精品学案高三生物一轮复习：基因指导蛋白质的合成及对性状的控制(人教版必修二)

精品学案高三生物一轮复习：基因指导蛋白质的合成及对性状的控制(人教版必修二)

基因指导蛋白质的合成及对性状的控制 必备知识梳理 回扣基础要点 一、DNA和RNA ‎ 1.比较 ‎ 核酸种类 比较项目 DNA RNA 结构 规则的 结构 通常呈 结构 组成的基本单位 ‎ ‎ 核糖核苷酸 碱基 嘌呤 腺嘌呤（A）、‎ 鸟嘌呤（G）‎ 腺嘌呤（A）、‎ 鸟嘌呤（G）‎ 嘧啶 胞嘧啶（C）、‎ 胞嘧啶（C）、‎ 五碳糖 脱氧核糖 ‎ ‎ 无机酸 磷酸 磷酸 产生途径 DNA复制，逆转录 转录，RNA复制 存在部位 主要位于细胞核中染色体上，极少数位于细胞质中的线粒体和叶绿体上 主要位于细胞质中 功能 传递和表达遗传信息 ‎①信使RNA：转录遗传信息，蛋白质翻译的模板 ‎②转运RNA：运载 特定 ‎ ‎③核糖体RNA：‎ ‎ 的组成成分 ‎ 双螺旋 单链脱氧核糖核苷酸 胸腺嘧啶（T） 尿嘧啶（U） 核糖 氨基酸 核糖体 ‎2.判断 ‎ （1）若核酸中出现碱基T或五碳糖为脱氧核糖，则必为DNA。‎ ‎ （2）若A≠T、C≠G，则为单链DNA；若A=T、C=G，则一般认为是双链DNA。‎ ‎ （3）若出现碱基U或五碳糖为核糖，则必为RNA。‎ ‎ （4）要确定是DNA还是RNA，必须知道碱基的种类或五碳糖的种类，是单链还是双链，还必须知道碱基比率。‎ 练一练 ‎ 经测定，甲、乙、丙3种生物的核酸中碱基之比如下表，这3种生物的核酸分别为 ( )‎ ‎ ‎ A G C T U 甲 ‎60‎ ‎40‎ ‎60‎ ‎40‎ ‎-‎ 乙 ‎30‎ ‎20‎ ‎20‎ ‎30‎ ‎-‎ 丙 ‎41‎ ‎23‎ ‎44‎ ‎-‎ ‎28‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ A.双链DNA、单链DNA、RNA ‎ B.单链DNA、双链DNA、RNA ‎ C.双链DNA、RNA、单链DNA ‎ D.RNA、单链DNA、双链DNA B 二、遗传信息的转录和翻译 ‎ 1.比较 项目 转录 翻译 场所 ‎ 主要是 细胞质的 模板 DNA的一条链 ‎ ‎ 原料 ‎ 4种 ‎ ‎ 20种 其他 条件 酶（RNA聚合酶等）和ATP 酶、ATP和 （搬运工具）‎ 碱基 配对 方式 DNA mRNA A——‎ ‎ ——A ‎ C——G ‎ G——C mRNA tRNA A——‎ ‎ ——A ‎ C——G ‎ G——C 信息传递 DNA→mRNA mRNA→蛋白质 产物 RNA(mRNA、‎ tRNA、rRNA)‎ 有一定氨基酸排列顺序的多肽 细胞核 核糖核苷酸 核糖体 mRNA 氨基酸 tRNA U T U U ‎2.密码子和反密码子 ‎ （1）密码子存在于 上，共有 种。决定氨基酸的密码子有 种；终止密码子有 种,不决定氨基酸；起始密码子有 种，决定氨基酸。‎ ‎ （2）反密码子存在于 上，共有 种。‎ mRNA 64 61 3 2 tRNA 61‎ ‎ 提醒 ‎ ①一种氨基酸可由一种或几种密码子决定，但一种密码子只决定一种氨基酸。‎ ‎ ②一种氨基酸可由一种或几种tRNA搬运，但一种tRNA只能搬运一种氨基酸。‎ 三、中心法则的提出及发展 ‎1.提出人： 。‎ ‎2.完善的中心法则内容（用简式表示）‎ ‎3.最初提出的内容包括 、转录和 ，补充完善的内容为RNA复制和 。‎ ‎4.RNA的自我复制和逆转录只发生在 病毒在宿主细胞内的增殖过程中，且逆转录过程必须有 的参与。高等动植物体内只能发生另外三条途径。‎ 克里克 DNA复制 翻译 逆转录 RNA 逆转录酶 四、基因、蛋白质与性状的关系 ‎1.基因对性状的控制方式及实例 ‎ （1）直接途径：基因控制 从而控制生物性状，如镰刀型细胞贫血症、囊性纤维病的病因。‎ ‎ （2）间接途径：基因 控制 从而控制 从而达到控制生物性状，如白化病、豌豆的粒形。‎ ‎2.基因与性状的关系 ‎ （1）基因与性状的关系并不都是简单的 关系例：生物体的一个性状有时受多个基因的影响，如玉米叶绿素的形成至少与50多个不同基 因有关；有些基因则会影响多种性状，如决定豌豆开红花的基因也决定结灰色的种子。‎ ‎（2）环境影响生物性状 性状（表现型）是由 和 共同作用的结果。‎ 蛋白质结构 酶的合成 细胞代谢 线性 基因型 环境 构建知识网络 ‎ 高频考点突破 考点一 基因指导蛋白质的合成过程——转录和翻译 ‎ 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）。‎ 提醒 碱基配对时A—U，不是A—T。 ‎ ‎（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）。‎ ‎ 提醒 ‎ ①碱基配对双方是mRNA上密码子和tRNA上反密码子，故A—U，U—A配对，不能出现T。‎ ‎ ②一个核糖体与mRNA的结合部位形成2个tRNA结合位点。‎ ‎ ③翻译起点：起始密码子决定的是甲硫氨酸或缬氨酸。翻译终点：识别到终止密码子（不决定氨基酸）翻译停止。‎ ‎ ④翻译进程：核糖体沿着mRNA移动，读取下一个密码子，但mRNA不移动。 ‎ ‎（3）tRNA结构模式图 ‎①结构：三叶草状，有四条臂和四个环。‎ ‎②位点：氨基酸结合位点反密码子 ‎③种类：61种。‎ ‎④单链结构，但有配对区域，不能出现“T”碱基。‎ ‎ 提醒： tRNA有很多碱基，不只是3个，只是构成反密码子部分的是3个。 ‎ ‎（4）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。‎ 提醒：图示中4个核糖体合成的4条多肽链因为模板mRNA相同，所以合成了4条相同的肽链，而不是4个核糖体共同完成一条肽链的合成，也不是合成出4条不同的肽链。‎ 提醒 ‎2.转录、翻译过程中碱基互补配对关系 DNA模板链 ACG GAT CTT DNA编码链 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 提醒 ‎（1）决定氨基酸的三个碱基应为mRNA上的密码子，查密码子表也以此为依据。‎ ‎（2）mRNA上碱基序列与DNA对应链序列除了用“U”代替“T”外，其余完全相同。‎ ‎（3）数密码子个数的规则：①从左向右；②每相邻的3个碱基构成1个密码子；③不能重叠数，即第二个密码子必须为第4~6个碱基。‎ ‎（4）示例： 。图示mRNA中包含三个遗传密码子，分别为UAG、CUA、GAA。‎ 对位训练 ‎1.（2008·江苏生物，24）下图为原核细胞中转录、翻译的示意图。据图判断，下列描述中正确的是（多选） ( )‎ ‎ ‎ ‎ A.图中表示4条多肽链正在合成 ‎ B.转录尚未结束，翻译即已开始 ‎ C.多个核糖体共同完成一条多肽链的翻译 ‎ D.一个基因在短时间内可表达出多条多肽链 解析 原核细胞由于没有核膜的阻断，所以可以边转录边翻译。原核生物的基因结构多数以操纵子形式存在，即完成同类功能的多个基因聚集在一起，处于同一个启动子的调控之下，下游同时具有一个终止子。图中附有核糖体的四条链是转录后的mRNA，而不是4条肽链，核糖体合成的才是肽链；在蛋白质合成过程中，同一条mRNA分子能够同多个核糖体结合，同时合成若干条蛋白质多肽链，结合在同一条mRNA上的核糖体就称为多聚核糖体，这样一个基因在短时间内可表达出多条肽链。‎ 答案 BD ‎2.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 ‎ 解析 翻译的直接模板是mRNA而不是DNA，A项不对；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项不对；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项也不对；氨基酸脱水缩合形成多肽，D项正确。‎ 答案 D ‎ ‎3.DNA分子模板链上的碱基序列携带的遗传信息最终翻译成的氨基酸如下表所示。则tRNA（UGC）所携带的氨基酸是 （ ）‎ GCA CGT ACG TGC 赖氨酸 丙氨酸 半胱氨酸 苏氨酸 ‎ ‎ ‎ ‎ A.赖氨酸 B.丙氨酸 ‎ C.半胱氨酸 D.苏氨酸 ‎ 解析 DNA模板链上的碱基和转运RNA的反密码子都与mRNA上的碱基互补配对。故转运RNA上的碱基序列与DNA模板链的碱基序列相同，即UGC的转运RNA转运的氨基酸对应DNA模板链上的碱基序列是TGC，为苏氨酸。‎ 答案 D ‎ 考点二 基因指导蛋白质合成的有关计算 ‎ 1.DNA（基因）、mRNA中碱基与肽链中氨基酸个数关系图解 ‎ ‎2.析图得规律 ‎ (1)基因中碱基数与mRNA中碱基数的关系 ‎ 转录时，组成基因的两条链中只有一条链能转录，另一条链则不能转录。基因为双链结构而RNA为单链结构，因此转录形成的mRNA分子中碱基数目是基因中碱基数目的1/2。‎ ‎ （2）mRNA中碱基数与氨基酸的关系 ‎ 翻译过程中，信使RNA中每3个碱基决定一个氨基酸，所以经翻译合成的蛋白质分子中的氨基酸数目是信使RNA碱基数目的1/3，是DNA（基因）中碱基数目的1/6。 ‎ ‎（3）计算中“最多”和“最少”的分析 ‎ ①翻译时，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，因此准确地说，mRNA上的碱基数目是蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。‎ ‎ ②基因或DNA上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。‎ ‎ ③在回答有关问题时，应加上“最多”或“最少”等字。‎ ‎ 如：mRNA上有n个碱基，转录产生它的基因中至少有2n个碱基，该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。 ‎ ‎（4）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=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-(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= n/6 ·a-18（ n/6 -m），若改为n个碱基对，则公式为 n/3·a-18（n/3-m）。‎ ‎（5）mRNA上碱基比例：mRNA上A+U的数值和比例=模板链上A+T的数值和比例。‎ ‎ 提醒：解题时应看清是DNA上（或基因中）的碱基对数还是个数；是mRNA上密码子的个数还是碱基的个数；是合成蛋白质中氨基酸的个数还是种类。 ‎ 对位训练 ‎4.一段原核生物的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，依次为（ ）‎ ‎ A.33 11 B.36 12‎ ‎ C.12 36 D.11 36‎ ‎ 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。 ‎ B ‎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、 B.m、‎ ‎ C.2(m-n)、 D.2(m-n)、‎ ‎ 解析 由mRNA上G+C=n个，可推知整个DNA分子上G+C=2n个，则DNA上含有A+T=2m-2n=2（m-n）；又知合成了2条肽链，则脱去的水分子数= 。 ‎ D 考点三 中心法则解读 ‎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 ‎ 误区警示 ‎1.高等动植物只有DNA复制、转录、翻译三条途径，但具体到不同细胞情况不尽相同，如根尖分生区细胞等分裂旺盛的组织细胞中三条途径都有；但叶肉细胞等高度分化的细胞无DNA复制途径，只有转录和翻译两条途径；哺乳动物成熟的红细胞无信息传递。‎ ‎2.RNA复制和逆转录只发生在RNA病毒中，是后来发现的，是对中心法则的补充和完善。‎ ‎3.逆转录一定要在逆转录酶的作用下完成。‎ ‎4.根据模板和原料即可确定是中心法则的哪一过程，如模板DNA，原料脱氧核糖核苷酸（核糖核苷酸）即可确定为DNA复制（转录）。‎ ‎5.进行碱基互补配对的过程——上述四个都有；进行互补配对的场所有四个，即细胞核、叶绿体、线粒体、核糖体。‎ ‎6.需要解旋酶的过程：DNA复制（两条链都作模板）和转录（DNA一条链作模板）。 ‎ 对位训练 ‎6.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 。‎ ‎ 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是翻译过程的翻译者，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RNA→蛋白质或RNA→DNA→RNA→蛋白质。‎ 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 ‎ RNA→DNA→RNA→蛋白质 ‎（7）a b e d c ‎ 解题思路探究 思维误区警示 易错分析 ‎ ‎ 对中心法则适用范围模糊不清 ‎ 明确发生中心法则几个过程的生物类群：DNA→DNA、DNA→RNA、RNA→蛋白质过程发生在细胞生物（真核生物、原核生物）中和以DNA为遗传物质的病毒的增殖过程中，RNA→RNA、RNA→DNA只发生在以RNA为遗传物质的病毒的增殖过程中，且逆转录过程必须有逆转录酶的参与。‎ 纠正训练 ‎ 结合以下图表分析，有关说法正确的是 ‎ （ ）‎ 抗菌药物 抗菌机理 青霉素 抑制细菌细胞壁的合成 环丙沙星 抑制细菌DNA解旋酶的活性 红霉素 能与核糖体结合 利福平 抑制RNA聚合酶的活性 A.环丙沙星和红霉素分别抑制细菌的①和③‎ B.青霉素和利福平能抑制DNA的复制 C.结核杆菌的④和⑤都发生在细胞质中 D.①~⑤可发生在人体健康细胞中 解析 依据题干信息可知，青霉素只是抑制细菌细胞壁的合成，而利福平是抑制RNA聚合酶的活性，影响RNA的合成过程，所以二者不能抑制DNA的复制，B错误；结核杆菌中不存在RNA复制和逆转录过程，所以C错误；人体健康细胞中也同样不存在RNA复制和逆转录过程，只能发生①②③过程，所以D错误；环丙沙星可促进DNA螺旋化，可抑制DNA分子复制，红霉素能与核糖体结合，干扰mRNA与核糖体的结合，可以抑制翻译过程，所以A正确。‎ 答案 A ‎ 知识综合提升 重点提示 ‎ 通过“基因控制蛋白质合成过程”的考查，提升“把握所学知识的要点和知识之间内在联系”的能力。‎ 典例分析 ‎ ‎ 如图为蛋白质的合成过程示意图，请据图回答有关问题。‎ ‎（1）图一中发生在细胞核中的过程是 ，该过程中解旋酶破坏的是 。‎ ‎（2）图一中基因表达的最后一阶段是在［ ］ 中完成的，这一过程中还需要mRNA、［④］氨基酸、 和 。‎ ‎（3）图一中③称为 ，在蛋白质合成过程中将多肽链中氨基酸种类与mRNA上的遗传信息联系起来的物质是 。 ‎ ‎（4）图二为该细胞中多聚核糖体合成多肽链的过程。对此过程的理解错误的是 ( )‎ ‎ A.X在MN上的移动方向是从右到左，所用原料是氨基酸 ‎ B.多聚核糖体能够加速细胞内蛋白质合成速率的原因是同时合成多条多肽链 ‎ C.该过程直接合成的T1、T2、T3三条多肽链中氨基酸的顺序相同 ‎ D.合成MN的场所在细胞核，而X一定附着在内质网上 解析 首先要识别该细胞为真核细胞，因为有核膜；其次要清楚图中数字和字母的含义；图一中的 ①为RNA聚合酶、②为mRNA、③为密码子、 ④为氨基酸、⑤为核糖体；图二中MN为mRNA,X为核糖体，T1、T2、T3为三条多肽链。据图分析：‎ ‎（1）细胞核中DNA分子正在进行转录，解旋酶破坏的化学键是氢键。（2）基因表达的最后阶段是在核糖体中完成的，这一过程称为翻译，翻译需要mRNA、氨基酸、ATP和酶。（3）由于tRNA一端含有反密码子，另一端携带相应的氨基酸，所以tRNA是将多肽链中氨基酸种类与mRNA上的遗传信息联系起来的物质。 （4）图二表明，多聚核糖体是以 mRNA(核糖核酸)为模板，以20种游离的氨基酸为原料合成蛋白质的，根据多肽链的长短可以判断，X在MN上是从左向右移动的；由题图可看出，同时有多条多肽链在合成，能够加速蛋白质的合成速率；由于T1、T2、T3的模板相同都是MN，因此其上氨基酸顺序也相同；mRNA的合成场所是细胞核，而核糖体既可附着在内质网上，也可游离在细胞质中。‎ 答案 （1）转录 氢键 ‎ ‎（2）⑤ 核糖体 酶 ATP ‎（3）密码子 tRNA （4）AD ‎ 互动探究 （1）据图一分析，转录类似于DNA复制过程的特点是 。‎ ‎（2）当图二中X或图一中 ⑤在细胞内数量增多时，推断细胞核内哪种结构体积增大？‎ ‎ 提示（1）边解旋边转录 （2）核仁 ‎