2017-2018学年高中生物 第三章 遗传的分子基础 第四节 遗传信息的表达——RNA和蛋白质的合

第四节遗传信息的表达——RNA和蛋白质的合成美国科幻电影《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遗传信息的表达—RNA 和蛋白质的合成过程。

一、DNA 的功能、转录1．DNA 的功能(1)携带遗传信息：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：根据DNA 所贮存的遗传信息决定蛋白质的结构。

2．DNA 与RNA 的比较3．遗传信息的转录(1)概念：是指遗传信息由DNA 传递到RNA 上的过程，转录的结果是形成RNA 。

(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RNA 分子上。

第4步：合成的RNA从DNA链上释放，DNA双链恢复。

(3)三种转录产物及其功能①mRNA：传达DNA上的遗传信息。

②tRNA：把氨基酸运送到核糖体上。

③rRNA：核糖体的重要成分。

特别提醒在真核生物中，细胞核内转录产生的RNA产物需要经过加工才能成为成熟的mRNA，转移到细胞质中用于蛋白质的合成。

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(用“→”或“←”表示)。

答案← 。

2．a为启动上述过程必需的有机物，其名称是什么？答案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分别占多少？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%。

答案27%、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．下图表示真核细胞某基因的转录过程。

有关叙述错误的是()A ．①是编码链B ．③链加工后可成为成熟的mRNAC ．④是游离的核糖核酸D ．该过程中存在T 与A 的碱基配对方式 答案 C解析 转录过程需要的原料是核糖核苷酸，而不是核糖核酸。

二、翻译1．翻译⎩⎪⎨⎪⎧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．遗传密码(1)概念：mRNA 上由3个相邻核苷酸排列而成的三联体，决定一种氨基酸。

每3个这样的碱基又称为1个密码子。

(2)特点①除少数密码子外，生物界的遗传密码是统一的。

②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)遗传密码有64种，其中决定氨基酸的有61种，终止密码有3种(UAA、UAG、UGA)。

3．反密码子：指tRNA上可以与mRNA上的碱基互补配对的3个碱基。

4．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5．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。

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，编码的氨基酸仍是丙氨酸，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。

3．所有生物都用一套基本相同的遗传密码，这一事实说明生物具有( )A．统一性B．多样性C．变异性D．特异性答案 A解析包括人在内的所有生物都用一套基本相同的遗传密码，说明在生物遗传这个基本过程中，整个生物界在分子层次上存在高度的统一性，A 正确。

4．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；翻译过程正常进行需要ATP 和蛋白质合成酶，RNA 聚合酶在转录过程中起作用，D 错误。

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。

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。

观察下图分析：1．①②③④⑤所表示的过程依次是什么？答案DNA复制、转录、翻译、逆转录、RNA的复制。

2．在真核生物细胞中，过程①发生的场所和过程②的原料分别是什么？答案过程①发生的场所有细胞核、线粒体、叶绿体；过程②的原料是4种核糖核苷酸。

3．正常的细胞中能发生哪些过程？答案①②③。

4．需要tRNA和核糖体同时参与的过程是哪个？需要逆转录酶参与的过程又是哪个？答案③④。

知识整合在中心法则中，DNA的复制、转录和翻译存在于细胞生物中，RNA的复制、逆转录只在某些以RNA 为遗传物质的病毒增殖过程中出现。

5．下图为中心法则部分遗传信息的流动方向示意图，下列有关说法正确的是( )A．过程1、2一般发生在RNA病毒体内B．过程1、3、5一般发生于肿瘤病毒的体内C．过程2、3、4发生于具细胞结构的生物体内D．过程1～5不可能同时发生于同一个细胞内答案 C解析1为逆转录过程，只能在病毒侵入宿主细胞后发生，该生理过程不会发生于病毒体内，A、B项错误；肿瘤病毒侵入宿主细胞后，在宿主细胞内增殖，需进行逆转录、合成病毒RNA、指导合成其蛋白质外壳等生理过程，因此1～5能同时发生于宿主细胞内，D项错误。

6．有关基因、染色体、蛋白质、性状的叙述，不正确的是( )A．基因控制性状是通过控制蛋白质的合成来实现的B．任意一段DNA片段都可以是基因C．基因以一定次序排列在染色体上D．基因与性状之间不是简单的一对一关系答案 B解析基因不是任意一段DNA片断，而是有一定功能的核酸片段，在大多数生物中是一段DNA，在RNA病毒中是一段RNA。

易混辨析真核生物DNA复制、转录和翻译的辨析(加试)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，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.如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．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，2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2条链均可作为模板链，A项正确；②是mRNA分子，形成mRNA分子即转录时，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。