[精练精析]4.1 基因指导蛋白质的合成(新人教版必修2).doc

第1节 基因指导蛋白质的合成【典例导悟】【典例1】下列有关DNA和RNA的叙述中，正确的是A.DNA和RNA是同一物质在不同时期的两种形态B.DNA和RNA的基本组成单位是一样的C.AGCTGA既可能是DNA的碱基序列，也可能是RNA的碱基序列D.mRNA上的碱基序列，决定于DNA的碱基序列，同时又决定蛋白质中氨基酸的序列【规范解答】选D。本题考查DNA和RNA的区别及其功能。【互动探究】（1）若将选项C中的什么碱基改为什么，则为正确？（2）选项D中所涉及的两个生理过程的场所分别是什么？提示：（1）把T改为A或G或C均可。（2）mRNA合成的场所是细胞核、线粒体、叶绿体，蛋白质合成的场所是核糖体。 【变式训练1】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。核酸的基本组成单位是核苷酸，故C、D是错的。DNA碱基种类有A、T、G、C，RNA碱基种类有A、U、G、C，两者碱基有差别，可区别DNA与RNA，在双链核酸中按碱基互补配对原则，嘌呤碱基数目=嘧啶碱基数目，而单链核酸中上述关系不成立，所以B不对，A答案正确。【变式训练2】由1分子磷酸、1分子碱基和1分子化合物a构成了化合物b，如图所示，则下列叙述正确的是（ ）A.若m为腺嘌呤，则b肯定为腺嘌呤脱氧核苷酸B.若a为核糖，则b为DNA的基本组成单位C.若m为尿嘧啶，则DNA中肯定不含b这种化合物D.若由b构成的核酸能被吡罗红染成红色，则a为脱氧核糖【解析】选C。若m为腺嘌呤，则b为腺嘌呤脱氧核苷酸或腺嘌呤核糖核苷酸；若a为核糖，则b为核糖核苷酸，是RNA的基本组成单位；DNA中含有T，但不含有U；RNA可被吡罗红染成红色，RNA的基本组成单位是核糖核苷酸，则a为核糖。【典例2】（2009江苏高考）下图为某种真菌线粒体中蛋白质的生物合成示意图，请据图回答下列问题。（1）完成过程需要_等物质从细胞质进入细胞核。（2）从图中分析，核糖体的分布场所有_。（3）已知溴化乙啶、氯霉素分别抑制图中过程、，将该真菌分别接种到含溴化乙啶、氯霉素的培养基上培养，发现线粒体中RNA聚合酶均保持很高活性。由此可推测该RNA聚合酶由_中的基因指导合成。（4）用鹅膏蕈碱处理细胞后发现，细胞质基质中RNA含量显著减少，那么推测鹅膏蕈碱抑制的过程是_（填序号），线粒体功能_（填“会”或“不会”）受到影响。【思路点拨】本题以图文为资料考查转录、翻译的相关知识。解答本题，可从以下角度分析：【自主解答】（1）过程为转录，需要从核外获取ATP、核糖核苷酸、酶；（2）过程表示翻译，场所核糖体，在细胞质基质，线粒体中能进行过程翻译，所以线粒体中也存在。（3）已知溴化乙啶、氯霉素分别抑制图中过程、，但是将该真菌分别接种到含溴化乙啶、氯霉素的培养基上培养，线粒体中RNA聚合酶均保持很高活性。所以RNA聚合酶不是线粒体的基因控制合成的，而是由细胞核中的基因指导合成的。（4）用鹅膏蕈碱处理细胞后细胞质基质中RNA含量显著减少，所以抑制了转录合成RNA的过程，线粒体由于前体蛋白减少，所以功能受影响。答案：（1）ATP、核糖核苷酸、酶（2）细胞质基质和线粒体（3）核DNA（细胞核） （4） 会 【规律方法】氨基酸、密码子、tRNA三者的关系（1）一种氨基酸由一种或多种密码子决定，由一种或多种tRNA转运。（2）一个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）同一种氨基酸的密码子与tRNA的种类一一对应。【变式训练】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【解析】选D。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，而酶与激素不全是蛋白质；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。【学业达标训练】1.如图表示转录的过程，则此段中含有多少种核苷酸( )A.5 B.6 C.8 D.4【解析】选B。DNA和RNA中所含有的核苷酸种类不同。由图可知DNA链上含有3种脱氧核糖核苷酸，RNA链上含有3种核糖核苷酸，故此段图示中共含有6种核苷酸。2.（2009海南高考）有关真核细胞DNA复制和转录这两种过程的叙述，错误的是( )A.两种过程都可在细胞核中发生B.两种过程都有酶参与反应C.两种过程都以脱氧核糖核苷酸为原料D.两种过程都以DNA为模板【解析】选C。复制和转录都主要在细胞核内进行；都需要酶的参与；复制的原料是4种脱氧核糖核苷酸，转录的原料是核糖核苷酸；两种过程的模板都是DNA，复制是以DNA的两条链分别为模板，而转录是以DNA的一条链为模板。3.遗传信息和遗传密码分别位于（ ）A.DNA和信使RNA上B.DNA和转运RNA上C.信使RNA和转运RNA上D.染色体和基因上【解析】选A。遗传信息位于DNA上，密码子位于mRNA上，反密码子位于tRNA上。4.已知一段mRNA含有30个碱基，其中A和G有12个，转录该段mRNA的DNA分子模板链中应有A和G的个数是（ ）A.12 B.24 C.18 D.30【解析】选C。根据下图可解答：由于DNA模板链与mRNA互补，所以DNA模板链上A和G的个数等于mRNA中C和U的个数。5.下列对mRNA的描述，不正确的是（ ）A.mRNA可作为合成蛋白质的直接模板B.mRNA上的每三个相邻的碱基决定一个氨基酸C.mRNA上有四种核糖核苷酸，代表20种氨基酸的密码子有61种D.mRNA只有与核糖体结合后才能发挥作用【解析】选B。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。6.（2009昆明高一检测）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（ ） mRNA多肽M的模板 AGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAG多肽N的模板 AUCGAUCGAUCGAUCGAUCGAUCG【解析】选C。mRNA上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。7.合成肽链时，出现正常的肽链终止，是因为（ ）A.一个与mRNA链终止密码相应的tRNA不能携带氨基酸B.不具有与mRNA链终止密码相应的反密码子tRNAC.mRNA在mRNA链终止密码处停止合成D.tRNA上出现终止密码【解析】选B。在mRNA上有终止密码，生物体内不含有与mRNA链终止密码相应的反密码子。8.DNA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，而与翻译的模板不同【解析】选C。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。9.（2009晋江高一检测）把小鼠血红蛋白的mRNA加入到大肠杆菌提取液中，在一定条件下，能合成出小鼠的血红蛋白，这个事实说明（ ）A.控制蛋白质合成的基因位于mRNA上B.小鼠的mRNA能使大肠杆菌向小鼠转化C.所有生物共用一套密码子D.小鼠的mRNA在大肠杆菌体内控制合成了小鼠的DNA【解析】选C。将小鼠血红蛋白的mRNA加入到大肠杆菌提取液中，在一定条件下，合成出小鼠的血红蛋白，说明大肠杆菌以小鼠的mRNA为模板合成了蛋白质，即所有生物共用一套密码子。10.依据图回答下列问题：（1）在生物体内图a所示的过程是_，进行的主要场所是_，其所需的原料是_，产物是_。（2）图b所示的过程是_，进行的场所是_，所需的原料是_，此原料的种类主要有_种，它们的共同特点是_，结构通式为_。（3）碱基分别为_、_、_，图b中的、分别为_、_，若所示的三个碱基为UAC，则此时所携带的氨基酸的密码子为_。（4）若已知R链中（A+G）/（T+C）的值为0.8，Y链中的（A+G）/（T+C）的值为_，R、Y链构成的DNA分子中（A+G）/（T+C）的值应为_。（5）人体有的细胞不会发生图a和图b所示的过程，如_，其原因是_。【解析】（1）DNA的复制是以两条链为模板，而转录只以一条链为模板，复制和转录的主要场所都是细胞核，但所需原料不同，前者是脱氧核糖核苷酸，后者是核糖核苷酸，产物也不同，前者是两个相同的DNA分子，后者是RNA。（2）翻译是以mRNA为模板合成蛋白质的过程，场所是核糖体，原料是氨基酸，产物是具有一定氨基酸排列顺序的蛋白质。（3）根据碱基互补配对原则可以判断分别是U、G、C，在图b中是tRNA，是氨基酸的运载工具，其中的UAC为反密码子，与之对应的密码子是AUG，是核糖体。（4）在双链DNA分子中，A=T，G=C，所以（A+G）/（T+C）=1，但一条链上（A+G）/（T+C）与另一条链上（A+G）/（T+C）互为倒数。（5）成熟的红细胞无细胞核和线粒体，即不含DNA，不可能进行转录和翻译。答案：（1）转录 细胞核 核糖核苷酸 RNA（2）翻译 核糖体 氨基酸 20 至少含有一个氨基和一个羧基，且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上（3）U G C 转运RNA 核糖体 AUG （4）1.25 1 （5）成熟的红细胞 该细胞中不存在DNA【素能综合检测】一、选择题（本题包括6小题，每小题3分，共18分）1.下列关于RNA的叙述错误的是（ ）A.有些生物中的RNA具有催化功能B.转运RNA上的碱基只有三个C.mRNA与tRNA在核糖体上发生配对D.RNA也可以作为某些生物的遗传物质【解析】选B。tRNA是运载氨基酸的工具，是RNA中的一种，与其他种类RNA一样，是单链结构，属于生物大分子，并非只有三个碱基，tRNA在某些部分配对并扭曲成双螺旋状，它的平面形状如三叶草的叶，其中有三个碱基与mRNA上的密码子配对，称为反密码子。2.（2009广东高考改造）有关蛋白质合成的叙述，不正确的是（ ）A.终止密码不编码氨基酸B.每种tRNA只转运一种氨基酸C.tRNA的反密码子携带了氨基酸序列的遗传信息D.核糖体可在mRNA上移动【解析】选C。密码子有64种，其中三种为终止密码，没有与之对应的反密码子。反密码子位于tRNA上，其功能是与mRNA的密码子配对，将氨基酸放在特定的位置，携带氨基酸序列的遗传信息在mRNA上，一条mRNA上可以结合多个核糖体，核糖体可以在mRNA上移动。3.下列过程遵循“碱基互补配对原则”的有（ ）DNA复制 mRNA与核糖体结合DNA转录 tRNA翻译A. B.C. D.【解析】选C。DNA复制时，以DNA的两条链为模板，以碱基互补配对为原则合成新的DNA。转录时以DNA的一条链为模板，按AU，GC，CG，TA配对，合成mRNA。tRNA翻译时，tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子互补配对。4.（2009上海高考）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，如考虑终止密码，则编码该多肽的基因长度至少是（ ）A.75对碱基 B.78对碱基C.90对碱基 D.93对碱基【解析】选D。设该多肽由n个氨基酸构成，根据题意可以列方程110n-18（n-1）=2 778，解得n=30，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316=186，93对碱基。5.信使RNA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（ ）A.tRNA种类一定改变，氨基酸种类一定改变B.tRNA种类不一定改变，氨基酸种类不一定改变C.tRNA种类一定改变，氨基酸种类不一定改变D.tRNA种类不一定改变，氨基酸种类一定改变【解析】选C。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。信使RNA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。6.（2008江苏高考）如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（多选）（ ）A.图中表示4条多肽链正在合成B.转录尚未结束，翻译即已开始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【解析】选B、D。由图中的RNA聚合酶可知，此四条链为正在转录的mRNA链；由mRNA链上的核糖体可知，翻译已经开始了；一个mRNA分子结合多个核糖体，每个核糖体合成一条完整的肽链，同时进行多条肽链的合成。可见一个基因可在短时间内表达出多条多肽链。二、非选择题（本题包括2小题，共32分）7.（14分）（2009宁夏高考）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_，说明该基因有_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_。【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。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）3 A-U、T-A、C-G实验探究8.（18分）DNA探针是最常用的核酸探针，是指长度在几百碱基以上的单链DNA，既可以与DNA单链结合，也可以与mRNA结合，因此可用于检测某细胞中是否含有某种DNA或RNA。已知鸡的成熟红细胞能产生珠蛋白，鸡的胰岛B细胞能产生胰岛素。为研究相应的两种细胞中是否存在相应的两种基因和基因能否表达，现分别对从两种细胞中提取的总DNA片段和总RNA片段进行检测，结果如下表：（1）实验一结果说明：_。实验二结果说明：_。（2）合成珠蛋白的直接模板是_，合成的场所是_。（3）在实验二中，若DNA分子探针中某一片段的碱基为AGTC，则在该实验中与之配对的碱基为_。（4）试推测，在DNA分子探针上是否有合成胰岛素的遗传密码？_，理由是_。【解析】（1）基因检测依据的是DNA分子杂交的原理，依据实验一的结果，可以得出：两种细胞中均存在珠蛋白基因和胰岛素基因；依据实验二的结果，可以得出：成熟红细胞中珠蛋白基因能表达而胰岛素基因不表达，胰岛B细胞反之。（2）蛋白质合成的直接模板是mRNA，合成的场所是核糖体。（3）依据DNA分子杂交的原理，与DNA分子探针能发生碱基互补配对的可以是DNA分子，也可以是RNA分子。由于实验二检测的是RNA，因此与DNA分子探针中某一片段的碱基AGTC相配对的碱基是UCAG。（4）遗传密码存在于mRNA上，在DNA上是不存在的。答案：（1）两种细胞中均存在珠蛋白基因和胰岛素基因成熟红细胞中珠蛋白基因能表达而胰岛素基因不表达，胰岛B细胞反之（2）（珠蛋白）mRNA 核糖体 （3）UCAG（4）没有 遗传密码位于mRNA上【精品题库】1.一个正常受精卵中的所有基因（ ）A.都能表达 B.都能转录C.都能翻译 D.都能复制【解析】选D。在受精卵中所有DNA都能复制，只有部分基因能转录和翻译。2.（2009衡水高一检测）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（ ）【解析】选D。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：3.人体中具有生长激素基因和血红蛋白基因，两者（ ）A.分别存在于不同组织的细胞中B.均在细胞分裂前期按照碱基互补配对原则复制C.均在细胞核内转录和翻译D.转录的信使RNA上相同的密码子翻译成相同的氨基酸【解析】选D。人体的所有体细胞中都含有这两种基因；其转录都是在细胞核内完成，翻译则是在细胞质内（核糖体上）完成；DNA的复制发生在细胞分裂的间期而不是前期；相同的密码子翻译形成相同的氨基酸。4.下列对DNA的翻译过程的说法中，错误的是( )A.以细胞质中游离的氨基酸为原料B.以核糖体RNA作为遗传信息模板C.以转运RNA为运输工具运载氨基酸D.合成具有一定氨基酸序列的蛋白质【解析】选B。翻译是以mRNA为模板，利用细胞质中游离的氨基酸合成蛋白质的过程，在合成过程中需tRNA作为氨基酸的运输工具，合成场所是核糖体。5.（2009肇庆高一检测）关于如图所示的生理过程的说法，正确的是（ ）A.该图所示的生物细胞无真正的细胞核B.该图表示的是DNA的复制C.该图表示的是翻译D.该图所示的生理过程所需要的能量主要由线粒体提供【解析】选A。该图表示转录和翻译两个过程，并且该细胞的转录和翻译同时进行，这是原核细胞基因表达的特点，在原核细胞中无线粒体。6.（2009冀州高一检测）DNA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，则转运RNA（UGC）所携带的氨基酸是( )A.赖氨酸 B.丙氨酸 C.半胱氨酸 D.苏氨酸【解析】选D。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，即转运RNA（UGC）所携带的氨基酸的密码子是ACG（苏氨酸）。7.下图表示DNA（基因）控制蛋白质合成的过程，分析回答：（1）图中标出的碱基符号，包括了_种核苷酸。（2）DNA双链中，_链为转录链；遗传信息存在于_链上；密码子存在于_链上。（只写标号）（3）如合成胰岛素，共含有51个氨基酸，控制合成的基因上，至少含有_个脱氧核苷酸。【解析】（1）DNA两条链包括四种碱基，有四种脱氧核糖核苷酸，RNA（）也包括了四种碱基，有四种核糖核苷酸，因DNA含脱氧核糖，RNA含核糖的区别，所以共有八种核苷酸。（2）能够与信使RNA碱基相互配对（AU，TA，GC）的转录链是，其上脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息，信使RNA上核糖核苷酸（碱基）的排列顺序代表密码子。（3）信使RNA上每3个碱基（一个密码子）决定1个特定氨基酸，由此推知，基因的转录链也应为3个碱基，与之配对的单链也有3个，共6个。即基因（或DNA）6个（碱基）信使RNA3个1个氨基酸（蛋白质），记作“6、3、1推法”。据此，合成51个氨基酸的蛋白质，需基因上脱氧核苷酸（碱基）数为516=306个。答案：（1）8 （2） （3）3068.科学工作者发现野猪某一个基因与家猪的对应基因的某些片段不同，下表是家猪和野猪的某个基因转录的两种不同的mRNA分子片段（每个密码子只写出前面两个碱基）表：UA UA UA UA UA UA 家猪 mRNA UU UU UU UC UC UC 野猪 mRNA表：密码子表（部分）请根据表、表分析回答下列问题：（1）由野猪和家猪的该mRNA片段翻译成多肽分子中可能存在氨基酸的种数分别为_和_。（2）比较上表密码子和氨基酸的关系，可以作出哪些推断？_。（3）在决定野猪该信使RNA片段第一个密码子的DNA三个碱基对中，任意一个碱基对发生变化都将产生异常的蛋白质吗？_为什么？_。有何生物学意义？_。【解析】（1）根据mRNA的碱基序列可以看出，家猪的密码子有四种可能：UAU、UAC、UAA、UAG，但前两种决定同一种氨基酸，后两种是终止密码，不编码氨基酸。野猪的密码子有8种可能：UUU、UUC、UUA、UUG、UCU、UCC、UCA、UCG，其中前两种编码的氨基酸都是苯丙氨酸，第三、四种编码的氨基酸是亮氨酸，后四种编码的是丝氨酸。（2）由上表可以看出：一种氨基酸可对应一种或多种密码子；有的密码子不与氨基酸对应。（3）由于密码子具有简