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高中生物第1节 基因指导蛋白质的合成学案
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这是一份高中生物第1节 基因指导蛋白质的合成学案，共25页。
第4章 基因的表达
第1节 基因指导蛋白质的合成
学习目标
核心素养
1.简述DNA与RNA的主要区别。
2.概述遗传信息的转录与翻译过程。
3.说明密码子、反密码子、遗传信息之间的关系。
4.结合“中心法则的提出及其发展”归纳并理解中心法则。
1.生命观念：在基因指导蛋白质合成的过程中，ATP为信息流动提供能量，使学生形成生命是物质、能量和信息统一体的生命观念；几乎所有生物都共用一套遗传密码，使学生认识到生物界的统一性，有利于建立生物进化观。
2.科学思维：碱基与氨基酸之间的对应关系的推测，体现了演绎推理的过程，训练了学生的科学思维；结合中心法则，比较不同生物遗传信息传递的异同。
知识点一 遗传信息的转录
1．基因的表达：基因可以控制蛋白质的合成，这个过程就是基因的表达。
2．RNA可以作为DNA的信使的原因
(1)RNA是由基本单位——核糖核苷酸连接而成的，核糖核苷酸含有4种碱基，这些特点使得RNA具备准确传递遗传信息的可能。
(2)RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。
3．RNA的种类
(1)
(2)
(3)
(4)tRNA和rRNA参与蛋白质的合成过程，但是这两种RNA本身不会翻译为蛋白质。
4．DNA与RNA的区别
比较项目
DNA
RNA
基本组成单位
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
五碳糖
脱氧核糖
核糖
碱基
特有的是胸腺嘧啶(T)
特有的是尿嘧啶(U)
结构
规则的双螺旋结构
一般为单链
1．为什么基因表达过程中，DNA需要信使传递遗传信息呢？
提示：DNA主要位于细胞核中，核糖体是蛋白质的合成“机器”，核糖体位于细胞质中。DNA一般是不能进出细胞核的，因此DNA需要“信使”传递自己的命令。
2．除了mRNA、tRNA、rRNA，还有没有具备其他功能的RNA，并说出其功能？
提示：有。有的RNA具有催化功能(少数酶的本质是RNA)；有的RNA可作遗传物质(RNA病毒中的RNA)。
5．遗传信息的转录
(1)概念：RNA是在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的，这一过程叫作转录。
(2)图示
mRNA合成方向是从5′端到3′端。
(3)过程(以合成mRNA为例)
第1步：当细胞开始合成某种蛋白质时，RNA聚合酶与编码这个蛋白质的一段DNA结合，使得DNA双链解开，双链的碱基得以暴露。
第2步：游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对，在RNA聚合酶的作用下开始mRNA的合成。
第3步：新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。
第4步：合成的mRNA从DNA链上释放，而后DNA双螺旋恢复。
知识点二 遗传信息的翻译
1．概念：游离在细胞质中的各种氨基酸，就以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质，这一过程叫作翻译。
2．实质：将mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。
3．密码子
(1)含义：mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基叫作1个密码子。
(2)种类：64种。
①正常情况下，能编码氨基酸的密码子有61种，其中包含起始密码子2种，即AUG、GUG。
②正常情况下，不编码氨基酸的密码子有3种，即UAA、UGA、UAG，为终止密码子。
③在正常情况下，UGA是终止密码子，但在特殊情况下，UGA可以编码硒代半胱氨酸。
④在原核生物中，GUG也可以作起始密码子，此时它可以编码甲硫氨酸。
(3)密码子与氨基酸对应关系
①一个密码子决定一种氨基酸，GUG除外。
②一种氨基酸可能对应一个或多个密码子。
(4)密码子特点
①简并性：绝大多数氨基酸都有几个密码子。
②通用性：地球上几乎所有的生物体都共用一套密码子。
3．根据mRNA中碱基的排列顺序能否准确写出氨基酸的序列？若已知氨基酸的序列，能否确定mRNA中的碱基排列顺序，为什么？
提示：能。不能，因为有几种密码子决定同一种氨基酸的情况。
4．密码子简并性的意义？
提示：保证了翻译的速度，增强了密码子的容错性。
5．几乎所有生物体共用一套密码子给我们什么启示？
提示：生物界具有统一性。
4．tRNA
(1)结构：比mRNA小得多，类似三叶草的叶形，一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个相邻的碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，叫作反密码子。
(2)功能：携带并转运氨基酸，识别密码子。
(3)与氨基酸对应关系
①每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。
②一种氨基酸可由一种或几种tRNA运输。
5．翻译过程
(1)第1步起始：mRNA进入细胞质，与核糖体结合。携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1。
(2)第2步运输：携带某个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2。
(3)第3步脱水缩合：甲硫氨酸与这个氨基酸形成肽键，从而转移到位点2的tRNA上。
(4)第4步延伸：核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子。原位点1的tRNA离开核糖体，原位点2的tRNA进入位点1，一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。
(5)第5步终止：随着核糖体的移动，tRNA以上述方式将携带的氨基酸输送过来，以合成肽链。直到核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成才告终止。
(6)第6步脱离：肽链合成后，就从核糖体与mRNA的复合物上脱离，通常经过一系列步骤，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子，然后开始承担细胞生命活动的各项职责。
6．通常，一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。
(1)tRNA中只含有三个含氮碱基。(×)
(2)细胞中能运输氨基酸的物质，其化学本质为蛋白质。(×)
(3)3种RNA都参与翻译过程，只是作用不同。(√)
(4)翻译过程中mRNA并不移动，只是核糖体沿mRNA移动。(√)
(5)转录和翻译过程都有A—U和T—A的配对。(×)
(6)多聚核糖体上合成的多条肽链是相同的。(√)
知识点三 中心法则
1．提出者：克里克。
2．中心法则：遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA复制；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。
3．中心法则的补充：少数生物(如一些RNA病毒)的遗传信息可以从RNA流向RNA以及从RNA流向DNA。
4．中心法则图解
6.以DNA作为遗传物质的生物（包括原核生物、真核生物和DNA病毒）的遗传信息流动方向是什么样的？所有真核细胞遗传信息传递都是一致的吗？
提示：
不是。高度分化的细胞不具备DNA复制。
7.以RNA作为遗传物质的生物的遗传信息流动方向是什么样的？
提示：①；
②。
5．生命是物质、能量和信息的统一体：在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，而ATP为信息的流动提供能量。
6.总结：中心法则几个过程分析
过程
①DNA的复制
②DNA的转录
③翻译
④RNA的复制
⑤RNA的逆转录
信息传递方向
DNA→DNA
DNA→RNA
RNA→多肽
RNA→RNA
RNA→DNA
模板
DNA的两条链
DNA的一条链
mRNA
RNA
RNA
原料
含A、T、C、G的四种脱氧核糖核苷酸
含A、U、G、C的四种核糖核苷酸
21种氨基酸
含A、U、C、G的四种核糖核苷酸
含A、T、C、G的四种脱氧核糖核苷酸
酶
解旋酶、DNA聚合酶等
RNA聚合酶
多种酶
RNA复制酶
逆转录酶
碱基互补配对
A—T，T—A，
C—G，G—C
A—U，T—A，
C—G，G—C
A—U，U—A，
C—G，G—C
A—U，U—A，C—G，G—C
A—T，
U—A，
C—G，G—C
产物
DNA
RNA
蛋白质
RNA
DNA
8．真核生物进行碱基互补配对的场所有哪些？
提示：细胞核、线粒体、叶绿体、核糖体。
1．(目标1)与DNA相比，RNA所特有的成分是( )
A．脱氧核糖和鸟嘌呤
B．核糖和尿嘧啶
C．脱氧核糖和胸腺嘧啶
D．核糖和胸腺嘧啶
答案 B
2．(目标2)下列有关真核生物转录过程的叙述，错误的是( )
A．转录的场所主要是细胞核
B．DNA双链解开需要RNA聚合酶
C.a为DNA，b为RNA，c为RNA聚合酶，转录方向为3′端到5′端，即从左到右
D．游离的核糖核苷酸在RNA聚合酶的作用下合成RNA
答案 C
解析 真核生物转录的主要场所是细胞核，少量在线粒体和叶绿体，A正确；转录方向为从5′端到3′端，C错误。
3．(目标2)如图为真核细胞内发生的翻译过程，下列相关叙述正确的是( )
A．核糖体在①上移动方向3′→5′
B．②能读取mRNA上的反密码子
C．DNA模板链上的所有碱基都能转录成①
D．每种②只能识别并转运1种氨基酸
答案 D
解析 由图示可知，图示为翻译的过程，根据tRNA从右边将氨基酸运输到核糖体、从左边离开可知，核糖体在①上从左向右移动，即5′→3′，A错误；mRNA上存在的是密码子，B错误；①是mRNA，DNA上有遗传效应的模板链上的碱基才能转录形成mRNA，C错误；tRNA具有特异性，一种tRNA只能转运特定的氨基酸，D正确。
4．(目标3)基因、遗传信息和密码子分别是指( )
①mRNA上核苷酸的排列顺序 ②基因中核苷酸的排列顺序 ③DNA上决定氨基酸的3个相邻的碱基 ④tRNA上一端的3个碱基 ⑤mRNA上决定氨基酸的3个相邻的碱基 ⑥通常是有遗传效应的DNA片段
A．⑤①③ B．⑥②⑤
C．⑤①② D．⑥③④
答案 B
5．(目标4)中心法则阐述了遗传信息传递的规律，其中以RNA为模板合成生物大分子的过程不包括( )
A．RNA复制 B．转录
C．翻译 D．逆转录
答案 B
6．(目标2和4)Ⅰ.请根据基因控制蛋白质合成的示意图回答问题。
(1)填写图中序号③所示物质或结构的名称或简写：③________。
(2)合成②的过程在遗传学上叫作________。②进入细胞质后，与[ ]________结合起来，在④内发生的过程叫作________。
Ⅱ.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。
(3)d所表示的过程是________。
(4)需要tRNA和核糖体同时参与的过程是________(用图中的字母回答)。
(5)烟草花叶病毒生物中，遗传信息的传递情况是________(用图中的字母回答)。
(6)在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，而ATP为信息的流动提供能量，可见，生命是________________的统一体。
答案 (1)tRNA(或转运RNA)
(2)转录 ④ 核糖体 翻译
(3)逆转录 (4)c (5)ec
(6)物质、能量和信息
题型一 DNA和RNA的比较
[例1] 下列叙述正确的是( )
A．胞嘧啶存在于RNA中而不存在于DNA中
B．核糖存在于RNA中而不存在于DNA中
C．mRNA合成于细胞核并在细胞核中传递遗传信息
D．DNA都是双螺旋结构而RNA是单链结构
解题分析 胞嘧啶是一种碱基，在RNA和DNA中都存在，A错误；核糖存在于RNA中，不存在于DNA中，构成DNA的五碳糖是脱氧核糖，B正确；mRNA主要在细胞核中合成，并在细胞质中发挥作用，C错误；结构上，DNA一般为双螺旋结构，RNA通常为单链结构，D错误。
答案 B
方法技巧
DNA与RNA的快速判定
题型二 遗传信息、密码子、反密码子的关系分析
[例2] 下列相关叙述正确的是( )
A．密码子有64种，每个密码子都与一个反密码子相对应
B.反密码子位于mRNA上，密码子位于tRNA上
C．除原核生物外，一个密码子最多只能对应一个氨基酸
D．在人体细胞中每种氨基酸可以对应多种tRNA，每个tRNA也可以对应多种氨基酸
解题分析 密码子有64种，三个终止密码子中有两个不编码氨基酸，还有一个在特殊情况下可以编码氨基酸，所以并不是每个密码子都与反密码子相对应，A错误；反密码子位于tRNA上，密码子位于mRNA上，B错误；真核生物中一个密码子最多只能对应一个氨基酸，C正确；在人体细胞中由于密码子的简并性，绝大多数氨基酸可以对应多种tRNA，每个tRNA只可以对应一种氨基酸，D错误。
答案 C
题型三 转录和翻译的过程考查
[例3] 如图为基因表达过程的示意图，下列叙述正确的是( )
A.①是DNA，其一条链可进入细胞质作为转录的模板
B．该图可以表示原核生物基因表达过程
C．③是核糖体，翻译过程中③将由3′端向5′端方向移动
D．④是tRNA，一端能结合氨基酸，另一端的反密码子能识别mRNA上的密码子
解题分析 据图可判断①②③④依次代表DNA、mRNA、核糖体、tRNA，其中②mRNA是以①DNA的一条链为模板合成的，场所是细胞核，A错误；原核生物无细胞核，基因表达是在细胞质中边转录边翻译的，与图示过程不符，B错误；翻译过程中③核糖体沿着mRNA由5′端向3′端方向移动，C错误。
答案 D
[例4] miRNA是一种小分子RNA，某miRNA能抑制W基因控制的蛋白质(W蛋白)的合成。某真核细胞内形成该miRNA及其发挥作用的过程示意图如下。下列叙述正确的是( )
A．miRNA基因转录时，RNA聚合酶与该基因的mRNA起始密码子相结合
B．W基因转录形成的mRNA进入细胞质用于翻译
C．miRNA与W基因mRNA结合遵循碱基互补配对原则，即A与T、C与G配对
D．miRNA抑制W蛋白的合成是通过双链结构的miRNA直接与W基因的mRNA结合所致
解题分析 miRNA基因转录时，RNA聚合酶与该基因首端的启动子相结合，起始密码子位于mRNA上，A错误；从图中可看出miRNA抑制W蛋白的合成是通过单链结构的miRNA与蛋白质结合形成的miRNA蛋白质复合物与W基因的mRNA结合，进而阻碍W基因的翻译过程，D错误。
答案 B
题后归纳
1.翻译进程：核糖体沿着mRNA移动，mRNA不移动。
2．一个mRNA上可相继结合多个核糖体，同时合成多条相同的多肽链，而不是多个核糖体共同完成一条肽链的合成。
3．真核细胞的转录主要发生在细胞核中，翻译发生在细胞质中，在空间和时间上被分隔开，而原核细胞的转录和翻译没有分隔，可以同时进行，边转录边翻译。
题型四 基因表达过程中的相关计算
[例5] 一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽链，则此mRNA分子至少含有的碱基个数及合成这段多肽最多需要的tRNA个数，依次为( )
A．33，11 B．36，12
C．12，36 D．11，36
解题分析 由题干知此多肽链有11个肽键，可推知此多肽应由12个氨基酸脱水缩合而成，对应mRNA上的碱基数目至少应为12×3＝36(个)，而12个氨基酸最多需要12个tRNA来转运。
答案 B
[例6] 已知某mRNA有400个碱基，其中A＋G占45%，则转录该mRNA的一段双链DNA分子中应有嘌呤碱基数为( )
A．180个 B．360个
C．400个 D．620个
解题分析 mRNA是DNA转录而来，DNA是双链，因此转录此RNA的DNA至少含有800个碱基。又因为DNA中嘌呤碱基数与嘧啶碱基数是相等的，所以嘌呤碱基数等于400个。
答案 C
题后归纳
1.DNA、mRNA中碱基数与蛋白质中氨基酸数的关系
翻译过程中，mRNA上每3个相邻碱基决定一个氨基酸，所以不考虑终止密码子及基因中有的片段不编码蛋白质时，经翻译合成的蛋白质分子中的氨基酸数目是mRNA中碱基数目的1/3，是DNA(基因)中碱基数目的1/6。
2．计算中的“最多”和“最少”分析
翻译时，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，因此准确地说，mRNA的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些，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。
题型五 中心法则及适用生物
[例7] 下图表示中心法则及其补充的内容，有关说法正确的是( )
A．①②③分别表示转录、复制、翻译
B．人体的所有细胞都具有过程①②③
C.在洋葱根尖分生区细胞中只有过程①
D．过程①②③④⑤均有碱基互补配对现象
解题分析 过程①②③分别表示DNA复制、转录、翻译，A错误；过程①只能发生在分裂的细胞中，人体成熟红细胞中没有细胞核以及遗传物质，不进行①②③过程，B错误；洋葱根尖分生区细胞既可以完成过程①，也能完成过程②③，C错误。
答案 D
[例8] 脊髓灰质炎病毒是一种单股正链RNA病毒，如图是该病毒在细胞内增殖的示意图(②③过程遵循碱基互补配对原则)，下列有关叙述不正确的是( )
A．脊髓灰质炎病毒的遗传信息和密码子均位于＋RNA中
B.过程②与过程③发生碱基互补配对的方式不完全相同
C．酶X是RNA复制酶
D．＋RNA复制产生子代＋RNA的过程，消耗的嘌呤碱基数等于嘧啶碱基数
解题分析 脊髓灰质炎病毒是一种单股正链RNA病毒，其＋RNA不仅是遗传物质，还可以作为模板翻译出蛋白质，因此其遗传信息和密码子均位于＋RNA中，A正确；过程②与过程③都是RNA形成RNA的过程，因此遵循的碱基互补配对方式是相同的，B错误；过程②③表示RNA复制的过程，而酶X催化的是过程②③，因此酶X是RNA复制酶，C正确；＋RNA复制产生子代＋RNA的过程，必须先产生－RNA，然后再产生＋RNA，所以消耗的原料用于合成互补的两条RNA链，因此消耗的嘌呤碱基数等于嘧啶碱基数，D正确。
答案 B
[基础对点]
知识点一 遗传信息的转录
1.下列有关DNA和RNA的叙述正确的是( )
A.细菌的遗传物质是DNA和RNA，病毒的遗传物质是DNA或RNA
B.转录过程遵循碱基互补配对原则，形成的RNA分子中则无碱基互补配对现象
C.同一种tRNA分子在不同细胞中转运的氨基酸不同
D.相同的DNA分子转录产物可能不同
答案 D
解析 包括细菌在内的所有具有细胞结构的生物的遗传物质都是DNA，病毒的遗传物质是DNA或RNA，A错误；转录过程遵循碱基互补配对原则，RNA一般是单链，但形成的tRNA分子中存在碱基互补配对现象，B错误；一种tRNA分子只能转运一种氨基酸，且在不同细胞中转运的氨基酸相同，C错误；一个DNA分子上有多个基因，转录以基因一条链为模板，相同的DNA分子的转录产物可能不同，D正确。
2．下列关于真核细胞中转录的叙述，正确的是( )
A.tRNA、rRNA和mRNA都从DNA转录而来
B.转录时RNA聚合酶的结合位点在RNA上
C.转录过程需要解旋酶将双链打开
D.一个基因转录时两条DNA链可同时作为模板
答案 A
解析 细胞中的RNA(mRNA、rRNA和tRNA)均通过转录形成，A正确；转录时RNA聚合酶的结合位点在DNA上，B错误；转录过程中RNA聚合酶可将双链DNA解开，使碱基暴露，C错误；一个基因转录时只能以DNA的一条特定的链为模板，D错误。
3．如图为RNA的形成过程示意图，请据图判断下列说法不正确的是( )
A.图中存在一段DNA—RNA杂合双链区
B.图中①正处于解旋状态，②处螺旋重新形成
C.真核生物中图示过程主要发生在细胞核中
D.图中⑤处以游离的核糖核苷酸为原料
答案 B
解析 图示为转录过程，图中存在一段DNA—RNA杂合双链区，A正确；从图中可看出RNA的合成方向为从左向右，所以图中①处螺旋重新形成，②正处于解旋状态，B错误；图示是转录过程，对于真核生物来说，主要发生在细胞核中，C正确；合成RNA的原料是核糖核苷酸，D正确。
4．施一公教授团队首次获得剪接体复合物的高分辨率空间三维结构，阐述了剪接体剪接RNA前体的基本工作机理，实现RNA剪接领域中里程碑的突破。如图是剪接体参与的S基因的表达过程，下列说法错误的是( )
A.剪接体起作用的过程是②，此过程的功能是形成成熟的mRNA
B.过程①②③均需要酶的参与，都存在“核酸—蛋白质”复合物
C.细胞中以DNA的一条单链为模板转录出的RNA均可编码多肽
D.过程③中一个mRNA分子上可结合多个核糖体，同时合成多条相同的多肽链
答案 C
解析 由题干和图可知，剪接体起作用的过程是②，此过程的功能是形成成熟的mRNA，A正确；过程①②③分别表示转录、剪切和翻译过程，都需要相应的酶的参与，都存在“核酸—蛋白质”复合物，B正确；细胞中以DNA的一条单链为模板转录出的RNA经过加工后可能是mRNA、rRNA或tRNA，只有mRNA可编码多肽，C错误；过程③中一个mRNA分子上可结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，由于模板相同，合成的多条多肽链也是相同的，D正确。
知识点二 遗传信息的翻译
5.如图所示为某生物细胞内正在进行的生理过程，下列有关叙述错误的是( )
A.④的形成需要RNA聚合酶
B.③沿着④移动方向为从5′端到3′端
C.大肠杆菌的拟核、酵母菌的细胞核中都可发生如图所示的过程
D.①→④和④→②过程中碱基互补配对情况不完全相同
答案 C
解析 图中③是核糖体，④是mRNA，mRNA的形成需要RNA聚合酶，A正确；多肽链合成过程中，核糖体沿mRNA移动，核糖体沿着mRNA的移动方向是从5′端到3′端，B正确；图示转录和翻译是同时进行的，发生在原核生物细胞中，而酵母菌是真核生物，C错误；①→④表示转录，④→②表示翻译，转录和翻译过程中的碱基互补配对情况不完全相同，D正确。
6．已知AUG、GUG为起始密码子，UAA、UGA、UAG为终止密码子。某基因模板链的碱基排列顺序如下：
—G—C—T—A—C—T—G…(60个碱基)…G—A—G—A—A—T—T—A—G—A—，此基因控制合成的蛋白质含氨基酸的个数最多为( )
A.16个 B．23个
C.21个 D．18个
答案 B
解析 根据碱基互补配对原则可知，转录出的mRNA上的碱基序列为：—C—G—A—U—G—A—C…(60个碱基)…C—U—C—U—U—A—A—U—C—U，根据起始密码子AUG，终止密码子UAA可知，最多共有69个编码氨基酸的碱基，则共有23个可以决定氨基酸的密码子，翻译的蛋白质中最多含有23个氨基酸。
7．用体外实验的方法可合成多肽链。已知苯丙氨酸的密码子是UUU，若要在体外合成同位素标记的多肽链，所需的材料组合是( )
①同位素标记的tRNA ②蛋白质合成所需的酶 ③同位素标记的苯丙氨酸 ④人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸 ⑤除去了DNA和mRNA的细胞裂解液
A.①②④ B．②③④
C.③④⑤ D．①③⑤
答案 C
解析 因题目中需要合成的是同位素标记的苯丙氨酸多肽链，故需要以下材料：同位素标记的苯丙氨酸、密码子全为UUU的mRNA、tRNA、ATP、酶。由于除去了DNA和mRNA的细胞裂解液中含有tRNA、ATP和酶，因此所需材料组合是③④⑤，C正确。
8．在体外用14C标记半胱氨酸—tRNA复合物中的半胱氨酸(Cys)，得到*Cys—tRNACys，再用无机催化剂镍将其中的半胱氨酸还原成丙氨酸(Ala)，得到*Ala—tRNACys(如图，tRNA不变)。如果该*Ala—tRNACys参与翻译过程，那么下列说法正确的是( )
A.在一个mRNA分子上不可以同时合成多条被14C标记的肽链
B.反密码子与密码子的配对由tRNA上结合的氨基酸决定
C.新合成的肽链中，原来Cys的位置会被替换为14C标记的Ala
D.新合成的肽链中，原来Ala的位置会被替换为14C标记的Cys
答案 C
解析 一个mRNA分子上可结合多个核糖体，同时合成多条肽链，A错误；tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子配对是由二者的碱基序列决定的，B错误；由于半胱氨酸在镍的催化作用下还原成丙氨酸，但tRNA未变，所以该*Ala—tRNACys参与翻译时，新合成的肽链中原来Cys的位置会被替换为14C标记的Ala，但原来Ala的位置不会被替换，C正确，D错误。
知识点三 中心法则
9.中心法则概括了自然界生物的遗传信息的流动途径，途径如图所示。下列相关说法正确的是( )
A.1957年克里克提出的中心法则内容只包括图中的①②③
B.图中③④过程均有碱基互补配对，且配对方式不完全相同
C.图中①⑤过程的酶是DNA聚合酶，②过程是RNA聚合酶
D.在人体胚胎干细胞和心肌细胞中均存在图中①②③过程
答案 A
解析 1957年克里克提出的中心法则内容只包括图中的①②③，④⑤两个过程是后来对中心法则的补充，A正确；③翻译过程中发生的是tRNA和mRNA之间的碱基互补配对，④RNA自我复制过程中是RNA和RNA之间的碱基互补配对，两个过程的配对方式完全相同，B错误；图中⑤过程的酶是逆转录酶，C错误；心肌细胞属于高度分化的细胞，不会进行DNA复制过程，D错误。
10．“中心法则”反映了遗传信息的传递方向，其中某过程的示意图如下。下列说法正确的是( )
A.催化该过程的酶为RNA聚合酶
B.a链上任意3个相邻的碱基组成一个密码子
C.a链的脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键相连
D.该过程中遗传信息从RNA向DNA传递
答案 D
解析 图示为逆转录过程，催化该过程的酶为逆转录酶，A错误；mRNA上能决定一个氨基酸的3个相邻碱基，组成一个密码子，B错误；a链为RNA，相邻的两个核糖核苷酸之间通过磷酸二酯键连接，C错误；该过程为逆转录，遗传信息从RNA向DNA传递，D正确。
[能力提升]
11．如图表示蓝细菌DNA上遗传信息、密码子、反密码子间的对应关系。判断下列说法中正确的是( )
A.分析题图可知①链应为DNA中的α链
B.DNA形成②的过程发生的场所是细胞核
C.酪氨酸和天冬氨酸的密码子分别是AUG、CUA
D.图中②与③配对的过程需要在核糖体上进行
答案 D
解析 根据碱基互补配对原则，可知①链是β链，A错误；由于蓝细菌属于原核生物，没有由核膜包被的细胞核，B错误；tRNA上与mRNA上的密码子互补配对的三个相邻的碱基是反密码子，密码子在mRNA上，C错误；图中②与③配对的过程是翻译过程，需要在核糖体上进行，D正确。
12．某种物质可插入DNA分子两条链的碱基对之间，使DNA双链不能解开。若在细胞正常生长的培养液中加入适量的该物质，下列相关叙述不正确的是( )
A.随后细胞中的DNA复制发生障碍
B.随后细胞中的转录发生障碍
C.该物质可将细胞周期阻断在分裂中期
D.可推测该物质对癌细胞的增殖有抑制作用
答案 C
解析 DNA复制和转录过程需将双链解开，该物质插入DNA分子两条链之间，使DNA双链不能解开，导致随后细胞中的DNA复制和转录发生障碍，A、B正确；该物质可将细胞周期阻断在分裂前的间期，C错误；癌细胞连续增殖需要进行DNA的复制，该物质可抑制DNA的复制进而抑制癌细胞的增殖，D正确。
13．细胞中的siRNA与解旋酶、AGO结合形成沉默复合体(RISC)，随后siRNA解链成单链，其中一条链引导RISC结合目的mRNA，导致mRNA降解，从而引起基因沉默，其部分机理如下图所示，科研人员据此发明了RNA干扰技术。类风湿性关节炎主要是由蛋白质TNFα引起，将人工合成的双链siRNA导入到小鼠关节内，诱导TNFα基因沉默从而减轻关节内的炎症。
(1)图中①过程表示__________，该过程以miRNA基因的________为模板进行。
(2)siRNA介导的基因沉默抑制了TNFα基因表达中的________过程，诱导TNFα基因沉默的siRNA的碱基序列应满足的条件是______________________________________________________________。
(3)科研人员将siRNA单链注入细胞内，结果却没有引起RNA干扰现象，推测最可能的原因是______________________。
(4)肿瘤细胞中会产生一些正常细胞没有的蛋白质，利用RNA干扰技术抑制这些蛋白质的合成从而能阻止肿瘤的生长，该治疗方法的优点是________________________。
答案 (1)转录 一条单链
(2)翻译 siRNA碱基序列能与TNFα基因的mRNA部分碱基序列互补
(3)解旋酶、AGO结合体只能识别并结合双链RNA分子
(4)针对性较强，避免误伤正常细胞
解析 (1)分析题图可知，①过程是由DNA的一条链得到RNA的过程，为转录过程。
(2)由题意可知，siRNA抑制TNFα基因表达的原理是siRNA(双链)解链成单链，其中一条链引导RISC通过碱基互补配对原则结合目的mRNA，导致mRNA降解，所以要诱导TNFα基因沉默，就需要siRNA碱基序列能与TNFα基因的mRNA部分碱基序列互补。
(3)由题意“随后siRNA解链成单链”可知，siRNA开始是双链RNA，所以科研人员将siRNA单链注入细胞内，结果却没有引起RNA干扰现象，推测最可能的原因是解旋酶、AGO结合体只能识别并结合双链RNA分子，并与其结合。
14．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)根据图回答下列问题：
(1)对三种类型的病毒分别举例：
甲______________；乙______________；
丙______________。(供选答案：艾滋病病毒、噬菌体、流感病毒)
(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。
(4)病毒的蛋白质合成，都是以________为模板，在____________________上合成的。
(5)生物体内的各因子都不是孤立存在的，结合以上信息，谈谈你对生命现象的认识。
答案 (1)噬菌体 流感病毒 艾滋病病毒
(2)①转录 ②翻译 ③DNA复制 模板、酶、脱氧核苷酸(或原料)和ATP
(3)逆转录 逆转录
(4)RNA 宿主细胞的核糖体
(5)遗传物质是一种信息分子，在遗传信息的流动过程中，离不开相应的物质，例如酶、原料、模板等，同时需要ATP提供能量，可见生物体内各因子间是彼此联系的，生命是物质、能量和信息的统一体。
解析 (1)据图分析，甲为DNA病毒，如噬菌体；乙、丙均为RNA病毒，丙需进行逆转录过程，如HIV和某些致癌病毒；流感病毒的遗传信息的传递方向是乙图所示过程。
第4章 基因的表达
第1节 基因指导蛋白质的合成
学习目标
核心素养
1.简述DNA与RNA的主要区别。
2.概述遗传信息的转录与翻译过程。
3.说明密码子、反密码子、遗传信息之间的关系。
4.结合“中心法则的提出及其发展”归纳并理解中心法则。
1.生命观念：在基因指导蛋白质合成的过程中，ATP为信息流动提供能量，使学生形成生命是物质、能量和信息统一体的生命观念；几乎所有生物都共用一套遗传密码，使学生认识到生物界的统一性，有利于建立生物进化观。
2.科学思维：碱基与氨基酸之间的对应关系的推测，体现了演绎推理的过程，训练了学生的科学思维；结合中心法则，比较不同生物遗传信息传递的异同。
知识点一 遗传信息的转录
1．基因的表达：基因可以控制蛋白质的合成，这个过程就是基因的表达。
2．RNA可以作为DNA的信使的原因
(1)RNA是由基本单位——核糖核苷酸连接而成的，核糖核苷酸含有4种碱基，这些特点使得RNA具备准确传递遗传信息的可能。
(2)RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。
3．RNA的种类
(1)
(2)
(3)
(4)tRNA和rRNA参与蛋白质的合成过程，但是这两种RNA本身不会翻译为蛋白质。
4．DNA与RNA的区别
比较项目
DNA
RNA
基本组成单位
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
五碳糖
脱氧核糖
核糖
碱基
特有的是胸腺嘧啶(T)
特有的是尿嘧啶(U)
结构
规则的双螺旋结构
一般为单链
1．为什么基因表达过程中，DNA需要信使传递遗传信息呢？
提示：DNA主要位于细胞核中，核糖体是蛋白质的合成“机器”，核糖体位于细胞质中。DNA一般是不能进出细胞核的，因此DNA需要“信使”传递自己的命令。
2．除了mRNA、tRNA、rRNA，还有没有具备其他功能的RNA，并说出其功能？
提示：有。有的RNA具有催化功能(少数酶的本质是RNA)；有的RNA可作遗传物质(RNA病毒中的RNA)。
5．遗传信息的转录
(1)概念：RNA是在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的，这一过程叫作转录。
(2)图示
mRNA合成方向是从5′端到3′端。
(3)过程(以合成mRNA为例)
第1步：当细胞开始合成某种蛋白质时，RNA聚合酶与编码这个蛋白质的一段DNA结合，使得DNA双链解开，双链的碱基得以暴露。
第2步：游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对，在RNA聚合酶的作用下开始mRNA的合成。
第3步：新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。
第4步：合成的mRNA从DNA链上释放，而后DNA双螺旋恢复。
知识点二 遗传信息的翻译
1．概念：游离在细胞质中的各种氨基酸，就以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质，这一过程叫作翻译。
2．实质：将mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。
3．密码子
(1)含义：mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基叫作1个密码子。
(2)种类：64种。
①正常情况下，能编码氨基酸的密码子有61种，其中包含起始密码子2种，即AUG、GUG。
②正常情况下，不编码氨基酸的密码子有3种，即UAA、UGA、UAG，为终止密码子。
③在正常情况下，UGA是终止密码子，但在特殊情况下，UGA可以编码硒代半胱氨酸。
④在原核生物中，GUG也可以作起始密码子，此时它可以编码甲硫氨酸。
(3)密码子与氨基酸对应关系
①一个密码子决定一种氨基酸，GUG除外。
②一种氨基酸可能对应一个或多个密码子。
(4)密码子特点
①简并性：绝大多数氨基酸都有几个密码子。
②通用性：地球上几乎所有的生物体都共用一套密码子。
3．根据mRNA中碱基的排列顺序能否准确写出氨基酸的序列？若已知氨基酸的序列，能否确定mRNA中的碱基排列顺序，为什么？
提示：能。不能，因为有几种密码子决定同一种氨基酸的情况。
4．密码子简并性的意义？
提示：保证了翻译的速度，增强了密码子的容错性。
5．几乎所有生物体共用一套密码子给我们什么启示？
提示：生物界具有统一性。
4．tRNA
(1)结构：比mRNA小得多，类似三叶草的叶形，一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个相邻的碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，叫作反密码子。
(2)功能：携带并转运氨基酸，识别密码子。
(3)与氨基酸对应关系
①每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。
②一种氨基酸可由一种或几种tRNA运输。
5．翻译过程
(1)第1步起始：mRNA进入细胞质，与核糖体结合。携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1。
(2)第2步运输：携带某个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2。
(3)第3步脱水缩合：甲硫氨酸与这个氨基酸形成肽键，从而转移到位点2的tRNA上。
(4)第4步延伸：核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子。原位点1的tRNA离开核糖体，原位点2的tRNA进入位点1，一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。
(5)第5步终止：随着核糖体的移动，tRNA以上述方式将携带的氨基酸输送过来，以合成肽链。直到核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成才告终止。
(6)第6步脱离：肽链合成后，就从核糖体与mRNA的复合物上脱离，通常经过一系列步骤，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子，然后开始承担细胞生命活动的各项职责。
6．通常，一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。
(1)tRNA中只含有三个含氮碱基。(×)
(2)细胞中能运输氨基酸的物质，其化学本质为蛋白质。(×)
(3)3种RNA都参与翻译过程，只是作用不同。(√)
(4)翻译过程中mRNA并不移动，只是核糖体沿mRNA移动。(√)
(5)转录和翻译过程都有A—U和T—A的配对。(×)
(6)多聚核糖体上合成的多条肽链是相同的。(√)
知识点三 中心法则
1．提出者：克里克。
2．中心法则：遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA复制；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。
3．中心法则的补充：少数生物(如一些RNA病毒)的遗传信息可以从RNA流向RNA以及从RNA流向DNA。
4．中心法则图解
6.以DNA作为遗传物质的生物（包括原核生物、真核生物和DNA病毒）的遗传信息流动方向是什么样的？所有真核细胞遗传信息传递都是一致的吗？
提示：
不是。高度分化的细胞不具备DNA复制。
7.以RNA作为遗传物质的生物的遗传信息流动方向是什么样的？
提示：①；
②。
5．生命是物质、能量和信息的统一体：在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，而ATP为信息的流动提供能量。
6.总结：中心法则几个过程分析
过程
①DNA的复制
②DNA的转录
③翻译
④RNA的复制
⑤RNA的逆转录
信息传递方向
DNA→DNA
DNA→RNA
RNA→多肽
RNA→RNA
RNA→DNA
模板
DNA的两条链
DNA的一条链
mRNA
RNA
RNA
原料
含A、T、C、G的四种脱氧核糖核苷酸
含A、U、G、C的四种核糖核苷酸
21种氨基酸
含A、U、C、G的四种核糖核苷酸
含A、T、C、G的四种脱氧核糖核苷酸
酶
解旋酶、DNA聚合酶等
RNA聚合酶
多种酶
RNA复制酶
逆转录酶
碱基互补配对
A—T，T—A，
C—G，G—C
A—U，T—A，
C—G，G—C
A—U，U—A，
C—G，G—C
A—U，U—A，C—G，G—C
A—T，
U—A，
C—G，G—C
产物
DNA
RNA
蛋白质
RNA
DNA
8．真核生物进行碱基互补配对的场所有哪些？
提示：细胞核、线粒体、叶绿体、核糖体。
1．(目标1)与DNA相比，RNA所特有的成分是( )
A．脱氧核糖和鸟嘌呤
B．核糖和尿嘧啶
C．脱氧核糖和胸腺嘧啶
D．核糖和胸腺嘧啶
答案 B
2．(目标2)下列有关真核生物转录过程的叙述，错误的是( )
A．转录的场所主要是细胞核
B．DNA双链解开需要RNA聚合酶
C.a为DNA，b为RNA，c为RNA聚合酶，转录方向为3′端到5′端，即从左到右
D．游离的核糖核苷酸在RNA聚合酶的作用下合成RNA
答案 C
解析 真核生物转录的主要场所是细胞核，少量在线粒体和叶绿体，A正确；转录方向为从5′端到3′端，C错误。
3．(目标2)如图为真核细胞内发生的翻译过程，下列相关叙述正确的是( )
A．核糖体在①上移动方向3′→5′
B．②能读取mRNA上的反密码子
C．DNA模板链上的所有碱基都能转录成①
D．每种②只能识别并转运1种氨基酸
答案 D
解析 由图示可知，图示为翻译的过程，根据tRNA从右边将氨基酸运输到核糖体、从左边离开可知，核糖体在①上从左向右移动，即5′→3′，A错误；mRNA上存在的是密码子，B错误；①是mRNA，DNA上有遗传效应的模板链上的碱基才能转录形成mRNA，C错误；tRNA具有特异性，一种tRNA只能转运特定的氨基酸，D正确。
4．(目标3)基因、遗传信息和密码子分别是指( )
①mRNA上核苷酸的排列顺序 ②基因中核苷酸的排列顺序 ③DNA上决定氨基酸的3个相邻的碱基 ④tRNA上一端的3个碱基 ⑤mRNA上决定氨基酸的3个相邻的碱基 ⑥通常是有遗传效应的DNA片段
A．⑤①③ B．⑥②⑤
C．⑤①② D．⑥③④
答案 B
5．(目标4)中心法则阐述了遗传信息传递的规律，其中以RNA为模板合成生物大分子的过程不包括( )
A．RNA复制 B．转录
C．翻译 D．逆转录
答案 B
6．(目标2和4)Ⅰ.请根据基因控制蛋白质合成的示意图回答问题。
(1)填写图中序号③所示物质或结构的名称或简写：③________。
(2)合成②的过程在遗传学上叫作________。②进入细胞质后，与[ ]________结合起来，在④内发生的过程叫作________。
Ⅱ.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。
(3)d所表示的过程是________。
(4)需要tRNA和核糖体同时参与的过程是________(用图中的字母回答)。
(5)烟草花叶病毒生物中，遗传信息的传递情况是________(用图中的字母回答)。
(6)在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，而ATP为信息的流动提供能量，可见，生命是________________的统一体。
答案 (1)tRNA(或转运RNA)
(2)转录 ④ 核糖体 翻译
(3)逆转录 (4)c (5)ec
(6)物质、能量和信息
题型一 DNA和RNA的比较
[例1] 下列叙述正确的是( )
A．胞嘧啶存在于RNA中而不存在于DNA中
B．核糖存在于RNA中而不存在于DNA中
C．mRNA合成于细胞核并在细胞核中传递遗传信息
D．DNA都是双螺旋结构而RNA是单链结构
解题分析 胞嘧啶是一种碱基，在RNA和DNA中都存在，A错误；核糖存在于RNA中，不存在于DNA中，构成DNA的五碳糖是脱氧核糖，B正确；mRNA主要在细胞核中合成，并在细胞质中发挥作用，C错误；结构上，DNA一般为双螺旋结构，RNA通常为单链结构，D错误。
答案 B
方法技巧
DNA与RNA的快速判定
题型二 遗传信息、密码子、反密码子的关系分析
[例2] 下列相关叙述正确的是( )
A．密码子有64种，每个密码子都与一个反密码子相对应
B.反密码子位于mRNA上，密码子位于tRNA上
C．除原核生物外，一个密码子最多只能对应一个氨基酸
D．在人体细胞中每种氨基酸可以对应多种tRNA，每个tRNA也可以对应多种氨基酸
解题分析 密码子有64种，三个终止密码子中有两个不编码氨基酸，还有一个在特殊情况下可以编码氨基酸，所以并不是每个密码子都与反密码子相对应，A错误；反密码子位于tRNA上，密码子位于mRNA上，B错误；真核生物中一个密码子最多只能对应一个氨基酸，C正确；在人体细胞中由于密码子的简并性，绝大多数氨基酸可以对应多种tRNA，每个tRNA只可以对应一种氨基酸，D错误。
答案 C
题型三 转录和翻译的过程考查
[例3] 如图为基因表达过程的示意图，下列叙述正确的是( )
A.①是DNA，其一条链可进入细胞质作为转录的模板
B．该图可以表示原核生物基因表达过程
C．③是核糖体，翻译过程中③将由3′端向5′端方向移动
D．④是tRNA，一端能结合氨基酸，另一端的反密码子能识别mRNA上的密码子
解题分析 据图可判断①②③④依次代表DNA、mRNA、核糖体、tRNA，其中②mRNA是以①DNA的一条链为模板合成的，场所是细胞核，A错误；原核生物无细胞核，基因表达是在细胞质中边转录边翻译的，与图示过程不符，B错误；翻译过程中③核糖体沿着mRNA由5′端向3′端方向移动，C错误。
答案 D
[例4] miRNA是一种小分子RNA，某miRNA能抑制W基因控制的蛋白质(W蛋白)的合成。某真核细胞内形成该miRNA及其发挥作用的过程示意图如下。下列叙述正确的是( )
A．miRNA基因转录时，RNA聚合酶与该基因的mRNA起始密码子相结合
B．W基因转录形成的mRNA进入细胞质用于翻译
C．miRNA与W基因mRNA结合遵循碱基互补配对原则，即A与T、C与G配对
D．miRNA抑制W蛋白的合成是通过双链结构的miRNA直接与W基因的mRNA结合所致
解题分析 miRNA基因转录时，RNA聚合酶与该基因首端的启动子相结合，起始密码子位于mRNA上，A错误；从图中可看出miRNA抑制W蛋白的合成是通过单链结构的miRNA与蛋白质结合形成的miRNA蛋白质复合物与W基因的mRNA结合，进而阻碍W基因的翻译过程，D错误。
答案 B
题后归纳
1.翻译进程：核糖体沿着mRNA移动，mRNA不移动。
2．一个mRNA上可相继结合多个核糖体，同时合成多条相同的多肽链，而不是多个核糖体共同完成一条肽链的合成。
3．真核细胞的转录主要发生在细胞核中，翻译发生在细胞质中，在空间和时间上被分隔开，而原核细胞的转录和翻译没有分隔，可以同时进行，边转录边翻译。
题型四 基因表达过程中的相关计算
[例5] 一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽链，则此mRNA分子至少含有的碱基个数及合成这段多肽最多需要的tRNA个数，依次为( )
A．33，11 B．36，12
C．12，36 D．11，36
解题分析 由题干知此多肽链有11个肽键，可推知此多肽应由12个氨基酸脱水缩合而成，对应mRNA上的碱基数目至少应为12×3＝36(个)，而12个氨基酸最多需要12个tRNA来转运。
答案 B
[例6] 已知某mRNA有400个碱基，其中A＋G占45%，则转录该mRNA的一段双链DNA分子中应有嘌呤碱基数为( )
A．180个 B．360个
C．400个 D．620个
解题分析 mRNA是DNA转录而来，DNA是双链，因此转录此RNA的DNA至少含有800个碱基。又因为DNA中嘌呤碱基数与嘧啶碱基数是相等的，所以嘌呤碱基数等于400个。
答案 C
题后归纳
1.DNA、mRNA中碱基数与蛋白质中氨基酸数的关系
翻译过程中，mRNA上每3个相邻碱基决定一个氨基酸，所以不考虑终止密码子及基因中有的片段不编码蛋白质时，经翻译合成的蛋白质分子中的氨基酸数目是mRNA中碱基数目的1/3，是DNA(基因)中碱基数目的1/6。
2．计算中的“最多”和“最少”分析
翻译时，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，因此准确地说，mRNA的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些，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。
题型五 中心法则及适用生物
[例7] 下图表示中心法则及其补充的内容，有关说法正确的是( )
A．①②③分别表示转录、复制、翻译
B．人体的所有细胞都具有过程①②③
C.在洋葱根尖分生区细胞中只有过程①
D．过程①②③④⑤均有碱基互补配对现象
解题分析 过程①②③分别表示DNA复制、转录、翻译，A错误；过程①只能发生在分裂的细胞中，人体成熟红细胞中没有细胞核以及遗传物质，不进行①②③过程，B错误；洋葱根尖分生区细胞既可以完成过程①，也能完成过程②③，C错误。
答案 D
[例8] 脊髓灰质炎病毒是一种单股正链RNA病毒，如图是该病毒在细胞内增殖的示意图(②③过程遵循碱基互补配对原则)，下列有关叙述不正确的是( )
A．脊髓灰质炎病毒的遗传信息和密码子均位于＋RNA中
B.过程②与过程③发生碱基互补配对的方式不完全相同
C．酶X是RNA复制酶
D．＋RNA复制产生子代＋RNA的过程，消耗的嘌呤碱基数等于嘧啶碱基数
解题分析 脊髓灰质炎病毒是一种单股正链RNA病毒，其＋RNA不仅是遗传物质，还可以作为模板翻译出蛋白质，因此其遗传信息和密码子均位于＋RNA中，A正确；过程②与过程③都是RNA形成RNA的过程，因此遵循的碱基互补配对方式是相同的，B错误；过程②③表示RNA复制的过程，而酶X催化的是过程②③，因此酶X是RNA复制酶，C正确；＋RNA复制产生子代＋RNA的过程，必须先产生－RNA，然后再产生＋RNA，所以消耗的原料用于合成互补的两条RNA链，因此消耗的嘌呤碱基数等于嘧啶碱基数，D正确。
答案 B
[基础对点]
知识点一 遗传信息的转录
1.下列有关DNA和RNA的叙述正确的是( )
A.细菌的遗传物质是DNA和RNA，病毒的遗传物质是DNA或RNA
B.转录过程遵循碱基互补配对原则，形成的RNA分子中则无碱基互补配对现象
C.同一种tRNA分子在不同细胞中转运的氨基酸不同
D.相同的DNA分子转录产物可能不同
答案 D
解析 包括细菌在内的所有具有细胞结构的生物的遗传物质都是DNA，病毒的遗传物质是DNA或RNA，A错误；转录过程遵循碱基互补配对原则，RNA一般是单链，但形成的tRNA分子中存在碱基互补配对现象，B错误；一种tRNA分子只能转运一种氨基酸，且在不同细胞中转运的氨基酸相同，C错误；一个DNA分子上有多个基因，转录以基因一条链为模板，相同的DNA分子的转录产物可能不同，D正确。
2．下列关于真核细胞中转录的叙述，正确的是( )
A.tRNA、rRNA和mRNA都从DNA转录而来
B.转录时RNA聚合酶的结合位点在RNA上
C.转录过程需要解旋酶将双链打开
D.一个基因转录时两条DNA链可同时作为模板
答案 A
解析 细胞中的RNA(mRNA、rRNA和tRNA)均通过转录形成，A正确；转录时RNA聚合酶的结合位点在DNA上，B错误；转录过程中RNA聚合酶可将双链DNA解开，使碱基暴露，C错误；一个基因转录时只能以DNA的一条特定的链为模板，D错误。
3．如图为RNA的形成过程示意图，请据图判断下列说法不正确的是( )
A.图中存在一段DNA—RNA杂合双链区
B.图中①正处于解旋状态，②处螺旋重新形成
C.真核生物中图示过程主要发生在细胞核中
D.图中⑤处以游离的核糖核苷酸为原料
答案 B
解析 图示为转录过程，图中存在一段DNA—RNA杂合双链区，A正确；从图中可看出RNA的合成方向为从左向右，所以图中①处螺旋重新形成，②正处于解旋状态，B错误；图示是转录过程，对于真核生物来说，主要发生在细胞核中，C正确；合成RNA的原料是核糖核苷酸，D正确。
4．施一公教授团队首次获得剪接体复合物的高分辨率空间三维结构，阐述了剪接体剪接RNA前体的基本工作机理，实现RNA剪接领域中里程碑的突破。如图是剪接体参与的S基因的表达过程，下列说法错误的是( )
A.剪接体起作用的过程是②，此过程的功能是形成成熟的mRNA
B.过程①②③均需要酶的参与，都存在“核酸—蛋白质”复合物
C.细胞中以DNA的一条单链为模板转录出的RNA均可编码多肽
D.过程③中一个mRNA分子上可结合多个核糖体，同时合成多条相同的多肽链
答案 C
解析 由题干和图可知，剪接体起作用的过程是②，此过程的功能是形成成熟的mRNA，A正确；过程①②③分别表示转录、剪切和翻译过程，都需要相应的酶的参与，都存在“核酸—蛋白质”复合物，B正确；细胞中以DNA的一条单链为模板转录出的RNA经过加工后可能是mRNA、rRNA或tRNA，只有mRNA可编码多肽，C错误；过程③中一个mRNA分子上可结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，由于模板相同，合成的多条多肽链也是相同的，D正确。
知识点二 遗传信息的翻译
5.如图所示为某生物细胞内正在进行的生理过程，下列有关叙述错误的是( )
A.④的形成需要RNA聚合酶
B.③沿着④移动方向为从5′端到3′端
C.大肠杆菌的拟核、酵母菌的细胞核中都可发生如图所示的过程
D.①→④和④→②过程中碱基互补配对情况不完全相同
答案 C
解析 图中③是核糖体，④是mRNA，mRNA的形成需要RNA聚合酶，A正确；多肽链合成过程中，核糖体沿mRNA移动，核糖体沿着mRNA的移动方向是从5′端到3′端，B正确；图示转录和翻译是同时进行的，发生在原核生物细胞中，而酵母菌是真核生物，C错误；①→④表示转录，④→②表示翻译，转录和翻译过程中的碱基互补配对情况不完全相同，D正确。
6．已知AUG、GUG为起始密码子，UAA、UGA、UAG为终止密码子。某基因模板链的碱基排列顺序如下：
—G—C—T—A—C—T—G…(60个碱基)…G—A—G—A—A—T—T—A—G—A—，此基因控制合成的蛋白质含氨基酸的个数最多为( )
A.16个 B．23个
C.21个 D．18个
答案 B
解析 根据碱基互补配对原则可知，转录出的mRNA上的碱基序列为：—C—G—A—U—G—A—C…(60个碱基)…C—U—C—U—U—A—A—U—C—U，根据起始密码子AUG，终止密码子UAA可知，最多共有69个编码氨基酸的碱基，则共有23个可以决定氨基酸的密码子，翻译的蛋白质中最多含有23个氨基酸。
7．用体外实验的方法可合成多肽链。已知苯丙氨酸的密码子是UUU，若要在体外合成同位素标记的多肽链，所需的材料组合是( )
①同位素标记的tRNA ②蛋白质合成所需的酶 ③同位素标记的苯丙氨酸 ④人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸 ⑤除去了DNA和mRNA的细胞裂解液
A.①②④ B．②③④
C.③④⑤ D．①③⑤
答案 C
解析 因题目中需要合成的是同位素标记的苯丙氨酸多肽链，故需要以下材料：同位素标记的苯丙氨酸、密码子全为UUU的mRNA、tRNA、ATP、酶。由于除去了DNA和mRNA的细胞裂解液中含有tRNA、ATP和酶，因此所需材料组合是③④⑤，C正确。
8．在体外用14C标记半胱氨酸—tRNA复合物中的半胱氨酸(Cys)，得到*Cys—tRNACys，再用无机催化剂镍将其中的半胱氨酸还原成丙氨酸(Ala)，得到*Ala—tRNACys(如图，tRNA不变)。如果该*Ala—tRNACys参与翻译过程，那么下列说法正确的是( )
A.在一个mRNA分子上不可以同时合成多条被14C标记的肽链
B.反密码子与密码子的配对由tRNA上结合的氨基酸决定
C.新合成的肽链中，原来Cys的位置会被替换为14C标记的Ala
D.新合成的肽链中，原来Ala的位置会被替换为14C标记的Cys
答案 C
解析 一个mRNA分子上可结合多个核糖体，同时合成多条肽链，A错误；tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子配对是由二者的碱基序列决定的，B错误；由于半胱氨酸在镍的催化作用下还原成丙氨酸，但tRNA未变，所以该*Ala—tRNACys参与翻译时，新合成的肽链中原来Cys的位置会被替换为14C标记的Ala，但原来Ala的位置不会被替换，C正确，D错误。
知识点三 中心法则
9.中心法则概括了自然界生物的遗传信息的流动途径，途径如图所示。下列相关说法正确的是( )
A.1957年克里克提出的中心法则内容只包括图中的①②③
B.图中③④过程均有碱基互补配对，且配对方式不完全相同
C.图中①⑤过程的酶是DNA聚合酶，②过程是RNA聚合酶
D.在人体胚胎干细胞和心肌细胞中均存在图中①②③过程
答案 A
解析 1957年克里克提出的中心法则内容只包括图中的①②③，④⑤两个过程是后来对中心法则的补充，A正确；③翻译过程中发生的是tRNA和mRNA之间的碱基互补配对，④RNA自我复制过程中是RNA和RNA之间的碱基互补配对，两个过程的配对方式完全相同，B错误；图中⑤过程的酶是逆转录酶，C错误；心肌细胞属于高度分化的细胞，不会进行DNA复制过程，D错误。
10．“中心法则”反映了遗传信息的传递方向，其中某过程的示意图如下。下列说法正确的是( )
A.催化该过程的酶为RNA聚合酶
B.a链上任意3个相邻的碱基组成一个密码子
C.a链的脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键相连
D.该过程中遗传信息从RNA向DNA传递
答案 D
解析 图示为逆转录过程，催化该过程的酶为逆转录酶，A错误；mRNA上能决定一个氨基酸的3个相邻碱基，组成一个密码子，B错误；a链为RNA，相邻的两个核糖核苷酸之间通过磷酸二酯键连接，C错误；该过程为逆转录，遗传信息从RNA向DNA传递，D正确。
[能力提升]
11．如图表示蓝细菌DNA上遗传信息、密码子、反密码子间的对应关系。判断下列说法中正确的是( )
A.分析题图可知①链应为DNA中的α链
B.DNA形成②的过程发生的场所是细胞核
C.酪氨酸和天冬氨酸的密码子分别是AUG、CUA
D.图中②与③配对的过程需要在核糖体上进行
答案 D
解析 根据碱基互补配对原则，可知①链是β链，A错误；由于蓝细菌属于原核生物，没有由核膜包被的细胞核，B错误；tRNA上与mRNA上的密码子互补配对的三个相邻的碱基是反密码子，密码子在mRNA上，C错误；图中②与③配对的过程是翻译过程，需要在核糖体上进行，D正确。
12．某种物质可插入DNA分子两条链的碱基对之间，使DNA双链不能解开。若在细胞正常生长的培养液中加入适量的该物质，下列相关叙述不正确的是( )
A.随后细胞中的DNA复制发生障碍
B.随后细胞中的转录发生障碍
C.该物质可将细胞周期阻断在分裂中期
D.可推测该物质对癌细胞的增殖有抑制作用
答案 C
解析 DNA复制和转录过程需将双链解开，该物质插入DNA分子两条链之间，使DNA双链不能解开，导致随后细胞中的DNA复制和转录发生障碍，A、B正确；该物质可将细胞周期阻断在分裂前的间期，C错误；癌细胞连续增殖需要进行DNA的复制，该物质可抑制DNA的复制进而抑制癌细胞的增殖，D正确。
13．细胞中的siRNA与解旋酶、AGO结合形成沉默复合体(RISC)，随后siRNA解链成单链，其中一条链引导RISC结合目的mRNA，导致mRNA降解，从而引起基因沉默，其部分机理如下图所示，科研人员据此发明了RNA干扰技术。类风湿性关节炎主要是由蛋白质TNFα引起，将人工合成的双链siRNA导入到小鼠关节内，诱导TNFα基因沉默从而减轻关节内的炎症。
(1)图中①过程表示__________，该过程以miRNA基因的________为模板进行。
(2)siRNA介导的基因沉默抑制了TNFα基因表达中的________过程，诱导TNFα基因沉默的siRNA的碱基序列应满足的条件是______________________________________________________________。
(3)科研人员将siRNA单链注入细胞内，结果却没有引起RNA干扰现象，推测最可能的原因是______________________。
(4)肿瘤细胞中会产生一些正常细胞没有的蛋白质，利用RNA干扰技术抑制这些蛋白质的合成从而能阻止肿瘤的生长，该治疗方法的优点是________________________。
答案 (1)转录 一条单链
(2)翻译 siRNA碱基序列能与TNFα基因的mRNA部分碱基序列互补
(3)解旋酶、AGO结合体只能识别并结合双链RNA分子
(4)针对性较强，避免误伤正常细胞
解析 (1)分析题图可知，①过程是由DNA的一条链得到RNA的过程，为转录过程。
(2)由题意可知，siRNA抑制TNFα基因表达的原理是siRNA(双链)解链成单链，其中一条链引导RISC通过碱基互补配对原则结合目的mRNA，导致mRNA降解，所以要诱导TNFα基因沉默，就需要siRNA碱基序列能与TNFα基因的mRNA部分碱基序列互补。
(3)由题意“随后siRNA解链成单链”可知，siRNA开始是双链RNA，所以科研人员将siRNA单链注入细胞内，结果却没有引起RNA干扰现象，推测最可能的原因是解旋酶、AGO结合体只能识别并结合双链RNA分子，并与其结合。
14．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)根据图回答下列问题：
(1)对三种类型的病毒分别举例：
甲______________；乙______________；
丙______________。(供选答案：艾滋病病毒、噬菌体、流感病毒)
(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。
(4)病毒的蛋白质合成，都是以________为模板，在____________________上合成的。
(5)生物体内的各因子都不是孤立存在的，结合以上信息，谈谈你对生命现象的认识。
答案 (1)噬菌体 流感病毒 艾滋病病毒
(2)①转录 ②翻译 ③DNA复制 模板、酶、脱氧核苷酸(或原料)和ATP
(3)逆转录 逆转录
(4)RNA 宿主细胞的核糖体
(5)遗传物质是一种信息分子，在遗传信息的流动过程中，离不开相应的物质，例如酶、原料、模板等，同时需要ATP提供能量，可见生物体内各因子间是彼此联系的，生命是物质、能量和信息的统一体。
解析 (1)据图分析，甲为DNA病毒，如噬菌体；乙、丙均为RNA病毒，丙需进行逆转录过程，如HIV和某些致癌病毒；流感病毒的遗传信息的传递方向是乙图所示过程。
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