人教版2020高中生物 第三章第四节 遗传信息的表达——RNA和蛋白质的合成学案 浙科版必修2

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

种类DNA RNA

基本单位脱氧核糖核苷酸(4种) 核糖核苷酸(4种)

戊糖脱氧核糖核糖

特有碱基T U

共有碱基A、G、C

空间结构规则的双螺旋结构多呈单链结构

真核生物中的分布主要在细胞核中，少量在

线粒体、叶绿体中

主要在细胞溶胶、线粒体、叶绿

体、核糖体中，少量在细胞核中

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

项目遗传信息密码子反密码子

概念

基因中脱氧核苷酸的

排列顺序

mRNA中决定一个氨基

酸的三个相邻碱基

tRNA中与mRNA密码子互

补配对的三个碱基作用控制生物的遗传性状

直接决定蛋白质中的

氨基酸序列

识别密码子，转运氨基酸种类

基因中脱氧核苷酸种

类、数目和排列顺序

的不同，决定了遗传

信息的多样性

64种。61种：能翻译

出氨基酸；3种：终

止密码子，不能翻译

氨基酸

61种或tRNA也为61种联系

①基因中脱氧核苷酸的序列决定mRNA中核糖核苷酸的序列

②mRNA中碱基序列与基因模板链中碱基序列互补

③密码子与相应反密码子的序列互补配对

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

提出者克里克

要点(1)遗传信息由DNA传递到RNA

(2)RNA决定蛋白质的特异性

(3)蛋白质是生物体性状的体现者

发展在逆转录酶作用下，以RNA为模板反向合成单链DNA

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。

[对点训练]

题组一DNA与RNA

1.下列名称与功能匹配的是( )

A.rRNA——含有遗传密码

B.DNA——携带氨基酸到核糖体

C.tRNA——结合蛋白质组成核糖体

D.mRNA——携带来自细胞核的遗传信息到核糖体

答案 D

解析rRNA——核糖体的组成成分；DNA——主要在细胞核中，遗传信息的携带者；tRNA——运载氨基酸到核糖体上。

2.下列关于RNA和DNA的叙述，错误的是( )

A.RNA和DNA都是由多个核苷酸聚合成的大分子

B.RNA是核糖核苷酸的简称，DNA是脱氧核苷酸的简称

C.RNA包括mRNA、tRNA、rRNA等种类

D.染色体主要由DNA和蛋白质组成

答案 B

解析RNA是核糖核酸的简称，DNA是脱氧核糖核酸的简称。

3.(2017·杭州学考)下列对转运RNA的描述，正确的是( )

A.每种转运RNA能识别并转运多种氨基酸

B.每种氨基酸只有一种转运RNA能转运它

C.转运RNA能识别信使RNA上的密码子

D.转运RNA转运氨基酸到细胞核内

答案 C

解析每种转运RNA能识别并转运一种氨基酸，A错误；每种氨基酸可能有一种或多种转运RNA能转运它，B错误；转运RNA能识别信使RNA上的密码子，并转运该密码子编码的氨基酸，C正确；转运RNA转运氨基酸到核糖体上，D错误。

4.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的碱基序列，取决于DNA的碱基序列，同时又决定蛋白质中氨基酸的序列

答案 D

解析DNA和RNA是两类不同的核酸，A错误；DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸，RNA的基本组成单位是核糖核苷酸，B错误；T为DNA的特有碱基，所以含有T的核苷酸序列只能是DNA，不可能是RNA，C错误；DNA上的遗传信息通过转录转移到mRNA上，mRNA通过翻译指导蛋白质的合成，D正确。

题组二转录与翻译

5.(2018·杭州检测)下图为RNA的形成过程示意图，有关叙述错误的是( )

A.c是游离的核糖核苷酸

B.a是编码链，b是模板链

C.图中RNA聚合酶的移动方向是从左向右

D.转录完成后解开的双螺旋不再重新形成

答案 D

解析由图中信息可知，c是转录的原料核糖核苷酸；转录是以b链为模板进行的，b是模板链，a是编码链；图中转录的方向从左向右，故RNA聚合酶的移动方向也是从左向右；转录完成后解开的双螺旋需重新形成，若需转录时可再解旋。

6.(2018·嘉兴测试)真核生物翻译的模板和原料分别是( )

A.转运RNA、核苷酸

B.转运RNA、氨基酸

C.信使RNA、氨基酸

D.信使RNA、核苷酸

答案 C

解析翻译的模板为mRNA，原料为氨基酸，产物为蛋白质。

7.以下是某种分泌蛋白的合成过程示意图，下列相关叙述正确的是( )

A.此过程有水生成，主要发生在细胞核中

B.①上面所有的碱基都可以和③上相应的碱基配对

C.①上通常可以相继结合多个②

D.④形成后就进入高尔基体进行加工，然后分泌出细胞

答案 C

解析图示为翻译过程，发生在真核细胞的细胞质中；mRNA上的终止密码子没有反密码子对应；一个mRNA上可以相继结合多个核糖体，能明显提高翻译速率；多肽链第一加工场所是内质网，然后进入高尔基体再加工。

8.(2018·浙江余、慈期中联考)多聚核糖体是指合成蛋白质时，多个核糖体串联附着在一条mRNA分子上，形成的似念珠状结构。多聚核糖体可以增加肽链的合成效率，如图所示，对此过程的理解不正确的是( )

A.此过程在真核细胞的细胞质中进行

B.核糖体移动方向为从左向右

C.每条多肽链的合成时间缩短

D.合成出的蛋白质有相同结构

答案 C

解析题图为翻译过程，在细胞质中的核糖体上进行，A正确；根据图中两条肽链的长度可知，核糖体移动方向为从左向右，B正确；一条mRNA上同时结合多个核糖体进行翻译，可提高合成蛋白质的效率，但不会缩短每条肽链合成的时间，C错误；控制合成这些蛋白质的模板相同，因此合成出的蛋白质有相同结构，D正确。

题组三中心法则与基因的概念

9.下图为中心法则的示意图。下列叙述错误的是( )

A.①表示DNA复制，需要DNA聚合酶参与

B.②表示转录，需要RNA聚合酶参与

C.③表示翻译，需要蛋白酶参与

D.④表示逆转录，需要逆转录酶参与

答案 C

解析③表示翻译，需蛋白质合成酶参与。

10.(2018·温州十校联考)结合中心法则图解分析，下列描述正确的是( )

A.生物的遗传信息只储存在DNA的核苷酸序列中

B.核苷酸序列不同的基因表达出的蛋白质一定不同

C.遗传信息传递到蛋白质是表现型实现的基础

D.编码蛋白质的基因含遗传信息相同的两条单链

答案 C

解析生物的遗传物质是DNA或RNA，因此生物的遗传信息储存在DNA或RNA的核苷酸序列中，A错误；由于密码子具有简并性，因此核苷酸序列不同的基因可能表达出相同的蛋白质，B错误；蛋白质是生命活动的主要承担者，因此遗传信息传递到蛋白质是表现型实现的基础，C正确；编码蛋白质的基因含两条单链，但其碱基序列互补，因而遗传信息不同，D错误。

11.下列关于基因的叙述，错误的是( )

A.基因是遗传的基本功能单位

B.基因是一段有功能的核酸分子片断

C.基因由葡萄糖脱水缩合形成

D.基因具有携带和表达遗传信息的功能

答案 C

解析基因是遗传的基本功能单位，是一段有功能的核酸分子片断，具有携带和表达遗传信息的功能，它可以由脱氧核苷酸或者核糖核苷酸形成，C错误。

12.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分子片段，在大多数生物中是一段DNA，在RNA病毒中是一段RNA。

[综合强化]

13.如图表示真核生物体内DNA传递遗传信息的某过程，请据图回答下列问题：

(1)图示两种物质的组成元素有________________________________________________。

(2)该图所示的是遗传信息传递的________过程，该过程发生的主要场所是________。

(3)物质③是以DNA的哪一条链为模板形成的？____。试写出③的碱基序列

________________________________________________________________________。

(4)组成物质③的基本单位是________，它有______种。

(5)如果③中A占26%，U占28%，那么，相应的DNA片段中，T占________，C占________。答案(1)C、H、O、N、P (2)转录细胞核

(3)①CAUGCA (4)核糖核苷酸 4 (5)27% 23%

解析在真核生物体内以DNA分子的一条链为模板控制合成mRNA的过程称为转录，主要在细胞核内进行。③是以①为模板转录来的，若③中A＝26%，U＝28%，A＋U＝54%，则相应的DNA 分子片段中A＋T＝54%，G＋C＝46%，故A＝T＝27%，G＝C＝23%。

14.如图表示某DNA片段遗传信息的传递过程，①～⑤表示物质或结构，a、b、c表示生理过程。请据图回答下列问题：(可能用到的密码子：AUG－甲硫氨酸、GCU－丙氨酸、AAG－赖氨酸、UUC－苯丙氨酸、UCU－丝氨酸、UAC－酪氨酸)

(1)完成遗传信息表达的是________(填字母)过程，a过程所需的酶有

__________________________________________________________。

(2)图中含有核糖的是________(填数字)；由②指导合成的多肽链中氨基酸序列是

________________________________________________________________________。

(3)若在AUG后插入三个核苷酸，合成的多肽链中除在甲硫氨酸后多一个氨基酸外，其余氨基酸序列没有变化。由此证明____________________________________________________。

答案(1)b、c 解旋酶和DNA聚合酶

(2)②③⑤甲硫氨酸—丙氨酸—丝氨酸—苯丙氨酸

(3)一个密码子由三个相邻的碱基(核糖核苷酸)组成

解析分析图示过程可知：a为DNA的复制、b为转录、c为翻译。

(1)完成遗传信息表达的是转录和翻译，为b和c，DNA的复制需要在解旋酶的作用下解开双链，然后在DNA聚合酶的作用下合成DNA子链。

(2)RNA中含有核糖，图中含有核糖的结构包括mRNA、tRNA、rRNA。根据②mRNA上的碱基顺序组成的密码子，推出指导合成的多肽链中氨基酸序列是甲硫氨酸—丙氨酸—丝氨酸—苯丙氨酸。

(3)三个核苷酸对应一个氨基酸，由此证明一个密码子由三个相邻的碱基(核糖核苷酸)组成。

15.(2017·浙江舟山期末)如图为某动物体内基因表达过程中的一些生理过程，据图回答下列问题：

(1)图一中，物质丁为______，图示中戊沿着丁向________移动(填“左”或“右”)。

(2)图一中由乙合成甲的反应称为________________。现欲合成具有51个基本单位构成的甲，

则相关的基因中与控制这些基本单位直接有关的碱基数目为________个。

(3)图二的生理过程是__________，在人体肝细胞中可进行该生理过程的结构是

____________。物质③的名称是________________，其可与基因的________部位结合，从而开始图二的过程。①与②从物质组成上进行比较，区别是

________________________________________________________________________。

答案(1)mRNA 右(2)脱水缩合306 (3)转录细胞核、线粒体RNA聚合酶启动①中为脱氧核糖，②中为核糖；①中特有碱基为胸腺嘧啶，②中特有碱基为尿嘧啶

解析(1)图一中，与核糖体结合的物质丁为mRNA，根据图示判断，核糖体沿着丁mRNA向右移动。(2)图一中由乙氨基酸合成甲肽链的反应称为脱水缩合。由于mRNA是单链结构，且一个氨基酸的密码子含3个碱基，所以欲合成具有51个基本单位构成的肽链，则相关的基因中与控制这些基本单位直接有关的碱基数目为51×3×2＝306个。(3)图二的生理过程是以DNA 为模板，合成RNA的过程，所以是转录，在人体肝细胞中可进行该生理过程的结构是细胞核、线粒体。物质③的名称是RNA聚合酶，其可与基因的启动部位结合，从而开始图二的转录过程。①与②从物质组成上进行比较，区别有①中为脱氧核糖，②中为核糖；①中特有碱基为胸腺嘧啶，②中特有碱基为尿嘧啶。