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1、遗遗 传传 与与 进进 化化第第 17 17 讲讲基因指导蛋白质的合成和基因指导蛋白质的合成和基因对性状的控制基因对性状的控制必修21 1遗传信息的信息的转录和翻和翻译。2 2基因基因对性状的关系。性状的关系。1(2010天津)根据下表中的已知条件，判断苏氨酸的密码子是( )A.TGU B.UGA C.ACU D.UCU3C mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基称作1个密码子。根据mRNA的密码子和tRNA上的反密码子互补配对，可推知mRNA的密码子最后一位碱基为U。DNA的一条链为TG，另一条链为AC，若DNA转录时的模板链为TG链，则mRNA的密码子为ACU；若DNA转
2、录时的模板链为AC链，则mRNA的密码子为UGU。2 2(2010(2010广广东) )下列叙述正确的是下列叙述正确的是( )( )A ADNA DNA 是蛋白是蛋白质合成的直接模板合成的直接模板B B每种氨基酸每种氨基酸仅由一种密由一种密码子子编码C CDNA DNA 复制就是基因表达的复制就是基因表达的过程程D DDNADNA是主要的是主要的遗传物物质D 本题考查学生的理解能力。蛋白质合成的直接模板是mRNA；一种氨基酸可由一种或多种密码子编码；基因具有两个基本功能，即复制和表达，基因的复制是以DNA为基本单位进行的；基因的表达分为转录和翻译两个过程；由于绝大多数生物的遗传物质都是DNA，
3、所以DNA是主要的遗传物质。3(2010江苏)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 ，铁蛋白基因中决定甘天色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
4、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 。GGUCCACTGACC核糖体在核糖体在mRNA上的结合与移动上的结合与移动Fe3 细胞内物质和能量的细胞内物质和能量的浪费浪费(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 。 mRNA两端存在不翻译的序列两端存在不翻译的序列CA (1)根据携带甘氨酸的tRNA的反密码子CC
5、A可以判断甘氨酸的密码子为GGU，甘天色对应的密码子为GGUGACUGG，判断模板链碱基序列为CCACTGACC。 (2)当Fe3浓度较低时，铁调节蛋白与铁应答元件结合，从而阻止核糖体与mRNA的结合和在mRNA上的移动，遏制铁蛋白的合成。由于Fe3具有很强的氧化性，因此这种机制能减少其毒性，又能在其含量较低时减少铁蛋白的合成，从而减少细胞内物质和能量的消耗。 (3)由图示可知，mRNA起始密码子和终止密码子的两端还有碱基序列。(4)色氨酸密码子为UGG，对应模板链碱基序列为ACC，当第二个碱基CA时，此序列为AAC，对应的密码子变为UUG，恰为亮氨酸密码子。一、基因控制蛋白质的合成1.细胞中
6、两种核酸的比较14DNARNA组成元素组成元素 C、H、O、N、P基本单位基本单位化学组成化学组成磷酸磷酸1分子磷酸分子磷酸1分子磷酸分子磷酸五碳糖五碳糖碱基碱基A、T、C、G结构结构双螺旋结构双螺旋结构一般单链结构一般单链结构功能功能通通过过复复制制向向后后代代传传递递遗遗传传信息信息DNA控控制制蛋蛋白白质的中介质的中介(桥梁桥梁)分布分布染色体、线粒体、叶绿体染色体、线粒体、叶绿体 细胞质细胞质脱氧核苷酸脱氧核苷酸核糖核苷酸核糖核苷酸脱氧核糖脱氧核糖核糖核糖A、U、C、G2.基因控制蛋白质合成过程：包括转录和翻译两个阶段。(1)转录：主要在细胞核中，以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配
7、对原则，合成RNA的过程。场所：细胞核(主要)；模板：DNA解旋，以其中的一条链为模板；原料：4种核糖核苷酸；产物：单链的；条件：.等。mRNAATP、DNA解旋酶、解旋酶、RNA聚合酶聚合酶(2)翻译：在细胞质的核糖体上，以为模板，以转运RNA为运载工具，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。过程：核糖体与mRNA结合，第一个携带氨基酸的tRNA的反密码子与mRNA的第一个密码子互补配对，进入核糖体上的位点1。信使信使RNA第二个携带氨基酸的tRNA的反密码子与mRNA的第二个密码子互补配对，进入核糖体上的位点2。两个氨基酸脱水缩合，第一个氨基酸通过肽键转移到位点2的tRNA上。核糖体沿着m
8、RNA移动一个密码子的位置，位点1的tRNA离开核糖体，位点2的tRNA进入位点1，第三个携带氨基酸的tRNA的反密码子与mRNA的密码子互补配对，进入位点2，继续肽链的合成，直到读取到mRNA的终止密码为止。一个mRNA分子可以与多个核糖体结合，同时进行多条肽链的合成。肽链合成后，从核糖体与mRNA的复合物上脱离，经过盘曲和折叠等方式形成具有一定空间结构和功能的蛋白质分子。主要场所：细胞质的核糖体；模板：以为模板；原料：20种氨基酸(由tRNA转运)；产物：有一定氨基酸顺序的肽链(蛋白质)。mRNA3.密码子：上三个相邻的碱基。4.反密码子：tRNA上的三个相邻碱基，可以与mRNA上的密码子
9、互补配对。密码子共有64种，其中61种控制20种氨基酸，另外3种(UAG、UAA、UGA)不编码任何氨基酸，被称为终止密码。mRNA5.复制、转录、翻译的比较DNA复制转录翻译场所 细胞核(主要)细胞核(主要)核糖体模板 DNA双链DNA一条链mRNA原料 脱氧核苷酸核糖核苷酸氨基酸产物 DNAmRNA肽链(蛋白质)二、中心法则1.概念：中心法则是遗传信息的转录和翻译过程。包括4条途径：(1)DNA的自我复制：从DNA流向DNA；(2)转录：从DNA流向RNA；(3)翻译：RNA流向蛋白质；(4)RNA的自我复制：从RNA流向RNA；(5)逆转录：从RNA流向DNA。修改后的中心法则如下图：2
10、.中心法则是表示整个生物界遗传信息流动方向的图解。实线表示遗传信息的一般流动方向，发生在绝大多数生物中；虚线表示在某些病毒中遗传信息的流动方向，是对中心法则的补充和发展。三、基因控制生物性状的途径1.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。2.基因通过控制蛋白质分子的结构来直接影响性状。1.如何理解转录时，只以DNA的一条链为模板来合成mRNA？转录是以DNA的一条链为模板合成mRNA的过程。在基因的表达过程中，不能两条链都作为模板来转录产生两种不同的mRNA。因为基因中的两条链中有有义链和无义链之分，一般只有无义链有转录产生mRNA的功能。合成mRNA时，对每个基因来说仅以其
11、无义链为模板进行，但在整个DNA分子中，在生物的整个生活史中，不一定总是以同一条链为模板合成mRNA。因此，有义链和无义链之分仅相对特定基因转录产生mRNA而言，不同基因的无义链是不同的。因此，DNA两条链均含有不同的遗传信息。编码链=信息链=有义链；非编码链=模板链=无义链。(如图所示：不同基因的无义链示意图)2.关于信使RNA、转运RNA和核糖体RNA。(1)信使RNA(mRNA)：单链结构，遗传信息的携带者，由基因中的无义链转录产生，其上具有多个密码子，具有特异性。(2)转运RNA(tRNA)：三叶草结构，氨基酸的运载者，其上具有反密码子，其中反密码子与mRNA上密码子互补，具有专一性。
12、(3)核糖体RNA(rRNA)：核糖体的组分，由核仁DNA转录产生，含量最多。3.关于遗传信息、遗传密码和反密码子。(1)存在的位置不同：遗传信息是指基因中的脱氧核苷酸的排列顺序；遗传密码又称密码子，是指信使RNA上决定一个氨基酸或决定终止的三个相邻碱基。反密码子是tRNA分子上与mRNA分子中互补配对的三个碱基。(2)作用不同：遗传信息是指肽链中特定氨基酸顺序的最终决定者，而遗传密码仅能决定某一氨基酸及其位置。反密码子仅与密码子碱基互补配对，保证氨基酸与密码子的一一对应。(3)特点不同：遗传信息具有特异性，而遗传密码具有通用性；连续性；专一性。4.基因表达中相关数量计算。(1)已知蛋白质中的
13、氨基酸数(或基因中的碱基数)，求控制这个蛋白质合成的基因中的碱基数(或蛋白质中的氨基酸数)。基因控制蛋白质的合成要通过转录和翻译两个过程。转录是以基因中的一条脱氧核苷酸链为模板，按碱基互补配对原则合成信使RNA的过程，因此转录形成的信使RNA中的碱基数是相应基因中的碱基数的一半；翻译是指以信使RNA为模板合成蛋白质的过程，由于信使RNA上三个相邻的碱基决定一个氨基酸，因此蛋白质中的氨基酸数是信使RNA中的碱基数的三分之一；因此基因中的碱基数信使RNA中的碱基数蛋白质中的氨基酸数=631。由此可知：已知蛋白质中的氨基酸数为n(基因中的碱基数为6n)，则控制它合成的基因中的碱基数至少为6n(蛋白质
14、中的氨基酸数至多为n)。因真核细胞的基因中不仅存在非编码区，而且在编码区中还含有不能编码蛋白质的序列(内含子)，信使RNA中存在着终止密码。因此实际上基因中的碱基数大于6n，信使RNA中的碱基数大于3n。因此，一般题干中有“最多”、“至少”等字样。在计算中通常按基因中的碱基数mRNA上的碱基数肽链中的氨基酸数=631的比值来计算。(2)已知蛋白质的相对分子质量(n)，由a条肽链构成，氨基酸的平均相对分子质量(m)，求控制它合成的基因中的至少碱基数。先求组成这个蛋白质的氨基酸数(X个)。因氨基酸脱水缩合成蛋白质的过程中要失去X-a分子的水，因此n=Xm-(X-a)18，X=(n-18a)/(m-
15、18)个；再求基因中的碱基数。基因中的至少碱基数=6X=6(n-18a)/(m-18)个。(3)已知基因中的碱基数(6n个)，氨基酸的平均相对分子质量(m)，求它控制合成的蛋白质的最大相对分子质量(假设此蛋白质由a条肽链构成)。先求它控制合成的蛋白质的氨基酸数。氨基酸数=6n6=n个；再求它控制合成的蛋白质的最大相对分子质量。蛋白质的最大相对分子质量=nm-(n-a)18，其中n-a为失去的水分子数。转录是以DNA的一条链为模板mRNA的核苷酸序列与()A.DNA分子的两条链的核苷酸序列互补B.DNA分子的一条链的核苷酸序列互补C.某一tRNA分子的核苷酸序列互补D.所有的tRNA分子的核苷酸
16、序列互补mRNA的核苷酸序列与DNA分子的一条链的核苷酸序列互补，这条链称为模板链。 B已知一段mRNA含有30个碱基，其中A和G有12个，转录该段mRNA的DNA分子中应有C与T的个数之和是()A.12B.24C.18D.30信使RNA是以基因(DNA)的一条链为模板，按照碱基互补配对关系合成的。信使RNA有30个碱基，则基因的模板链的碱基数目一定为30个，基因有两条链且碱基互补配对，所以整个基因的碱基数目为60个，双链DNA中A=T，C=G，所以C+T=G+A=60/2=30。D信使RNA、转运RNA和核糖体RNA 遗传学上将某种分子上决定一个氨基酸的三个相邻碱基称为“密码子”，这种分子是
17、()A.肽链B.DNAC.信使RNAD.转运RNAmRNA上的三个相邻碱基称为一个密码子。 C下列关于转运RNA的叙述中，不正确的是()A.转运RNA能运输氨基酸B.与64种密码子对应中，转运RNA共有64种C.转运RNA的基本组成单位是核糖核苷酸D.转运RNA上的与密码子配对的碱基叫反密码子B密码子共有64种，由于三个终止密码子不决定氨基酸，所以，转运RNA共有61种。每种转运RNA能识别并转运一种氨基酸，每种氨基酸有一种或几种转运RNA能转运它，转运RNA转运氨基酸到细胞质内。复制、转录和翻译的比较 (2009海南)有关真核细胞DNA复制和转录这两种过程的叙述，错误的是( )A两种过程都可
18、在细胞核中发生B两种过程都有酶参与反应C两种过程都以脱氧核糖核苷酸为原料D两种过程都以DNA为模板C DNA的复制和转录都是以DNA为模板，都可在细胞核、线粒体和叶绿体中进行。复制和转录的原料不同，复制的原料是脱氧核糖核苷酸，转录的原料是核糖核苷酸。 下图为细胞中多聚核糖体合成某种蛋白质的示意图，下列说法正确的是()A.该过程的模板是脱氧核苷酸，原料是20种游离的氨基酸B.最终合成的链在结构上各不相同C.合成的场所在细胞质D.该过程表明生物体内少量的mRNA可以迅速合成出大量的蛋白质D该过程的模板是mRNA，原料是游离的氨基酸；以同一mRNA为模板合成，最终结构相同；是mRNA，在细胞核中合成
19、。基因表达中相关数量计算由n个碱基组成的基因，控制合成由1条多肽链组成的蛋白质，氨基酸的平均相对分子质量为a，则该蛋白质的相对分子质量最大为()A. B.-18(-1)C.na-18(n-1)D.-18(-1)D氨基酸数目mRNA碱基数目基因的碱基数目=136，n个碱基的基因，对应的氨基酸数目是n/6，因氨基酸平均相对相对分子质量为a，则氨基酸总相对分子质量n/6a，n/6个氨基酸形成一条肽链脱去(n/6-1)个水分子，脱去水的相对分子质量为：18(n/6-1)，则脱去水后形成的蛋白质相对分子质量为：氨基酸总相对分子质量-脱去水的相对分子质量=-18(-1)。某基因由9002个脱氧核苷酸组成，
20、该基因控制合成的蛋白质有两条多肽链。组成此蛋白质最多的氨基酸分子数目及最少的氨基或羧基数目分别是()A.1500个、2个B.4500个、2个C.1500个、1个D.4500个、1个A基因由两条脱氧核苷酸链组成转录时，只有一条链是模板链，因此，转录所形成的信使RNA的核糖核苷酸(碱基数)为4501个；信使RNA上三个相邻碱基决定一个氨基酸。因此具有4501个碱基的信使RNA可决定的氨基酸最多是1500个；氨基酸分子相互结合成肽链时，相邻两个氨基酸的羧基和氨基会脱水成为肽键，因此每一条肽链至少有一个氨基和一个羧基。遗传信息、密码子和反密码子一个转运RNA一端的三个碱基是CGA，这个RNA运载的氨基酸是()A.酪氨酸(UAG)B.谷氨酸(CAG)C.精氨酸(CGA)D.丙氨酸(GCU)D转运RNA一端的三个碱基是CGA，与之配对的信使RNA的三个碱基是GCU，决定氨基酸的密码子位于信使RNA上，所以GCU决定的氨基酸是丙氨酸。若测得精氨酸转运RNA分子上的反密码子为GCU，则DNA分子模板链上决定这个精氨酸的相应碱基是()A.GCAB.CGAC.CGTD.GCT由转运RNA分子上的反密码子为GCU，推断出对应的密码子是CGA，然后根据碱基互补配对推断出DNA，模板链上相应碱基GCT。D
