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第27讲　DNA的复制、基因的转录和翻译
【课标要求】
1.概述DNA分子通过半保留方式进行复制。
2.概述DNA分子上的遗传信息通过 RNA指导蛋白质的合成,细胞分化的本质是基因的选择性表达,生物的性状主要通过蛋白质表现。
考点一　DNA的复制
【精梳攻教材】
【基础整合】
1.DNA半保留复制的实验证据:
【名师点睛】
15N不具有放射性
证明DNA半保留复制所用的15N是不具有放射性的稳定的同位素,研究分泌蛋白的合成与分泌所用的3H是具有放射性的不稳定的同位素。
2.DNA的复制:
(1)概念、时间、场所:
(2)过程:
(3)特点:
(4)结果:一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子。
(5)DNA准确复制的原因及意义:
【多维赋能】
1.在DNA复制启动时,尚未解开螺旋的亲代双链DNA同新合成的两条子代双链DNA的交界处,就称为复制叉,两个靠得很近的复制叉之间形成的空间称为复制泡。
果蝇DNA形成多个复制泡的原因:果蝇的DNA有多个复制起点,可同时从不同起点开始DNA的复制,由此加快DNA复制的速率,为细胞分裂做好物质准备。
2.DNA复制的半不连续性
DNA两条链反向平行,一条链为5'→3',另一条链为3'→5',DNA子链的合成方向只能是5'→3',故DNA复制时,以3'→5'链为模板时,子链可以沿5'→3'方向连续复制;以另一条链为模板时,每解旋至足够长度,子链再沿5'→3'方向复制,复制合成的DNA片段,再通过DNA连接酶连接起来。
【自测强化】
1.甲基是DNA半保留复制的原料之一。(2024·黑吉辽卷,9B)(×)
分析:DNA复制的原料是四种脱氧核苷酸。
2.梅塞尔森和斯塔尔选择大肠杆菌为实验材料,应用同位素标记技术进行探究,证明DNA的半保留复制。(2025·福建卷,8C)(√)
3.DNA聚合酶的作用是打开DNA双链。(2021·辽宁卷,4D)(×)
分析:DNA聚合酶的主要作用是合成新DNA链,解旋酶的作用是打开DNA双链。
4.在真核生物中,DNA的复制是在细胞分裂前的间期,随染色体的复制而完成的。(必修2 P55正文)(√)
5.DNA独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板。(必修2 P56正文)(√)
6.DNA通过复制将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞,从而保持了遗传信息的连续性。(必修2 P56正文)(√)
【精研强思维】
【思维探究】
目前已知的DNA聚合酶都只能延长已存在的DNA链,而不能从头合成DNA链,因此DNA复制时,子链的延伸需要RNA引物引导,引物的3'羟基端作为新合成子链的起始。如图1为某DNA部分片段;图2为真核细胞DNA复制过程及结束阶段示意图,每条链5'→3'的方向由箭头指示,粗线代表母链(a链和b链),细线代表新生链(后随链和前导链)。端粒是位于染色体末端的一段特殊序列的DNA—蛋白质复合体,后来科学研究发现端粒随着细胞分裂的进行逐渐缩短可能与DNA的复制方式密切相关。
(1)(科学思维)若图1中DNA分子共有1500个碱基对,含⑥900个,该段DNA分子复制n次,第n次复制时,需要消耗C__________个(用公式表达)。由图2可知,DNA分子复制的方向是__________。
提示:900×　5'端→3'端
(2)(生命观念)图2中,后随链延伸的方向和解旋酶的移动方向__________(填“相同”或“相反”),其合成需要__________(填“一个”或“多个”)RNA引物。
提示:相反　多个
(3)(生命观念)DNA复制结束后,需去除所有RNA引物,并由DNA片段继续延伸填补相应缺口。去除引物__________(填编号)核苷酸链无法延伸,造成端粒缩短,理由可能是______________________________________________。
提示:③　由于子链的延伸方向为5'端→3'端,去除引物③后,核苷酸链无法延伸,缺口无法填补,造成端粒缩短
(4)(科学探究)通常DNA分子复制从一个复制起始点开始,有单向复制和双向复制,如图所示。放射性越高的3H-胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸(3H-脱氧胸苷),在放射自显影技术的图像上,感光还原的银颗粒密度越高。
①请利用放射自显影技术、低放射性3H-脱氧胸苷和高放射性3H-脱氧胸苷,设计实验以确定大肠杆菌DNA复制的方向。
___________________________________________________________________。
提示:复制开始时,首先用含低放射性3H-脱氧胸苷培养基培养大肠杆菌,一段时间后转移到含有高放射性3H-脱氧胸苷的培养基中继续培养,用放射自显影技术观察复制起点和复制起点两侧银颗粒密度情况
②预测实验结果并得出结论。
______________________________________________________________________________________________________。
提示:若复制起点处银颗粒密度低,复制起点的一侧银颗粒密度高,则DNA分子复制为单向复制;若复制起点处银颗粒密度低,复制起点的两侧银颗粒密度高,则DNA分子复制为双向复制
【思维建构】
“数学模型法”分析DNA复制相关计算
(1)将双链均含有15N的DNA分子放在含有14N的培养液中连续复制n次,则:
(2)DNA分子复制过程中消耗的脱氧核苷酸数
①若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,经过n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·(2n-1)。
②第n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·。
【精练提素养】
1.【不定项】(2026·济宁模拟)某生物兴趣小组将大肠杆菌在含15N的培养基中繁殖数代后,使大肠杆菌DNA的含氮碱基都含有15N。然后再将其转入含14N的培养基中培养,提取亲代及子代的DNA,离心分离,如图①~⑤为可能的结果。下列有关叙述错误的是(　　)
A.实验过程中,所使用的研究方法是同位素标记法、密度梯度离心法
B.根据含14N或15N的DNA离心后的位置,⑤为亲代、②为子一代
C.若出现图中③的结果(带宽比3∶1),则亲代DNA进行了4次复制
D.根据②的结果,若将DNA处理成单链后再离心,也可以证明DNA的复制为半保留复制
【解析】选C、D。验证DNA半保留复制的实验过程中要用到同位素标记法和密度梯度离心法,A正确。根据题干信息,亲代DNA的含氮碱基都含有15N,离心后属于重带,即图中⑤,再将其转入含14N的培养基中培养,形成的子一代DNA一条链是15N,一条链是N,离心后属于中带,即图中②,B正确。亲代DNA进行3次复制,形成了8个DNA,其中2个DNA一条链是15N,一条链是14N,另外6个DNA两条链都是14N,离心后会出现图中③的结果(带宽比3∶1),C错误。一个DNA分子形成两个DNA分子,如果是全保留复制,其中一个是亲代的DNA分子,而另一个则是新形成的DNA分子,DNA处理成单链后再离心,出现重带和轻带,带宽比为1∶1;如果是半保留复制,则新形成的两个DNA分子,一条链是15N,一条链是14N,DNA处理成单链后再离心,也会出现重带和轻带,带宽比为1∶1,无法证明DNA的复制为半保留复制,D错误。
2.【不定项】细胞中DNA分子复制时,在解旋酶的作用下DNA双链解开,DNA单链结合蛋白与解旋后的DNA单链结合,使单链呈伸展状态而有利于复制。如图是原核细胞中DNA复制过程的DNA单链结合蛋白示意图。下列有关分析错误的是(　　)
A.在真核细胞中,分裂间期DNA复制与染色体复制是分别独立进行的
B.DNA是边解旋边复制,两条子链的合成都是连续的
C.DNA能准确复制的原因是具有独特的双螺旋结构
D.DNA单链结合蛋白能防止解旋的DNA单链重新配对
【解析】选A、B、C。真核细胞中DNA复制与染色体复制是同步进行的,A错误;DNA分子的两条链是反向平行的,从题图可以看出,在复制的过程中,其中一条子链的形成是不连续的,B错误;DNA能准确复制的原因是双螺旋结构提供了精确的模板,复制过程遵循了碱基互补配对原则,C错误;DNA单链结合蛋白与解旋后的DNA单链结合,可避免两条单链间相互配对而复旋,D正确。
【加固训练】
(2025·北京卷)1958年,Meselson和Stahl通过15N标记DNA的实验,证明了DNA的半保留复制。关于这一经典实验的叙述正确的是 (　　)
A.因为15N有放射性,所以能够区分DNA的母链和子链
B.得到的DNA带的位置有三个,证明了DNA的半保留复制
C.将DNA变成单链后再进行离心也能得到相同的实验结果
D.选择大肠杆菌作为实验材料是因为它有环状质粒DNA
【解析】选B。15N没有放射性,它与14N只是氮元素的不同同位素,质量不同,可通过密度梯度离心技术区分含不同氮元素的DNA,进而区分DNA的母链和子链,A错误;在15N标记DNA的实验中,得到的DNA带的位置有轻带(两条链都含14N)、中带(一条链含14N,一条链含15N)、重带(两条链都含15N)3个。根据不同代DNA在离心后出现的这些带的位置和比例,证明了DNA的半保留复制,B正确;若将DNA解链为单链后离心,无论是全保留还是半保留复制,都是只有两条条带,不能证明DNA的半保留复制,C错误;选择大肠杆菌作为实验材料是因为大肠杆菌繁殖快,容易培养,能在短时间内获得大量的子代,便于观察实验结果,而不是因为它有环状质粒DNA,D错误。
考点二　DNA复制与细胞分裂中染色体的同位素标记
【精研强思维】
【思维探究】
在含有BrdU(溴脱氧尿苷)的培养液中进行DNA复制时,BrdU会取代胸苷掺入新合成的链中,形成BrdU标记链。若将一个玉米体细胞(含20条染色体)置于含BrdU的培养液中进行连续两次相同分裂方式产生4个子细胞(不考虑突变和互换)
(1)(科学思维)在第一次细胞分裂中期,1个细胞中被标记的染色单体是多少条
提示:40。
(2)(科学思维)在第二次细胞分裂中期,核DNA中被标记的DNA链所占的比例是多少
提示:3/4。
(3)(科学思维)在第二次分裂完成后,形成的4个子细胞中可能有几个细胞核含亲代DNA链
提示:2、3或4个。
(4)(科学思维)在第二次分裂完成后,形成的4个子细胞中未被标记的染色体是多少条
提示:0。
【思维建构】
“图解法”分析细胞分裂过程中的同位素标记问题
1.DNA分子半保留复制图像及解读:
2.有丝分裂中子代DNA(染色体)标记情况分析:
若只复制一次,产生的子染色体都带有标记;若复制两次,产生的子染色体只有一半带有标记。过程如下图(一般只研究一条染色体)
复制一次(母链标记,培养液不含标记同位素):
转至不含标记同位素培养液中再培养一个细胞周期:
3.减数分裂中DNA(染色体)标记情况分析:
减数分裂没有细胞周期,DNA只复制一次,结果产生的子染色体都带有标记。过程如图(减数分裂一般选取一对同源染色体为研究对象)
【精练提素养】
1.一个含有2n条染色体的生物体细胞,其染色体中DNA的两条链都被标记,在不含标记的原料中进行有丝分裂,下列叙述错误的是(　　)
A.第一次分裂的后期细胞中有4n条带标记的染色体
B.第二次分裂的中期每个细胞中有2n条带标记的染色单体
C.第二次分裂的后期每个细胞中有4n条带标记的染色体
D.第二次分裂结束后有的子细胞中可能不带有标记
【解析】选C。解答本题见下表:
A(√) 含有2n条染色体的生物体细胞,其染色体中DNA的两条链都被标记,在不含标记的原料中进行有丝分裂,由于DNA进行半保留复制,则第一次分裂后期的细胞中有4n条染色体,且均带标记
B(√) 第二次分裂开始时,每条染色体的DNA分子中均为一条链带标记而另一条链不带标记,DNA复制后两条姐妹染色单体由一个着丝粒相连,因此第二次分裂中期每个细胞中有2n条带标记的染色单体
C(×) 第二次分裂后期着丝粒分裂,姐妹染色单体随机移向细胞两极,每个细胞中有2n条带标记的染色体
D(√) 由于有丝分裂后期含有标记的姐妹染色单体随机移向两极,故第二次分裂结束后有的子细胞中可能不带有标记
2.【不定项】(2025·泰安模拟)关于DNA的复制,科学家曾经提出半保留和全保留两种复制方式(如图1所示)。某研究小组将玉米根尖分生区细胞置于含放射性3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液中连续培养2个细胞周期。图2表示中期染色体的放射性分布情况。下列叙述正确的是(　　)
A.若第1个细胞周期的中期染色体情况都为图2中的A,则复制方式为图1中的a模式
B.无论是哪一种DNA复制方式,第1个细胞周期的中期都不会出现图2中C所示的染色体
C.若DNA复制方式为图1中的b模式,则第2个细胞周期的中期染色体都为图2的A
D.若DNA复制方式为图1中的a模式,则第2个细胞周期的中期染色体都为图2的A
【解析】选A、B、D。若DNA复制一次后两个染色单体都有放射性,则说明是半保留复制,A正确。若半保留复制一次后,中期染色体如图2中的A;若全保留复制一次后,中期染色体如图2中的B,B正确。若全保留复制两次,则中期染色体如图2中的A和B;若半保留复制两次,中期染色体都如图2中的A,C错误,D正确。
3.(2025·通化模拟)某动物(2N=4)的一个精原细胞所有核DNA分子的一条链被32P标记,另一条链无放射性标记。将该细胞放在不含放射性的培养液中完成减数分裂,得到4个精细胞。下列有关这4个精细胞放射性含量及其原因的分析,错误的是(　　)
A.若只有1个精细胞有放射性,可能是减数分裂Ⅰ后期一对同源染色体移向同一极
B.若只有2个精细胞有放射性,可能是减数分裂Ⅱ后期2个次级精母细胞含有32P标记的2条染色体均移向同一极
C.若只有3个精细胞有放射性,可能是减数分裂Ⅱ后期1个次级精母细胞含有32P标记的2条染色体移向同一极
D.若4个精细胞均有放射性,可能是减数分裂Ⅰ前期一对同源染色体发生了互换
【解析】选A。一个精原细胞经过分裂形成4个精细胞,说明该精原细胞经过一次完整的减数分裂,DNA复制一次,即从(虚线表示32P标记)变成,若减数分裂Ⅰ后期有一对同源染色体移向同一极,两个次级精母细胞都含放射性,所以至少有2个精细胞有放射性,A错误。减数分裂Ⅰ后期同源染色体分离,得到的两个次级精母细胞中都有一条姐妹染色单体含有32P标记,正常情况下减数分裂Ⅱ后期着丝粒分裂,得到的4个精细胞中含有标记的情况不一定:若只有2个精细胞有放射性,可能是减数分裂Ⅱ后期2个次级精母细胞中含有32P标记的2条染色体均移向同一极;若只有3个精细胞有放射性,可能是减数分裂Ⅱ后期1个次级精母细胞含有32P标记的2条染色体移向同一极;若4个精细胞均有放射性,可能是减数分裂Ⅰ前期一对同源染色体发生了互换,B、C、D正确。
【加固训练】
目的基因两条链均被32P标记后导入动物精原细胞,并整合到染色体DNA中,选择含有2个目的基因的精原细胞在不含放射性的培养基中培养,经过两次连续分裂得到4个子细胞。对子细胞放射性进行检测,若不考虑变异,下列判断正确的是(　　)
A.单个子细胞中被放射性标记的染色体条数最少有2条,最多有4条
B.若子细胞中有3个细胞具有放射性标记,则精原细胞进行的一定是减数分裂
C.若进行两次有丝分裂,只有2个子细胞有放射性,则2个基因位于一条染色体上
D.若进行减数分裂,有2个子细胞有放射性且每个细胞中放射性染色体条数为2条,则两个基因位于非同源染色体上
【解析】选D。2个目的基因可能插入同一条染色体上,若该精原细胞进行减数分裂,由于同源染色体分离,可能出现2个子细胞中不含32P,2个含有32P的情况,故单个子细胞中被放射性标记的染色体条数最少为0条,A错误;若2个基因插入两条染色体中,DNA进行半保留复制,若该精原细胞进行两次连续的有丝分裂,第一次分裂产生的子细胞中标记的染色体所含有的DNA均为一条链被标记,进行第二次分裂中期时一条染色体中一个DNA被标记,一个DNA未被标记,着丝粒分开后,姐妹染色单体分开,随机移向细胞两极,产生的4个子细胞中可能有2、3、4个细胞带有32P,B、C错误;若该精原细胞进行减数分裂,DNA复制一次,若标记的染色体减数分裂Ⅰ时进入细胞的同一极,即2个基因位于非同源染色体上可进入同一个子细胞中,产生的4个子细胞中有2个细胞带有32P,D正确。
考点三　基因的转录和翻译
【精梳攻教材】
【基础整合】
1.RNA的结构与功能:
2.遗传信息的转录:
(1)概念:以DNA的一条链为模板,按碱基互补配对原则合成RNA的过程。
(2)过程(如图):
(3)意义:将DNA 的遗传信息传递给mRNA。
【名师点睛】
模板链与编码链
在转录时,会以DNA的一条链为模板,称为模板链,而另一条链称为编码链。DNA上含有多个基因,转录时不同的基因可以以不同的链作为模板链,即就双链DNA分子中的一条链来说,既是某些基因的模板链,又是另一些基因的编码链。
3.遗传信息的翻译:
(1)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的过程。
(2)条件:
场所 模板 原料 能量 搬运工具 酶
核糖体 mRNA 氨基酸 ATP tRNA 多种酶
(3)过程:
(4)产物:多肽蛋白质
【名师点睛】
密码子的简并
多种密码子编码同一种氨基酸的现象称为密码子的简并。密码子的简并既可以增强密码容错性,也可以保证使用频率高的氨基酸的运输效率,从而保证翻译的速度。
【多维赋能】
密码子与反密码子
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(部分终止密码子除外) 识别密码子
特点 与DNA模板链上的碱基互补 与mRNA中密码子的碱基互补
种类 64 很多种
【自测强化】
1.碱基序列不同的mRNA翻译得到的肽链不可能相同。(2024·贵州卷,7D)(×)
分析:由于密码子的简并,碱基序列不同的mRNA翻译得到的肽链也可能相同。
2.mRNA的每个密码子都能结合相应的tRNA。(2023·江苏卷,6C)(×)
分析:终止密码子不能决定氨基酸,不能结合tRNA。
3.tRNA分子内部不发生碱基互补配对。(2023·江苏卷,6A)(×)
分析:tRNA分子内部局部双链区存在碱基互补配对。
4.细胞中以DNA的一条单链为模板转录出的RNA均可编码多肽。(2020·全国卷Ⅲ,1B)(×)
分析:转录可产生mRNA、tRNA、rRNA等,其中tRNA和rRNA不能编码多肽。
5.转录和翻译过程中,碱基互补配对的方式不同。(2025·黑吉辽内蒙古卷,14A)(√)
6.核糖体与mRNA的结合部位形成1个tRNA结合位点。(2025·黑吉辽内蒙古卷,14D)(×)
分析:一个核糖体与mRNA的结合部位形成2个tRNA的结合位点。
【精研强思维】
【思维探究】
(1)(生命观念)起始密码子AUG决定甲硫氨酸,蛋白质的第一个氨基酸往往不是甲硫氨酸的原因是__________________________________________________
___________________________________________________________________。
提示:翻译生成的多肽链往往需进行加工修饰,甲硫氨酸在此过程中会被剪切掉
(2)(生命观念)如图是某种tRNA的结构,该tRNA上的反密码子为__________,该tRNA上________(填“含有”或“不含”)氢键。
提示:3'—UCG—5'　含有
(3)多肽链合成时,在一个mRNA分子上有若干个核糖体同时工作,不同核糖体合成的多肽链往往是__________(填“相同”或“不同”)的,原因是______________________________________________________________________________________________________________________________,这种合成方式大大提高了翻译效率。
提示:相同　一个mRNA分子上的每一个核糖体都是从mRNA上的第一个起始密码子起始翻译,到第一个终止密码子终止翻译
【思维建构】
1.常考图示解读:
2.基因表达中的相关数量关系:
实际基因表达过程中的数量关系不符合6∶3∶1的原因
(1)DNA中有的片段无遗传效应,不能转录出mRNA。
(2)在基因片段中,有的片段(如非编码区)起调控作用,不转录。
(3)转录出的mRNA中有终止密码子,一般情况下,终止密码子不编码氨基酸。
(4)合成的肽链在加工过程中可能会被剪切掉部分氨基酸。
【精练提素养】
1.(2025·广东卷)VHL基因的一个碱基发生突变,使其编码区中某CCA(编码脯氨酸)变成CCG(编码脯氨酸),导致合成的mRNA变短,引发VHL综合征。该突变(　　)
A.改变了DNA序列中嘧啶的数目
B.没有体现密码子的简并
C.影响了VHL基因的转录起始
D.改变了VHL基因表达的蛋白序列
【解析】选D。该突变将CCA变为CCG,原互补链GGT变为GGC,嘧啶数目未改变,仅种类发生变化(T→C),A错误;突变后CCA(脯氨酸)变为CCG(脯氨酸),不同密码子编码同一氨基酸,体现了密码子的简并,B错误;转录起始由启动子调控,突变发生在编码区(外显子),不影响转录起始,C错误;突变导致mRNA变短(如提前出现终止密码子),使翻译提前终止,蛋白序列缩短,D正确。
2.(2024·湖北卷)编码某蛋白质的基因有两条链,一条是模板链(指导mRNA合成),其互补链是编码链。若编码链的一段序列为5'-ATG-3',则该序列所对应的反密码子是(　　)
A.5'-CAU-3' B.5'-UAC-3'
C.5'-TAC-3' D.5'-AUG-3'
【解析】选A。本题主要考查密码子与反密码子的概念。由题意可知,DNA中作为mRNA合成模板的链为模板链,与模板链配对的为编码链,因此mRNA上的密码子与DNA编码链的碱基序列相近,只是T用U代替。若编码链的一段序列为5'-ATG-3',则mRNA上密码子的碱基序列为5'-AUG-3',该序列所对应的反密码子是5'-CAU-3',A正确,B、C、D错误。
3.(2025·哈尔滨模拟)科学家将猪白细胞介素-7(pIL-7)基因导入人胚胎肾细胞(HEK293T)进行表达。回答下列问题:
(1)猪的pIL-7基因在人HEK293T细胞中仍然能表达出猪的pIL-7蛋白,主要原因是__________________________________。
【解析】(1)猪的pIL-7基因能在人HEK293T细胞中成功表达出猪的pIL-7蛋白,主要原因是生物界共用同一套遗传密码,这是基因工程的理论基础之一。
(2)下图表示pIL-7基因的部分表达过程,图中过程1称为______________,在该过程中被称为编码链的是图中的______链。
【解析】(2)过程1是转录,根据碱基互补配对原则可以看出:b链是转录的模板链,a链是编码链。
(3)为了提高表达效率,科学家在基因导入前依据人细胞偏爱表达的密码子种类对pIL-7基因进行了碱基序列的修改,该操作后得到的表达产物仍然与天然的猪白细胞介素-7的氨基酸序列一致,两者能够保持一致的原因是_________________
___________________________________________________________________。
【解析】(3)为了提高表达效率,科学家在基因导入前依据人细胞偏爱表达的密码子种类对pIL-7基因进行了碱基序列的修改,该操作后得到的表达产物蛋白质氨基酸序列不变,即多肽链中氨基酸序列没变,说明虽然DNA序列变了,但修改后对应的密码子仍然编码同种氨基酸,即密码子的简并的特点并未引起氨基酸序列的改变。
答案:(1)生物界共用同一套遗传密码　(2)转录　a　(3)密码子具有简并的特点,修改后的序列转录得到的密码子编码的仍然是原来的氨基酸
【加固训练】
(2024·贵州卷)如图是某基因编码区部分碱基序列,在体内其指导合成肽链的氨基酸序列为:甲硫氨酸-组氨酸-脯氨酸-赖氨酸……。下列叙述正确的是(　　)
AUG(起始密码子):甲硫氨酸　CAU、CAC:组氨酸　CCU:脯氨酸　AAG:赖氨酸　UCC:丝氨酸　UAA(终止密码子)
A.①链是转录的模板链,其左侧是5'端,右侧是3'端
B.若在①链5~6号碱基间插入一个碱基G,合成的肽链变长
C.若在①链1号碱基前插入一个碱基G,合成的肽链不变
D.碱基序列不同的mRNA翻译得到的肽链不可能相同
【解析】选C。本题考查基因的表达,即转录与翻译。转录是以DNA的一条链为模板,按照碱基互补配对原则合成RNA的过程,由于起始密码子是AUG,故①链是转录的模板链,转录时模板链读取的方向是3'→5',即左侧是3'端,右侧是5'端,A错误;在①链5~6号碱基间插入一个碱基G,将会导致终止密码子提前出现,故合成的肽链变短,B错误;①链是转录的模板链,若在①链1号碱基前插入一个碱基G,则①链转录出的mRNA序列5'端起始密码子AUG前增加了一个碱基G,但翻译仍从起始密码子AUG开始,故合成的肽链不变,C正确;mRNA是翻译模板,但由于密码子的简并,碱基序列不同的mRNA中密码子不同,对应的氨基酸可能是相同的,因此翻译得到的肽链也可能相同,D错误。
考点四　中心法则
【精梳攻教材】
【基础整合】
1.提出者:克里克。
2.中心法则内容图解:
图中:①DNA的复制;②转录;③翻译;④RNA的复制;⑤RNA逆转录。
3.各种生物遗传信息的传递途径:
4.生命是物质、能量和信息的统一体:
DNA、RNA是信息的载体,蛋白质是信息的表达产物,而ATP为信息的流动提供能量。
【多维赋能】
中心法则的相关知识点
(1)需要解旋的过程及相关酶:DNA复制(两条链都作为模板),需解旋酶;转录(DNA中的一条链作为模板),需RNA聚合酶解旋。
(2)高等动植物只有DNA复制、转录、翻译三条途径,但具体到不同细胞情况不完全相同,如根尖分生区细胞等分裂旺盛的组织细胞中三条途径都有;叶肉细胞等高度分化的细胞无DNA复制途径,只有转录和翻译两条途径;哺乳动物成熟的红细胞无遗传信息的传递。
(3)RNA复制和逆转录只发生在被RNA病毒感染的细胞中,是对中心法则的补充和完善。
(4)上述五个过程都需进行碱基互补配对,进行碱基互补配对的场所有细胞核、叶绿体、线粒体、核糖体。
【自测强化】
1.烟草花叶病毒的RNA可通过复制将遗传密码传递给子代。(×)
分析:烟草花叶病毒的RNA可通过复制将遗传信息传递给子代。
2.少数生物(如一些RNA病毒)的遗传信息可以从RNA流向RNA以及从RNA流向DNA。(必修2 P69正文)(√)
3.中心法则涉及的全部过程均可发生在正常人体细胞内。(×)
分析:正常细胞中往往不会发生逆转录和RNA复制过程。
4.线粒体中遗传信息的传递也遵循中心法则。(必修2 P69正文)(√)
5.生命是物质、能量和信息的统一体。(√)
【精练提素养】
1.【不定项】(2026·沈阳模拟)“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.催化该过程的酶为逆转录酶
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
【解析】选A、C。图中表示的是以RNA为模板合成DNA的过程,催化该过程的酶是逆转录酶,A正确;mRNA链上3个相邻核苷酸排列而成的能决定氨基酸种类的三联体才能称为一个密码子,B错误;DNA单链上的脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键相连,C正确;逆转录过程中遗传信息从RNA向DNA传递,D错误。
2.【不定项】(2026·哈尔滨模拟)根据中心法则,生物体内的遗传信息可以发生如图所示的流动。近年来研究发现,人类的 DNA 聚合酶 θ(Polθ)能够高效地将 RNA 信息编写为 DNA,在健康细胞中,Polθ 参与 RNA 介导的 DNA 修复,而在癌细胞中,Polθ 可高度表达,并促进癌细胞生长和耐药性的形成。下列说法正确的是(　　)
A.图中⑤过程发生在RNA 病毒颗粒中
B.图中③过程需要多种 RNA 参与
C.人类的 Polθ 有类似逆转录酶的功能
D.Polθ 有可能成为抗癌药物的靶点
【解析】选B、C、D。题图中⑤表示RNA的复制,某些RNA病毒增殖过程中会发生,此过程发生在病毒寄生的活细胞中,A错误;③表示翻译,翻译过程中需要多种RNA参与,如mRNA作为翻译的模板、tRNA作为转运氨基酸的工具、rRNA参与核糖体的组成,而核糖体是翻译的场所,B正确;Polθ参与RNA介导的DNA修复,该过程是以RNA为模板合成DNA,说明Polθ有逆转录酶的功能,C正确;在癌细胞中,Polθ可高度表达,并促进癌细胞生长和耐药性的形成,说明Polθ有可能成为抗癌药物的靶点,D正确。
3.(2022·河北卷)关于中心法则相关酶的叙述,错误的是(　　)
A.RNA聚合酶和逆转录酶催化反应时均遵循碱基互补配对原则且形成氢键
B.DNA聚合酶、RNA聚合酶和逆转录酶均由核酸编码并在核糖体上合成
C.在解旋酶协助下,RNA聚合酶以单链DNA为模板转录合成多种RNA
D.DNA聚合酶和RNA聚合酶均可在体外发挥催化作用
【解析】选C。RNA聚合酶和逆转录酶催化反应时均遵循碱基互补配对原则,在转录和逆转录的过程中会与模板链形成氢键,A正确;DNA聚合酶、RNA聚合酶和逆转录酶的本质是蛋白质,蛋白质由核酸编码并在核糖体上合成,B正确;转录时,RNA聚合酶催化DNA双链解开,并以单链DNA为模板转录合成多种RNA,C错误;DNA聚合酶和RNA聚合酶在生物体内和体外均能发挥催化作用,D正确。
4.(2025·运城模拟)脊髓灰质炎病毒是一种单股正链RNA(+RNA)病毒,如图表示该病毒在细胞内增殖过程。下列有关叙述错误的是(　　)
A.过程①为翻译过程,是以+RNA为模板合成蛋白质
B.过程②为RNA复制,形成的-RNA与+RNA碱基序列相同
C.过程③与过程②使用的酶相同,酶X为RNA聚合酶
D.+RNA→+RNA的过程,消耗的嘌呤碱基数等于嘧啶碱基数
【解析】选B。过程①为翻译过程,是以+RNA为模板合成特定氨基酸序列的蛋白质,A正确;过程②③为RNA复制,形成的-RNA与+RNA碱基序列互补,B错误;过程③与过程②使用的酶均为酶X,酶X为RNA聚合酶,C正确;+RNA复制产生子代+RNA的过程,必须先复制为-RNA,然后复制为+RNA,所以消耗的原料为合成互补的两条RNA链的核糖核苷酸,因此消耗的嘌呤碱基数等于嘧啶碱基数,D正确。
【加固训练】
RNA复制是以RNA为模板合成RNA的过程,发生在许多RNA病毒的生活史中。能进行RNA复制的单链RNA病毒分为正链RNA(+RNA)病毒和负链RNA(-RNA)病毒。下图为正链RNA和负链RNA基因组的复制过程,相关说法正确的是(　　)
A.在+RNA病毒感染宿主细胞后翻译生成的物质可能是以DNA为模板的RNA聚合酶
B.-RNA病毒的增殖过程需要逆转录酶的参与
C.合成-RNA和+RNA以及蛋白质的原料和场所均由宿主细胞提供
D.+RNA病毒复制产生一个+RNA所消耗的嘌呤碱基总数和嘧啶碱基总数不相等
【解析】选C。在+RNA病毒感染宿主细胞后翻译生成的物质可能是以+RNA为模板的RNA聚合酶,A错误;-RNA病毒的增殖过程不需要逆转录酶的参与,B错误;病毒需寄生在活细胞内才能完成生命活动,合成-RNA和+RNA以及蛋白质的原料和场所均由宿主细胞提供,C正确;+RNA病毒复制产生一个+RNA的过程中需先产生-RNA,其与+RNA是碱基互补配对的,所消耗的嘌呤碱基总数和嘧啶碱基总数相等,D错误。
【体验高考真题溯源】
1.(2025·山东卷)→(必修2 P78选择题T3)关于豌豆细胞核中淀粉酶基因遗传信息传递的复制、转录和翻译三个过程,下列说法错误的是(　　)
A.三个过程均存在碱基互补配对现象
B.三个过程中只有复制和转录发生在细胞核内
C.根据三个过程的产物序列均可确定其模板序列
D.RNA聚合酶与核糖体沿模板链的移动方向不同
【教考融通】
教材重点知识是转录、翻译的原则、原料、场所等,本题则进一步考查复制、转录、翻译的原则、场所、方向等。
【解析】选C。DNA复制、转录和翻译过程中均遵循碱基互补配对原则,因此都存在碱基互补配对现象,A正确;翻译发生在细胞质基质中的核糖体上,豌豆细胞核中淀粉酶基因复制和转录的场所都是细胞核,B正确;DNA复制和转录可以通过产物序列确定其模板序列,但翻译的产物是蛋白质,蛋白质的基本单位是氨基酸,由于密码子具有简并性,因此知道氨基酸序列不一定能准确知道mRNA上的碱基序列,C错误;转录时需要RNA聚合酶的参与,RNA聚合酶从模板链的3'→5',翻译时,核糖体从mRNA的5'→3',移动方向不同,D正确。
【深研教材预测高考】
2.(必修2 P69拓展应用【改编】)图1中①~⑤表示抑制细菌的5种抗生素,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是图1中某过程的细节示意图。请回答下列问题:
(1)将M个细菌的F用31P标记后,放在含32P的培养液中连续分裂n代,则含32P的细菌有________个。图1中的抗生素③能大幅减少子代细菌的数量,且是通过抑制某种酶的活性达成,则其作用的酶可能有________________________。
【解析】(1)细菌的F为DNA,DNA的复制是半保留复制。将M个用31P标记的DNA放在含P的培养液中连续分裂n代,子代DNA的总数为M×2n个。由于每一个子代DNA分子都含有新合成的含32P的子链,所以含32P的细菌有M×2n个。抗生素③能大幅减少子代细菌的数量,DNA复制需要解旋酶解开双链,DNA聚合酶催化子链的合成,所以其作用的酶可能是解旋酶或DNA聚合酶。
(2)图1过程b可以为过程c提供的物质有________________________,抗生素⑤作用于参与过程c的某种细胞结构,则该结构是________。
【解析】(2)图1中过程b为转录,过程c为翻译,转录的产物有mRNA、tRNA、rRNA。故转录可以为翻译提供的物质有mRNA(作为翻译模板)、tRNA(运转氨基酸)、rRNA(参与核糖体的构成)。翻译的场所是核糖体,抗生素⑤作用于参与过程c的细胞结构,该结构是核糖体。
(3)图2是图1中翻译的示意图。该过程区别于其他两个生理过程的特有碱基配对的方式是______________。在图2中结构②的移动方向是________(从“向左”“向右”中选填)。通常有多个结构②结合在同一条mRNA上,意义是___________________________________________________________________。
【解析】(3)翻译区别于转录和复制特有的碱基配对方式为U(尿嘧啶核糖核苷酸)-A(腺嘌呤核糖核苷酸);翻译过程中核糖体沿着mRNA的5'→3',故结构②在图2中的移动方向是向左,通常有多个结构②核糖体结合在同一条mRNA上,意义是少量的mRNA可以迅速合成大量的蛋白质。
(4)已知密码子UUA、AUU、AAU分别编码的是亮氨酸、异亮氨酸、天冬酰胺,密码子UAA是终止密码子,则图2中的①处应是____________的残基。
【解析】(4)图2 ①处的密码子是AUU,编码的氨基酸是异亮氨酸,故图2中的①处应是异亮氨酸的残基。
答案:(1)M×2n　DNA聚合酶或解旋酶
(2)mRNA、tRNA、rRNA　核糖体
(3)U-A　向左　少量的mRNA可以迅速合成大量的蛋白质
(4)异亮氨酸(共28张PPT)
核心素养测评　
第五单元　第27讲　DNA的复制、基因的转录和翻译
(20分钟　19分)
【基础过关练】
1.(2分)DNA不仅是静态的“基因档案”,更是动态的“生命指挥官”。下列叙述
错误的是 (　　)
A.细胞内DNA复制时,会呈现边解旋边复制现象
B.双链DNA分子复制1次,子代DNA分子中均含有母链
C.DNA复制时,需要解旋酶和DNA聚合酶提供活化能
D.该“生命指挥官”指挥着细胞内蛋白质的合成
√
【解析】选C。细胞内DNA复制具有边解旋边复制的特点,A正确;DNA进行半保留复制,所以双链DNA分子复制1次,子代DNA分子中均含有母链,B正确;酶的作用机理是降低化学反应所需的活化能,不是提供活化能,C错误;该“生命指挥官”是DNA,DNA通过控制蛋白质的合成,控制生物的性状,D正确。
2.(2分)如图中甲表示酵母丙氨酸tRNA的结构示意图。乙和丙是甲相应部分
的放大图,其中I表示次黄嘌呤,能够与A、U或C配对。
下列有关叙述正确的是 (　　)
A.图中tRNA的p端是结合氨基酸的部位
B.丙氨酸的密码子与反密码子是一一对应的
C.单链tRNA分子内部不存在碱基互补配对
D.转录丙所示序列的双链DNA片段含有3个腺嘌呤
√
【解析】选D。图中tRNA的3'-OH端是结合氨基酸的部位,A错误;据题意可知,丙氨酸的反密码子是IGC,则丙氨酸的密码子可能是ACG、UCG、CCG,B错误;tRNA分子的双链部位存在碱基互补配对,单链部位不存在碱基互补配对,C错误;转录过程遵循碱基互补配对原则,转录丙的双链DNA片段为TGGACGAG/ACCTGCTC,含3个腺嘌呤,D正确。
3.(2分)某蛋白质的A、B两条肽链是由一个基因编码的,其中A链中的氨基酸
有m个,B链中的氨基酸有n个。下列有关叙述正确的是 (　　)
A.该蛋白质的肽键数为m+n-1个
B.编码该蛋白质合成的mRNA至少有m+n+1个密码子
C.控制该蛋白质合成的DNA上至少有6(m+n)个碱基
D.基因的两条DNA单链分别编码该蛋白质的两条肽链
√
【解析】选C。因为肽键数=氨基酸数-肽链数,则该蛋白质的肽键数为m+n-2个,A错误;该蛋白质中有m+n个氨基酸,则合成蛋白质的mRNA中至少含有的密码子为m+n个,B错误;DNA(或基因)中碱基数∶mRNA上碱基数∶氨基酸个数=6∶3∶1,蛋白质中有m+n个氨基酸,则控制该蛋白质合成的基因中至少有碱基6(m+n)个,C正确;蛋白质基因的两条DNA单链中只有一条能作为模板转录形成mRNA,再以mRNA为模板翻译形成蛋白质,A、B两条肽链是由蛋白质基因的不同区段来编码的,不是两条DNA单链分别编码A、B两条肽链,D错误。
4.(2分)(2025·绥化模拟)如图是两种细胞中主要遗传信息的表达过程,据图分
析,下列叙述错误的是 (　　)
A.图甲细胞没有核膜包被的细胞核,所以转录
和翻译同时发生
B.图中所示的遗传信息都是从DNA传递给
mRNA再传递给蛋白质的
C.两种表达过程均主要由线粒体提供能量,由细胞质提供原料
D.图乙细胞中每个核糖体合成的多肽链都相同,翻译的方向是由5'端到3'端
√
【解析】选C。分析题图可知,甲细胞没有核膜,转录和翻译可以在细胞质中同一区域同时进行,A正确;图甲、图乙均表示转录和翻译过程,所以遗传信息都是从DNA传递给mRNA,再传递给蛋白质,B正确;原核生物没有线粒体,能量只能由细胞质提供,真、原核细胞遗传信息表达过程所需的原料都是由细胞质提供的,C错误;图乙细胞中翻译过程的模板链相同,所以每个核糖体合成的多肽链相同,翻译是由核糖体中肽链短的那一端向另一端进行的,D正确。
【方法规律】“两看法”判断真、原核生物的基因表达过程
5.(2分)(2025·湖南卷)被噬菌体侵染时,某细菌以一特定RNA片段为重复单元,逆转
录成串联重复DNA,再指导合成含多个串联重复肽段的蛋白Neo,如图所示。该蛋
白能抑制细菌生长,从而阻止噬菌体利用细胞资源。下列叙述错误的是 (　　)
A.噬菌体侵染细菌时,会将核酸注入细菌内
B.蛋白Neo在细菌的核糖体中合成
C.串联重复的双链DNA的两条链均可作为模板指导蛋白
Neo合成
D.串联重复DNA中单个重复单元转录产生的mRNA无终
止密码子
√
【解析】选C。噬菌体侵染细菌时,会将自身的核酸注入细菌内,而蛋白质外壳留在外面,这是噬菌体侵染细菌的特点,A正确;细菌有核糖体,蛋白Neo是在细菌内合成的蛋白质,所以在细菌的核糖体中合成,B正确;在转录过程中,以DNA的一条链为模板合成mRNA,进而指导蛋白质的合成,而不是双链DNA的两条链都作为模板指导蛋白Neo合成,C错误;因为最终合成的是含多个串联重复肽段的蛋白Neo,说明串联重复DNA中单个重复单元转录产生的mRNA无终止密码子,若有终止密码子就会提前终止翻译,不能形成含多个串联重复肽段的蛋白Neo,D正确。
【思维进阶练】
6.(3分) 【不定项】(2026·呼和浩特模拟)研究人员发现HIV可以模拟宿主细胞的应激
反应从而逃避身体的防御系统。这种伪装有助于它进入紧急翻译途径——本质上是
提供伪造的凭证,这些伪造的凭证允许HIV进入宿主细胞的“限制”区域,以便继续制
造它自己的病毒蛋白。流感病毒可在宿主细胞内进行RNA的复制过程。结合图示
分析,下列相关叙述错误的是 (　　)
A.HIV的遗传物质进入紧急翻译途径时需要能量和酶,
会发生③④过程
B.HIV进入宿主细胞的“限制”区域后利用自身的核糖体制造病毒蛋白
C.流感病毒和HIV都通过⑤→①→②过程传递遗传信息
D.该项研究结果可为阻止HIV在人体内的增殖带来希望
√
√
√
【解析】选A、B、C。HIV的遗传物质进入紧急翻译途径时,需要能量和酶,会发生③过程,不会发生④过程,A错误;HIV进入宿主细胞的“限制”区域后利用宿主细胞的核糖体来合成病毒蛋白,B错误;流感病毒不是逆转录病毒,不会通过⑤→①→②过程传递遗传信息,C错误;题述研究了HIV的增殖机制,可为阻止HIV在人体内的增殖带来希望,D正确。
7.(3分) 【不定项】(2026·长沙模拟)如图为环状DNA分子的复制方式,被称为滚环
复制,其过程是先打开其中一条单链a的一个磷酸二酯键,游离出一个3'-OH和一个
5'-磷酸基团末端,随后,在DNA聚合酶催化下,以b链为模板,从a链的3'-OH末端加入
与b链互补的脱氧核苷酸,使链不断延长,新合成的子链随b链的滚动而延伸。与此
同时,以伸展的a链为模板,合成新的子链,最后合成两个子代双链分子。下列说法
正确的是 (　　)
A.DNA甲需要DNA水解酶断裂磷酸二酯键打开缺口
B.滚环复制中,b链滚动方向为逆时针
C.每条子链的合成都需要合成引物
D.DNA乙和DNA丙中新合成链的碱基序列互补
√
√
【解析】选B、D。DNA甲需要特异的酶断裂磷酸二酯键打开缺口,而DNA水解酶只会将DNA水解,A错误;由题图可知,以环状b链为模板,从a链的3'-OH末端加入与b链互补的脱氧核苷酸,使链不断延长,b链通过逆时针滚动而合成新的子链,B正确;滚环复制前亲代双链DNA的一条链在DNA复制起点处被切开,其5'端游离出来,此后开始复制,由于DNA复制过程中子链在3'-OH末端开始延伸的,结合图示可知,滚环复制在3'-OH末端开始以切开的该链为引物向前延伸,不需要合成引物,C错误;DNA乙(以b链为模板)和DNA丙(以a链为模板)中新合成链的碱基序列互补,D正确。
【知识纵横】几种环状DNA的复制
(1)θ复制:如大肠杆菌DNA复制,特点是单起点双向复制。
(2)D环复制:如线粒体或叶绿体DNA复制,特点是两条链复制不同步。
(3)滚环复制:如某些噬菌体单链DNA、环状质粒的复制。
8.(3分)图甲表示果蝇(2N=8)的一个受精卵连续进行两次有丝分裂的过程,图乙表
示果蝇的一个精原细胞经减数分裂产生四个精细
胞的过程。下列有关叙述错误的是 (　　)
A.甲、乙两图中细胞进行DNA复制时均利用含14N
的脱氧核苷酸为原料
B.甲、乙两图所示染色体与DNA分子存在平行关
系,DNA分子以半保留方式复制
C.图甲中受精卵完成第二次分裂后形成的4个子细胞中一共有8条含15N的染色体
D.图乙中处于减数分裂Ⅱ后期的每个次级精母细胞中均有8条含15N的染色体
√
【解析】选C。DNA复制后每条染色体均含有14N,所以甲、乙两图中细胞进行DNA复制时均利用含14N的脱氧核苷酸为原料,A正确;DNA位于染色体上,染色体与DNA分子存在平行关系,根据图中合成的子代DNA分子是一条母链、一条子链可知,DNA分子以半保留方式复制,B正确;第一次有丝分裂形成2个细胞,每个子细胞含有8条染色体,但每条染色体上DNA只有一条链含有15N,第二次有丝分裂后期8条染色体含有15N,8条染色体不含有15N,第二次有丝分裂形成的2个子细胞共有8条含15N的染色体,因此图甲中受精卵
完成第二次分裂后形成的4个子细胞中一共有16条含15N的染色体,C错误;减数分裂过程中DNA只复制一次,细胞连续分裂两次,减数分裂Ⅰ每条染色体上的染色单体都含有15N标记,减数分裂Ⅰ后期同源染色体分离,减数分裂Ⅰ形成的每个次级精母细胞中的每条染色单体都含有15N标记,共8条染色单体,因此减数分裂Ⅱ后期(染色体数目加倍)的每个次级精母细胞中均有8条含15N的染色体,D正确。
【加固训练】
1.(2023·辽宁卷)CD163蛋白是PRRSV病毒感染家畜的受体。为实时监控
CD163蛋白的表达和转运过程,将红色荧光蛋白RFP基因与CD163基因拼接
在一起(如图),使其表达成一条多肽。该拼接过程的关键步骤是除去(　　)
A.CD163基因中编码起始密码子的序列
B.CD163基因中编码终止密码子的序列
C.RFP基因中编码起始密码子的序列
D.RFP基因中编码终止密码子的序列
√
【解析】选B。为实时监控CD163蛋白的表达和转运过程,则拼接在一起的红色荧光蛋白RFP基因与CD163基因都得转录和翻译,使其表达成一条多肽,因此拼接在一起的CD163基因转录形成的mRNA中不能出现终止密码子,否则红色荧光蛋白RFP基因转录形成的mRNA不能进行翻译,无法合成红色荧光蛋白,因此该拼接过程的关键步骤是除去CD163基因中编码终止密码子的序列,B符合题意,A、C、D不符合题意。
2.(2025·牡丹江模拟)心肌细胞不能增殖,基因ARC在心肌细胞中的特异性表达,能抑制其凋亡,以维持正常数量。细胞中另一些基因通过转录形成前体RNA,再经过加工会产生许多非编码RNA,如miR-223(链状)、HRCR(环状)。结合示意图回答下列问题。
(1)若基因ARC碱基数量为900对,其中一条单链鸟嘌呤和胞嘧啶之和占全部
碱基数的46%,则该基因中含有氢键_________个,该基因复制3次共消耗胸
腺嘧啶脱氧核苷酸的数目是_________个。
【解析】(1)双链DNA分子中,鸟嘌呤和胞嘧啶之和占全部碱基数的46%,则
C=G=23%,A=T=27%,即A=T=1800×27%=486(个),G=C=1800×23%=414(个),
由于A和T之间有2个氢键,G和C之间有3个氢键,则该基因中氢键共有
486×2+414×3=2214(个);该基因复制3次共消耗胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目
是(23-1)×486=3402(个)。
　2214　
　3402　
(2)启动过程①时,______________酶需识别并与DNA分子上的启动子结合。
进行过程②的场所是___________,该过程最终合成的T1、T2、T3三条多肽
链的氨基酸顺序_________(填“相同”或“不同”),翻译的方向是_____________
(填“从左到右”或“从右到左”)。
【解析】(2)①表示基因的转录,RNA聚合酶识别并与基因上的启动子结合,
开启转录的过程。②表示翻译,蛋白质合成的场所是核糖体;由于T1、T2、
T3都是以同一条mRNA为模板翻译而来的多肽链,因而具有相同氨基酸顺序;
根据肽链的长短,T3的肽链最长,说明是最先开始翻译的,因而翻译的方向是
从左到右。
　 RNA聚合　
　核糖体　
　相同　
　从左到右　
(3)当心肌缺血、缺氧时,会引起基因miR-223过度表达,所产生的miR-223可与基
因ARC的mRNA特定序列通过碱基互补配对原则结合,形成__________________,
使凋亡抑制因子无法合成,最终导致心力衰竭。与基因ARC相比,核酸杂交分子1
中特有的碱基配对方式是_________________。
【解析】(3)基因miR-223表达形成的miR-223是链状RNA片段,从图中可以看出,其
能够与基因ARC转录形成的mRNA结合,形成核酸杂交分子1,它们是通过碱基互补
配对原则进行结合的;基因ARC是DNA分子,其含有A—T、T—A、G—C、C—G
的碱基对,而核酸杂交分子1是两条RNA的结合,所以只含有A—U、U—A、G—C、
C—G的碱基对,因而核酸杂交分子1中特有的碱基配对方式是A—U、U—A。
　核酸杂交分子1　
　A—U、U—A　
(4)据图分析,HRCR有望成为减缓心力衰竭的新药物,原因是___________
________________________________________________________________
_____________________。
【解析】(4)从图中可以看出,HRCR能够与miR-223互补配对,形成核酸杂交
分子2,以此清除miR-223,使miR-223无法与基因ARC转录的mRNA结合成核
酸杂交分子1,进而使基因ARC表达增加,抑制心肌细胞的凋亡。
　HRCR能
够与miR-223结合形成核酸杂交分子2,清除miR-223,使基因ARC表达增加,
抑制心肌细胞的凋亡　核心素养测评　
第五单元　第27讲　DNA的复制、基因的转录和翻译
(20分钟　19分)
【基础过关练】
1.(2分)DNA不仅是静态的“基因档案”,更是动态的“生命指挥官”。下列叙述错误的是 (　　)
A.细胞内DNA复制时,会呈现边解旋边复制现象
B.双链DNA分子复制1次,子代DNA分子中均含有母链
C.DNA复制时,需要解旋酶和DNA聚合酶提供活化能
D.该“生命指挥官”指挥着细胞内蛋白质的合成
【解析】选C。细胞内DNA复制具有边解旋边复制的特点,A正确;DNA进行半保留复制,所以双链DNA分子复制1次,子代DNA分子中均含有母链,B正确;酶的作用机理是降低化学反应所需的活化能,不是提供活化能,C错误;该“生命指挥官”是DNA,DNA通过控制蛋白质的合成,控制生物的性状,D正确。
2.(2分)如图中甲表示酵母丙氨酸tRNA的结构示意图。乙和丙是甲相应部分的放大图,其中I表示次黄嘌呤,能够与A、U或C配对。
下列有关叙述正确的是 (　　)
A.图中tRNA的p端是结合氨基酸的部位
B.丙氨酸的密码子与反密码子是一一对应的
C.单链tRNA分子内部不存在碱基互补配对
D.转录丙所示序列的双链DNA片段含有3个腺嘌呤
【解析】选D。图中tRNA的3'-OH端是结合氨基酸的部位,A错误;据题意可知,丙氨酸的反密码子是IGC,则丙氨酸的密码子可能是ACG、UCG、CCG,B错误;tRNA分子的双链部位存在碱基互补配对,单链部位不存在碱基互补配对,C错误;转录过程遵循碱基互补配对原则,转录丙的双链DNA片段为TGGACGAG/ACCTGCTC,含3个腺嘌呤,D正确。
3.(2分)某蛋白质的A、B两条肽链是由一个基因编码的,其中A链中的氨基酸有m个,B链中的氨基酸有n个。下列有关叙述正确的是 (　　)
A.该蛋白质的肽键数为m+n-1个
B.编码该蛋白质合成的mRNA至少有m+n+1个密码子
C.控制该蛋白质合成的DNA上至少有6(m+n)个碱基
D.基因的两条DNA单链分别编码该蛋白质的两条肽链
【解析】选C。因为肽键数=氨基酸数-肽链数,则该蛋白质的肽键数为m+n-2个,A错误;该蛋白质中有m+n个氨基酸,则合成蛋白质的mRNA中至少含有的密码子为m+n个,B错误;DNA(或基因)中碱基数∶mRNA上碱基数∶氨基酸个数=6∶3∶1,蛋白质中有m+n个氨基酸,则控制该蛋白质合成的基因中至少有碱基6(m+n)个,C正确;蛋白质基因的两条DNA单链中只有一条能作为模板转录形成mRNA,再以mRNA为模板翻译形成蛋白质,A、B两条肽链是由蛋白质基因的不同区段来编码的,不是两条DNA单链分别编码A、B两条肽链,D错误。
4.(2分)(2025·绥化模拟)如图是两种细胞中主要遗传信息的表达过程,据图分析,下列叙述错误的是 (　　)
A.图甲细胞没有核膜包被的细胞核,所以转录和翻译同时发生
B.图中所示的遗传信息都是从DNA传递给mRNA再传递给蛋白质的
C.两种表达过程均主要由线粒体提供能量,由细胞质提供原料
D.图乙细胞中每个核糖体合成的多肽链都相同,翻译的方向是由5'端到3'端
【解析】选C。分析题图可知,甲细胞没有核膜,转录和翻译可以在细胞质中同一区域同时进行,A正确;图甲、图乙均表示转录和翻译过程,所以遗传信息都是从DNA传递给mRNA,再传递给蛋白质,B正确;原核生物没有线粒体,能量只能由细胞质提供,真、原核细胞遗传信息表达过程所需的原料都是由细胞质提供的,C错误;图乙细胞中翻译过程的模板链相同,所以每个核糖体合成的多肽链相同,翻译是由核糖体中肽链短的那一端向另一端进行的,D正确。
【方法规律】“两看法”判断真、原核生物的基因表达过程
5.(2分)(2025·湖南卷)被噬菌体侵染时,某细菌以一特定RNA片段为重复单元,逆转录成串联重复DNA,再指导合成含多个串联重复肽段的蛋白Neo,如图所示。该蛋白能抑制细菌生长,从而阻止噬菌体利用细胞资源。下列叙述错误的是 (　　)
A.噬菌体侵染细菌时,会将核酸注入细菌内
B.蛋白Neo在细菌的核糖体中合成
C.串联重复的双链DNA的两条链均可作为模板指导蛋白Neo合成
D.串联重复DNA中单个重复单元转录产生的mRNA无终止密码子
【解析】选C。噬菌体侵染细菌时,会将自身的核酸注入细菌内,而蛋白质外壳留在外面,这是噬菌体侵染细菌的特点,A正确;细菌有核糖体,蛋白Neo是在细菌内合成的蛋白质,所以在细菌的核糖体中合成,B正确;在转录过程中,以DNA的一条链为模板合成mRNA,进而指导蛋白质的合成,而不是双链DNA的两条链都作为模板指导蛋白Neo合成,C错误;因为最终合成的是含多个串联重复肽段的蛋白Neo,说明串联重复DNA中单个重复单元转录产生的mRNA无终止密码子,若有终止密码子就会提前终止翻译,不能形成含多个串联重复肽段的蛋白Neo,D正确。
【思维进阶练】
6.(3分) 【不定项】(2026·呼和浩特模拟)研究人员发现HIV可以模拟宿主细胞的应激反应从而逃避身体的防御系统。这种伪装有助于它进入紧急翻译途径——本质上是提供伪造的凭证,这些伪造的凭证允许HIV进入宿主细胞的“限制”区域,以便继续制造它自己的病毒蛋白。流感病毒可在宿主细胞内进行RNA的复制过程。结合图示分析,下列相关叙述错误的是 (　　)
A.HIV的遗传物质进入紧急翻译途径时需要能量和酶,会发生③④过程
B.HIV进入宿主细胞的“限制”区域后利用自身的核糖体制造病毒蛋白
C.流感病毒和HIV都通过⑤→①→②过程传递遗传信息
D.该项研究结果可为阻止HIV在人体内的增殖带来希望
【解析】选A、B、C。HIV的遗传物质进入紧急翻译途径时,需要能量和酶,会发生③过程,不会发生④过程,A错误;HIV进入宿主细胞的“限制”区域后利用宿主细胞的核糖体来合成病毒蛋白,B错误;流感病毒不是逆转录病毒,不会通过⑤→①→②过程传递遗传信息,C错误;题述研究了HIV的增殖机制,可为阻止HIV在人体内的增殖带来希望,D正确。
7.(3分) 【不定项】(2026·长沙模拟)如图为环状DNA分子的复制方式,被称为滚环复制,其过程是先打开其中一条单链a的一个磷酸二酯键,游离出一个3'-OH和一个5'-磷酸基团末端,随后,在DNA聚合酶催化下,以b链为模板,从a链的3'-OH末端加入与b链互补的脱氧核苷酸,使链不断延长,新合成的子链随b链的滚动而延伸。与此同时,以伸展的a链为模板,合成新的子链,最后合成两个子代双链分子。下列说法正确的是 (　　)
A.DNA甲需要DNA水解酶断裂磷酸二酯键打开缺口
B.滚环复制中,b链滚动方向为逆时针
C.每条子链的合成都需要合成引物
D.DNA乙和DNA丙中新合成链的碱基序列互补
【解析】选B、D。DNA甲需要特异的酶断裂磷酸二酯键打开缺口,而DNA水解酶只会将DNA水解,A错误;由题图可知,以环状b链为模板,从a链的3'-OH末端加入与b链互补的脱氧核苷酸,使链不断延长,b链通过逆时针滚动而合成新的子链,B正确;滚环复制前亲代双链DNA的一条链在DNA复制起点处被切开,其5'端游离出来,此后开始复制,由于DNA复制过程中子链在3'-OH末端开始延伸的,结合图示可知,滚环复制在3'-OH末端开始以切开的该链为引物向前延伸,不需要合成引物,C错误;DNA乙(以b链为模板)和DNA丙(以a链为模板)中新合成链的碱基序列互补,D正确。
【知识纵横】几种环状DNA的复制
(1)θ复制:如大肠杆菌DNA复制,特点是单起点双向复制。
(2)D环复制:如线粒体或叶绿体DNA复制,特点是两条链复制不同步。
(3)滚环复制:如某些噬菌体单链DNA、环状质粒的复制。
8.(3分)图甲表示果蝇(2N=8)的一个受精卵连续进行两次有丝分裂的过程,图乙表示果蝇的一个精原细胞经减数分裂产生四个精细胞的过程。下列有关叙述错误的是 (　　)
A.甲、乙两图中细胞进行DNA复制时均利用含14N的脱氧核苷酸为原料
B.甲、乙两图所示染色体与DNA分子存在平行关系,DNA分子以半保留方式复制
C.图甲中受精卵完成第二次分裂后形成的4个子细胞中一共有8条含15N的染色体
D.图乙中处于减数分裂Ⅱ后期的每个次级精母细胞中均有8条含15N的染色体
【解析】选C。DNA复制后每条染色体均含有14N,所以甲、乙两图中细胞进行DNA复制时均利用含14N的脱氧核苷酸为原料,A正确;DNA位于染色体上,染色体与DNA分子存在平行关系,根据图中合成的子代DNA分子是一条母链、一条子链可知,DNA分子以半保留方式复制,B正确;第一次有丝分裂形成2个细胞,每个子细胞含有8条染色体,但每条染色体上DNA只有一条链含有15N,第二次有丝分裂后期8条染色体含有15N,8条染色体不含有15N,第二次有丝分裂形成的2个子细胞共有8条含15N的染色体,因此图甲中受精卵完成第二次分裂后形成的4个子细胞中一共有16条含15N的染色体,C错误;减数分裂过程中DNA只复制一次,细胞连续分裂两次,减数分裂Ⅰ每条染色体上的染色单体都含有15N标记,减数分裂Ⅰ后期同源染色体分离,减数分裂Ⅰ形成的每个次级精母细胞中的每条染色单体都含有15N标记,共8条染色单体,因此减数分裂Ⅱ后期(染色体数目加倍)的每个次级精母细胞中均有8条含15N的染色体,D正确。
【加固训练】
1.(2023·辽宁卷)CD163蛋白是PRRSV病毒感染家畜的受体。为实时监控CD163蛋白的表达和转运过程,将红色荧光蛋白RFP基因与CD163基因拼接在一起(如图),使其表达成一条多肽。该拼接过程的关键步骤是除去 (　　)
A.CD163基因中编码起始密码子的序列
B.CD163基因中编码终止密码子的序列
C.RFP基因中编码起始密码子的序列
D.RFP基因中编码终止密码子的序列
【解析】选B。为实时监控CD163蛋白的表达和转运过程,则拼接在一起的红色荧光蛋白RFP基因与CD163基因都得转录和翻译,使其表达成一条多肽,因此拼接在一起的CD163基因转录形成的mRNA中不能出现终止密码子,否则红色荧光蛋白RFP基因转录形成的mRNA不能进行翻译,无法合成红色荧光蛋白,因此该拼接过程的关键步骤是除去CD163基因中编码终止密码子的序列,B符合题意,A、C、D不符合题意。
2.(2025·牡丹江模拟)心肌细胞不能增殖,基因ARC在心肌细胞中的特异性表达,能抑制其凋亡,以维持正常数量。细胞中另一些基因通过转录形成前体RNA,再经过加工会产生许多非编码RNA,如miR-223(链状)、HRCR(环状)。结合示意图回答下列问题。
(1)若基因ARC碱基数量为900对,其中一条单链鸟嘌呤和胞嘧啶之和占全部碱基数的46%,则该基因中含有氢键　2214　个,该基因复制3次共消耗胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目是　3402　个。
【解析】(1)双链DNA分子中,鸟嘌呤和胞嘧啶之和占全部碱基数的46%,则C=G=23%,A=T=27%,即A=T=1800×27%=486(个),G=C=1800×23%=414(个),由于A和T之间有2个氢键,G和C之间有3个氢键,则该基因中氢键共有486×2+414×3=2214(个);该基因复制3次共消耗胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目是(23-1)×486=3402(个)。
(2)启动过程①时,　 RNA聚合　酶需识别并与DNA分子上的启动子结合。进行过程②的场所是　核糖体　,该过程最终合成的T1、T2、T3三条多肽链的氨基酸顺序　相同　(填“相同”或“不同”),翻译的方向是　从左到右　(填“从左到右”或“从右到左”)。
【解析】(2)①表示基因的转录,RNA聚合酶识别并与基因上的启动子结合,开启转录的过程。②表示翻译,蛋白质合成的场所是核糖体;由于T1、T2、T3都是以同一条mRNA为模板翻译而来的多肽链,因而具有相同氨基酸顺序;根据肽链的长短,T3的肽链最长,说明是最先开始翻译的,因而翻译的方向是从左到右。
(3)当心肌缺血、缺氧时,会引起基因miR-223过度表达,所产生的miR-223可与基因ARC的mRNA特定序列通过碱基互补配对原则结合,形成　核酸杂交分子1　,使凋亡抑制因子无法合成,最终导致心力衰竭。与基因ARC相比,核酸杂交分子1中特有的碱基配对方式是　A—U、U—A　。
【解析】(3)基因miR-223表达形成的miR-223是链状RNA片段,从图中可以看出,其能够与基因ARC转录形成的mRNA结合,形成核酸杂交分子1,它们是通过碱基互补配对原则进行结合的;基因ARC是DNA分子,其含有A—T、T—A、G—C、C—G的碱基对,而核酸杂交分子1是两条RNA的结合,所以只含有A—U、U—A、G—C、C—G的碱基对,因而核酸杂交分子1中特有的碱基配对方式是A—U、U—A。
(4)据图分析,HRCR有望成为减缓心力衰竭的新药物,原因是　HRCR能够与miR-223结合形成核酸杂交分子2,清除miR-223,使基因ARC表达增加,抑制心肌细胞的凋亡　。
【解析】(4)从图中可以看出,HRCR能够与miR-223互补配对,形成核酸杂交分子2,以此清除miR-223,使miR-223无法与基因ARC转录的mRNA结合成核酸杂交分子1,进而使基因ARC表达增加,抑制心肌细胞的凋亡。(共89张PPT)
第27讲　DNA的复制、基因的转录和翻译
考点一　DNA的复制
考点二　DNA复制与细胞分裂中染色体的同位素标记
从教材走向高考
考点三　基因的转录和翻译
考点四　中心法则
【课标要求】
1.概述DNA分子通过半保留方式进行复制。
2.概述DNA分子上的遗传信息通过 RNA指导蛋白质的合成,细胞分化的本质是基因的选择性表达,生物的性状主要通过蛋白质表现。
考点一　DNA的复制
【精梳攻教材】
【基础整合】
1.DNA半保留复制的实验证据:
【名师点睛】
15N不具有放射性
证明DNA半保留复制所用的15N是不具有放射性的稳定的同位素,研究分泌蛋白的合成与分泌所用的3H是具有放射性的不稳定的同位素。
2.DNA的复制:
(1)概念、时间、场所:
(2)过程:
(3)特点:
(4)结果:一个DNA分子形成了两个__________的DNA分子。
(5)DNA准确复制的原因及意义:
完全相同
【多维赋能】
1.在DNA复制启动时,尚未解开螺旋的亲代双链DNA同新合成的两条子代双链DNA的交界处,就称为复制叉,两个靠得很近的复制叉之间形成的空间称为复制泡。
果蝇DNA形成多个复制泡的原因:果蝇的DNA有多个复制起点,可同时从不同起点开始DNA的复制,由此加快________________,为细胞分裂做好物质准备。
DNA复制的速率
2.DNA复制的半不连续性
DNA两条链反向平行,一条链为5'→3',另一条链为3'→5',DNA子链的合成方向只能是_______,故DNA复制时,以3'→5'链为模板时,子链可以沿5'→3'方向______复制;以另一条链为模板时,每解旋至足够长度,子链再沿_______方向复制,复制合成的DNA片段,再通过DNA连接酶连接起来。
5'→3'
连续
5'→3'
【自测强化】
1.甲基是DNA半保留复制的原料之一。(2024·黑吉辽卷,9B)( )
分析:DNA复制的原料是四种脱氧核苷酸。
2.梅塞尔森和斯塔尔选择大肠杆菌为实验材料,应用同位素标记技术进行探究,证明DNA的半保留复制。(2025·福建卷,8C)( )
3.DNA聚合酶的作用是打开DNA双链。(2021·辽宁卷,4D)( )
分析:DNA聚合酶的主要作用是合成新DNA链,解旋酶的作用是打开DNA双链。
×
√
×
4.在真核生物中,DNA的复制是在细胞分裂前的间期,随染色体的复制而完成的。(必修2 P55正文)( )
5.DNA独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板。(必修2 P56正文)( )
6.DNA通过复制将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞,从而保持了遗传信息的连续性。(必修2 P56正文)( )
√
√
√
【精研强思维】
【思维探究】
目前已知的DNA聚合酶都只能延长已存在的DNA链,而不能从头合成DNA链,因此DNA复制时,子链的延伸需要RNA引物引导,引物的3'羟基端作为新合成子链的起始。如图1为某DNA部分片段;图2为真核细胞DNA复制过程及结束阶段示意图,每条链5'→3'的方向由箭头指示,粗线代表母链(a链和b链),细线代表新生链(后随链和前导链)。端粒是位于染色体末端的一段特殊序列的DNA—蛋白质复合体,后来科学研究发现端粒随着细胞分裂的进行逐渐缩短可能与DNA的复制方式密切相关。
(1)(科学思维)若图1中DNA分子共有1500个碱基对,含⑥900个,该段DNA分子复制n次,第n次复制时,需要消耗C__________个(用公式表达)。由图2可知,DNA分子复制的方向是__________。
提示:900×　5'端→3'端
(2)(生命观念)图2中,后随链延伸的方向和解旋酶的移动方向__________(填“相同”或“相反”),其合成需要__________(填“一个”或“多个”)RNA引物。
提示:相反　多个
(3)(生命观念)DNA复制结束后,需去除所有RNA引物,并由DNA片段继续延伸填补相应缺口。去除引物__________(填编号)核苷酸链无法延伸,造成端粒缩短,理由可能是_______________________________________。
提示:③　由于子链的延伸方向为5'端→3'端,去除引物③后,核苷酸链无法延伸,缺口无法填补,造成端粒缩短
(4)(科学探究)通常DNA分子复制从一个复制起始点开始,有单向复制和双向复制,如图所示。放射性越高的3H-胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸(3H-脱氧胸苷),在放射自显影技术的图像上,感光还原的银颗粒密度越高。
①请利用放射自显影技术、低放射性3H-脱氧胸苷和高放射性3H-脱氧胸苷,设计实验以确定大肠杆菌DNA复制的方向。
______________________________________________________________________。
提示:复制开始时,首先用含低放射性3H-脱氧胸苷培养基培养大肠杆菌,一段时间后转移到含有高放射性3H-脱氧胸苷的培养基中继续培养,用放射自显影技术观察复制起点和复制起点两侧银颗粒密度情况
②预测实验结果并得出结论。
______________________________________________________________________________________________________。
提示:若复制起点处银颗粒密度低,复制起点的一侧银颗粒密度高,则DNA分子复制为单向复制;若复制起点处银颗粒密度低,复制起点的两侧银颗粒密度高,则DNA分子复制为双向复制
【思维建构】
“数学模型法”分析DNA复制相关计算
(1)将双链均含有15N的DNA分子放在含有14N的培养液中连续复制n次,则:
(2)DNA分子复制过程中消耗的脱氧核苷酸数
①若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,经过n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为________。
②第n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为________。
m·(2n-1)
m·
【精练提素养】
1.【不定项】(2026·济宁模拟)某生物兴趣小组将大肠杆菌在含15N的培养基中繁殖数代后,使大肠杆菌DNA的含氮碱基都含有15N。然后再将其转入含14N的培养基中培养,提取亲代及子代的DNA,离心分离,如图①~⑤为可能的结果。下列有关叙述错误的是(　　)
A.实验过程中,所使用的研究方法是同位素标记法、密度梯度离心法
B.根据含14N或15N的DNA离心后的位置,⑤为亲代、②为子一代
C.若出现图中③的结果(带宽比3∶1),则亲代DNA进行了4次复制
D.根据②的结果,若将DNA处理成单链后再离心,也可以证明DNA的复制为半保留复制
√
√
【解析】选C、D。验证DNA半保留复制的实验过程中要用到同位素标记法和密度梯度离心法,A正确。根据题干信息,亲代DNA的含氮碱基都含有15N,离心后属于重带,即图中⑤,再将其转入含14N的培养基中培养,形成的子一代DNA一条链是15N,一条链是N,离心后属于中带,即图中②,B正确。亲代DNA进行3次复制,形成了8个DNA,其中2个DNA一条链是15N,一条链是14N,另外6个DNA两条链都是14N,离心后会出现图中③的结果(带宽比3∶1),C错误。一个DNA分子形成两个DNA分子,如果是全保留复制,其中一个是亲代的DNA分子,而另一个则是新形成的DNA分子,DNA处理成单链后再离心,出现重带和轻带,带宽比为1∶1;如果是半保留复制,则新形成的两个DNA分子,一条链是15N,一条链是14N,DNA处理成单链后再离心,也会出现重带和轻带,带宽比为1∶1,无法证明DNA的复制为半保留复制,D错误。
2.【不定项】细胞中DNA分子复制时,在解旋酶的作用下DNA双链解开,DNA单链结合蛋白与解旋后的DNA单链结合,使单链呈伸展状态而有利于复制。如图是原核细胞中DNA复制过程的DNA单链结合蛋白示意图。下列有关分析错误的是(　　)
A.在真核细胞中,分裂间期DNA复制与染色体复制是分别独立进行的
B.DNA是边解旋边复制,两条子链的合成都是连续的
C.DNA能准确复制的原因是具有独特的双螺旋结构
D.DNA单链结合蛋白能防止解旋的DNA单链重新配对
√
√
√
【解析】选A、B、C。真核细胞中DNA复制与染色体复制是同步进行的,A错误;DNA分子的两条链是反向平行的,从题图可以看出,在复制的过程中,其中一条子链的形成是不连续的,B错误;DNA能准确复制的原因是双螺旋结构提供了精确的模板,复制过程遵循了碱基互补配对原则,C错误;DNA单链结合蛋白与解旋后的DNA单链结合,可避免两条单链间相互配对而复旋,D正确。
【加固训练】
(2025·北京卷)1958年,Meselson和Stahl通过15N标记DNA的实验,证明了DNA的半保留复制。关于这一经典实验的叙述正确的是 (　　)
A.因为15N有放射性,所以能够区分DNA的母链和子链
B.得到的DNA带的位置有三个,证明了DNA的半保留复制
C.将DNA变成单链后再进行离心也能得到相同的实验结果
D.选择大肠杆菌作为实验材料是因为它有环状质粒DNA
√
【解析】选B。15N没有放射性,它与14N只是氮元素的不同同位素,质量不同,可通过密度梯度离心技术区分含不同氮元素的DNA,进而区分DNA的母链和子链,A错误;在15N标记DNA的实验中,得到的DNA带的位置有轻带(两条链都含14N)、中带(一条链含14N,一条链含15N)、重带(两条链都含15N)3个。根据不同代DNA在离心后出现的这些带的位置和比例,证明了DNA的半保留复制,B正确;若将DNA解链为单链后离心,无论是全保留还是半保留复制,都是只有两条条带,不能证明DNA的半保留复制,C错误;选择大肠杆菌作为实验材料是因为大肠杆菌繁殖快,容易培养,能在短时间内获得大量的子代,便于观察实验结果,而不是因为它有环状质粒DNA,D错误。
考点二　DNA复制与细胞分裂中染色体的同位素标记
【精研强思维】
【思维探究】
在含有BrdU(溴脱氧尿苷)的培养液中进行DNA复制时,BrdU会取代胸苷掺入新合成的链中,形成BrdU标记链。若将一个玉米体细胞(含20条染色体)置于含BrdU的培养液中进行连续两次相同分裂方式产生4个子细胞(不考虑突变和互换)
(1)(科学思维)在第一次细胞分裂中期,1个细胞中被标记的染色单体是多少条
提示:40。
(2)(科学思维)在第二次细胞分裂中期,核DNA中被标记的DNA链所占的比例是多少
提示:3/4。
(3)(科学思维)在第二次分裂完成后,形成的4个子细胞中可能有几个细胞核含亲代DNA链
提示:2、3或4个。
(4)(科学思维)在第二次分裂完成后,形成的4个子细胞中未被标记的染色体是多少条
提示:0。
【思维建构】
“图解法”分析细胞分裂过程中的同位素标记问题
1.DNA分子半保留复制图像及解读:
2.有丝分裂中子代DNA(染色体)标记情况分析:
若只复制一次,产生的子染色体都带有标记;若复制两次,产生的子染色体只有一半带有标记。过程如下图(一般只研究一条染色体)
复制一次(母链标记,培养液不含标记同位素):
转至不含标记同位素培养液中再培养一个细胞周期:
3.减数分裂中DNA(染色体)标记情况分析:
减数分裂没有细胞周期,DNA只复制一次,结果产生的子染色体都带有标记。过程如图(减数分裂一般选取一对同源染色体为研究对象)
【精练提素养】
1.一个含有2n条染色体的生物体细胞,其染色体中DNA的两条链都被标记,在不含标记的原料中进行有丝分裂,下列叙述错误的是(　　)
A.第一次分裂的后期细胞中有4n条带标记的染色体
B.第二次分裂的中期每个细胞中有2n条带标记的染色单体
C.第二次分裂的后期每个细胞中有4n条带标记的染色体
D.第二次分裂结束后有的子细胞中可能不带有标记
√
【解析】选C。解答本题见下表:
A(√) 含有2n条染色体的生物体细胞,其染色体中DNA的两条链都被标记,在不含标记的原料中进行有丝分裂,由于DNA进行半保留复制,则第一次分裂后期的细胞中有4n条染色体,且均带标记
B(√) 第二次分裂开始时,每条染色体的DNA分子中均为一条链带标记而另一条链不带标记,DNA复制后两条姐妹染色单体由一个着丝粒相连,因此第二次分裂中期每个细胞中有2n条带标记的染色单体
C(×) 第二次分裂后期着丝粒分裂,姐妹染色单体随机移向细胞两极,每个细胞中有2n条带标记的染色体
D(√) 由于有丝分裂后期含有标记的姐妹染色单体随机移向两极,故第二次分裂结束后有的子细胞中可能不带有标记
2.【不定项】(2025·泰安模拟)关于DNA的复制,科学家曾经提出半保留和全保留两种复制方式(如图1所示)。某研究小组将玉米根尖分生区细胞置于含放射性3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液中连续培养2个细胞周期。图2表示中期染色体的放射性分布情况。下列叙述正确的是(　　)
A.若第1个细胞周期的中期染色体情况都为图2中的A,则复制方式为图1中的a模式
B.无论是哪一种DNA复制方式,第1个细胞周期的中期都不会出现图2中C所示的染色体
C.若DNA复制方式为图1中的b模式,则第2个细胞周期的中期染色体都为图2的A
D.若DNA复制方式为图1中的a模式,则第2个细胞周期的中期染色体都为图2的A
√
√
√
【解析】选A、B、D。若DNA复制一次后两个染色单体都有放射性,则说明是半保留复制,A正确。若半保留复制一次后,中期染色体如图2中的A;若全保留复制一次后,中期染色体如图2中的B,B正确。若全保留复制两次,则中期染色体如图2中的A和B;若半保留复制两次,中期染色体都如图2中的A,C错误,D正确。
3.(2025·通化模拟)某动物(2N=4)的一个精原细胞所有核DNA分子的一条链被32P标记,另一条链无放射性标记。将该细胞放在不含放射性的培养液中完成减数分裂,得到4个精细胞。下列有关这4个精细胞放射性含量及其原因的分析,错误的是(　　)
A.若只有1个精细胞有放射性,可能是减数分裂Ⅰ后期一对同源染色体移向同一极
B.若只有2个精细胞有放射性,可能是减数分裂Ⅱ后期2个次级精母细胞含有32P标记的2条染色体均移向同一极
C.若只有3个精细胞有放射性,可能是减数分裂Ⅱ后期1个次级精母细胞含有32P标记的2条染色体移向同一极
D.若4个精细胞均有放射性,可能是减数分裂Ⅰ前期一对同源染色体发生了互换
√
【加固训练】
目的基因两条链均被32P标记后导入动物精原细胞,并整合到染色体DNA中,选择含有2个目的基因的精原细胞在不含放射性的培养基中培养,经过两次连续分裂得到4个子细胞。对子细胞放射性进行检测,若不考虑变异,下列判断正确的是(　　)
A.单个子细胞中被放射性标记的染色体条数最少有2条,最多有4条
B.若子细胞中有3个细胞具有放射性标记,则精原细胞进行的一定是减数分裂
C.若进行两次有丝分裂,只有2个子细胞有放射性,则2个基因位于一条染色体上
D.若进行减数分裂,有2个子细胞有放射性且每个细胞中放射性染色体条数为2条,则两个基因位于非同源染色体上
√
【解析】选D。2个目的基因可能插入同一条染色体上,若该精原细胞进行减数分裂,由于同源染色体分离,可能出现2个子细胞中不含32P,2个含有32P的情况,故单个子细胞中被放射性标记的染色体条数最少为0条,A错误;若2个基因插入两条染色体中,DNA进行半保留复制,若该精原细胞进行两次连续的有丝分裂,第一次分裂产生的子细胞中标记的染色体所含有的DNA均为一条链被标记,进行第二次分裂中期时一条染色体中一个DNA被标记,一个DNA未被标记,着丝粒分开后,姐妹染色单体分开,随机移向细胞两极,产生的4个子细胞中可能有2、3、4个细胞带有32P,B、C错误;若该精原细胞进行减数分裂,DNA复制一次,若标记的染色体减数分裂Ⅰ时进入细胞的同一极,即2个基因位于非同源染色体上可进入同一个子细胞中,产生的4个子细胞中有2个细胞带有32P,D正确。
考点三　基因的转录和翻译
【精梳攻教材】
【基础整合】
1.RNA的结构与功能:
2.遗传信息的转录:
(1)概念:以______________为模板,按碱基互补配对原则合成______的过程。
(2)过程(如图):
(3)意义:将DNA 的遗传信息传递给________。
DNA的一条链
RNA
mRNA
【名师点睛】
模板链与编码链
在转录时,会以DNA的一条链为模板,称为模板链,而另一条链称为编码链。DNA上含有多个基因,转录时不同的基因可以以不同的链作为模板链,即就双链DNA分子中的一条链来说,既是某些基因的模板链,又是另一些基因的编码链。
3.遗传信息的翻译:
(1)概念:游离在细胞质中的各种氨基酸,以________为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
(2)条件:
场所 模板 原料 能量 搬运工具 酶
核糖体 mRNA 氨基酸 ATP tRNA 多种酶
mRNA
(3)过程:
(4)产物:多肽 蛋白质
【名师点睛】
密码子的简并
多种密码子编码同一种氨基酸的现象称为密码子的简并。密码子的简并既可以增强密码容错性,也可以保证使用频率高的氨基酸的运输效率,从而保证翻译的速度。
【多维赋能】
密码子与反密码子
项目 密码子 反密码子
位置 _______ ______
作用 直接决定蛋白质中________ 的序列(部分终止密码子除外) 识别_______
特点 与____________上的碱基 互补 与________________的碱基
互补
种类 64 很多种
mRNA
tRNA
氨基酸
密码子
DNA模板链
mRNA中密码子
【自测强化】
1.碱基序列不同的mRNA翻译得到的肽链不可能相同。(2024·贵州卷,7D)
( )
分析:由于密码子的简并,碱基序列不同的mRNA翻译得到的肽链也可能相同。
2.mRNA的每个密码子都能结合相应的tRNA。(2023·江苏卷,6C)( )
分析:终止密码子不能决定氨基酸,不能结合tRNA。
3.tRNA分子内部不发生碱基互补配对。(2023·江苏卷,6A)( )
分析:tRNA分子内部局部双链区存在碱基互补配对。
×
×
×
4.细胞中以DNA的一条单链为模板转录出的RNA均可编码多肽。(2020·全国卷Ⅲ,1B)( )
分析:转录可产生mRNA、tRNA、rRNA等,其中tRNA和rRNA不能编码多肽。
5.转录和翻译过程中,碱基互补配对的方式不同。(2025·黑吉辽内蒙古卷,14A)( )
6.核糖体与mRNA的结合部位形成1个tRNA结合位点。(2025·黑吉辽内蒙古卷,14D)( )
分析:一个核糖体与mRNA的结合部位形成2个tRNA的结合位点。
×
√
×
【精研强思维】
【思维探究】
(1)(生命观念)起始密码子AUG决定甲硫氨酸,蛋白质的第一个氨基酸往往不是甲硫氨酸的原因是____________________________________________
_____________________________________________________________。
提示:翻译生成的多肽链往往需进行加工修饰,甲硫氨酸在此过程中会被剪切掉
(2)(生命观念)如图是某种tRNA的结构,该tRNA上的反密码子为__________,该tRNA上________(填“含有”或“不含”)氢键。
提示:3'—UCG—5'　含有
(3)多肽链合成时,在一个mRNA分子上有若干个核糖体同时工作,不同核糖体合成的多肽链往往是__________(填“相同”或“不同”)的,原因是______________________________________________________________,这种合成方式大大提高了翻译效率。
提示:相同　一个mRNA分子上的每一个核糖体都是从mRNA上的第一个起始密码子起始翻译,到第一个终止密码子终止翻译
【思维建构】
1.常考图示解读:
2.基因表达中的相关数量关系:
实际基因表达过程中的数量关系不符合6∶3∶1的原因
(1)DNA中有的片段无遗传效应,不能转录出mRNA。
(2)在基因片段中,有的片段(如非编码区)起调控作用,不转录。
(3)转录出的mRNA中有终止密码子,一般情况下,终止密码子不编码氨基酸。
(4)合成的肽链在加工过程中可能会被剪切掉部分氨基酸。
【精练提素养】
1.(2025·广东卷)VHL基因的一个碱基发生突变,使其编码区中某CCA(编码脯氨酸)变成CCG(编码脯氨酸),导致合成的mRNA变短,引发VHL综合征。该突变(　　)
A.改变了DNA序列中嘧啶的数目
B.没有体现密码子的简并
C.影响了VHL基因的转录起始
D.改变了VHL基因表达的蛋白序列
√
【解析】选D。该突变将CCA变为CCG,原互补链GGT变为GGC,嘧啶数目未改变,仅种类发生变化(T→C),A错误;突变后CCA(脯氨酸)变为CCG(脯氨酸),不同密码子编码同一氨基酸,体现了密码子的简并,B错误;转录起始由启动子调控,突变发生在编码区(外显子),不影响转录起始,C错误;突变导致mRNA变短(如提前出现终止密码子),使翻译提前终止,蛋白序列缩短,D正确。
2.(2024·湖北卷)编码某蛋白质的基因有两条链,一条是模板链(指导mRNA合成),其互补链是编码链。若编码链的一段序列为5'-ATG-3',则该序列所对应的反密码子是(　　)
A.5'-CAU-3' B.5'-UAC-3' C.5'-TAC-3' D.5'-AUG-3'
【解析】选A。本题主要考查密码子与反密码子的概念。由题意可知,DNA中作为mRNA合成模板的链为模板链,与模板链配对的为编码链,因此mRNA上的密码子与DNA编码链的碱基序列相近,只是T用U代替。若编码链的一段序列为5'-ATG-3',则mRNA上密码子的碱基序列为5'-AUG-3',该序列所对应的反密码子是5'-CAU-3',A正确,B、C、D错误。
√
3.(2025·哈尔滨模拟)科学家将猪白细胞介素-7(pIL-7)基因导入人胚胎肾细胞(HEK293T)进行表达。回答下列问题:
(1)猪的pIL-7基因在人HEK293T细胞中仍然能表达出猪的pIL-7蛋白,主要原因是__________________________。
【解析】(1)猪的pIL-7基因能在人HEK293T细胞中成功表达出猪的pIL-7蛋白,主要原因是生物界共用同一套遗传密码,这是基因工程的理论基础之一。
生物界共用同一套遗传密码
(2)下图表示pIL-7基因的部分表达过程,图中过程1称为______,在该过程中被称为编码链的是图中的___链。
【解析】(2)过程1是转录,根据碱基互补配对原则可以看出:b链是转录的模板链,a链是编码链。
转录
a
(3)为了提高表达效率,科学家在基因导入前依据人细胞偏爱表达的密码子种类对pIL-7基因进行了碱基序列的修改,该操作后得到的表达产物仍然与天然的猪白细胞介素-7的氨基酸序列一致,两者能够保持一致的原因是___________________
________________________________________________________。
【解析】(3)为了提高表达效率,科学家在基因导入前依据人细胞偏爱表达的密码子种类对pIL-7基因进行了碱基序列的修改,该操作后得到的表达产物蛋白质氨基酸序列不变,即多肽链中氨基酸序列没变,说明虽然DNA序列变了,但修改后对应的密码子仍然编码同种氨基酸,即密码子的简并的特点并未引起氨基酸序列的改变。
密码子具有简并的特
点,修改后的序列转录得到的密码子编码的仍然是原来的氨基酸
【加固训练】
(2024·贵州卷)如图是某基因编码区部分碱基序列,在体内其指导合成肽链的氨基酸序列为:甲硫氨酸-组氨酸-脯氨酸-赖氨酸……。下列叙述正确的是(　　)
AUG(起始密码子):甲硫氨酸　CAU、CAC:组氨酸　CCU:脯氨酸　AAG:赖氨酸　UCC:丝氨酸　UAA(终止密码子)
A.①链是转录的模板链,其左侧是5'端,右侧是3'端
B.若在①链5~6号碱基间插入一个碱基G,合成的肽链变长
C.若在①链1号碱基前插入一个碱基G,合成的肽链不变
D.碱基序列不同的mRNA翻译得到的肽链不可能相同
√
【解析】选C。本题考查基因的表达,即转录与翻译。转录是以DNA的一条链为模板,按照碱基互补配对原则合成RNA的过程,由于起始密码子是AUG,故①链是转录的模板链,转录时模板链读取的方向是3'→5',即左侧是3'端,右侧是5'端,A错误;在①链5~6号碱基间插入一个碱基G,将会导致终止密码子提前出现,故合成的肽链变短,B错误;①链是转录的模板链,若在①链1号碱基前插入一个碱基G,则①链转录出的mRNA序列5'端起始密码子AUG前增加了一个碱基G,但翻译仍从起始密码子AUG开始,故合成的肽链不变,C正确;mRNA是翻译模板,但由于密码子的简并,碱基序列不同的mRNA中密码子不同,对应的氨基酸可能是相同的,因此翻译得到的肽链也可能相同,D错误。
考点四　中心法则
【精梳攻教材】
【基础整合】
1.提出者:________。
2.中心法则内容图解:
图中:①DNA的复制;②______;③翻译;④____________;⑤____________。
克里克
转录
RNA的复制
RNA逆转录
3.各种生物遗传信息的传递途径:
4.生命是物质、能量和信息的统一体:
DNA、RNA是信息的载体,________是信息的表达产物,而_____为信息的流动提供能量。
【多维赋能】
中心法则的相关知识点
(1)需要解旋的过程及相关酶:DNA复制(两条链都作为模板),需解旋酶;转录(DNA中的一条链作为模板),需____________解旋。
蛋白质
ATP
RNA聚合酶
(2)高等动植物只有DNA复制、转录、翻译三条途径,但具体到不同细胞情况不完全相同,如根尖分生区细胞等分裂旺盛的组织细胞中三条途径都有;叶肉细胞等高度分化的细胞无__________途径,只有转录和翻译两条途径;哺乳动物成熟的红细胞无遗传信息的传递。
(3)RNA复制和逆转录只发生在被RNA病毒感染的细胞中,是对中心法则的补充和完善。
(4)上述五个过程都需进行碱基互补配对,进行碱基互补配对的场所有________、叶绿体、线粒体、核糖体。
DNA复制
细胞核
【自测强化】
1.烟草花叶病毒的RNA可通过复制将遗传密码传递给子代。( )
分析:烟草花叶病毒的RNA可通过复制将遗传信息传递给子代。
2.少数生物(如一些RNA病毒)的遗传信息可以从RNA流向RNA以及从RNA流向DNA。(必修2 P69正文)( )
3.中心法则涉及的全部过程均可发生在正常人体细胞内。( )
分析:正常细胞中往往不会发生逆转录和RNA复制过程。
4.线粒体中遗传信息的传递也遵循中心法则。(必修2 P69正文)( )
5.生命是物质、能量和信息的统一体。( )
×
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×
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√
【精练提素养】
1.【不定项】(2026·沈阳模拟)“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.催化该过程的酶为逆转录酶
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
√
√
【解析】选A、C。图中表示的是以RNA为模板合成DNA的过程,催化该过程的酶是逆转录酶,A正确;mRNA链上3个相邻核苷酸排列而成的能决定氨基酸种类的三联体才能称为一个密码子,B错误;DNA单链上的脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键相连,C正确;逆转录过程中遗传信息从RNA向DNA传递,D错误。
2.【不定项】(2026·哈尔滨模拟)根据中心法则,生物体内的遗传信息可以发生如图所示的流动。近年来研究发现,人类的 DNA 聚合酶 θ(Polθ)能够高效地将 RNA 信息编写为 DNA,在健康细胞中,Polθ 参与 RNA 介导的 DNA 修复,而在癌细胞中,Polθ 可高度表达,并促进癌细胞生长和耐药性的形成。下列说法正确的是(　　)
A.图中⑤过程发生在RNA 病毒颗粒中
B.图中③过程需要多种 RNA 参与
C.人类的 Polθ 有类似逆转录酶的功能
D.Polθ 有可能成为抗癌药物的靶点
√
√
√
【解析】选B、C、D。题图中⑤表示RNA的复制,某些RNA病毒增殖过程中会发生,此过程发生在病毒寄生的活细胞中,A错误;③表示翻译,翻译过程中需要多种RNA参与,如mRNA作为翻译的模板、tRNA作为转运氨基酸的工具、rRNA参与核糖体的组成,而核糖体是翻译的场所,B正确;Polθ参与RNA介导的DNA修复,该过程是以RNA为模板合成DNA,说明Polθ有逆转录酶的功能,C正确;在癌细胞中,Polθ可高度表达,并促进癌细胞生长和耐药性的形成,说明Polθ有可能成为抗癌药物的靶点,D正确。
3.(2022·河北卷)关于中心法则相关酶的叙述,错误的是(　　)
A.RNA聚合酶和逆转录酶催化反应时均遵循碱基互补配对原则且形成氢键
B.DNA聚合酶、RNA聚合酶和逆转录酶均由核酸编码并在核糖体上合成
C.在解旋酶协助下,RNA聚合酶以单链DNA为模板转录合成多种RNA
D.DNA聚合酶和RNA聚合酶均可在体外发挥催化作用
√
【解析】选C。RNA聚合酶和逆转录酶催化反应时均遵循碱基互补配对原则,在转录和逆转录的过程中会与模板链形成氢键,A正确;DNA聚合酶、RNA聚合酶和逆转录酶的本质是蛋白质,蛋白质由核酸编码并在核糖体上合成,B正确;转录时,RNA聚合酶催化DNA双链解开,并以单链DNA为模板转录合成多种RNA,C错误;DNA聚合酶和RNA聚合酶在生物体内和体外均能发挥催化作用,D正确。
4.(2025·运城模拟)脊髓灰质炎病毒是一种单股正链RNA(+RNA)病毒,如图表示该病毒在细胞内增殖过程。下列有关叙述错误的是(　　)
A.过程①为翻译过程,是以+RNA为模板合成蛋白质
B.过程②为RNA复制,形成的-RNA与+RNA碱基序列相同
C.过程③与过程②使用的酶相同,酶X为RNA聚合酶
D.+RNA→+RNA的过程,消耗的嘌呤碱基数等于嘧啶碱基数
√
【解析】选B。过程①为翻译过程,是以+RNA为模板合成特定氨基酸序列的蛋白质,A正确;过程②③为RNA复制,形成的-RNA与+RNA碱基序列互补,B错误;过程③与过程②使用的酶均为酶X,酶X为RNA聚合酶,C正确;+RNA复制产生子代+RNA的过程,必须先复制为-RNA,然后复制为+RNA,所以消耗的原料为合成互补的两条RNA链的核糖核苷酸,因此消耗的嘌呤碱基数等于嘧啶碱基数,D正确。
【加固训练】
RNA复制是以RNA为模板合成RNA的过程,发生在许多RNA病毒的生活史中。能进行RNA复制的单链RNA病毒分为正链RNA(+RNA)病毒和负链RNA(-RNA)病毒。下图为正链RNA和负链RNA基因组的复制过程,相关说法正确的是(　　)
A.在+RNA病毒感染宿主细胞后翻译生成的物质可能是以DNA为模板的RNA聚合酶
B.-RNA病毒的增殖过程需要逆转录酶的参与
C.合成-RNA和+RNA以及蛋白质的原料和场所均由宿主细胞提供
D.+RNA病毒复制产生一个+RNA所消耗的嘌呤碱基总数和嘧啶碱基总数不相等
√
【解析】选C。在+RNA病毒感染宿主细胞后翻译生成的物质可能是以+RNA为模板的RNA聚合酶,A错误;-RNA病毒的增殖过程不需要逆转录酶的参与,B错误;病毒需寄生在活细胞内才能完成生命活动,合成-RNA和+RNA以及蛋白质的原料和场所均由宿主细胞提供,C正确;+RNA病毒复制产生一个+RNA的过程中需先产生-RNA,其与+RNA是碱基互补配对的,所消耗的嘌呤碱基总数和嘧啶碱基总数相等,D错误。
从教材走向高考
【体验高考真题溯源】
1.(2025·山东卷)→(必修2 P78选择题T3)关于豌豆细胞核中淀粉酶基因遗传信息传递的复制、转录和翻译三个过程,下列说法错误的是(　　)
A.三个过程均存在碱基互补配对现象
B.三个过程中只有复制和转录发生在细胞核内
C.根据三个过程的产物序列均可确定其模板序列
D.RNA聚合酶与核糖体沿模板链的移动方向不同
√
【教考融通】
教材重点知识是转录、翻译的原则、原料、场所等,本题则进一步考查复制、转录、翻译的原则、场所、方向等。
【解析】选C。DNA复制、转录和翻译过程中均遵循碱基互补配对原则,因此都存在碱基互补配对现象,A正确;翻译发生在细胞质基质中的核糖体上,豌豆细胞核中淀粉酶基因复制和转录的场所都是细胞核,B正确;DNA复制和转录可以通过产物序列确定其模板序列,但翻译的产物是蛋白质,蛋白质的基本单位是氨基酸,由于密码子具有简并性,因此知道氨基酸序列不一定能准确知道mRNA上的碱基序列,C错误;转录时需要RNA聚合酶的参与,RNA聚合酶从模板链的3'→5',翻译时,核糖体从mRNA的5'→3',移动方向不同,D正确。
【深研教材预测高考】
2.(必修2 P69拓展应用【改编】)图1中①~⑤表示抑制细菌的5种抗生素,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是图1中某过程的细节示意图。请回答下列问题:
(1)将M个细菌的F用31P标记后,放在含32P的培养液中连续分裂n代,则含32P的细菌有_______个。图1中的抗生素③能大幅减少子代细菌的数量,且是通过抑制某种酶的活性达成,则其作用的酶可能有____________________。
【解析】(1)细菌的F为DNA,DNA的复制是半保留复制。将M个用31P标记的DNA放在含P的培养液中连续分裂n代,子代DNA的总数为M×2n个。由于每一个子代DNA分子都含有新合成的含32P的子链,所以含32P的细菌有M×2n个。抗生素③能大幅减少子代细菌的数量,DNA复制需要解旋酶解开双链,DNA聚合酶催化子链的合成,所以其作用的酶可能是解旋酶或DNA聚合酶。
M×2n
DNA聚合酶或解旋酶
(2)图1过程b可以为过程c提供的物质有______________________,抗生素⑤作用于参与过程c的某种细胞结构,则该结构是________。
【解析】(2)图1中过程b为转录,过程c为翻译,转录的产物有mRNA、tRNA、rRNA。故转录可以为翻译提供的物质有mRNA(作为翻译模板)、tRNA(运转氨基酸)、rRNA(参与核糖体的构成)。翻译的场所是核糖体,抗生素⑤作用于参与过程c的细胞结构,该结构是核糖体。
mRNA、tRNA、rRNA
核糖体
(3)图2是图1中翻译的示意图。该过程区别于其他两个生理过程的特有碱基配对的方式是_____。在图2中结构②的移动方向是______(从“向左”“向右”中选填)。通常有多个结构②结合在同一条mRNA上,意义是______________________________________。
【解析】(3)翻译区别于转录和复制特有的碱基配对方式为U(尿嘧啶核糖核苷酸)-A(腺嘌呤核糖核苷酸);翻译过程中核糖体沿着mRNA的5'→3',故结构②在图2中的移动方向是向左,通常有多个结构②核糖体结合在同一条mRNA上,意义是少量的mRNA可以迅速合成大量的蛋白质。
U-A
向左
少量的mRNA可以迅速合成大量的蛋白质
(4)已知密码子UUA、AUU、AAU分别编码的是亮氨酸、异亮氨酸、天冬酰胺,密码子UAA是终止密码子,则图2中的①处应是__________的残基。
【解析】(4)图2 ①处的密码子是AUU,编码的氨基酸是异亮氨酸,故图2中的①处应是异亮氨酸的残基。
异亮氨酸

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