遗传的分子基础 2.docx
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遗传的分子基础2
一、从基因到蛋白质
1.基因的概念
基因是具有遗传效应的DNA片段;遗传信息是指基因中脱氧核苷酸的排列顺序。
基因遗传信息的表达是通过基因控制蛋白质的合成来实现的。
2.转录和翻译
(1)转录:
②过程:
③遗传密码子:
a.概念:
mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基。
b.种类:
64种。
(2)翻译:
①概念:
按照mRNA上密码子的信息指导氨基酸分子合成多肽链的过程。
②场所:
细胞质。
③条件:
mRNA、tRNA、核糖体、多种氨基酸和多种酶的共同参与。
④过程:
⑤遗传信息传递方向:
mRNA→多肽。
二、基因对性状的控制
1.基因的主要功能:
把遗传信息转变为由特定的氨基酸按一定的顺序构成的多肽和蛋白质,从而决定生物体的性状。
3.信息流:
遗传信息可以从DNA流向DNA,即完成DNA的自我复制过程,也可以从DNA流向RNA,进而流向蛋白质,即遗传信息的转录和翻译过程。
4.完善:
历经考验后的中心法则,补充了遗传信息从RNA流向RNA以及从RNA流向DNA这两条途径,比以往更加完善。
5.基因对性状的控制
(1)生物体的性状包括生物体所表现出来的形态特征和生理生化特性。
(2)生物体的一个性状有时受多个基因的影响,而有些基因还会影响多种性状。
三、人类基因组计划
1.启动时间:
1990年。
2.主要内容:
完成人体24条染色体上的全部基因的遗传图谱、物理图谱和序列图谱和基因图谱测定。
一、遗传信息的转录
1.结合第四章第二节DNA的结构,比较DNA和RNA。
2.遗传信息、密码子、反密码子的比较
存在位置
含义
生理作用
遗传
信息
DNA
脱氧核苷酸(碱基对)的排列顺序
直接决定mRNA中碱基的排列顺序,间接决定氨基酸的排列顺序
密码子
mRNA
mRNA上3个相邻的碱基
直接决定氨基酸的排列顺序
反密码子
_tRNA
与密码子互补的3个碱基
识别密码子
3.仔细分析教材P68图4-10,探究下列问题:
如下所示为一段DNA分子,如果以β链为模板进行转录,试回答下列问题:
(1)写出对应的mRNA的碱基序列。
提示:
……AUGAUAGGGAAAC……。
(2)转录成的RNA的碱基序列,与作为模板的DNA单链的碱基序列有何关系?
与DNA的另一条链的碱基序列相比有哪些异同?
提示:
①转录成的RNA的碱基序列,与作为模板的DNA单链的碱基序列互补配对。
②相同点:
a.碱基数目相等;b.都含A、G、C3种碱基。
不同点:
RNA中含有U,DNA中含有T。
二、遗传信息的翻译
1.结合教材P70表4-1中20种氨基酸的密码子表思考:
(1)密码子有多少种?
在蛋白质合成过程中都决定氨基酸吗?
提示:
密码子共有64种,但有3种为终止密码子,不决定氨基酸,决定氨基酸的密码子有61种。
(2)一种氨基酸可能对应几个密码子,这一现象称做密码的简并,密码的简并对生物体的生存发展有什么意义?
提示:
密码的简并在遗传的稳定性和提高翻译速率上有一定的意义,具体如下:
①当密码子中有一个碱基改变时,由于密码的简并,可能并不会改变对应的氨基酸。
②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率。
2.结合图解,思考:
(1)基因中的碱基数、mRNA分子中的碱基数、蛋白质分子中的氨基酸数之间有何数量关系?
提示:
基因中的碱基、mRNA分子中的碱基与蛋白质分子中的氨基酸三者之间的数量比为6∶3∶1。
(2)在蛋白质合成过程中,DNA中碱基数、mRNA中碱基数、氨基酸数是否一定遵循以上数量关系?
提示:
不一定。
因在一段多肽链对应的mRNA中含有不编码氨基酸的终止密码子,而在其对应的DNA中,还含有一些不能转录为mRNA的DNA片段。
3.判断正误
(1)氨基酸与密码子之间具有一一对应的关系。
(×)
(2)转录过程也遵循碱基互补配对原则,即A与T配对,G与C配对。
(×)
(3)基因上决定一个氨基酸的三个相邻碱基是一个密码子。
(×)
(4)tRNA只含三个碱基,它在翻译过程中起到重要作用。
(×)
(5)终止密码子是能使转录过程终止的密码子。
(×)
4.连线
三、基因对性状的控制和人类基因组计划
1.阅读教材P72~73,探究下列不同生物的遗传信息是如何传递的。
(用中心法则表示)
(1)以DNA为遗传物质的生物中遗传信息是如何传递的?
请书写传递过程图解。
提示:
。
(2)在以RNA为遗传物质的生物中遗传信息是如何传递的?
请书写传递过程图解。
①含有RNA复制酶的生物:
提示:
。
②含有逆转录酶的生物:
提示:
。
2.病毒的遗传信息传递过程能发生在病毒自身体内吗?
提示:
不能。
只能发生在宿主细胞内。
3.判断正误
(1)细胞生物可发生“中心法测”中的全部箭头所表示的信息流。
(×)
(2)由于人体细胞中X、Y染色体差别较大,故“人类基因组计划”要测定24条染色体的遗传序列。
(√)
一、DNA复制与转录、翻译的比较
项目
DNA复制
转录
翻译
场所
主要是细胞核
主要是细胞核
主要是细胞质中的核糖体
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
20种氨基酸
时间
细胞分裂间期
生物生长发育的过程中
产物
2个相同的DNA
RNA(mRNA、tRNA、rRNA)
有一定氨基酸排列
顺序的蛋白质
特点
边解旋边复制,
半保留复制
边解旋边转录,
DNA仍保留
1个mRNA分子可结合多个核糖体,提高合成蛋白质的速度
研究
方法
可用放射性
同位素标记“T”
可用放射性
同位素标记“U”
可用放射性同位素
标记“氨基酸”
联系
[特别提醒]
(1)一个mRNA翻译出的多肽链不一定是一条,可以同时附着多个核糖体,翻译出多条多肽链。
(2)从核糖体上脱离下来的只是肽链,肽链还要进一步加工,才能成为具有生物活性的蛋白质。
二、转录、翻译中的有关计算
1.基因中碱基、RNA中碱基和氨基酸的数量关系
(1)转录时只以DNA的一条链为模板,因此转录形成的mRNA分子中的碱基数目是基因中碱基数目的1/2。
(2)翻译过程中,mRNA中每3个碱基决定1个氨基酸,所以经翻译合成的蛋白质分子中氨基酸数目是mRNA中碱基数目的1/3。
2.基因控制蛋白质合成过程中的几种数量关系
基因中碱基数∶mRNA中碱基数∶蛋白质中氨基酸数=6∶3∶1。
[特别提醒]
(1)上述比例关系只是针对基因中的碱基,而不是整个DNA分子。
(2)由于终止密码子的存在,mRNA中碱基数比氨基酸数的3倍还要多一些,注意题目中是否有限定词,如“最少”等。
三、基因与性状的关系
1.生物体的性状是由基因决定的,常见的是一个基因决定一个性状,但有些基因还会影响多种性状。
另外,生物体的一个性状有时还受多个基因的影响,如身高。
2.生物的性状是由基因决定的,同时还受环境条件的影响,性状是基因和环境共同作用的结果,即表现型=基因型+环境条件。
[例1] (浙江高考)某生物基因表达过程如图所示,下列叙述与该图相符的是( )
A.在RNA聚合酶作用下DNA双螺旋解开
B.DNA-RNA杂交区域中A应与T配对
C.mRNA翻译只能得到一条肽链
D.该过程发生在真核细胞中
[解析] 在进行转录时,RNA聚合酶与DNA分子的某一启动部位相结合,使DNA片段的双螺旋解开,选项A正确;图示DNA上的碱基A应与RNA上的碱基U配对,选项B错误;图示一个mRNA分子上有若干个核糖体同时进行多条多肽链的合成,故选项C错误;由图示知,转录该细胞和翻译是同时进行的,只能发生在原核细胞内,选项D错误。
[答案] A
[例2] 已知甲、乙、丙3种类型的病毒,它们的遗传信息的传递方向如图所示(注:
图中单螺旋线表示RNA,双螺旋线表示DNA),据图回答下列问题:
(1)对三种类型的病毒分别举例:
甲____________;乙____________;丙____________。
(2)①图中1、8表示遗传信息的________过程。
②图中2、5、9表示遗传信息的________过程。
③图中3、10表示________,该过程进行所必需的物质条件是_____________________。
(3)图中7表示遗传信息的____________,此过程需有________酶的作用。
这一现象的发现,其意义是____________________________________________。
[研析] 本题借助过程图示考查中心法则。
具体解题过程如下:
[审]——提取信息
信息a:
甲病毒信息传递过程为
信息b:
乙病毒信息传递过程为
信息c:
丙病毒信息传递过程为
[析]——解读信息
具有甲图示遗传信息传递过程的病毒是DNA病毒,如噬菌体;具有乙图示遗传信息传递过程的病毒是RNA病毒,如烟草花叶病毒;具有丙图示遗传信息传递过程的病毒是逆转录病毒,如HIV。
[答]——规范解答
(2)③第一空只答“复制”不得分,第二空必须答全,若答成“模板、DNA聚合酶、脱氧核苷酸和能量”可以得分,若将其中“脱氧核苷酸”答成“核苷酸”则不得分。
[答案]
(1)噬菌体 烟草花叶病毒 HIV
(2)①转录 ②翻译 ③DNA的复制 模板、酶、脱氧核苷酸和ATP (3)逆转录 逆转录 对“中心法则”的重要补充
[例3] 下面为脉孢霉体内精氨酸的合成途径示意图:
从图中可得出( )
A.一种物质的合成只受一个基因的控制
B.基因可通过控制酶的合成来控制代谢
C.若基因②不表达,则基因③和④也不表达
D.若基因③不存在,但瓜氨酸仍可合成精氨酸琥珀酸
[解析] 基因通过控制酶的合成来控制代谢过程,从而控制生物的性状。
由示意图可知,精氨酸的合成需要酶①②③④的参与,而它们分别受基因①②③④的控制。
基因具有一定的独立性,基因②不表达时,基因③、④仍可表达,只是无法合成精氨酸。
若基因③不存在,酶③不能合成,则瓜氨酸→精氨酸琥珀酸的途径不能进行。
[答案] B
基因、蛋白质、环境和性状之间的关系
———————————————[课堂归纳]————————————————
[网络构建]
填充:
①转录 ②翻译 ③逆转录
④核糖体 ⑤核糖核苷酸
[关键语句]
1.以DNA的一条链为模板,按照碱基互补配对原则合成RNA的过程称转录。
2.转录产生的RNA有信使RNA(mRNA)、核糖体RNA(rRNA)和转运RNA(tRNA)等。
通过转录,DNA分子把遗传信息传递到mRNA上。
3.mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻碱基叫做一个遗传密码子,在全部64个密码子中,有61个密码子负责20种氨基酸的编码,其余3个为终止密码子,不编码任何氨基酸,作用是终止翻译过程。
4.翻译是指在细胞质中的核糖体上,严格按照mRNA上密码子的信息指导氨基酸分子合成为多肽链的过程。
5.tRNA的一端携带一个氨基酸,另一端有相对应的3个特定碱基,这3个碱基只能专一性地与mRNA上相对应的3个碱基配对。
6.基因的主要功能:
把遗传信息转变为由特定的氨基酸按一定的顺序构成的多肽和蛋白质,从而决定生物体的性状。
7.生物体的基因组成(基因型)是性状表现必须具备的内在因素,生物体的一个性状有时受多个基因影响,而有些基因还会影响多种性状。
表现型=基因型+环境。
8.人类基因组计划的主要内容:
完成人体24条染色体上的全部基因的遗传图、物理图和全部碱基的序列测定。
知识点一、从基因到蛋白质
1.对一个基因的正确描述是( )
①基因是DNA分子上特定的片段 ②它的分子结构首先由摩尔根发现 ③它决定着某一遗传性状或功能 ④它的化学结构不会发生变化
A.①和② B.①和③
C.③和④D.①和④
解析:
选B 基因是指具有遗传效应的DNA片段,即特定的片段;基因通过控制蛋白质的合成来实现对某遗传性状的控制或决定某一功能,如催化功能(酶)、调节功能(激素);基因的化学结构在一定的内、外环境条件影响下也会发生变化。
2.(海南高考)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
解析:
选B 真核细胞内的mRNA和tRNA主要是在细胞核中合成的;少数RNA是酶,具有催化作用;mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基称为一个密码子;tRNA具有特异性,一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。
3.[多选]DNA复制和转录的共同点是( )
A.需要多种酶参与
B.只在细胞核内进行
C.遵循碱基互补配对原则
D.不需要ATP提供能量
解析:
选AC DNA复制和转录都以DNA为模板,DNA主要存在于细胞核内,但在叶绿体和线粒体中也含有少量的DNA,故DNA复制和转录可在细胞核内进行,也可在叶绿体和线粒体中进行。
DNA复制和转录过程都需要ATP提供能量。
4.下列对中心法则所包含的各个过程的理解,不正确的是( )
A.都在细胞核中进行
B.都需要细胞提供能量
C.都需要模板、酶和原料
D.都遵循碱基互补配对原则
解析:
选A 中心法则的内容是:
,翻译过程在核糖体上进行。
5.(新课标全国卷)同一物种的两类细胞各产生一种分泌蛋白,组成这两种蛋白质的各种氨基酸含量相同,但排列顺序不同。
其原因是参与这两种蛋白质合成的( )
A.tRNA种类不同
B.mRNA碱基序列不同
C.核糖体成分不同
D.同一密码子所决定的氨基酸不同
解析:
选B 蛋白质中各种氨基酸的排列顺序是由mRNA上碱基序列所决定的。
知识点二、基因对性状的控制
6.如图为人体内蛋白质合成的一个过程,据图回答:
(1)图中所合成肽链的原料来自________和________。
(2)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。
(3)图中Ⅰ是________,Ⅱ是________。
按从左到右的次序写出Ⅱ内mRNA区段所对应的DNA中模板链的碱基排列顺序________________________。
(4)该过程不可能发生在( )
A.神经细胞B.肝细胞
C.成熟的红细胞D.脂肪细胞
解析:
图示为翻译步骤:
以mRNA为模板,以tRNA为转运工具,按照碱基互补配对原则,形成具有一定氨基酸顺序的蛋白质。
成熟的红细胞无细胞核,不再合成蛋白质。
答案:
(1)食物 人体自身合成或原有蛋白质的分解
(2)翻译 细胞质(或核糖体) (3)tRNA(或转运RNA) 核糖体 TGATTCGAA (4)C
(时间:
25分钟;满分:
50分)
一、选择题(每小题2分,共20分)
1.如果DNA分子上某一片段是基因,则该片段( )
①携带遗传信息 ②上面有密码子 ③能转录产生mRNA ④能进入核糖体 ⑤能运载氨基酸 ⑥能控制蛋白质的合成
A.①③⑤B.②④⑥
C.①③⑥D.②④⑤
解析:
选C 基因的功能:
①贮存遗传信息。
基因的脱氧核苷酸的序列代表遗传信息。
②传递遗传信息。
通过DNA复制,亲代向子代传递遗传信息。
③表达遗传信息。
在个体发育中,基因通过转录、翻译控制蛋白质合成来控制性状。
2.下列关于“中心法则及其发展”含义的叙述,不正确的是( )
A.表示遗传信息的传递方向
B.表示基因控制蛋白质合成的过程
C.DNA只能来自DNA的复制
D.基因通过控制蛋白质的合成控制生物的性状
解析:
选C 中心法则及其发展中还包含以RNA为模板合成DNA的逆转录过程。
所以DNA不仅仅来自DNA的复制。
3.对于下列图解,正确的说法有( )
DNA…ATGC…G—…CAU…RNA
①表示DNA复制过程 ②表示DNA转录过程 ③共有5种碱基 ④共有8种核苷酸 ⑤共有5种核苷酸 ⑥A均代表同一种核苷酸
A.①②③B.④⑤⑥
C.②③④D.①③⑤
解析:
选C 由图可知,此过程是遗传信息的转录过程,整个过程涉及5种碱基:
A、T、G、C、U,但由于组成DNA链的是四种脱氧核苷酸,组成RNA链的是四种核糖核苷酸,因此图解中共有8种核苷酸。
4.(上海高考)原核生物的mRNA通常在转录完成之前便可启动蛋白质的翻译,但真核生物的核基因必须在mRNA形成之后才能翻译成蛋白质,针对这一差异的合理解释是( )
A.原核生物的tRNA合成无需基因指导
B.真核生物tRNA呈三叶草结构
C.真核生物的核糖体可进入细胞核
D.原核生物的核糖体可以靠近DNA
解析:
选D 由题意可知原核生物的转录和翻译可以同步进行,翻译的场所核糖体与DNA靠得很近。
5.一个mRNA分子有m个碱基,其中G+C有n个;由该mRNA合成的蛋白质有两条肽链。
则其模板DNA分子的A+T数、合成蛋白质时脱去的水分子数分别是( )
A.m、m/3-1B.m、m/3-2
C.2(m-n)、m/3-1D.2(m-n)、m/3-2
解析:
选D 由mRNA分子有m个碱基且G+C=n可知,此mRNA分子中A+U=m-n,控制其合成的DNA分子模板链中T+A=m-n个,模板DNA分子中A+T=2(m-n)个;由mRNA分子有m个碱基可知,其模板DNA分子中有2m个碱基,能控制合成含2m/6个氨基酸的蛋白质分子。
题中给出,此蛋白质分子有两条肽链,脱去水分子数应为m/3-2。
6.根据下表中的已知条件,判断苏氨酸的密码子是( )
DNA双链
T
G
mRNA
tRNA反密码子
A
氨基酸
苏氨酸
A.TGUB.UGAC.ACUD.UCU
解析:
选C 密码子为mRNA上决定氨基酸的三个相邻碱基,因此根据转录和翻译过程中的碱基配对关系,DNA的信息链有两种可能,若DNA信息链含碱基T、G,可推知mRNA上相应位置上的碱基分别是A、C,由tRNA上反密码子最后一个碱基A可推知mRNA上相应位置上的碱基为U;因此苏氨酸的密码子为ACU。
若另一条链为信息链,则其碱基顺序为ACA,由此可推知密码子为UGU,与选项不符,因此应选C。
7.关于转录和翻译的叙述,错误的是( )
A.转录时以核糖核苷酸为原料
B.转录时RNA聚合酶能识别DNA中特定碱基序列
C.mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质
D.不同密码子编码同种氨基酸可增强密码的容错性
解析:
选C 转录是以DNA的一条链为模板,以核糖核苷酸为原料合成RNA的过程;转录过程需要RNA聚合酶的催化,RNA聚合酶首先结合到基因的启动子上,从而启动转录过程;以mRNA为模板翻译合成蛋白质时移动的是核糖体;一个氨基酸可对应几种不同的密码子,这样能保证由于差错导致的密码子的改变而不会改变氨基酸,从而保持生物性状的稳定性。
8.(四川高考)将牛催乳素基因用32P标记后导入小鼠乳腺细胞,选取仅有一条染色体上整合有单个目的基因的某个细胞进行体外培养。
下列叙述错误的是( )
A.小鼠乳腺细胞中的核酸含有5种碱基和8种核苷酸
B.该基因转录时,遗传信息通过模板链传递给mRNA
C.连续分裂n次后,子细胞中32P标记的细胞占1/2n+1
D.该基因翻译时所需tRNA与氨基酸种类数不一定相等
解析:
选C A项,小鼠乳腺细胞属于真核细胞,其细胞中的核酸有两种:
DNA和RNA,DNA中含氮碱基有A、G、C、T4种,RNA中含氮碱基有A、G、C、U4种,故小鼠乳腺细胞中含氮碱基共有A、G、C、T、U5种;根据含氮碱基与五碳糖的不同,细胞中DNA的基本组成单位脱氧核糖核苷酸有4种,RNA的基本组成单位核糖核苷酸有4种,故小鼠乳腺细胞中共有8种核苷酸。
B项,基因的表达包括转录和翻译两个过程。
转录时,以基因(有遗传效应的DNA片段)的一条链为模板,遵循碱基互补配对原则合成mRNA,将遗传信息由模板链传递到mRNA。
C项,将小鼠乳腺细胞进行体外培养(原料中不含32P),连续分裂n次后,产生的子细胞有2n个,根据DNA的半保留复制特点可知,其中只有2个细胞含32P,因此,子细胞中含32P标记的细胞占2/2n,即1/2n-1。
D项,基因翻译时,每种tRNA上的反密码子对应mRNA上一种决定氨基酸的密码子,决定氨基酸的密码子共61种,而合成蛋白质的氨基酸约20种,所以翻译时所需tRNA与氨基酸种类数不一定相等。
9.(江苏高考)研究发现,人类免疫缺陷病毒(HIV)携带的RNA在宿主细胞内不能直接作为合成蛋白质的模板。
依据中心法则(如图),下列相关叙述错误的是( )
A.合成子代病毒蛋白质外壳的完整过程至少要经过④②③环节
B.侵染细胞时,病毒中的蛋白质不会进入宿主细胞
C.通过④形成的DNA可以整合到宿主细胞的染色体DNA上
D.科学家可以研发特异性抑制逆转录酶的药物来治疗艾滋病
解析:
选B HIV的遗传物质是RNA,经逆转录④形成DNA可以整合到患者细胞的基因组中,再通过转录②和翻译③合成子代病毒的蛋白质外壳;侵染细胞时,HIV中的逆转录酶能进入宿主细胞;若抑制逆转录过程,则不能产生子代病毒的蛋白质和RNA,故科研中可以研发特异性抑制逆转录酶的药物来治疗艾滋病。
10.“人类基因组计划”最新研究表明:
人体24条染色体上含有2万到3.5万个基因,这一事实说明( )
A.基因是有遗传效应的DNA片段
B.一个DNA分子上有许多个基因
C.基因是染色体片段
D.基因主要存在于染色体上
解析:
选B 每条染色体上含有1个DNA分子,人类24条染色体上有24个DNA,却有2万到3.5万个基因,说明一个DNA分子上有许多个基因。
二、非选择题(共30分)
11.(9分)根据下表蛋白质合成中遗传信息的传递过程,在下面表格中的空白处填入相应的字母并回答问题。
(1)丙氨酸的密码子是________,决定合成该氨基酸密码子的碱基是________。
(2)第二个氨基酸应是________。
[半胱氨酸(UGC)、丝氨酸(UCC)、苏氨酸(ACC)、精氨酸(AGG)]。
(3)________链为转录的模板链,b链是储存遗传信息的链,密码子位于________链上。
(4)在控制合成胰岛素(含51个氨基酸)的基因中,至少含有________个脱氧核苷酸。
解析:
首先根据mRNA上的密码子和tRNA上的反密码子的碱基是互补的,即c链和d链碱基互补,得出c链上第四个碱基是U,而恰好与a链相应位置上的A互补,又得出c链是以a链为模板进行转录得来的。
理清上述关系,就可以很快填出表中的空,如下表。
剩下的问题就迎刃而解了。
答案:
(1)GCA CGT
(2)半胱氨酸
(3)a c (4)306
12.(11分)如图表示有关遗传信息传递过程的模拟实验,分析回答:
(1)图①表示________过程,在植物体内进行的场所是____________________,图④所示实验过程与图③相比较,需要的特定的酶是____________________。
(2)需要解旋酶的过程有__________________,在高等动物细胞中普遍存在的生理过程是________(填代号)。
(3)各过程中,遵循“碱基互补配对原则”的有________(填代号)。
解析:
这5个模拟实验就是经完善后的“中
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