNA，C错误。少数酶的化学本质是RNA，因此某些RNA具有催化作用，D正确。 答案　C 2．(2024·石家庄高一期末)下列关于真核细胞中转录的叙述，错误的是(　　) A．tRNA、rRNA和mRNA都是DNA转录的产物 B．不同细胞中转录形成的mRNA不完全相同 C．细胞中的转录过程不会在细胞核外进行 D．转录出的RNA链与模板链的对应区域会形成氢键 解析　RNA主要包括tRNA、rRNA和mRNA三种，都是由DNA转录而来的，A正确；由于基因的选择性表达，所以不同细胞中转录形成的mRNA的种类和数量不完全相同，B正确；细胞中的RNA合成过程主要在细胞核内发生，在细胞质的线粒体和叶绿体中也能进行转录合成RNA，C错误；转录是以DNA(基因)一条链为模板，以核糖核苷酸为原料，遵循碱基互补配对原则，所以转录出的RNA链与模板链的相应区域发生碱基互补形成氢键，D正确。 答案　C 3．中心法则揭示了生物遗传信息传递的一般规律。下列叙述错误的是(　　) A．①②③三个过程可在根尖分生区细胞中发生 B．①②③分别表示DNA的复制、转录和翻译过程 C．④表示逆转录，某些病毒增殖时可发生该过程 D．④⑤是虚线，表示其在生物界可能不存在 解析　根尖分生区细胞能进行有丝分裂，细胞分裂前的间期发生DNA分子的复制和有关蛋白质的合成，基因的表达通过转录和翻译过程合成蛋白质，A正确；据分析可知，①表示DNA分子的复制过程，②表示转录过程，③表示翻译过程，B正确；④表示逆转录，某些RNA病毒(如HIV病毒)增殖时可发生该过程，C正确；④逆转录过程和⑤RNA分子复制过程可发生在被某些病毒侵染的细胞中，D错误。 答案　D 4．(不定项)(2024·廊坊月考)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 解析　核糖体在mRNA上的移动方向是从5′端向3′端移动，A错误；图中5个核糖体相继结合到mRNA上开始翻译，从识别到起始密码子开始进行翻译，识别到终止密码子结束翻译，并非同时开始翻译和同时结束翻译，C错误；由题干信息“多聚核糖体所包含的核糖体数量由mRNA的长度决定”可知，若将细菌的某基因截短，则相应mRNA的长度可能会变短，多聚核糖体上所串联的核糖体数目可能会减少，D错误。 答案　B 5．如图表示某真核生物基因表达的部分过程，请回答下列问题： (1)图中表示遗传信息的________过程，发生的场所是________，此过程除图中所示条件外，还需要________等。 (2)图中③表示________，合成的主要场所是________，通过________运输到细胞质中，穿过________层膜，________(填“需要”或“不需要”)能量。 (3)图中方框内的碱基应为________，对应的aa5应为________(赖氨酸的密码子为AAA，苯丙氨酸的密码子为UUU)。 (4)图中的氨基酸共对应________个密码子。核糖体的移动方向是________。 解析　(1)图中核糖体上进行的是翻译过程，此过程需要的条件是模板、原料、能量、酶等。(2)③为mRNA，主要在细胞核中合成，通过核孔转移到细胞质中，此过程穿过0层膜，需要能量。(3)密码子存在于mRNA分子上，与tRNA上的反密码子进行碱基互补配对，故图中方框内的碱基为UUU，对应的密码子为AAA，相应氨基酸是赖氨酸。(4)图中共有7个氨基酸，对应7个密码子。根据图中最后一个氨基酸的加入位置可知，核糖体的移动方向为从左到右。 答案　(1)翻译　核糖体　酶和能量 (2)mRNA　细胞核　核孔　0　需要 (3)UUU　赖氨酸　(4)7　从左到右 学科网（北京）股份有限公司 $$