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第1节　基因指导蛋白质的合成
[学习目标]　1.概述RNA的结构、种类和功能及遗传信息转录、翻译的过程。2.阐述中心法则的内容。
一、RNA的结构和功能
1.RNA的基本单位及组成
2.DNA和RNA的比较
比较项目 DNA RNA
分布 主要是细胞核 主要是细胞质
基本单位 脱氧核苷酸 核糖核苷酸
化学 组成 磷酸 一分子磷酸 一分子磷酸
五碳糖 脱氧核糖 核糖
碱基 A、T、G、C A、U、G、C
结构 双螺旋结构 一般为单链
3.RNA的种类及其功能
种类 功能 示意图
mRNA 作为DNA的信使,是蛋白质合成的模板
rRNA 核糖体的组成成分
tRNA 转运氨基酸,识别密码子
二、遗传信息的转录
1.概念:RNA是在细胞核中,通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的,这一过程叫作转录。
2.过程
(1)图中①表示转录的方向,②表示RNA聚合酶,③表示游离的核糖核苷酸。
(2)转录的基本过程可被划分为4步。
第1步:DNA双链解开,碱基暴露出来。
第2步:游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对,在RNA聚合酶的作用下开始mRNA的合成。
第3步:新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。
第4步:合成的mRNA从DNA链上释放。而后,DNA双螺旋恢复。
三、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,这一过程叫作翻译。
翻译
2.碱基与氨基酸之间的对应关系
(1)推测。
①如果1个碱基决定1个氨基酸,则4种碱基只能决定4种氨基酸。
②如果2个碱基决定1个氨基酸,则4种碱基只能决定16种氨基酸。
③如果3个碱基决定1个氨基酸,则4种碱基能决定64种氨基酸,这种方式能够满足组成蛋白质的21种氨基酸的需要。
(2)密码子。
①概念:mRNA上决定1个氨基酸的 3个相邻的碱基叫作1个密码子。
②密码子表。
a.密码子种类:64种。
b.起始密码子:2种,包括AUG和GUG,其中后者只在原核生物中作为起始密码子时编码甲硫氨酸,其他情况下编码缬氨酸。
c.终止密码子:共3种,包括UAA、UAG和UGA;不编码氨基酸,是翻译终止的信号,但在特殊情况下,UGA可以编码硒代半胱氨酸。
3.tRNA的结构和功能特点
(1)结构(如下图)。
(2)功能特点:每种tRNA只能转运一种氨基酸。
4.过程
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
(1)DNA、RNA是信息的载体。
(2)蛋白质是信息的表达产物。
(3)ATP为信息的流动提供能量。
判断正误
(1)RNA一般是单链,所以RNA都不含有氢键。(　　)
【答案】 ×
【提示】 tRNA的局部含有氢键。
(2)转录时游离的核糖核苷酸连接到子链的5′端。(　　)
【答案】 ×
【提示】 转录时mRNA合成的方向是从5′端到3′端,因此游离的核糖核苷酸应连接到子链的3′端。
(3)翻译时,tRNA的3′端是携带氨基酸的部位。(　　)
【答案】 √
(4)翻译过程中,核糖体从mRNA的3′端向5′端移动。(　　)
【答案】 ×
【提示】 翻译过程中,核糖体从mRNA的5′端向3′端移动。
(5)转录和翻译过程都存在碱基T与碱基A的配对。(　　)
【答案】 ×
【提示】 翻译过程存在碱基U与碱基A的配对,不存在碱基T与碱基A的配对。
(6)一个核糖体可同时与多条mRNA结合,进行多条肽链的合成。(　　)
【答案】 ×
【提示】 一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体,同时进行多条相同肽链的合成,因此,少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。
任务一　分析遗传信息的转录过程　　　　　 　　　　　 　　　　　
　　下图为真核生物细胞内转录过程的示意图,请据图回答下列问题。
(1)请写出图中数字所表示的物质或结构的名称。
【提示】 ①是RNA聚合酶,②是胞嘧啶脱氧核苷酸,③是胞嘧啶核糖核苷酸,④是RNA。
(2)图中结构①的移动方向是由右向左还是由左向右
【提示】 由右向左。
(3)转录过程中发生的碱基互补配对方式是什么
【提示】 A—U、T—A、G—C、C—G。
(4)转录与DNA复制有什么共同之处 这对遗传信息的转录有什么意义
【提示】 转录与复制都需要模板、能量、酶,都遵循碱基互补配对原则。这保证了遗传信息的准确转录。
(5)与DNA复制相比,转录所需要的原料和酶各有什么不同
【提示】 DNA复制所需要的原料是4种游离的脱氧核苷酸,所需要的酶是解旋酶和DNA聚合酶;转录所需要的原料是4种游离的核糖核苷酸,所需要的酶是RNA聚合酶。
核心归纳
遗传信息转录的5点总结
(1)转录不是转录整个DNA,而是以基因为单位进行。
(2)转录时不需要解旋酶。
(3)线粒体、叶绿体中也可进行转录。
(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,需要消耗能量。
(5)转录时,边解旋边转录,单链转录。
典型例题
1.(2025·武汉期末)下列关于RNA的结构和功能的叙述,错误的是(　　)
[A] RNA能携带生物的遗传信息
[B] RNA含有的五碳糖是核糖
[C] RNA分子彻底水解的产物有5种
[D] 某些RNA能在细胞内催化化学反应
【答案】 C
【解析】 RNA分子彻底水解的产物是磷酸、核糖和4种含氮碱基,共6种。
2.(2025·合肥期末)下图为真核细胞内的转录过程示意图,①②表示两条多聚核苷酸链。下列叙述正确的是(　　)
[A] ①为DNA上的模板链,②链的左侧为3′端
[B] ②表示多聚脱氧核苷酸链
[C] 图中甲、乙两处圆圈内均代表腺嘌呤核糖核苷酸
[D] 细胞核和线粒体内均可发生该过程
【答案】 D
【解析】 ①为DNA上的模板链,RNA聚合酶只能在3′端进行mRNA分子的延伸,故②链的右侧为3′端,左侧为5′端;②中含有U,表示多聚核糖核苷酸链;题图中甲处圆圈内为腺嘌呤脱氧核苷酸,乙处圆圈内为腺嘌呤核糖核苷酸。
任务二　分析密码子的特点和翻译的过程
探究1　分析密码子的特点
　　已知反密码子的读取方向为“3′端→5′端”,而密码子的读取方向正好相反。据图思考并回答下列问题。
(1)图中所示的密码子、反密码子分别是什么
【提示】 AUC、UAG。
(2)转运每种氨基酸的tRNA有一种或几种,判断的依据是什么
【提示】 一种氨基酸可能由一种或几种密码子编码,因此一种氨基酸可能对应一种或几种反密码子,而反密码子在tRNA上。
(3)一种氨基酸可能有几个密码子的现象称为密码子的简并,密码子的简并有何意义
【提示】 密码子的简并,一方面可增强容错性,减少蛋白质或性状的差错;几种不同的密码子都编码同一种氨基酸可以保证翻译的速度。
(4)地球上几乎所有的生物都共用一套遗传密码子,这种现象称为密码子的通用性,密码子的通用性说明了什么
【提示】 密码子的通用性说明当今生物可能有共同的起源,或者说生命在本质上是统一的。
探究2　分析翻译的过程
　　下图是翻译过程的示意图,据图思考并回答下列问题。
(1)图甲中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是哪种分子或结构
【提示】 Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是tRNA、核糖体、多肽链。
(2)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】 ①⑥分别是mRNA、核糖体。核糖体移动的方向是由右向左。
(3)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。
(4)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。
(5)图丙为原核细胞转录、翻译过程的示意图,结合图甲、图乙,概括真核细胞核基因和原核细胞基因转录、翻译的区别。
【提示】 真核细胞核基因为先转录,后翻译;原核细胞基因为边转录边翻译。
核心归纳
1.对比分析DNA复制、转录和翻译
2.“三步”判断真、原核细胞的DNA复制、转录及翻译
典型例题
3.(2025·徐州期末)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中的密码子互相配对时,存在下图所示的配对方式(Gly表示甘氨酸)。下列相关叙述错误的是(　　)
[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分子不存在碱基互补配对形成的氢键
[D] mRNA中的碱基改变不一定造成所编码氨基酸的改变
【答案】 C
【解析】 由题图可知,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;密码子与反密码子的配对遵循碱基互补配对原则,碱基对之间通过氢键结合;由题图可知,tRNA分子由单链RNA经过折叠后形成三叶草的叶形,存在碱基互补配对形成的氢键;由于密码子的简并性,mRNA中碱基的改变不一定造成所编码氨基酸的改变,从题图所示三种密码子均编码甘氨酸也可以看出。
4.(2025·沈阳期末)下图所示为某细胞中遗传信息的表达的某个过程示意图。下列说法正确的是(　　)
[A] 在胚胎干细胞、哺乳动物成熟红细胞中,都可发生图示过程
[B] 基因表达时,DNA双链打开及子链延伸需要ATP水解提供能量
[C] 图示过程表示翻译,参与该过程的RNA有三种,结合在图中mRNA上的多个核糖体可合成多种肽链
[D] 图示过程在核糖体中进行,图中决定丙氨酸的密码子是5′CGA3′
【答案】 B
【解析】 题图所示过程为翻译,哺乳动物成熟红细胞没有细胞核和众多细胞器,不能进行翻译过程;题图所示过程为翻译,参与该过程的RNA有mRNA(信使RNA)、tRNA(转运RNA)、rRNA(核糖体RNA)三种,结合在题图中mRNA上的多个核糖体可合成相同的肽链;密码子是mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基,题图中决定丙氨酸的密码子是5′GCU3′。
任务三　对比分析中心法则的相关过程　　　　　 　　　　　 　　　　　
中心法则揭示了生物遗传信息传递的规律,据图回答下列问题。
(1)②表示转录过程,需要RNA聚合酶;④表示逆转录过程,需要逆转录酶的参与。
(2)正常情况下,在人体细胞内能进行的过程是①②③。
(3)图中遵循碱基互补配对原则的过程是①②③④⑤。
(4)下列四支试管中分别模拟的是中心法则中的某个过程。四支试管分别模拟中心法则中的哪个过程
【提示】 a模拟DNA的复制;b模拟转录;c模拟RNA的复制;d模拟逆转录。
核心归纳
1.中心法则各过程的适用范围
2.“三看法”判断中心法则各过程
典型例题
5.(2025·毕节期末)下图揭示了遗传信息传递的一般规律,下列叙述正确的是(　　)
[A] 酵母菌细胞中的过程①②只发生在细胞核中,过程③发生在细胞质中
[B] 人体成熟的红细胞在正常生命活动中不发生过程①②③
[C] 蛙的红细胞在进行无丝分裂时不发生过程①
[D] 过程①②③在洋葱根尖分生区细胞的有丝分裂和减数分裂过程中均会发生
【答案】 B
【解析】 过程①是DNA复制,过程②是遗传信息的转录,酵母菌细胞中的DNA复制和转录主要发生在细胞核中,线粒体中也可以发生,过程③是翻译过程,发生在核糖体上;人体成熟的红细胞没有细胞核和众多细胞器,这意味着其没有DNA和核糖体,所以不会发生过程①②③;过程①是DNA复制,蛙的红细胞在进行无丝分裂时也会发生DNA复制;洋葱根尖分生区细胞进行有丝分裂,不会进行减数分裂。
6.(2025·珠海期末)“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] 该过程中,遗传信息由DNA向RNA传递
[B] 催化该过程的酶为RNA聚合酶
[C] 该过程普遍存在于细胞生命活动过程中
[D] 该过程中,a链和b链之间会形成氢键
【答案】 D
【解析】 题述过程是以RNA为模板合成DNA的过程,为逆转录,遗传信息从RNA向DNA传递;题述过程表示逆转录,催化该过程的酶为逆转录酶;题述过程是逆转录过程,该过程只发生于被逆转录病毒侵染的细胞中,并不是普遍存在于细胞生命活动过程中;逆转录过程中,模板链(a链)和子链(b链)的碱基之间会形成氢键。
随堂检测
1.(2025·大连期末)下图为三种RNA的示意图。下列相关叙述错误的是(　　)
[A] 合成三种RNA都遵循碱基互补配对原则
[B] 三种RNA都可通过转录形成
[C] 丙中的嘌呤数等于嘧啶数
[D] 甲可以传递遗传信息,但乙和丙不能
【答案】 C
【解析】 丙只有部分区域配对,其所含嘌呤数不一定等于嘧啶数。
2.(2025·重庆期中)人肠道细胞中载脂蛋白B基因转录后,其mRNA上特定位置的碱基C在相关酶的作用下转变为碱基U,造成该位置相应的密码子变为终止密码子UAA,该终止密码子对应的DNA模板链序列为(　　)
[A] 5′TTG3′ [B] 5′ATT3′
[C] 5′GTT3′ [D] 5′TTA3′
【答案】 A
【解析】 根据题意,该终止密码子UAA中的碱基U是由碱基C转变而来的,则该位置原本mRNA上对应的密码子应为CAA。又知mRNA序列与对应的DNA模板链序列是反向配对的,根据碱基互补配对原则,与5′CAA3′密码子配对的DNA模板链序列为3′GTT5′即
5′TTG3′。
3.(2025·成都月考)下图表示真核细胞某基因的转录过程。下列有关叙述错误的是(　　)
[A] 转录结束后①和②重新形成双螺旋结构
[B] ③不一定是mRNA
[C] ④是游离的脱氧核苷酸
[D] 该过程中存在T与A的碱基配对方式
【答案】 C
【解析】 转录的产物有mRNA、tRNA、rRNA等,因此③不一定是mRNA;④是形成RNA的原料,是游离的核糖核苷酸;转录过程中DNA中的T可以与RNA中的A配对。
4.下图表示动物细胞中遗传信息表达的某一过程,下列相关叙述正确的是(　　)
[A] 结构②转运的氨基酸为赖氨酸
[B] 物质③以协助扩散的方式跨膜进入细胞质
[C] 结构④可存在于线粒体中
[D] 图中核糖体移动的方向为从右到左
【答案】 C
【解析】 结构②为tRNA,其反密码子为AAG,对应的密码子为UUC,则其转运的氨基酸为苯丙氨酸;物质③为mRNA,mRNA在细胞核内合成后,通过核孔进入细胞质;结构④为核糖体,线粒体内能发生翻译过程,所以含有核糖体;根据tRNA的移动方向可知,翻译的方向(即核糖体移动的方向)为从左到右。
5.(2025·渭南期中)依据“模板”或“原料”可推断中心法则各过程,下列叙述错误的是(　　)
[A] 若模板是RNA,则过程可能为RNA复制或逆转录,也可能为翻译
[B] 若原料为核糖核苷酸,则产物一定是RNA,其过程可能为转录或RNA复制
[C] 若模板是DNA,则过程可能为DNA复制,也可能为转录
[D] 若原料为脱氧核苷酸,则产物一定是DNA,其过程只能为DNA复制
【答案】 D
【解析】 若原料为脱氧核苷酸,则产物一定是DNA,其过程可能为逆转录(以RNA为模板合成DNA)或DNA复制(以亲代DNA为模板合成子代DNA)。
　　医学上常使用抗生素治疗由细菌引起的疾病。图1中①～⑤分别表示不同抗生素抑制细菌的作用机制,其中②表示抗生素通过损伤细胞膜从而达到抑菌的作用,字母a、b、c表示遗传信息的传递过程,F、R表示不同的结构。图2表示该细菌细胞中某基因的表达过程。回答下列问题。
　　(1)图1中⑤表示抗生素可能通过抑制细菌核糖体(填结构)的功能,从而抑制c过程;而③表示抗生素可能阻止了a过程所需的DNA聚合(或解旋)酶发挥作用。
　　(2)图2中的核糖体与mRNA的结合部位会形成2个tRNA的结合位点。图2中,与B过程相比,A过程特有的碱基配对方式为T—A。图2过程中常有多个核糖体结合于同一条mRNA上,其意义为少量的mRNA可以迅速合成大量的蛋白质。
课时作业
(时间:30分钟　分值:54分)
第1～7题每题3分,第8～9题每题6分,共计33分。
基础对点练
知识点1　遗传信息的转录
1.(2025·长沙期末)下列关于真核细胞中RNA的叙述,错误的是(　　)
[A] tRNA、rRNA和mRNA都是以DNA为模板合成的
[B] 细胞核中的RNA合成后会穿过核膜到细胞质中发挥作用
[C] 同一个体的不同细胞中可以合成同种mRNA
[D] RNA能作为信使将遗传信息从DNA传递给蛋白质
【答案】 B
【解析】 真核细胞中的RNA(包括tRNA、rRNA和mRNA)都是以DNA的一条链为模板经转录合成的;细胞核中的RNA合成后会通过核孔进入细胞质中发挥作用;同一个体的不同细胞是由同一受精卵分裂分化而来,含有相同的基因,可以合成相同的mRNA;RNA分子具有相对分子质量较小、与DNA组成类似等特点,能作为信使将遗传信息从DNA传递给蛋白质。
2.下列关于真核生物转录过程的叙述,正确的是(　　)
[A] 转录沿整条DNA长链进行
[B] 转录时,一个或几个基因的DNA片段的双螺旋解开
[C] RNA聚合酶与RNA分子上的某一启动部位结合后开始转录
[D] 转录时需要专门的解旋酶参与
【答案】 B
【解析】 一个DNA分子有很多个基因,而细胞中基因会发生选择性表达,因此转录只需要沿着选择性表达的基因对应的DNA片段进行;转录时,有一个或几个基因的DNA双螺旋解开;RNA聚合酶与DNA分子上的某一启动部位结合后开始转录;RNA聚合酶具有解旋的功能,转录时不需要专门的解旋酶参与。
3.(2025·徐州期末)下图表示某细胞中的转录过程,下列相关叙述错误的是(　　)
[A] a表示DNA [B] b表示RNA
[C] c表示RNA聚合酶 [D] 图中有4种碱基
【答案】 D
【解析】 题图中a为DNA,b为RNA,故含有A、G、C、T、U共5种碱基。
知识点2　遗传信息的翻译
4.(2025·扬州期末)结合下表信息,推测丝氨酸的密码子为(　　)
DNA碱基序列 T A
G
mRNA碱基序列 A
tRNA碱基序列 G
氨基酸种类 丝氨酸
[A] UCA [B] AGU [C] TCA [D] AGT
【答案】 A
【解析】 mRNA是以DNA的一条链为模板转录形成的,根据mRNA第三个碱基可知,DNA的下面一条链为转录的模板链,这条链的碱基序列为AGT,根据碱基互补配对原则,则mRNA上第一个碱基为U,第二个碱基为C,据此可知丝氨酸的密码子为UCA。
5.(2025·北京期末)下图是大肠杆菌中一条mRNA链的电镜照片。下列叙述正确的是(　　)
[A] 图中展示的是细胞核DNA的翻译过程
[B] 该过程发生在细胞质的线粒体中
[C] 除mRNA外,该过程还涉及另外两种RNA
[D] 图中不同核糖体合成的蛋白质不同
【答案】 C
【解析】 大肠杆菌是原核生物,其细胞中没有细胞核,也没有线粒体;题图中展示的是翻译过程,除mRNA外,该过程还涉及rRNA和tRNA;题图中不同核糖体结合在同一条mRNA分子上,由于模板相同,所以不同核糖体合成的蛋白质相同。
6.(2025·佛山期末)研究发现,哺乳动物线粒体中的遗传密码与通用的遗传密码存在差别,如下表所示。某mRNA含有UGA的密码子,据表分析,若将细胞质中的该mRNA转移至线粒体中进行翻译,则最可能发生的情况是(　　)
密码子 通用密码 线粒体密码
UGA 终止 色氨酸
AGA 精氨酸 终止
AGG 精氨酸 终止
AUA 异亮氨酸 甲硫氨酸
[A] 翻译提前终止
[B] 翻译形成的肽链延长
[C] 翻译形成的肽链的氨基酸顺序不变
[D] 翻译形成的肽链长度不变
【答案】 B
【解析】 UGA通用的遗传密码表示终止,线粒体密码表示色氨酸,若将细胞质中的该mRNA转移至线粒体中进行翻译,该密码子对应色氨酸,翻译不会就此终止,因此翻译形成的肽链延长,氨基酸序列发生改变。
知识点3　中心法则
7.下图表示“中心法则”的内容,图中①～⑤分别表示相关过程。下列说法正确的是(　　)
[A] 人体造血干细胞中可以进行过程①②③
[B] 人体口腔上皮细胞内只能进行过程①②
[C] 乳酸菌可以发生过程①④
[D] 过程④和⑤需要的原料相同
【答案】 A
【解析】 人体造血干细胞可以进行①DNA复制、②转录和③翻译;人体口腔上皮细胞是高度分化的细胞,不能进行①DNA复制;乳酸菌的遗传物质是DNA,在乳酸菌中可以发生过程①②③,但不能进行过程④RNA复制;过程④RNA复制需要的原料是核糖核苷酸,过程⑤逆转录需要的原料是脱氧核苷酸,二者需要的原料不同。
综合提升练
8.(2025·桂林期末)空间转录组技术可测定特定细胞在某一功能状态下转录出来的所有mRNA。该技术设计了一种标签TIVAtag(包括一段尿嘧啶核糖核苷酸序列和蛋白质),该标签进入活细胞后与mRNA的腺嘌呤核糖核苷酸序列尾(真核细胞mRNA均具有)结合得到产物TIVAtagmRNA,回收并纯化该产物后,将mRNA洗脱下来用于转录组分析。下列叙述错误的是(　　)
[A] TIVAtagmRNA的形成过程应该存在A和T相互配对的现象
[B] 该技术可获得特定活细胞中编码蛋白质的基因表达信息
[C] 推测TIVAtag与mRNA结合的场所在细胞质基质
[D] TIVAtag的主要组成元素与染色体的基本一致
【答案】 A
【解析】 TIVAtagmRNA的形成遵循碱基互补配对原则,即尿嘧啶(U)与腺嘌呤(A)配对;由题意可知,空间转录组技术可测定特定细胞在某一功能状态下转录出来的所有mRNA,即可获得特定活细胞中编码蛋白质的基因表达信息;mRNA存在于细胞质基质,推测TIVAtag与mRNA结合的场所在细胞质基质;TIVAtag与染色体均含有核酸和蛋白质,组成元素均为C、H、O、N、P。
9.下图为某生物遗传信息传递的部分途径示意图。若图中过程Ⅰ所合成的RNA链不易与模板链分开,则会形成R环(由一条RNA链与双链DNA中的一条链杂交而组成的三链核酸结构)。下列有关说法错误的是(　　)
[A] 原核细胞中的过程Ⅰ和过程Ⅱ可在同一部位同时进行
[B] 过程Ⅰ中,当RNA聚合酶移动到终止密码子时停止转录
[C] 若R环所在的DNA片段中G—C碱基对较多,则mRNA不易脱离模板链
[D] 过程Ⅱ中与mRNA结合的核糖体含有2个tRNA的结合位点
【答案】 B
【解析】 过程Ⅰ和过程Ⅱ分别表示转录和翻译过程,在原核细胞中的过程Ⅰ和过程Ⅱ可在同一部位同时进行;过程Ⅰ中,RNA聚合酶识别和结合部位在DNA上,DNA上没有终止密码子,终止密码子在mRNA上;若R环所在的DNA片段中G—C碱基对较多,则DNA和RNA形成的双链结构稳定性较高,故mRNA不易脱离模板链;核糖体作为翻译的场所,过程Ⅱ中与mRNA结合的核糖体含有2个tRNA的结合位点。
10.(12分)(2025·邯郸期末)研究发现,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(没有携带氨基酸的tRNA)参与基因表达的调控。下图是缺乏氨基酸时,tRNA调控基因表达的相关过程,图中的①②③④表示过程,a、b、c、d表示合成的多肽链。回答下列问题。
(1)完成过程①需要的原料是　　　　　　　,催化该过程的酶是　　　　　　　　。
(2)根据图中多肽链合成的过程,判断核糖体的移动方向为　　　　　　(填“从左到右”或“从右到左”),最终形成的多肽链a、b、c、d上的氨基酸序列　　　　(填“相同”或“不同”)。由图可知,少量mRNA可快速合成大量蛋白质的原因是　 　。
(3)据图分析,当细胞中缺乏氨基酸时,负载tRNA会转化为空载tRNA,而空载tRNA通过
和　　　　　　　　　　来实现对蛋白质合成的抑制。
【答案】 (除标注外,每空2分)
(1)核糖核苷酸　RNA聚合酶
(2)从右到左(1分)　相同(1分)　一条mRNA上可以相继结合多个核糖体
(3)激活蛋白激酶抑制翻译过程　抑制基因的转录
【解析】 (1)过程①表示的是转录,转录的产物是RNA,需要RNA聚合酶的参与,原料是核糖核苷酸。
(2)由题图可知,左边的肽链更长,更早进行翻译,右边的肽链更短,翻译时间更晚,因此核糖体移动的方向是从右到左,最终形成的多肽链a、b、c、d上的氨基酸序列相同,原因是它们由同一个mRNA翻译而来。由题图可知,少量mRNA可快速合成大量蛋白质的原因是一条mRNA上可以相继结合多个核糖体。
(3)从题图中可以看出,当细胞缺乏氨基酸时,负载tRNA脱氨基酸转化为空载tRNA,空载tRNA通过激活蛋白激酶抑制翻译过程和抑制基因的转录来实现对蛋白质合成的抑制。
11.(9分)(2025·郑州期末)脑源性神经营养因子(BDNF)由两条肽链构成,能够促进和维持中枢神经系统正常的生长发育。若BDNF基因表达受阻,则会导致精神分裂症的发生。下图为BDNF基因的表达及调控过程。
(1)若mRNA以图1中DNA片段整条链为模板进行转录,测定发现mRNA中C占26%,G占22%,则DNA片段中A所占的比例为　 。
(2)图2中该tRNA上的氨基酸为　　　　 　。(密码子:AGC—丝氨酸;UCG—丝氨酸;
GCU—丙氨酸;CGA—精氨酸。)
(3)由图1可知, miRNA195基因调控BDNF基因表达的机理是,miRNA195与
　　　　　　　　　　　　　　　　形成局部双链结构,从而使BDNF基因表达的mRNA无法与核糖体结合。由此可知,miRNA195基因抑制了BDNF基因表达的　　　　阶段,该阶段　　(填“是”或“否”)涉及氢键的形成与断裂。
【答案】 (除标注外,每空2分)
(1)26%　
(2)丝氨酸
(3)BDNF基因表达的mRNA(BDNF基因转录的mRNA)　翻译　是(1分)
【解析】 (1)若mRNA以题图中DNA片段整条链为模板进行转录,测定发现mRNA中C占26%,G占22%,显然mRNA中C+G的含量为48%,根据碱基互补配对原则,DNA中C+G的含量也为48%,显然DNA分子中A+T=1-48%=52%,又因为在DNA分子中A和T的数量相等,因此,该DNA片段中A所占的比例为52%÷2=26%。
(2)图2中tRNA上的反密码子为UCG,则其对应的密码子为AGC,该密码子决定的氨基酸是丝氨酸,因此tRNA所携带的氨基酸为丝氨酸。
(3)由图1可知, miRNA195基因调控BDNF基因表达的机理是 miRNA195与BDNF基因表达的mRNA形成局部双链结构,从而使BDNF基因表达的mRNA无法与核糖体结合。由此可知, miRNA195基因抑制了BDNF基因表达的翻译阶段,该阶段tRNA与mRNA之间存在氢键的形成与断裂。(共60张PPT)
第1节　基因指导蛋白质的合成
第4章　基因的表达
1.概述RNA的结构、种类和功能及遗传信息转录、翻译的过程。2.阐述中心法则的内容。
[学习目标]
预习案·自主学习
一、RNA的结构和功能
1.RNA的基本单位及组成
磷酸
核糖
核糖核苷酸
单链
比较项目 DNA RNA
分布 主要是 　 主要是 　
基本单位 　 　
化学 组成 磷酸 一分子磷酸 一分子磷酸
五碳糖 　 　
碱基 A、 、G、C A、 、G、C
结构 双螺旋结构 一般为单链
2.DNA和RNA的比较
细胞核
细胞质
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
脱氧核糖
核糖
T
U
3.RNA的种类及其功能
种类 功能 示意图
mRNA 作为DNA的 ,是蛋白质合成的模板
rRNA 的组成成分
tRNA 转运 ,识别密码子
信使
核糖体
氨基酸
二、遗传信息的转录
1.概念:RNA是在 中,通过RNA聚合酶以 为模板合成的,这一过程叫作转录。
2.过程
细胞核
(1)图中①表示 ,②表示 ,③表示 。
DNA的一条链
转录的方向
RNA聚合酶
游离的核糖核苷酸
(2)转录的基本过程可被划分为4步。
第1步: ,碱基暴露出来。
第2步:游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基 ,在
的作用下开始mRNA的合成。
第3步:新结合的 连接到正在合成的mRNA分子上。
第4步:合成的mRNA从DNA链上 。而后,DNA双螺旋 。
DNA双链解开
互补配对
RNA聚合酶
核糖核苷酸
释放
恢复
三、遗传信息的翻译
1.翻译的概念:游离在 中的各种氨基酸,以 为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质,这一过程叫作翻译。
细胞质
mRNA
核糖体
mRNA
氨基酸
2.碱基与氨基酸之间的对应关系
(1)推测。
①如果1个碱基决定1个氨基酸,则4种碱基只能决定 种氨基酸。
②如果2个碱基决定1个氨基酸,则4种碱基只能决定 种氨基酸。
③如果3个碱基决定1个氨基酸,则4种碱基能决定 种氨基酸,这种方式能够满足组成蛋白质的21种氨基酸的需要。
4
16
64
(2)密码子。
①概念:mRNA上决定1个氨基酸的 叫作1个密码子。
②密码子表。
a.密码子种类: 种。
b.起始密码子:2种,包括AUG和 ,其中后者只在原核生物中作为起始密码子时编码甲硫氨酸,其他情况下编码 。
c.终止密码子:共3种,包括UAA、 和UGA;不编码氨基酸,是翻译
的信号,但在特殊情况下,UGA可以编码 。
3个相邻的碱基
64
GUG
缬氨酸
UAG
终止
硒代半胱氨酸
3.tRNA的结构和功能特点
(1)结构(如下图)。
(2)功能特点:每种tRNA只能转运一种 。
氨基酸
氨基酸
反密码子
4.过程
核糖体
AUG
肽键
核糖体
mRNA
mRNA的终止密码子
四、中心法则
1.提出者: 。
2.中心法则的提出及其发展
(1)图示。
克里克
项目 序号 生理过程 遗传信息传递过程
最初 提出 ① 　 流向 　
② 　 流向 　
③ 　 流向 　
发展 补充 ④ 　 流向 　
⑤ 　 流向 　
(2)根据图示,完成下表。
DNA复制
DNA
DNA
转录
DNA
RNA
翻译
RNA
蛋白质
RNA复制
RNA
RNA
逆转录
RNA
DNA
3.生命是物质、能量和信息的统一体
(1)DNA、RNA是 的载体。
(2)蛋白质是信息的 。
(3) 为信息的流动提供能量。
信息
表达产物
ATP
判断正误
(1)RNA一般是单链,所以RNA都不含有氢键。(　　)
×
【提示】 tRNA的局部含有氢键。
(2)转录时游离的核糖核苷酸连接到子链的5′端。(　　)
×
【提示】 转录时mRNA合成的方向是从5′端到3′端,因此游离的核糖核苷酸应连接到子链的3′端。
(3)翻译时,tRNA的3′端是携带氨基酸的部位。(　　)
√
【提示】 翻译过程中,核糖体从mRNA的5′端向3′端移动。
(5)转录和翻译过程都存在碱基T与碱基A的配对。(　　)
×
【提示】 翻译过程存在碱基U与碱基A的配对,不存在碱基T与碱基A的
配对。
(6)一个核糖体可同时与多条mRNA结合,进行多条肽链的合成。(　　)
×
(4)翻译过程中,核糖体从mRNA的3′端向5′端移动。(　　)
×
【提示】 一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体,同时进行多条相同肽链的合成,因此,少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。
探究案·互动探究
任务一　分析遗传信息的转录过程　
下图为真核生物细胞内转录过程的示意图,请据图回答下列问题。
(1)请写出图中数字所表示的物质或结构的名称。
【提示】 ①是RNA聚合酶,②是胞嘧啶脱氧核苷酸,③是胞嘧啶核糖核苷酸,④是RNA。
(2)图中结构①的移动方向是由右向左还是由左向右
【提示】 由右向左。
(3)转录过程中发生的碱基互补配对方式是什么
【提示】 A—U、T—A、G—C、C—G。
(4)转录与DNA复制有什么共同之处 这对遗传信息的转录有什么意义
【提示】 转录与复制都需要模板、能量、酶,都遵循碱基互补配对原则。这保证了遗传信息的准确转录。
(5)与DNA复制相比,转录所需要的原料和酶各有什么不同
【提示】 DNA复制所需要的原料是4种游离的脱氧核苷酸,所需要的酶是解旋酶和DNA聚合酶;转录所需要的原料是4种游离的核糖核苷酸,所需要的酶是RNA聚合酶。
「核心归纳」
遗传信息转录的5点总结
(1)转录不是转录整个DNA,而是以基因为单位进行。
(2)转录时不需要解旋酶。
(3)线粒体、叶绿体中也可进行转录。
(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,需要消耗能量。
(5)转录时,边解旋边转录,单链转录。
「典型例题」
1.(2025·武汉期末)下列关于RNA的结构和功能的叙述,错误的是(　　)
[A] RNA能携带生物的遗传信息
[B] RNA含有的五碳糖是核糖
[C] RNA分子彻底水解的产物有5种
[D] 某些RNA能在细胞内催化化学反应
C
【解析】 RNA分子彻底水解的产物是磷酸、核糖和4种含氮碱基,共6种。
2.(2025·合肥期末)下图为真核细胞内的转录过程示意图,①②表示两条多聚核苷酸链。下列叙述正确的是(　　)
[A] ①为DNA上的模板链,②链的左侧为3′端
[B] ②表示多聚脱氧核苷酸链
[C] 图中甲、乙两处圆圈内均代表腺嘌呤核糖核苷酸
[D] 细胞核和线粒体内均可发生该过程
D
【解析】 ①为DNA上的模板链,RNA聚合酶只能在3′端进行mRNA分子的延伸,故②链的右侧为3′端,左侧为5′端;②中含有U,表示多聚核糖核苷酸链;题图中甲处圆圈内为腺嘌呤脱氧核苷酸,乙处圆圈内为腺嘌呤核糖核苷酸。
任务二　分析密码子的特点和翻译的过程
探究1　分析密码子的特点
已知反密码子的读取方向为“3′端→5′端”,而密码子的读取方向正好相反。据图思考并回答下列问题。
(1)图中所示的密码子、反密码子分别是什么
【提示】 AUC、UAG。
(2)转运每种氨基酸的tRNA有一种或几种,判断的依据是什么
【提示】 一种氨基酸可能由一种或几种密码子编码,因此一种氨基酸可能对应一种或几种反密码子,而反密码子在tRNA上。
(3)一种氨基酸可能有几个密码子的现象称为密码子的简并,密码子的简并有何意义
【提示】 密码子的简并,一方面可增强容错性,减少蛋白质或性状的差错;几种不同的密码子都编码同一种氨基酸可以保证翻译的速度。
(4)地球上几乎所有的生物都共用一套遗传密码子,这种现象称为密码子的通用性,密码子的通用性说明了什么
【提示】 密码子的通用性说明当今生物可能有共同的起源,或者说生命在本质上是统一的。
探究2　分析翻译的过程
下图是翻译过程的示意图,据图思考并回答下列问题。
(1)图甲中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是哪种分子或结构
【提示】 Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是tRNA、核糖体、多肽链。
(2)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】 ①⑥分别是mRNA、核糖体。核糖体移动的方向是由右向左。
(3)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。
(4)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。
(5)图丙为原核细胞转录、翻译过程的示意图,结合图甲、图乙,概括真核细胞核基因和原核细胞基因转录、翻译的区别。
【提示】 真核细胞核基因为先转录,后翻译;原核细胞基因为边转录边翻译。
「核心归纳」
1.对比分析DNA复制、转录和翻译
2.“三步”判断真、原核细胞的DNA复制、转录及翻译
「典型例题」
3.(2025·徐州期末)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中的密码子互相配对时,存在下图所示的配对方式(Gly表示甘氨酸)。下列相关叙述错误的是(　　)
[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分子不存在碱基互补配对形成的氢键
[D] mRNA中的碱基改变不一定造成所编码氨基酸的改变
C
【解析】 由题图可知,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;密码子与反密码子的配对遵循碱基互补配对原则,碱基对之间通过氢键结合;由题图可知,tRNA分子由单链RNA经过折叠后形成三叶草的叶形,存在碱基互补配对形成的氢键;由于密码子的简并性,mRNA中碱基的改变不一定造成所编码氨基酸的改变,从题图所示三种密码子均编码甘氨酸也可以看出。
4.(2025·沈阳期末)下图所示为某细胞中遗传信息的表达的某个过程示意图。下列说法正确的是(　　)
[A] 在胚胎干细胞、哺乳动物成熟红细胞中,都可发生图示过程
[B] 基因表达时,DNA双链打开及子链延伸需要ATP水解提供能量
[C] 图示过程表示翻译,参与该过程的RNA有三种,结合在图中mRNA上的多个核糖体可合成多种肽链
[D] 图示过程在核糖体中进行,图中决定丙氨酸的密码子是5′-CGA-3′
B
【解析】 题图所示过程为翻译,哺乳动物成熟红细胞没有细胞核和众多细胞器,不能进行翻译过程;题图所示过程为翻译,参与该过程的RNA有mRNA(信使RNA)、tRNA(转运RNA)、rRNA(核糖体RNA)三种,结合在题图中mRNA上的多个核糖体可合成相同的肽链;密码子是mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基,题图中决定丙氨酸的密码子是5′-GCU-3′。
任务三　对比分析中心法则的相关过程
中心法则揭示了生物遗传信息传递的规律,据图回答下列问题。
(1)②表示 过程,需要 酶;④表示 过程,需要
酶的参与。
(2)正常情况下,在人体细胞内能进行的过程是 。
(3)图中遵循碱基互补配对原则的过程是 。
转录
RNA聚合
逆转录
逆转录
①②③
①②③④⑤
(4)下列四支试管中分别模拟的是中心法则中的某个过程。四支试管分别模拟中心法则中的哪个过程
【提示】 a模拟DNA的复制;b模拟转录;c模拟RNA的复制;d模拟逆转录。
「核心归纳」
1.中心法则各过程的适用范围
2.“三看法”判断中心法则各过程
「典型例题」
5.(2025·毕节期末)下图揭示了遗传信息传递的一般规律,下列叙述正确的是
(　　)
[A] 酵母菌细胞中的过程①②只发生在细胞核中,过程③发生在细胞质中
[B] 人体成熟的红细胞在正常生命活动中不发生过程①②③
[C] 蛙的红细胞在进行无丝分裂时不发生过程①
[D] 过程①②③在洋葱根尖分生区细胞的有丝分裂和减数分裂过程中均会发生
B
【解析】 过程①是DNA复制,过程②是遗传信息的转录,酵母菌细胞中的DNA复制和转录主要发生在细胞核中,线粒体中也可以发生,过程③是翻译过程,发生在核糖体上;人体成熟的红细胞没有细胞核和众多细胞器,这意味着其没有DNA和核糖体,所以不会发生过程①②③;过程①是DNA复制,蛙的红细胞在进行无丝分裂时也会发生DNA复制;洋葱根尖分生区细胞进行有丝分裂,不会进行减数分裂。
6.(2025·珠海期末)“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] 该过程中,遗传信息由DNA向RNA传递
[B] 催化该过程的酶为RNA聚合酶
[C] 该过程普遍存在于细胞生命活动过程中
[D] 该过程中,a链和b链之间会形成氢键
D
【解析】 题述过程是以RNA为模板合成DNA的过程,为逆转录,遗传信息从RNA向DNA传递;题述过程表示逆转录,催化该过程的酶为逆转录酶;题述过程是逆转录过程,该过程只发生于被逆转录病毒侵染的细胞中,并不是普遍存在于细胞生命活动过程中;逆转录过程中,模板链(a链)和子链(b链)的碱基之间会形成氢键。
思维导图
随堂检测
1.(2025·大连期末)下图为三种RNA的示意图。下列相关叙述错误的是
(　　)
[A] 合成三种RNA都遵循碱基互补配对原则
[B] 三种RNA都可通过转录形成
[C] 丙中的嘌呤数等于嘧啶数
[D] 甲可以传递遗传信息,但乙和丙不能
C
【解析】 丙只有部分区域配对,其所含嘌呤数不一定等于嘧啶数。
2.(2025·重庆期中)人肠道细胞中载脂蛋白B基因转录后,其mRNA上特定位置的碱基C在相关酶的作用下转变为碱基U,造成该位置相应的密码子变为终止密码子UAA,该终止密码子对应的DNA模板链序列为(　　)
[A] 5′-TTG-3′ [B] 5′-ATT-3′
[C] 5′-GTT-3′ [D] 5′-TTA-3′
A
【解析】 根据题意,该终止密码子UAA中的碱基U是由碱基C转变而来的,则该位置原本mRNA上对应的密码子应为CAA。又知mRNA序列与对应的DNA模板链序列是反向配对的,根据碱基互补配对原则,与5′-CAA-3′密码子配对的DNA模板链序列为3′-GTT-5′即5′-TTG-3′。
3.(2025·成都月考)下图表示真核细胞某基因的转录过程。下列有关叙述错误的是(　　)
[A] 转录结束后①和②重新形成双螺旋结构
[B] ③不一定是mRNA
[C] ④是游离的脱氧核苷酸
[D] 该过程中存在T与A的碱基配对方式
C
【解析】 转录的产物有mRNA、tRNA、rRNA等,因此③不一定是mRNA;④是形成RNA的原料,是游离的核糖核苷酸;转录过程中DNA中的T可以与RNA中的A配对。
4.下图表示动物细胞中遗传信息表达的某一过程,下列相关叙述正确的是
(　　)
[A] 结构②转运的氨基酸为赖氨酸
[B] 物质③以协助扩散的方式跨膜进入细胞质
[C] 结构④可存在于线粒体中
[D] 图中核糖体移动的方向为从右到左
C
【解析】 结构②为tRNA,其反密码子为AAG,对应的密码子为UUC,则其转运的氨基酸为苯丙氨酸;物质③为mRNA,mRNA在细胞核内合成后,通过核孔进入细胞质;结构④为核糖体,线粒体内能发生翻译过程,所以含有核糖体;根据tRNA的移动方向可知,翻译的方向(即核糖体移动的方向)为从左到右。
5.(2025·渭南期中)依据“模板”或“原料”可推断中心法则各过程,下列叙述错误的是(　　)
[A] 若模板是RNA,则过程可能为RNA复制或逆转录,也可能为翻译
[B] 若原料为核糖核苷酸,则产物一定是RNA,其过程可能为转录或RNA复制
[C] 若模板是DNA,则过程可能为DNA复制,也可能为转录
[D] 若原料为脱氧核苷酸,则产物一定是DNA,其过程只能为DNA复制
D
【解析】 若原料为脱氧核苷酸,则产物一定是DNA,其过程可能为逆转录(以RNA为模板合成DNA)或DNA复制(以亲代DNA为模板合成子代DNA)。
联系实际 迁移应用
医学上常使用抗生素治疗由细菌引起的疾病。图1中①～⑤分别表示不同抗生素抑制细菌的作用机制,其中②表示抗生素通过损伤细胞膜从而达到抑菌的作用,字母a、b、c表示遗传信息的传递过程,F、R表示不同的结构。图2表示该细菌细胞中某基因的表达过程。回答下列问题。
(1)图1中⑤表示抗生素可能通过抑制细菌 (填结构)的功能,从而抑制c过程;而③表示抗生素可能阻止了a过程所需的 酶发挥作用。
核糖体
DNA聚合(或解旋)
(2)图2中的核糖体与mRNA的结合部位会形成 个tRNA的结合位点。图2中,与B过程相比,A过程特有的碱基配对方式为 。图2过程中常有多个核糖体结合于同一条mRNA上,其意义为
。
2
T—A
少量的mRNA可以迅速合成
大量的蛋白质第1节　基因指导蛋白质的合成
课时作业
(时间:30分钟　分值:54分)
第1～7题每题3分,第8～9题每题6分,共计33分。
基础对点练
知识点1　遗传信息的转录
1.(2025·长沙期末)下列关于真核细胞中RNA的叙述,错误的是(　　)
[A] tRNA、rRNA和mRNA都是以DNA为模板合成的
[B] 细胞核中的RNA合成后会穿过核膜到细胞质中发挥作用
[C] 同一个体的不同细胞中可以合成同种mRNA
[D] RNA能作为信使将遗传信息从DNA传递给蛋白质
【答案】 B
【解析】 真核细胞中的RNA(包括tRNA、rRNA和mRNA)都是以DNA的一条链为模板经转录合成的;细胞核中的RNA合成后会通过核孔进入细胞质中发挥作用;同一个体的不同细胞是由同一受精卵分裂分化而来,含有相同的基因,可以合成相同的mRNA;RNA分子具有相对分子质量较小、与DNA组成类似等特点,能作为信使将遗传信息从DNA传递给蛋白质。
2.下列关于真核生物转录过程的叙述,正确的是(　　)
[A] 转录沿整条DNA长链进行
[B] 转录时,一个或几个基因的DNA片段的双螺旋解开
[C] RNA聚合酶与RNA分子上的某一启动部位结合后开始转录
[D] 转录时需要专门的解旋酶参与
【答案】 B
【解析】 一个DNA分子有很多个基因,而细胞中基因会发生选择性表达,因此转录只需要沿着选择性表达的基因对应的DNA片段进行;转录时,有一个或几个基因的DNA双螺旋解开;RNA聚合酶与DNA分子上的某一启动部位结合后开始转录;RNA聚合酶具有解旋的功能,转录时不需要专门的解旋酶参与。
3.(2025·徐州期末)下图表示某细胞中的转录过程,下列相关叙述错误的是(　　)
[A] a表示DNA [B] b表示RNA
[C] c表示RNA聚合酶 [D] 图中有4种碱基
【答案】 D
【解析】 题图中a为DNA,b为RNA,故含有A、G、C、T、U共5种碱基。
知识点2　遗传信息的翻译
4.(2025·扬州期末)结合下表信息,推测丝氨酸的密码子为(　　)
DNA碱基序列 T A
G
mRNA碱基序列 A
tRNA碱基序列 G
氨基酸种类 丝氨酸
[A] UCA [B] AGU [C] TCA [D] AGT
【答案】 A
【解析】 mRNA是以DNA的一条链为模板转录形成的,根据mRNA第三个碱基可知,DNA的下面一条链为转录的模板链,这条链的碱基序列为AGT,根据碱基互补配对原则,则mRNA上第一个碱基为U,第二个碱基为C,据此可知丝氨酸的密码子为UCA。
5.(2025·北京期末)下图是大肠杆菌中一条mRNA链的电镜照片。下列叙述正确的是(　　)
[A] 图中展示的是细胞核DNA的翻译过程
[B] 该过程发生在细胞质的线粒体中
[C] 除mRNA外,该过程还涉及另外两种RNA
[D] 图中不同核糖体合成的蛋白质不同
【答案】 C
【解析】 大肠杆菌是原核生物,其细胞中没有细胞核,也没有线粒体;题图中展示的是翻译过程,除mRNA外,该过程还涉及rRNA和tRNA;题图中不同核糖体结合在同一条mRNA分子上,由于模板相同,所以不同核糖体合成的蛋白质相同。
6.(2025·佛山期末)研究发现,哺乳动物线粒体中的遗传密码与通用的遗传密码存在差别,如下表所示。某mRNA含有UGA的密码子,据表分析,若将细胞质中的该mRNA转移至线粒体中进行翻译,则最可能发生的情况是(　　)
密码子 通用密码 线粒体密码
UGA 终止 色氨酸
AGA 精氨酸 终止
AGG 精氨酸 终止
AUA 异亮氨酸 甲硫氨酸
[A] 翻译提前终止
[B] 翻译形成的肽链延长
[C] 翻译形成的肽链的氨基酸顺序不变
[D] 翻译形成的肽链长度不变
【答案】 B
【解析】 UGA通用的遗传密码表示终止,线粒体密码表示色氨酸,若将细胞质中的该mRNA转移至线粒体中进行翻译,该密码子对应色氨酸,翻译不会就此终止,因此翻译形成的肽链延长,氨基酸序列发生改变。
知识点3　中心法则
7.下图表示“中心法则”的内容,图中①～⑤分别表示相关过程。下列说法正确的是(　　)
[A] 人体造血干细胞中可以进行过程①②③
[B] 人体口腔上皮细胞内只能进行过程①②
[C] 乳酸菌可以发生过程①④
[D] 过程④和⑤需要的原料相同
【答案】 A
【解析】 人体造血干细胞可以进行①DNA复制、②转录和③翻译;人体口腔上皮细胞是高度分化的细胞,不能进行①DNA复制;乳酸菌的遗传物质是DNA,在乳酸菌中可以发生过程①②③,但不能进行过程④RNA复制;过程④RNA复制需要的原料是核糖核苷酸,过程⑤逆转录需要的原料是脱氧核苷酸,二者需要的原料不同。
综合提升练
8.(2025·桂林期末)空间转录组技术可测定特定细胞在某一功能状态下转录出来的所有mRNA。该技术设计了一种标签TIVAtag(包括一段尿嘧啶核糖核苷酸序列和蛋白质),该标签进入活细胞后与mRNA的腺嘌呤核糖核苷酸序列尾(真核细胞mRNA均具有)结合得到产物TIVAtagmRNA,回收并纯化该产物后,将mRNA洗脱下来用于转录组分析。下列叙述错误的是(　　)
[A] TIVAtagmRNA的形成过程应该存在A和T相互配对的现象
[B] 该技术可获得特定活细胞中编码蛋白质的基因表达信息
[C] 推测TIVAtag与mRNA结合的场所在细胞质基质
[D] TIVAtag的主要组成元素与染色体的基本一致
【答案】 A
【解析】 TIVAtagmRNA的形成遵循碱基互补配对原则,即尿嘧啶(U)与腺嘌呤(A)配对;由题意可知,空间转录组技术可测定特定细胞在某一功能状态下转录出来的所有mRNA,即可获得特定活细胞中编码蛋白质的基因表达信息;mRNA存在于细胞质基质,推测TIVAtag与mRNA结合的场所在细胞质基质;TIVAtag与染色体均含有核酸和蛋白质,组成元素均为C、H、O、N、P。
9.下图为某生物遗传信息传递的部分途径示意图。若图中过程Ⅰ所合成的RNA链不易与模板链分开,则会形成R环(由一条RNA链与双链DNA中的一条链杂交而组成的三链核酸结构)。下列有关说法错误的是(　　)
[A] 原核细胞中的过程Ⅰ和过程Ⅱ可在同一部位同时进行
[B] 过程Ⅰ中,当RNA聚合酶移动到终止密码子时停止转录
[C] 若R环所在的DNA片段中G—C碱基对较多,则mRNA不易脱离模板链
[D] 过程Ⅱ中与mRNA结合的核糖体含有2个tRNA的结合位点
【答案】 B
【解析】 过程Ⅰ和过程Ⅱ分别表示转录和翻译过程,在原核细胞中的过程Ⅰ和过程Ⅱ可在同一部位同时进行;过程Ⅰ中,RNA聚合酶识别和结合部位在DNA上,DNA上没有终止密码子,终止密码子在mRNA上;若R环所在的DNA片段中G—C碱基对较多,则DNA和RNA形成的双链结构稳定性较高,故mRNA不易脱离模板链;核糖体作为翻译的场所,过程Ⅱ中与mRNA结合的核糖体含有2个tRNA的结合位点。
10.(12分)(2025·邯郸期末)研究发现,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(没有携带氨基酸的tRNA)参与基因表达的调控。下图是缺乏氨基酸时,tRNA调控基因表达的相关过程,图中的①②③④表示过程,a、b、c、d表示合成的多肽链。回答下列问题。
(1)完成过程①需要的原料是　　　　　　　,催化该过程的酶是　　　　　　　　。
(2)根据图中多肽链合成的过程,判断核糖体的移动方向为　　　　　　(填“从左到右”或“从右到左”),最终形成的多肽链a、b、c、d上的氨基酸序列　　　　(填“相同”或“不同”)。由图可知,少量mRNA可快速合成大量蛋白质的原因是　 　。
(3)据图分析,当细胞中缺乏氨基酸时,负载tRNA会转化为空载tRNA,而空载tRNA通过
和　　　　　　　　　　来实现对蛋白质合成的抑制。
【答案】 (除标注外,每空2分)
(1)核糖核苷酸　RNA聚合酶
(2)从右到左(1分)　相同(1分)　一条mRNA上可以相继结合多个核糖体
(3)激活蛋白激酶抑制翻译过程　抑制基因的转录
【解析】 (1)过程①表示的是转录,转录的产物是RNA,需要RNA聚合酶的参与,原料是核糖核苷酸。
(2)由题图可知,左边的肽链更长,更早进行翻译,右边的肽链更短,翻译时间更晚,因此核糖体移动的方向是从右到左,最终形成的多肽链a、b、c、d上的氨基酸序列相同,原因是它们由同一个mRNA翻译而来。由题图可知,少量mRNA可快速合成大量蛋白质的原因是一条mRNA上可以相继结合多个核糖体。
(3)从题图中可以看出,当细胞缺乏氨基酸时,负载tRNA脱氨基酸转化为空载tRNA,空载tRNA通过激活蛋白激酶抑制翻译过程和抑制基因的转录来实现对蛋白质合成的抑制。
11.(9分)(2025·郑州期末)脑源性神经营养因子(BDNF)由两条肽链构成,能够促进和维持中枢神经系统正常的生长发育。若BDNF基因表达受阻,则会导致精神分裂症的发生。下图为BDNF基因的表达及调控过程。
(1)若mRNA以图1中DNA片段整条链为模板进行转录,测定发现mRNA中C占26%,G占22%,则DNA片段中A所占的比例为　 。
(2)图2中该tRNA上的氨基酸为　　　　 　。(密码子:AGC—丝氨酸;UCG—丝氨酸;
GCU—丙氨酸;CGA—精氨酸。)
(3)由图1可知, miRNA195基因调控BDNF基因表达的机理是,miRNA195与
　　　　　　　　　　　　　　　　形成局部双链结构,从而使BDNF基因表达的mRNA无法与核糖体结合。由此可知,miRNA195基因抑制了BDNF基因表达的　　　　阶段,该阶段　　(填“是”或“否”)涉及氢键的形成与断裂。
【答案】 (除标注外,每空2分)
(1)26%　
(2)丝氨酸
(3)BDNF基因表达的mRNA(BDNF基因转录的mRNA)　翻译　是(1分)
【解析】 (1)若mRNA以题图中DNA片段整条链为模板进行转录,测定发现mRNA中C占26%,G占22%,显然mRNA中C+G的含量为48%,根据碱基互补配对原则,DNA中C+G的含量也为48%,显然DNA分子中A+T=1-48%=52%,又因为在DNA分子中A和T的数量相等,因此,该DNA片段中A所占的比例为52%÷2=26%。
(2)图2中tRNA上的反密码子为UCG,则其对应的密码子为AGC,该密码子决定的氨基酸是丝氨酸,因此tRNA所携带的氨基酸为丝氨酸。
(3)由图1可知, miRNA195基因调控BDNF基因表达的机理是 miRNA195与BDNF基因表达的mRNA形成局部双链结构,从而使BDNF基因表达的mRNA无法与核糖体结合。由此可知, miRNA195基因抑制了BDNF基因表达的翻译阶段,该阶段tRNA与mRNA之间存在氢键的形成与断裂。

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