第1节基因指导蛋白质的合成[学习导航] 1.阅读教材图文，辨析三种RNA的结构和功能。
2.结合教材图4－4、4－6，概述转录、翻译的过程和特点。
3.理解密码子的概念并熟练查阅密码子表，分析碱基和氨基酸之间的对应关系。
[重难点击] 转录、翻译的过程及特点。
美国科幻电影《侏罗纪公园》中，科学家们利用一只困在琥珀中的、曾吸食过恐龙血的蚊子体内的恐龙DNA制造出了大量的恐龙，并建立了一个恐龙的“侏罗纪公园”。
我们知道，生物体的性状是由蛋白质体现的，基因能够控制生物体的性状，所以，我们推测基因应该是通过控制蛋白质的合成来控制生物体的性状的。
基因是怎样指导蛋白质的合成的呢？这一节我们一起来学习基因指导蛋白质的合成。
一、遗传信息的转录1.DNA 与RNA 的比较2.遗传信息的转录(1)概念：是指在细胞核中，以DNA 的一条链为模板，按照碱基互补配对原则合成RNA 的过程。
(2)过程第1步：DNA 双链解开，DNA 双链的碱基得以暴露。
第2步：游离的核糖核苷酸随机地与DNA 链上的碱基碰撞，当核糖核苷酸与DNA 的碱基互补时，两者以氢键结合。
第3步：在RNA 聚合酶的作用下，新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA 分子上。
第4步：合成的mRNA 从DNA 链上释放，DNA 双链恢复。
如图表示某真核生物细胞内DNA的转录过程，请据图分析回答下列问题：1．请思考图中DNA的转录方向为←(用“→”或“←”表示)。
2．a为启动上述过程必需的有机物，其名称是RNA聚合酶。
3．b和c的名称分别是什么？答案b是胞嘧啶脱氧核苷酸；c是胞嘧啶核糖核苷酸。
4．在根尖细胞中，上述过程发生的场所是哪里？答案细胞核、线粒体。
5．产物d一定是mRNA吗？答案不一定。
产物有mRNA、tRNA、rRNA。
6．若d中A占35%，U占19%，则d对应的DNA分子片段中T和C分别占27%、23%。
分析d是以DNA的一条链为模板转录来的，若d中A＝35%，U＝19%，A＋U＝54%，则对应的DNA分子片段中A＋T＝54%，G＋C＝46%，故A＝T＝27%，G＝C＝23%。
知识整合转录的方向和RNA聚合酶移动的方向一致；DNA中碱基C和脱氧核糖、磷酸一起构成胞嘧啶脱氧核苷酸；RNA中则构成胞嘧啶核糖核苷酸；真核生物中转录的主要场所是细胞核，线粒体和叶绿体中也能进行；转录的产物有mRNA、tRNA、rRNA。
1．下列关于RNA的叙述，错误的是( )A．有些RNA可催化细胞内的某些生化反应B．RNA是一种遗传物质C．RNA参与构成核糖体D．RNA参与构成细胞膜答案 D解析有些酶是RNA，RNA是某些病毒的遗传物质，rRNA参与构成核糖体。
2．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。
3．下图表示真核细胞某基因的转录过程。
有关叙述错误的是()A ．转录结束后①和②重新形成双螺旋结构B ．③不一定是mRNAC ．④是游离的脱氧核苷酸D ．该过程中存在T 与A 的碱基配对方式 答案 C解析 转录结束后①和②重新形成双螺旋结构，故A 正确。
转录的产物有mRNA 、tRNA 、rRNA 等，故B 正确。
④是形成RNA 的原料，是游离的核糖核苷酸，故C 错误。
该过程中DNA 中的T 可以与RNA 中的A 配对，故D 正确。
二、遗传信息的翻译1．翻译条件⎩⎪⎨⎪⎧场所：细胞质的核糖体上模板：mRNA 原料：20种氨基酸产物：一定氨基酸序列的蛋白质2．密码子和反密码子(1)密码子：位于mRNA 上，其实质是决定一个氨基酸的3个相邻的碱基，有64种。
(2)反密码子：位于tRNA 上，其实质是与密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基。
3．翻译过程起始：mRNA与核糖体结合↓运输：tRNA携带氨基酸置于特定位置↓延伸：核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子，由对应tRNA运输相应的氨基酸加到延伸中的肽链上。
(一个mRNA可以结合多个核糖体)↓终止：当核糖体到达mRNA上的终止密码子时，合成停止↓脱离：肽链合成后从核糖体与mRNA的复合物上脱离，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质4．翻译能精确进行的原因(1)mRNA为翻译提供了精确的模板。
(2)通过碱基互补配对，保证了翻译能够准确地进行。
5.翻译能高效进行的原因：1个mRNA可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成。
下图是翻译过程的示意图，请据图分析：1．图甲中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是哪种分子或结构？答案Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是tRNA、核糖体、多肽链。
2．Ⅲ是mRNA，其中的起始密码子和终止密码子分别是什么？它们都能决定氨基酸吗？答案起始密码子：AUG，编码甲硫氨酸。
终止密码子：UAA，不编码氨基酸。
3．密码子GCU编码丙氨酸，如果由于某种原因使mRNA中该密码子的第三个碱基由U变为了C，那么编码的氨基酸还是丙氨酸，这一现象称做密码的简并性。
这种特性对生物体的生存发展有什么意义？答案一定程度上可以防止由于碱基改变而导致生物性状的改变，维持生物性状的稳定性。
4．遗传密码具有通用性，即地球上几乎所有的生物都共用这一套遗传密码，这说明了什么？答案这说明所有生物可能有着共同的起源。
5．图乙中①、⑥分别是什么分子或结构？核糖体移动的方向是怎样的？答案①、⑥分别是mRNA、核糖体；核糖体移动的方向是由右向左。
6．最终合成的多肽链②、③、④、⑤的氨基酸序列相同吗？为什么？答案相同；因为它们的模板是同一条mRNA。
知识整合起始密码子有AUG、GUG，分别编码甲硫氨酸和缬氨酸。
终止密码子有UAA、UAG、UGA，它们不编码氨基酸；密码子具有简并性，一定程度上可以防止由于碱基改变而导致生物性状的改变，维持生物性状的稳定性；遗传密码具有通用性说明所有生物可能有着共同的起源。
4．下列对蛋白质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为氨基酸运输工具D．合成具有一定氨基酸序列的蛋白质答案 B解析翻译是以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程，B错误；由于蛋白质的基本组成单位是氨基酸，故A、D正确；在翻译过程中，搬运工是tRNA，C正确。
5．如图表示真核细胞中某基因表达过程的一部分，下列分析正确的是( )A．图示mRNA中起始密码子位于RNA链上的左侧B．mRNA上决定甘氨酸的密码子都是GGUC．图中碱基的配对方式有A－U、C－G、A－TD．图示过程的正常进行需要ATP和RNA聚合酶答案 A解析根据肽链的长度判断，核糖体移动的方向是从左向右，A正确；一种氨基酸可由一种或一种以上密码子决定，B错误；题图表示翻译过程，碱基的配对方式有A－U、C－G，C错误；RNA聚合酶在转录过程中起作用，D错误。
6．下图表示真核细胞中核基因遗传信息的传递和表达过程。
下列相关叙述正确的是()A．①②过程中碱基配对情况相同B．②③过程发生的场所相同C．①②过程所需要的酶相同D．③过程中核糖体的移动方向是由左向右答案 D解析图中①过程是DNA的复制，②过程是转录，③过程是翻译。
复制是DNA→DNA，转录是DNA→mRNA，不同的碱基配对方式是A—T、A—U；核基因的转录场所是细胞核，翻译的场所是细胞质；①过程需要解旋酶和DNA聚合酶，②过程需要RNA聚合酶；从图③可以看出，最右边的一个核糖体上的多肽链最长，其翻译的时间也应该长于左边的两个核糖体，故核糖体的移动方向是由左向右。
易混辨析真核生物DNA复制、转录和翻译的辨析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．tRNA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答案 B解析tRNA是运载氨基酸的工具，是RNA中的一种，与其他种类的RNA一样，是单链结构，属于生物大分子。
tRNA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形，其中有三个碱基与mRNA上的密码子配对，称为反密码子。
2．下图代表的是某种转运RNA，对此分析正确的是( )A．此转运RNA含有五种元素、两种含氮碱基B．该结构参与蛋白质合成中的翻译过程C．合成此转运RNA的场所是核糖体D．若与此转运RNA上的反密码子相对应的密码子中的碱基发生改变，一定会引起蛋白质结构的改变答案 B解析此转运RNA含有C、H、O、N、P五种元素，A、C、G、U四种含氮碱基；转运RNA主要在细胞核中合成；由于密码子具有简并性，信使RNA中的碱基发生改变，翻译出的蛋白质结构不一定改变。
3．四环素、链霉素、氯霉素、红霉素等抗生素能抑制细菌的生长，它们有的能干扰细菌核糖体的形成，有的能阻止tRNA和mRNA结合，这些抗生素阻断了下列过程中的 ( )A．染色体活动B．DNA复制过程C．转录过程D．翻译过程答案 D解析抗生素干扰细菌核糖体的形成或者阻止tRNA和mRNA结合，均是阻止翻译过程。
4．真核细胞中DNA复制、转录和翻译的主要场所依次是( )A．细胞核、细胞核、核糖体B．细胞核、细胞质、核糖体C．细胞核、细胞核、高尔基体D．细胞核、细胞质、内质网答案 A解析DNA的复制、转录都是以DNA为模板，DNA主要在细胞核中，故DNA复制、转录的主要场所是细胞核；翻译是在细胞质中的核糖体上完成的。
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 (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。
