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

这是一份人教版 (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，共14页。学案主要包含了RNA的结构与分类，遗传信息的转录，基因表达中的相关计算，中心法则等内容，欢迎下载使用。
基因指导蛋白质的合成 重难点题型分值重点遗传信息的转录选择题、非选择题2-4遗传信息的翻译中心法则难点复制和转录的区别密码子和反密码子的区别中心法则 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 物质组成结构特点五碳糖特有碱基DNA脱氧核糖T（胸腺嘧啶）一般是双链RNA核糖U（尿嘧啶）通常是单链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：项目复制转录场所主要是细胞核主要是细胞核原料4种脱氧核糖核苷酸4种核糖核苷酸原则A—T、G—CT—A、A—U、G—C结果两个子代DNA分子mRNA、tRNA、rRNA信息传递DNA→DNADNA→mRNA意义传递遗传信息表达遗传信息 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mRNAB. 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/3－2C. 2（m－n），m/3－1 D. 2（m－n），m/3－27. 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TACC. 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①②③B. 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。