人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第4章 基因的表达第1节 基因指导蛋白质的合成导学案及答案

基因指导蛋白质的合成

核心知识点一：遗传信息的转录

一、RNA的结构与分类

1. RNA与DNA的区别

2. 基本单位：核糖核苷酸。

3. 种类及比较：信使RNA（mRNA）、转运RNA（tRNA）、核糖体RNA（rRNA）。

4. RNA适于作DNA信使的原因：RNA是核酸的一种，分子结构与DNA相似；RNA由4种核糖核苷酸组成，其特定的排列顺序可传递遗传信息；RNA一般是单链，且比DNA短，能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。

二、遗传信息的转录

1. 概念：在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA的过程。

2. 场所：主要是细胞核，在叶绿体、线粒体中也能发生转录过程。

3. 条件： 模板：DNA的一条链，原料：4种核糖核苷酸，能量：ATP，酶：RNA聚合酶。

4. 过程：

5. 结果：合成的mRNA通过核孔进入细胞质中，参与蛋白质的合成。

易错警示：转录的产物不只是mRNA，还有tRNA、rRNA，但只有mRNA携带遗传信息3种RNA都参与翻译过程，只是作用不同。

归纳总结：DNA复制与转录的比较：

易错点拨：DNA复制与转录的几个易错点

例题1  下列关于DNA和RNA的叙述，正确的是（    ）

A. 细胞内DNA和RNA的合成都需要解旋酶解开氢键

B. 真核细胞内DNA和RNA的合成都需要在细胞核内完成

C. 肺炎双球菌体外转化实验说明外源RNA可以在细胞间转移

D. 原核细胞和真核细胞的基因表达出蛋白质都需要DNA和RNA的参与

答案：D

解析：本题考查与DNA和RNA相关的知识，难度中等。细胞内DNA的合成需要解旋酶，RNA的合成过程中RNA聚合酶具有解旋的作用，A错误；真核细胞中的DNA和RNA的合成主要发生在细胞核中，此外线粒体和叶绿体中也能合成DNA和RNA，B错误；肺炎双球菌体外转化实验说明外源DNA可以在细胞间转移，C错误；真核细胞和原核细胞中基因的表达过程都包括转录和翻译两个过程，都需要DNA和RNA的参与，D正确。

例题2  下列关于真核细胞中转录的叙述，错误的是（    ）

A. tRNA、rRNA和mRNA都是从DNA转录而来

B. 同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生

C. 细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生

D. 转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补

答案：C

解析：本题考查与转录相关的内容，难度中等。转录是以DNA一条链为模板，以核糖核苷酸为原料，合成RNA的过程，包括tRNA、rRNA和mRNA，A正确；不同的RNA由不同的基因转录而来，所以同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生，B正确；细胞中的RNA合成过程主要在细胞核内发生，在细胞质的线粒体和叶绿体中也能进行转录合成RNA，C错误；转录是以DNA一条链为模板，以核糖核苷酸为原料，遵循碱基互补配对原则，所以转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补，D正确。

核心知识点二：遗传信息的翻译

一、多肽的合成

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序列的蛋白质的过程。

2. 场所：核糖体。

3. 条件

4. 过程

在细胞质中，通常一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，形成的多肽链氨基酸的序列是一样的，这样，少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质，提高蛋白质的合成效率。这种机制在原核细胞和真核细胞中都存在。

5. 结果：多肽。

二、巧辨遗传信息、密码子和反密码子

1. 界定遗传信息、密码子（遗传密码）、反密码子

2. 辨析氨基酸与密码子、反密码子的数量关系

①每种氨基酸对应一种或几种密码子（密码子简并性），可由一种或几种tRNA转运。

②一种密码子只能决定一种氨基酸，一种tRNA只能转运一种氨基酸。

③密码子有64种，3种终止密码子和61种决定氨基酸的密码子，因此，反密码子理论上有61种，3种终止密码子无与之对应的tRNA。在特殊情况下，UGA可以编码硒代半胱氨酸，AUG、GUG作为起始密码，是翻译的起始位置。

规律总结：准确界定真核生物、原核生物基因表达：

（1）凡转录、翻译有核膜隔开或具“时空差异”的应为真核细胞“核基因”指导的转录、翻译。

（2）原核细胞基因的转录、翻译可“同时”进行。

（3）真核细胞的线粒体、叶绿体中也有DNA及核糖体，其转录、翻译也存在“同时进行”的局面。

三、基因表达中的相关计算

（1）DNA模板链中A＋T（或C＋G）与mRNA中A＋U（或C＋G）相等，则（A＋T）总%＝（A＋U）mRNA%。

（2）DNA（基因）、mRNA上碱基数目与氨基酸数目之间的关系，如下图所示：

可见，在不考虑终止密码的情况下：DNA（或基因）碱基数目： mRNA碱基数目：蛋白质中氨基酸数目＝6：3：1。

四、中心法则

（1）提出者：克里克。

（2）中心法则补充后的内容图解

①DNA的复制；②转录；③翻译；④RNA的复制；⑤RNA逆转录。（图中虚线表示少数生物的遗传信息的流向）

（3）不同生物以及细胞遗传信息的传递

①以DNA为遗传物质的生物遗传信息的传递

RNA蛋白质

②具有RNA复制功能的RNA病毒（如烟草花叶病毒）

蛋白质

③具有逆转录功能的RNA病毒（如艾滋病病毒）

RNARNA蛋白质

④高度分化的细胞

DNARNA蛋白质

在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，ATP为信息的流动提供能量，可见，生命是物质、能量和信息的统一体。

规律总结：中心法则各生理过程快速确定的三大依据

例题1  某种生物基因表达过程如图所示，其中Ⅰ代表细胞核，Ⅱ代表细胞质基质。据图分析，下列叙述正确的是（    ）

A. a物质需要穿过两层膜进入细胞质

B. Ⅰ中形成的a物质可以有多种类型

C. 图中不同的核糖体共同合成一条多肽链

D. 多肽b在核糖体上合成结束后才进入内质网加工、运输

答案：B

解析：本题考查以翻译相关的知识，难度中等。图示为某种生物基因表达过程。在Ⅰ所示的细胞核中，以DNA分子的一条链为模板通过转录过程形成a所示的RNA。RNA通过核孔到达Ⅱ所示的细胞质基质。mRNA相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，此过程称为遗传信息的翻译。b表示正在合成的肽链（也称为多肽）。依题意并分析图示可知：在Ⅰ所示的细胞核中，a物质是通过转录过程形成的RNA，RNA形成后通过核孔进入细胞质，穿过零层膜，A错误；a所示的RNA可以有多种类型（mRNA、rRNA、tRNA），B正确；图中不同的核糖体与同一个mRNA分子结合，同时进行多条肽链的合成，C错误；从图可以看出，多肽b在核糖体上的合成还没有结束，就进入内质网进行加工、运输，D错误。

例题2  下图表示有关遗传信息流向的模拟实验。相关叙述合理的是（    ）

A. 若X是HIV的RNA， Y是DNA， 则管内必须加入DNA聚合酶

B. 若X是CTTGTACAA， Y含有U，则管内必须加入逆转录酶

C. 若Y是合成蛋白质的模板，则管内必须加入氨基酸

D. 若用于破译密码子，则X是mRNA， 管内还要有其它RNA

答案：D

解析：本题考查中心法则，难度较大。若X是HIV的RNA，Y是DNA，则管中发生逆转录的过程，试管中必须加入DNA逆转录酶，A错误；若X是CTTGTACAA，则X是DNA，Y含有U，则Y为RNA，管中发生转录过程，试管中必须加入RNA聚合酶，B错误；若Y是合成蛋白质的模板，则Y为mRNA，那么管内为转录的过程，需要加入RNA聚合酶，C错误；若用于破译密码子，过程为翻译，X为mRNA作为模板，管内需要有其它RNA，例如rRNA和tRNA，D正确。

（答题时间：30分钟）

1. 细胞中DNA转录形成mRNA，关于此过程的说法正确的是（    ）

A. 转录是以DNA为模板通过半保留复制的方式合成mRNA

B. 形成的mRNA分子中嘌呤的数量总是等于嘧啶的数量

C. 场所一定是在细胞核内

D. 一个DNA分子可以转录出多种mRNA分子

2. 如图是有关真核细胞中DNA分子的复制、基因表达的示意图，下列相关叙述错误的是（　　）

A. 甲、乙过程主要发生在细胞核内，丙过程发生在核糖体上

B. 甲、乙两过程都需要DNA聚合酶、解旋酶的催化

C. 甲、乙、丙过程都遵循碱基互补配对原则

D. 甲、乙、丙过程所需原料依次是脱氧核苷酸、核糖核苷酸、氨基酸

3. 下列甲、乙两图为真核细胞中发生的代谢过程示意图，下列有关说法中，正确的是（　　）

A. 甲图所示过程叫作翻译，多个核糖体共同完成一条多肽链的合成

B. 甲图所示过程中核糖体移动的方向是从右到左

C. 乙图所示过程叫作转录，转录产物的作用一定是作为甲图中的模板

D. 甲图和乙图所示过程中都发生了碱基配对，并且碱基互补配对方式相同

4. 关于密码子和反密码子的叙述，正确的是（    ）

A. 密码子位于mRNA上，一种密码子可决定多种氨基酸

B. 密码子位于tRNA上，一种密码子只能决定一种氨基酸

C. 反密码子位于tRNA上，一种tRNA只能转运一种氨基酸

D. 反密码子位于tRNA上，一个tRNA由三个核糖核苷酸构成

5. 通过转录和翻译过程，控制蛋白质的合成，实现遗传信息的表达，下列有关的叙述中错误的是（    ）

A. 某些病毒能以RNA为模板，通过逆转录，形成DNA的一条链

B. 密码子是指转运RNA分子中的决定一个氨基酸的三个相邻的碱基

C. 一种氨基酸可由一种或几种特定的转运RNA携带

D. 基因的碱基数目至少是所控制合成的蛋白质中氨基酸数目的6倍

6. 一个mRNA分子有m个碱基，其中G十C有n个；由该mRNA合成的蛋白质有两条多肽链。则其模板DNA分子的A+T数、合成蛋白质时脱去的水分子数分别是（    ）

A. m，m/3－1 B. m，m/3－2

C. 2（m－n），m/3－1 D. 2（m－n），m/3－2

7. 下列有关基因表达的叙述，错误的是（    ）

A. 组成mRNA分子的4种核苷酸共组成了64种密码子

B. 反密码子为AUG的tRNA所携带的氨基酸，其密码子为TAC

C. 在人的胰岛细胞中胰岛素基因表达，血红蛋白基因不表达

D. 碱基互补配对原则保证了遗传信息的传递能够准确地进行

8. 中心法则概括了自然界生物的遗传信息的流动途径，途径如图所示。对它的相关说法，正确的是（　　）

A. 1957年克里克提出的中心法则内容只包括图中的①②③

B. 图中③④过程均有碱基互补配对，且配对方式不完全相同

C. 图中①⑤过程的酶是DNA聚合酶，②过程是RNA聚合酶

D. 在人体胚胎干细胞和心肌细胞中均存在图中①②③过程

9. 如图表示发生在某类生物体内的遗传信息传递的部分过程，据图回答：

（1）图示为原核细胞的遗传信息的传递和表达过程，判断依据是_________________。

（2）亲代DNA分子共有含氮碱基900对，其中一条单链（A+T）：（G+C）＝5：4，复制一次需游离的胸腺嘧啶_______个。

（3）产生的过程中，一个mRNA上可同时连接多个核糖体，其意义在于_______________。

（4）图中核糖体移动的方向是_____（填“向左”或“向右”）。

（5）当某些基因转录形成的mRNA分子难与模板链分离时，会形成RNA﹣DNA杂交体，这时非模板链、RNA﹣DNA杂交体共同构成R环结构，R环结构的形成往往与DNA分子中某种碱基对的数量有关，推测该片段可能含有较多的_____碱基对，原因是       

                         ，从而使mRNA不易脱离模板链。

10. 下图中的①〜③分别表示人体细胞中3种生物大分子的合成过程。请据图回答下列问题：

（1）过程①消耗的有机物是ATP和____________________________________。

（2）过程②发生的主要场所是____________；a链形成后，通过____________进入细胞质中并与核糖体x结合。

（3）已知过程②的a链中，鸟嘌呤与尿嘧啶之和占碱基总数的54%，a链及其模板链对应区段的碱基中，鸟嘌呤分别占30%和20%。则与a链对应的DNA区段中，腺嘌呤所占的碱基比例为_____。

（4）过程③中，y转运氨基酸的密码子是____________。若合成蛋白质b的基因含有600个碱基对，则该蛋白质最多由____________种氨基酸组成。

（5）在一个细胞周期，过程①中经历起始点的次数是____________次。过程①②③都要进行碱基互补配对，其中配对方式种类最多的是____________过程。

1. D  解析：本题考查基因的转录，难度中等。转录是以DNA分子一条链为模板按照碱基互补配对原则合成mRNA，合成的mRNA最终脱离DNA的模板链，A错误；mRNA分子是单链，嘌呤的数量不一定等于嘧啶的数量，B错误；真核细胞转录的场所主要在细胞核内，在线粒体和叶绿体中也能进行转录，原核生物转录的场所是在细胞质中，C错误；一个DNA分子含有多个不同种类的基因，而转录是以基因的一条链为模板形成RNA，故一个DNA可以转录出多种mRNA分子，D正确。

2. B  解析：本题考查基因的复制和表达，难度中等。甲、乙、丙分别为复制、转录与翻译，复制与转录主要发生在细胞核内，翻译主要发生在细胞质的核糖体上，A正确；复制过程中需要DNA聚合酶、解旋酶的催化，而转录过程只需要RNA聚合酶的催化，B错误；在DNA的复制、转录、翻译过程中都遵循碱基互补配对原则，C正确；复制是合成子代DNA 的过程，需要脱氧核苷酸为原料；转录是合成RNA的过程，需要核糖核苷酸为原料；翻译是合成蛋白质的过程，需要氨基酸为原料，D正确。

3. B  解析：本题考查基因的转录和翻译，难度中等。甲图所示为翻译过程，多个核糖体同时完成多条多肽链的合成，A错误；甲图中，根据多肽链的长度可知，翻译的方向是从右到左，B正确；乙是转录过程，其产物是RNA，包括mRNA、rRNA、tRNA，其中只有mRNA可以作为翻译的模板，C错误；甲图和乙图中都发生了碱基互补配对，但两者配对方式不同，甲图中碱基配对的方式为A-U、U-A、C-G、G-C，乙图中碱基配对的方式为A-U、T-A、C-G、G-C，D错误。

4. C  解析：本题考查密码子和反密码子的差异，难度中等。密码子位于mRNA上，一种密码子最多决定1种氨基酸，A错误； 密码子位于mRNA上，B错误； 反密码子位于tRNA上，能专一地与mRNA上的特定的3个碱基（即密码子）配对，一种tRNA只能转运一种氨基酸 ，C正确；反密码子是指tRNA的一端的三个相邻的碱基，一个tRNA不仅仅由三个核糖核苷酸构成，D错误。

5. B  解析：本题考查逆转录、基因的转录和翻译，难度中等。逆转录只在某些病毒中才会发生，它是指以RNA为模板和合成DNA的过程，A正确；密码子位于mRNA上，是指mRNA分子中的决定一个氨基酸的三个相邻的碱基，B错误；决定一个氨基酸的密码子有一种或几种，密码子与tRNA上的反密码子互补配对，因此，转运一种氨基酸的tRNA可能有一种或几种，C正确；如果一个蛋白质分子由n个氨基酸形成，则mRNA分子上的碱基数至少有3n个（mRNA上有不决定氨基酸的终止密码子），基因的碱基数目至少有6n个，D正确。

6. D  解析：本题考查与基因表达相关的计算，难度较大。由mRNA分子有m个碱基且G+C=n可知，此mRNA分子中A十U=m－n，控制其合成的DNA分子模板链中T+A=m－n个，模板DNA分子中A+T=2（m－n）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。题中给出，此蛋白质分子有两条肽链，脱水分子数应为m/3一2，D正确。

7. B  解析：本题考查基因的表达，难度中等。mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基又称做一个密码子，因此组成mRNA分子的4种核苷酸共组成了64种密码子，A正确；tRNA上的反密码子能够与它所搬运的氨基酸的密码子互补配对，据此可推知反密码子为AUG的tRNA所携带的氨基酸的密码子为UAC，B错误；人的胰岛B细胞能合成分泌胰岛素，但不存在血红蛋白，说明在人的胰岛细胞中胰岛素基因表达，血红蛋白基因不表达，C正确；遗传信息蕴藏在组成DNA的4种碱基的排列顺序之中，通过DNA的复制传递给子代，DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，碱基互补配对原则保证了复制能够准确地进行，D正确。

8. A  解析：根据课本内容的介绍，1957年克里克提出的中心法则内容只包括图中的①DNA复制过程、②转录过程和③翻译过程，A正确；图中③过程是翻译，碱基配对方式是A-U，U-A，G-C，C-G，④过程是RNA复制，碱基配对方式也是A-U，U-A，G-C，C-G，B错误；图中①过程是DNA复制，需要DNA聚合酶；⑤过程是逆转录，需要逆转录酶；②过程是转录，需要RNA聚合酶，C错误；由于①DNA复制过程只能在具有分裂能力的细胞中才发生，而人体心肌细胞不在分裂增殖，D错误。

9.（1）转录翻译同时进行  （2）500  （3）加快蛋白质的合成速度（少量mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白质）  （4）向左  （5）G→C   C-G之间有3个氢键

解析：本题考查遗传信息的转录和翻译，难度中等。

（1）图中转录和翻译同时进行，说明图示为原核细胞的遗传信息的传递和表达过程。

（2）亲代DNA分子共有含氮碱基900对，其中一条单链（A+T）：（G+C）=5：4，则A+T==1000个，A=T=500个，根据DNA半保留复制特点，复制一次需游离的胸腺嘧啶（21-1）×500=500个。

（3）产生的过程中，一个mRNA上可同时连接多个核糖体，这样可以加快蛋白质的合成速度。

（4）根据肽链的长度可知，图中核糖体移动的方向是向左。

（5）由于C-G之间有3个氢键，A与T之间有2个氢键，因此R环结构中可能含有较多的G→C碱基对，使mRNA不易脱离模板链。

10.（1）脱氧核苷酸   （2）细胞核    核孔   （3）25% （4）GUU    20   

（5）一     ②

解析：本题考查基因的表达，难度中等。

（1）过程①表示DNA复制，需要模板（亲代DNA的两条链）、原料（脱氧核苷酸）、能量（直接由ATP提供）和酶等基本条件，所以过程①消耗的有机物是ATP和脱氧核苷酸。

（2）过程②表示转录，发生的主要场所是细胞核；形成的a链为mRNA，mRNA通过核孔进入细胞质中并与核糖体x结合。

（3）过程②（转录）中的a链为mRNA，其中G＋U＝54%，G＝30%，U＝54%－30%＝24%，则其模板链中，A＝24%，C＝30%；已知模板链中G＝20%，则T＝100%－24%－30%－20%＝26%，所以与a链对应的DNA区段中，腺嘌呤A＝（24%＋26%）÷2＝25%。

（4）过程③为翻译，y所示的tRNA上的反密码子为CAA，因翻译时tRNA上的反密码子与它所搬运的氨基酸的密码子互补配对，因此y转运氨基酸的密码子是GUU。若合成蛋白质b的基因含有600个碱基对，依据“在基因指导蛋白质的合成过程中，基因中的碱基数∶mRNA分子中的碱基数∶多肽链中氨基酸数＝6∶3∶1”可知：该蛋白质含有的氨基酸数为100个，最多由20种氨基酸组成。

（5）在一个细胞周期，DNA复制发生在间期，因此过程①所示的DNA复制中经历起始点的次数是一次。①所示的DNA复制过程中碱基互补配对方式是A—T、C—G，②过程所示的转录过程中碱基互补配对方式是A—U、C—G、T—A，③所示的翻译过程中碱基互补配对方式是A—U、C—G，所以过程①②③中配对方式种类最多的是②。