从基因到蛋白质课堂实录【3】

基因的表达

[最新考纲]

1．遗传信息的转录和翻译(Ⅱ)。

2.基因与性状的关系(Ⅱ)。

考点一

遗传信息的转录和翻译

1．比较RNA与DNA —————→

DNA(1)据“分布”—主要存在于细胞质中

—————→

RNA——→DNA(2)据“链”—多为单链

——→RNA（3）

多为双链主要存在于细胞核中

——→DNA(4)据“碱基”—有U无T

——→RNA——→DNA(5)据“甲基绿—吡罗红混合染色”—为红色

——→RNA2．转录

识图并回答：

为绿色有T无U

3．翻译

识图并回答。

[疑点初探]

疑点1∶mRNA、tRNA、rRNA是在哪里产生的？

tRNA、mRNA、rRNA均是在细胞核中转录产生的，在翻译过程中共同发挥作用。

疑点2：若一个基因在复制过程中发生碱基对的替换，这种变化是否一定反映到蛋白质的结构上？

不一定，因为密码子具有简并性。

[例1]下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RNA B．甲硫氨酸处于图中的位置

C．密码子位于tRNA的环状结构上

D．mRNA上碱基改变即可改变肽链中氨基酸的种类

[信息提取]

(1)由题目可提取信息“mRNA在核糖体上翻译出肽链的过程”；

(2)在大脑中提取“核糖体的组成；密码子的概念与特点”。

[解题思路]

核糖体是相邻氨基酸形成肽键的场所，核糖体由核糖体RNA和蛋白质构成，A正确；甲硫氨酸是第一个氨基酸，位于④的左边，B错误；密码子位于mRNA上，tRNA的环状结构上有反密码子，C错误；由于密码子的简并性，mRNA上碱基改变不一定改变肽链中氨基酸的种类，D错误。

[答案]

A 1．甲、乙图示真核细胞内两种物质的合成过程，下列叙述正确的是(

)

A．甲、乙所示过程通过半保留方式进行，合成的产物是双链核酸分子

B．甲所示过程在细胞核内进行，乙在细胞质基质中进行

C．DNA分子解旋时，甲所示过程不需要解旋酶，乙需要解旋酶

D．一个细胞周期中，甲所示过程在每个起点只起始一次，乙可起始多次

解析：由图可以看出，甲图所示为DNA分子的复制过程，其方式为半保留复制，产生两个相同的子代DNA分子；乙图所示为以DNA分子的一条链为模板，产生单链RNA的转录过程，故A项错误。DNA分子复制过程可发生在细胞核、叶绿体、线粒体中，转录过程主要发生在细胞核中，B项错误。在上述两个过程中，均需要解旋酶参与，故C项错误。在一个细胞周期中，DNA分子只复制一次，在整个细胞周期中每时每刻都需要多种酶的参与，多数酶的化学本质是蛋白质，因而转录、翻译过程贯穿于细胞周期的始终，因此，乙图所示过程可起始多次，D项正确。

答案：D 2．图示细胞内某些重要物质的合成过程。该过程发生在(

)

A．真核细胞内，一个mRNA分子上结合多个核糖体同时合成多条肽链

B．原核细胞内，转录促使mRNA在核糖体上移动以便合成肽链

C．原核细胞内，转录还未结束便启动遗传信息的翻译

D．真核细胞内，转录的同时核糖体进入细胞核启动遗传信息的翻译

解析：本题主要考查基因控制蛋白质合成的相关知识。真核细胞中，在细胞核中发生转录形成mRNA，mRNA从核孔进入细胞质，与多个核糖体结合。原核细胞内，转录还未结束，核糖体便可结合在mRNA上进行肽链的合成，即转录还未结束便可启动遗传信息的翻译。图示信息显示，转录还没有完成，多个核糖体已结合到mRNA分子上，说明该细胞为原核细胞。A、B、D不符合题意，C符合题意。

答案：C [归纳提升]

转录、翻译与DNA复制的比较

项目

场所

模板

原料

条件

碱基配对方式

信息传递

产物

DNA复制

细胞核(线粒体、叶绿体) DNA的两条链

4种脱氧核苷酸

酶(解旋酶、DNA聚合酶等)和ATP A－T

T－A

C－G

G－C DNA→DNA 2个相同的DNA 转录

细胞核(线粒体、叶绿体) DNA的一条链

4种核糖核苷酸

酶(RNA聚合酶等)和ATP A－U

T－A

C－G

G－C DNA→RNA 翻译

细胞质中核糖体上

mRNA 20种氨基酸

酶、ATP和tRNA A－U

U－A C－G

G－C mRNA→蛋白质

RNA(mRNA、tRNA、有一定氨基酸排列顺rRNA) 边解旋边转录，DNA仍保留

序的蛋白质

1个mRNA分子可结合多个核糖体，提高合成蛋白质的速度

特点

边解旋边复制，半保留复制

3.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，反密码子位于tRNA上

B．密码子位于tRNA上，反密码子位于mRNA上

C．密码子位于rRNA上，反密码子位于tRNA上

D．密码子位于rRNA上，反密码子位于mRNA上

解析：mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基称为1个密码子；tRNA上一端的3个碱基可与mRNA上的密码子互补配对，叫反密码子，A项正确。

答案：A 4．天津市公安局利用DNA鉴定在“8·12”天津港瑞海公司所属危险品仓库发生爆炸中遇难者的身份。如图分别为DNA、tRNA的结构示意图。以下叙述不正确的是(

)

A．图示DNA分子中的⑤为氢键，tRNA中的b为磷酸二酯键

B．DNA分子复制、切割目的基因片段时分别破坏的化学键为⑤⑥

C．tRNA是由三个核糖核苷酸连接成的单链分子

D．c处表示反密码子，可以与mRNA碱基互补配对

解析：如图中⑤为氢键，⑥⑦均可称为磷酸二酯键，但⑦为一个核苷酸内部脱氧核糖的5号碳原子与磷酸基团之间的连接，而⑥为两个脱氧核苷酸之间的连接，如图中b指代的是tRNA臂上，若代表化学键，只能是磷酸二酯键，A正确；DNA分子复制和切割目的基因片段破坏的化学键分别是⑤氢键和⑥脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键，B正确；tRNA是由多个核糖核苷酸连接成的三叶草结构，C错误。

答案：C [归纳提升]

遗传信息、密码子和反密码子的比较

遗传信息

基因中脱氧核苷酸的排列顺序

密码子

mRNA中决定一个氨基酸的三个相邻碱基

直接决定蛋白质中的氨基酸序列

与DNA模板链上的碱基互补

②mRNA中碱基序列与基因模板链中碱基序列互补配对

反密码子

tRNA中与mRNA中密码子互补的三个碱基

识别密码子，转运氨基酸

与mRNA中密码子的碱基互补

概念

区

别

作用

控制生物的遗传性状

DNA两条链上的碱基互补

①基因中脱氧核苷酸特点

联系

的排列顺序决定mRNA中核糖核苷酸的排列顺序

③密码子和反密码子的碱基序列互补配对

对应关系

5．现代生物工程能够实现通过已知蛋白质的氨基酸序列来人工合成基因。现已知人体生长激素共含190个肽键(单链)，假设与其对应的mRNA序列中有A和U共313个，则合成的生长激素基因中G至少有(

) A．130个

B．260个

C．313个

D．无法确定

解析：此蛋白质由191个氨基酸缩合而成，控制其合成的mRNA 中最少有573个碱基，又知mRNA中A＋U为313个，所以mRNA中G＋C为573－313＝260(个)，故DNA的两条链中G＋C共有520个，即该基因中G至少有260个。

答案：B 6．胰岛素的A、B两条肽链是由一个基因编码的，其中A链中的氨基酸有m个，B链中的氨基酸有n个。下列有关叙述中不正确的是(

) A．胰岛素基因中至少有碱基数是6(m＋n)

B．胰岛素基因的两条DNA单链分别编码A、B两条肽链

C．胰岛素mRNA中至少含有的密码子为(m＋n)个

D．A、B两条肽链可能是经蛋白酶的作用后形成

解析：胰岛素基因编码的两条多肽链中氨基酸总数是m＋n，所以DNA中对应碱基数至少为6(m＋n)；一个基因在编码蛋白质的过程中，只有一条链作为模板链；胰岛素基因转录的mRNA是一条，而形成的两条肽链中氨基酸共有(m＋n)个，根据密码子和氨基酸的一一对应关系(不考虑终止密码子)可知，与之对应的胰岛素mRNA中至少含有的密码子应该为(m＋n)个；A、B两条肽链可能是形成一条肽链之后，经蛋白酶作用使一个肽键断裂，然后再组装成胰岛素的。

答案：B [技法提炼]

基因表达中碱基数量推算方法

DNA(基因)、mRNA中碱基与肽链中氨基酸个数关系图解：

若不考虑终止密码子，三者的关系是：蛋白质中氨基酸的数目＝1/3mRNA中碱基的数目＝1/6DNA(基因)中碱基的数目。

考点二

中心法则及基因与性状的关系

1．中心法则

(1)总表达式

①DNA的复制；②转录；③翻译；④RNA的复制；⑤RNA逆转录。

(2)分别写出下列相关中心法则表达式

①写出噬菌体等病毒的中心法则

②写出烟草花叶病毒等病毒的中心法则

③写出HIV等病毒的中心法则

④写出细胞生物(原核细胞、真核细胞)的中心法则

2．基因控制性状的途径

(1)直接控制途径(用文字和箭头表示) 控制直接控制基因――→蛋白质的结构――――→生物体的性状。

―(2)间接控制途径(用文字和箭头表示) 控制控制间接控制基因――→酶的合成――→代谢过程――――→生物体的性状。

―(3)基因控制性状的实例

[思考辨析]

1．DNA病毒中没有RNA，其遗传信息的传递不遵循中心法则(×) 2．具有RNA的病毒都能进行逆转录(×) 3．镰刀型贫血症是通过控制蛋白质的结构来控制性状的(√) 4．个体细胞不存在遗传信息的传递(×) [例2]

结合题图分析，下列叙述错误的是(

)

A．生物的遗传信息储存在DNA或RNA的核苷酸序列中

B．核苷酸序列不同的基因可表达出相同的蛋白质

C．遗传信息传递到蛋白质是表现型实现的基础

D．编码蛋白质的基因含遗传信息相同的两条单链

[信息提取]

(1)从题目中提取信息“题图为中心法则的信息传递图解”；

(2)在大脑中提取“遗传信息储存的部位；密码子的简并性”。

[解题思路]

生物的遗传信息储存在DNA或RNA的核苷酸序列中，A项正确；由于密

码子的简并性，核苷酸序列不同的基因可表达出相同的蛋白质，B项正确；遗传信息传递到蛋白质是表现型实现的基础，C项正确；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项错误。

[答案]

D 7．下列过程中，由逆转录酶催化的是(

) A．DNA→RNA

B．RNA→DNA

C．蛋白质→蛋白质

D．RNA→蛋白质

解析：DNA→RNA是转录过程，需RNA聚合酶催化，A不符合题意；RNA→DNA是逆转录过程，需逆转录酶催化，B符合题意；蛋白质→蛋白质，是原病毒的遗传信息传递过程，C不符合题意；RNA→蛋白质是翻译过程，D不符合题意。

答案：B 8．下面是几种抗菌药物的抗菌机理以及中心法则的图解。

①青霉素：抑制细菌细胞壁的合成

②环丙沙星：抑制细胞DNA解旋酶的活性

③红霉素：能与核糖体结合以阻止其发挥作用

④利福平：抑制RNA聚合酶的活性

以下有关说法错误的是(

) A．环丙沙星会抑制a过程，利福平将会抑制b过程

B．除青霉素外，其他抗菌药物均具有抑制遗传信息传递和表达的作用

C．过程d涉及的氨基酸最多20种、tRNA最多有64种

D．e过程需要逆转录酶

解析：翻译过程中涉及的氨基酸有二十多种，而tRNA由于终止密码子的存在，其种类少于64种，C错误。

答案：C [归纳提升]

中心法则试题的解题技巧

(1)中心法则包括五个过程：①DNA复制，②转录，③翻译，④逆转录，⑤RNA复制。每一个过程都需要模板、原料、酶、能量，也都遵循碱基互补配对原则。绘制成遗传信息的传递图解如下：

此类试题主要涉及遗传信息的传递、表达，主要是以各种变形的中心法则图解为背景切入。

(2)解答此类试题的关键是识别中心法则图解，确定考查的遗传信息传递的具体过程。如果是模拟实验类，则可以通过所提供的模板、原料、酶的种类等相关条件来确定；如果是中心法则的变形类就先还原图解，与中心法则的标准图解进行对比，重现图解中隐去的关键

词或确定图解中相关数字、符号所代表的具体过程。

9．下图表示有关遗传信息传递的模拟实验。相关叙述合理的是(

)

A．若X是mRNA，Y是多肽，则管内必须加入氨基酸

B．若X是DNA，Y含有U，则管内必须加入逆转录酶

C．若X是tRNA，Y是多肽，则管内必须加入脱氧核苷酸

D．若X是HIV的RNA，Y是DNA，则管内必须加入DNA酶

解析：翻译以mRNA为模板，氨基酸为原料合成多肽，A正确；转录是以DNA为模板，核糖核苷酸为原料合成RNA，需要RNA聚合酶；B错误；tRNA不能作为模板，C错误；逆转录是以RNA为模板，脱氧核苷酸为原料合成DNA，需要逆转录酶，D错误。

答案：A [技法提炼]

“三看法”判断与中心法则有关的模拟实验

(1)“一看”模板

①如果模板是DNA，生理过程可能是DNA复制或DNA转录。

②如果模板是RNA，生理过程可能是RNA复制或RNA逆转录或翻译。

(2)“二看”原料

①如果原料为脱氧核苷酸，产物一定是DNA，生理过程可能是DNA复制或逆转录。

②如果原料为核糖核苷酸，产物一定是RNA，生理过程可能是DNA转录或RNA复制。

③如果原料为氨基酸，产物一定是蛋白质(或多肽)，生理过程是翻译。

(3)“三看”产物

①如果产物为DNA，生理过程可能是DNA复制或RNA逆转录。

②如果产物为RNA，生理过程可能是RNA复制或DNA转录。

③如果产物是蛋白质(或多肽)，生理过程是翻译。

10．如图为人体内基因对性状的控制过程，下列叙述错误的是(

)

A．图中①②过程的场所分别是细胞核、核糖体

B．镰刀型细胞贫血症致病的直接原因是血红蛋白分子结构的改变

C．人体衰老引起白发的主要原因是图中的酪氨酸酶活性下降

D．该图反映了基因对性状的控制是通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状

解析：图中①表示转录、②表示翻译过程，场所分别是细胞核、核糖体，A正确；镰刀型细胞贫血症是由于控制合成血红蛋白分子的DNA的碱基序列发生了改变而使构成血红蛋白的谷氨酸改变，反映了基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状，B正确；人体衰老，酪氨酸酶活性下降，黑色素合成减少引起白发，C正确；人的白化症状是由于控制酪氨酸酶的基因异常而引起的，这反映了基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状，因此D错误。

答案：D [归纳提升]

基因与性状的对应关系

课堂小结：

提示：①DNA

②mRNA

③密码子

④多肽(或蛋白质) ⑤Trna 1.RNA与DNA在化学组成上的区别在于：RNA中含有核糖和尿嘧啶，DNA中含有脱氧核糖和胸腺嘧啶。

2.转录是以DNA的一条链作为模板，主要发生在细胞核中，以4种核糖核苷酸为原料。

3.一种密码子只能决定一种氨基酸，但一种氨基酸可以由多种密码子来决定。

4.决定氨基酸的密码子有61种，反密码子位于tRNA上，也有61种。

5.基因对性状的控制有两条途径，一是基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状；二是基因通过控制蛋白质结构直接控制生物的性状。

课堂练习：

1．

研究发现，人类免疫缺陷病毒(HIV)携带的RNA在宿主细胞内不能直接作为合成蛋白质的模板。依据中心法则(下图)，下列相关叙述错误的是(

)

A．合成子代病毒蛋白质外壳的完整过程至少要经过④②③环节

B．侵染细胞时，病毒中的蛋白质不会进入宿主细胞

C．通过④形成的DNA可以整合到宿主细胞的染色体DNA上

D．科学家可以研发特异性抑制逆转录酶的药物来治疗艾滋病

解析：HIV的衣壳内有RNA逆转录酶，侵染时，病毒将RNA和

RNA逆转录酶一起注入宿主细胞，B项错误。HIV的RNA侵染成功后经过逆转录形成DNA并整合到宿主细胞染色体DNA上，再转录为mRNA从而翻译为蛋白质，故A项和C项正确。用药物特异性抑制逆转录酶活性，可抑制HIV的增殖从而治疗艾滋病，D项正确。

答案：B 2．关于基因控制蛋白质合成的过程，下列叙述正确的是(

) A．一个含n个碱基的DNA分子，转录的mRNA分子碱基数是n/2个

B．细菌的一个基因转录时两条DNA链可同时作为模板，提高转录效率

C．DNA聚合酶和RNA聚合酶的结合位点分别在DNA和RNA上

D．在细胞周期中，mRNA的种类和含量均不断发生变化

解析：一个DNA分子上有多个基因，当RNA聚合酶结合到某个基因的启动子后该基因就开始转录，而且非编码区不转录，只有编码区才可能转录mRNA，故mRNA的碱基数远少于n/2个，A项错误。转录时以DNA的一条链为模板合成mRNA，B项错误。DNA聚合酶和RNA聚合酶的结合位点都在DNA上，C项错误。细胞周期中，分裂间期中的G1、G2期完成不同蛋白质的合成，即基因选择性转录出不同mRNA，间期中的S期DNA复制时及分裂期染色体高度螺旋化时，RNA含量均下降，D项正确。

答案：D 3．真核生物的核基因必须在mRNA形成之后才能翻译蛋白质，但原核生物的mRNA

通常在转录完成之前便可启动蛋白质的翻译，针对这一差异的合理解释是(

) A．原核生物的遗传物质是RNA B．原核生物的tRNA呈三叶草结构

C．真核生物的核糖体可以进入细胞核

D．真核生物的mRNA必须通过核孔后才能翻译

解析：原核生物的遗传物质是DNA，A项错误；原核生物和真核生物的tRNA结构相似，真核生物的核糖体不能进入细胞核，B、C项错误；原核生物的转录和翻译可以同时进行，而真核生物细胞核内转录产生的mRNA需通过核孔进入细胞质中与核糖体结合后才能翻译，D项正确。

答案：D 4．同一物种的两类细胞各产生一种分泌蛋白，组成这两种蛋白质的各种氨基酸含量相同，但排列顺序不同，其原因是参与这两种蛋白质合成的(

)。

A．tRNA种类不同

B．mRNA碱基序列不同

C．核糖体成分不同

D．同一密码子所决定的氨基酸不同

解析：由于组成两种分泌蛋白的氨基酸种类相同，因此tRNA种类相同；核糖体的组成成分相同，都是由蛋白质和rRNA组成的，A、C两项错误。所有生物共用一套遗传密码，同一密码子所决定的氨基酸相同，D项错误。根据中心法则，蛋白质中的氨基酸序列直接由mRNA的碱基序列决定，故氨基酸排列顺序不同是由mRNA碱基序列不同导致的，B项正确。

答案：B 5．图①～③分别表示人体细胞中发生的3种生物大分子的合成过程。请回答下列问题：

(1)细胞中过程②发生的主要场所是________。

(2)已知过程②的α链中鸟嘌呤与尿嘧啶之和占碱基总数的54%，α链及其模板链对应区段的碱基中鸟嘌呤分别占29%、19%，则与α链对应的DNA区段中腺嘌呤所占的碱基比例为________。

(3)由于基因中一个碱基对发生替换，而导致过程③合成的肽链中第8位氨基酸由异亮氨酸(密码子有AUU、AUC、AUA)变成苏氨酸(密码子有ACU、ACC、ACA、ACG)，则该基因的这个碱基对替换情况是__________________________________________________。

(4)在人体内成熟红细胞、浆细胞、记忆细胞、效应T细胞中，能发生过程②、③而不能发生过程①的细胞是________________。

(5)人体不同组织细胞的相同DNA进行过程②时启用的起始点________(在“都相同”、“都不同”、“不完全相同”中选择)，其原因是________________________________________________________________________。

解析：(1)图①为DNA的复制，图②为转录，图③为翻译；(2)本小题的注意点是计算对应的DNA区段，而不是模板链，通过绘图，可求得模板链上碱基G占19%，C占29%，A占25%，T占27%，因此该区段DNA双链中A与T之和达52%，故A和T各占26%。(3)本小题注意是一对碱基的替换，通过密码子的对应关系可确定，密码子的变化是AUU→ACU或AUC→ACC或AUA→ACA，则模板链上对应的碱基变化是A→G，基因中碱基对的变化就是A∥T→G∥C。(4)过程①只发生于分裂的细胞中，而过程②③可发生在具DNA的所有活细胞中，因此浆细胞和效应T细胞不分裂，不发生过程①，可发生过程②③，成熟的红细胞无细胞核，不能发生过程①②③，记忆细胞可发生过程①②③。(5)不同组织细胞发生细胞的分化，基因选择性表达，因此同一DNA中不同基因表达情况有差异，故转录的起点不完全相同。

答案：(1)细胞核

(2)26%

(3)T－A替换为C－G(A－T替换为G－C)

(4)浆细胞和效应T细胞

(5)不完全相同

不同组织细胞中基因进行选择性表达