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第22课时 基因指导蛋白质的合成
基因对性状的控制
知识网络
基础梳理
一、遗传信息的转录
1、DNA不能把遗传信息直接传递给蛋白质，而RNA具有这个能力，原因是RNA___________________，因此，能够穿过__________，从细胞核转移到细胞质中。在这个过程中，RNA作为DNA的信使，这种RNA称为_________________，简称_________。
2、遗传信息从DNA传给mRNA的过程叫____________，在真核生物细胞中，这个过程主要发生在____________，以_________________为模板，原料是____________________，并且需要___________提供能量，遵循________________原则，在_____________酶的作用下合成的。
二、遗传信息的翻译
1、翻译过程的模板是______________________，原料是____________________，场所是______________，产物是____________。也是一个需要ATP提供能量的过程。
2、翻译过程中，氨基酸分子需要由___________ 携带到核糖体上，在此过程中，通过_______________原则，每个tRNA上的三个碱基可以和mRNA上三个相邻的碱基进行配对，从而将氨基酸转移到核糖体上。mRNA上决定一个氨基酸的三个碱基称为______________，而在tRNA上和mRNA配对的三个碱基称为_____________ 。
3、mRNA上，密码子共有__________种，其中决定氨基酸的密码子有__________种。决定翻译开始的密码子称为________，决定翻译结束的密码子称为____________。
4、携带氨基酸的tRNA共有_________种，这些tRNA可携带__________种氨基酸。
三、基因对性状的控制
1、基因通过控制蛋白质的合成来控制性状。可分为两种类型：（1）基因通过控制_________的合成来控制__________过程，进而控制生物体的性状，如白化病。（2）基因通过控制_____________直接控制生物体的性状，如镰刀形细胞贫血症。
2、生物的性状除了受__________外，还受到_________的影响。
考点突破
考点一、DNA分子复制、转录、翻译过程的比较
以真核细胞为例，三个过程发生的场所、时期、原料料等都有所差异
比较项目 DNA复制 转录 翻译
时期 有丝分裂和减数分裂的间期 活细胞的任何时期（哺乳动物成熟红细胞除外）
场 所 主要在细胞核中 主要在细胞核中 核糖体
模 板 DNA的每一条链 DNA的一条链 mRNA
原 料 4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 20种氨基酸
酶和其它条件 DNA解旋酶、DNA聚合酶等 DNA解旋酶、RNA聚合酶等 酶、tRNA
遗传信息传递方向 亲代DNA→子代DNA DNA→mRNA mRNA→蛋白质
产 物 子代DNA分子 mRNA 蛋白质(多肽)
碱基互补配对原则 G→C，C→GA→T，T→A G→C，C→GA→U，T→A G→C，C→GA→U，U→A
特点 边解旋边复制半保留复制 边解旋边转录，解旋一次，可同时转录出多个mRNA 一个mRNA上可依次结合上多个核糖体，同时合成多个蛋白质
例1、1981年底，我国科学家人工合成了酵母丙氨酸转移核糖核酸，标志着我国具有人工合成核酸的能力，下列各试管通过人工合成产物，叙述不正确的是
A．①③，②④产物分别相同
B．①④，②③生理过程不同
C．①②③④的进行都需要模版、原料、能量和酶
D．每个生物都必须要进行①②③④所有生理过程
【解析】根据原料和模板，可判断①②③④分别进行DNA分子复制、转录、逆转录和RNA复制，它们是不同的生理过程，但产物方面①③的产物是DNA，②④的产物是RNA，从条件看，四个过程都需要模板、原料、能量和酶。但对有细胞结构的生物和DNA病毒来说，只有转录和翻译两个过程，逆转录和RNA复制仅是RNA病毒的生理过程。
【答案】D
变式1、观察下面的某生理过程示意图(甲表示甲硫氨酸，丙表示丙氨酸)，回答问题：
(1)丙氨酸的密码子是________，连接甲和丙的化学键的结构简式是____________________________。
(2)若②中尿嘧啶和腺嘌呤之和占42%，则相应的①分子片段中胞嘧啶占________。
(3)若该过程合成的物质是抗利尿激素，③中合成的物质首先进入________中进行加工，这种激素作用的靶部位是________。
(4)在该生理过程中，遗传信息的流动途径是________，细胞中tRNA共有________种。
【解析】（1）运送丙氨酸的tRNA上和mRNA配对的碱基为CGA，因此，mRNA上的密码子即为GCU，连接甲和丙之间的化学键是肽键。
（2）②是mRNA，A+U占42%，则DNA模板链中A+T占42%，整个DNA中A+T也为42%，G+C占58%，C占29%。
（3）抗利尿激素是分泌蛋白，在核糖体上合成后先进入内质网进行加工，经垂体释放后进入血液，运输到肾小管和集合管细胞，促进对水的重吸收。
（4）细胞内tRNA共有61种（总共用4个密码子，去掉三个终止密码）
【答案】（1）GCU —CO—NH—
（2）29%
（3）内质网 肾小管和集合管
（4）DNA——mRNA——蛋白质 61
【知识链接】原核细胞和真核细胞由于在结构上的差异，场所上有所不同。由于原核细胞没有核膜的限制，转录和翻译往往是同时进行的，即边转录边翻译，这在真核细胞中是不能实现的。
考点二、遗传信息传递过程中的有关计算
1、基本关系
DNA中的碱基数：mRNA中的碱基数：蛋白质中的氨基酸分子数=6：3：1
2、相关数量的变化
（1）DNA中的碱基数----DNA中的碱基对数
（2）mRNA中的碱基数----mRNA中的密码子数
（3）蛋白质的氨基酸分子数----蛋白质分子中的肽键数目
以上变化在审题时注意，进行相应的转变即可，如要计算mRNA中的密码子数，若从DNA开始计算，直接把DNA中的碱基数除以6即可，若从蛋白质分子开始往前推算，则一个氨基酸对应一个密码子
3、有关种类的分析
DNA分子中的碱基共有4种，RNA中的碱基也是有4种，蛋白质分子中的氨基酸总数最多20种。
关于mRNA中的密码子种类和运载氨基酸的tRNA的种类，需要根据mRNA分子的大小及合成的蛋白质分子的大小分析：
（1）若一个mRNA分子的碱基数大于192个（64×3），则密码子种类最多为64种，至于最少，还需要根据氨基酸的种类进一步去分析。
（2）若一个mRNA分子的碱基数小于192个（64×3），则密码子种类最多为密码子的个数，如mRNA中有碱基99个，则密码子最多有33种。至于最少，还需要根据氨基酸的种类进一步去分析。
（3）若一个蛋白质分子中氨基酸数目大于61个，则在它的合成过程中，所需要的tRNA最多有61种，若不足61个，则按氨基酸分子数计算。如胰岛素分子由51个氨基酸，则在它的合成过程中需要的tRNA最多有51种。最少种类，也应根据蛋白质分子的氨基酸种类确定。
例2一个mRNA分子中有m个碱基，其中G＋C有n个，由该mRNA翻译合成的蛋白质有两条肽链。则其模板DNA分子的A＋T数、合成蛋白质时脱去的水分子数分别是
A．m、m/3--1 B．m、m/3--2
C．2(m－n)、m/3--1 D．2(m－n)、m/3--2
【解析】这这个mRNA分子有m个碱基，G+C有n个，可知，mRNA中A+U有（m—n）个，DNA模板链中T+A为（m—n）个，互补链中A+T为（m—n）个，因此，模板DNA分子中A+T为2（m—n）个。合成的蛋白质中氨基酸分子数为m/3个，两条肽链，缩合脱水为m/3—2个。
【答案】D
变式2、某条多肽的相对分子质量为2778，若氨基酸的相对分子质量为110，如考虑终止密码子，则编码该多肽的基因长度为
A 75对碱基 B 78对碱基
C 90对碱基 D 93对碱基
【解析】假设组成多肽的氨基酸分子数为n个，则多肽的相对分子质量为110n—18(n—1)=2778，可计算出n=30，加上一个终止密码，共有31个密码子，基因中碱基对为93对。
【答案】D
4、对“最多”、“最少”的理解
由DNA中的碱基数计算蛋白质中的氨基酸分子数时，往往是“最多”，计算时不用考虑，但应该理解“最多”的原因：
（1）不是所有的DNA都能编码蛋白质
（2）mRNA中终止密码不对应氨基酸
若已知蛋白质分子中的氨基酸数，“最少”的含义也一样。
考点三、不同生物的遗传信息传递过程
需要注意的是，病毒的遗传信息的传递和表达的全过程都是在相应的宿主细胞中进行的，病毒体内不能进行任何过程。
例3、请回答下列有关遗传信息传递的问题。
(1)为研究某病毒的致病过程，在实验室中做了如下图所示的模拟实验。
①从病毒中分离得到物质A。已知A是单链的生物大分子，其部分碱基序列为—GAACAUGUU—。将物质A加入试管甲中，反应后得到产物X。经测定产物X的部分碱基序列是—CTTGTACAA—，则试管甲中模拟的是________过程。
②将提纯的产物X加入试管乙，反应后得到产物Y。产物Y是能与核糖体结合的单链大分子，则产物Y是________，试管乙中模拟的是________过程。
③将提纯的产物Y加入试管丙中，反应后得到产物Z。产物Z是组成该病毒外壳的化合物，则产物Z是________。
(2)若该病毒感染了小鼠上皮细胞，则组成子代病毒外壳的化合物的原料来自________，而决定该化合物合成的遗传信息来自________。若该病毒除感染小鼠外，还能感染其他哺乳动物，则说明所有生物共用一套________。该病毒遗传信息的传递过程为________。
【解析】根据A的碱基组成中有U，可确定A是RNA，Xr碱基组成中有T，可确定X是DNA。Y能与核糖体结合，Y是mRNA。Z是病毒外壳成分，Z是蛋白质。这样可判断，甲、乙、丙中分别模拟逆转录、转录和翻译过程。
【答案】
(1)①逆转录　②mRNA　转录　③蛋白质(或多肽)　
(2)小鼠上皮细胞　病毒RNA　密码子
　RNA→DNA→mRNA→蛋白质
变式3 、中心法则揭示了生物遗传信息传递与表达的过程。人体皮肤生发层细胞能不断分裂，其中主要在细胞核中进行的过程是
A．a和e B．a和b
C．b和c D．d和e
【解析】人细胞核中进行DNA复制和转录过程，即a和b
【答案】B
考点四、基因对性状的控制
能根据题目条件判断基因是控制相应蛋白质的结构直接控制性状，还是通过控制酶的合成间接控制性状。主要看相关性状是由蛋白质引起的，还是由其它物质引起的。若是蛋白质引起，一般是直接控制，若是由其它物质引起，一定是控制酶的合成控制性状的，如有关色素的形成，代谢产物的合成等，都是基因通过控制酶的合成来控制代谢代谢过程来控制生物性状的。
考点五、关于翻译过程中的多聚核糖体
翻译过程中，一个mRNA分子上可依次结合上多个核糖体，同时进行翻译过程，可加快蛋白质的合成速度。实际上，转录过程中也有类似现象，在DNA双链解旋后，一次不止转录出一个mRNA分子。
例4、如图为真核细胞中多聚核糖体合成蛋白质的示意图，下列说法不正确的是
A．该过程表明生物体内少量的mRNA可以迅速合成出大量的蛋白质
B．该过程的模板是tRNA
C．最终合成的肽链②③④⑤的结构相同
D．合成①的场所主要在细胞核，合成②的场所主要在细胞质
【解析】该过程的模板是mRNA。
【答案】B
变式4、下面两个图表示两个生理过程。其中乙图中的③代表多肽。请据图回答下列问题：
（1）甲、乙两图分别表示__________和__________两个生理过程。
（2）甲图中的③与乙图中的①是同一结构或物质吗？请解释原因。________________________________________
（3）甲图中①正处于_______________状态。
（4）甲图中的②与乙图中 （用数字表示）是同一物质，其合成后的作用是_______________________。
【解析】（1）甲过程的模块是双链分子，应是DNA，产物是单链分子，应是RNA，因此甲表示转录过程，乙的模板是RNA，在核糖体上进行，应是翻译过程。
（2）甲图中的③是RNA聚合酶，乙图中的①是核糖体，不是同一结构或物质。
（3）根据转录的方向，①位置正在形成氢键，重新形成双链
（4）甲图中的②是mRNA，正是乙图中的②，作用是在翻译过程中作模板，指导蛋白质的合成。
【答案】（1）转录翻译
（2）不是，甲图中的③是RNA聚合酶，乙图中的①是核糖体
（3）形成氢键
（4）②，作为翻译的模板
课时作业
1．下列哪一项不是基因“遗传效应”的含义（ ）
A．能控制一种生物性状的表现
B．能控制一种蛋白质的生物合成
C．能在蛋白质合成中决定一种氨基酸的位置
D．能转录一种信使RNA
【解析】基因是有“遗传效应”的DNA片段，是指基因能控制或决定生物外观某种性状，即通过转录形成信使RNA，进而mRNA翻译成一定的蛋白质，体现生物某一方面生命活动(性状)。一个基因并不只是控制一个氨基酸，一个氨基酸是mRNA上的一个密码子直接决定的。
【答案】C
2．下列关于遗传密码子的叙述中，错误的是（ ）
A．一种氨基酸可能有多种与之相对应的遗传密码
B．GTA肯定不是遗传密码子
C．每种密码子都有与之对应的氨基酸
D．信使RNA上的GCA在人细胞中和小麦细胞中决定的是同一种氨基酸
【解析】密码子是信使RNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基，RNA分子中不含碱基T。由于信使RNA上的四种碱基组合成的遗传密码子有64种，氨基酸只有20种，所以一种氨基酸可能有多种遗传密码子，遗传密码子在一切生物体内都是一样的。因为密码子有UAA等终止密码，终止密码子没有与之对应的氨基酸。
【答案】C
3．下列关于DNA分子的复制、转录和翻译的比较，正确的是（ ）
A．从时期上看，都只能发生在细胞分裂的间期
B．从条件上看，都需要模板、原料、酶和能量
C．从原则上看，都遵循相同的碱基互补配对原则
D．从场所上看，都能发生在细胞核中
【解析】DNA复制只发生在细胞分裂间期，转录、翻译能在细胞生命活动的各个时期进行，DNA复制时遵循的碱基配对原则与转录翻译时不同；翻译发生于细胞质中。
【答案】B
4.如图所示，下列有关的叙述中，不正确的是（ ）
A.甲是DNA，乙为RNA，此过程要以甲为模板，酶为RNA聚合酶
B.甲是DNA，乙为DNA，此过程要以甲为模板，酶为DNA聚合酶
C.甲是RNA，乙为DNA，此过程为转录，原料为脱氧核糖核苷酸
D.甲是RNA，乙为蛋白质，此过程为翻译，原料为氨基酸
【解析】甲是RNA，乙是DNA，该过程应代表逆转录。
【答案】C
5．一段原核生物的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及合成这段多肽需要的tRNA个数以及转录此mRNA的基因中至少含碱基数依次为（ ）
A．32；11；66B．36；12；72
C．12；36；24D．11；36；72
【解析】此多肽链含有11个肽键，所以含有氨基酸12个，所以mRNA上的密码子至少12个，mRNA上的碱基数至少12×3＝36个。决定氨基酸的密码子是12个，所以需要的tRNA也是12个。因为mRNA中碱基至少有36个，所以转录它的基因中碱基数至少为36×2＝72。
【答案】B
6．下面关于tRNA和氨基酸相互关系的说法，正确的是（ ）
A．每种氨基酸都由一种特定的tRNA携带
B．每种氨基酸都可由几种tRNA携带
C．一种tRNA可以携带几种结构相似的氨基酸
D．一种氨基酸可由一种或几种tRNA携带
【解析】每种tRNA只能转运一种氨基酸，而一种氨基酸由一种或多种tRNA来转运。
【答案】D
7．如下图所示的过程，正常情况下在动植物细胞中都不可能发生的是（ ）
A．①②B．③④⑥
C．⑤⑥D．②④
【解析】正常情况下，逆转录(③)、RNA的自我复制(④)在动植物细胞中不能发生。以蛋白质为模板合成RNA，可以人工进行，一般也不会发生在动植物细胞内。
【答案】B
8.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．②是以4种核糖核苷酸为原料合成的
C．如果③表示酶分子，则它的名称是DNA聚合酶
D．转录完成后，②需通过三层生物膜才能与核糖体结合
【解析】①链是转录的模板链，②是转录的产物——mRNA。②链中不可能有碱基T。如果③是酶，则它的名称是RNA聚合酶。转录完成后，产物②通过核孔进入细胞质，无需通过生物膜。
【答案】B
9．如下图代表人体胰岛细胞中发生的某一过程(AA代表氨基酸)，下列叙述正确的是（ ）
A．能给该过程提供遗传信息的只能是DNA
B．该过程合成的产物一定是酶或激素
C．有多少个密码子，就有多少个反密码子与之对应
D．该过程有水产生
【解析】翻译的直接模板是mRNA而不是DNA，A项不对，翻译的产物是多肽，经加工后形成蛋白质，而酶与激素不都是蛋白质，B项不对；终止密码子不与氨基酸对应，所以没有与终止密码子对应的反密码子，C项也不对；氨基酸脱水缩合形成多肽，D项正确。
【答案】D
10.据图分析，下列相关叙述正确的是（ ）
A.①过程实现了遗传信息的传递和表达
B.③过程只需要mRNA、氨基酸、核糖体、酶、ATP就能完成
C.人的囊性纤维病体现了基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状
D.图中只有①②过程发生碱基互补配对
【解析】通过DNA分子的复制，只是实现了遗传信息的传递；③过程还需要特殊的运输工具——转运RNA，同时该过程中也会发生碱基互补配对。
【答案】C
11.如右图为某基因表达的过程，据图回答：
(1)能够将遗传信息从细胞核传递至细胞质的是_________(填数字)，其基本组成单位是_________。进行a过程所需的酶有和_________。
(2)图中含有五碳糖的物质有_________(填标号)；图中⑤所运载的氨基酸是_________。
(密码子：AUG—甲硫氨酸、GCU—丙氨酸、AAG—赖氨酸、UUC—苯丙氨酸)
(3)图中信使RNA对应的DNA片段连续复制两次共需要游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目为_________个。
【答案】(1)② 核糖核苷酸 解旋酶 RNA聚合酶
(2)①②⑤(必须回答完整) 苯丙氨酸
(3)2 1
12.如图表示某DNA片段遗传信息的传递过程，①～⑤表示物质或结构。a、b、c表示生理过程。请据图回答下列问题：(可能用到的密码子：AUG—甲硫氨酸、GCU—丙氨酸、AAG—赖氨酸、UUC—苯丙氨酸、UCU—丝氨酸、UAC—酪氨酸)
(1)完成遗传信息表达的是______________(填字母)过程，a过程所需的酶有_________________________________。
(2)图中含有核糖的是_____________(填数字)；由②指导合成的多肽链中氨基酸序列是____________________________________。
(3)该DNA片段第三次复制需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目为______________个。
(4)若在AUG后插入三个核苷酸，合成的多肽链中除在甲硫氨酸后多一个氨基酸外，其余氨基酸序列没有变化。由此证明_______________________________。
(5)苯丙酮尿症是由于控制某种酶的基因异常而引起的，这说明基因和性状的关系是___________________________________________。
【解析】分析图示过程可知：a为DNA的复制、b为转录、c为翻译。(1)遗传信息的表达是指DNA控制蛋白质的合成过程，即b、c过程，DNA的复制需要在解旋酶的作用下解开双链，然后在DNA聚合酶的作用下合成DNA子链；(2)图中含有核糖的结构包括mRNA、tRNA、rRNA，结合结构②的碱基序列及题中提供的密码子可知氨基酸序列为甲硫氨酸—丙氨酸—丝氨酸—苯丙氨酸；(3)由mRNA的碱基推知DNA中共有7个T，DNA片段第三次复制后，DNA由4个变为8个，故需要游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸为4×7＝28；(4)mRNA上三个相邻的碱基决定一个氨基酸；(5)基因对性状的控制有两条途径，一、基因通过控制蛋白质的合成直接控制性状。二、基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物的性状。
【答案】(1)b、c解旋酶和DNA聚合酶
(2)②③⑤(不完整不对) 甲硫氨酸—丙氨酸—丝氨酸—苯丙氨酸
(3)28
(4)一个密码子由三个碱基(核糖核苷酸)组成
(5)基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物的性状
13．请回答下列有关遗传信息传递的问题。
(1)为研究某病毒的致病过程，在实验室做了如下图所示的模拟实验。
①病毒中分离得到物质A。已知A是单链的生物大分子，其部分碱基序列为—GAACAUGUU—。将物质A加入试管甲中，反应后得到产物X。经测定产物X的部分碱基序列是—CTTGTACAA—，则试管甲中模拟的是________过程。
②将提纯的产物X加入试管乙，反应后得到产物Y。产物Y是能与核糖体结合的单链大分子，则产物Y是________，试管乙中模拟的是________过程。
③将提纯的产物Y加入试管丙中，反应后得到产物Z。产物Z是组成该病毒外壳的化合物，则产物Z是________。
(2)若该病毒感染了小鼠上皮细胞，则组成子代病毒外壳的化合物的原料来自________，而决定该化合物合成的遗传信息来自________。若该病毒除感染小鼠外，还能感染其他哺乳动物，则说明所有生物共用一套________。该病毒遗传信息的传递过程为________。
【解析】(1)由A为单链且含U，以此模板合成的物质中有T，故试管甲中模拟的是：RNA→DNA(逆转录)；试管乙放入DNA(产物X)后产生的产物Y(mRNA)能与核糖体结合，说明其中发生的是转录；以Y(mRNA)为模板合成的能组成病毒外壳的化合物Z是蛋白质。
(2)病毒在宿主细胞中增殖所需的原料来自宿主细胞，而遗传信息则由病毒RNA提供。
【答案】(1)①逆转录②mRNA转录③多肽(或蛋白质)(2)小鼠上皮细胞病毒RNA密码子
RNA→DNA→mRNA→蛋白质
第七单元 生物的变异
课标考纲要求
课标要求 考纲说明
举例说明基因突变的特征和原因举例说出基因重组及其意义简述染色体结构变异和数目变异搜集生物变异在育种上应用的事例关注转基因生物和转基因食品的安全性列出人类遗传病的类型（包括单基因病、多基因病和染色体病）探讨人类遗传病的监测和预防关注人类基因组计划及其意义 举例说明基因突变的例子掌握基因突变的特点和原因理解基因重组及其意义简述基因突变和基因重组在育种上的应用举例说明染色体结构变异和染色体数目变异说出单倍体和多倍体在生产实践中的应用简述低温诱导染色体数目加倍的原理和实验步骤举例说明人类常见的遗传病类型能判断单基因遗传病的类型分析染色体异常遗传病发生的原因掌握基因工程操作的基本工具和基本过程举例说明基因工程的应用
考纲分析解读和复习指导
本单元复习要注意运用比较的方法，结合掌握的知识，重点从基因突变、基因重组、染色体结构变异、染色体数目变异形成原因、发生时期、发生条件和意义方面进行比较，以加深对知识的理解。
复习过程中，要结合本单元内容对上一单元中的一些基本概念强化复习，如基因和基因型、表现型和性状，关于人类遗传病，要能理解“症”、“综合征”这两种说法。
低温诱导染色体加倍的实验要注意和必修一中的观察植物细胞的有丝分裂实验比较，二者既有共同的步骤，也有不同的步骤和方法，试剂上也有差别。
研究变异的目的是为了在农业生产上进行育种，这是这一单元复习的重点，也是考查的主要方向，应特别关注。
基因工程中，通过转基因技术培育农作物新品种，也是属于一种变异，复习过程中要按照变异问题的分析方法去解决相关问题

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