优化方案2016版高中生物 第四章 基因的表达 第1节 基因指导蛋白质的合成学案 新人教版必修2

第1节基因指导蛋白质的合成 学习导航1掌握DNA和RNA分子的异同。2.描述遗传信息的转录和翻译的过程。3.理解遗传信息、密码子、反密码子的区别。一、RNA的组成及分类(阅读教材P62P63)1基本单位：核糖核苷酸。2组成成分3结构：一般是单链，且比DNA短。4分类种类作用信使RNA(mRNA)蛋白质合成的直接模板转运RNA(tRNA)运载氨基酸核糖体RNA(rRNA)核糖体的组成成分二、遗传信息的转录(阅读教材P63)1概念(1)场所(主要)：细胞核。(2)模板：DNA的一条链。(3)产物：mRNA。(4)原料：核糖核苷酸。2过程三、遗传信息的翻译(阅读教材P64P67)1概念(1)场所：细胞质(或核糖体)。(2)模板：mRNA。(3)原料：游离的各种氨基酸。(4)产物：具有一定氨基酸顺序的蛋白质。2密码子(1)位置：mRNA上。(2)实质：决定1个氨基酸的3个相邻的碱基。(3)种类：64种。3工具(1)“装配机器”核糖体。(2)“搬运工”转运RNA。点拨密码子共64种，tRNA为61种；mRNA、rRNA、tRNA都是以DNA为模板转录来的。4过程1连线2判断(1)DNA和RNA都含有核糖。()分析：DNA中含脱氧核糖。(2)转录是以DNA的两条链作为模板，只发生在细胞核中，以4种核糖核苷酸为原料。()分析：对于真核生物而言，RNA主要是在细胞核中以4种核糖核苷酸为原料、以DNA的一条链作为模板合成的，除细胞核外，叶绿体和线粒体内也能合成RNA。原核生物中RNA是在细胞质中合成的。(3)DNA是蛋白质合成的直接模板。()分析：DNA把携带的遗传信息传递给mRNA后，由mRNA作为合成蛋白质的直接模板。(4)密码子位于mRNA上，ATC一定不是密码子。()(5)mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质。()分析：核糖体在mRNA上移动翻译出蛋白质。(6)每种转运RNA能识别并转运一种或多种氨基酸。()分析：每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。 主题一DNA与RNA的比较观察分析下图，完善下表：mRNA项目DNARNA全称脱氧核糖核酸核糖核酸基本单位脱氧核糖核苷酸核糖核苷酸分布主要存在于细胞核中主要存在于细胞质中成分碱基A、G、C、TA、G、C、U磷酸相同五碳糖脱氧核糖核糖空间结构双螺旋结构通常为单链功能具有细胞结构的生物和部分病毒的遗传物质翻译的模板(mRNA)或搬运工(tRNA)参与核糖体构成(rRNA)少数RNA具有催化作用部分病毒的遗传物质联系RNA由DNA转录而来，DNA储存遗传信息，RNA传递遗传信息DNA与RNA的判定方法(1)根据五碳糖种类判定：若核酸分子中含核糖，一定为RNA；含脱氧核糖，一定为DNA。(2)根据含氮碱基判定：含T的核酸一定是DNA；含U的核酸一定是RNA。(3)DNA中单、双链的判定：若AT、GC或嘌呤嘧啶，则为单链DNA；若AT，GC，AGTC，则认为是双链DNA。1下列有关DNA和RNA的叙述中，正确的是()ADNA和RNA是同一物质在不同时期的两种形态BDNA和RNA的基本组成单位是一样的CAGCTGA既可能是DNA的碱基序列，也可能是RNA的碱基序列DmRNA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解析：选D。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。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，分析核糖类型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，分析核糖类型解析：选A。确定DNA或RNA，可分析碱基和五碳糖(有U或核糖者为RNA；有T或脱氧核糖者为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。主题二遗传信息的转录和翻译结合下面基因表达的过程图解，完成以下问题：1完善DNA复制、转录和翻译之间的关系：2完善遗传信息、密码子、反密码子的区别及氨基酸的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1个氨基酸的3个相邻碱基tRNA中与密码子互补配对的3个碱基位置主要在DNA中mRNAtRNA作用控制生物的性状直接决定蛋白质中的氨基酸序列识别密码子，转运氨基酸种类多样性64种61种图解小组讨论(1)在遗传信息的表达中，哪些过程需要DNA解旋酶参与？提示：DNA复制。DNA复制时， 在DNA解旋酶的作用下打开双螺旋，分别以两条链为模板进行复制。(2)从模板角度思考DNA复制和转录的场所主要都在细胞核的原因。提示：DNA复制和转录的模板都是DNA，DNA主要存在于细胞核中。1密码子的特性(1)简并性：当密码子中有一个碱基改变时，可能并不会改变其对应的氨基酸，从而减少变异发生的频率。当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码一种氨基酸可保证翻译的速度。(2)通用性：说明所有生物可能有共同的起源或生命在本质上是统一的。2基因表达过程中相关数量的计算比较数目(个)DNA中的碱基数(脱氧核苷酸数)6nRNA中的碱基数(核糖核苷酸数)3n蛋白质中的氨基酸数n参与转运氨基酸的tRNA数n蛋白质中的肽链数m蛋白质中的肽键数(脱水数)nm3(2015高考江苏卷)右图是起始甲硫氨酸和相邻氨基酸形成肽键的示意图，下列叙述正确的是()A图中结构含有核糖体RNAB甲硫氨酸处于图中的位置C密码子位于tRNA的环状结构上DmRNA上碱基改变即可改变肽链中氨基酸的种类解析：选A。A项，分析题干中关键信息“形成肽键”可知，图中正在进行缩合反应，进而推知这是发生在核糖体中的翻译过程，图中的长链为mRNA，三叶草结构为tRNA，核糖体中含有核糖体RNA(rRNA)。B项，甲硫氨酸是起始氨基酸，图中位置对应的氨基酸明显位于第2位。C项，密码子位于mRNA上，而不是tRNA上。D项，由于密码子的简并性，mRNA上碱基改变时，肽链中的氨基酸不一定发生变化，D项错误。4根据下表中的已知条件，判断苏氨酸的密码子是()DNA双链TGmRNA(密码子)tRNA(反密码子)A氨基酸苏氨酸A.TGU BUGACACU DUCU解析：选C。本题考查转录和翻译过程的碱基配对关系。密码子为mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻碱基，因此根据转录和翻译过程中的碱基配对关系，由tRNA上反密码子最后一个碱基A可推知mRNA上相应位置上的碱基为U；由DNA链上的T、G碱基可推知mRNA上相应位置上的碱基分别是A和C或U和G，再结合选项可知苏氨酸的密码子为ACU。5某八十肽在形成过程中指导其合成的mRNA中密码子的个数以及模板基因中碱基的个数最少为()A80、480 B80、240C240、240 D240、480解析：选A。八十肽中含有80个氨基酸，所以在合成时，mRNA中至少要有80个密码子与之相对应(每个氨基酸对应一个密码子)；而控制其合成的模板基因有两条链，碱基总数是氨基酸数目的6倍。方法技巧DNA、mRNA中碱基与肽链中氨基酸个数关系及计算(1)数量关系(不考虑终止密码)。DNA碱基数mRNA碱基数氨基酸数631。(2)计算中“最多”和“最少”的分析。mRNA上的终止密码不决定氨基酸，因此准确地说，mRNA上的碱基数目是蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。DNA上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。核心知识小结网络构建关键语句1RNA有三种：信使RNA(mRNA)、转运RNA(tRNA)和核糖体RNA(rRNA)。2转录的主要场所是细胞核，条件是模板(DNA的一条链)、原料(4种核糖核苷酸)、酶(RNA聚合酶)和能量。3翻译的场所是核糖体，条件是模板(mRNA)、原料(20种氨基酸)、酶和能量。4密码子共有64种，其中决定氨基酸的密码子有61种，3种终止密码子不决定氨基酸。5一种氨基酸对应一种或多种密码子，一种密码子只对应一种氨基酸。6每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，一种氨基酸可由一种或多种tRNA识别和转运。随堂检测知识点一DNA和RNA的比较1下列关于RNA的叙述，错误的是()ARNA可作为核糖体的组成成分BmRNA是翻译的直接模板CmRNA是转运氨基酸的工具DRNA分子中不含碱基T解析：选C。在合成蛋白质时，需要tRNA作为运载氨基酸的工具，每个tRNA每次只能运载一个特定的氨基酸。2如图所示的转录、翻译过程中，所涉及的碱基种类和核苷酸种类分别有()A5种、2种 B6种、2种C5种、7种 D5种、5种解析：选C。据图可知，DNA中有C、T、A 3种碱基，3种脱氧核苷酸；mRNA和tRNA中有A、G、C、U 4种碱基，4种核糖核苷酸，所以共有5种碱基，7种核苷酸。知识点二转录和翻译3下图为蛋白质的合成过程示意图。下列相关叙述中，正确的是(多选)()Aa过程是转录，b过程是翻译Ba过程和b过程都需要模板Ca过程主要在细胞核中进行，b过程在核糖体上进行D为氨基酸，其上的三个碱基是反密码子解析：选ABC。a图的模板是DNA的一条链，所以该过程为转录；b图的模板是mRNA，且场所是核糖体，所以该过程为翻译。转录的主要场所是细胞核(线粒体和叶绿体中也可以进行)，翻译的场所是核糖体。b图中的为转运RNA，氨基酸只存在于该RNA的一端，另一端的三个碱基组成反密码子。4DNA分子模板链上的碱基序列携带的遗传信息最终翻译的氨基酸如下表，则图所示tRNA所携带的氨基酸是()GCACGTACGTGC精氨酸丙氨酸半胱氨酸苏氨酸A.精氨酸 B丙氨酸C半胱氨酸 D苏氨酸解析：选B。转运RNA上的反密码子为CGU，则与之配对的信使RNA上的碱基是GCA，而DNA上与之配对的碱基为CGT，与表格中的信息相对照，所以该转运RNA携带的氨基酸是丙氨酸，故选B项。5下图为细胞中多聚核糖体合成蛋白质的示意图，下列说法中错误的是()A的合成场所主要是细胞核，核糖体的移动方向是从右向左B该过程的模板是核糖核酸，原料是游离的氨基酸C最终合成的在结构上各不相同D该过程表明生物体内少量的mRNA可以迅速合成出大量的蛋白质解析：选C。此图为细胞中多聚核糖体合成蛋白质的示意图，蛋白质的合成过程是以mRNA为模板、氨基酸为原料的。模板相同，合成的肽链应该相同。6下图表示某DNA片段遗传信息的传递过程，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_。解析：分析图示过程可知：a为DNA的复制、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，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。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)组成课时作业1如图表示生物体内核苷酸的结构模式图，下列说法正确的是()ADNA和RNA的不同点只在b方面BDNA和RNA中的a表示含义不同CDNA中特有的c为TD人体内的c有4种，b有2种解析：选C。图中a表示磷酸，b为五碳酸，c为含氮碱基。DNA和RNA在核苷酸上的不同是五碳糖不同，碱基不完全相同(DNA特有T，RNA特有U)，区别既在b方面，也在c方面，但磷酸是相同的。人体内的c有5种，b有2种。2下列关于RNA的叙述，错误的是()ARNA主要在细胞核中合成，通过核孔转移到细胞质中BtRNA每次能运载多个特定的氨基酸CRNA一般是单链，而且比DNA短，分子中不含碱基TDRNA可作为核糖体的组成成分解析：选B。在合成蛋白质时，需tRNA作为运载氨基酸的工具，每个tRNA一次只能运载一个特定种类的氨基酸。3某生理过程经分析发现有两个核酸分子、五种碱基、三条多核苷酸链，下列有关此过程的叙述正确的是()A复制：两个DNA分子B转录：一个DNA分子，一个RNA分子C翻译：一个DNA分子，一个RNA分子D复制：两个RNA分子解析：选B。DNA分子具有两条链和A、T、G、C四种碱基，而RNA分子只有一条链和A、U、G、C四种碱基。结合题意，发生的生理过程为转录。4真核细胞中DNA复制、转录和翻译的主要场所依次是()A细胞核、细胞核、核糖体B细胞核、细胞质、核糖体C细胞核、细胞核、高尔基体D细胞核、细胞核、内质网解析：选A。DNA的复制、转录都是以DNA为模板，DNA主要在细胞核中，故DNA复制、转录的场所主要是细胞核，翻译是在细胞质的核糖体上完成的。 5(2015临沂高一检测)下列各项中，不属于遗传信息转录所必需的条件的是()A酶 BATPC模板链 D氨基酸解析：选D。遗传信息转录是指以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成RNA的过程。转录过程中需要RNA聚合酶，同时还需要ATP提供能量断开A与T、C与G之间的氢键。氨基酸参与遗传信息的翻译过程。6下图表示人体内胰岛素合成时基因表达过程中的某个阶段，相关叙述符合此图的是()A图中进行的过程需要解旋酶、DNA聚合酶等酶的催化才能完成B胰岛素合成时，胰岛素基因的表达在人体所有活细胞内都可进行C图中的合成后不经跨膜运输就与核糖体结合D若该基因是呼吸酶合成基因，则该过程的模板链也是解析：选C。此过程表示基因的转录过程，需要RNA聚合酶等酶的催化，A错误；胰岛素合成时基因只能在胰岛B细胞内表达，B错误；图中的是mRNA，合成后经核孔进入细胞质与核糖体结合，C正确；呼吸酶合成基因转录时的模板链不一定是，但转录时是以DNA分子的其中一条链作为模板的，D错误。7下列关于密码子的叙述，错误的是()A一种氨基酸可能有多种与之对应的密码子BGTA肯定不是密码子C每种密码子都有与之对应的氨基酸DmRNA上的GCA在人细胞中和猪细胞中决定的是同一种氨基酸解析：选C。密码子是mRNA上有特定顺序的3个相邻的碱基；转录时，RNA以U取代T与A进行配对，B项正确；mRNA上共有64个密码子，61个密码子编码氨基酸，有的1个氨基酸对应1个密码子，也有的1个氨基酸对应多个密码子，这称为密码子的简并性，A项正确；3个密码子不编码任何氨基酸，称为终止密码子，即UAA、UAG、UGA，C项错误；一般而言，不同生物体都共有同一套密码子，所以GCA在人细胞中和猪细胞中决定的是同一种氨基酸，D项正确。8mRNA上某个密码子的一个碱基发生替换，则识别该密码子的tRNA及转运的氨基酸发生的变化是()AtRNA一定改变，氨基酸一定改变BtRNA不一定改变，氨基酸不一定改变CtRNA一定改变，氨基酸不一定改变DtRNA不一定改变，氨基酸一定改变解析：选C。mRNA上碱基改变，密码子一定改变，相应的tRNA一定改变，但由于密码子的简并性，决定的氨基酸不一定改变。9一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽，则此mRNA分子至少含有的碱基个数、合成这段多肽需要的tRNA个数及转录此mRNA的基因中碱基数至少依次为()A33、11、66 B36、12、72C12、36、72 D11、36、66解析：选B。一条含有11个肽键的多肽，则含有12个氨基酸。mRNA中三个碱基决定一个氨基酸；一个氨基酸至少由一种tRNA来转运。因此，mRNA中至少含有36个碱基，12个tRNA，DNA中至少有72个碱基。10一条多肽链中有氨基酸1 000个，作为合成该多肽链模板的mRNA分子和用来转录mRNA的DNA分子分别至少需要碱基()A3 000和3 000个 B1 000和2 000个C2 000和4 000个 D3 000和6 000个解析：选D。mRNA上三个相邻的碱基决定一个氨基酸，所以mRNA上碱基的数量至少是其控制合成多肽链中氨基酸个数的3倍；mRNA是以DNA双链中的一条单链为模板，按照碱基互补配对原则转录形成的，所以DNA分子的碱基数量是其转录形成的mRNA碱基数量的2倍，至少是其指导合成蛋白质的氨基酸数量的6倍。11某mRNA分子中，U占20%，A占10%，那么它的模板DNA片段中胞嘧啶占()A25% B30% C35% D 70%解析：选C。mRNA分子是以DNA分子上基因的一条链为模板转录而来的，因此mRNA分子中碱基的比率与模板链的碱基比率是相对应的。根据题意，U占20%，A占10%，则DNA模板链中的(AT)占该链的比率与另一条链中的(AT)占另一条链的比率及整个DNA中(AT)的比率是相等的，即整个DNA分子中(AT)占全部碱基的比率是30%，那么(GC)就占70%，又由于在DNA分子中GC，则GC35%。12下图为原核细胞中转录、翻译的示意图。据图判断，下列描述中正确的是()A转录尚未结束，翻译即已开始B由该DNA模板产生了三条肽链C原核细胞转录和翻译在时空上完全分开D多个核糖体完成不同mRNA的翻译解析：选A。图中显示转录尚未结束，翻译即已开始，原核细胞转录和翻译在时空上是同时进行的；由该DNA模板产生了三条mRNA，多个核糖体完成一条mRNA的翻译，同时产生多条肽链。13(2015成都高一检测)下图表示细胞内遗传信息表达的过程，根据所学的生物学知识回答：(1)图1中方框内所示结构是_的一部分，它主要在_中合成，其基本组成单位是_，可以用图1方框中_(数字)表示。(2)图2中以为模板合成物质的过程称为_，进行的主要场所是_，所需要的原料是_。(3)图2中RNA的形成是以_为模板形成的，密码子存在于_上。(4)若图2 所示的分子中有1 000个碱基对，则由它所控制形成的信使RNA中含有的密码子个数和合成的蛋白质中氨基酸种类最多不超过 ()A166和55 B166和20C333和111 D333和20解析：根据题意和图示分析可知：遗传信息传递的方向为从DNA传递给mRNA的转录过程和从mRNA传递给蛋白质的翻译过程。(1)图1中方框内含有碱基U，所以所示结构是RNA的一部分，它在细胞核中经转录形成，其基本组成单位是核糖核苷酸，用图1方框中1磷酸、2核糖、7碱基表示。(2)图2中以mRNA为模板合成多肽的过程称为翻译，进行的主要场所是核糖体，所需要的原料是氨基酸。(3)图2中以DNA的一条链为模板转录形成RNA，密码子是指mRNA上决定氨基酸的三个相邻的碱基。(4)若图2的所示的分子中有1 000个碱基对，则由它所控制形成的信使RNA中有碱基1 000个，密码子个数最多为333个，所合成的蛋白质中氨基酸个数最多为333个，种类最多不超过20。答案：(1)RNA细胞核核糖核苷酸1、2、7(2)翻译核糖体氨基酸(3)DNA的一条链信使RNA(4)D14如图为蛋白质合成的一个过程，据图分析并回答问题：氨基酸丙氨酸苏氨酸精氨酸色氨酸密码子GCAACUCGUUGGGCGACCCGCGCCACACGAGCUACGCGG(1)图示属于蛋白质合成过程中的_步骤，该过程的模板是_。(2)由图中信息可推知DNA模板链上对应的碱基序列为_。(3)根据图并参考上表分析：1_上携带的氨基酸是_，这个氨基酸与前接的氨基酸是通过_反应连接在一起的。解析：(1)图示核糖体上蛋白质的合成过程，属于基因表达中的翻译过程，模板为mRNA。(2)DNA模板链上碱基的排列顺序与mRNA的互补配对。(3)tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子互补配对，通过查所给密码子表可知tRNA上携带的氨基酸的种类。tRNA转运的氨基酸通过脱水缩合形成多肽。答案：(1)翻译3信使RNA(2)ACCCGATTTGGC(3)转运RNA丙氨酸脱水缩合15下图表示真核细胞内合成某种分泌蛋白过程中由DNA到蛋白质的信息流动过程，表示相关过程。请据图回答下列问题：(1)过程的产物是DNA，则过程发生在_期，催化过程的酶是_。(2)已知甲硫氨酸和酪氨酸的密码子分别是AUG、UAC，某tRNA一端的三个碱基是UAC，该tRNA所携带的氨基酸是_。(3)a、b为mRNA的两端，核糖体在mRNA上的移动方向是_。过程进行的场所有_。(4)一个mRNA上连接多个核糖体叫做多聚核糖体，多聚核糖体形成的意义是_。从原核细胞中分离的多聚核糖体常与DNA结合在一起，这说明_。(5)胰岛素共含51个氨基酸，控制其合成的基因上至少含有脱氧核苷酸_个。答案：(1)有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间RNA聚合酶(2)甲硫氨酸(3)ab内质网和高尔基体(4)短时间内能合成较多的蛋白质原核细胞中的转录和翻译是同时间同场所进行的(5)306 16如图是基因控制蛋白质合成的示意图。请回答下列问题：(1)图中所示的过程在遗传学上称为_，该过程主要发生在_中。(2)图中所示的过程在遗传学上称为_，该过程的场所是_。(3)mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基叫作_。(4)a表示_分子，它的作用是_。(5)真核生物的遗传物质主要分布在_中，也有一部分分布在_中。解析：(1)过程表示转录，主要发生在细胞核中。(2)过程表示翻译，发生在细胞质中的核糖体上。(3)mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基叫作密码子。(4)a表示转运RNA，用于运输氨基酸。(5)真核生物的遗传物质是DNA，主要分布在细胞核中，也有一部分分布在细胞质中。答案：(1)转录细胞核(2)翻译核糖体(3)密码子(4)tRNA运输氨基酸(5)细胞核细胞质(线粒体和叶绿体)12