基因的表达

1 考点1 遗传信息的转录和翻译

一、RNA的结构与功能

1．RNA的结构与功能

2．比较RNA与DNA

DNA RNA

分布 主要分布于细胞核中 主要分布于细胞质中

链 多为两条链 多为一条链

五碳糖 脱氧核糖 核糖

碱基 A、T、C、G A、U、C、G

基本单位 脱氧核苷酸 核糖核苷酸

二、遗传信息的转录

1．概念：以DNA的一条链为模板，按碱基互补配对原则合成RNA的过程。

2．场所：主要是细胞核，在线粒体、叶绿体中也能发生转录过程。

3．过程(见下图) 2

三、遗传信息的翻译

1．概念

场所 细胞质的核糖体上

模板 mRNA

原料 20种氨基酸

产物 具有一定氨基酸顺序的蛋白质

2.密码子

(1)概念：信使RNA上3个相邻碱基决定1个氨基酸，此3个相邻碱基称为密码子。

(2)种类：64种，其中决定氨基酸的密码子有61种，终止密码子有3种。

(3)密码子与氨基酸的对应关系

一种密码子只能决定一种氨基酸(终止密码子无对应的氨基酸)，一种氨基酸可能对应一种或几种密码子。

3．tRNA

(1)结构：呈三叶草的叶形 3

(2)种类：61种。

(3)tRNA与氨基酸的对应关系

一种tRNA只能转运一种氨基酸，一种氨基酸可由一种或几种tRNA转运。

4．过程

5．mRNA与核糖体数量、翻译速度的关系图 4

(1)数量关系：一个mRNA可同时结合多个核糖体。

(2)目的意义：少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质。

(3)方向：从左向右(见上图)，判断依据是多肽链的长短，长的翻译在前。

(4)结果：合成的仅是多肽链，要形成蛋白质还需要运送至内质网、高尔基体等结构中进一步加工。

判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．一个tRNA分子中只有三个碱基，可以携带多种氨基酸。( × )

2．tRNA分子中的部分碱基两两配对形成氢键。( √ )

3．在翻译过程中，tRNA分子的—OH端与相应的氨基酸结合。( √ )

4．一个tRNA上的反密码子只能与mRNA上的一种密码子配对。( √ )

5．mRNA上所含有的密码子均能在tRNA上找到相对应的反密码子。( × )

6．原核生物的tRNA合成无须基因指导。( × )

7．真核生物基因中每三个相邻的碱基组成一个反密码子。( × )

8．细胞核中发生的转录过程有RNA聚合酶的参与。( √ )

9．tRNA分子中含有一定数量的氢键。( √ )

10．细胞中有多种tRNA，一种tRNA只能转运一种氨基酸。( √ )

思考：组成蛋白质的20种氨基酸应对应多少种密码子？由此推知一种氨基酸可能对应多个密码子，这对生物体的生存发展有何意义？

提示：20种氨基酸共对应61种密码子，其意义主要表现为如下两方面：

(1)增强容错性：当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸，因而有利于蛋白质或性状的稳定。

(2)保证翻译速度：当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码一种氨基酸可以保证翻译的速度。

2．关于真核细胞有关蛋白质的合成过程，下列分析不正确的是( D )

A．细胞质内也可同时存在转录、翻译过程

B．核基因转录形成的mRNA通过核孔进入细胞质与核糖体结合

C．翻译过程中核糖体每次移动三个碱基的位置 5 D．转录和翻译过程中都遵循了A与U，U与A配对的原则

解析：真核细胞的线粒体、叶绿体内可存在转录和翻译过程；转录过程是T与A配对，不存在U与A配对，可存在A与U配对，故D选项不正确。

3、仔细观察下面两图，并回答下列问题：

(1)两图显示的是何种生理过程？它们有何差异？

(2)大肠杆菌可进行图中哪个过程，图1还是图2？判断依据是什么？

(3)两图中a～f分别是什么物质或结构？

提示：(1)图示过程为转录和翻译，两图的区别在于图1所示转录、翻译过程有“时空”差异，即转录在细胞核，时间在前，翻译在细胞质的核糖体上，时间在后。图2所示转录、翻译同时进行。

(2)图2。大肠杆菌为原核生物，其转录与翻译是同时进行的，只能进行图2过程不能进行图1过程(图1过程在细胞核中转录，在细胞质中翻译)。

(3)a～f依次为mRNA、核糖体、多肽链、DNA、mRNA、RNA聚合酶。

1．解析两个翻译模型图

(1)图甲翻译模型分析

①Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别为tRNA、核糖体、mRNA、多肽链。

②一个核糖体与mRNA的结合部位形成2个tRNA结合位点。

③翻译起点：起始密码子决定的是甲硫氨酸或缬氨酸。

④翻译终点：识别到终止密码子(不决定氨基酸)翻译停止。

⑤翻译进程：核糖体沿着mRNA移动，mRNA不移动。 6 (2)图乙翻译模型分析

①图乙中，1、2、3分别为mRNA、核糖体、多肽链。

②数量关系：一个mRNA可同时结合多个核糖体，形成多聚核糖体。

③意义：少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质。

④方向：从左向右，判断依据是多肽链的长短，长的翻译在前。

⑤结果：合成多个氨基酸序列完全相同的多肽，因为模板mRNA相同。

2．“列表法”比较复制、转录和翻译

项目 DNA的复制 转录 翻译

时间 有丝分裂间期；减数第一次分裂前的间期 生长发育的连续过程中

场所 主要在细胞核中(线粒体、叶绿体中也存在) 主要在细胞核中(线粒体、叶绿体中也存在) 核糖体上

模板 DNA的两条链 DNA的一条链 mRNA

原料 4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 约20种氨基酸

碱基

配对

原则 A—T，G—C，

T—A，C—G A—U，G—C，

T—A，C—G A—U，G—C，

U—A，C—G

产物 2个子代DNA分子 mRNA、tRNA、

rRNA 蛋白质

特点 边解旋边复制，半保留复制 边解旋边转录，转录后DNA分子仍保留原来的双链结构 一个mRNA分子上可连续结合多个核糖体，提高合成蛋白质的效率

信息

传递

方向 DNA→DNA DNA→mRNA mRNA→蛋白质(性状)

意义 传递遗传信息 表达遗传信息

3.“图示法”解读复制、翻译的过程

图甲、图乙的过程判断

①图甲DNA两条链都作为模板⇒复制。

②图乙DNA的一条链作为模板⇒转录。

4．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 7

(2)氨基酸、密码子和反密码子的对应关系：

①每种氨基酸对应一种或几种密码子(密码子的简并性)，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氨基酸、密码子和反密码子的对应关系：

④密码子有64种(3种终止密码子不决定氨基酸；决定氨基酸的密码子有61种)；反密码子理论上有61种。不同生物共用一套遗传密码。

5．真核细胞和原核细胞基因表达过程的区别

(1)真核细胞基因表达过程

先转录后翻译。转录形成的mRNA通过核孔进入细胞质，与核糖体结合进行翻译。

(2)原核细胞基因表达过程

边转录边翻译。原核细胞没有核膜，mRNA一经形成就会有许多核糖体结合上来，所以会出现转录和翻译同时进行的现象。极大地提高了合成蛋白质的效率。

●考向突破1 DNA与RNA的比较

1、下列关于真核细胞内DNA和RNA的叙述，正确的是( D )

A．相同的rRNA分子在不同细胞中参与构成的细胞器不同

B．相同的mRNA分子在不同细胞合成的蛋白质不同

C．相同的tRNA分子在不同细胞中转运的氨基酸不同

D．相同的DNA分子在不同细胞中的转录产物可能不同

解析：相同的rRNA分子在不同细胞中参与构成的细胞器相同，都是核糖体，A错误；所有生物共用一套遗传密码，所以相同的mRNA分子在不同细胞中合成的蛋白质相同，相同的tRNA分子在不同细胞中转运的氨基酸也相同，B、C错误；细胞内的基 8 因具有选择性表达的特点，所以相同的DNA分子在不同细胞中的转录产物可能不同，D正确。

2．(不定项选择题)核糖体RNA(rRNA)在核仁中通过转录形成，与核糖核蛋白组装成核糖体前体，再通过核孔进入细胞质中进一步成熟，成为翻译的场所。翻译时rRNA催化肽键的连接。下列相关叙述正确的是( ABD )

A．rRNA的合成需要DNA做模板

B．rRNA的合成及核糖体的形成与核仁有关

C．翻译时，rRNA的碱基与tRNA上的反密码子互补配对

D．rRNA可降低氨基酸间脱水缩合所需的活化能

解析：rRNA是以DNA的一条链为模板转录形成的，因此rRNA的合成需要DNA做模板，A正确；核仁与某种RNA(rRNA)的合成及核糖体的形成有关，B正确；翻译时，mRNA 的碱基与tRNA上的反密码子互补配对，C错误；rRNA能催化肽键的连接，可见其具有催化功能，即可降低氨基酸间脱水缩合所需的活化能，D正确。

3、下列关于DNA和RNA的叙述中，正确的是( A )

A．遗传信息储存于DNA或RNA中，密码子位于mRNA上

B．DNA含有氢键，RNA中无氢键

C．DNA复制和RNA复制时发生完全相同的碱基配对方式

D．DNA和RNA都可以通过核孔

解析：细胞生物和部分病毒的遗传信息储存于DNA上，部分病毒的遗传信息储存于RNA上，密码子位于mRNA上，A正确；DNA和tRNA中都含有碱基对，所以都含有氢键，B错误；由于DNA和RNA中的碱基不完全相同，所以DNA复制和RNA复制发生的碱基配对方式不完全相同，C错误；DNA不可以通过核孔，D错误。

整合提升

DNA和RNA的区分技巧

(1)DNA和RNA的判断

①含有碱基T或脱氧核糖⇒DNA；

②含有碱基U或核糖⇒RNA。

(2)单链DNA和双链DNA的判断

①若： A＝T，G＝C且A＋G＝T＋C⇒双链DNA；

②若：嘌呤数≠嘧啶数⇒单链DNA。

(3)DNA和RNA合成的判断

用放射性同位素标记T或U可判断DNA和RNA的合成。若大量消耗T，可推断正在发生DNA的合成；若大量利用U，可推断正在进行RNA的合成。