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第4章　基因的表达
新知一　遗传信息的转录
1.RNA的组成及分类。
结合教材中的“核糖和脱氧核糖的结构模式图”“DNA
与RNA在化学组成上的区别”图和“三种主要的RNA示意图”,阅读RNA的相关内容,阐明RNA的种类和功能,比较其与DNA的不同。
(1)基本单位及组成
核糖核苷酸
核糖
鸟嘌呤
尿嘧啶
单链
信使RNA
蛋白质合成的直接模板
转运RNA
运载氨基酸
核糖体RNA
核糖体的组成成分
比较项目 DNA RNA
组
成
单
位 基本组成
单位不同 ____________ ____________
五碳糖不同 _________ ______
碱基不同 特有的是______
_________ 特有的是______
________
结构不同 ___________ 一般为_____,能通过核孔
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
脱氧核糖
核糖
胸腺嘧啶（或T）
尿嘧啶（或U）
双螺旋结构
细胞核
一条链
核糖核苷酸
RNA
碱基
碱基互补配对
一条链
核糖核苷酸
氢键
RNA聚合酶
mRNA分子
DNA链
双螺旋
新知二　遗传信息的翻译
核糖体
mRNA
氨基酸
蛋白质
核糖体
tRNA
mRNA
终止密码子
核糖体与mRNA的复合物
新知三　中心法则
DNA
蛋白质
发展内容 信息流动 举例
RNA自我复制 遗传信息从____流向____ 烟草花叶病毒
RNA逆转录合成DNA 遗传信息从____流向____ HIV
RNA
逆转录
探究一　遗传信息的转录
(1)在图中方框内用“→”或“←”标出转录的方向。
合作探究
(2)a为启动上述过程必需的有机物,其名称是什么
提示:RNA聚合酶。
(3)b和c的名称分别是什么
提示:b是胞嘧啶脱氧核苷酸,c是胞嘧啶核糖核苷酸。
(4)在根尖细胞中,上述过程发生的场所在哪里
提示:细胞核,线粒体。
(5)若d中A占35%,U占19%,则d对应的DNA分子片段中T和C分别占多少
提示:d是以DNA的一条链为模板转录来的,若d中A=35%,U=19%,A+U=54%,则对应的DNA分子片段中A+T=54%,G+C=46%,故A=T=27%,G=C=23%。
比较项目 模板 原料 能量 酶 产物
DNA复制 DNA的两条链 脱氧核苷酸 ATP 解旋酶、DNA聚合酶 DNA
转录 DNA的一条链 核糖核苷酸 ATP RNA聚合酶 RNA
点拨提升
【例1】下列有关DNA和RNA的叙述,正确的是(　　)
A.由DNA转录形成的RNA的相对分子质量是该DNA
的一半
B.通过DNA转录形成的RNA分子中没有碱基对存在
C.DNA和RNA的碱基组成不完全相同
D.tRNA和rRNA不是由DNA转录形成的产物
典例研析
解析:一个DNA分子有多个基因,而遗传信息的转录以基因为单位,因此由DNA转录形成的RNA的相对分子质量远小于该DNA的一半,A项错误;RNA有rRNA、tRNA、mRNA三大类,tRNA分子中存在碱基对,B项错误;DNA和RNA均有碱基A、G、C,另外DNA具有特有碱基T,RNA具有特有碱基U,C项正确;rRNA、tRNA、mRNA均是由DNA转录形成的产物,D项错误。
答案:C
【例2】下图表示在人体细胞核中进行的某一生理过程,下列说法正确的是(　　)
A.该过程共涉及5种核苷酸
B.在不同组织细胞中该过程的产物相同
C.该过程需要DNA聚合酶
D.该过程涉及碱基互补配对和ATP的消耗
解析:从原料看出该过程为转录。该过程涉及的核苷酸为4种脱氧核苷酸、4种核糖核苷酸;不同组织细胞中转录的mRNA不同;该过程不需要DNA聚合酶,而需要RNA聚合酶;该过程涉及碱基互补配对和ATP的消耗。
答案:D
探究二　遗传信息的翻译
1.下图是基因控制蛋白质合成的示意图,请据图回答下列问题。
(1)转录出③的模板是什么 该模板的相应区段的碱基序列是什么
提示: DNA的一条链;—TAGCGAAGAAAG—。
合作探究
(2)运输氨基酸的工具是图中的哪种结构 为什么说它是真正起“翻译”作用的结构
提示:运输氨基酸的工具是tRNA(①);它一端有反密码子,能识别mRNA上的密码子,一端能携带氨基酸,是真正起“翻译”作用的结构。
(3)研究表明,少量的mRNA分子就能迅速合成大量的蛋白质,结合上图推测其作用机理。
提示:1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。
2.假设编码亮氨酸的密码子CUA中的一个碱基发生了改变,可能的变化是第1个碱基C变成了U、A或G;或第 2个碱基U变成了C、A或G;或第3个碱基A变成了U、C或G。请分析：在这9种可能的变化中,哪几种变化确实引起了氨基酸的变化 通过这个实例,你认为密码子的简并性对生物体的生存发展有什么意义
提示:可以将变化后的密码子分别写出,然后查密码子表,看看变化了的密码子分别对应哪种氨基酸。这个实例说明密码子的简并性在一定程度上能防止由于碱基的改变而导致的遗传信息的改变。
(1)密码子和反密码子的比较。
比较项目 密码子 反密码子
位置 mRNA tRNA
作用 直接决定蛋白质中氨基酸的序列 识别密码子,转运氨基酸
特点 与DNA模板链上的碱基互补 与mRNA中密码子的碱基互补
点拨提升
(2)氨基酸、密码子和反密码子的对应关系。
①每种氨基酸对应一种或几种密码子(密码子的简并性),可由一种或几种tRNA转运。
②一种密码子只能决定一种氨基酸,一种tRNA只能转运一种氨基酸。
③氨基酸、密码子和反密码子的对应关系图
④密码子有64种(一般情况下3种终止密码子不决定氨基酸,特殊情况下UGA可以编码硒代半胱氨酸;一般情况下决定氨基酸的密码子有61种),一般情况下反密码子理论上有61种。不同生物共用一套遗传密码。
【例3】用体外实验的方法可合成多肽链。已知苯丙氨酸的密码子是UUU,若要在体外合成同位素标记的多肽链,所需的材料组合是 (　　)
①同位素标记的tRNA　②蛋白质合成所需的酶　
③同位素标记的苯丙氨酸　④人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸　⑤除去了DNA和mRNA的细胞裂解液
A.①②④　　　　　　B.②③④
C.③④⑤ D.①③⑤
典例研析
解析:在体外合成同位素标记的多肽链,需要有翻译合成该多肽链的模板——mRNA,人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸是合成mRNA所需要的原料;还需要有合成该多肽链的原料——同位素标记的氨基酸(苯丙氨酸)。此外,合成该多肽链还需要核糖体、相关酶以及能量等,可由除去了DNA和mRNA的细胞裂解液提供。
答案:C
【例4】(2024·广东一模)图1和图2表示某些生物体内的物质合成过程示意图,对此分析正确的是(　　)
图1 图2
A.图中甲和丙表示mRNA,乙和丁表示核糖体
B.乙和丁的移动方向均是从右向左
C.图1形成的多肽链的氨基酸排列顺序各不相同
D.图1和图2所示过程使得少量的mRNA分子可以迅速合成
大量的蛋白质
解析:题图1中甲表示mRNA,乙表示核糖体,图2中丙表示DNA单链,丁表示RNA聚合酶,A项错误;乙移动方向是从左向右,丁的移动方向是从右向左,B项错误;图1过程合成的多肽链以同一条mRNA为模板,氨基酸排列顺序相同,C项错误;图1和图2所示过程中,一条mRNA上同时结合多个核糖体进行翻译,这使得少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质,D项正确。
答案:D
探究三　中心法则
下图是生物体内遗传信息的传递和表达过程,请分析并回答下列问题。
(1)正常细胞中能发生的过程是哪些
提示:①②③。
(2)请用图解写出HIV的遗传信息传递与表达的途径。
提示:
合作探究
(3)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,请将此图解中A~E试管所模拟的过程与上图①~⑤过程对应起来。

A B C D E
提示:A—①;B—②;C—⑤;D—④;E—③。
中心法则与基因表达的关系
点拨提升
【例5】某种RNA病毒在增殖过程中,其遗传物质需要经过某种转变后整合到真核宿主细胞的基因组中。物质Y与脱氧核苷酸结构相似,可抑制该病毒的增殖,但不抑制宿主细胞的增殖,那么Y抑制该病毒增殖的机制是(　　)
A.抑制该病毒RNA的转录过程
B.抑制该病毒的逆转录过程
C.抑制该病毒蛋白质的翻译过程
D.抑制该病毒RNA的自我复制过程
合作探究
解析:逆转录病毒遗传信息的传递没有RNA转录和RNA的自我复制过程,其RNA经过逆转录合成DNA,整合到宿主细胞的基因组后,随宿主细胞DNA的复制而复制,并通过转录、翻译过程合成新的病毒。逆转录过程是该病毒遗传信息传递特有的过程,物质Y可抑制该病毒的增殖,但不抑制宿主细胞的增殖,因此是抑制了该病毒的逆转录过程。
答案:B
【情境迁移】
科学研究表明,小分子RNA可以干扰细胞中某些基因的表达过程,从而导致基因“沉默”。
(1)使基因“沉默”的小分子RNA片段的基本组成单位是什么
提示:4种核糖核苷酸。
(2)小分子RNA干扰细胞中某些基因的表达过程,而不是影响所有基因,试推测其可能的作用机理。
提示:通过碱基互补配对与特定的mRNA结合,从而影响了该mRNA的翻译过程。
【例6】下图为中心法则示意图,相关叙述错误的是(　　)
A.③过程不能发生在细胞核中
B.①④的碱基配对方式不完全相同
C.⑤过程可发生在HIV侵染宿主细胞时
D.②③过程所需的原料分别是核糖核苷酸和氨基酸
答案：C
课堂建构第4章　基因的表达
第1节　基因指导蛋白质的合成
第1课时　基因指导蛋白质的合成
（一）基础巩固　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.下图为真核细胞中多聚核糖体合成蛋白质的示意图,下列叙述错误的是 (　　)
A.①只有与⑥结合后才能发挥它的作用
B.①在真核细胞中合成的场所只有细胞核
C.①上的一个密码子最多决定一种氨基酸
D.初始合成产物②③④⑤的氨基酸序列相同
解析:①为mRNA,⑥为核糖体,mRNA只有与核糖体结合后才能进行翻译,A项正确;①所示的mRNA是转录的产物,在真核细胞中合成mRNA的场所有细胞核、线粒体、叶绿体,B项错误;密码子位于①所示的mRNA上,一个密码子最多决定一种氨基酸,C项正确;②③④⑤都是正在合成的肽链,合成这些肽链的模板相同,都是①所示的mRNA,所以初始合成产物②③④⑤的氨基酸序列相同,D项正确。
答案:B
2.某转运RNA的反密码子为CAU,它所转运的氨基酸是(　　)
A.缬氨酸(GUA) B.组氨酸(CAU)
C.酪氨酸(UAC) D.甲硫氨酸(AUG)
答案:A
3.甲(—A—T—G—G—)是一段单链核DNA片段,乙是该片段的转录产物,丙(A—P~P~P)是转录过程中所需的一种物质。下列叙述正确的是(　　)
A.甲、乙、丙的组成成分中均有核糖
B.甲在DNA酶的作用下水解,产物中有丙
C.甲、乙共有1种五碳糖、5种碱基、6种核苷酸
D.甲及其互补链复制后的子代DNA可分别位于两条姐妹染色单体上
解析:乙、丙的组成成分中均有核糖,甲中含有脱氧核糖,A项错误;甲在DNA酶的作用下水解,产物为脱氧核苷酸,没有丙,B项错误;甲、乙共有2种五碳糖,5种碱基(A、T、C、G、U),6种核苷酸(3种脱氧核苷酸、3种核糖核苷酸),C项错误;甲及其互补链复制后的子代DNA可分别位于两条姐妹染色单体上,D项正确。
答案:D
4.四环素、链霉素、氯霉素、红霉素等抗生素能抑制细菌的生长,它们有的能干扰细菌核糖体的形成,有的能阻止tRNA与mRNA结合,这些抗生素阻断了(　　)
A.翻译过程　　　　　 　B.DNA复制过程
C.转录过程 D.染色体活动
解析:由题意知,抗生素干扰核糖体形成,由于核糖体是翻译的场所,因此抗生素会干扰翻译过程;翻译过程中tRNA的一端携带氨基酸,另一端有反密码子,可以与 mRNA上的密码子进行互补配对,如果抗生素阻止tRNA与mRNA结合,则会影响翻译过程的进行。
答案:A
5.(2023·深圳高三第一次调研)细菌内一条mRNA可能含有多个AUG密码子,仅起始密码子AUG上游有一段SD序列,该序列能与rRNA互补结合。下列叙述正确的是(　　)
A.SD序列很可能与转录过程的起始有关
B.SD序列突变以后产生的多肽链会变长
C.mRNA中含有的多个AUG并不是都作为起始密码子
D.一条mRNA结合多个核糖体就表明有多个SD序列
解析:SD碱基序列可使翻译能准确地从起始密码子开始,推测SD序列很可能与翻译过程的起始有关,A项错误;SD序列突变后,不会启动翻译过程,因此不会产生肽链,B项错误;由题意“细菌内一条mRNA可能含有多个AUG密码子,仅起始密码子AUG上游有一段SD序列,该序列能与rRNA互补结合”可知,仅起始密码子AUG上游有一段SD序列可以作为起始密码子,因此mRNA中含有的多个AUG并不是都作为起始密码子,C项正确;一条mRNA结合多个核糖体,多个核糖体可能是从一个位点结合的,并不能表明一条mRNA上有多个SD序列,D项错误。
答案:C
6.某条多肽链含n个肽键,则其合成过程中对应的mRNA及基因中碱基数至少为(　　)
A.3n、6n B.3n、3n C.3(n+1)、6n D.3(n+1)、6(n+1)
解析:在转录和翻译过程中,基因中碱基数∶mRNA上碱基数∶氨基酸数=6∶3∶1。若某条多肽链含n个肽键,则有(n+1)个氨基酸,控制合成该多肽链的mRNA及基因中至少含有的碱基数为3(n+1)、6(n+1)。
答案:D
7.下图中①、②、③分别表示细胞中3种生物大分子的合成过程。请回答下列问题。
(1)在人体内,图①过程发生的主要场所是　　　　　,图②过程是在　　　　　酶的作用下,将核糖核苷酸连接在一起形成α链。
(2)细胞内酶的合成　　　　(填“一定”或“不一定”)需要经过图③过程。若要过程③中合成的肽链中亮氨酸(密码子为UUA、UUG、CUU、CUC、CUA、CUG)转变成色氨酸(密码子为UGG),可以通过改变DNA模板链上的一个碱基来实现,即　 　。
(3)假设转录形成α链的基因中有一个碱基对发生了替换,导致该基因编码的肽链中氨基酸数目减少,其原因可能是基因中碱基对的替换导致 　。
(4)在整个生物界中,遗传信息的传递途径除了①②③外,还包
括　 　两条途径。
解析:(1)图①表示DNA复制,在人体细胞中主要发生在细胞核中。图②表示转录,需要RNA聚合酶的参与。(2)绝大多数酶的本质是蛋白质,少数酶的本质为RNA,图③表示翻译过程,故细胞内酶的合成不一定需要经过图③过程。当亮氨酸的密码子为UUG时,对应模板链碱基序列为AAC,当第二个碱基A变为C时,此序列对应的密码子变为UGG,编码色氨酸。(3)基因中一个碱基对的替换可能会导致终止密码子提前出现,翻译提前终止,这会使该基因编码的肽链中氨基酸数目减少。(4)根据中心法则,在整个生物界中,遗传信息的传递途径除了①②③外,还包括RNA的逆转录和RNA的复制两条途径。
答案:(1)细胞核　RNA聚合　(2)不一定　A变为C　(3)终止密码子提前出现,翻译提前终止　(4)RNA的逆转录和RNA的复制
(二)拓展提高
8.下图所示为某生物细胞内正在进行的生理过程,下列有关叙述错误的是 (　　)
A.大肠杆菌、酵母菌中都可发生如图所示的过程
B.图中方框内含有6种核苷酸
C.③沿着④的移动方向为从b到a
D.①→④和④→②过程中碱基互补配对情况不完全相同
解析:图中是边转录边翻译的过程,只能发生在原核生物中,不能发生在酵母菌等真核生物体内,A项错误;图中①表示DNA,④表示mRNA,并且方框中只含有A、C、G 3种碱基,因此DNA链中含有3种脱氧核苷酸,RNA链中含有3种核糖核苷酸,即一共有6种核苷酸,B项正确;从b到a的方向肽链逐渐延长,因此③核糖体沿着④mRNA的移动方向为从b到a,C项正确;①→④表示转录过程,④→②表示翻译过程,两个过程中碱基互补配对情况不完全相同,D项正确。
答案:A
9.(2024·广东开学测)透明质酸是由N─乙酰氨基葡萄糖和葡萄糖醛酸为双糖单位(如下图所示)聚合而成的一种多糖,是细胞外基质的主要成分,这种结构使其具有极强的保水作用。透明质酸的更新是对抗皮肤衰老的关键。下列叙述正确的是(　　)
A.透明质酸和脂肪、糖原具有相同的元素组成
B.暂缓皮肤衰老可能与透明质酸可以清除氧自由基有关
C.透明质酸合成酶基因以其两条链为转录模板链
D.抑制透明质酸的合成可以提高皮肤滋润度
解析:由题图可知,透明质酸主要含有碳、氢、氧、氮4种元素,而脂肪和糖原含有碳、氢、氧3种元素,A项错误;由题意可知,透明质酸的更新是对抗皮肤衰老的关键,因此暂缓皮肤衰老可能与透明质酸可以清除氧自由基有关,B项正确;透明质酸合成酶基因的转录是以基因的一条链为模板进行的,C项错误;由题意可知,透明质酸是细胞外基质的主要成分,具有极强的保水作用,因此抑制透明质酸的合成可以降低皮肤滋润度,D项错误。
答案:B
10.图甲为细胞内某些重要化合物的合成过程,图乙为中心法则。据图回答有关问题。
甲 乙
(1)图甲所示过程为图乙中的　　　　(填数字),发生在　　　　(填“真核”或“原核”)生物中。
(2)图乙中2过程的发生需要的酶是　　　　　　,此时DNA—RNA杂交区域中与A配对的碱基为　　　　。
(3)人的神经细胞中能发生图乙中的　　　　(填数字)过程。
(4)人类某基因经图乙2过程产生的RNA全长有4 500个碱基,而翻译成的蛋白质是由107个氨基酸组成的,这是因为 　。
解析:(1)图甲所示的过程表示转录和翻译同时进行,图乙中的2是转录,5是翻译;因为原核生物没有核膜,所以转录和翻译可以同时进行。(2)图乙中的2是转录,需要RNA聚合酶,此时DNA-RNA杂交区域中与A配对的碱基是U和T。(3)人的神经细胞属于高度分化的细胞,只能发生2转录和5翻译。(4)转录得到的RNA全长有4 500个碱基,理论上对应1 500个氨基酸,现在只有107个,说明转录产生的RNA需要通过加工修饰后才能进行翻译。
答案:(1)2、5　原核　(2)RNA聚合酶　U、T (3)2、5　(4)转录产生的RNA要经过加工修饰后才能进行翻译
第2课时　基因表达的过程解读及应用
题型一　转录、翻译过程中有关图形解读
【典例1】下图为蛋白质的合成过程示意图,请据图回答有关问题。
甲 乙
(1)图甲中发生在细胞核中的过程是　　　　。
(2)图甲中基因表达的最后一个阶段是在[　]　　　　中完成的,这一过程中还需要mRNA、tRNA、氨基酸、　　　　和　　　　。
(3)图甲中③称为　　　　,在蛋白质合成过程中将多肽链中氨基酸种类与mRNA上的遗传信息联系起来的物质是　　　　。
(4)图乙为该细胞中多聚核糖体合成多肽链的过程。对此过程的理解错误的是(　　)
A.X在MN上的移动方向是从左到右,所用原料是氨基酸
B.多聚核糖体能够加速细胞内蛋白质合成速率的原因是同时合成多条多
肽链
C.该过程直接合成的T1、T2、T3三条多肽链中氨基酸的顺序相同
D.合成MN的场所在细胞核,而X一定附着在内质网上
解析:首先要识别该细胞为真核细胞,因为有核膜;其次要清楚图中数字和字母的含义;图甲中的①为RNA聚合酶,②为mRNA,③为密码子,④为氨基酸,⑤为核糖体;图乙中MN为mRNA,X为核糖体,T1、T2、T3为三条肽链。
(1)细胞核中DNA分子正在进行转录。(2)基因表达的最后一个阶段是在核糖体中完成的,这一过程称为翻译,翻译需要mRNA、氨基酸、ATP、tRNA和酶。(3)由于tRNA一端含有反密码子,另一端携带相应的氨基酸,所以tRNA是将多肽链中氨基酸种类与mRNA上的遗传信息联系起来的物质。(4)图乙表明,多聚核糖体是以mRNA为模板,以游离的氨基酸为原料合成蛋白质的,根据肽链的长短可以判断,X在MN上是从左向右移动的;由题图可看出,同时有多条肽链在合成,能够加速蛋白质的合成速率;由于T1、T2、T3的模板相同,都是MN,因此其上氨基酸顺序也相同;mRNA的合成场所是细胞核,而核糖体既可附着在内质网上,也可游离在细胞质中。
答案:(1)转录　(2)⑤　核糖体　酶　ATP (3)密码子　tRNA　(4)D
【方法规律】
mRNA与核糖体数量、翻译速度的关系
(1)数量关系:一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体。
(2)目的、意义:少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质。
(3)方向:从左向右(如图所示),判断依据是肽链的长短,肽链长的翻译在前。
(4)结果:合成的仅是多肽链,需要运送至内质网、高尔基体等结构中进一步加工。
(5)因为模板mRNA相同,所以图中4个核糖体合成了4条相同的肽链,而不是4个核糖体共同合成1条肽链,也不是合成4条不同的肽链。
迁移应用
1.下图表示人体细胞内两类物质的合成过程,结合所学知识回答下列相关问题。
A B
(1)图A中生理过程发生的主要场所是　　　　　　,以　　　　作为单位进行,甲、乙代表的物质是　　　　。
(2)图B中若多肽链为前胰岛素原(胰岛素的前体物质),则其合成后的去向是　　　　(场所)。
(3)RNA除了具有图B所示生理功能外,还具有的功能是________________ (写出一项即可)。
(4)四环素等抗生素能够抑制细菌的生长,原因之一是干扰了细菌核糖体的形成,从而阻碍了图　　　　(填“A”或“B”)中所示的生理过程。
解析:(1)图A表示转录过程,甲、乙代表的是RNA聚合酶,发生的主要场所是细胞核,转录是以基因作为单位进行的。(2)前胰岛素原(胰岛素的前体物质)合成后要去内质网进行加工。(3)RNA除了传递遗传信息外,还可以作为酶起催化作用,或者作为RNA病毒的遗传物质。(4)四环素等抗生素能够抑制细菌的生长,原因之一是干扰了细菌核糖体的形成,从而阻碍了翻译过程,即图B中所示的生理过程。
答案:(1)细胞核　基因　RNA聚合酶　(2)内质网 (3)作为酶催化化学反应(或作为遗传物质)　(4)B
题型二　遗传信息、密码子和反密码子的比较
【典例2】细胞内有些反密码子含碱基次黄嘌呤(I)。含I的反密码子存在如图所示的配对方式(Gly表示甘氨酸)。下列说法错误的是(　　)
A.该图反映了密码子的简并性
B.一种反密码子可以识别不同的密码子
C.密码子与反密码子的碱基之间通过氢键连接
D.密码子与反密码子空间结构的不同造成其功能不同
解析:密码子有简并性,一个密码子只能编码一种氨基酸,但一种氨基酸可由一种或多种密码子编码,A项正确;由图示分析可知,I与U、C、A均能配对,因此含I的反密码子可以识别多种不同的密码子,B项正确;密码子与反密码子的碱基之间通过互补配对,然后通过氢键连接结合,C项正确;密码子决定氨基酸序列,反密码子决定氨基酸的位置,因此密码子与反密码子的空间结构是相同的,但其功能不同,D项错误。
答案:D
【方法规律】
遗传信息、密码子和反密码子的比较
(1)区别。
比较项目 遗传信息 密码子 反密码子
存在位置 DNA mRNA tRNA
概念 基因中脱氧核苷酸的排列顺序 mRNA中决定一个氨基酸的3个相邻碱基 tRNA中与mRNA密码子互补配对的3个碱基
作用 控制生物的遗传性状 直接决定蛋白质中的氨基酸序列 识别密码子,转运氨基酸
种类 基因中脱氧核苷酸种类、数目和排列顺序的不同,决定了遗传信息的多样性 共64种。其中61种能翻译出氨基酸,3种终止密码子不能翻译出氨基酸。但在特殊情况下,终止密码子UGA可以编码氨基酸 一般情况下为61种(tRNA也为61种),特殊情况下为62种
(2)联系。
①遗传信息是基因中脱氧核苷酸的排列顺序,通过转录,使遗传信息传递到mRNA的核糖核苷酸的排列顺序上。
②mRNA的密码子直接控制蛋白质分子中氨基酸的排列顺序,反密码子则起到翻译的作用。
(3)对应关系。
①基因中脱氧核苷酸的序列决定mRNA中核糖核苷酸的序列。
②mRNA中的碱基序列与基因模板链中的碱基序列互补。
③密码子与相应反密码子的序列互补配对。
迁移应用
2.下图中①和②表示蓝细菌细胞内进行的生理过程。相关叙述正确的是 (　　)
A.①过程的模板是b链,场所是细胞核
B.②过程的直接模板是c链,场所是核糖体
C.①②过程可以同时进行,所需能量由线粒体提供
D.决定氨基酸的密码子有64个,酪氨酸的密码子是AUG
解析:根据碱基互补配对原则可知,①过程的模板是b链,由于蓝细菌是原核生物,没有细胞核,所以该过程发生在拟核中,A项错误;②过程是翻译,发生在核糖体上,模板是mRNA,即图中的c链,B项正确;蓝细菌是原核生物,没有线粒体,C项错误;由于终止密码子不能决定氨基酸,所以决定氨基酸的密码子少于64个,图中酪氨酸的密码子是UAC,D项错误。
答案:B
题型三　基因表达中相关数量计算规律
【典例3】已知一个蛋白质分子由2条多肽链组成,连接蛋白质分子中氨基酸的肽键共有198个,翻译成这个蛋白质分子的mRNA中A和G共有200个,则转录成mRNA的DNA分子中,最少应有C和T (　　)
A.400个　 　B.200个　 　C.600个　 　D.800个
解析:一个蛋白质分子由2条多肽链组成,连接蛋白质分子中氨基酸的肽键共有198个,可得出该蛋白质存在200个氨基酸,进一步可推出mRNA的碱基数量最少为600个,其中A+G=200(个),U+C=400(个),则可推出转录成mRNA的DNA分子中,一条链中C+T=200(个),另一条链中C+T=400(个),所以可得出转录成mRNA的DNA分子中,最少应有C和T共600个。
答案:C
【方法规律】
(1)DNA(基因)、mRNA上碱基数目与氨基酸数目之间的关系。
在蛋白质的合成过程中,是以DNA(基因)的两条链中的一条为模板,合成一条mRNA单链,因此,DNA中的碱基数目是mRNA中的碱基数目的两倍;在翻译时,mRNA上每3个碱基决定一个氨基酸,彼此间的数目关系一般可表示为下图:
综上可知,蛋白质中氨基酸数目= mRNA上碱基数目= DNA(或基因)上碱基数目。
(2)计算中“最多”和“最少”的分析。
①翻译时,mRNA上的终止密码子不决定氨基酸,因此,mRNA上的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。
②基因或DNA上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。
③在回答有关问题时,应加上“最多”或“最少”等字。
迁移应用
3.一段原核生物的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个数依次为　　 (　　)
A.33、11　 　B.36、12　 　C.12、36　 　D.11、36
解析:据题意可知,该多肽的氨基酸数=肽键数+肽链数=11+1=12(个),氨基酸通过tRNA的运输进入核糖体,翻译时需12个tRNA。mRNA中3个碱基决定一个氨基酸,则mRNA中至少含有的碱基数=氨基酸数×3=12×3=36(个)。
答案:B
4.一个mRNA分子中有m个碱基(不含终止密码子),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的数量、合成蛋白质时最多脱去的水分子数分别是(　　)
A.m、-1 B.m、-2
C.2(m-n)、-1 D.2(m-n)、-2
解析:由mRNA分子中有m个碱基且G+C=n(个)可知,此mRNA分子中A+U=(m-n)(个),控制其合成的DNA分子模板链中T+A=(m-n)(个),DNA分子中A+T=2(m-n)(个);由mRNA分子有m个碱基可知,合成的蛋白质最多含有个氨基酸,此蛋白质分子有两条肽链,最多脱去的水分子数应为-2。
答案:D
题型四　中心法则的应用
【典例4】许多病毒会使人体患病,下图是一种病毒的基本结构和该病毒进入细胞后复制繁殖的过程。据图回答下列问题。
甲 乙
(1)图甲病毒的主要成分是　　　　。
(2)分析图乙,病毒在生命活动中的一个显著特征是　　　　。
(3)图乙中①表示的是　　　　过程,通过④过程形成的是　　　　的RNA。
(4)图丙表示的是生物体内遗传信息的传递过程,在遗传学上称为　　　　。请在图乙的①~⑦中选择恰当的序号填入图丙中的括号内。
丙
解析:(1)病毒是无细胞结构的生物,由蛋白质和核酸组成。(2)病毒自身没有能量供给和酶系统,不能独立生活,只有寄生在活细胞内才能生存。(3)由图乙信息可知,①表示由RNA合成DNA的逆转录过程,④过程是转录。逆转录形成双链DNA进入宿主细胞的细胞核,整合到宿主细胞染色体DNA上,通过宿主细胞内DNA转录形成病毒RNA。(4)图丙表示遗传信息的传递过程,称为中心法则,图中由DNA形成RNA是转录过程,由RNA形成蛋白质是翻译过程,分别对应图乙中的④和⑥。
答案:(1)蛋白质、核酸　(2)寄生性　(3)逆转录　病毒 (4)中心法则　④　⑥
【方法规律】
不同生物的遗传信息传递过程
甲 乙 丙
若甲、乙、丙分别代表三种生物的遗传信息传递过程,则甲代表遗传物
质为DNA的生物;乙代表RNA病毒,如烟草花叶病毒;丙为逆转录病毒,
如劳氏肉瘤病毒。
甲遗传信息的传递可表示如下:
②乙遗传信息的传递可表示如下:
③丙遗传信息的传递可表示如下:
(2)图中1、8为转录过程,2、5、9为翻译过程,3、10为DNA复制过程,4、6为RNA复制过程,7为逆转录过程。
迁移应用
5.某病毒的遗传物质是单链RNA(-RNA),宿主细胞内病毒的增殖过程如下图所示,-RNA和+RNA的碱基序列是互补的。下列叙述正确的是(　　)
A.-RNA和+RNA均可与核糖体结合作为翻译的模板
B.据图推测,只有-RNA上有RNA聚合酶的结合位点
C.过程①所需的嘌呤数和过程③所需的嘧啶数相同
D.过程②需要的tRNA来自病毒,原料及场所都由宿主细胞提供
解析:由图示可得,只有+RNA可与核糖体结合作为翻译的模板,A项错误;图中既能以-RNA为模板合成+RNA,也能以+RNA为模板合成-RNA,说明-RNA和+RNA均有RNA聚合酶的结合位点,B项错误;由于-RNA和+RNA的碱基是互补配对的,所以过程①所需嘌呤数与过程③所需嘧啶数相同,C项正确;②为翻译过程,该过程需要的tRNA、原料及场所都由宿主细胞提供,D项错误。
答案:C
第2课时　基因表达的过程解读及应用
（一）基础巩固
1.大多数生物翻译的起始密码子为AUG或GUG。在下图所示的某mRNA部分碱基序列中,若下划线“0”表示的是一个决定谷氨酸的密码子,则该mRNA的起始密码子可能是(　　)
A.1　　　 　B.2　 　　　C.3　　　 　D.4
解析:若起始密码子为2或4,则根据三个相邻碱基决定一个氨基酸,且密码子连续、非重叠的阅读特点,“0”不能表示一个氨基酸的密码子;若起始密码子为3,则“0”表示决定谷氨酸的密码子。
答案:C
2.根据表中的已知条件,判断苏氨酸的密码子是(　　)
DNA双链 T
T G
mRNA
tRNA反密码子 A
氨基酸 苏氨酸
A.TGU B.UGA C.ACU D.UCU
解析:tRNA上的反密码子与相应的密码子碱基互补配对,根据tRNA反密码子的最后一个碱基可知苏氨酸的密码子的最后一个碱基是U,且DNA的下面一条链为模板链;mRNA是以DNA的一条链为模板转录形成的,根据DNA模板链的碱基序列可知苏氨酸的密码子的前两个碱基是AC,综合以上分析可知苏氨酸的密码子是ACU。
答案:C
3.下图是生物体内的中心法则示意图,下列有关此图的说法错误的是(　　)
A.大肠杆菌分裂时能发生解旋的过程是②③
B.一个DNA可转录出多个不同类型的RNA
C.劳氏肉瘤病毒在宿主细胞中能发生②③④⑤过程
D.T2噬菌体在宿主细胞中只能发生①②③过程
解析:大肠杆菌分裂时能发生解旋的过程是③DNA的复制过程和②转录过程,A项正确;一个DNA上含有多个基因,因此可转录出多个不同类型的RNA,B项正确;劳氏肉瘤病毒是一种逆转录病毒,其在宿主细胞中能发生①②③④过程,C项错误;T2噬菌体是DNA病毒,其在宿主细胞中只能发生①②③过程,D项正确。
答案:C
4.(2024·广东湛江)棉花纤维由纤维细胞形成。蔗糖经膜蛋白SUT转运进入纤维细胞后逐渐积累,在纤维细胞的加厚期被大量水解后参与纤维素的合成。研究人员用普通棉花品系培育了SUT表达水平高的品系F,检测两品系植株开花后纤维细胞中的蔗糖含量,结果如下图所示。下列说法正确的是(　　)
A.蔗糖在纤维细胞内合成再转运到植物其他部位
B.曲线甲表示普通棉花纤维细胞中的蔗糖含量
C.提高SUT的表达水平会使纤维细胞加厚期提前
D.曲线乙下降的主要原因是蔗糖水解后参与细胞呼吸
解析:蔗糖在叶绿体外细胞中合成,通过筛管等的运输,经膜蛋白SUT转运进入纤维细胞,不是在纤维细胞中合成的,A项错误;品系F中的SUT表达水平提高,对蔗糖的运输增强,分析曲线可知,曲线甲蔗糖含量的最高值大于曲线乙且上升的时间早于曲线乙,所以曲线甲应为品系F纤维细胞中的蔗糖含量,B项错误;曲线甲蔗糖含量下降的时间早于曲线乙,故提高SUT的表达水平会使纤维细胞加厚期提前,C项正确;由题干信息“蔗糖……在纤维细胞的加厚期被大量水解后参与纤维素的合成”可知,曲线乙下降的主要原因是蔗糖被水解后参与纤维素的合成,D项错误。
答案:C
5.大豆蛋白在人体内经消化道中酶的作用后,可形成小肽(短的肽链)。据此回答下列问题。
(1)在大豆细胞中,以mRNA为模板合成蛋白质时,除mRNA外还需要其他种类的核酸分子参与,它们是　　　　、　　　　。
(2)大豆细胞中大多数mRNA和RNA聚合酶从合成部位到执行功能部位需要经过核孔。就细胞核和细胞质这两个部位来说,作为mRNA合成部位的是　 , 作为mRNA执行功能部位的是　　　　;作为RNA聚合酶合成部位的是　 , 作为RNA聚合酶执行功能部位的是　　　　。
(3)部分氨基酸的密码子如表所示。若来自大豆的某小肽对应的编码序列为UACGAACAUUGG,则该小肽的氨基酸序列是　　　　　　　　　　。若该小肽对应的DNA序列有3处碱基发生了替换,但小肽的氨基酸序列不变,则此时编码小肽的RNA序列为　　　　　　　　　　　　。
氨基酸 色氨酸 谷氨酸 酪氨酸 组氨酸
密码子 UGG GAA、 GAG UAC、 UAU CAU、 CAC
解析:(1)翻译过程中除了需要mRNA外,还需要的核酸分子有组成核糖体的rRNA和运输氨基酸的tRNA。(2)就细胞核和细胞质这两个部位来说,mRNA是在细胞核内以DNA的一条链为模板合成的,合成后需进入细胞质翻译出相应的蛋白质。RNA聚合酶的化学本质是蛋白质,在细胞质中合成后,进入细胞核用于合成RNA。(3)根据该小肽的编码序列和对应的部分密码子表可知,该小肽的氨基酸序列是酪氨酸-谷氨酸-组氨酸-色氨酸。由于谷氨酸、酪氨酸、组氨酸对应的密码子各有两种,故可知对应的DNA序列有3处碱基发生替换后,氨基酸序列不变,则形成的编码序列为UAUGAGCACUGG。
答案:(1)rRNA　tRNA　(2)细胞核　细胞质(核糖体)　细胞质(核糖体)　细胞核　(3)酪氨酸-谷氨酸-组氨酸-色氨酸　UAUGAGCACUGG
(二)拓展提高
6.如图为基因表达过程的示意图,下列叙述正确的是(　　)
A.①是DNA,以其中的一条链作为转录的模板,此过程需要解旋酶和RNA聚合酶
B.②上有n个碱基,则新形成的肽链含有-1个肽键(不考虑终止密码子)
C.③是核糖体,翻译过程③将由3'向5'方向移动
D.④是tRNA,不同生物的细胞中,tRNA是相同的,能识别mRNA上的密码子
解析:①是DNA,转录时以DNA的一条链为模板,该过程RNA聚合酶可起到解旋和催化子链合成的作用,故无须解旋酶,A项错误;翻译时,若②mRNA上有n个碱基,由于mRNA上三个相邻的碱基决定一种氨基酸构成一个密码子,故指导合成的多肽中,氨基酸的个数为个,则合成的肽链中最多有肽键-1个,B项错误;③是核糖体,图中④从核糖体上脱离下来,则翻译的方向为由5'向3',C项错误;物质④是tRNA,tRNA上有反密码子,可以识别mRNA上的密码子,不同生物的细胞中,tRNA是相同的,D项正确。
答案:D
7.下图表示RNA病毒M、N遗传信息传递的部分过程,下列有关叙述正确的是(　　)
A.过程①②所需的酶相同
B.过程③④产物的碱基序列相同
C.病毒M的遗传信息还能从DNA流向RNA
D.病毒N的遗传信息不能从RNA流向蛋白质
解析:①为逆转录过程,该过程需要逆转录酶,②为DNA的复制过程,该过程需要DNA聚合酶,A项错误;过程③④产物的碱基序列互补,B项错误;从图中看出病毒M繁殖过程中先形成DNA,遗传信息表达过程中又从DNA流向RNA,C项正确;病毒N的遗传信息也能控制蛋白质的合成,因此也能从RNA流向蛋白质,D项错误。
答案:C
8.目前发现的病毒主要有以下三种类型,它们的遗传信息的传递方式分别用下图表示。据图回答下列问题。
甲 乙 丙
(1)MERS的全称是中东呼吸综合征,MERS病毒是一种新型的冠状病毒。以正义单链RNA作为遗传物质,即遗传物质能直接进行翻译。
①MERS病毒属于　　　　种类型病毒,感染人体后其蛋白质合成的场所是　　　　。
②实验室研究MERS病毒时能不能用含多种营养物质的培养液来培养 　　　,理由是　 　。
(2)图中需要逆转录酶的过程有　　　　,过程8需要的两种酶是　　　　　　,过程2需要的工具是　　　　。
(3)赫尔希和蔡斯实验使用的T2噬菌体属于　　　　种类型病毒,在实验过程中对遗传物质进行标记,一个噬菌体产生的多个子代中有两个具有放射性,这是因为DNA的复制方式为　　　　　　　。
解析:(1)①已知MERS病毒以正义单链RNA作为遗传物质,所以其属于乙种类型病毒,病毒不能独立代谢,感染人体后在人体细胞的核糖体上合成蛋白质。②MERS病毒没有细胞结构,必须依赖于活细胞才能繁殖,所以实验室研究MERS病毒时不能用含多种营养物质的培养液来培养。(2)图中过程6表示逆转录,需要逆转录酶。过程8表示DNA的自我复制,需要解旋酶、DNA聚合酶。过程2表示翻译,需要tRNA转运氨基酸。(3)T2噬菌体的遗传物质是DNA,属于甲种类型病毒,在实验过程中对遗传物质进行标记,由于DNA的复制方式为半保留复制,所以一个噬菌体产生的多个子代中有两个具有放射性。
答案:(1)①乙　人体细胞的核糖体　②不能　MERS病毒没有细胞结构,必须依赖于活细胞才能繁殖　(2)6　解旋酶、DNA聚合酶　tRNA　(3)甲　半保留复制

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