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第4章 基因的表达
第1节 基因指导蛋白质的合成
学习目标
1.通过比较DNA和RNA的结构，归纳RNA适用于作DNA的信使的条件。
2.通过分析、归纳教材中的图文资料，概述遗传信息的转录过程。
3.运用数学方法，分析DNA的碱基、mRNA的碱基与氨基酸之间的对应关系。
4.通过模拟活动，概述遗传信息的翻译过程。
5.基于地球上几乎所有的生物都共用一套遗传密码的事实，阐明生物界的统一性，认同当今生物可能有着共同的起源，初步形成生物进化观。
6.通过了解中心法则的提出和修正过程，认同科学是不断发展的，形成生命是物质、能量和信息的统一体的生命观念。
1.遗传信息、密码子、反密码子的比较
核心归纳
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三个相邻的碱基 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三个碱基 识别密码子
核心归纳
2.DNA复制、转录与翻译的比较
项目 复制 转录 翻译
时间 分裂前的间期 个体发育的整个过程 场所 主要是细胞核 主要是细胞核 主要是细胞质
模板 DNA的两条链 DNA一条链的部分片段 mRNA
酶 解旋酶、DNA聚合酶等 RNA聚合酶等
原料 4种游离的脱氧核苷酸 4种游离的核糖核苷酸 21种氨基酸
产物 DNA RNA 肽链
碱基配对
特点
核心归纳
A—T、T—A
C—G、G—C
A—U、T—A
C—G、G—C
A—U、U—A
C—G、G—C
边解旋边复制
半保留复制
半不连续复制
边解旋边转录
一个mRNA上同时结合多个核糖体，同时合成多条相同肽链
与蛋白质合成相关的酶
1.如图为真核细胞中某生理过程示意图，下列与该过程有关的说法正确的是
A.图示过程在内质网、线粒体和叶绿体中都能够进行
B.转运肽链起始端氨基酸的tRNA中含有起始密码子
C.转运肽链最末端氨基酸的tRNA能识别终止密码子
D.一条mRNA可以结合多个核糖体同时合成多条肽链
答案：D
2.(2025·江苏南通高一期中)四环素、链霉素、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和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
答案：A
随堂训练
3.当细胞中缺乏氨基酸时，负载tRNA(携带氨基酸的tRNA)会转化为空载tRNA参与基因表达的调控，过程如图所示。下列相关叙述正确的是
A.①过程需解旋酶和RNA聚合酶共同参与
B.②过程中一种负载tRNA只能转运一种氨基酸
C.空载tRNA可抑制蛋白激酶从而抑制②过程
D.核糖体d距离模板mRNA上的终止密码子最近
答案：B
随堂训练
三、中心法则
请根据DNA复制和基因指导蛋白质合成的过程画一张流程图，表示遗传信息的传递方向？
①DNA的复制：遗传信息从 流向 。
② ：遗传信息从 流向 。
③翻译：遗传信息从 流向 。
④ ：遗传信息从 流向 。
⑤ ：遗传信息从 流向 。
DNA
DNA
转录
DNA
RNA
RNA
蛋白质
RNA的复制
RNA
RNA
逆转录
RNA
DNA
三、中心法则
中心法则是由 提出的。图中属于中心法则内容的过程为 。
正常细胞生命活动种能发生的过程是 ；⑤过程需要的酶是 。
请参照图中模式，写出胰岛素基因控制胰岛素合成过程中遗传信息的流动过程： 。
在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是信息的 ，蛋白质是信息的 ，而 为信息的流动提供能量，可见，生命是 、能量和 的统一体。
克里克
①②③
①②③
逆转录酶
载体
表达产物
ATP
物质
信息
胰岛素基因 → mRNA → 胰岛素
转录
翻译
请写出新型冠状病毒(一种RNA复制病毒)遗传信息传递表达的过程及发生场所
但要注意病毒遗传信息的传递过程发生于宿主活细胞内
中心法则各过程的适用范围
三、中心法则
4.(2025·陕西西安高一期末)如图表示“中心法则”的内容，图中①、②、③、④、⑤分别表示相关过程。下列相关说法正确的是
A.人体造血干细胞中可以进行①、②和③
B.人体口腔上皮细胞内只能进行①、②
C.乳酸菌可以发生①、④过程 D.④和⑤需要的原料相同
答案：A
随堂训练
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，那么物质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.抑制该病毒蛋白质的翻译过程
C.抑制该RNA病毒的逆转录过程 D.抑制该病毒RNA的自我复制过程
答案：C
6.生物体内的核酸常与蛋白质结合，以核酸—蛋白质复合物的形式存在。下列相关叙述错误的是
A.真核细胞染色体和染色质中都存在核酸—蛋白质复合物
B.原核细胞的拟核中没有核酸—蛋白质复合物
C.若复合物中的某蛋白质参与DNA复制，则该蛋白质可能是DNA聚合酶
D.若复合物中正在进行蛋白质的合成，则该复合物中含有核糖体
答案：B
随堂训练
7.新冠病毒是正链RNA病毒，其RNA既是遗传物质，也可以直接作为翻译的模板。新冠病毒RNA进入细胞后，首先作为模板翻译出RNA聚合酶，然后在该酶的作用下合成负链RNA，再以负链RNA为模板合成大量的正链RNA。负链RNA不能与核糖体结合。下列相关表述正确的是
A.新冠病毒的RNA聚合酶的合成场所为其核糖体
B.新冠病毒的RNA聚合酶与人体细胞中RNA聚合酶的作用模板相同
C.合成正链RNA的过程需要逆转录酶
D.新冠病毒的正链RNA上有密码子，而负链RNA上没有
答案：D
随堂训练
在不考虑基因的内含子和mRNA上终止密码子的情况下：
(1)转录、翻译过程中DNA(或基因)碱基数∶mRNA碱基数∶肽链氨基酸数＝6∶3∶1
(2)蛋白质中氨基酸数目＝所需tRNA数目＝mRNA中编码氨基酸的密码子数＝1/3 mRNA的碱基数目＝1/6 DNA(或基因)的碱基数目
四、基因表达的计算
思考：某基因含有600 个 碱基，其指导合成的多肽最多含有几 个 氨基酸？实际上会少于这个数量，为什么？
对
种
启动子
外显子
外显子
外显子
内含子
转录区
翻译区
成熟mRNA结构
四、基因表达的计算
2.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”。
实际计算过程中的“最多”“最少”问题
(1)mRNA上碱基数与氨基酸数的关系
翻译时，转录出的mRNA中有终止密码子。在正常情况下，终止密码子不编码氨基酸。所以准确地说，mRNA上的碱基数比蛋白质中氨基酸数的3倍还要多一些。
(2)DNA上碱基数与氨基酸数的关系
DNA中有的片段没有遗传效应，不能转录。在基因中有的片段起调控作用，也不能转录。另外有的序列能转录但不能编码氨基酸，故实际上转录产生的mRNA的长度小于模板DNA。因此，DNA或基因中的碱基数比对应蛋白质中氨基酸数的6倍还要多一些。
实际计算过程中的“最多”“最少”问题
(3)不能忽略“最多”或“最少”等字
假设mRNA上有n个碱基，转录产生它的基因中至少有2n个碱基，该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。
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”。
四、基因表达的计算
与基因表达有关的综合图解类题目的解法
(1)识别。试题中出现的图形要认真分析，并找出与教材知识及已有知识之间的联系。仔细辨别DNA复制、转录、翻译的图解，回忆有关过程的模板、场所与产物等。
①根据模板区分：DNA复制的模板为DNA的两条链，转录的模板是DNA的一条链，翻译的模板是mRNA。
②根据场所区分：DNA复制和转录主要发生在细胞核中，翻译发生在核糖体上。
③根据产物区分：DNA复制的产物为双链DNA，转录的产物为RNA，翻译的产物为肽链(蛋白质)。
④找核糖体，由于核糖体的形态具有鲜明的特点，容易被发现，从而确定翻译过程。
(2)译图。能熟练地把图形信息转化为文字或数据信息，或把数据、文字信息转化为图形信息，从而得出正确结论。
4、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的基因中至少含的碱基数依次为（ ）
A.33、11、66 B.36、12、72
C.12、36、24 D.11、36、72
B
随堂训练
1．（2025·湖南·）大肠杆菌核糖体蛋白与rRNA分子亲和力较强，二者组装成核糖体。当细胞中缺乏足够的rRNA分子时，核糖体蛋白可通过结合到自身mRNA分子上的核糖体结合位点而产生翻译抑制。下列叙述错误的是（　　）
A．一个核糖体蛋白的mRNA分子上可相继结合多个核糖体，同时合成多条肽链
B．细胞中有足够的rRNA分子时，核糖体蛋白通常不会结合自身mRNA分子
C．核糖体蛋白对自身mRNA翻译的抑制维持了RNA和核糖体蛋白数量上的平衡
D．编码该核糖体蛋白的基因转录完成后，mRNA才能与核糖体结合进行翻译
【答案】D
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2．（2024·湖南·）T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程中，下列哪一项不会发生（　　）
A．新的噬菌体DNA合成
B．新的噬菌体蛋白质外壳合成
C．噬菌体在自身RNA聚合酶作用下转录出RNA
D．合成的噬菌体RNA与大肠杆菌的核糖体结合
【答案】C
3．（2025·广东）拟南芥HPR1蛋白定位于细胞核孔结构，功能是协助mRNA转移。与野生型相比，推测该蛋白功能缺失的突变型细胞中，有更多mRNA分布于（ ）
A．细胞核 B．细胞质 C．高尔基体 D．细胞膜
【答案】A
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4．（2024 浙江· ）“中心法则”反映了遗传信息的传递方向，其中某过程的示意图如下。下列叙述正确的是（ ）
A．催化该过程的酶为RNA聚合酶
B．a链上任意3个碱基组成一个密码子
C．b链的脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键相连
D．该过程中遗传信息从DNA向RNA传递
【答案】C
1．（2025·河北 ）许多抗肿瘤药物通过干扰DNA合成及功能抑制肿瘤细胞增殖。下表为三种抗肿瘤药物的主要作用机理。下列叙述正确的是（ ）
A．羟基脲处理后，肿瘤细胞中DNA复制和转录过程都出现原料匮乏
B．放线菌素D处理后，肿瘤细胞中DNA复制和转录过程都受到抑制
C．阿糖胞苷处理后，肿瘤细胞DNA复制过程中子链无法正常延伸
D．将三种药物精准导入肿瘤细胞的技术可减弱它们对正常细胞的不利影响
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BCD
2.(2024湖南 )大肠杆菌核糖体蛋白与 rRNA 分子亲和力较强，二者组装成核糖体。当细胞中缺乏足够的 rRNA 分子 时，核糖体蛋白可通过结合到自身 mRNA 分子上的核糖体结合位点而产生翻译抑制。下列叙述错误的是（ ）
A．一个核糖体蛋白的 mRNA 分子上可相继结合多个核糖体，同时合成多条肽链
B．细胞中有足够的 rRNA 分子时，核糖体蛋白通常不会结合自身 mRNA 分子
C．核糖体蛋白对自身 mRNA 翻译的抑制维持了 RNA 和核糖体蛋白数量上的平衡
D．编码该核糖体蛋白的基因转录完成后，mRNA 才能与核糖体结合进行翻译
D
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D
3.（2025·5月浙江杭州考）某单链RNA病毒的遗传物质是正链 RNA（+RNA）。该病毒感染宿主后，合成相应物质的过程如图所示，其中①-④代表相应的过程。下列叙述正确的是（ ）

A.+RNA 复制出的子代 RNA具有mRNA 的功能
B.病毒蛋白基因以半保留复制的方式传递给子代
C.过程①②③的进行需 RNA 聚合酶的催化
D.过程④在该病毒的核糖体中进行
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A
4.（2025·合肥一中 模拟）细胞内不同基因的表达效率存在差异，如图所示。下列叙述正确的是
A．细胞能在转录和翻译水平上调控基因表达，图中基因A的表达效率高于基因B
B．真校生物核基因表达的①和②过程分别发生在细胞核和细胞质中
C．人的mRNA、rRNA和tRNA都是以DNA为模板进行转录的产物
D．②过程中，rRNA中含有与mRNA上密码子互补配对的反密码子
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ABC
5．（2025·衡水 5月考）关于基因表达的叙述，正确的是（ ）
A．所有生物基因表达过程中用到的RNA和蛋白质均由DNA编码
B．DNA双链解开，RNA聚合酶起始转录、移动到终止密码子时停止转录
C．翻译过程中，核酸之间的相互识别保证了遗传信息传递的准确性
D．多肽链的合成过程中，tRNA读取mRNA上全部碱基序列信息
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C
6．（2025六安一中·模拟)）关于真核生物的遗传信息及其传递的叙述，错误的是（ ）
A．遗传信息可以从DNA流向RNA，也可以从RNA流向蛋白质
B．细胞中以DNA的一条单链为模板转录出的RNA均可编码多肽
C．细胞中DNA分子的碱基总数与所有基因的碱基数之和不相等
D．染色体DNA分子中的一条单链可以转录出不同的 RNA分子
B
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7．（2024 长春）细胞内有些tRNA分子的反密码子中含有稀有碱基次黄嘌呤（I），含有I的反密码子在与mRNA中的密码子互补配对时，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．一种反密码子可以识别不同的密码子
B．密码子与反密码子的碱基之间通过氢键结合
C．tRNA分子由两条链组成，mRNA分子由单链组成
D．mRNA中的碱基改变不一定造成所编码氨基酸的改变
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C
8．（2024 大连）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）。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_细胞核___________，作为mRNA执行功能部位的是________ 细胞质______；作为RNA聚合酶合成部位的是_____细胞质_________，作为RNA聚合酶执行功能部位的是___ 细胞核。
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rRNA tRNA
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______________。
触摸云端
酪氨酸-谷氨酸-组氨酸-色氨酸
UAUGAGCACUGG

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