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第19课时 基因指导蛋白质的合成目标导读1.阅读教材P64相关内容，推测碱基和氨基酸之间的对应关系。2.阅读教材P65表41，进一步理解碱基与氨基酸之间的对应关系，分析密码子的特点。3.结合图46及教材相关内容，理解转录过程，归纳转录的条件。4.结合教材P67相关内容，分析翻译的特点及过程。重难点击1.密码子的概念。2.遗传信息翻译的过程和特点。1遗传信息的转录(1)场所：主要是细胞核。真核生物转录的场所还有叶绿体和线粒体。(2)模板：DNA转录的模板与DNA复制不同，是DNA的一条链，而且是DNA的某一片段(基因)，不是整条链。(3)条件：RNA聚合酶、提供能量的ATP，而酶的活性的发挥需要适宜的温度和pH等外界条件。(4)原料：核糖核苷酸。(5)过程：解旋：DNA双链解开，DNA双链的碱基得以暴露。配对：游离的核糖核苷酸随机地与DNA链上的碱基碰撞，当核糖核苷酸与DNA的碱基互补时，两者以氢键结合。连接：在RNA聚合酶的作用下，依次连接，形成一个RNA分子。脱离：合成的RNA从DNA链上释放。而后，DNA双链恢复。(6)配对：AU、GC、TA、CG。(7)结果：形成三种RNA，其中mRNA携带遗传信息。2多肽链是在核糖体上合成的，一条或者几条多肽链盘曲折叠形成具有一定空间结构的蛋白质。3蛋白质多样性的原因有：构成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列顺序不同，多肽链的空间结构不同。4蛋白质中：肽键数脱水数氨基酸数目肽链数。课堂导入上一节咱们学习了基因的转录过程，DNA在细胞核中以DNA的一条链为模板，利用RNA聚合酶，将游离的核糖核苷酸合成RNA。经过转录过程DNA中携带的遗传信息被传递到RNA中，RNA进入细胞质，将以怎样的方式将其携带的遗传信息翻译为蛋白质呢？这一节我们来学习基因的翻译过程。探究点一碱基和氨基酸的对应关系阅读教材，讨论翻译的概念以及碱基和氨基酸的对应关系。1翻译的概念游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质，这一过程称为翻译。2碱基和氨基酸的对应关系(1)DNA和RNA都只含有4种碱基，组成生物体的蛋白质的氨基酸有20种，mRNA上的4种碱基怎样决定蛋白质中的20种氨基酸呢？请分析：若1个碱基决定一种氨基酸，则4种碱基只能决定4(41)种氨基酸；若2个碱基决定一种氨基酸，则4种碱基只能决定16(42)种氨基酸；若3个碱基决定一种氨基酸，则4种碱基能决定64(43)种氨基酸；因此，mRNA上决定一个氨基酸的碱基至少是3个。(2)密码子(见课本P65密码子表)概念：mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基称为一个密码子，密码子共有64种。种类：起始密码子：AUG、GUG，分别编码甲硫氨酸和缬氨酸。终止密码子：UAA、UAG、UGA，它们不编码氨基酸。普通密码子：59种。对应关系：a决定20种氨基酸的密码子共有61种。b1种密码子只能决定1种氨基酸(终止密码子除外)。密码子CGU只编码精氨酸。c1种氨基酸可由1种或多种密码子决定。编码精氨酸的密码子有CGU、CGC、CGA、CGG、AGA、AGG。特点：a.通用性：研究表明，地球上几乎所有的生物都共用这一套遗传密码，这说明所有生物可能有着共同的起源。b简并性：密码子GCU编码丙氨酸，如果由于某种原因使mRNA中该密码子的第三个碱基由U变为了C，那么编码的氨基酸是丙氨酸，这一现象称做密码的简并。这种特性对生物体的生存发展的意义是：当密码子中有一个碱基改变时，由于密码的简并，可能并不会改变其对应的氨基酸，不会影响生物体的性状。密码子的已知一段mRNA的碱基序列是AUGGAAGCAUGUCCGAGCAAGCCG，请写出对应的氨基酸序列：甲硫氨酸谷氨酸丙氨酸半胱氨酸脯氨酸丝氨酸赖氨酸脯氨酸。(3)tRNA结构：三叶草形结构，一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个碱基能和mRNA上的密码子互补配对，叫反密码子。种类：共有61种。反密码子与决定61种氨基酸的密码子对应。功能：携带氨基酸进入核糖体。1种tRNA能携带1种氨基酸，1种氨基酸可由1种或多种tRNA携带。归纳提炼遗传信息、密码子(遗传密码)、反密码子的区分活学活用1下列对mRNA的描述，不正确的是()AmRNA可作为合成蛋白质的直接模板BmRNA上的每三个相邻的碱基决定一个氨基酸CmRNA上有四种核糖核苷酸，编码20种氨基酸的密码子有61种DmRNA只有与核糖体结合后才能发挥作用问题导析(1)在细胞核中经转录产生的mRNA，经加工后由核孔进入细胞质，与核糖体结合可翻译产生蛋白质。(2)除终止密码外，mRNA上每三个相邻的碱基决定一个氨基酸。(3)密码子共有64种，决定氨基酸的密码子只有61种。(4)蛋白质合成的场所为核糖体。答案B解析mRNA是合成蛋白质的直接模板，但只有与核糖体结合后才能发挥作用，mRNA上的密码子有64种，其中有3个终止密码子不决定氨基酸，61种密码子决定20种氨基酸。探究点二遗传信息的翻译过程如图是遗传信息翻译的过程，逆时针观察该图，完成下列探究内容。1翻译概述(1)条件(2)场所B核糖体。(3)产物C具有一定氨基酸顺序的肽链。2翻译的过程(1)起始阶段：利用ATP供能，携带甲硫氨酸的tRNA识别位于核糖体位点1上的mRNA上的起始密码子AUG，mRNA、tRNA与核糖体三者相结合，翻译开始。(2)延伸阶段进位：携带着特定氨基酸的tRNA按碱基互补配对原则识别并进入位点2。转肽：两个氨基酸通过脱水缩合形成肽键而转移到占据位点2的tRNA上。移位：核糖体读取下一个密码子，原占据位点1的tRNA离开，占据位点2的tRNA进入位点1，新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。重复：以后依次重复这三个步骤，直到读取到mRNA上的终止密码。小贴士(1)翻译可以快速进行的原因一个mRNA可同时结合多个核糖体。这样少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质。(2)原核生物由于没有核膜，核糖体可以靠近核DNA分子，因此原核生物具有边转录边翻译的特点，如图：归纳提炼转录与翻译的不同点比较转录翻译场所细胞核细胞质原料核糖核苷酸氨基酸碱基配对原则DNA mRNAAUTACGGCmRNA tRNAAUUACGGC信息传递DNAmRNAmRNA蛋白质时间生物生长发育的过程中产物mRNA有一定氨基酸排列顺序的蛋白质活学活用2判断下列关于翻译过程的描述的正误。(1)终止密码子没有和其对应的tRNA，不能编码氨基酸()(2)真核生物翻译的场所主要在细胞核()(3)三种RNA都与翻译过程有关()(4)翻译的过程有水生成()(5)翻译需要的20种氨基酸都可以在人体内合成()问题导析(1)终止密码没有对应的反密码子，没有对应的tRNA，不编码氨基酸。(2)生物翻译的场所都是核糖体，细胞核是真核生物转录的主要场所。(3)在翻译过程中mRNA作为模板，tRNA携带氨基酸，作为场所的核糖体由rRNA和蛋白质组成。(4)翻译过程中氨基酸脱水缩合产生水。(5)组成生物体的20种氨基酸中，有12种人体能够合成的称为非必需氨基酸，有8种(婴儿为9种)为人体必须从食物中获取的，人体不能合成的称为必需氨基酸。答案(1)(2)(3)(4)(5)解析(2)翻译的场所是核糖体。(5)人体内能合成的氨基酸只有非必需氨基酸。探究点三基因表达中相关数量的计算氨基酸是构成蛋白质的基本单位，有关氨基酸缩合的计算在前面已讲过。在本节知识中，蛋白质的合成受基因控制，那么基因、mRNA以及蛋白质中氨基酸之间有什么关系呢？结合下图分析。1转录时，组成基因的两条链中只有一条链能转录，另一条链则不能转录。基因为双链结构而RNA为单链结构，因此转录形成的mRNA分子中碱基数目是基因中碱基数目的1/2。2mRNA中碱基数与氨基酸的关系：翻译过程中，mRNA中每3个相邻的碱基决定一个氨基酸，每个氨基酸需要一个tRNA转运，所以经翻译合成的蛋白质分子中的氨基酸数目是mRNA碱基数目的1/3。3综上可知：基因中碱基数目mRNA碱基数目tRNA数目蛋白质中氨基酸数目6311。图解如下：归纳提炼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)nm活学活用3一种动物体内的某种酶是由2条多肽链构成的，含有150个肽键，则控制这种酶合成的基因中核苷酸的分子数至少是()A912个 B456个C450个 D906个问题导析(1)该酶由2条肽链，150个肽键组成，所以组成该酶的氨基酸数为152个。(2)DNARNA：氨基酸631，因此基因中核苷酸数最少为912个。答案A解析首先根据缩合的概念及肽链条数计算出酶具有的氨基酸数等于1502152 (个)，再根据其中的关系求出控制这种酶合成的基因中核苷酸的分子数至少是1526912 (个)。1如图所示为真核细胞蛋白质合成过程中必需的两种物质(甲、乙)，下列有关叙述正确的是()A遗传信息位于甲上B乙由三个碱基组成C甲的合成需要RNA聚合酶的参与D乙可以转运多种氨基酸答案C解析由图可知，甲为mRNA，遗传信息位于DNA上，A项错误；乙为tRNA，tRNA是由一条单链的RNA通过折叠形成的，由多个碱基组成，B项错误；mRNA是在RNA聚合酶催化作用下，由DNA分子的一条链为模板转录形成的，C项正确；一种tRNA只能转运一种氨基酸，D项错误。2由表可推知决定丝氨酸密码子的是()DNAGCG信使RNA转运RNAU氨基酸丝氨酸A.TCG BUCGCUGC DAGC答案D解析转运RNA上具有反密码子，与信使RNA上的密码子可以碱基互补配对，由转运RNA的第一个碱基可知，丝氨酸的密码子第一个碱基应是A，所以选D。3DNA通过复制传递遗传信息，通过转录和翻译表达遗传信息，下列关于复制、转录和翻译的说法正确的是()A三个过程所需酶的种类相同B三个过程发生的场所都是细胞质C三个过程都要通过碱基互补配对来完成D复制和转录的模板相同，与翻译的模板不同答案C解析复制需要解旋酶和DNA聚合酶，而转录需要解旋酶和RNA聚合酶。复制和转录的主要场所是细胞核，而翻译在核糖体上进行，复制时以DNA的两条链为模板，而转录只以DNA的一条链为模板，翻译的模板为mRNA。4下图为人体蛋白质合成的一个过程，请据图分析并回答下列问题。(1)图中所示属于基因控制蛋白质合成过程中的_步骤，该步骤发生在细胞的_部分。(2)图中是_。按从左到右的次序写出_内mRNA区段所对应的DNA模板链上碱基的排列顺序_。答案(1)翻译细胞质(或核糖体)(2)tRNA(转运RNA)核糖体TTCGAA解析图示为翻译过程，以mRNA为模板，以tRNA为运载工具，按照碱基互补配对原则，形成具有一定氨基酸排列顺序的多肽。基础过关知识点一碱基和氨基酸的对应关系1DNA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的相应密码子如下表，则tRNA(UGC)所携带的氨基酸是()GCACGUUGCACG丙氨酸精氨酸半胱氨酸苏氨酸A.赖氨酸 B丙氨酸C半胱氨酸 D苏氨酸答案D解析转运RNA上的反密码子与mRNA上的密码子之间遵循碱基互补配对原则，即tRNA(UGC)所携带的氨基酸的密码子是ACG(苏氨酸)。2基因、遗传信息和密码子分别是指()信使RNA上核苷酸的排列顺序基因中脱氧核苷酸的排列顺序DNA上决定氨基酸的三个相邻的碱基信使RNA上决定氨基酸的3个相邻的碱基转运RNA上一端的3个碱基有遗传效应的DNA片段A BC D答案B3正常情况下，出现肽链合成终止，是因为()A一个与mRNA链终止密码相对应的tRNA不能携带氨基酸B细胞内不具有与mRNA链终止密码相对应的反密码子CmRNA在mRNA链终止密码处停止合成DtRNA上出现终止密码答案B解析终止密码子不对应反密码子。tRNA上没有终止密码子，终止密码子在mRNA上。知识点二遗传信息的翻译过程4如图代表人体胰岛细胞中发生的某一过程(AA代表氨基酸)，下列叙述正确的是()A直接给该过程提供遗传信息的是DNAB该过程合成的产物一定是酶或激素C有多少个密码子，就有多少个反密码子与之对应D该过程有水产生答案D解析翻译的直接模板是mRNA而不是DNA；翻译的产物是多肽，经过加工后形成蛋白质，而蛋白质不全是酶与激素；终止密码子不与氨基酸对应，所以没有与终止密码子对应的反密码子；氨基酸脱水缩合形成多肽时，此过程有水的生成。5一段原核生物的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及合成这段多肽最多需要的tRNA个数，依次为()A33,11 B36,12C12,36 D11,36答案B解析由题干知此多肽有11个肽键，可推知此多肽应由12个氨基酸脱水缩合而成，对应mRNA上的碱基数目至少应为12336 (个)，对应DNA上的碱基数目至少为12672 (个)，而12个氨基酸最多需要12个tRNA来转运。6如图表示a、b、c三个核糖体相继结合到一个mRNA分子上，并沿着mRNA移动合成肽链的过程。下列叙述错误的是()A最早与mRNA结合的核糖体是aB核糖体沿箭头方向移动C图示过程有水的生成D图示过程碱基的配对方式为AU、GC答案A解析由题图可知，核糖体c上合成的肽链最长，与mRNA结合得最早。翻译时核糖体沿着方向在mRNA上移动。多肽链是由氨基酸经过脱水缩合形成的，因此图示过程有水生成。翻译时，mRNA与tRNA的碱基配对方式有AU、GC。知识点三基因表达中相关数量的计算7由n个碱基对组成的基因，控制合成由m条多肽链组成的蛋白质，氨基酸的平均相对分子质量为a，则该蛋白质的相对分子质量最大为()A. B.18(m)Cna18(nm) D.18(m)答案D解析基因中有n个碱基对，则由此基因转录形成的mRNA中有n个碱基，指导合成的蛋白质中最多有个氨基酸，该蛋白质分子由m条肽链组成，其分子量为：(m)18。8一个mRNA分子有m个碱基，其中(GC)有n个；由该mRNA合成的蛋白质有两条肽链。则其模板DNA分子的(AT)数、合成蛋白质时脱去的水分子数分别是()Am、m/31 Bm、m/32C2(mn)、m/31 D2(mn)、m/32答案D解析由题意知，mRNA分子有m个碱基且GCn，此mRNA分子中AUmn，控制其合成的DNA分子模板链中ATmn(个)，模板DNA分子中AT2(mn)个；由mRNA分子有m个碱基可知，其模板DNA分子中有2m个碱基，能控制合成含2m/6个氨基酸的蛋白质分子。题干中给出此蛋白质分子有两条肽链，脱去的水分子数应为m/32。能力提升9mRNA上决定氨基酸的一个密码子的一个碱基发生替换，对识别该密码子的tRNA种类及转运的氨基酸种类将会产生的影响是()AtRNA种类一定改变，氨基酸种类一定改变BtRNA种类不一定改变，氨基酸种类不一定改变CtRNA种类一定改变，氨基酸种类不一定改变DtRNA种类不一定改变，氨基酸种类一定改变答案C解析一种密码子只能对应于一种氨基酸，而一种氨基酸可以有多个密码子。mRNA上密码子的一个碱基发生替换，则识别该密码子的tRNA(一端有反密码子)种类也肯定发生改变。但有可能改变后的密码子与原密码子决定的是同一种氨基酸，故氨基酸种类不一定改变。10在蛋白质合成过程中，少量的mRNA分子就可以指导迅速合成出大量的蛋白质，其主要原因是()A一种氨基酸可以由多种密码子来决定B一种氨基酸可以由多种转运RNA携带到核糖体中C一个核糖体可同时与多条mRNA结合，同时进行多条肽链的合成D一个mRNA分子上可相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成答案D解析由于一条信使RNA可以同时与多个核糖体结合，所以可以同时合成多条肽链，大大提高了基因表达的效率。11某条多肽的相对分子质量为2 778，若氨基酸的平均相对分子质量为110，若考虑终止密码，则编码该多肽的基因长度至少是()A75对碱基 B78对碱基C90对碱基 D93对碱基答案D解析设该多肽由n个氨基酸构成，根据题意可以列方程110n18(n1)2 778，解得n30，即该多肽由30个氨基酸组成，若考虑终止密码子则应为30个密码子再加上终止密码应为31，编码多肽的基因碱基为316186,93对碱基。12下图是化学合成的两种mRNA分子。以它们为模板合成的两种多肽中存在的氨基酸种类最多为()多肽M的模板AGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAG多肽N的模板AUCGAUCGAUCGAUCGAUCGAUCG多肽ABCD多肽M1822多肽N4843答案C解析mRNA上每三个相邻的碱基决定一个氨基酸。分析多肽M的模板，不管从何处开始翻译，遗传密码只有两种，即AGA、GAG，决定两种不同的氨基酸；而多肽N的模板，不管从何处开始翻译，只有四种密码子：AUC、GAU、CGA、UCG，决定四种不同的氨基酸。13如图为原核细胞中转录、翻译的示意图。据图判断，下列叙述中正确的是()A图中表示4条多肽链正在合成B转录结束后，翻译才开始C多个核糖体共同完成一条多肽链的翻译D一个基因在短时间内可表达出多条多肽链答案D解析据图可知，一个DNA分子上正转录4条mRNA，而4条mRNA分子上相继结合了多个核糖体，分别同时进行多条肽链的合成。所以一个基因在短时间内可表达出多条肽链。转录尚未结束，翻译即已开始了。14三名科学家因“对核糖体结构和功能的研究”而获得2009年度诺贝尔化学奖。如图为细胞内核糖体合成某多肽过程示意图(图中甲表示甲硫氨酸，丙表示丙氨酸)，请分析回答有关问题：(1)图中是_，其作用是_。(2)由图中可以看出，丙氨酸的密码子是_；连接甲和丙的化学键的结构简式是_。(3)中尿嘧啶和腺嘌呤的和占42%，则可得出与合成有关的DNA分子片段中胞嘧啶占_。(4)下列细胞中不能发生该生理过程的是()A根毛细胞B形成层细胞C人体成熟的红细胞D大肠杆菌(5)若肽链由n个氨基酸组成，该肽链至少有氧原子的个数是_。答案(1)tRNA携带氨基酸进入核糖体(2)GCUCONH (3)29%(4)C(5)n1解析该细胞内正在进行翻译过程，为tRNA，其作用是携带氨基酸进入核糖体并识别密码子。丙表示丙氨酸，由图可知丙氨酸所对应的密码子是GCU；连接两个氨基酸的化学键叫肽键，其结构式是CONH；mRNA中UA42%，可推出DNA一条链中A1T142%，整个DNA分子中AT42%，AT21%，GC29%；人的成熟红细胞中没有细胞核与核糖体，不能发生翻译过程。若肽链由n个氨基酸组成，则至少有n1个NHCO，1个COOH，故至少有n1个氧原子。15下图是蛋白质合成示意图。请据图回答：(1)转录的模板是_中的一条链，该链的相应区段的碱基序列是_。(2)翻译的场所是_，翻译的模板是_，运载氨基酸的工具是_，翻译后的产物是_。(3)遗传物质DNA主要分布在_中，也有一部分分布在_中。答案(1)DNATACCGAAGAAAG(2)核糖体mRNAtRNA蛋白质(3)细胞核细胞质个性拓展16多数真核生物基因中编码蛋白质的序列被一些不编码蛋白质的序列隔开，每一个不编码蛋白质的序列称为一个内含子。这类基因经转录、加工形成的mRNA中只含有编码蛋白质的序列。某同学为检测某基因中是否存在内含子，进行了下面的实验：步骤：获取该基因的双链DNA片段及其mRNA；步骤：加热DNA双链使之成为单链，并与步骤所获得的mRNA按照碱基互补配对原则形成双链分子；步骤：制片、染色、电镜观察，可观察到图中结果。请回答：(1)图中凸环形成的原因是_，该基因有_个内含子。(2)如果现将步骤所获得的mRNA逆转录得到DNA单链，然后该DNA单链与步骤中的单链DNA之一按照碱基互补配对原则形成双链分子，理论上也能观察到凸环，其原因是逆转录得到的DNA单链中不含有_序列。(3)DNA与mRNA形成的双链分子中碱基配对类型有_种，分别是_。答案(1)DNA中有内含子序列，mRNA中没有与其对应的序列，变性后形成的DNA单链之一与mRNA形成双链分子时，该单链DNA中无法与mRNA配对的序列能形成凸环7(2)内含子(3)3AU、TA、CG解析(1)由题意知，基因中编码蛋白质的序列被一些不编码蛋白质的序列隔开，每一个不编码蛋白质的序列称为一个内含子。而mRNA中只含有编码蛋白质的序列。因此，变性后形成的DNA单链之一与mRNA形成双链分子时，该单链DNA中无法与mRNA配对的序列能形成凸环。(2)mRNA逆转录得到DNA单链，该DNA单链也不含有不编码蛋白质的序列，因此，逆转录得到的DNA单链中也不含有内含子序列。(3)DNA中有四种碱基A、G、C、T，mRNA有四种A、G、C、U，DNA中的A与mRNA中的U，DNA中的T与mRNA中的A，DNA中的C与mRNA中的G，DNA中的G与mRNA中的C，所以配对类型有三种。
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