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1、1第四节第四节 遗传信息的表达遗传信息的表达RNARNA 和蛋白质的合成和蛋白质的合成学习目标 1.列举 DNA 的功能。2.比较 DNA 和 RNA 的异同。3.概述遗传信息的转录和翻译过程。4.用遗传密码解释蛋白质的多样性。5.说明中心法则，概述基因的概念。一、DNA 的功能、转录1.DNA 的功能(1)携带遗传信息：即以自身为模板，半保留地进行复制，保持遗传信息的稳定性。(2)表达遗传信息：即根据 DNA 所贮存的遗传信息决定蛋白质的结构。2.转录(1)含义：指遗传信息由 DNA 传递到 RNA 上的过程。(2)结果：形成 RNA，通常为单链，其核苷酸中的五碳糖为核糖，含有四种碱基为腺嘌
2、呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、尿嘧啶(U)。(3)转录的过程RNA 聚合酶与 DNA 分子的某一启动部位结合。包括一个或者几个基因的 DNA 片段的双螺旋解开。以 DNA 一条链为模板，按碱基互补配对原则，游离的核糖核苷酸通过磷酸二酯键聚合成与该片段 DNA 相对应的 RNA 分子。(4)产物：mRNA、tRNA、rRNA。3.DNA 与 RNA 的比较种类DNARNA基本单位脱氧核糖核苷酸(4 种)核糖核苷酸(4 种)戊糖脱氧核糖核糖特有碱基TU共有碱基A、G、C空间结构规则的双螺旋结构多呈单链结构真核生物中的分布主要在细胞核中，少量在线粒体、叶绿体中主要在细胞溶胶、线粒体、叶绿体、
3、核糖体中，少量在细胞核中归纳总结 (1)转录的基本单位是基因，而不是整个 DNA，因此转录时只解旋基因片段，其2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，叫非模板链(又称编码链)。(3)转录时 mRNA 与 DNA 模板链碱基互补，配对关系：GC、CG、TA、AU，结果 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。例 1 (新编)如图所示为遗传信息的转录过程。请据图回答下列问题：(1)在图中右侧空白处填上合适内容。(2)遗传信息的传递方
4、向：DNA_。答案 (1)碱基 碱基互补配对 一条链 核糖核苷酸 RNA 聚合酶 RNA DNA 链 双螺旋 (2)RNA例 2 已知病毒的核酸有双链 DNA、单链 DNA、双链 RNA 和单链 RNA 四种类型。现发现了一种新病毒，要确定其核酸属于上述哪一种类型，应该( )A.分析碱基类型，确定碱基比率B.分析碱基类型，分析五碳糖类型C.分析蛋白质的氨基酸组成，分析碱基类型D.分析蛋白质的氨基酸组成，分析五碳糖类型答案 A解析 确定 DNA 或 RNA，可分析碱基和五碳糖(有 U 或核糖为 RNA；有 T 或脱氧核糖为 DNA)；确定单链或双链可分析其中各种碱基所占的比率：若 A 与 T 或
5、 U 相等，C 与 G 相等，则为双链(当然也有可能是单链)；若不相等则为单链。如果分析氨基酸组成，则不能区分核酸类型。3方法点拨 DNA 与 RNA 的判定二、翻译1.遗传信息的翻译(1)场所：核糖体。(2)翻译的过程核糖体沿 mRNA 运行。核糖体认读 mRNA 上决定氨基酸种类的遗传密码。tRNA 转运相应的氨基酸加到延伸中的肽链上。核糖体遇到 mRNA 的终止密码子，多肽合成结束。核糖体脱离 mRNA 并进入下一个循环。2.遗传密码(1)含义：mRNA 上决定 1 种氨基酸的 3 个相邻的核苷酸排列而成的三联体。(2)种类：64 种，其中决定氨基酸的密码子 61 种，终止密码子 3 种
6、；除少数氨基酸只有一种遗传密码外，大多数氨基酸有两个以上的遗传密码；3 种终止密码子不决定氨基酸。(3)特点一个遗传密码对应一种氨基酸。一种氨基酸可以对应一个或多个遗传密码。所有生物共用一套遗传密码。3.特点多肽链合成时，若干个核糖体串联在一个 mRNA 上同时进行工作，大大增加了翻译效率。4归纳总结1.遗传信息、密码子、反密码子的对应关系项目遗传信息密码子反密码子概念基因中脱氧核苷酸的排列顺序mRNA 中决定一个氨基酸的三个相邻碱基tRNA 中与 mRNA 密码子互补配对的三个碱基作用控制生物的遗传性状直接决定蛋白质中的氨基酸序列识别密码子，转运氨基酸种类基因中脱氧核苷酸种类、数目和排列顺序
7、的不同，决定了遗传信息的多样性64 种。61 种：能翻译出氨基酸；3 种：终止密码子，不能翻译氨基酸61 种或 tRNA 也为 61 种联系基因中脱氧核苷酸的序列决定 mRNA 中核糖核苷酸的序列mRNA 中碱基序列与基因模板链中碱基序列互补密码子与相应反密码子的序列互补配对2.关于遗传信息表达的 3 点提醒(1)从核糖体上脱离下来的只是多肽链，再经折叠、加工才能成为具有复杂空间结构的有活性的蛋白质。(2)一般认为 DNA(基因)中的碱基数是 mRNA 碱基数的 2 倍，但事实上，DNA(基因)中的碱基数比 mRNA 碱基数多很多。(3)一般认为 mRNA 碱基数是蛋白质分子中氨基酸数的 3
8、倍，但事实上，mRNA 碱基数至少是蛋白质分子中氨基酸数的 3 倍；DNA(基因)中碱基数至少是蛋白质分子中氨基酸数的 6 倍。例 3 如图是人体内蛋白质合成的部分过程，、是与蛋白质合成相关的三种重要结构。下列说法正确的是( )5A.该图能表示基因控制蛋白质合成的完整过程B.结构、中含有 RNA，结构中只含蛋白质C.结构所携带的氨基酸，其密码子是 GAAD.通过该过程形成的多肽链需要进一步加工才具有特定功能答案 D解析 基因控制蛋白质合成的完整过程包括转录和翻译，而该图只表示翻译过程；结构是核糖体，由 rRNA 和蛋白质构成；结构所携带的氨基酸的密码子是 CUU。例 4 (2016浙江 4 月
9、选考)遗传信息的传递过程如图所示，其中表示四种不同的物质。下列叙述错误的是( )A.复制时，两条链均可作为模板链B.形成时，需沿整条 DNA 长链进行C.密码子 CUU 编码所携带的氨基酸D.上可同时结合多个核糖体形成多条答案 B解析 是 DNA 分子，DNA 复制时两条链均可作为模板链，A 项正确；是 mRNA 分子，形成mRNA 分子的转录时，并不是沿着整条 DNA 长链进行的，转录是以 DNA 分子上的基因区段为模板进行的，B 项错误；是 tRNA，其上的反密码子是 GAA，与 mRNA 上的密码子 CUU 配对，故密码子 CUU 是编码所携带的氨基酸，C 项正确；mRNA 上可结合多个
10、核糖体形成多聚核糖体，每个核糖体上均可形成 1 条相同的肽链()，D 项正确。三、中心法则、基因的概念1.中心法则的提出及发展提出者克里克要点(1)遗传信息由 DNA 传递到 RNA(2)RNA 决定蛋白质的特异性(3)蛋白质是生物体性状的体现者发展在逆转录酶作用下，以 RNA 为模板反向合成单链 DNA62.图解3.基因的本质(1)基因是遗传的一个基本功能单位，在适当的环境条件下控制生物的性状。(2)从本质上讲，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断，在大多数生物中是一段 DNA，在 RNA 病毒中则是一段 RNA。(3)基因以一定的次序排列在染色体上。染色体是基因的主
11、要载体。(4)基因的基本单位是核苷酸，基因中碱基的排列顺序代表遗传信息。例 5 如图所示的中心法则揭示了生物遗传信息由 DNA 向蛋白质传递与表达的过程，下列相关叙述正确的是( )A.健康的人体细胞中，不会发生 e 过程，a、b、c、d 均可发生B.在真核细胞中，a 和 b 两个过程发生的主要场所是细胞核和细胞质C.能特异性识别信使 RNA 上密码子的分子是 tRNA，后者所携带的分子是氨基酸D.a 过程只发生在真核细胞分裂的间期答案 C解析 人体细胞中，正常情况下不会发生 e、d 过程，且 a 过程只发生在具有分裂能力的细胞中，A 错误；在真核细胞中，a 和 b 过程都主要发生在细胞核中，此
12、外这两个过程在线粒体和叶绿体中也能进行，B 错误；翻译过程是以 mRNA 为模板，以 tRNA 为运载氨基酸的工具进行的，tRNA 一端的反密码子与 mRNA 的密码子进行碱基互补配对，另一端携带氨基酸分子，C 正确；a 过程发生在真核细胞分裂的间期，也可发生在原核细胞的二分裂过程中，D 错误。易错易混 不同生物的中心法则的内容不相同(1)细胞生物及噬菌体等 DNA 病毒的中心法则：(2)烟草花叶病毒等大部分 RNA 病毒的中心法则：(3)HIV 等逆转录病毒的中心法则：7例 6 (2017浙江 4 月选考)下列关于 DNA、RNA 和基因的叙述，错误的是( )A.基因是具有遗传效应的核酸分子
13、片段B.遗传信息通过转录由 DNA 传递到 RNAC.亲代 DNA 通过复制在子代中表达遗传信息D.细胞周期的间期和分裂期均有 RNA 的合成答案 C解析 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，A 正确；遗传信息通过转录由 DNA 传递到 RNA，B 正确；亲代 DNA 通过复制在子代中传递遗传信息，遗传信息的表达是指转录和翻译，C 错误；细胞周期的间期和分裂期均有 RNA 的合成，D 正确。1.下列关于转录的叙述，不正确的是( )A.多数发生在细胞核中B.以核糖核苷酸为原料C.DNA 的两条链都可作模板D.边解旋边转录答案 C解析 DNA 的两条链中只有其中一条链可作
14、为模板。2.与 DNA 分子相比，RNA 分子特有的碱基是( )A.鸟嘌呤(G) B.胞嘧啶(C)C.尿嘧啶(U) D.腺嘌呤(A)答案 C3.下列关于遗传信息表达的叙述，正确的是( )A.转录成的 RNA 能与编码链形成 RNADNA 杂交区域B.DNA 聚合酶与 DNA 的启动部位相结合即开始转录8C.核糖体认读到 mRNA 上的终止密码时翻译即终止D.翻译过程所需的原料是四种核糖核苷酸分子答案 C解析 转录成的 RNA 能与模板链形成 RNADNA 杂交区域，A 错误；RNA 聚合酶与 DNA 的启动部位相结合即开始转录，B 错误；核糖体认读到 mRNA 上的终止密码时翻译即终止，C 正
15、确；翻译过程所需的原料是游离的氨基酸，D 错误。4.(2016浙江 10 月选考)遗传信息表达的过程中，mRNA 的三个碱基是 UAC，则 DNA 模板链上对应的三个碱基是( )A.ATG B.TAC C.TUC D.AUG答案 A解析 根据转录过程中的碱基互补配对方式可知，如果产生的 mRNA 上的碱基是 UAC，则 DNA模板链上对应的三个碱基是 ATG。5.下图表示以 DNA 为模板转录形成 RNA 的过程。请据图分析回答下列问题：(1)在玉米的叶肉细胞中，能够进行该生理过程的细胞结构有_。(2)转录过程中在 _的催化作用下，以其中的_链作为模板链，以 _为原料，由_提供能量，按照_原则
16、，合成出 _。(3)通过转录，DNA 分子中的遗传信息被准确地转移到_中。(4)在真核细胞的细胞核中，转录的产物通过_进入细胞质中，与_结合在一起直接指导蛋白质的合成过程。答案 (1)细胞核、线粒体、叶绿体 (2)4 RNA 聚合酶甲 3 四种游离的核糖核苷酸 ATP 碱基互补配对2 RNA (3)信使 RNA(或 mRNA) (4)核孔 核糖体解析 玉米叶肉细胞的细胞核、线粒体、叶绿体中都有 DNA，可进行 DNA 的转录；转录时以DNA 的一条链为模板，需要 ATP 供能和 RNA 聚合酶的催化，以四种游离的核糖核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则合成 RNA，转录的结果是 DNA 上的遗传
17、信息转移到 mRNA 上，mRNA 从核孔出来进入细胞质中与核糖体结合，直接指导蛋白质的合成。9对点训练题组一 DNA 与 RNA1.下列名称与功能匹配的是( )A.rRNA含有遗传密码B.DNA携带氨基酸到核糖体C.tRNA结合蛋白质组成核糖体D.mRNA携带来自细胞核的遗传信息到核糖体答案 D解析 rRNA核糖体的组成成分；DNA主要在细胞核中，遗传信息的携带者；tRNA运载氨基酸到核糖体上。2.下列关于 RNA 和 DNA 的叙述，错误的是( )A.RNA 和 DNA 都是由多个核苷酸聚合成的大分子B.RNA 是核糖核苷酸的简称，DNA 是脱氧核苷酸的简称C.RNA 包括 mRNA、tR
18、NA、rRNA 等种类D.染色体主要由 DNA 和蛋白质组成答案 B解析 RNA 是核糖核酸的简称，DNA 是脱氧核糖核酸的简称。3.(2017杭州学考)下列对转运 RNA 的描述，正确的是( )A.每种转运 RNA 能识别并转运多种氨基酸B.每种氨基酸只有一种转运 RNA 能转运它C.转运 RNA 能识别信使 RNA 上的密码子D.转运 RNA 转运氨基酸到细胞核内答案 C解析 每种转运 RNA 能识别并转运一种氨基酸，A 错误；每种氨基酸可能有一种或多种转运RNA 能转运它，B 错误；转运 RNA 能识别信使 RNA 上的密码子，并转运该密码子编码的氨基酸，C 正确；转运 RNA 转运氨基
19、酸到核糖体上，D 错误。4.下列有关 DNA 和 RNA 的叙述中，正确的是( )A.DNA 和 RNA 是同一物质在不同时期的两种形态B.DNA 和 RNA 的基本组成单位是一样的C.AGCTGA既可能是 DNA 的碱基序列，也可能是 RNA 的碱基序列D.mRNA 的碱基序列，取决于 DNA 的碱基序列，同时又决定蛋白质中氨基酸的序列10答案 D解析 DNA 和 RNA 是两类不同的核酸，A 错误；DNA 的基本组成单位是脱氧核苷酸，RNA 的基本组成单位是核糖核苷酸，B 错误；T 为 DNA 的特有碱基，所以含有 T 的核苷酸序列只能是DNA，不可能是 RNA，C 错误；DNA 上的遗传
20、信息通过转录转移到 mRNA 上，mRNA 通过翻译指导蛋白质的合成，D 正确。题组二 转录与翻译5.(2018杭州检测)下图为 RNA 的形成过程示意图，有关叙述错误的是( )A.c 是游离的核糖核苷酸B.a 是编码链，b 是模板链C.图中 RNA 聚合酶的移动方向是从左向右D.转录完成后解开的双螺旋不再重新形成答案 D解析 由图中信息可知，c 是转录的原料核糖核苷酸；转录是以 b 链为模板进行的，b 是模板链，a 是编码链；图中转录的方向从左向右，故 RNA 聚合酶的移动方向也是从左向右；转录完成后解开的双螺旋需重新形成，若需转录时可再解旋。6.(2018嘉兴测试)真核生物翻译的模板和原料
21、分别是( )A.转运 RNA、核苷酸 B.转运 RNA、氨基酸C.信使 RNA、氨基酸 D.信使 RNA、核苷酸答案 C解析 翻译的模板为 mRNA，原料为氨基酸，产物为蛋白质。7.以下是某种分泌蛋白的合成过程示意图，下列相关叙述正确的是( )A.此过程有水生成，主要发生在细胞核中B.上面所有的碱基都可以和上相应的碱基配对C.上通常可以相继结合多个D.形成后就进入高尔基体进行加工，然后分泌出细胞答案 C11解析 图示为翻译过程，发生在真核细胞的细胞质中；mRNA 上的终止密码子没有反密码子对应；一个 mRNA 上可以相继结合多个核糖体，能明显提高翻译速率；多肽链第一加工场所是内质网，然后进入高
22、尔基体再加工。8.(2018浙江余、慈期中联考)多聚核糖体是指合成蛋白质时，多个核糖体串联附着在一条mRNA 分子上，形成的似念珠状结构。多聚核糖体可以增加肽链的合成效率，如图所示，对此过程的理解不正确的是( )A.此过程在真核细胞的细胞质中进行B.核糖体移动方向为从左向右C.每条多肽链的合成时间缩短D.合成出的蛋白质有相同结构答案 C解析 题图为翻译过程，在细胞质中的核糖体上进行，A 正确；根据图中两条肽链的长度可知，核糖体移动方向为从左向右，B 正确；一条 mRNA 上同时结合多个核糖体进行翻译，可提高合成蛋白质的效率，但不会缩短每条肽链合成的时间，C 错误；控制合成这些蛋白质的模板相同，
23、因此合成出的蛋白质有相同结构，D 正确。题组三 中心法则与基因的概念9.下图为中心法则的示意图。下列叙述错误的是( )A.表示 DNA 复制，需要 DNA 聚合酶参与B.表示转录，需要 RNA 聚合酶参与C.表示翻译，需要蛋白酶参与D.表示逆转录，需要逆转录酶参与答案 C解析 表示翻译，需蛋白质合成酶参与。10.(2018温州十校联考)结合中心法则图解分析，下列描述正确的是( )A.生物的遗传信息只储存在 DNA 的核苷酸序列中B.核苷酸序列不同的基因表达出的蛋白质一定不同C.遗传信息传递到蛋白质是表现型实现的基础12D.编码蛋白质的基因含遗传信息相同的两条单链答案 C解析 生物的遗传物质是
24、DNA 或 RNA，因此生物的遗传信息储存在 DNA 或 RNA 的核苷酸序列中，A 错误；由于密码子具有简并性，因此核苷酸序列不同的基因可能表达出相同的蛋白质，B 错误；蛋白质是生命活动的主要承担者，因此遗传信息传递到蛋白质是表现型实现的基础，C 正确；编码蛋白质的基因含两条单链，但其碱基序列互补，因而遗传信息不同，D 错误。11.下列关于基因的叙述，错误的是( )A.基因是遗传的基本功能单位B.基因是一段有功能的核酸分子片断C.基因由葡萄糖脱水缩合形成D.基因具有携带和表达遗传信息的功能答案 C解析 基因是遗传的基本功能单位，是一段有功能的核酸分子片断，具有携带和表达遗传信息的功能，它可以
25、由脱氧核苷酸或者核糖核苷酸形成，C 错误。12.有关基因、染色体、蛋白质、性状的叙述，不正确的是( )A.基因控制性状是通过控制蛋白质的合成来实现的B.任意一段 DNA 片段都可以是基因C.基因以一定次序排列在染色体上D.基因与性状之间不是简单的一对一关系答案 B解析 基因不是任意一段 DNA 片断，而是有一定功能的核酸分子片段，在大多数生物中是一段 DNA，在 RNA 病毒中是一段 RNA。综合强化13.如图表示真核生物体内 DNA 传递遗传信息的某过程，请据图回答下列问题：(1)图示两种物质的组成元素有_。(2)该图所示的是遗传信息传递的_过程，该过程发生的主要场所是_。(3)物质是以 D
26、NA 的哪一条链为模板形成的？_。试写出的碱基序列_。(4)组成物质的基本单位是_，它有_种。(5)如果中 A 占 26%，U 占 28%，那么，相应的 DNA 片段中，T 占_，C 占_。答案 (1)C、H、O、N、P (2)转录 细胞核13(3) CAUGCA (4)核糖核苷酸 4 (5)27% 23%解析 在真核生物体内以 DNA 分子的一条链为模板控制合成 mRNA 的过程称为转录，主要在细胞核内进行。是以为模板转录来的，若中 A26%，U28%，AU54%，则相应的DNA 分子片段中 AT54%，GC46%，故 AT27%，GC23%。14.如图表示某 DNA 片段遗传信息的传递过程
27、，表示物质或结构，a、b、c 表示生理过程。请据图回答下列问题：(可能用到的密码子：AUG甲硫氨酸、GCU丙氨酸、AAG赖氨酸、UUC苯丙氨酸、UCU丝氨酸、UAC酪氨酸)(1)完成遗传信息表达的是_(填字母)过程，a 过程所需的酶有_。(2)图中含有核糖的是_(填数字)；由指导合成的多肽链中氨基酸序列是_。(3)若在 AUG 后插入三个核苷酸，合成的多肽链中除在甲硫氨酸后多一个氨基酸外，其余氨基酸序列没有变化。由此证明_。答案 (1)b、c 解旋酶和 DNA 聚合酶(2) 甲硫氨酸丙氨酸丝氨酸苯丙氨酸(3)一个密码子由三个相邻的碱基(核糖核苷酸)组成解析 分析图示过程可知：a 为 DNA 的
28、复制、b 为转录、c 为翻译。(1)完成遗传信息表达的是转录和翻译，为 b 和 c，DNA 的复制需要在解旋酶的作用下解开双链，然后在 DNA 聚合酶的作用下合成 DNA 子链。(2)RNA 中含有核糖，图中含有核糖的结构包括 mRNA、tRNA、rRNA。根据mRNA 上的碱基顺序组成的密码子，推出指导合成的多肽链中氨基酸序列是甲硫氨酸丙氨酸丝氨酸苯丙氨酸。(3)三个核苷酸对应一个氨基酸，由此证明一个密码子由三个相邻的碱基(核糖核苷酸)组成。15.(2017浙江舟山期末)如图为某动物体内基因表达过程中的一些生理过程，据图回答下列问题：14(1)图一中，物质丁为_，图示中戊沿着丁向_移动(填“
29、左”或“右”)。(2)图一中由乙合成甲的反应称为_。现欲合成具有 51 个基本单位构成的甲，则相关的基因中与控制这些基本单位直接有关的碱基数目为_个。(3)图二的生理过程是_，在人体肝细胞中可进行该生理过程的结构是_。物质的名称是_，其可与基因的_部位结合，从而开始图二的过程。与从物质组成上进行比较，区别是_。答案 (1)mRNA 右 (2)脱水缩合 306 (3)转录 细胞核、线粒体 RNA 聚合酶 启动 中为脱氧核糖，中为核糖；中特有碱基为胸腺嘧啶，中特有碱基为尿嘧啶解析 (1)图一中，与核糖体结合的物质丁为 mRNA，根据图示判断，核糖体沿着丁 mRNA 向右移动。(2)图一中由乙氨基酸合成甲肽链的反应称为脱水缩合。由于 mRNA 是单链结构， 且一个氨基酸的密码子含 3 个碱基，所以欲合成具有 51 个基本单位构成的肽链，则相关的 基因中与控制这些基本单位直接有关的碱基数目为 5132306 个。(3)图二的生理过程 是以 DNA 为模板，合成 RNA 的过程，所以是转录，在人体肝细胞中可进行该生理过程的 结构是细胞核、线粒体。物质的名称是 RNA 聚合酶，其可与基因的启动部位结合，从而 开始图二的转录过程。与从物质组成上进行比较，区别有中为脱氧核糖，中为核糖； 中特有碱基为胸腺嘧啶，中特有碱基为尿嘧啶。