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第二课时　基因对性状的控制及中心法则
[学习目标]
1.说明基因与性状的关系。
2.阐明中心法则的内容。
读教材·相信我能行
梳理必备知识,储备素养根基
一、基因控制生物性状(基因—蛋白质—性状)
1.基因对性状的控制
(1)基因通过控制 的合成来控制生物体内的生物化学反应,从而控制生物的性状。
(2)由基因控制合成的 还可以决定生物体特定的组织或器官的结构,进而影响其功能。
酶
蛋白质
(3)细胞内有多种功能性RNA分子参与性状表现。这些功能性RNA基因的表达产物就是具有特定功能的RNA分子,它们是不被翻译的,如 、rRNA、
等。
2.基因与性状的复杂关系
(1)单个基因控制生物体的某种性状。
(2) 共同决定生物体的某种性状。
(3)基因的表达受 的影响,生物的性状= +环境。
tRNA
核酶
多个基因
环境
基因
·思维点拨·
(1)基因、基因产物、环境之间存在着复杂的相互作用。( 　)
√
提示:皱粒豌豆的形成说明基因可通过控制酶的合成来影响细胞代谢,进而间接控制生物性状。
(3)白化症状的出现,是由于基因直接控制合成异常的色素。(　 　)
提示:白化症状的出现,是基因突变导致酪氨酸酶不能合成,进而导致黑色素不能合成。
(2)皱粒豌豆的形成说明基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状。
(　 　)
×
×
二、遗传信息流从DNA→RNA→蛋白质
1.中心法则
(1)提出者: 。
(2)主要内容。
①遗传信息通过复制从 传递到DNA,由DNA通过 传递到RNA,然后由RNA通过翻译合成蛋白质,决定蛋白质的特异性。
②遗传信息不能由蛋白质传向蛋白质,也不能由蛋白质传向 或 。
DNA
克里克
转录
DNA
RNA
(3)中心法则及其发展。
①在 作用下,有些RNA病毒(如劳氏肉瘤病毒)以RNA为模板反向合成单链DNA,再以这条单链DNA为模板形成双链DNA。有些RNA病毒能够在 的作用下进行自我复制。
②内容图解(用简式表示): 。
逆转录酶
RNA复制酶
2.基因
(1)作用:基因就是遗传的一个 ,它在适当的环境条件下控制生物的性状。
(2)与染色体的关系:细胞核中的基因以一定的次序排列在 上。
(3)本质:基因就是一段包含一个完整的遗传信息单位的有功能的
——在大多数生物中是一段 ,而在RNA病毒中则是一段 。
基本功能单位
染色体
核酸分子
片段
DNA
RNA
·思维点拨·
(1)基因在生物体内都是一段有功能的DNA片段。(　 　)
提示:基因的本质是一段包含一个完整的遗传信息单位的有功能的核酸分子片段,在以DNA为遗传物质的生物体内是一段DNA,在以RNA为遗传物质的生物体内是一段RNA。
×
(2)人体细胞中遗传信息传递途径包括DNA分子的复制、转录和翻译过程及RNA复制和逆转录过程。(　 　)
×
提示:人体细胞中遗传信息的传递途径不包括RNA复制及逆转录过程。
(3)DNA聚合酶和RNA聚合酶的结合位点分别在DNA和RNA上。(　 　)
×
提示:RNA 聚合酶催化的过程是转录,结合部位在DNA上。
(4)心肌细胞中遗传信息流动过程可表示为 (　 　)
提示:心肌细胞是高度分化的细胞,不能进行有丝分裂,所以没有DNA的复制。
×
(5)中心法则各个过程均遵循碱基互补配对原则,但配对方式不完全相同。
(　 　)
√
攻难点·让我更出色
逐点击破疑难,提升关键能力
任务一　基因控制生物性状分析
1.生物的性状受DNA或RNA的控制,但主要通过蛋白质来体现。
2.基因对性状的间接控制和直接控制大多是通过蛋白质来起作用的,与前者相关的蛋白质一般是酶,与后者相关的蛋白质大多是生物体的结构物质。
3.体现某性状的物质并不一定是蛋白质,如黑色素、淀粉等,此类性状的体现往往是通过基因控制性状的间接途径实现的,即
4.基因表达出RNA对性状进行控制的两种途径。
(1)表达功能性RNA参与性状控制。基因与生物性状不存在直接的联系,需要借助RNA实现对性状的控制与指导。某些基因表达的是功能性RNA,如tRNA、rRNA等,产生之后参与蛋白质的合成或调控基因表达等。
(2)表达mRNA参与性状控制。某些基因(如胰岛素基因、唾液淀粉酶基因等)转录产生的是mRNA,则通过翻译产生蛋白质直接控制生物性状,或通过控制酶的合成来调控生物体内的生物化学反应,间接控制生物性状。
[迁移应用]
[典例1] (浙江台金七校联盟期中)阅读下列资料回答(1)~(2)小题。
青蒿素是治疗疟疾的重要药物,其化学本质是一种萜类化合物。如图为黄花蒿产生青蒿素的代谢过程。青蒿素主要从黄花蒿的叶片中提取,但提取量很低,难以满足临床需求。
(1)下列关于FPP基因的表达过程,叙述错误的是(　 　)
A.①②过程中碱基互补配对的方式不完全相同
B.过程①以FPP合成酶基因的两条链为模板
C.过程①需要的RNA聚合酶通过核孔进入细胞核
D.FPP合成酶基因的表达过程是①②
B
解析:分析题图可知,①表示转录,②表示翻译,①中碱基的互补配对方式有A-U、T-A、C-G、G-C,②中碱基的互补配对方式有A-U、U-A、C-G、G-C,所以①②过程中碱基互补配对的方式不完全相同;①表示转录,以FPP合成酶基因的一条链为模板;①表示转录,需要RNA聚合酶的参与,而RNA聚合酶的合成场所在细胞溶胶的核糖体,所以需要RNA聚合酶通过核孔进入细胞核;基因的表达包括转录和翻译,分别对应图中的过程①和②。
(2)为满足临床的需求,可通过提高青蒿素的产量达到目的。下列叙述错误的是(　 　)
A.可以提高酶1、酶2的活性,从而增加青蒿素的产量
B.青蒿素主要从叶片中提取,是因为相关基因主要存在于叶片的细胞内
C.促进FPP合成酶基因和ADS基因的表达、抑制SQS基因表达可提高青蒿素的产量
D.该过程可说明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
B
解析:由题图可知,青蒿素的形成需要酶1和酶2的催化作用,所以可以提高酶1、酶2的活性,从而增加青蒿素的产量;青蒿素主要从叶片中提取,是因为不同部位的细胞中的基因表达情况存在差异;分析题图可知,促进FPP合成酶基因表达(导致FPP生成增多)、促进ADS基因表达(促进FPP转化成青蒿素)、抑制SQS基因表达(降低FPP转化成其他萜类化合物)可提高青蒿素的产量;分析题图可知,青蒿素的合成体现了基因控制性状的方式是通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物的性状。
任务二　解读中心法则
1.不同生物遗传信息传递的比较
生物种类 遗传信息的传递过程
DNA病毒
RNA病毒
逆转录病毒
细胞生物
2.中心法则中五个过程的比较
项 目 DNA 复制 转录 翻译 RNA 复制 RNA
逆转录
模 板 DNA的 两条链 DNA的 一条链 mRNA RNA RNA
原 料 4种脱氧 核苷酸 4种核糖 核苷酸 20种 氨基酸 4种核糖 核苷酸 4种脱氧
核苷酸
能量 都需要
酶 解旋酶、 DNA聚 合酶 RNA 聚合酶 多种酶 RNA 复制酶 逆转
录酶
产物 2个双 链DNA 1个单链 RNA 多肽 RNA DNA
特 点 边解旋边复制,半保留复制 边解旋边转录,转录后DNA恢复原状 翻译结束后,mRNA被降解成单体 — 先合成单链DNA,再复制成双链DNA
碱基 配对 A-T、 T-A、 C-G、 G-C A-U、 T-A、 C-G、 G-C A-U、 U-A、 C-G、 G-C A-U、 U-A、 C-G、 G-C A-T、
U-A、
C-G、
G-C
[迁移应用]
[典例2] (杭州浙里特色联盟期中)鳑鲏是衢州地区常见的一种野生鱼。每年处于繁殖季节时,鳑鲏鳞片通体发亮,颜色绚丽多彩,观赏鱼爱好者称之为“发色”。下列有关叙述正确的是(　 　)
A.控制“发色”物质的基因仅存在于鳑鲏的表皮细胞
B.表皮细胞“发色”物质的合成需要经历a、b、d过程
C.d过程发生在核糖体中,需要RNA聚合酶的参与
D.b过程与d过程中核苷酸碱基之间的配对方式不完全相同
D
解析:控制“发色”物质的基因存在于所有的细胞中;分析题图可知,a为DNA复制,b为转录,c为RNA复制,d为翻译,表皮细胞“发色”物质是基因表达的产物,不需要经历DNA复制过程;d为翻译过程,而RNA聚合酶在转录过程中发挥作用;在b转录过程中,核苷酸所含的碱基配对方式为A-U、T-A、C-G、G-C,在d翻译过程中,配对方式为A-U、U-A、C-G、G-C,所以两者之间有所不同。第二课时　基因对性状的控制及中心法则
学习目标
1.说明基因与性状的关系。
2.阐明中心法则的内容。
一、基因控制生物性状(基因—蛋白质—性状)
1.基因对性状的控制
(1)基因通过控制 的合成来控制生物体内的生物化学反应,从而控制生物的性状。
(2)由基因控制合成的 还可以决定生物体特定的组织或器官的结构,进而影响其
功能。
(3)细胞内有多种功能性RNA分子参与性状表现。这些功能性RNA基因的表达产物就是具有特定功能的RNA分子,它们是不被翻译的,如 、rRNA、 等。
2.基因与性状的复杂关系
(1)单个基因控制生物体的某种性状。
(2) 共同决定生物体的某种性状。
(3)基因的表达受 的影响,生物的性状= +环境。
(1)基因、基因产物、环境之间存在着复杂的相互作用。( )
(2)皱粒豌豆的形成说明基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状。( )
(3)白化症状的出现,是由于基因直接控制合成异常的色素。( )
二、遗传信息流从DNA→RNA→蛋白质
1.中心法则
(1)提出者: 。
(2)主要内容。
①遗传信息通过复制从 传递到DNA,由DNA通过 传递到RNA,然后由RNA通过翻译合成蛋白质,决定蛋白质的特异性。
②遗传信息不能由蛋白质传向蛋白质,也不能由蛋白质传向 或 。
(3)中心法则及其发展。
①在 作用下,有些RNA病毒(如劳氏肉瘤病毒)以RNA为模板反向合成单链DNA,再以这条单链DNA为模板形成双链DNA。有些RNA病毒能够在 的作用下进行自我复制。
②内容图解(用简式表示):
。
2.基因
(1)作用:基因就是遗传的一个 ,它在适当的环境条件下控制生物的性状。
(2)与染色体的关系:细胞核中的基因以一定的次序排列在 上。
(3)本质:基因就是一段包含一个完整的遗传信息单位的有功能的 ——在大多数生物中是一段 ,而在RNA病毒中则是一段 。
(1)基因在生物体内都是一段有功能的DNA片段。( )
(2)人体细胞中遗传信息传递途径包括DNA分子的复制、转录和翻译过程及RNA复制和逆转录过程。( )
(3)DNA聚合酶和RNA聚合酶的结合位点分别在DNA和RNA上。( )
(4)心肌细胞中遗传信息流动过程可表示为( )
(5)中心法则各个过程均遵循碱基互补配对原则,但配对方式不完全相同。( )
任务一　基因控制生物性状分析
1.生物的性状受DNA或RNA的控制,但主要通过蛋白质来体现。
2.基因对性状的间接控制和直接控制大多是通过蛋白质来起作用的,与前者相关的蛋白质一般是酶,与后者相关的蛋白质大多是生物体的结构物质。
3.体现某性状的物质并不一定是蛋白质,如黑色素、淀粉等,此类性状的体现往往是通过基因控制性状的间接途径实现的,即
4.基因表达出RNA对性状进行控制的两种途径。
(1)表达功能性RNA参与性状控制。基因与生物性状不存在直接的联系,需要借助RNA实现对性状的控制与指导。某些基因表达的是功能性RNA,如tRNA、rRNA等,产生之后参与蛋白质的合成或调控基因表达等。
(2)表达mRNA参与性状控制。某些基因(如胰岛素基因、唾液淀粉酶基因等)转录产生的是mRNA,则通过翻译产生蛋白质直接控制生物性状,或通过控制酶的合成来调控生物体内的生物化学反应,间接控制生物性状。
[迁移应用]
[典例1] (浙江台金七校联盟期中)阅读下列资料回答(1)~(2)小题。
　　青蒿素是治疗疟疾的重要药物,其化学本质是一种萜类化合物。如图为黄花蒿产生青蒿素的代谢过程。青蒿素主要从黄花蒿的叶片中提取,但提取量很低,难以满足临床需求。
(1)下列关于FPP基因的表达过程,叙述错误的是( )
A.①②过程中碱基互补配对的方式不完全相同
B.过程①以FPP合成酶基因的两条链为模板
C.过程①需要的RNA聚合酶通过核孔进入细胞核
D.FPP合成酶基因的表达过程是①②
(2)为满足临床的需求,可通过提高青蒿素的产量达到目的。下列叙述错误的是( )
A.可以提高酶1、酶2的活性,从而增加青蒿素的产量
B.青蒿素主要从叶片中提取,是因为相关基因主要存在于叶片的细胞内
C.促进FPP合成酶基因和ADS基因的表达、抑制SQS基因表达可提高青蒿素的产量
D.该过程可说明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
任务二　解读中心法则
1.不同生物遗传信息传递的比较
生物种类 遗传信息的传递过程
DNA病毒
RNA病毒
逆转录病毒
细胞生物
2.中心法则中五个过程的比较
项 目 DNA 复制 转录 翻译 RNA 复制 RNA 逆转录
模 板 DNA的 两条链 DNA的 一条链 mRNA RNA RNA
原 料 4种脱氧 核苷酸 4种核糖 核苷酸 20种 氨基酸 4种核糖 核苷酸 4种 脱氧 核苷酸
能 量 都需要
酶 解旋酶、 DNA聚 合酶 RNA 聚合酶 多种酶 RNA 复制酶 逆转 录酶
产 物 2个双 链DNA 1个单链 RNA 多肽 RNA DNA
特 点 边解旋 边复制, 半保留 复制 边解旋 边转录, 转录后 DNA恢 复原状 翻译结 束后, mRNA 被降解 成单体 — 先合成 单链 DNA, 再复制 成双链 DNA
碱 基 配 对 A-T、 T-A、 C-G、 G-C A-U、 T-A、 C-G、 G-C A-U、 U-A、 C-G、 G-C A-U、 U-A、 C-G、 G-C A-T、 U-A、 C-G、 G-C
[迁移应用]
[典例2] (杭州浙里特色联盟期中)鳑鲏是衢州地区常见的一种野生鱼。每年处于繁殖季节时,鳑鲏鳞片通体发亮,颜色绚丽多彩,观赏鱼爱好者称之为“发色”。下列有关叙述正确的是( )
A.控制“发色”物质的基因仅存在于鳑鲏的表皮细胞
B.表皮细胞“发色”物质的合成需要经历a、b、d过程
C.d过程发生在核糖体中,需要RNA聚合酶的参与
D.b过程与d过程中核苷酸碱基之间的配对方式不完全相同第四节　基因控制蛋白质合成
第一课时　基因及其控制蛋白质合成的过程
素养测练
基础达标练
题组一　基因通常是DNA分子的功能片段
1.下列关于基因的位置,表述最全面的是(　C　)
A.位于DNA上　　　　　　
B.位于RNA上
C.位于DNA或RNA上　　
D.位于染色体上
解析:基因主要位于DNA上,对于RNA病毒来讲,基因位于RNA上。
2.(浙江台金七校联盟期中)大量科学实验证明大多数生物的遗传物质是DNA,关于基因、DNA和染色体的关系,下列叙述错误的是(　C　)
A.细胞生物的遗传物质一定是DNA
B.一个DNA分子上有多个基因
C.分裂后期染色体上只能含有一个DNA分子
D.基因是具有遗传效应的DNA片段,部分生物是RNA
解析:细胞生物含有DNA和RNA两种核酸,但遗传物质一定是DNA;一个DNA分子上有许许多多的基因,一个基因只是DNA上的一个片段;减数第一次分裂后期一条染色体上同时含有两个DNA分子;生物的性状由基因控制,基因是具有遗传效应的DNA片段,部分生物是RNA。
题组二　转录过程
3.(温州三模)若要建立体外转录体系,需要添加的酶是(　D　)
A.解旋酶 B.逆转录酶
C.DNA聚合酶 D.RNA聚合酶
解析:转录是以DNA的一条链为模板合成RNA的过程,主要发生在细胞核中,需要以核糖核苷酸为原料,需要RNA聚合酶和能量,若要建立体外转录体系,需要添加的酶是RNA聚合酶。
4.在遗传信息传递过程中,若模板DNA的部分碱基序列是5′—TGCAGT—3′,则由其转录形成的mRNA的碱基序列是(　C　)
A.5′—ACGTCA—3′
B.5′—ACGUCA—3′
C.5′—ACUGCA—3′
D.5′—ACTGCA—3′
解析:在遗传信息传递过程中,若模板DNA的部分碱基序列是5′—TGCAGT—3′,根据碱基互补配对原则,以该链为模板转录形成的信使RNA中的碱基排列顺序为5′—ACUGCA—3′。
5.(宁波三锋教研联盟期中)对于如图图解,正确的说法有(　A　)
①可表示DNA复制过程
②可表示DNA转录过程
③共有5种碱基
④共有5种核苷酸
⑤共有8种核苷酸
⑥A均代表同一种核苷酸
A.②③⑤ B.④⑤⑥
C.②③④ D.①③⑤
解析:题图可以表示转录或逆转录过程,但不能表示DNA复制过程,①错误,②正确;题图中共有5种碱基,即A、C、G、T和U,③正确;题图中共有8种核苷酸(4种脱氧核苷酸和4种核糖核苷酸),④错误,⑤正确;A表示两种核苷酸,即腺嘌呤脱氧核苷酸和腺嘌呤核糖核苷酸,⑥错误。
题组三　翻译过程
6.(浙江百校调研)金霉素(一种抗生素)可抑制tRNA与mRNA的结合,该作用直接影响的过程是(　C　)
A.逆转录 B.转录
C.翻译 D.RNA复制
解析:逆转录过程不需要经过tRNA与mRNA结合;转录过程不需要tRNA与mRNA结合;翻译过程需要经过tRNA与mRNA结合,故该抗生素可能通过作用于翻译过程影响蛋白质合成;RNA复制不需要tRNA与mRNA结合。
7.如图是某tRNA的结构示意图,在翻译过程中该tRNA搬运的丝氨酸对应的密码子为(　C　)
A.GCT B.TCG C.AGC D.CGA
解析:mRNA上密码子读取序列由5′端→3′端;反密码子与密码子互补配对,由3′端→5′端读取,故该tRNA上的反密码子为UCG,对应的密码子为AGC,因此该tRNA搬运的丝氨酸对应的密码子为AGC。
8.(杭州北斗联盟期中)如图表示某真核生物基因表达的部分过程,下列说法错误的是(　D　)
A.图示过程需要mRNA、tRNA、rRNA参与
B.此过程除图中所示条件外,还需要酶和能量等
C.③合成的主要场所是细胞核
D.图中核糖体移动方向是从右到左
解析:题图所示为翻译过程,需要mRNA提供模板,tRNA携带氨基酸,rRNA参与形成核糖体;翻译过程需要模板、原料、能量和酶等,此过程除题图中所示条件外,还需要酶和能量等;③为mRNA,其合成的主要场所是细胞核,叶绿体和线粒体中也能合成;题图中核糖体左侧的tRNA离开核糖体,而右侧tRNA携带着氨基酸进入核糖体,由此可知核糖体移动方向是从左到右。
题组四　基因的表达
9.基因指导蛋白质合成需要突破“空间障碍”和“语言障碍”。科学家提出突破以上两大障碍需要两种关键物质,前者能将细胞核中的遗传信息传递到细胞质中,后者既能识别碱基序列,也能识别特定氨基酸,以实现碱基序列向氨基酸序列的转换。这两种关键物质分别是(　B　)
A.DNA、mRNA B.mRNA、tRNA
C.mRNA、rRNA D.tRNA、rRNA
解析:基因表达的过程包括转录和翻译两个过程,其中能够将遗传信息从细胞核传递至细胞质的是mRNA,在RNA聚合酶的作用下,以DNA分子的一条链为模板,通过转录形成;tRNA一端的三个碱基构成反密码子,能识别mRNA上的密码子,同时其也能转运相应氨基酸。
(浙江9+1高中联盟联考)阅读下列资料,完成下面10~11小题。
　　在原核生物中,大多数基因表达的调控是通过操纵子实现的。如图表示大肠杆菌乳糖操纵子模型及其调节过程:大肠杆菌乳糖操纵子包括LacZ、LacY、LacA三个结构基因(编码参与乳糖代谢的酶,其中酶a能够水解乳糖)以及启动子和操纵基因。没有乳糖存在时,调节基因编码的阻遏蛋白与操纵基因结合,导致RNA聚合酶不能与启动子结合,结构基因无法表达;有乳糖存在时,阻遏蛋白与乳糖结合后构象变化,失去与操纵基因的亲和力,从而使结构基因得以表达。
10.下列关于乳糖操纵子的叙述,错误的是(　C　)
A.乳糖操纵子包含多个基因
B.调节基因表达产生阻遏蛋白
C.没有乳糖时结构基因无法复制
D.RNA聚合酶在操纵子上的移动是有方向的
解析:结合题干大肠杆菌乳糖操纵子包括LacZ、LacY、LacA三个结构基因以及启动子和操纵基因可知,乳糖操纵子包含多个基因;结合题干“调节基因编码的阻遏蛋白与操纵基因结合”可知,调节基因表达产生阻遏蛋白;结合题干“没有乳糖存在时,……结构基因无法表达”而非不能复制;转录时RNA聚合酶在模板链上沿3′→5′方向移动,即RNA聚合酶在操纵子上的移动是有方向的。
11.结构基因的表达及调控受环境中乳糖的影响,下列叙述正确的是(　B　)
A.结构基因转录时,α链和β链均可作为模板
B.酶a催化乳糖水解,可使结构基因的表达受抑制
C.阻遏蛋白与操纵基因的结合是一个不可逆的过程
D.当乳糖为唯一碳源时,结构基因不表达
解析:转录时,双链DNA分子中只有一条链作为转录模板,指导转录生成RNA,此链称为模板链;结合题干“其中酶a能够水解乳糖”以及“没有乳糖存在时,……结构基因无法表达”可知,酶a催化乳糖水解,可使结构基因的表达受抑制;结合题干“没有乳糖存在时,调节基因编码的阻遏蛋白与操纵基因结合,导致RNA聚合酶不能与启动子结合,结构基因无法表达;有乳糖存在时,阻遏蛋白与乳糖结合后构象变化,失去与操纵基因的亲和力,从而使结构基因得以表达”可知阻遏蛋白与操纵基因的结合是一个可逆的过程;从题干“有乳糖存在时,……结构基因得以表达”可知当乳糖为唯一碳源时,结构基因可以正常表达。
12.(浙江7月学考)如图表示遗传信息传递和表达的过程。
回答下列问题。
(1)DNA复制产生的每个子代DNA分子中,一条链为母链,另一条是新合成的子链,这种复制方式为　　　　　复制。
(2)遗传信息的传递和表达需要多种酶的参与,其中酶2是　　　　　　酶。翻译过程中,核糖体的移动方向是　　　　(填“a→b”或“b→a”)。一个mRNA上同时有多个核糖体进行翻译,其意义是　 　 。
(3)下列密码子(5′→3′)和对应的氨基酸如下:GGC甘氨酸、CGG精氨酸、CCG脯氨酸、GCC丙氨酸。根据提供的密码子推测氨基酸1是　　　　　。
解析:(1)DNA复制方式为半保留复制。
(2)分析题图可知,酶1表示遗传信息复制的酶,表示DNA聚合酶,酶2为转录的酶,表示RNA聚合酶。翻译过程中,靠近a端的肽链较短,表明核糖体的移动方向是a→b。在翻译过程中,一个mRNA上同时有多个核糖体进行翻译,其意义是一个mRNA可以结合多个核糖体同时合成多条相同肽链,提高了翻译的效率。
(3)分析题图中tRNA,其左侧为5′端,右侧为3′端,故可确定mRNA右侧为5′端,左侧为3′端,因此氨基酸1的密码子为5′GCC 3′,即丙氨酸。
答案:(1)半保留　
(2)RNA聚合　a→b　(一个mRNA可以结合多个核糖体同时合成多条相同肽链)提高了翻译的效率
(3)丙氨酸
综合提升练
13.(绍兴模拟)某研究所对噬菌体的单链DNA进行基因测序,发现了重叠基因,结果如图所示(Met为起始密码子编码的甲硫氨酸的缩写,其密码子为AUG)。下列有关分析正确的是(　B　)
A.D基因和E基因的起始位置ATG靠核糖体认读
B.D基因表达的第2号氨基酸对应的密码子为 5′AGU 3′
C.E基因表达时需要90种tRNA来转运氨基酸
D.该段序列中某个碱基发生替换,会影响两种蛋白质的结构
解析:题图所示结构为基因结构,碱基序列为DNA序列,该序列上不存在密码子,核糖体无法认读该序列;D基因表达的第2号氨基酸对应DNA模板链上的碱基是TCA,所以对应的mRNA上的密码子是5′AGU 3′;在mRNA中,密码子共有64种,其中3种终止密码子没有对应的反密码子,反密码子有61种,故tRNA只有61种,不可能有90种tRNA转运氨基酸;一种氨基酸可能对应多种密码子,因此该段序列中某个碱基发生替换,密码子编码的氨基酸可能不变,蛋白质的结构可能不变。
14.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。下列叙述不正确的是(　A　)
药物名称 作用机理
羟基脲 阻止脱氧核糖核苷酸的合成
放线菌素D 抑制DNA的模板功能
阿糖胞苷 抑制DNA聚合酶活性
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
解析:羟基脲只阻止脱氧核糖核苷酸的合成,所以羟基脲处理后,肿瘤细胞中DNA复制出现原料匮乏,但转录过程需要的原料是核糖核苷酸,因而不会出现原料匮乏;放线菌素D抑制DNA的模板功能,而DNA复制和转录都需要DNA作模板,所以放线菌素D处理后,肿瘤细胞中DNA复制和转录过程都受到抑制;阿糖胞苷抑制DNA聚合酶活性,而DNA聚合酶催化DNA子链的合成,所以阿糖胞苷处理后,肿瘤细胞DNA复制过程中子链无法正常延伸;三种药物能抑制肿瘤细胞中DNA的复制和转录,所以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。
15.(杭州模拟)真核细胞的基因经转录会产生前体mRNA,内含子转录的RNA片段会被剪接体(由一些蛋白质和小型RNA构成)切除并快速水解,外显子转录的RNA片段会相互连接形成成熟mRNA,如图所示。下列叙述错误的是(　A　)
A.转录时,RNA聚合酶沿模板链的5′端向3′端移动
B.翻译时,核糖体沿成熟mRNA链的5′端向3′端移动
C.剪接体识别结合前体mRNA时,需符合A-U、G-C碱基配对原则
D.b表示内含子转录出的RNA片段,不具有编码序列
解析:转录时mRNA自身的延伸方向是从5′端向3′端,因此mRNA形成过程中RNA聚合酶移动方向为模板链的3′端到5′端;mRNA是翻译的模板,mRNA上起始密码子→终止密码子的方向为5′端向3′端,因此翻译时核糖体沿mRNA的移动方向是5′端向3′端;剪接体识别结合前体mRNA时,是RNA和RNA进行碱基互补配对,因此需符合A-U、G-C碱基配对原则;真核细胞的基因转录后产生的前体RNA会被剪接体切除内含子转录的RNA片段并使之快速水解,由题图可知b被剪切,所以b表示内含子转录出的RNA片段,不具有编码序列。
16.(宁波期中)RNA介导的基因沉默即RNA干扰主要是对mRNA进行干扰,起作用的有miRNA和siRNA。miRNA是由基因组内源DNA编码产生,其可与目标mRNA配对;siRNA 主要来源于外来生物,例如寄生在宿主体内的病毒会产生异源双链RNA(dsRNA),dsRNA 经过核酸酶Dicer的加工后成为siRNA,siRNA与目标mRNA完全配对,导致mRNA被水解。请据图回答下列问题。
(1)催化过程①的酶是　　　　　　　,过程①所需的原料是　　　　　　　。
(2)Drosha和Dicer都可以催化　　　　键的水解,Exportin5的功能是　　　　　　　　。
(3)过程③会导致　　　　　终止,原因是　
　　　　　　　　　　。过程④RISC复合体中的siRNA与mRNA之间发生　　　　　　,最终导致mRNA被水解。
(4)基因H、N编码各自蛋白质的前3个氨基酸的DNA序列如图2所示。起始密码子均为AUG,则基因N转录时以　　链为模板。若基因H的箭头所指碱基对G-C突变为T-A,其对应密码子的变化是　　　　　　　　　　　　　。在基因表达中,编码序列在基因中所占比例一般不超过全部碱基对数量的10%。若一个基因片段中脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键有1 198个,则该基因表达时需要的氨基酸总数不超过　　　 　个(不考虑终止密码子)。
解析:(1)①过程是转录过程,由RNA聚合酶催化,以核糖核苷酸作为原料。
(2)Drosha和Dicer在加工前体miRNA的过程中水解了磷酸二酯键。前体miRNA在细胞核合成,Exportin5将前体miRNA运出细胞核,进入细胞质。
(3)mRNA是翻译的模板,由于miRNA可与目标mRNA配对,会导致翻译过程终止。过程④RISC复合体中的siRNA与mRNA之间发生碱基互补配对,进行识别,复合体中的蛋白质最终导致mRNA被水解。
(4)起始密码子均为AUG,则对应的DNA模板链上的碱基序列是TAC,据图2中的碱基序列分析,基因N的a链上含有TAC,故基因N转录时以a链为模板。起始密码子均为AUG,基因H应以b链为模板进行转录,转录方向从左往右,突变前模板链的碱基序列是CAG,转录对应的密码子是GUC,突变后模板链的碱基序列是AAG,转录对应的密码子是UUC,因此其对应密码子的变化是由GUC变为UUC。一个基因由两条单链构成,一个基因片段中脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键有1 198个,故DNA单链有600个脱氧核苷酸,由于在基因表达中,编码序列在基因中所占比例一般不超过全部碱基对数量的10%,故转录而来的mRNA能用于翻译的最多有60个核苷酸,mRNA上3个相邻的碱基构成一个密码子,决定一个氨基酸,故该基因表达时需要的氨基酸总数不超过20个。
答案:(1)RNA聚合酶　核糖核苷酸
(2)磷酸二酯　将前体miRNA从细胞核转运到细胞质
(3)翻译　miRNA可与目标mRNA配对,进而导致翻译过程终止　碱基互补配对
(4)a　由GUC变为UUC　20第四节　基因控制蛋白质合成
第一课时　基因及其控制蛋白质合成的过程
学习目标
1.说明基因、DNA和染色体三者的关系,并说出基因的本质。
2.概述遗传信息的转录和翻译的过程和原理。
3.说出遗传信息和密码子的概念。
一、基因通常是DNA分子的功能片段
1.基因的本质
基因是具有 的DNA片段(包括部分病毒的RNA片段),是遗传物质结构和功能的基本单位,是DNA(部分生物是RNA)分子上含特定遗传信息的 的总称。
2.DNA分子的功能
(1)以自身为模板,半保留地进行复制,保持 的稳定性。
(2)根据它所存储的遗传信息决定 的结构。
二、DNA分子上的遗传信息通过转录传递给RNA
1.转录的概念
以 为模板,依据碱基互补配对原则,合成RNA的过程。通过转录,遗传信息由 传递给 。
2.RNA的组成和分类
(1)RNA是由 组成的大分子,RNA分子中也含有4种碱基,但是不含 ,含有 。
(2)三种常见的RNA。
项目 信使RNA (mRNA) 转运RNA (tRNA) 核糖体RNA (rRNA)
功能 携带来自DNA的遗传信息,决定蛋白质中 的顺序 特定的氨基酸到核糖体的相应位置 蛋白质的合成场所—— 的重要组成成分
结构 单链结构 单链,但部分碱基互补配对 单链结构
主要 分布 细胞核、 细胞质 细胞质 核糖体
3.转录的具体过程
4.转录产物的加工及去向
在真核生物中,细胞核内转录而来的RNA产物经过 才能成为成熟的 ,然后转移到细胞质中,用于蛋白质合成。
(1)转录是以DNA的两条链为模板、以游离核糖核苷酸为原料产生mRNA的过程。( )
(2)转录的过程需要DNA聚合酶的参与。( )
(3)转录时,RNA聚合酶可以解开DNA分子的双螺旋结构。( )
三、遗传信息通过翻译指导蛋白质的合成
1.合成场所: 。
2.条件
3.遵循原则: 原则。
4.产物: (蛋白质)。
5.翻译特点
在一个mRNA分子上有 个核糖体同时进行翻译,大大提高了翻译 。
6.遗传密码
(1)含义:在 上每3个相邻的核苷酸排列成的 ,决定一种 ,也称为密码子。
(2)种类:共有 种。决定氨基酸的密码子有 种;终止密码子有 种,不决定氨基酸;起始密码子有 种,决定氨基酸。
(3)特点:除少数密码子外,生物界的遗传密码是 的,所有的生物都使用相同的遗传密码。
7.反密码子
(1)定义:在 的一端有三个核苷酸序列,能与mRNA密码子的核苷酸互补配对,以此来识别密码子,称反密码子。
(2)种类:反密码子有 种。
8.基因的表达
(1)基因表达的概念:基因形成 以及 的过程。
(2)过程:以DNA自身为模板,在 中合成RNA;然后,RNA转移到 中,在细胞质中控制 的合成。
(1)翻译时一条mRNA上只能结合一个核糖体。( )
(2)翻译时,核糖体选择的相应氨基酸由对应的tRNA转运且需消耗ATP。( )
(3)起始密码子和终止密码子均不编码氨基酸。( )
(4)细胞中有多种tRNA,一种tRNA能转运多种氨基酸。( )
(5)转运RNA上有多个碱基,其中有3个相邻碱基与mRNA上的密码子配对。( )
(6)每个mRNA分子上有多个遗传密码,而每个tRNA分子上仅有1个遗传密码。( )
任务一　区分DNA和RNA
　DNA和RNA的比较
项目 DNA RNA
结构 双螺旋结构 单链结构
单位 脱氧核苷酸(4种) 核糖核苷酸(4种)
五碳糖 脱氧核糖 核糖
特有 碱基 T(胸腺嘧啶) U(尿嘧啶)
功能 携带遗传信息, 表达遗传信息 ①少数生物的遗传物质; ②控制蛋白质的合成; ③少数具有催化作用
[迁移应用]
[典例1] 下列关于RNA及DNA的叙述错误的是( )
A.细胞生物的遗传物质是DNA或RNA
B.RNA和DNA的基本组成单位都是核苷酸
C.RNA主要分布在细胞质中,DNA主要分布在细胞核中
D.尿嘧啶是RNA特有的碱基,胸腺嘧啶是DNA特有的碱基
任务二　理解转录和翻译过程
1.转录过程中的问题分析
(1)转录的基本单位是具有1个或n个基因的DNA片段,而非整个DNA分子,因此转录时只解旋相关的DNA片段,其他部位不解旋。
(2)DNA分子的两条链中,被转录的那条链叫模板链,另一条链无转录功能,叫编码链(又称非模板链)。
(3)mRNA与DNA模板链碱基互补配对关系为G-C、C-G、T-A、A-U,mRNA与DNA编码链上碱基序列基本相同,只是用U代替T。
(4)在真核细胞内,转录出来的RNA需经过加工才能成为具有生物活性的成熟的mRNA。
2.解读翻译过程的三种模型图
(1)图甲翻译模型分析。
①Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别为tRNA、核糖体、mRNA、多肽链。
②一个核糖体与mRNA结合后,形成2个tRNA结合位点。
③翻译起点:起始密码子决定的是甲硫氨酸。
④翻译终点:识别到终止密码子(不决定氨基酸),翻译停止。
⑤翻译进程:核糖体沿着mRNA移动,mRNA不移动。
(2)图乙表示真核细胞的翻译过程,其中①是mRNA,⑥是核糖体,②③④⑤表示正在合成的 4条多肽链,具体内容分析如下:
a.数量关系:一个mRNA可结合多个核糖体,形成多聚核糖体。
b.意义:少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质。
c.方向:从右向左,判断依据是多肽链的长短,长的翻译在前。
d.结果:合成的仅是多肽链,要形成蛋白质往往还需要运送至内质网、高尔基体等结构中进一步加工。
e.形成的多条肽链中氨基酸序列相同的原因:有相同的mRNA模板。
(3)图丙表示原核细胞的转录和翻译过程,图中①是DNA模板链,②③④⑤表示正在合成的4条mRNA,并结合核糖体同时进行翻译过程。
[迁移应用]
[典例2-1] (丽水期中)高等动物细胞核中某基因的转录过程示意图如图所示,其中①表示RNA,②和③分别表示DNA分子的两条单链。下列叙述正确的是( )
A.①与②的碱基互补配对,①与③的碱基组成相同
B.DNA分子在甲处解开双螺旋,在乙处恢复双螺旋
C.RNA聚合酶逐步解开正在延长的RNA链与模板链的配对
D.通过核孔进入细胞质的mRNA经剪切加工后,相继结合多个核糖体
[典例2-2] (浙江1月选考)核糖体是蛋白质合成的场所。某细菌进行蛋白质合成时,多个核糖体串联在一条mRNA上形成念珠状结构——多聚核糖体(如图所示)。多聚核糖体上合成同种肽链的每个核糖体都从mRNA同一位置开始翻译,移动至相同的位置结束翻译。多聚核糖体所包含的核糖体数量由mRNA的长度决定。下列叙述正确的是( )
A.图示翻译过程中,各核糖体从mRNA的3′端向5′端移动
B.该过程中,mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子互补配对
C.图中5个核糖体同时结合到mRNA上开始翻译,同时结束翻译
D.若将细菌的某基因截短,相应的多聚核糖体上所串联的核糖体数目不会发生变化
减少。
[典例2-3] (浙江三校联盟模拟)某原核生物胞外酶X合成过程局部放大如图所示。下列叙述正确的是( )
A.a侧是该RNA分子的3′端
B.该物质合成后可能要经过内质网和高尔基体加工
C.a、b链起始密码子是由基因中的启动部位转录而来的
D.该酶基因编码链上与②相对应的三个相连碱基是TCT
任务三　比较遗传信息、密码子和反密码子
1.遗传信息、密码子和反密码子的区别
比较项目 遗传信息 密码子 反密码子
概念 DNA上碱基对或脱氧核苷酸的排列顺序 mRNA上决定一种氨基酸或提供翻译终止信号的3个相邻的核苷酸排列成的三联体 tRNA上可以与mRNA上的密码子互补配对的3个核苷酸序列
种类 4n种(n为碱基对的数目) 64种,其中决定氨基酸的密码子有61种 61种
作用 间接决定蛋白质中氨基酸的排列顺序 直接控制蛋白质中氨基酸的排列顺序 识别并搬运由mRNA决定的特定氨基酸
图示
相关 特性 具有多样性和特异性 一种密码子只能决定一种氨基酸,而一种氨基酸可能对应一种或几种密码子 一种tRNA只能识别和转运一种氨基酸,而一种氨基酸可以由一种或几种tRNA转运
2.遗传信息、密码子和反密码子的联系
(1)转录时,以DNA的一条链为模板,按照碱基互补配对原则,产生一条单链RNA,遗传信息即从DNA传递到RNA上。
(2)相关计算:转录产生的RNA分子中碱基数目是对应的DNA分子中碱基数目的一半,且模板链中A+T(或C+G)与mRNA分子中U+A(或G+C)相等。
(3)翻译过程中,tRNA上的反密码子识别mRNA上的密码子,一端的序列结合1个特定的氨基酸,从而使mRNA上的密码子直接控制蛋白质分子中的氨基酸排列顺序。
[迁移应用]
[典例3] 某同学总结了遗传信息、密码子、反密码子的相关知识,正确的是( )
A.DNA上脱氧核糖和磷酸交替排列构成了遗传信息
B.遗传信息和密码子碱基组成不完全相同
C.翻译过程中的遗传信息位于tRNA上,tRNA上3个碱基决定了氨基酸的排列顺序
D.mRNA上3个相邻的碱基构成一个密码子,所有密码子都可以翻译成氨基酸第二课时　基因对性状的控制及中心法则
素养测练
基础达标练
题组一　基因控制生物的性状
1.(宁波月考)从单尾鳍鲤鱼的成熟卵中提取一种RNA,注入双尾鳍金鱼的受精卵中,结果幼小金鱼中有一些出现单尾鳍性状。这种RNA对性状遗传有明显作用,是因为( )
A.它是鱼类的主要遗传物质
B.它以遗传密码形式携带特定遗传信息
C.是有关蛋白质合成的运输工具
D.是核糖体的基本化学成分
2.在人群中,有多种遗传病是苯丙氨酸的代谢缺陷所导致的,如苯丙酮尿症就是苯丙酮酸积累造成的。人体内苯丙氨酸的代谢途径如图所示。据图分析,下列说法错误的是( )
A.人体缺乏酶①可能患苯丙酮尿症
B.基因通过控制酶的合成来控制代谢过程,从而控制生物的性状
C.基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状
D.无苯丙氨酸配方的奶粉可以缓解苯丙酮尿症患儿的病情
3.基因对性状的控制方式有①基因通过控制酶的合成来控制代谢过程,从而控制生物的性状;②基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状。下列有关基因对性状控制的叙述,正确的是( )
A.镰刀形细胞的产生体现了方式①,白化病的产生体现了方式②
B.基因控制蛋白质的合成,但不会影响固醇类等非蛋白质物质的合成
C.生物的蛋白质都是由DNA指导合成的
D.不同个体中,同一基因控制的性状表现不一定相同
题组二　中心法则
4.转录是指遗传信息的传递从DNA到RNA。科学家深入研究后,发现生物中还存在着逆转录现象,它是指遗传信息的传递从( )
A.蛋白质→RNA
B.RNA→DNA
C.DNA→RNA
D.DNA→DNA
5.(杭州期中)早期的中心法则如图所示,它不能用于解释下面哪种生物遗传信息的传递方向( )
A.人 B.酵母菌
C.T2噬菌体 D.烟草花叶病毒
6.(浙江6月选考)叠氮脱氧胸苷(AZT)可与逆转录酶结合并抑制其功能。下列过程可直接被AZT阻断的是( )
A.复制 B.转录
C.翻译 D.逆转录
7.狂犬病是由狂犬病毒(RABV)引起的一种人畜共患病。RABV进入机体后会通过神经纤维运动到中枢神经系统后大量增殖,图1为RABV在神经元中的增殖过程。请从图2中选择出RABV在宿主细胞内遗传信息传递所涉及的过程( )
A.②③④ B.③④
C.③⑤ D.①②③④
8.劳氏肉瘤病毒为逆转录病毒,侵入宿主细胞后通过相关物质的合成实现遗传信息传递过程如图所示,其中①~④和箭头分别代表相应的过程和信息传递的方向。下列关于图示过程的叙述,正确的是( )
A.过程①为劳氏肉瘤病毒基因的复制
B.过程②与④均有氢键的形成和断裂
C.过程①与②模板相同,③与④模板相同
D.过程④发生在劳氏肉瘤病毒的核糖体上
9.(宁波期末)“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图。下列叙述正确的是( )
A.催化该过程的酶为DNA聚合酶
B.b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
题组三　综合分析基因表达与性状的关系
(温州新力量联盟期中)阅读下列资料,完成下面10~11小题。
　　乳腺癌是常见的恶性肿瘤之一,已知K蛋白能抑制乳腺癌细胞的增殖。我国某团队在研究乳腺癌疾病的分子调控机制时发现,circRNA可以通过miRNA调控K基因表达进而影响乳腺癌细胞增殖,调控机制如图所示。miRNA是细胞内一种非编码单链小分子RNA,可与mRNA靶向结合并使其降解。circRNA是细胞内一种非编码闭合环状RNA,可靶向结合miRNA使其不能与mRNA结合,从而提高mRNA的翻译水平。
10.下列关于乳腺癌的叙述,错误的是( )
A.乳腺癌细胞具有无限增殖的能力且能在体内转移
B.导入外源修饰的mRNA可以作为治疗乳腺癌的研究方向之一
C.细胞内miRNA含量升高,可以促进K蛋白合成
D.可以通过增大细胞内circRNA的含量来治疗乳腺癌
11.下列关于乳腺癌疾病分子调控机制的叙述,正确的是( )
A.过程①需要RNA聚合酶和核糖核苷酸
B.过程②为翻译过程,一条mRNA上可结合多个核糖体合成一条多肽链
C.过程③中的碱基配对遵循卡伽夫法则
D.miRNA影响K基因的表达不可遗传给子代
12.镰刀形细胞贫血症是一种遗传病。正常人的红细胞是中央微凹的圆饼状,而镰刀形细胞贫血症患者的红细胞却是弯曲的镰刀状。镰刀状的红细胞容易破裂,使人患溶血性贫血,严重时会导致死亡,其病因如图所示。(组氨酸CAU/CAC,缬氨酸GUU/GUA,谷氨酸GAA/GAG)
请回答下列问题。
(1)该病例表明基因通过控制　　　　的结构直接控制生物的性状。
(2)②表示的生理过程以　　　　(填“α”或“β”)链为模板链并需要　　　　　　酶参与。
(3)γ链的“ ”处所编码的氨基酸为　　　　,参与③过程的核酸分子除了mRNA外还有　 。
若正常基因片段中的CTT变成CTC,则由此控制的生物的性状是否发生改变 　　　　,原因是　 。
(4)用中心法则表示图中遗传信息的表达过程:
　。
综合提升练
13.(宁波三锋教研联盟期中)如图所示为人体内M基因控制物质c的合成以及物质c形成特定空间结构的物质d的流程图解。下列相关叙述,正确的是( )
A.图中①④过程参与碱基配对的碱基种类较多的是①过程
B.基因转录得到的产物均可直接作为蛋白质合成的控制模板
C.图中物质d可能是人体内消化酶、呼吸酶等蛋白质
D.组成物质c的氨基酸数与组成M基因的核苷酸数的比值大于1/6
14.(浙江A9协作体期中)拟南芥的细胞核基因和线粒体基因均能表达,两者之间的部分关系如图所示。①~⑤表示相关生理过程,Ⅰ、Ⅱ表示结构或物质,蛋白质1和蛋白质2均在线粒体中发挥作用。下列叙述错误的是( )
A.图中的②④过程所需要的原料相同,③⑤过程所需要的原料相同
B.图中的①②③④⑤过程均遵循碱基互补配对原则
C.线粒体基因的遗传遵循分离定律和自由组合定律
D.蛋白质1和蛋白质2均在核糖体上合成,合成时需要多种RNA的参与
15.科学家发现了致癌的RNA病毒。该病毒感染人体细胞后,将其基因组整合到人的基因组中,从而诱发人的细胞癌变。回答下列问题。
(1)RNA病毒进入人体细胞后,以自身的RNA为模板,通过　　　　酶,合成DNA片段。在此过程中,存在的碱基互补配对方式有　　　　　　　　　　　,其原料为宿主细胞提供的　 。
(2)若将同一人体胰岛β细胞和浆细胞的全部mRNA分别提取出来,通过相关的酶反应分别获得多段DNA单链,通过碱基测序发现两份DNA单链的序列　　　(填“相同”“不同”或“不完全相同”),说明人体胰岛β细胞和浆细胞的基因表达具有　　　　。
16.放射性心脏损伤是由电离辐射诱导的大量心肌细胞凋亡产生的心脏疾病。一项研究表明,circRNA可以通过miRNA调控P基因表达进而影响细胞凋亡,调控机制如图。miRNA是细胞内一种单链小分子RNA,可与mRNA靶向结合并使其降解。circRNA是细胞内一种闭合环状RNA,可靶向结合miRNA使其不能与mRNA结合,从而提高mRNA的翻译水平。回答下列问题。
(1)放射刺激心肌细胞产生的　　　　会攻击生物膜的磷脂分子,导致放射性心脏损伤。
(2)前体mRNA是通过　　　　酶以DNA的一条链为模板合成的,可被剪切成circRNA等多种RNA。circRNA和mRNA在细胞质中通过对　　　　的竞争性结合,调节基因表达。
(3)据图分析,miRNA表达量升高可影响细胞凋亡,其可能的原因是 　 。
(4)根据以上信息,除了减少miRNA的表达之外,试提出一个治疗放射性心脏损伤的新思路: 　 。 (共37张PPT)
第四节　基因控制蛋白质合成
第一课时　基因及其控制蛋白质合成的过程
[学习目标]
1.说明基因、DNA和染色体三者的关系,并说出基因的本质。
2.概述遗传信息的转录和翻译的过程和原理。
3.说出遗传信息和密码子的概念。
读教材·相信我能行
梳理必备知识,储备素养根基
一、基因通常是DNA分子的功能片段
1.基因的本质
基因是具有 的DNA片段(包括部分病毒的RNA片段),是遗传物质结构和功能的基本单位,是DNA(部分生物是RNA)分子上含特定遗传信息的 的总称。
2.DNA分子的功能
(1)以自身为模板,半保留地进行复制,保持 的稳定性。
(2)根据它所存储的遗传信息决定 的结构。
遗传效应
核苷酸序列
遗传信息
蛋白质
二、DNA分子上的遗传信息通过转录传递给RNA
1.转录的概念
以 为模板,依据碱基互补配对原则,合成RNA的过程。通过转录,遗传信息由 传递给 。
2.RNA的组成和分类
(1)RNA是由 组成的大分子,RNA分子中也含有4种碱基,但是不含 ,含有 。
DNA的一条链
DNA
RNA
核糖核苷酸
胸腺嘧啶
尿嘧啶
(2)三种常见的RNA。
项目 信使RNA (mRNA) 转运RNA (tRNA) 核糖体RNA
(rRNA)
功能 携带来自DNA的遗传信息,决定蛋白质中 的顺序 特定的氨基酸到核糖体的相应位置 蛋白质的合成场所——
的重要组成成分
氨基酸
识别并携带
核糖体
结构 单链结构 单链,但部分碱基互补配对 单链结构
主要 分布 细胞核、 细胞质 细胞质 核糖体
3.转录的具体过程
RNA聚合
游离的核糖核苷酸
RNA
4.转录产物的加工及去向
在真核生物中,细胞核内转录而来的RNA产物经过 才能成为成熟的
,然后转移到细胞质中,用于蛋白质合成。
加工
mRNA
·思维点拨·
(1)转录是以DNA的两条链为模板、以游离核糖核苷酸为原料产生mRNA的过程。(　 　)
×
提示:转录是以DNA的一条链为模板、以游离核糖核苷酸为原料合成RNA的过程。
(2)转录的过程需要DNA聚合酶的参与。(　 　)
×
提示:转录的过程需要RNA聚合酶的参与,不需要DNA聚合酶的参与。
(3)转录时,RNA聚合酶可以解开DNA分子的双螺旋结构。(　 　)
√
三、遗传信息通过翻译指导蛋白质的合成
1.合成场所: 。
核糖体
mRNA
转运RNA
3.遵循原则: 原则。
4.产物: ( 蛋白质)。
5.翻译特点
在一个mRNA分子上有 个核糖体同时进行翻译,大大提高了翻译 。
碱基互补配对
多肽链
效率
若干
6.遗传密码
(1)含义:在 上每3个相邻的核苷酸排列成的 ,决定一种
,也称为密码子。
(2)种类:共有 种。决定氨基酸的密码子有 种;终止密码子有 种,不决定氨基酸;起始密码子有 种,决定氨基酸。
(3)特点:除少数密码子外,生物界的遗传密码是 的,所有的生物都使用相同的遗传密码。
mRNA
三联体
氨基酸
64
61
3
2
统一
7.反密码子
(1)定义:在 的一端有三个核苷酸序列,能与mRNA密码子的核苷酸互补配对,以此来识别密码子,称反密码子。
(2)种类:反密码子有 种。
8.基因的表达
(1)基因表达的概念:基因形成 以及 的过程。
(2)过程:以DNA自身为模板,在 中合成RNA;然后,RNA转移到
中,在细胞质中控制 的合成。
tRNA
61
RNA产物
mRNA被翻译为蛋白质
细胞核
细胞质
蛋白质
·思维点拨·
(1)翻译时一条mRNA上只能结合一个核糖体。(　　)
提示:翻译是指在核糖体上,以mRNA为模板、以氨基酸为原料合成蛋白质的过程,翻译时一个mRNA上可以结合多个核糖体同时合成多条相同的肽链。
(2)翻译时,核糖体选择的相应氨基酸由对应的tRNA转运且需消耗ATP。
(　 　)
×
√
(3)起始密码子和终止密码子均不编码氨基酸。(　 　)
×
提示:起始密码子编码氨基酸,如甲硫氨酸对应的密码子为起始密码子。
(4)细胞中有多种tRNA,一种tRNA能转运多种氨基酸。(　 　)
提示:细胞中有多种tRNA,一种tRNA只能转运一种氨基酸,由于密码子的简并性,一种氨基酸对应一种或多种密码子,因此一种氨基酸可以由多种tRNA转运。
(5)转运RNA上有多个碱基,其中有3个相邻碱基与mRNA上的密码子配对。
(　 　)
×
√
(6)每个mRNA分子上有多个遗传密码,而每个tRNA分子上仅有1个遗传密码。
(　 　)
提示:每个mRNA分子上有多个遗传密码,而每个tRNA分子上仅有1个反密码子。
×
攻难点·让我更出色
逐点击破疑难,提升关键能力
任务一　区分DNA和RNA
DNA和RNA的比较
项目 DNA RNA
结构 双螺旋结构 单链结构
单位 脱氧核苷酸(4种) 核糖核苷酸(4种)
五碳糖 脱氧核糖 核糖
特有碱基 T(胸腺嘧啶) U(尿嘧啶)
功能 携带遗传信息, 表达遗传信息 ①少数生物的遗传物质;
②控制蛋白质的合成;
③少数具有催化作用
[迁移应用]
[典例1] 下列关于RNA及DNA的叙述错误的是(　 　)
A.细胞生物的遗传物质是DNA或RNA
B.RNA和DNA的基本组成单位都是核苷酸
C.RNA主要分布在细胞质中,DNA主要分布在细胞核中
D.尿嘧啶是RNA特有的碱基,胸腺嘧啶是DNA特有的碱基
A
解析:细胞生物的遗传物质是DNA。
任务二　理解转录和翻译过程
1.转录过程中的问题分析
(1)转录的基本单位是具有1个或n个基因的DNA片段,而非整个DNA分子,因此转录时只解旋相关的DNA片段,其他部位不解旋。
(2)DNA分子的两条链中,被转录的那条链叫模板链,另一条链无转录功能,叫编码链(又称非模板链)。
(3)mRNA与DNA模板链碱基互补配对关系为G-C、C-G、T-A、A-U, mRNA与DNA编码链上碱基序列基本相同,只是用U代替T。
(4)在真核细胞内,转录出来的RNA需经过加工才能成为具有生物活性的成熟的mRNA。
2.解读翻译过程的三种模型图
(1)图甲翻译模型分析。
①Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别为tRNA、核糖体、mRNA、多肽链。
②一个核糖体与mRNA结合后,形成2个tRNA结合位点。
③翻译起点:起始密码子决定的是甲硫氨酸。
④翻译终点:识别到终止密码子(不决定氨基酸),翻译停止。
⑤翻译进程:核糖体沿着mRNA移动,mRNA不移动。
(2)图乙表示真核细胞的翻译过程,其中①是mRNA,⑥是核糖体,②③④⑤表示正在合成的 4条多肽链,具体内容分析如下:
a.数量关系:一个mRNA可结合多个核糖体,形成多聚核糖体。
b.意义:少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质。
c.方向:从右向左,判断依据是多肽链的长短,长的翻译在前。
d.结果:合成的仅是多肽链,要形成蛋白质往往还需要运送至内质网、高尔基体等结构中进一步加工。
e.形成的多条肽链中氨基酸序列相同的原因:有相同的mRNA模板。
(3)图丙表示原核细胞的转录和翻译过程,图中①是DNA模板链,②③④⑤表示正在合成的4条mRNA,并结合核糖体同时进行翻译过程。
[迁移应用]
[典例2-1] (丽水期中)高等动物细胞核中某基因的转录过程示意图如图所示,其中①表示RNA,②和③分别表示DNA分子的两条单链。下列叙述正确的是(　 　)
A.①与②的碱基互补配对,①与③的碱基组成相同
B.DNA分子在甲处解开双螺旋,在乙处恢复双螺旋
C.RNA聚合酶逐步解开正在延长的RNA链与模板链的配对
D.通过核孔进入细胞质的mRNA经剪切加工后,相继结合多个核糖体
D
解析:据题图可知,②是转录的模板,①是转录的产物RNA,①与②的碱基互补配对,①中有碱基U,③中有碱基T,两者的碱基组成不同;由于转录方向自右到左,因此DNA分子在乙处解旋,甲处恢复双螺旋;RNA聚合酶催化DNA双螺旋解开,催化正在延长的RNA链与模板链的配对;通过核孔进入细胞质的mRNA,可相继结合多个核糖体,同时进行多条肽链的合成,提高了翻译的效率。
[典例2-2] (浙江1月选考)核糖体是蛋白质合成的场所。某细菌进行蛋白质合成时,多个核糖体串联在一条mRNA上形成念珠状结构——多聚核糖体(如图所示)。多聚核糖体上合成同种肽链的每个核糖体都从mRNA同一位置开始翻译,移动至相同的位置结束翻译。多聚核糖体所包含的核糖体数量由mRNA的长度决定。下列叙述正确的是(　 　)
A.图示翻译过程中,各核糖体从mRNA的3'端向5'端移动
B.该过程中,mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子互补配对
C.图中5个核糖体同时结合到mRNA上开始翻译,同时结束翻译
D.若将细菌的某基因截短,相应的多聚核糖体上所串联的核糖体数目不会发生变化
B
解析:由题图所示翻译过程中肽链的长度可判断,各核糖体从mRNA的5'端向3'端移动;该过程中,mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子互补配对,
tRNA通过识别mRNA上的密码子将携带的相应氨基酸运进核糖体;题图中5个核糖体依次结合到 mRNA上进行翻译,从识别到起始密码子开始进行翻译,到识别到终止密码子结束翻译,并非是同时开始同时结束;若将细菌的某基因截短,由题意可知相应的多聚核糖体上所串联的核糖体数目会减少。
[典例2-3] (浙江三校联盟模拟)某原核生物胞外酶X合成过程局部放大如图所示。下列叙述正确的是(　 　)
A.a侧是该RNA分子的3′端
B.该物质合成后可能要经过内质网和高尔基体加工
C.a、b链起始密码子是由基因中的启动部位转录而来的
D.该酶基因编码链上与②相对应的三个相连碱基是TCT
D
解析:从题图中看到氨基酸在向已合成肽链上添加,可以看出核糖体的移动方向是从左到右,所以a侧应该是该RNA分子的5′端,因为翻译的方向是从mRNA的5′端到3′端;该生物为原核生物,只有唯一的细胞器——核糖体;启动部位是RNA聚合酶识别、结合和启动转录的一段DNA序列,启动部位只起到调控转录的作用,本身是不被转录的;转录RNA分子的这条DNA链称为DNA的模板链,另一条链称为该基因的编码链,②(tRNA)对应的三个相连碱基(反密码子)是AGA,密码子为UCU,故基因的模板链对应的碱基为AGA,所以该酶基因编码链上对应的三个相连碱基是TCT。
任务三　比较遗传信息、密码子和反密码子
1.显性现象的表现形式
比较项目 遗传信息 密码子 反密码子
概念 DNA上碱基对或脱氧核苷酸的排列顺序 mRNA上决定一种氨基酸或提供翻译终止信号的3个相邻的核苷酸排列成的三联体 tRNA上可以与mRNA上的密码子互补配对的3个核苷酸序列
种类 4n种(n为碱基对的数目) 64种,其中决定氨基酸的密码子有61种 61种
作用 间接决定蛋白质中氨基酸的排列顺序 直接控制蛋白质中氨基酸的排列顺序 识别并搬运由mRNA决定的特定氨基酸
图示
相关 特性 具有多样性和特异性 一种密码子只能决定一种氨基酸,而一种氨基酸可能对应一种或几种密码子 一种tRNA只能识别和转运一种氨基酸,而一种氨基酸可以由一种或几种tRNA转运
2.遗传信息、密码子和反密码子的联系
(1)转录时,以DNA的一条链为模板,按照碱基互补配对原则,产生一条单链RNA,遗传信息即从DNA传递到RNA上。
(2)相关计算:转录产生的RNA分子中碱基数目是对应的DNA分子中碱基数目的一半,且模板链中A+T(或C+G)与mRNA分子中U+A(或G+C)相等。
(3)翻译过程中,tRNA上的反密码子识别mRNA上的密码子,一端的序列结合1个特定的氨基酸,从而使mRNA上的密码子直接控制蛋白质分子中的氨基酸排列顺序。
[迁移应用]
[典例3] 某同学总结了遗传信息、密码子、反密码子的相关知识,正确的是(　 　)
A.DNA上脱氧核糖和磷酸交替排列构成了遗传信息
B.遗传信息和密码子碱基组成不完全相同
C.翻译过程中的遗传信息位于tRNA上,tRNA上3个碱基决定了氨基酸的排列顺序
D.mRNA上3个相邻的碱基构成一个密码子,所有密码子都可以翻译成氨基酸
B
解析:遗传信息是指基因中核苷酸(脱氧核苷酸或核糖核苷酸)的排列顺序;遗传信息通常在DNA分子上,密码子在mRNA上,因此,遗传信息和密码子碱基组成不完全相同;tRNA上的三个碱基是反密码子,并不储存遗传信息;密码子是指mRNA上每3个相邻的核苷酸排列形成的三联体,终止密码子不决定氨基酸。第四节　基因控制蛋白质合成
第一课时　基因及其控制蛋白质合成的过程
学习目标
1.说明基因、DNA和染色体三者的关系,并说出基因的本质。
2.概述遗传信息的转录和翻译的过程和原理。
3.说出遗传信息和密码子的概念。
一、基因通常是DNA分子的功能片段
1.基因的本质
基因是具有遗传效应的DNA片段(包括部分病毒的RNA片段),是遗传物质结构和功能的基本单位,是DNA(部分生物是RNA)分子上含特定遗传信息的核苷酸序列的总称。
2.DNA分子的功能
(1)以自身为模板,半保留地进行复制,保持遗传信息的稳定性。
(2)根据它所存储的遗传信息决定蛋白质的结构。
二、DNA分子上的遗传信息通过转录传递给RNA
1.转录的概念
以DNA的一条链为模板,依据碱基互补配对原则,合成RNA的过程。通过转录,遗传信息由DNA传递给RNA。
2.RNA的组成和分类
(1)RNA是由核糖核苷酸组成的大分子,RNA分子中也含有4种碱基,但是不含胸腺嘧啶,含有尿嘧啶。
(2)三种常见的RNA。
项目 信使RNA (mRNA) 转运RNA (tRNA) 核糖体RNA (rRNA)
功能 携带来自DNA的遗传信息,决定蛋白质中氨基酸的顺序 识别并携带特定的氨基酸到核糖体的相应位置 蛋白质的合成场所——核糖体的重要组成成分
结构 单链结构 单链,但部分碱基互补配对 单链结构
主要 分布 细胞核、 细胞质 细胞质 核糖体
3.转录的具体过程
4.转录产物的加工及去向
在真核生物中,细胞核内转录而来的RNA产物经过加工才能成为成熟的mRNA,然后转移到细胞质中,用于蛋白质合成。
(1)转录是以DNA的两条链为模板、以游离核糖核苷酸为原料产生mRNA的过程。(　×　)
提示:转录是以DNA的一条链为模板、以游离核糖核苷酸为原料合成RNA的过程。
(2)转录的过程需要DNA聚合酶的参与。(　×　)
提示:转录的过程需要RNA聚合酶的参与,不需要DNA聚合酶的参与。
(3)转录时,RNA聚合酶可以解开DNA分子的双螺旋结构。(　√　)
三、遗传信息通过翻译指导蛋白质的合成
1.合成场所:核糖体。
2.条件
3.遵循原则:碱基互补配对原则。
4.产物:多肽链(蛋白质)。
5.翻译特点
在一个mRNA分子上有若干个核糖体同时进行翻译,大大提高了翻译效率。
6.遗传密码
(1)含义:在mRNA上每3个相邻的核苷酸排列成的三联体,决定一种氨基酸,也称为密码子。
(2)种类:共有64种。决定氨基酸的密码子有61种;终止密码子有3种,不决定氨基酸;起始密码子有2种,决定氨基酸。
(3)特点:除少数密码子外,生物界的遗传密码是统一的,所有的生物都使用相同的遗传密码。
7.反密码子
(1)定义:在tRNA的一端有三个核苷酸序列,能与mRNA密码子的核苷酸互补配对,以此来识别密码子,称反密码子。
(2)种类:反密码子有61种。
8.基因的表达
(1)基因表达的概念:基因形成RNA产物以及mRNA被翻译为蛋白质的过程。
(2)过程:以DNA自身为模板,在细胞核中合成RNA;然后,RNA转移到细胞质中,在细胞质中控制蛋白质的合成。
(1)翻译时一条mRNA上只能结合一个核糖体。(　×　)
提示:翻译是指在核糖体上,以mRNA为模板、以氨基酸为原料合成蛋白质的过程,翻译时一个mRNA上可以结合多个核糖体同时合成多条相同的肽链。
(2)翻译时,核糖体选择的相应氨基酸由对应的tRNA转运且需消耗ATP。(　√　)
(3)起始密码子和终止密码子均不编码氨基酸。(　×　)
提示:起始密码子编码氨基酸,如甲硫氨酸对应的密码子为起始密码子。
(4)细胞中有多种tRNA,一种tRNA能转运多种氨基酸。(　×　)
提示:细胞中有多种tRNA,一种tRNA只能转运一种氨基酸,由于密码子的简并性,一种氨基酸对应一种或多种密码子,因此一种氨基酸可以由多种tRNA转运。
(5)转运RNA上有多个碱基,其中有3个相邻碱基与mRNA上的密码子配对。(　√　)
(6)每个mRNA分子上有多个遗传密码,而每个tRNA分子上仅有1个遗传密码。(　×　)
提示:每个mRNA分子上有多个遗传密码,而每个tRNA分子上仅有1个反密码子。
任务一　区分DNA和RNA
　DNA和RNA的比较
项目 DNA RNA
结构 双螺旋结构 单链结构
单位 脱氧核苷酸(4种) 核糖核苷酸(4种)
五碳糖 脱氧核糖 核糖
特有 碱基 T(胸腺嘧啶) U(尿嘧啶)
功能 携带遗传信息, 表达遗传信息 ①少数生物的遗传物质; ②控制蛋白质的合成; ③少数具有催化作用
[迁移应用]
[典例1] 下列关于RNA及DNA的叙述错误的是(　A　)
A.细胞生物的遗传物质是DNA或RNA
B.RNA和DNA的基本组成单位都是核苷酸
C.RNA主要分布在细胞质中,DNA主要分布在细胞核中
D.尿嘧啶是RNA特有的碱基,胸腺嘧啶是DNA特有的碱基
解析:细胞生物的遗传物质是DNA。
任务二　理解转录和翻译过程
1.转录过程中的问题分析
(1)转录的基本单位是具有1个或n个基因的DNA片段,而非整个DNA分子,因此转录时只解旋相关的DNA片段,其他部位不解旋。
(2)DNA分子的两条链中,被转录的那条链叫模板链,另一条链无转录功能,叫编码链(又称非模板链)。
(3)mRNA与DNA模板链碱基互补配对关系为G-C、C-G、T-A、A-U,mRNA与DNA编码链上碱基序列基本相同,只是用U代替T。
(4)在真核细胞内,转录出来的RNA需经过加工才能成为具有生物活性的成熟的mRNA。
2.解读翻译过程的三种模型图
(1)图甲翻译模型分析。
①Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别为tRNA、核糖体、mRNA、多肽链。
②一个核糖体与mRNA结合后,形成2个tRNA结合位点。
③翻译起点:起始密码子决定的是甲硫氨酸。
④翻译终点:识别到终止密码子(不决定氨基酸),翻译停止。
⑤翻译进程:核糖体沿着mRNA移动,mRNA不移动。
(2)图乙表示真核细胞的翻译过程,其中①是mRNA,⑥是核糖体,②③④⑤表示正在合成的 4条多肽链,具体内容分析如下:
a.数量关系:一个mRNA可结合多个核糖体,形成多聚核糖体。
b.意义:少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质。
c.方向:从右向左,判断依据是多肽链的长短,长的翻译在前。
d.结果:合成的仅是多肽链,要形成蛋白质往往还需要运送至内质网、高尔基体等结构中进一步加工。
e.形成的多条肽链中氨基酸序列相同的原因:有相同的mRNA模板。
(3)图丙表示原核细胞的转录和翻译过程,图中①是DNA模板链,②③④⑤表示正在合成的4条mRNA,并结合核糖体同时进行翻译过程。
[迁移应用]
[典例2-1] (丽水期中)高等动物细胞核中某基因的转录过程示意图如图所示,其中①表示RNA,②和③分别表示DNA分子的两条单链。下列叙述正确的是(　D　)
A.①与②的碱基互补配对,①与③的碱基组成相同
B.DNA分子在甲处解开双螺旋,在乙处恢复双螺旋
C.RNA聚合酶逐步解开正在延长的RNA链与模板链的配对
D.通过核孔进入细胞质的mRNA经剪切加工后,相继结合多个核糖体
解析:据题图可知,②是转录的模板,①是转录的产物RNA,①与②的碱基互补配对,①中有碱基U,③中有碱基T,两者的碱基组成不同;由于转录方向自右到左,因此DNA分子在乙处解旋,甲处恢复双螺旋;RNA聚合酶催化DNA双螺旋解开,催化正在延长的RNA链与模板链的配对;通过核孔进入细胞质的mRNA,可相继结合多个核糖体,同时进行多条肽链的合成,提高了翻译的效率。
[典例2-2] (浙江1月选考)核糖体是蛋白质合成的场所。某细菌进行蛋白质合成时,多个核糖体串联在一条mRNA上形成念珠状结构——多聚核糖体(如图所示)。多聚核糖体上合成同种肽链的每个核糖体都从mRNA同一位置开始翻译,移动至相同的位置结束翻译。多聚核糖体所包含的核糖体数量由mRNA的长度决定。下列叙述正确的是(　B　)
A.图示翻译过程中,各核糖体从mRNA的3′端向5′端移动
B.该过程中,mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子互补配对
C.图中5个核糖体同时结合到mRNA上开始翻译,同时结束翻译
D.若将细菌的某基因截短,相应的多聚核糖体上所串联的核糖体数目不会发生变化
解析:由题图所示翻译过程中肽链的长度可判断,各核糖体从mRNA的5′端向3′端移动;该过程中,mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子互补配对,tRNA通过识别mRNA上的密码子将携带的相应氨基酸运进核糖体;题图中5个核糖体依次结合到 mRNA上进行翻译,从识别到起始密码子开始进行翻译,到识别到终止密码子结束翻译,并非是同时开始同时结束;若将细菌的某基因截短,由题意可知相应的多聚核糖体上所串联的核糖体数目会
减少。
[典例2-3] (浙江三校联盟模拟)某原核生物胞外酶X合成过程局部放大如图所示。下列叙述正确的是(　D　)
A.a侧是该RNA分子的3′端
B.该物质合成后可能要经过内质网和高尔基体加工
C.a、b链起始密码子是由基因中的启动部位转录而来的
D.该酶基因编码链上与②相对应的三个相连碱基是TCT
解析:从题图中看到氨基酸在向已合成肽链上添加,可以看出核糖体的移动方向是从左到右,所以a侧应该是该RNA分子的5′端,因为翻译的方向是从mRNA的5′端到3′端;该生物为原核生物,只有唯一的细胞器——核糖体;启动部位是RNA聚合酶识别、结合和启动转录的一段DNA序列,启动部位只起到调控转录的作用,本身是不被转录的;转录RNA分子的这条DNA链称为DNA的模板链,另一条链称为该基因的编码链,②(tRNA)对应的三个相连碱基(反密码子)是AGA,密码子为UCU,故基因的模板链对应的碱基为AGA,所以该酶基因编码链上对应的三个相连碱基是TCT。
任务三　比较遗传信息、密码子和反密码子
1.遗传信息、密码子和反密码子的区别
比较项目 遗传信息 密码子 反密码子
概念 DNA上碱基对或脱氧核苷酸的排列顺序 mRNA上决定一种氨基酸或提供翻译终止信号的3个相邻的核苷酸排列成的三联体 tRNA上可以与mRNA上的密码子互补配对的3个核苷酸序列
种类 4n种(n为碱基对的数目) 64种,其中决定氨基酸的密码子有61种 61种
作用 间接决定蛋白质中氨基酸的排列顺序 直接控制蛋白质中氨基酸的排列顺序 识别并搬运由mRNA决定的特定氨基酸
图示
相关 特性 具有多样性和特异性 一种密码子只能决定一种氨基酸,而一种氨基酸可能对应一种或几种密码子 一种tRNA只能识别和转运一种氨基酸,而一种氨基酸可以由一种或几种tRNA转运
2.遗传信息、密码子和反密码子的联系
(1)转录时,以DNA的一条链为模板,按照碱基互补配对原则,产生一条单链RNA,遗传信息即从DNA传递到RNA上。
(2)相关计算:转录产生的RNA分子中碱基数目是对应的DNA分子中碱基数目的一半,且模板链中A+T(或C+G)与mRNA分子中U+A(或G+C)相等。
(3)翻译过程中,tRNA上的反密码子识别mRNA上的密码子,一端的序列结合1个特定的氨基酸,从而使mRNA上的密码子直接控制蛋白质分子中的氨基酸排列顺序。
[迁移应用]
[典例3] 某同学总结了遗传信息、密码子、反密码子的相关知识,正确的是(　B　)
A.DNA上脱氧核糖和磷酸交替排列构成了遗传信息
B.遗传信息和密码子碱基组成不完全相同
C.翻译过程中的遗传信息位于tRNA上,tRNA上3个碱基决定了氨基酸的排列顺序
D.mRNA上3个相邻的碱基构成一个密码子,所有密码子都可以翻译成氨基酸
解析:遗传信息是指基因中核苷酸(脱氧核苷酸或核糖核苷酸)的排列顺序;遗传信息通常在DNA分子上,密码子在mRNA上,因此,遗传信息和密码子碱基组成不完全相同;tRNA上的三个碱基是反密码子,并不储存遗传信息;密码子是指mRNA上每3个相邻的核苷酸排列形成的三联体,终止密码子不决定氨基酸。第四节　基因控制蛋白质合成
第一课时　基因及其控制蛋白质合成的过程
素养测练
基础达标练
题组一　基因通常是DNA分子的功能片段
1.下列关于基因的位置,表述最全面的是( )
A.位于DNA上　　　　　　
B.位于RNA上
C.位于DNA或RNA上　　
D.位于染色体上
2.(浙江台金七校联盟期中)大量科学实验证明大多数生物的遗传物质是DNA,关于基因、DNA和染色体的关系,下列叙述错误的是( )
A.细胞生物的遗传物质一定是DNA
B.一个DNA分子上有多个基因
C.分裂后期染色体上只能含有一个DNA分子
D.基因是具有遗传效应的DNA片段,部分生物是RNA
题组二　转录过程
3.(温州三模)若要建立体外转录体系,需要添加的酶是( )
A.解旋酶 B.逆转录酶
C.DNA聚合酶 D.RNA聚合酶
4.在遗传信息传递过程中,若模板DNA的部分碱基序列是5′—TGCAGT—3′,则由其转录形成的mRNA的碱基序列是( )
A.5′—ACGTCA—3′
B.5′—ACGUCA—3′
C.5′—ACUGCA—3′
D.5′—ACTGCA—3′
5.(宁波三锋教研联盟期中)对于如图图解,正确的说法有( )
①可表示DNA复制过程
②可表示DNA转录过程
③共有5种碱基
④共有5种核苷酸
⑤共有8种核苷酸
⑥A均代表同一种核苷酸
A.②③⑤ B.④⑤⑥
C.②③④ D.①③⑤
题组三　翻译过程
6.(浙江百校调研)金霉素(一种抗生素)可抑制tRNA与mRNA的结合,该作用直接影响的过程是( )
A.逆转录 B.转录
C.翻译 D.RNA复制
7.如图是某tRNA的结构示意图,在翻译过程中该tRNA搬运的丝氨酸对应的密码子为( )
A.GCT B.TCG C.AGC D.CGA
8.(杭州北斗联盟期中)如图表示某真核生物基因表达的部分过程,下列说法错误的是( )
A.图示过程需要mRNA、tRNA、rRNA参与
B.此过程除图中所示条件外,还需要酶和能量等
C.③合成的主要场所是细胞核
D.图中核糖体移动方向是从右到左
题组四　基因的表达
9.基因指导蛋白质合成需要突破“空间障碍”和“语言障碍”。科学家提出突破以上两大障碍需要两种关键物质,前者能将细胞核中的遗传信息传递到细胞质中,后者既能识别碱基序列,也能识别特定氨基酸,以实现碱基序列向氨基酸序列的转换。这两种关键物质分别是( )
A.DNA、mRNA B.mRNA、tRNA
C.mRNA、rRNA D.tRNA、rRNA
(浙江9+1高中联盟联考)阅读下列资料,完成下面10~11小题。
　　在原核生物中,大多数基因表达的调控是通过操纵子实现的。如图表示大肠杆菌乳糖操纵子模型及其调节过程:大肠杆菌乳糖操纵子包括LacZ、LacY、LacA三个结构基因(编码参与乳糖代谢的酶,其中酶a能够水解乳糖)以及启动子和操纵基因。没有乳糖存在时,调节基因编码的阻遏蛋白与操纵基因结合,导致RNA聚合酶不能与启动子结合,结构基因无法表达;有乳糖存在时,阻遏蛋白与乳糖结合后构象变化,失去与操纵基因的亲和力,从而使结构基因得以表达。
10.下列关于乳糖操纵子的叙述,错误的是( )
A.乳糖操纵子包含多个基因
B.调节基因表达产生阻遏蛋白
C.没有乳糖时结构基因无法复制
D.RNA聚合酶在操纵子上的移动是有方向的
11.结构基因的表达及调控受环境中乳糖的影响,下列叙述正确的是( )
A.结构基因转录时,α链和β链均可作为模板
B.酶a催化乳糖水解,可使结构基因的表达受抑制
C.阻遏蛋白与操纵基因的结合是一个不可逆的过程
D.当乳糖为唯一碳源时,结构基因不表达
12.(浙江7月学考)如图表示遗传信息传递和表达的过程。
回答下列问题。
(1)DNA复制产生的每个子代DNA分子中,一条链为母链,另一条是新合成的子链,这种复制方式为　　　　　复制。
(2)遗传信息的传递和表达需要多种酶的参与,其中酶2是　　　　　　酶。翻译过程中,核糖体的移动方向是　　　　(填“a→b”或“b→a”)。一个mRNA上同时有多个核糖体进行翻译,其意义是　 　 。
(3)下列密码子(5′→3′)和对应的氨基酸如下:GGC甘氨酸、CGG精氨酸、CCG脯氨酸、GCC丙氨酸。根据提供的密码子推测氨基酸1是　　　　　。
综合提升练
13.(绍兴模拟)某研究所对噬菌体的单链DNA进行基因测序,发现了重叠基因,结果如图所示(Met为起始密码子编码的甲硫氨酸的缩写,其密码子为AUG)。下列有关分析正确的是( )
A.D基因和E基因的起始位置ATG靠核糖体认读
B.D基因表达的第2号氨基酸对应的密码子为 5′AGU 3′
C.E基因表达时需要90种tRNA来转运氨基酸
D.该段序列中某个碱基发生替换,会影响两种蛋白质的结构
14.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。下列叙述不正确的是( )
药物名称 作用机理
羟基脲 阻止脱氧核糖核苷酸的合成
放线菌素D 抑制DNA的模板功能
阿糖胞苷 抑制DNA聚合酶活性
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
15.(杭州模拟)真核细胞的基因经转录会产生前体mRNA,内含子转录的RNA片段会被剪接体(由一些蛋白质和小型RNA构成)切除并快速水解,外显子转录的RNA片段会相互连接形成成熟mRNA,如图所示。下列叙述错误的是( )
A.转录时,RNA聚合酶沿模板链的5′端向3′端移动
B.翻译时,核糖体沿成熟mRNA链的5′端向3′端移动
C.剪接体识别结合前体mRNA时,需符合A-U、G-C碱基配对原则
D.b表示内含子转录出的RNA片段,不具有编码序列
16.(宁波期中)RNA介导的基因沉默即RNA干扰主要是对mRNA进行干扰,起作用的有miRNA和siRNA。miRNA是由基因组内源DNA编码产生,其可与目标mRNA配对;siRNA 主要来源于外来生物,例如寄生在宿主体内的病毒会产生异源双链RNA(dsRNA),dsRNA 经过核酸酶Dicer的加工后成为siRNA,siRNA与目标mRNA完全配对,导致mRNA被水解。请据图回答下列问题。
(1)催化过程①的酶是　　　　　　　,过程①所需的原料是　　　　　　　。
(2)Drosha和Dicer都可以催化　　　　键的水解,Exportin5的功能是　　　　　　　　。
(3)过程③会导致　　　　　终止,原因是　
　　　　　　　　　　。过程④RISC复合体中的siRNA与mRNA之间发生　　　　　　,最终导致mRNA被水解。
(4)基因H、N编码各自蛋白质的前3个氨基酸的DNA序列如图2所示。起始密码子均为AUG,则基因N转录时以　　链为模板。若基因H的箭头所指碱基对G-C突变为T-A,其对应密码子的变化是　　　　　　　　　　　　　。在基因表达中,编码序列在基因中所占比例一般不超过全部碱基对数量的10%。若一个基因片段中脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键有1 198个,则该基因表达时需要的氨基酸总数不超过　　　 　个(不考虑终止密码子)。 第二课时　基因对性状的控制及中心法则
学习目标
1.说明基因与性状的关系。
2.阐明中心法则的内容。
一、基因控制生物性状(基因—蛋白质—性状)
1.基因对性状的控制
(1)基因通过控制酶的合成来控制生物体内的生物化学反应,从而控制生物的性状。
(2)由基因控制合成的蛋白质还可以决定生物体特定的组织或器官的结构,进而影响其
功能。
(3)细胞内有多种功能性RNA分子参与性状表现。这些功能性RNA基因的表达产物就是具有特定功能的RNA分子,它们是不被翻译的,如tRNA、rRNA、核酶等。
2.基因与性状的复杂关系
(1)单个基因控制生物体的某种性状。
(2)多个基因共同决定生物体的某种性状。
(3)基因的表达受环境的影响,生物的性状=基因+环境。
(1)基因、基因产物、环境之间存在着复杂的相互作用。(　√　)
(2)皱粒豌豆的形成说明基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状。(　×　)
提示:皱粒豌豆的形成说明基因可通过控制酶的合成来影响细胞代谢,进而间接控制生物性状。
(3)白化症状的出现,是由于基因直接控制合成异常的色素。(　×　)
提示:白化症状的出现,是基因突变导致酪氨酸酶不能合成,进而导致黑色素不能合成。
二、遗传信息流从DNA→RNA→蛋白质
1.中心法则
(1)提出者:克里克。
(2)主要内容。
①遗传信息通过复制从DNA传递到DNA,由DNA通过转录传递到RNA,然后由RNA通过翻译合成蛋白质,决定蛋白质的特异性。
②遗传信息不能由蛋白质传向蛋白质,也不能由蛋白质传向DNA或RNA。
(3)中心法则及其发展。
①在逆转录酶作用下,有些RNA病毒(如劳氏肉瘤病毒)以RNA为模板反向合成单链DNA,再以这条单链DNA为模板形成双链DNA。有些RNA病毒能够在RNA复制酶的作用下进行自我复制。
②内容图解(用简式表示):
。
2.基因
(1)作用:基因就是遗传的一个基本功能单位,它在适当的环境条件下控制生物的性状。
(2)与染色体的关系:细胞核中的基因以一定的次序排列在染色体上。
(3)本质:基因就是一段包含一个完整的遗传信息单位的有功能的核酸分子片段——在大多数生物中是一段DNA,而在RNA病毒中则是一段RNA。
(1)基因在生物体内都是一段有功能的DNA片段。(　×　)
提示:基因的本质是一段包含一个完整的遗传信息单位的有功能的核酸分子片段,在以DNA为遗传物质的生物体内是一段DNA,在以RNA为遗传物质的生物体内是一段RNA。
(2)人体细胞中遗传信息传递途径包括DNA分子的复制、转录和翻译过程及RNA复制和逆转录过程。(　×　)
提示:人体细胞中遗传信息的传递途径不包括RNA复制及逆转录过程。
(3)DNA聚合酶和RNA聚合酶的结合位点分别在DNA和RNA上。(　×　)
提示:RNA 聚合酶催化的过程是转录,结合部位在DNA上。
(4)心肌细胞中遗传信息流动过程可表示为(　×　)
提示:心肌细胞是高度分化的细胞,不能进行有丝分裂,所以没有DNA的复制。
(5)中心法则各个过程均遵循碱基互补配对原则,但配对方式不完全相同。(　√　)
任务一　基因控制生物性状分析
1.生物的性状受DNA或RNA的控制,但主要通过蛋白质来体现。
2.基因对性状的间接控制和直接控制大多是通过蛋白质来起作用的,与前者相关的蛋白质一般是酶,与后者相关的蛋白质大多是生物体的结构物质。
3.体现某性状的物质并不一定是蛋白质,如黑色素、淀粉等,此类性状的体现往往是通过基因控制性状的间接途径实现的,即
4.基因表达出RNA对性状进行控制的两种途径。
(1)表达功能性RNA参与性状控制。基因与生物性状不存在直接的联系,需要借助RNA实现对性状的控制与指导。某些基因表达的是功能性RNA,如tRNA、rRNA等,产生之后参与蛋白质的合成或调控基因表达等。
(2)表达mRNA参与性状控制。某些基因(如胰岛素基因、唾液淀粉酶基因等)转录产生的是mRNA,则通过翻译产生蛋白质直接控制生物性状,或通过控制酶的合成来调控生物体内的生物化学反应,间接控制生物性状。
[迁移应用]
[典例1] (浙江台金七校联盟期中)阅读下列资料回答(1)~(2)小题。
　　青蒿素是治疗疟疾的重要药物,其化学本质是一种萜类化合物。如图为黄花蒿产生青蒿素的代谢过程。青蒿素主要从黄花蒿的叶片中提取,但提取量很低,难以满足临床需求。
(1)下列关于FPP基因的表达过程,叙述错误的是(　B　)
A.①②过程中碱基互补配对的方式不完全相同
B.过程①以FPP合成酶基因的两条链为模板
C.过程①需要的RNA聚合酶通过核孔进入细胞核
D.FPP合成酶基因的表达过程是①②
解析:分析题图可知,①表示转录,②表示翻译,①中碱基的互补配对方式有A-U、T-A、C-G、G-C,②中碱基的互补配对方式有A-U、U-A、C-G、G-C,所以①②过程中碱基互补配对的方式不完全相同;①表示转录,以FPP合成酶基因的一条链为模板;①表示转录,需要RNA聚合酶的参与,而RNA聚合酶的合成场所在细胞溶胶的核糖体,所以需要RNA聚合酶通过核孔进入细胞核;基因的表达包括转录和翻译,分别对应图中的过程①和②。
(2)为满足临床的需求,可通过提高青蒿素的产量达到目的。下列叙述错误的是(　B　)
A.可以提高酶1、酶2的活性,从而增加青蒿素的产量
B.青蒿素主要从叶片中提取,是因为相关基因主要存在于叶片的细胞内
C.促进FPP合成酶基因和ADS基因的表达、抑制SQS基因表达可提高青蒿素的产量
D.该过程可说明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
解析:由题图可知,青蒿素的形成需要酶1和酶2的催化作用,所以可以提高酶1、酶2的活性,从而增加青蒿素的产量;青蒿素主要从叶片中提取,是因为不同部位的细胞中的基因表达情况存在差异;分析题图可知,促进FPP合成酶基因表达(导致FPP生成增多)、促进ADS基因表达(促进FPP转化成青蒿素)、抑制SQS基因表达(降低FPP转化成其他萜类化合物)可提高青蒿素的产量;分析题图可知,青蒿素的合成体现了基因控制性状的方式是通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物的性状。
任务二　解读中心法则
1.不同生物遗传信息传递的比较
生物种类 遗传信息的传递过程
DNA病毒
RNA病毒
逆转录病毒
细胞生物
2.中心法则中五个过程的比较
项 目 DNA 复制 转录 翻译 RNA 复制 RNA 逆转录
模 板 DNA的 两条链 DNA的 一条链 mRNA RNA RNA
原 料 4种脱氧 核苷酸 4种核糖 核苷酸 20种 氨基酸 4种核糖 核苷酸 4种 脱氧 核苷酸
能 量 都需要
酶 解旋酶、 DNA聚 合酶 RNA 聚合酶 多种酶 RNA 复制酶 逆转 录酶
产 物 2个双 链DNA 1个单链 RNA 多肽 RNA DNA
特 点 边解旋 边复制, 半保留 复制 边解旋 边转录, 转录后 DNA恢 复原状 翻译结 束后, mRNA 被降解 成单体 — 先合成 单链 DNA, 再复制 成双链 DNA
碱 基 配 对 A-T、 T-A、 C-G、 G-C A-U、 T-A、 C-G、 G-C A-U、 U-A、 C-G、 G-C A-U、 U-A、 C-G、 G-C A-T、 U-A、 C-G、 G-C
[迁移应用]
[典例2] (杭州浙里特色联盟期中)鳑鲏是衢州地区常见的一种野生鱼。每年处于繁殖季节时,鳑鲏鳞片通体发亮,颜色绚丽多彩,观赏鱼爱好者称之为“发色”。下列有关叙述正确的是(　D　)
A.控制“发色”物质的基因仅存在于鳑鲏的表皮细胞
B.表皮细胞“发色”物质的合成需要经历a、b、d过程
C.d过程发生在核糖体中,需要RNA聚合酶的参与
D.b过程与d过程中核苷酸碱基之间的配对方式不完全相同
解析:控制“发色”物质的基因存在于所有的细胞中;分析题图可知,a为DNA复制,b为转录,c为RNA复制,d为翻译,表皮细胞“发色”物质是基因表达的产物,不需要经历DNA复制过程;d为翻译过程,而RNA聚合酶在转录过程中发挥作用;在b转录过程中,核苷酸所含的碱基配对方式为A-U、T-A、C-G、G-C,在d翻译过程中,配对方式为A-U、U-A、C-G、G-C,所以两者之间有所不同。第二课时　基因对性状的控制及中心法则
素养测练
基础达标练
题组一　基因控制生物的性状
1.(宁波月考)从单尾鳍鲤鱼的成熟卵中提取一种RNA,注入双尾鳍金鱼的受精卵中,结果幼小金鱼中有一些出现单尾鳍性状。这种RNA对性状遗传有明显作用,是因为(　B　)
A.它是鱼类的主要遗传物质
B.它以遗传密码形式携带特定遗传信息
C.是有关蛋白质合成的运输工具
D.是核糖体的基本化学成分
解析:鱼类的遗传物质是DNA;蛋白质是生物性状的体现者,鲤鱼卵的RNA能使部分金鱼尾鳍从双尾变为单尾,说明该RNA以遗传密码形式携带特定遗传信息,作为翻译的模板合成蛋白质;蛋白质合成的运输工具是tRNA;核糖体是蛋白质合成的场所,与合成的蛋白质的结构无直接关系,不会影响性状。
2.在人群中,有多种遗传病是苯丙氨酸的代谢缺陷所导致的,如苯丙酮尿症就是苯丙酮酸积累造成的。人体内苯丙氨酸的代谢途径如图所示。据图分析,下列说法错误的是(　C　)
A.人体缺乏酶①可能患苯丙酮尿症
B.基因通过控制酶的合成来控制代谢过程,从而控制生物的性状
C.基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状
D.无苯丙氨酸配方的奶粉可以缓解苯丙酮尿症患儿的病情
解析:苯丙酮尿症是苯丙酮酸积累造成的,缺乏酶①可能导致苯丙酮酸的积累,所以缺乏酶①可能导致人患苯丙酮尿症;由题图分析可知,基因通过控制酶的合成来控制代谢过程,从而控制生物的性状;苯丙酮尿症患儿缺乏酶①,导致苯丙氨酸只能通过酶⑥大量形成苯丙酮酸,所以苯丙酮尿症患儿的专用配方奶粉应不含苯丙氨酸,这样可以缓解苯丙酮尿症患儿的病情。
3.基因对性状的控制方式有①基因通过控制酶的合成来控制代谢过程,从而控制生物的性状;②基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状。下列有关基因对性状控制的叙述,正确的是(　D　)
A.镰刀形细胞的产生体现了方式①,白化病的产生体现了方式②
B.基因控制蛋白质的合成,但不会影响固醇类等非蛋白质物质的合成
C.生物的蛋白质都是由DNA指导合成的
D.不同个体中,同一基因控制的性状表现不一定相同
解析:镰刀形细胞的产生体现了基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状(方式②),白化病的产生体现了基因通过控制酶的合成来控制代谢过程,从而控制生物的性状(方式①);一些非蛋白质(如固醇类等)的合成受基因的间接控制,基因可以通过控制与非蛋白质(如固醇类等)合成有关的酶的合成,进而控制这些物质的合成;有些病毒的遗传物质是RNA,其蛋白质可在RNA指导下合成;生物的性状是由遗传物质决定的,但也受环境因素的影响,所以在不同的环境中同一基因控制的性状表现不一定相同。
题组二　中心法则
4.转录是指遗传信息的传递从DNA到RNA。科学家深入研究后,发现生物中还存在着逆转录现象,它是指遗传信息的传递从(　B　)
A.蛋白质→RNA
B.RNA→DNA
C.DNA→RNA
D.DNA→DNA
解析:遗传信息从RNA流向DNA的过程是逆转录过程。
5.(杭州期中)早期的中心法则如图所示,它不能用于解释下面哪种生物遗传信息的传递方向(　D　)
A.人 B.酵母菌
C.T2噬菌体 D.烟草花叶病毒
解析:烟草花叶病毒遗传信息传递过程中含有RNA复制,图示过程不包含。
6.(浙江6月选考)叠氮脱氧胸苷(AZT)可与逆转录酶结合并抑制其功能。下列过程可直接被AZT阻断的是(　D　)
A.复制 B.转录
C.翻译 D.逆转录
解析:由题意可知,叠氮脱氧胸苷(AZT)可与逆转录酶结合并抑制其功能,逆转录酶催化逆转录过程,因而叠氮脱氧胸苷(AZT)可直接阻断逆转录过程,而复制、转录和翻译过程均不需要逆转录酶。
7.狂犬病是由狂犬病毒(RABV)引起的一种人畜共患病。RABV进入机体后会通过神经纤维运动到中枢神经系统后大量增殖,图1为RABV在神经元中的增殖过程。请从图2中选择出RABV在宿主细胞内遗传信息传递所涉及的过程(　B　)
A.②③④ B.③④
C.③⑤ D.①②③④
解析:由图1可知,RABV在神经元中的增殖过程包括RNA复制和翻译过程,因此RABV在宿主细胞内遗传信息的传递所涉及的过程,包括④RNA复制和③翻译。
8.劳氏肉瘤病毒为逆转录病毒,侵入宿主细胞后通过相关物质的合成实现遗传信息传递过程如图所示,其中①~④和箭头分别代表相应的过程和信息传递的方向。下列关于图示过程的叙述,正确的是(　B　)
A.过程①为劳氏肉瘤病毒基因的复制
B.过程②与④均有氢键的形成和断裂
C.过程①与②模板相同,③与④模板相同
D.过程④发生在劳氏肉瘤病毒的核糖体上
解析:劳氏肉瘤病毒为逆转录病毒,遗传物质为RNA,而过程①为DNA复制;②为转录,④为翻译,转录过程中RNA中碱基与DNA中碱基配对有氢键生成,RNA与DNA分离时有氢键断裂;翻译中tRNA上反密码子与mRNA上密码子配对有氢键生成,分离时有氢键断裂;①DNA复制是以DNA两条链分别为模板,②转录是以DNA一条链为模板,因此过程①与②模板不同;病毒无细胞结构,无核糖体,④翻译发生在宿主细胞的核糖体上。
9.(宁波期末)“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图。下列叙述正确的是(　D　)
A.催化该过程的酶为DNA聚合酶
B.b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
解析:题图为转录过程,催化该过程的酶为RNA聚合酶;b(RNA)链上能决定一个氨基酸的3个相邻碱基,组成一个密码子(终止密码子除外);b为单链RNA,相邻的两个核糖核苷酸之间通过磷酸二酯键连接;该过程为转录,遗传信息从DNA向RNA传递。
题组三　综合分析基因表达与性状的关系
(温州新力量联盟期中)阅读下列资料,完成下面10~11小题。
　　乳腺癌是常见的恶性肿瘤之一,已知K蛋白能抑制乳腺癌细胞的增殖。我国某团队在研究乳腺癌疾病的分子调控机制时发现,circRNA可以通过miRNA调控K基因表达进而影响乳腺癌细胞增殖,调控机制如图所示。miRNA是细胞内一种非编码单链小分子RNA,可与mRNA靶向结合并使其降解。circRNA是细胞内一种非编码闭合环状RNA,可靶向结合miRNA使其不能与mRNA结合,从而提高mRNA的翻译水平。
10.下列关于乳腺癌的叙述,错误的是(　C　)
A.乳腺癌细胞具有无限增殖的能力且能在体内转移
B.导入外源修饰的mRNA可以作为治疗乳腺癌的研究方向之一
C.细胞内miRNA含量升高,可以促进K蛋白合成
D.可以通过增大细胞内circRNA的含量来治疗乳腺癌
解析:癌细胞具有无限增殖的能力,并且其粘连蛋白减少容易在体内转移;由于细胞中miRNA能与mRNA结合,降低mRNA的翻译水平,因此导入外源修饰的mRNA,避免miRNA与mRNA结合,有利于K基因表达;细胞内miRNA含量升高,与mRNA结合增多,降低K基因表达,K蛋白合成减少;若增大细胞内circRNA的含量,则其与miRNA结合增多,导致miRNA与mRNA结合减少,促进K基因表达,实现治疗乳腺癌。
11.下列关于乳腺癌疾病分子调控机制的叙述,正确的是(　A　)
A.过程①需要RNA聚合酶和核糖核苷酸
B.过程②为翻译过程,一条mRNA上可结合多个核糖体合成一条多肽链
C.过程③中的碱基配对遵循卡伽夫法则
D.miRNA影响K基因的表达不可遗传给子代
解析:由题图可知,过程①为转录,需要RNA聚合酶和核糖核苷酸;过程②为翻译过程,一条mRNA上可结合多个核糖体合成多条相同的多肽链;过程③中的两个单链RNA结合,不遵循卡伽夫法则,卡伽夫法则只适用于双链DNA分子;miRNA影响K基因的表达的现象能够遗传给后代。
12.镰刀形细胞贫血症是一种遗传病。正常人的红细胞是中央微凹的圆饼状,而镰刀形细胞贫血症患者的红细胞却是弯曲的镰刀状。镰刀状的红细胞容易破裂,使人患溶血性贫血,严重时会导致死亡,其病因如图所示。(组氨酸CAU/CAC,缬氨酸GUU/GUA,谷氨酸GAA/GAG)
请回答下列问题。
(1)该病例表明基因通过控制　　　　的结构直接控制生物的性状。
(2)②表示的生理过程以　　　　(填“α”或“β”)链为模板链并需要　　　　　　酶参与。
(3)γ链的“ ”处所编码的氨基酸为　　　　,参与③过程的核酸分子除了mRNA外还有　 。
若正常基因片段中的CTT变成CTC,则由此控制的生物的性状是否发生改变 　　　　,原因是　 。
(4)用中心法则表示图中遗传信息的表达过程:
　。
解析:(1)基因控制性状的两条途径:基因通过控制酶的合成来影响细胞代谢,进而间接控制生物的性状;基因通过控制蛋白质的结构来直接控制生物的性状。题图中该病例表明基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状。
(2)根据碱基互补配对原则可知,mRNA的GAA和DNA的α链上的CTT互补配对,说明②表示的生理过程(转录)以α链为模板链。②转录过程需要RNA聚合酶的参与。
(3)γ链上的“ ”处密码子为GUA,由题干可知,GUA所编码的氨基酸为缬氨酸。参与③过程(翻译过程)的核酸分子除了mRNA外还有tRNA(识别并转运氨基酸)、rRNA(核糖体的组成成分之一)。若题图中正常基因片段中CTT突变为CTC,则mRNA上的密码子由GAA突变为GAG,GAA和GAG都编码谷氨酸,即密码子改变后与原密码子编码的是同一种氨基酸,则翻译形成的氨基酸没有改变,所以由此控制的生物的性状不变。
(4)图中遗传信息的表达过程包括转录和翻译,用中心法则表示如下:血红蛋白基因mRNA血红蛋白。
答案:(1)蛋白质
(2)α　RNA聚合
(3)缬氨酸　tRNA、rRNA　不会　密码子改变后与原密码子编码的是同一种氨基酸
(4)血红蛋白基因mRNA血红蛋白
综合提升练
13.(宁波三锋教研联盟期中)如图所示为人体内M基因控制物质c的合成以及物质c形成特定空间结构的物质d的流程图解。下列相关叙述,正确的是(　A　)
A.图中①④过程参与碱基配对的碱基种类较多的是①过程
B.基因转录得到的产物均可直接作为蛋白质合成的控制模板
C.图中物质d可能是人体内消化酶、呼吸酶等蛋白质
D.组成物质c的氨基酸数与组成M基因的核苷酸数的比值大于1/6
解析:根据题图中信息可知,①过程表示转录,该过程参与碱基配对的碱基有5种,而④过程表示翻译,该过程参与碱基配对的碱基只有4种;从题图中信息可知,控制该分泌蛋白合成的直接模板是物质b,而转录的产物是物质a;呼吸酶不是分泌蛋白;由于M基因转录的区段只有一部分,并且物质a到物质c,还要剪切掉一部分片段,所以组成物质c的单体数与组成M基因的单体数的比值小于1/6。
14.(浙江A9协作体期中)拟南芥的细胞核基因和线粒体基因均能表达,两者之间的部分关系如图所示。①~⑤表示相关生理过程,Ⅰ、Ⅱ表示结构或物质,蛋白质1和蛋白质2均在线粒体中发挥作用。下列叙述错误的是(　C　)
A.图中的②④过程所需要的原料相同,③⑤过程所需要的原料相同
B.图中的①②③④⑤过程均遵循碱基互补配对原则
C.线粒体基因的遗传遵循分离定律和自由组合定律
D.蛋白质1和蛋白质2均在核糖体上合成,合成时需要多种RNA的参与
解析:题图中②④过程表示转录,需要的原料都是核糖核苷酸,③⑤过程表示翻译,需要的原料都是氨基酸;①过程是DNA复制,②④过程是转录,③⑤过程是翻译,所以①②③④⑤过程均遵循碱基互补配对原则;线粒体基因属于质基因,其遗传不遵循孟德尔遗传定律;蛋白质的合成场所是核糖体,蛋白质合成包括转录和翻译两个过程,其中转录是以DNA的一条链为模板合成RNA的过程,而翻译是以mRNA为模板合成蛋白质的过程,该过程需要tRNA的转运,翻译的场所为核糖体,核糖体主要由rRNA和蛋白质组成,所以蛋白质合成时需要多种RNA的参与。
15.科学家发现了致癌的RNA病毒。该病毒感染人体细胞后,将其基因组整合到人的基因组中,从而诱发人的细胞癌变。回答下列问题。
(1)RNA病毒进入人体细胞后,以自身的RNA为模板,通过　　　　酶,合成DNA片段。在此过程中,存在的碱基互补配对方式有　　　　　　　　　　　,其原料为宿主细胞提供的　 。
(2)若将同一人体胰岛β细胞和浆细胞的全部mRNA分别提取出来,通过相关的酶反应分别获得多段DNA单链,通过碱基测序发现两份DNA单链的序列　　　(填“相同”“不同”或“不完全相同”),说明人体胰岛β细胞和浆细胞的基因表达具有　　　　。
解析:(1)以RNA为模板合成DNA的过程为逆转录过程,需要逆转录酶的催化,原料是宿主细胞提供的脱氧核苷酸(4种);该过程遵循碱基互补配对原则,具体为A—T、U—A、C—G、G—C。
(2)同一人体不同的细胞中含有的基因是相同的,但是基因是选择性表达的,所以将胰岛β细胞和浆细胞的全部的mRNA分别提取出来,通过相关的酶反应分别获得多段DNA单链,检测的结果是这些DNA单链的序列不完全相同,进而说明人体胰岛β细胞和浆细胞的基因表达具有选择性。
答案:(1)逆转录　A—T、U—A、C—G、G—C　4种脱氧核苷酸
(2)不完全相同　选择性
16.放射性心脏损伤是由电离辐射诱导的大量心肌细胞凋亡产生的心脏疾病。一项研究表明,circRNA可以通过miRNA调控P基因表达进而影响细胞凋亡,调控机制如图。miRNA是细胞内一种单链小分子RNA,可与mRNA靶向结合并使其降解。circRNA是细胞内一种闭合环状RNA,可靶向结合miRNA使其不能与mRNA结合,从而提高mRNA的翻译水平。回答下列问题。
(1)放射刺激心肌细胞产生的　　　　会攻击生物膜的磷脂分子,导致放射性心脏损伤。
(2)前体mRNA是通过　　　　酶以DNA的一条链为模板合成的,可被剪切成circRNA等多种RNA。circRNA和mRNA在细胞质中通过对　　　　的竞争性结合,调节基因表达。
(3)据图分析,miRNA表达量升高可影响细胞凋亡,其可能的原因是 　 。
(4)根据以上信息,除了减少miRNA的表达之外,试提出一个治疗放射性心脏损伤的新思路: 　 。
解析:(1)磷脂双分子层构成生物膜的基本骨架,分析题意可知,电离辐射诱导会使大量心肌细胞凋亡,该过程中放射刺激心肌细胞会产生大量自由基,自由基攻击生物膜的磷脂分子,导致放射性心脏损伤。
(2)转录是以DNA的一条链为模板合成RNA的过程,该过程中需要RNA聚合酶的催化;据题图可知,miRNA既能与P基因的mRNA结合,又能与circRNA结合,故circRNA和mRNA在细胞质中通过对miRNA的竞争性结合,调节基因表达。
(3)据题图可知,P蛋白能抑制细胞凋亡,而当miRNA表达量升高时,与P基因的mRNA结合增多,P基因mRNA指导P蛋白合成的翻译过程被抑制,导致P蛋白减少,无法抑制细胞凋亡。
(4)结合上述过程分析可知,除了减少miRNA的表达外,还可通过增加细胞内circRNA的含量,使之与miRNA的结合增多,减少miRNA与P基因的mRNA结合,从而提高P基因的表达量,P蛋白合成增多,抑制细胞凋亡。
答案:(1)自由基
(2)RNA聚合　miRNA
(3)miRNA表达量升高,与P基因mRNA的结合增多,干扰P蛋白的生成,无法抑制细胞
凋亡
(4)增加细胞内circRNA的含量,使之与miRNA的结合增多,减少miRNA与P基因的mRNA结合,从而促进P蛋白合成

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