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1、第第7 7讲讲 基因指导蛋白质的合成基因指导蛋白质的合成（验证性实验的设计思路） 一、 DNA复制、 转录和翻译的比较 1. 三者的区别续表续表 2.联系 (1)对细胞结构生物而言，DNA复制发生于细胞分裂过程中，而转录和翻译则发生于细胞分裂、分化等过程。(2)DNA中含有T而无U，而RNA中含有U而无T，因此可通过放射性同位素标记T或U，研究DNA复制或转录过程。(3)复制和转录发生在DNA存在的部位，如细胞核、叶绿体、线粒体、拟核、质粒等部位。(4)转录出的RNA有3类，但携带遗传信息的只有mRNA。(5)一个mRNA分子上可相继结合多个核糖体，同时合成多条相同的肽链。(6)从核糖体上脱离
2、下来的只是多肽链，多肽链还要在相应的细胞器(内质网、高尔基体)内加工，最后才形成具有一定空间结构的有活性的蛋白质。 【例1】在遗传信息的传递过程中，一般不可能发生的是() ADNA复制、转录及翻译过程都遵循碱基互补配对原则 B核基因转录形成的mRNA穿过核孔进入细胞质中进行翻译过程 CDNA复制、转录都是以DNA的一条链为模板，翻译则是以mRNA为模板 DDNA复制、转录和翻译的原料依次是脱氧核苷酸、核糖核苷酸、氨基酸D【解析】 DNA复制是分别以DNA的两条链为模板进行复制，而不是以DNA的一条链为模板复制。 二、遗传信息、密码子和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(
3、碱基对)的排列顺序直接决定mRNA中碱基排列顺序，间接决定氨基酸的排列顺序密码子mRNAmRNA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与密码子互补的三个碱基识别密码子 1区别 2.联系 (1)遗传信息是基因中脱氧核苷酸的排列顺序，通过转录，使遗传信息传递到mRNA的核糖核苷酸的排列顺序上。 (2)mRNA的密码子直接控制蛋白质分子中氨基酸的排列顺序，反密码子则起到识别密码子并转运相应氨基酸的作用。 3对应关系 密码子、tRNA与氨基酸的数量对应关系为：一种氨基酸可有多种密码子，可由多种tRNA来运输，而一种密码子只决定一种氨基酸，一种tRNA只运输一种氨基酸。 【例2】下列关
4、于遗传信息和遗传密码在核酸中的位置和碱基构成的叙述中，正确的是() A遗传信息位于mRNA上，遗传密码位于DNA上，碱基构成相同 B遗传信息位于DNA上，遗传密码位于mRNA、tRNA或rRNA上，碱基构成相同 C遗传信息和遗传密码都位于DNA上，碱基构成相同 D遗传信息位于DNA上，遗传密码位于mRNA上，碱基构成不同 【解析】遗传信息位于DNA上，遗传密码位于mRNA上，碱基构成不同。D基因表达过程中有关DNA、RNA、氨基酸的计算1转录时，以基因的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，产生一条单链mRNA，则转录产生的mRNA分子中碱基数目是基因中碱基数目的一半，且基因模板链中AT(或CG
5、)与mRNA分子中UA(或CG)相等。2翻译过程中，mRNA中每3个相邻碱基决定一个氨基酸，不考虑终止密码子，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 一、理论归纳1概述验证性实验通常是指实验者针对已知的实验结果而进行的以验证实验结果、巩固和加强有关知识内容、培养实验操作能力为目的的重复性实验。验证性实验是建立在已知结论基础上的，实验原理、实验结果是已知的，因此实验步骤的设计也应合乎实验结果产生的必然。2实验设计思路及方法当我们需要回答设计实验步骤时，首先必须弄清单一变量(实验变量)，从而做到在实验设计中有的放矢。一般性的设计如下所列：(
6、1)如果需要提取、配制、处理实验材料则把提取、配制等操作作为第一步。(2)编组标号。研究对象、器皿等要编组标号，设立实验组和对照组；注意控制无关变量，在措辞中往往有“相同”“一致”等字眼。如果有测量应测量记录初始值。(3)实验处理。分别对实验组和对照组施加单一变量；实验处理要遵循“单一变量和对照原则”。(4)培养(或饲养)、观察、记录等。依然在措辞中体现对无关变量的控制，经常有“相同条件下”等字眼，观察记录实验现象或记录测定的实验数据。3预测实验结果验证性实验由于有明确的实验目的，预测的结果是科学的、合理的、唯一的。预测实验结果，要搞清楚实验结论的作出是以什么作为依据的，也就是实验进行后可以观
7、察、分析、比较的实验事实是什么。在阐述当中尽量采用专业的语言和名词。一般的语言组织程序是“外因(人为施加的单一变量)由此引起的内因变化(生理活动)内因变化的直接结果(代谢结果)外部变化最终结果(实验结果、现象等)”。(2009全国)已知2H2O2=2H2OO2，可以通过观察反应过程中O2的生成速度(即气泡从溶液中释放的速度)来判断H2O2分解反应的速度。请用所给的实验材料和用具设计实验，使其能同时验证过氧化氢酶具有催化作用和高效性。要求写出实验步骤、预测实验结果、得出结论，并回答问题。实验材料与用具：适宜浓度的H2O2溶液，蒸馏水，3.5%FeCl3溶液，0.01%的过氧化氢酶溶液，恒温水浴锅
8、，试管。二、演练(1)实验步骤： 。 。 。(2)实验结果预测及结论：整个实验中，不同处理的试管中O2的释放速度从快到慢依次是 。由此可得出的结论是 。(3)如果仅将实验中的恒温水浴改为80，重做上述实验，O2释放的速度最快的是 ，原因是 。取3支试管，各加入等量且适量H2O2溶液，放入37 恒温水浴锅中保温适当时间分别向上述3支试管中加入等量且适量的蒸馏水、FeCl3溶液和过氧化氢酶溶液观察各管中释放气泡的快慢加酶溶液的试管、加FeCl3溶液的试管、加蒸馏水的试管酶具有催化作用和高效性加FeCl3溶液的试管在此温度下，FeCl3催化作用加快，而过氧化氢酶因高温变性而失去了活性【解析】(1)要
9、验证过氧化氢酶具有催化作用，应选用反应中加入蒸馏水与加入过氧化氢酶进行对比，要验证过氧化氢酶具有高效性，应用过氧化氢酶与无机催化剂的催化效率对比，所以应取3支试管，各加入等量且适量的H2O2溶液，放入37恒温水浴锅中保温适当时间，分别向上述3支试管加入等量且适量的蒸馏水、FeCl3溶液和过氧化氢酶溶液，观察各试管中释放气泡的速度。(2)酶的催化效率最高，加入酶的试管中反应速度最快；其次是加FeCl3溶液的试管；加蒸馏水的试管中因没有催化剂，所以反应速度最慢。由此可以得出结论：酶具有催化作用和高效性。(3)80 高温会使酶的结构破坏而失去催化能力，与加入蒸馏水的试管反应情况相同，因此加FeCl3
10、溶液的试管反应速度最快。 1.(2011江苏)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CmRNA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C【解析】转录是指以DNA的一条链为模板合成mRNA的过程，所以所需的原料为核糖核苷酸，所需的酶是RNA聚合酶；转录时，RNA聚合酶能够识别基因编码区上游的非编码区中的RNA聚合酶结合位点并与之特异性结合，激活DNA的转录功能；翻译过程中核糖体首先结合到mRNA上并沿着mRNA向前移动，翻译出多肽链；一种氨基酸可能有几个密码子，这一现象称作密码子的简并性，其对生物
11、体生存的意义在于减少因基因突变所引起的性状上的改变。2.(2011上海)右图表示两基因转录的mRNA分子数在同一细胞内随时间变化的规律。若两种mRNA自形成至翻译结束的时间相等，两基因首次表达的产物共存至少需要(不考虑蛋白质降解)( )A4 h B6 h C8 h D12 h B3.(2011上海)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DNAD 4.根据表中的已
12、知条件，判断苏氨酸的密码子是( ) C A.TGU BUGA CACU DUCU 【解析】据表可推知mRNA的密码子最后的碱基为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转录时的模板链为AC链，则mRNA的密码子为UGU。5.下表有关基因表达的选项中，不可能的是( )基因表达的细胞表达产物A.细菌抗虫蛋白基因抗虫棉叶肉细胞细菌抗虫蛋白B.人酪氨酸酶基因正常人皮肤细胞人酪氨酸酶C.动物胰岛素基因大肠杆菌工程菌细胞动物胰岛素D.兔血红蛋白基因兔成熟红细胞兔血红蛋白D 【解析】抗虫棉叶肉细胞中存在细菌抗虫蛋白基因，细菌抗虫蛋白基因能
13、够表达产生细菌抗虫蛋白；正常人皮肤细胞中含有人酪氨酸酶基因，人酪氨酸酶基因能够表达产生人酪氨酸酶；大肠杆菌工程菌细胞存在动物胰岛素基因，动物胰岛素基因能够表达产生动物胰岛素；兔成熟红细胞中无细胞核，所以无兔血红蛋白基因，不能表达产生兔血红蛋白。 7.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
14、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_ _。GGU甘天色CCACTGACC核糖体在mRNA上的结合与移动 细胞内物质和能量的浪费Fe3 (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CA 【解析】本题考查基因表达的有关知识。铁应答元件位于铁蛋白mRNA起始密码上游，其与铁调节蛋白结合，导致核糖体不能沿mRNA移动，从而无法进行翻译。Fe3对细胞有毒，铁调节蛋白能够储存多余的Fe3，这样就避免了Fe3对细胞的毒性影响，又可充分利用Fe3，减少物质和能量的浪费。mRNA两端(远离起始密码和终止密码)存在不翻译的序列，所以mRNA的碱基数远大于氨基酸数的3倍。
