苏教版必修2同步讲义及练习第四章 4.docx
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苏教版必修2同步讲义及练习第四章4
第2课时 遗传信息的翻译
[学习目标] 1.理解密码子的概念并能熟练地查阅遗传密码子表。
2.概述遗传信息翻译的过程和特点。
3.分析碱基和氨基酸之间的对应关系。
一、密码子与tRNA
1.密码子的破译
(1)实验原理:
蛋白质体外合成系统中以人工合成的RNA作模板合成多肽,确定氨基酸与密码子的对应关系。
(2)实验步骤
提取大肠杆菌的破碎细胞液加入试管——除去原DNA和mRNA
↓
添加20种氨基酸——分5组,每个试管各加四种氨基酸
↓
加入人工合成的RNA——多聚U
↓
合成多肽——只在加入酪氨酸、苯丙氨酸、半胱氨酸、丝氨酸的试管中出现多肽链
↓
运用同样方法将上述四种氨基酸分装入四个试管——含苯丙氨酸的试管中出现多肽链
(3)实验结论:
苯丙氨酸的遗传密码子是UUU。
2.密码子的概念和种类
(1)概念:
遗传学上,把mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基,叫做一个遗传密码子。
其中,密码子共有64种。
(2)起始密码子和终止密码子:
真核细胞唯一的起始密码子是AUG,编码的是甲硫氨酸。
三种终止密码子:
UAA、UAG、UGA,它们不编码氨基酸。
3.tRNA
(1)结构:
三叶草形结构,一端是携带氨基酸的部位,另一端有3个碱基能和mRNA上的密码子互补配对,叫做反密码子。
(2)功能:
携带氨基酸进入核糖体。
1种tRNA只能携带1种氨基酸,1种氨基酸可由1种或多种tRNA携带。
例1
下列关于密码子的叙述,不正确的是( )
A.一种氨基酸可能有多种与之相对应的密码子
B.每种密码子都有与之对应的氨基酸
C.CTA肯定不是密码子
D.密码子GCA在人和猪的细胞中决定的是同一种氨基酸
答案 B
解析 一种氨基酸有一种或多种与之相对应的密码子,A正确;终止密码子没有与之对应的氨基酸,B错误;密码子在mRNA上,不含碱基T,C正确;密码子具有通用性,即地球上所有生物共用一套遗传密码子,故密码子GCA在人和猪的细胞中决定的是同一种氨基酸,D正确。
例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,一定会引起蛋白质中氨基酸种类的改变
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,翻译出的蛋白质中的氨基酸不一定改变。
二、翻译
1.概念
在细胞中,游离在细胞质中的各种氨基酸,以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质,这一过程称为翻译。
2.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,合成终止
↓
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
和功能的蛋白质分子
3.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。
4.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。
例3
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GGU
C.图中碱基的配对方式有A—U、C—G、A—T
D.图示过程的正常进行需要ATP和RNA聚合酶
答案 A
解析 由图可知,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,决定甘氨酸的密码子有GGU、GGC、GGA、GGG,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。
例4
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(核糖体);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。
1.判断正误
(1)人体的不同细胞中,mRNA存在特异性差异,但tRNA没有特异性差异( )
(2)基因的表达是通过基因控制蛋白质的合成来实现的( )
(3)DNA是蛋白质合成的直接模板( )
(4)密码子位于mRNA上,ATC一定不是密码子( )
(5)mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质( )
(6)每种转运RNA能识别并转运一种或多种氨基酸( )
答案
(1)√
(2)√ (3)× (4)√ (5)× (6)×
2.mRNA上决定氨基酸的一个密码子的一个碱基发生替换,对识别该密码子的tRNA种类及转运的氨基酸种类将会产生的影响是( )
A.tRNA种类一定改变,氨基酸种类一定改变
B.tRNA种类不一定改变,氨基酸种类不一定改变
C.tRNA种类一定改变,氨基酸种类不一定改变
D.tRNA种类不一定改变,氨基酸种类一定改变
答案 C
解析 一种密码子只能对应于一种氨基酸,而一种氨基酸可以有多个密码子。
mRNA上密码子的一个碱基发生替换,则识别该密码子的tRNA(一端有反密码子)种类也肯定发生改变。
但有可能改变后的密码子与原密码子决定的是同一种氨基酸,故氨基酸种类不一定改变。
3.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顺序的蛋白质
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,运输氨基酸的工具是tRNA,C正确。
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.下图为人体蛋白质合成的一个过程,据图分析并回答问题:
(1)图中所示属于基因控制蛋白质合成过程中的____步骤,该步骤发生在细胞的____部分。
(2)图中[Ⅰ]是____________。
按从左到右的次序写出[Ⅱ]________内mRNA区段所对应的DNA模板链上碱基的排列顺序_______________________________________________。
(3)该过程不可能发生在人体的________内。
A.神经细胞B.肝细胞
C.成熟的红细胞D.心肌细胞
答案
(1)翻译 细胞质(或核糖体)
(2)tRNA(转运RNA) 核糖体 TTCGAA
(3)C
解析 图示为翻译过程,以mRNA为模板,以tRNA为运载工具,按照碱基互补配对原则,形成具有一定氨基酸排列顺序的多肽链。
人成熟的红细胞不再合成蛋白质,原因是其无细胞核及核糖体等结构,不能控制蛋白质的合成过程。
[对点训练]
题组一 密码子与tRNA
1.根据如表所示的已知条件,判断苏氨酸的密码子是( )
DNA双链
T
G
mRNA
tRNA上的反密码子
A
氨基酸
苏氨酸
A.TGUB.UGAC.ACUD.UCU
答案 C
解析 密码子是指mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。
根据碱基互补配对原则和DNA上的碱基序列可知,苏氨酸密码子的前两个碱基分别是A、C或U、G,根据反密码子的碱基序列可知密码子第三个碱基是U,结合选项分析,只有C项正确。
2.(2018·曲阜师大高一检测)关于密码子和反密码子的叙述,正确的是( )
A.密码子位于mRNA上,反密码子位于tRNA上
B.密码子位于tRNA上,反密码子位于mRNA上
C.密码子位于rRNA上,反密码子位于tRNA上
D.密码子位于rRNA上,反密码子位于mRNA上
答案 A
解析 mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基称为密码子;每个tRNA上有三个碱基与密码子相配对,这样的三个碱基称为反密码子,即密码子位于mRNA上,反密码子位于tRNA上,A项正确,B、C、D项错误。
3.下列关于图中①、②两种分子的说法中,正确的是( )
A.①为DNA,在正常情况下复制后形成两个相同的DNA
B.②为tRNA,一种tRNA可携带不同的氨基酸
C.遗传信息位于①上,密码子位于②上
D.①和②共有的碱基是A、U、G
答案 A
解析 ①为DNA,在正常情况下复制后形成两个相同的DNA分子;②为tRNA,一种tRNA只能携带一种氨基酸;遗传信息位于①上,密码子位于mRNA上,②上具有反密码子;①和②共有的碱基是A、G、C,DNA中无U。
4.正常出现肽链终止,是因为( )
A.一个与终止密码子对应的转运RNA不能携带氨基酸
B.不具有与终止密码子对应的转运RNA
C.信使RNA在终止密码子处停止合成
D.转运RNA上出现终止密码子
答案 B
解析 终止密码子没有对应的转运RNA。
5.关于RNA的叙述,错误的是( )
A.少数RNA具有生物催化作用
B.真核细胞内mRNA和tRNA都是在细胞质中合成的
C.mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基称为密码子
D.细胞中有多种tRNA,一种tRNA只能转运一种氨基酸
答案 B
解析 真核细胞内mRNA和tRNA主要在细胞核中合成。
6.如图为tRNA的二维结构示意图。
下列有关叙述正确的是( )
A.tRNA是由三个核糖核苷酸连接成的单链分子
B.一种tRNA只可以携带一种氨基酸
C.图中b处上下链中间的化学键表示磷酸二酯键
D.图中c处表示密码子,可以与mRNA上的碱基互补配对
答案 B
解析 tRNA是由许多个核糖核苷酸连接成的单链分子,A错误;tRNA是搬运氨基酸的工具,一种tRNA只能携带一种氨基酸,但一种氨基酸可被一种或多种tRNA转运,B正确;图中b处表示碱基互补配对,互补配对的碱基之间形成氢键,C错误;图中c处的三个碱基构成反密码子,可与mRNA上的密码子发生碱基互补配对,D错误。
题组二 翻译
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与其对应;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.已知AUG、GUG为起始密码子,UAA、UGA、UAG为终止密码子。
某原核生物的一个信使RNA碱基排列顺序如下:
A—U—U—C—G—A—U—G—A—C……(40个碱基)……C—U—C—U—A—G—A—U—C—U,此信使RNA控制合成的蛋白质含氨基酸的个数为( )
A.20个B.15个 C.16个D.18个
答案 C
解析 先找到起始密码子(AUG),再找到终止密码子(UAG),中间一共45个碱基,对应15个密码子,决定15个氨基酸,又因为起始密码子也决定氨基酸,终止密码子不决定氨基酸,故为16个氨基酸。
9.四环素、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,均是阻断了翻译过程。
10.在蛋白质合成过程中,少量的mRNA分子就可以指导迅速合成出大量的蛋白质。
其主要原因是( )
A.一种氨基酸可能由多种密码子来决定
B.一种氨基酸可以由多种转运RNA携带到核糖体中
C.核糖体可同时与多条mRNA结合,同时进行多条肽链的合成
D.mRNA分子上可相继结合多个核糖体,同时进行多条肽链的合成
答案 D
11.一条多肽链中有氨基酸1000个,作为合成该多肽链模板的mRNA分子和用来转录成mRNA的DNA分子分别至少需要碱基( )
A.3000个和3000个B.1000个和2000个
C.2000个和4000个D.3000个和6000个
答案 D
解析 根据基因中的脱氧核苷酸数、信使RNA上的核苷酸数以及构成蛋白质的氨基酸数之比为6∶3∶1这一规律,可推知,mRNA分子中碱基至少为3×1000=3000个,控制合成1000个氨基酸,至少需要6000个脱氧核苷酸。
12.下列有关图中的生理过程(图中④代表核糖体,⑤代表多肽链)的叙述,不正确的是( )
A.图中所示的生理过程主要有转录和翻译
B.①链中(A+T)/(G+C)的比值与②链中此比值相同
C.一种细菌的③由480个核苷酸组成,它所编码的蛋白质一定含160个氨基酸
D.遗传信息由③传递到⑤需要tRNA作工具
答案 C
解析 以DNA一条链(②链)为模板合成的③链含碱基U,故③为mRNA,此过程为转录;③与④结合后以③为模板形成⑤肽链,此过程为翻译。
DNA双链中A与T配对,G与C配对,故(A1+T1)/(G1+C1)=(A2+T2)/(G2+C2),即①链中(A+T)/(G+C)的比值与②链中此比值相同;③由480个核苷酸即160个密码子组成,这些密码子中可能有不决定氨基酸的终止密码子,故编码的蛋白质含有的氨基酸可能小于160个。
遗传信息由③传递到⑤的过程中,需tRNA作运载工具,才能实现遗传信息对蛋白质合成的控制。
[综合强化]
13.如图表示DNA(基因)控制蛋白质的过程,分析回答下列问题:
(1)图中标出的碱基符号,对应________种核苷酸。
(2)DNA双链中,________链(填代号)为模板链;密码子存在于________链上(填代号)。
(3)如果合成胰岛素,共含有51个氨基酸,两条肽链,共需脱去________分子的水,控制合成的基因上,至少含有________个脱氧核苷酸。
(4)DNA分子中碱基对之间通过________连接起来的。
答案
(1)8
(2)② ③ (3)49 306 (4)氢键
解析 DNA两条链包括四种碱基,有四种核苷酸,RNA也包括了四种碱基,也有四种核苷酸,所以DNA和RNA共有八种核苷酸,能够与信使RNA碱基相互配对的模板链是②,其上脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息,信使RNA上核糖核苷酸的排列顺序代表密码子(相邻三个碱基),基因6个碱基→信使RNA3个碱基→1个氨基酸。
据此,合成51个氨基酸的蛋白质,至少需要基因上脱氧核苷酸为306个,碱基对之间是通过氢键相连的,核苷酸之间通过磷酸二酯键相连。
14.如图所示为真核细胞中RNA参与蛋白质合成的翻译过程示意图。
据图回答下列问题:
(1)在翻译过程中,参与的RNA有①__________、③__________和②中的__________。
(2)根据给出的密码子判断,图中①所携带的氨基酸为________。
该过程中②的移动方向为________(填“向左”或“向右”),合成的多肽链共有________个肽键。
(3)很多多肽链合成时第一个氨基酸都是甲硫氨酸,然而细胞中大部分蛋白质的第一个氨基酸并不是甲硫氨酸,这是因为很多多肽链要在____________________处进行加工、修饰。
(4)若以③为模板合成一条多肽链需要的时间是1s,但在2s内③却指导合成了数条同种多肽链,原因是________________________________________________________________。
答案
(1)转运RNA(tRNA) 信使RNA(mRNA) 核糖体RNA(rRNA)
(2)脯氨酸 向右 8 (3)内质网和高尔基体 (4)一个③可以相继结合多个核糖体,同时进行多条相同多肽链的合成
解析
(1)在翻译过程中,mRNA是合成蛋白质的模板,tRNA是运输氨基酸的工具,核糖体是翻译的场所,核糖体中含有rRNA。
(2)①上的反密码子与mRNA上的密码子CCG配对,密码子CCG编码的氨基酸是脯氨酸。
从mRNA上找到起始密码子AUG和终止密码子UAA,起始密码子AUG在左,终止密码子UAA在右,因此,在整个翻译过程中②的移动方向为向右。
从起始密码子到终止密码子共有10个密码子,终止密码子不编码氨基酸,因此合成的多肽链共含有9个氨基酸,8个肽键。
(3)真核生物细胞的内质网和高尔基体具有对新合成的肽链进行加工、修饰的作用。
(4)在蛋白质合成过程中,一个mRNA上可以相继结合多个核糖体,进行多条相同多肽链的合成,因此,若以③为模板合成一条多肽链需要的时间是1s,在2s内能合成多条同种多肽链。
15.如图表示植物细胞中蛋白质合成的相关过程(图2中甘、丙等表示甘氨酸、丙氨酸等),据图回答下列问题:
(1)图1表示________过程,此过程需要______________酶参与。
图1共含有________种核苷酸,__________种碱基。
(2)图2中如果d发生改变,生物的性状________(填“一定”或“不一定”)改变,原因是____________________________________。
(3)图2中c表示________________,丙氨酸的密码子是________。
(4)原核生物中,图1和图2所示过程的发生场所是________、________。
答案
(1)转录 RNA聚合 8 5
(2)不一定 密码子具有简并性 (3)tRNA GCA (4)细胞质 细胞质
解析
(1)图1过程以DNA的一条链为模板合成mRNA,为转录过程。
此过程需要RNA聚合酶的参与。
图1中共有8种核苷酸,5种碱基。
(2)图2中因为密码子具有简并性,所以密码子发生改变后,可能对应同一种氨基酸,从而不会导致性状发生改变。
(3)图2中c为tRNA,其所携带的反密码子是CGU,故丙氨酸的密码子是GCA。
(4)原核生物中,转录、翻译同时进行,都发生在细胞质中。
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