基因指导蛋白质的合成及对性状的控制
考点一、基因指导蛋白质合成的过程——转录和翻译
一、考点概述：
1.此考点主要包括以下内容：
转录的过程相关内容
翻译过程相关内容
密码子、反密码子
2.在高考试题中，以选择题或填空题的形式出现。
二、具体考点分析：
1．转录、翻译过程中有关图形解读
(1)转录：RNA是在细胞核中，以DNA的一条链为模板合成的，这一过程称为转录(如左下图)。
(2)翻译：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的过程(如右上图)。
(3)mRNA与核糖体数量、翻译速度的关系图
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)，判断依据是根据多肽链的长短，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。
2．转录、翻译过程中碱基互补配对关系
DNA
ACG
GAT
CTT
TGC
CTA
GAA
mRNA(密码子)
UGC
CUA
GAA
反密码子
ACG
GAU
CUU
氨基酸
半胱氨酸
亮氨酸
谷氨酸
三、典例精析：
1．(2011·江苏卷，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 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，A项正确；转录过程需要RNA聚合酶的催化，RNA聚合酶能首先识别并结合到启动子上，驱动基因转录出mRNA，B项正确；以mRNA为模板翻译合成蛋白质时移动的是核糖体，C项错误；一个氨基酸可以有几种不同的密码子，这样有时由于差错导致的密码子改变却不会改变氨基酸，从而保持生物性状的相对稳定，D项正确。 答案 C
2．下面关于tRNA和氨基酸相互关系的说法，正确的是 ( )
A．每种氨基酸都由一种特定的tRNA携带
B．每种氨基酸都可由几种tRNA携带
C．一种转运RNA可以携带几种结构相似的氨基酸
D．一种氨基酸可由一种或几种tRNA携带
答案 D 解析 tRNA中的反密码子和mRNA中的密码子一一对应，由于密码子存在简并性的特点，一种氨基酸可由一种或几种tRNA携带。
3．已知AUG、CUG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，再找到终止密码子，中间的一共45个碱基对应15个密码子决定15个氨基酸，注意起始密码子决定氨基酸，终止密码子不决定氨基酸，故为16个。
4．如图代表人体胰岛细胞中发生的某一过程(AA代表氨基酸)，下列叙述正确的是( )
A．能给该过程提供遗传信息的只能是DNA
B．该过程合成的产物一定是酶或激素
C．有多少个密码子就有多少个反密码子与之对应
D．该过程中有水产生
答案 D 解析 翻译的直接模板是mRNA而不是DNA，A项错误；翻译的产物是多肽，经过加工后形成蛋白质，而酶与激素不都是蛋白质，B项错误；终止密码子不与氨基酸对应，所以没有与终止密码子对应的反密码子，C项错误；氨基酸脱水缩合形成多肽，D项正确。
5．(2010·天津卷，2)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.TGU B．UGA C．ACU D．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，苏氨酸的密码子前两个碱基分别是AC或UG，根据反密码子的碱基序列可知第三个碱基是U，结合选项可知，只有C项正确。解题过程中要注意mRNA上与反密码子中的碱基A配对的碱基是U。
6. (2012·南京二模)下图是基因控制蛋白质合成的两个主要步骤。请分析回答下列问题
(1)图1中甲的名称为________，乙与丁在结构E的不同点是________。方框内表示该过程进行方向的箭头是________。(标“→”或“←”)
(2)图2所示的生理过程是细胞中多聚核糖体合成多肽链的过程，此过程的模板是________(物质名称)。②③④的最终结构是否相同？________(是/否)
(3)从化学成分角度分析，以下与图2中结构⑤的化学组成最相似的是________。
A．大肠杆菌 B．噬菌体
C．染色体 D．烟草花叶病毒
解析 (1)图1中甲的名称为RNA聚合酶，组成乙的五碳糖是脱氧核糖，组成丁的是核糖。(2)图2所示的生理过程是翻译，其模板是mRNA，②③④的最终结构是相同的。(3)⑤是由RNA和蛋白质构成的，A、B、C都含有DNA，而烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，烟草花叶病毒是由RNA和蛋白质构成的。
答案 (1)RNA聚合酶 组成乙的五碳糖是脱氧核糖，组成丁的是核糖 ← (2)mRNA 是 (3)D
考点二、基因指导蛋白质合成的有关计算
一、考点概述：
1.此考点主要包括以下内容：
基因指导蛋白质合成的有关计算
2.在高考试题中，以选择题或填空题的形式出现。
二、具体考点分析：
1．转录时，以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，产生一条单链mRNA，则转录产生的mRNA分子中碱基数目是DNA分子中碱基数目的一半，且模板链中A＋T(或C＋G)与mRNA分子中U＋A(或C＋G)相等。
2．翻译过程中，mRNA中每3个相邻碱基决定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，是双链DNA碱基数目的1/6。
3．蛋白质的有关计算
(1)蛋白质中氨基酸的数目＝肽键数＋肽链数。(肽键数＝失去的水分子数)
(2)蛋白质平均相对分子质量＝氨基酸的平均相对分子质量×氨基酸数－(肽键数×18)。
(3)若基因中有n个碱基，氨基酸的平均相对分子质量为a，合成含m条多肽链的蛋白质的相对分子质量＝·a－18(－m)，若改为n个碱基对，则公式为·a－18(－m)。
三、典例精析：
1．某条多肽的相对分子质量为2 778，若氨基酸的平均相对分子质量为110，如考虑终止密码子，则编码该多肽的基因长度至少是 ( )
A．75对碱基 B．78对碱基
C．90对碱基 D．93对碱基
解析 设多肽是由m个氨基酸构成的，蛋白质的相对分子量＝110m－18(m－1)＝2 778，则m等于30。那么控制该多肽的密码子有31个(终止密码子不编码氨基酸)，则控制该多肽合成的基因有93对碱基。 答案 D
2．一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽，则此mRNA分子至少含有的碱基个数及合成这段多肽需要的tRNA个数及转录此mRNA的基因中碱基数至少依次为 ( )
A．33 11 66 B．36 12 72
C．12 36 72 D．11 36 66
答案 B 解析 一条含有11个肽键的多肽，则含有12个氨基酸。mRNA中三个碱基决定一个氨基酸；一个氨基酸至少有一种转运RNA来转运。因此，mRNA中至少含有36个碱基，12个转运RNA，DNA中至少72个碱基。
考点三、中心法则解读
一、考点概述：
1.此考点主要包括以下内容：
中心法则
中心法则五个过程的比较
2.在高考试题中，以选择题或填空题的形式出现。
二、具体考点分析：
1．中心法则图解
2．中心法则五个过程的比较
过程
模板
原料
碱基互补
产物
实例
DNA复制
DNA→DNA
DNA的两条链
A、T、C、G四种脱氧核苷酸
A—T T—A C—G G—C
DNA
绝大多数生物
DNA转录DNA→RNA
DNA的一条链
A、U、C、G四种核糖核苷酸
A—U T—A C—G G—C
RNA
绝大多数生物
翻译RNA→多肽
mRNA
20余种氨基酸
A—U U—A C—G G—C
多肽
所有生物(病毒依赖宿主细胞)
RNA复制RNA→RNA
RNA
A、U、C、G四种核糖核苷酸
A—U U—A C—G G—C
RNA
以RNA为遗传物质的生物
RNA逆转录RNA→DNA
RNA
A、T、C、G四种脱氧核苷酸
A—T U—A C—G G—C
DNA
某些致癌病毒、HIV等
3.识图析图
解读：(1)图示中1、8为转录过程；2、5、9为翻译过程；3、10为DNA复制过程；4、6为RNA复制过程；7为逆转录过程。
(2)若甲、乙、丙为病毒，则甲为DNA病毒，如噬菌体；乙为RNA病毒，如烟草花叶病毒；丙为逆转录病毒，如HIV。
三、典例精析：
1．(2010·上海卷，21)1983年科学家证实，引起艾滋病的人类免疫缺陷病毒(HIV)是一种逆转录病毒。下列正确表示HIV感染人体过程的“遗传信息流”示意图是 ( )
A.
B.
C.
D.
答案 D 解析 HIV病毒是以RNA为遗传物质的病毒，能控制宿主细胞合成逆转录酶，以RNA为模板逆转录成DNA，该DNA又和人体细胞核内的DNA整合在一起，整合后的HIV DNA分子在人体细胞内又可以复制，还可以转录出RNA，以RNA为模板翻译成病毒的蛋白质。该DNA转录而来的RNA可作为HIV的遗传物质。该病毒无法控制宿主细胞合成RNA复制酶，故HIV的RNA不能复制，所以A、B、C错误。
2．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，请回答下列问题：
(1)a、b、c、d所表示的四个过程依次分别是________、________、________和________。
(2)需要tRNA和核糖体同时参与的过程是________(用图中的字母回答)。
(3)a过程发生在真核细胞分裂的________期。
(4)在真核细胞中，a和b两个过程发生的主要场所是________。
(5)能特异性识别信使RNA上密码子的分子是________，后者所携带的分子是________。
(6)RNA病毒的遗传信息传递与表达的途径有(用类似本题图中的形式表达)：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________。
(7)如图所示，给以适宜的条件各试管均有产物生成，则试管①～⑤分别模拟上图中哪个过程？
①______；②______；③______；④______；⑤______。
答案： (1)DNA复制 转录 翻译 逆转录 (2)c (3)间(S) (4)细胞核 (5)tRNA(转运RNA) 氨基酸 (6)如下图
① ②RNA→DNA→RNA→蛋白质
(7)a b e d c
解析 由图可知，a过程为DNA的复制，发生在细胞分裂的间期；b为转录，在真核细胞中，主要发生在细胞核中，另外还发生在绿色植物的叶绿体和线粒体中；c为翻译过程，发生在细胞质中；d过程为逆转录，主要是少数病毒侵入宿主细胞后发生的遗传信息传递过程；e为RNA的复制；tRNA在翻译过程中能识别mRNA上的密码子；RNA病毒遗传信息的传递和表达途径有
或RNA→DNA→RNA→蛋白质。
3. (2010·江苏卷，34)铁蛋白是细胞内储存多余Fe3＋的蛋白，铁蛋白合成的调节与游离的Fe3＋、铁调节蛋白、铁应答元件等有关。铁应答元件是位于铁蛋白mRNA起始密码上游的特异性序列，能与铁调节蛋白发生特异性结合，阻遏铁蛋白的合成。当Fe3＋浓度高时，铁调节蛋白由于结合Fe3＋而丧失与铁应答元件的结合能力，核糖体能与铁蛋白mRNA一端结合，沿mRNA移动，遇到起始密码后开始翻译(如下图所示)。回答下列问题：
(1)图中甘氨酸的密码子是________，铁蛋白基因中决定“”的模板链碱基序列为________________________。
(2)Fe3＋浓度低时，铁调节蛋白与铁应答元件结合干扰了________，从而抑制了翻译的起始；Fe3＋浓度高时，铁调节蛋白由于结合Fe3＋而丧失与铁应答元件的结合能力，铁蛋白mRNA能够翻译。这种调节机制既可以避免________对细胞的毒性影响，又可以减少________。
(3)若铁蛋白由n个氨基酸组成，指导其合成的mRNA的碱基数远大于3n，主要原因是______________。
(4)若要改造铁蛋白分子，将图中色氨酸变成亮氨酸(密码子为UUA、UUG、CUU、CUC、CUA、CUG)，可以通过改变DNA模板链上的一个碱基来实现，即由________。
答案： (1)GGU …CCACTGACC…
(2)核糖体在mRNA上的结合与移动 Fe3＋ 细胞内物质和能量的浪费
(3)mRNA两端存在不翻译的序列 (4)C→A
解析 从图中可以看出：甘氨酸在核糖体读取天冬氨酸密码子之前，其密码子应该为mRNA上的GGU； 在mRNA上的碱基序列为－GGUGACUGG－，所以对应模板链的DNA碱基序列应为－CCACTGACC－；Fe3＋浓度较低时，铁调节蛋白与铁应答元件结合，阻止了核糖体在mRNA上的结合与移动，抑制了翻译的正常进行；当Fe3＋浓度高时翻译能够正常进行，既能有效减小Fe3＋对细胞的毒性，又不致造成细胞内物质和能量的浪费；图中显示：mRNA的碱基数量远远大于3n(n为氨基酸数)，是因为mRNA的两端存在不翻译氨基酸的碱基序列；要使色氨酸(密码子为UGG)变为亮氨酸(密码子为UUG)，只要模板链上的ACC→AAC，即中间的碱基C→A。
4.2011·浙江五校联考)下图为生物体内遗传信息的传递与表达过程。据图回答：
(1)比较图一与图二，所需要的条件除模板有所不同之外，________和________也不同。
(2)与图一中A链相比，C链特有的化学组成是____________和____________。
(3)图三所示的是遗传信息传递的规律，被命名为________。图三中可在人体正常细胞内发生的过程有________(填序号)。
(4)图四中Bt为控制晶体蛋白合成的基因，将Bt基因导入棉花细胞时，为避免基因转移影响其他植物，一般不会将该基因转入到棉花细胞的________中，d过程对应于图三中________过程(填序号)。活化的毒性物质应是一种________分子。
解析 (1)分析题图可知：图一为在RNA聚合酶的催化作用下，以DNA的一条链为模板的转录过程，图二为以DNA的两条链为模板在DNA聚合酶的催化作用下完成的DNA的复制过程，两过程除模板不同外，酶、原料也不同。(2)图一中的C链为RNA，与DNA链相比，其特有的化学组成是核糖和尿嘧啶。(3)图三所示是遗传信息的传递规律，被命名为中心法则：①为DNA的复制、③为转录、⑤为翻译，三者均可在人体正常细胞内发生；④为RNA的复制，②为逆转录过程。(4)为避免基因转移影响其他植物，一般将目的基因转移到叶绿体或线粒体中。d过程为基因的表达过程，对应于图三中③转录、⑤翻译过程。由图可知，活化的毒性物质是一种多肽分子。
答案 (1)酶 原料 (2)核糖 尿嘧啶
(3)中心法则 ①、③、⑤
(4)细胞核 ③、⑤ 多肽
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