第四节遗传信息的表达——RNA和蛋白质的合成
[学习目标] 1.列举DNA的功能。2.比较DNA和RNA的异同。3.概述遗传信息的转录和翻译过程。4.用遗传密码解释蛋白质的多样性。5.说明中心法则，概述基因的概念。
一、DNA的功能、转录
1.DNA的功能
(1)携带遗传信息：即以自身为模板，半保留地进行复制，保持遗传信息的稳定性。
(2)表达遗传信息：即根据DNA所贮存的遗传信息决定蛋白质的结构。
2.转录
(1)含义：指遗传信息由DNA传递到RNA上的过程。
(2)结果：形成RNA，通常为单链，其核苷酸中的五碳糖为核糖，含有四种碱基为腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、尿嘧啶(U)。
(3)转录的过程
①RNA聚合酶与DNA分子的某一启动部位结合。
②包括一个或者几个基因的DNA片段的双螺旋解开。
③以DNA一条链为模板，按碱基互补配对原则，游离的核糖核苷酸通过磷酸二酯键聚合成与该片段DNA相对应的RNA分子。
(4)产物：mRNA、tRNA、rRNA。
3.DNA与RNA的比较
归纳总结
(1)转录的基本单位是基因，而不是整个DNA，因此转录时只解旋基因片段，其他部位不解旋。
(2)DNA分子的两条链中，被转录的那条链叫模板链，另一条链无转录功能，叫非模板链(又称编码链)。
(3)转录时mRNA与DNA模板链碱基互补，配对关系：G—C、C—G、T—A、A—U，结果mRNA 与DNA编码链上碱基序列基本相同，只是用U代替T。
(4)在真核细胞内，转录出来的RNA需经过加工才能成为具有生物活性的成熟的mRNA。
例
1(新编)如图所示为遗传信息的转录过程。请据图回答下列问题：
(1)在图中右侧空白处填上合适内容。
(2)遗传信息的传递方向：DNA→__________。
答案(1)碱基碱基互补配对一条链核糖核苷酸RNA聚合酶RNA DNA链双螺旋(2)RNA
例
2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，分析五碳糖类型
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，分析五碳糖类型
答案 A
解析确定DNA或RNA，可分析碱基和五碳糖(有U或核糖为RNA；有T或脱氧核糖为DNA)；确定单链或双链可分析其中各种碱基所占的比率：若A与T或U相等，C与G相等，则为双链(当然也有可能是单链)；若不相等则为单链。如果分析氨基酸组成，则不能区分核酸类型。
方法点拨
DNA与RNA的判定
二、翻译
1.遗传信息的翻译
(1)场所：核糖体。
(2)翻译的过程
①核糖体沿mRNA运行。
②核糖体认读mRNA上决定氨基酸种类的遗传密码。
③tRNA转运相应的氨基酸加到延伸中的肽链上。
④核糖体遇到mRNA的终止密码子，多肽合成结束。
⑤核糖体脱离mRNA并进入下一个循环。
2.遗传密码
(1)含义：mRNA上决定1种氨基酸的3个相邻的核苷酸排列而成的三联体。
(2)种类：64种，其中决定氨基酸的密码子61种，终止密码子3种；除少数氨基酸只有一种遗传密码外，大多数氨基酸有两个以上的遗传密码；3种终止密码子不决定氨基酸。
(3)特点
①一个遗传密码对应一种氨基酸。
②一种氨基酸可以对应一个或多个遗传密码。
③所有生物共用一套遗传密码。
3.特点
多肽链合成时，若干个核糖体串联在一个mRNA上同时进行工作，大大增加了翻译效率。
归纳总结1.遗传信息、密码子、反密码子的对应关系
2.关于遗传信息表达的3点提醒
(1)从核糖体上脱离下来的只是多肽链，再经折叠、加工才能成为具有复杂空间结构的有活性的蛋白质。
(2)一般认为DNA(基因)中的碱基数是mRNA碱基数的2倍，但事实上，DNA(基因)中的碱基数比mRNA碱基数多很多。
(3)一般认为mRNA碱基数是蛋白质分子中氨基酸数的3倍，但事实上，mRNA碱基数至少是蛋白质分子中氨基酸数的3倍；DNA(基因)中碱基数至少是蛋白质分子中氨基酸数的6倍。
例
3如图是人体内蛋白质合成的部分过程，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是与蛋白质合成相关的三种重要结构。下列说法正确的是( )
A.该图能表示基因控制蛋白质合成的完整过程
B.结构Ⅰ、Ⅲ中含有RNA，结构Ⅱ中只含蛋白质
C.结构Ⅰ所携带的氨基酸，其密码子是GAA
D.通过该过程形成的多肽链需要进一步加工才具有特定功能
答案 D
解析基因控制蛋白质合成的完整过程包括转录和翻译，而该图只表示翻译过程；结构Ⅱ是核糖体，由rRNA和蛋白质构成；结构Ⅰ所携带的氨基酸的密码子是CUU。
例
4(2016·浙江4月选考)遗传信息的传递过程如图所示，其中①～④表示四种不同的物质。下列叙述错误的是( )
A.①复制时，两条链均可作为模板链
B.形成②时，需沿整条DNA长链进行
C.密码子CUU编码③所携带的氨基酸
D.②上可同时结合多个核糖体形成多条④
答案 B
解析①是DNA分子，DNA复制时两条链均可作为模板链，A项正确；②是mRNA分子，形成mRNA分子的转录时，并不是沿着整条DNA长链进行的，转录是以DNA分子上的基因区段为模板进行的，B项错误；③是tRNA，其上的反密码子是GAA，与mRNA上的密码子CUU配对，故密码子CUU是编码③所携带的氨基酸，C项正确；②mRNA上可结合多个核糖体形成多聚核糖体，每个核糖体上均可形成1条相同的肽链(④)，D项正确。
三、中心法则、基因的概念
1.中心法则的提出及发展
2.图解
3.基因的本质
(1)基因是遗传的一个基本功能单位，在适当的环境条件下控制生物的性状。
(2)从本质上讲，基因就是一段包含一个完整的遗传信息单位的有功能的核酸分子片断，在大
多数生物中是一段DNA，在RNA病毒中则是一段RNA。
(3)基因以一定的次序排列在染色体上。染色体是基因的主要载体。
(4)基因的基本单位是核苷酸，基因中碱基的排列顺序代表遗传信息。
例
5如图所示的中心法则揭示了生物遗传信息由DNA向蛋白质传递与表达的过程，下列相关叙述正确的是( )
A.健康的人体细胞中，不会发生e过程，a、b、c、d均可发生
B.在真核细胞中，a和b两个过程发生的主要场所是细胞核和细胞质
C.能特异性识别信使RNA上密码子的分子是tRNA，后者所携带的分子是氨基酸
D.a过程只发生在真核细胞分裂的间期
答案 C
解析人体细胞中，正常情况下不会发生e、d过程，且a过程只发生在具有分裂能力的细胞中，A错误；在真核细胞中，a和b过程都主要发生在细胞核中，此外这两个过程在线粒体和叶绿体中也能进行，B错误；翻译过程是以mRNA为模板，以tRNA为运载氨基酸的工具进行的，tRNA一端的反密码子与mRNA的密码子进行碱基互补配对，另一端携带氨基酸分子，C 正确；a过程发生在真核细胞分裂的间期，也可发生在原核细胞的二分裂过程中，D错误。
易错易混
不同生物的中心法则的内容不相同(1)细胞生物及噬菌体等DNA病毒的中心法则：
(2)烟草花叶病毒等大部分RNA病毒的中心法则：
(3)HIV等逆转录病毒的中心法则：
例
6(2017·浙江4月选考)下列关于DNA、RNA 和基因的叙述，错误的是( )
A.基因是具有遗传效应的核酸分子片段
B.遗传信息通过转录由DNA传递到RNA
C.亲代DNA通过复制在子代中表达遗传信息
D.细胞周期的间期和分裂期均有RNA的合成
答案 C
解析基因就是一段包含一个完整的遗传信息单位的有功能的核酸分子片段，A正确；遗传信息通过转录由DNA传递到RNA，B正确；亲代DNA通过复制在子代中传递遗传信息，遗传信息的表达是指转录和翻译，C错误；细胞周期的间期和分裂期均有RNA的合成，D正确。
1.下列关于转录的叙述，不正确的是( )
A.多数发生在细胞核中
B.以核糖核苷酸为原料
C.DNA的两条链都可作模板
D.边解旋边转录
答案 C
解析DNA的两条链中只有其中一条链可作为模板。
2.与DNA分子相比，RNA分子特有的碱基是( )
A.鸟嘌呤(G)
B.胞嘧啶(C)
C.尿嘧啶(U)
D.腺嘌呤(A)
答案 C
3.下列关于遗传信息表达的叙述，正确的是( )
A.转录成的RNA能与编码链形成RNA—DNA杂交区域
B.DNA聚合酶与DNA的启动部位相结合即开始转录
C.核糖体认读到mRNA上的终止密码时翻译即终止
D.翻译过程所需的原料是四种核糖核苷酸分子
答案 C
解析转录成的RNA能与模板链形成RNA—DNA杂交区域，A错误；RNA聚合酶与DNA的启动部位相结合即开始转录，B错误；核糖体认读到mRNA上的终止密码时翻译即终止，C正确；翻译过程所需的原料是游离的氨基酸，D错误。
4.(2016·浙江10月选考)遗传信息表达的过程中，mRNA的三个碱基是UAC，则DNA模板链上对应的三个碱基是( )
A.ATG
B.TAC
C.TUC
D.AUG
答案 A
解析根据转录过程中的碱基互补配对方式可知，如果产生的mRNA上的碱基是UAC，则DNA 模板链上对应的三个碱基是ATG。
5.下图表示以DNA为模板转录形成RNA的过程。请据图分析回答下列问题：
(1)在玉米的叶肉细胞中，能够进行该生理过程的细胞结构有________________________。
(2)转录过程中在[ ]______________的催化作用下，以其中的__________链作为模板链，以[ ]________________为原料，由________提供能量，按照______________原则，合成出[ ]______。
(3)通过转录，DNA分子中的遗传信息被准确地转移到____________中。
(4)在真核细胞的细胞核中，转录的产物通过__________进入细胞质中，与________结合在一起直接指导蛋白质的合成过程。
答案(1)细胞核、线粒体、叶绿体(2)4 RNA聚合酶
甲 3 四种游离的核糖核苷酸ATP 碱基互补配对
2 RNA (3)信使RNA(或mRNA) (4)核孔核糖体
解析玉米叶肉细胞的细胞核、线粒体、叶绿体中都有DNA，可进行DNA的转录；转录时以DNA的一条链为模板，需要ATP供能和RNA聚合酶的催化，以四种游离的核糖核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则合成RNA，转录的结果是DNA上的遗传信息转移到mRNA上，mRNA从核孔出来进入细胞质中与核糖体结合，直接指导蛋白质的合成。