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4.1 基因指导蛋白质的合成学案
【预习新知】
遗传信息的转录
1．DNA与RNA的比较
比较项目 项目 DNA RNA
化学组成 基本单位 脱氧核苷酸 核糖核苷酸
碱基 A、G、C、T A、G、C、U
五碳糖 脱氧核糖 核糖
无机酸 磷酸 磷酸
空间结构 规则的双螺旋结构 通常呈单链结构
分类 通常只有一类 分mRNA、tRNA、rRNA三类
功能 主要的遗传物质 在不存在DNA的生物里是遗传物质，在存在DNA的生物里辅助DNA完成功能
存在(真核生物) 主要存在于细胞核中的染色体上 主要存在于细胞质中
2．三种RNA的比较
mRNA tRNA rRNA
分布 部位 常与核糖体结合 细胞质中 与蛋白质结合 形成核糖体
结构
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：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
3．RNA适于作为DNA信使的原因
(1)RNA的基本组成单位是核苷酸，含有4种碱基，可以储存遗传信息。
(2)RNA一般是单链，比DNA短，能通过核孔，从细胞核进入细胞质。
(3)组成RNA的碱基也严格遵循碱基互补配对原则。
4．转录与DNA分子复制的区别：
复制 转录
时间 有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期 生长发育过程中
场所 主要在细胞核，少部分在线粒体和叶绿体
原料 四种脱氧核苷酸 四种核糖核苷酸
模板 DNA的两条链 DNA中的一条链
条件 特定的酶和ATP
过程 DNA解旋，以两条链为模板，按碱基互补配对原则，合成两条子链，子链与对应母链螺旋化 DNA解旋，以一条链为模板，按碱基互补配对原则，形成mRNA(单链)，进入细胞质与核糖体结合
模板 去向 分别进入两个子代DNA分子中 恢复原样，DNA分子重新形成双螺旋结构
特点 边解旋边复制，半保留复制 边解旋边转录，DNA双链全保留
产物 两个双链DNA分子 一条单链mRNA
意义 复制遗传信息，使遗传信息从亲代传给子代 传递遗传信息，为翻译做准备
遗传信息的翻译
1．翻译的概念
游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质，这一过程叫翻译。
(1)部位：细胞质。
(2)原料：各种游离氨基酸。
(3)模板：mRNA。
(4)结果：一定氨基酸顺序的蛋白质。
(5)实质：将mRNA中的碱基序列(携带遗传信息)翻译为蛋白质的氨基酸序列(具体性状)。
2．氨基酸的“搬运工”－tRNA
tRNA的基本结构单位为核糖核苷酸，为RNA的一种。tRNA种类众多，但每一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。tRNA呈三叶草形，其一端为携带氨基酸的部位，另一端有3个碱基。每个tRNA上的这3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，称反密码子。
3．转录与翻译的比较
4．遗传信息、密码子、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 直接决定蛋白质中的氨基酸排列序列 识别密码子，转运氨基酸
图解
5．翻译过程中多聚核糖体模式图解读
(1)图1表示真核细胞的翻译过程，其中①是mRNA，⑥是核糖体，②、③、④、⑤表示正在合成的4条多肽链，具体内容分析如下：
①数量关系：一个mRNA可同时结合多个核糖体，形成多聚核糖体。
②目的意义：少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质。
③方向：从右向左(见图1)，判断依据是多肽链的长短，长的翻译在前。
④形成的多条肽链氨基酸序列相同：其原因是有相同的模板mRNA。
(2)图2表示原核细胞的转录和翻译过程，图中①是DNA，②、③、④、⑤表示正在合成的4条mRNA在核糖体上同时进行翻译过程。
中心法则
1．提出者：克里克。
2．内容：遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的__复制__；也可以从DNA流向__RNA__，进而流向__蛋白质__，即遗传信息的转录和翻译。
3．补充后的中心法则图解
【巩固训练】
1.某生物细胞内发生的某些生理过程如下图I、II所示，X表示某种酶。下列叙述正确的是( )
A.核糖体合成的肽链经内质网、高尔基体加工后才有生物活性
B.此过程可以发生在真核细胞内，但I和II不可以同时进行
C.基因中起始密码子序列发生改变，可能导致X无法识别
D.图中核糖体移动的方向是从右到左，多个核糖体合成不同的肽链
2.生物体内存在一种RNA编辑现象。哺乳动物ApoB基因的mRNA在肝中能翻译为含4536个氨基酸的蛋白，但该mRNA在肠细胞中会被替换掉1个碱基，最终翻译为仅含2152个氨基酸的蛋白。下列叙述错误的是( )
A.RNA编辑是转录后水平上的基因表达调控
B.肠细胞中ApoB基因模板链发生相应改变
C.该碱基替换可能导致终止密码子提前出现
D.RNA编辑可以实现1个基因表达出多种蛋白
3.某原核生物胞外酶X合成过程局部放大如下图所示。下列叙述正确的是( )
A.①是以DNA上的某基因区段为模板转录而来
B.核糖体的移动方向是从右向左
C.该物质合成过程中的能量主要来自于线粒体
D.ab链的起始密码子是由基因中的启动部位转录而来的
4.遗传信息的传递过程中要遵循“碱基互补配对原则”。下列表示转录过程的是( )
模板 AGCU AGCT AGCU AGCT
产物 UCGA TCGA TCGA UCGA
选项 A B C D
A.A B.B C.C D.D
5.在细胞学研究领域，有许多药物可抑制细胞内某些生命活动，以达到治疗疾病的目的。下表为几种药物的主要作用机理，有关叙述正确的是( )
药物名称 作用机理
阿糖胞苷 抑制DNA聚合酶活性
金霉素 阻止tRNA与mRNA的结合
放线菌素D 嵌入DNA双链分子中，抑制DNA的模板功能
A.阿糖胞苷可使细胞中的RNA合成受阻
B.金霉素发挥作用的场所是细胞核
C.放线菌素D可直接干扰细胞中的转录过程
D.表中三种药物都是通过抑制基因的表达来治疗疾病
6.真核细胞中发现P小体和U小体等无膜细胞器。P小体像是汇集了多种降解因子的mRNA处理工厂，或者是使mRNA处于沉默状态加以储存的场所。U小体可参与细胞核中mRNA前体剪接为成熟mRNA的过程。U小体总是与P小体联系在一起，参与RNA的监控和降解，P小体和U小体主要调控细胞内的哪项生命活动( )
A.DNA复制 B.转录 C.翻译 D.蛋白质加工
7.真核细胞中发现P小体和U小体等无膜细胞器。P小体像是汇集了多种降解因子的mRNA处理工厂，或者是使mRNA处于沉默状态加以储存的场所。U小体可参与细胞核中mRNA前体剪接为成熟mRNA的过程。U小体总是与P小体联系在一起，参与RNA的监控和降解，根据P小体的功能，推测P小体中应当可以检测到以下哪种物质( )
A.磷脂分子 B.RNA酶 C.氨基酸 D.胸腺嘧啶
8.真核细胞中发现P小体和U小体等无膜细胞器。P小体像是汇集了多种降解因子的mRNA处理工厂，或者是使mRNA处于沉默状态加以储存的场所。U小体可参与细胞核中mRNA前体剪接为成熟mRNA的过程。U小体总是与P小体联系在一起，参与RNA的监控和降解，U小体最可能出现在以下哪个结构中( )
A.细胞溶胶 B.线粒体 C.溶酶体 D.细胞核
9.miRNA是一类由内源基因编码的长度为19～25个核苷酸的非编码单链小分子RNA。它主要通过与一个或多个靶mRNA的3'端完全或不完全地互补结合，使mRNA降解或抑制mRNA翻译，从而发挥其转录后的调控功能。下列有关叙述，不正确的是( )
A.miRNA会使靶基因表达产物的量减少
B.miRNA与靶mRNA结合的过程中可能存在A与U的配对
C.miRNA不直接作为翻译的模板
D.miRNA识别靶mRNA时采取与翻译不相同的碱基配对方式
10.下列关于参与翻译过程的mRNA和tRNA的叙述正确的是( )
A.当mRNA沿着核糖体移动至起始密码子时，翻译过程即开始
B.进入核糖体的一个tRNA会先后占据mRNA上两个结合位点
C.参与该过程的各种RNA均为单链结构，且没有氢键
D.mRNA上的密码子种类发生改变可能导致蛋白质功能改变
参考答案
1.答案：D
解析：A、从图中可以看出，表示转录，Ⅰ表示翻译，边转录边翻译推测该生物为原核生物或者真核细胞的线粒体或叶绿体结构，若为原核生物，无内质网高尔基体，A错误;
B、此过程可以发生在真核细胞内，在线粒体和叶绿体内Ⅰ和Ⅱ可以同时进行，B错误;
C、密码子在mRNA上，没有在基因上，C错误;
D、真核细胞细胞核里进行转录时，一次转录只产生一个基因的mRNA，而原核细胞，一次转录得到的mRNA分子上含有几个基因的转录片段，因此在翻译时，一条mRNA上同时结合多个核糖体，每个核糖体会识别相应基因的mRNA上的起始密码子和终止密码子，多个核糖体合成不同的肽链，核糖体移动的方向是沿着每个基因的mRNA片段的5'端向3'，端移动，核糖体移动的方向是从右向左，D正确。
2.答案：B
解析：
3.答案：A
解析：
4.答案：D
5.答案：C
解析：C、转录是指以四种核糖核苷酸为原料，以DNA分子的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，在RNA聚合酶的作用下合成RNA的过程。放线菌素D能够嵌入DNA双链分子中，抑制DNA的模板功能，故可直接干扰细胞中的转录过程，C正确
6.答案：C
解析：P小体的作用是降解RNA,U小体的作用是将mRNA前体剪接为成熟mRNA，因此P小体和U小体主要调控细胞内的翻译过程，故选C。
7.答案：B
解析：由于P小体像是汇集了多种降解因子的mRNA处理工厂，说明P小体可以降解mRNA，因此含有RNA酶，故选B。
8.答案：D
解析：U小体可参与细胞核中mRNA前体剪接为成熟mRNA的过程，因此U小体最可能出现在细胞核中，故选D。
9.答案：D
解析：A、miRNA通过与一个或多个靶mRNA的3'端完全或不完全地互补结合使mRNA降解或抑制mRNA翻译，故miRNA会使靶基因表达产物的量减少，A正确;
B、miRNA识别靶mRNA时的碱基配对方式，为A-U、U-A、G-C、C-G，B正确;
C、mRNA是翻译的模板，而miRNA能识别靶mRNA，不直接作为翻译的模板，C正确;
D、miRNA识别靶mRNA及翻译过程中碱基配对方式都是A-U、C-G，D错误。
10.答案：D
解析：A、蛋白质合成中，核糖体沿着mRNA移动，而不是mRNA沿着核糖体移动，A错误；
B、核糖体同时有读取两个密码子位点，携带氨基酸的tRNA只会占据mRNA上的1个结合位点，B错误；
C、参与翻译过程的RNA均为单链，但tRNA有氢键，C错误；
D、mRNA上密码子的种类变化可能使对应氨基酸序列改变，导致蛋白质功能的改变，D正确。
故选D。

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