2024届苏教版高考生物一轮复习DNA通过RNA指导蛋白质合成学案

第4课时　DNA通过RNA指导蛋白质合成

课标要求　概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成。

1．RNA的结构与功能

2．遗传信息的转录

源于必修2 P59“图2－3－3”

①遗传信息的转录过程中也有DNA的解旋过程，该过程不需要(填“需要”或“不需要”)解旋酶。

②一个基因转录时以基因的一条链为模板，一个DNA分子上的所有基因的模板链不一定(填“一定”或“不一定”)相同。

③转录方向的判定方法：已合成的mRNA释放的一端(5′－端)为转录的起始方向。

3．遗传信息的翻译

(1)概念：在细胞中，以mRNA为模板，从一个特定的起始位点开始，按照每三个相邻的核糖核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成具有一定氨基酸顺序的多肽链的过程叫翻译。

(2)密码子

①概念：mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的核糖核苷酸称为一个密码子。

②密码子的种类为64个，有61个密码子负责20种氨基酸的编码，其中碱基序列为AUG的密码子不仅编码甲硫氨酸，而且是真核细胞唯一的起始密码子；另外三个(UAA、UAG、UGA)不编码任何氨基酸，是终止密码子。

源于必修2 P62“图2－3－6”

①tRNA含有(填“含有”或“不含有”)氢键，一个tRNA分子中不是(填“是”或“不是”)只有三个碱基。

②反密码子的读取方向为由氨基酸连接端开始读取(由长臂端向短臂端读取)。

(3)过程

4．遗传信息、密码子、反密码子及与氨基酸的关系

(1)遗传信息、密码子与反密码子之间的联系

(2)密码子、tRNA和氨基酸之间的对应关系

①一种密码子只能决定一种氨基酸，一种tRNA只能转运一种氨基酸。

②每种氨基酸对应一种或几种密码子，可由一种或几种tRNA转运。

5．DNA复制、转录和翻译的区别

6.基因表达过程中碱基数和氨基酸数之间的关系

特别提醒　实际基因表达过程中的数量关系不符合6∶3∶1的原因

(1)基因中的内含子转录后被剪切。

(2)在基因中，有的片段(非编码区)起调控作用，不转录。

(3)合成的肽链在加工过程中可能会被剪切掉部分氨基酸。

(4)转录出的mRNA中有终止密码子，终止密码子不编码氨基酸。

考向一　遗传信息、密码子、反密码子的分析

1．(2023·江苏无锡市高三调研)次黄嘌呤(I)是一种稀有碱基，常作为反密码子的第1个碱基，可与密码子的第3个碱基A或U或C配对，这种现象称为密码子的摆动性。已知AUC是异亮氨酸的一种密码子。相关叙述正确的是(　　)

A．决定氨基酸的密码子和携带氨基酸的tRNA种类都是61种

B．密码子的摆动性表现在密码子第1位碱基可与多种碱基配对

C．密码子的摆动性增加了反密码子与密码子识别的灵活性，提高了突变频率

D．含有反密码子GAU和IAU的tRNA，都能携带异亮氨酸进入核糖体合成多肽链

答案　D

解析　由于摆动性的存在，一种携带氨基酸的tRNA可能携带多种氨基酸，所以tRNA的种类应少于61种，A错误；密码子的摆动性表现在反密码子的第1个碱基可与密码子的多种碱基配对，B错误；密码子的摆动性增加了反密码子与密码子识别的灵活性，提高了容错率，但不会提高突变频率，C错误；次黄嘌呤(I)作为反密码子的第1个碱基，可与密码子的第3个碱基C配对，含有反密码子GAU和IAU的tRNA，均能识别异亮氨酸的密码子AUC，都能携带异亮氨酸进入核糖体合成多肽链，D正确。

2．(多选)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，下列说法中正确的是(　　)

A．由图分析可知①链应为DNA的β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　AD

解析　蓝细菌属于原核生物，没有由核膜包被的细胞核，B项错误；tRNA一端的三个相邻的核糖核苷酸是反密码子，密码子在mRNA上，C项错误；图中②与③配对的过程是翻译，需要在核糖体上进行，D项正确。

考向二　转录、翻译和复制过程的分析

3．(2023·河北邯郸高三模拟)如图表示细胞内遗传信息的传递过程，下列有关叙述错误的是(　　)

A．相较于过程②和③，过程①特有的碱基配对方式是A－T

B．真核细胞由过程②形成的mRNA和tRNA都需要加工

C．过程③中核糖体在mRNA上的移动方向是a到b

D．图示tRNA可以搬运密码子为CCA的氨基酸

答案　D

解析　因为反密码子从tRNA的3′端→5′端读取，即UGG，故图示tRNA可以搬运密码子为ACC的氨基酸，D错误。

4．(多选)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．RNA聚合酶在细胞质中合成，在miRNA基因转录时发挥作用

B．miRNA与W基因mRNA结合时碱基配对方式是C与G、A与U配对

C．miRNA在细胞核中转录合成后进入细胞质中加工，用于翻译

D．miRNA抑制W蛋白的合成发生在转录过程中

答案　AB

解析　miRNA在细胞核中转录形成RNA后，经过初步加工，然后通过核孔到达细胞质中，在细胞质中再加工后，与蛋白质结合形成miRNA－蛋白质复合体，不用于翻译，C错误；由题图信息可知，该miRNA与蛋白质结合形成的miRNA－蛋白质复合物直接与W基因的mRNA结合，从而使翻译过程终止，D错误。

考向三　转录和翻译中的有关计算

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(不考虑终止密码子)(　　)

A．m、(m/3)－1   B．m、(m/3)－2

C．2(m－n)、(m/3)－1   D．2(m－n)、(m/3)－2

答案　D

解析　mRNA分子中有m个碱基，其中G＋C的数目为n个，则A＋U的数目为(m－n)个，故模板DNA中A＋T数目为2(m－n)个。根据mRNA碱基数目∶蛋白质中氨基酸数目＝3∶1可知，氨基酸数目为m/3个。脱去水分子数＝氨基酸数－肽链数＝(m/3)－2。

6．已知一个由2条肽链组成的蛋白质分子，共有肽键198个，控制翻译该蛋白质分子的mRNA中A和U共占25%，则控制转录该mRNA的DNA分子中，C与G应该共有(不考虑终止密码)(　　)

A．600个   B．700个 

C．800个   D．900个

答案　D

解析　根据由2条肽链组成的蛋白质分子共有肽键198个，可知该蛋白质由200个氨基酸组成，则翻译形成该蛋白质的mRNA分子中含有600个碱基，转录该mRNA的DNA分子含有1 200个碱基。mRNA中A和U共占25%，可知A＋U＝150(个)，则转录形成该mRNA的DNA模板链上T＋A＝150(个)，DNA分子中非模板链上A＋T＝150(个)，整个DNA分子中A＋T＝300(个)，则该DNA分子中C＋G＝1 200－300＝900(个)。

1．(2021·河北，8)关于基因表达的叙述，正确的是(　　)

A．所有生物基因表达过程中用到的RNA和蛋白质均由DNA编码

B．DNA双链解开，RNA聚合酶起始转录、移动到终止密码子时停止转录

C．翻译过程中，核酸之间的相互识别保证了遗传信息传递的准确性

D．多肽链的合成过程中，tRNA读取mRNA上全部碱基序列信息

答案　C

解析　一些RNA病毒的蛋白质由病毒自身的遗传物质RNA编码合成，A错误；DNA双链解开，RNA聚合酶与启动子结合进行转录，移动到终止子时停止转录，B错误；翻译过程中，核酸之间通过碱基互补配对相互识别保证了遗传信息传递的准确性，C正确；没有相应的反密码子与mRNA上的终止密码子配对，故tRNA不能读取mRNA上全部碱基序列信息，D错误。

2．(多选)(2021·湖南，13)细胞内不同基因的表达效率存在差异，如图所示。下列叙述正确的是(　　)

A．细胞能在转录和翻译水平上调控基因表达，图中基因A的表达效率高于基因B

B．真核生物核基因表达的①和②过程分别发生在细胞核和细胞质中

C．人的mRNA、rRNA和tRNA都是以DNA为模板进行转录的产物

D．②过程中，rRNA中含有与mRNA上密码子互补配对的反密码子

答案　ABC

解析　基因的表达包括转录和翻译两个过程，图中基因A表达的蛋白质分子数量明显多于基因B表达的蛋白质分子，说明基因A表达的效率高于基因B，A正确；核基因的转录是以DNA的一条链为模板转录出RNA的过程，发生的场所为细胞核，翻译是以mRNA为模板翻译出具有氨基酸排列顺序的多肽链，翻译发生的场所在细胞质中的核糖体，B正确；三种RNA(mRNA、rRNA、tRNA)都是以DNA中的一条链为模板转录而来的，C正确；反密码子位于tRNA上，rRNA是构成核糖体的成分，不含有反密码子，D错误。

3．(2021·浙江1月选考，22)下图是真核细胞遗传信息表达中某过程的示意图。某些氨基酸的部分密码子(5′→3′)是：丝氨酸UCU；亮氨酸UUA、CUA；异亮氨酸AUC、AUU；精氨酸AGA。下列叙述正确的是(　　)

A．图中①为亮氨酸

B．图中结构②从右向左移动

C．该过程中没有氢键的形成和断裂

D．该过程可发生在线粒体基质和细胞核基质中

答案　B

解析　图中①对应的密码子为AUU，所以①是异亮氨酸，A错误；核糖体沿mRNA从5′到3′移动进行翻译，所以②从右向左移动，B正确；该过程中tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子之间发生碱基配对，因此会有氢键的形成和断裂，C错误；细胞核中不会发生翻译过程，D错误。

4．(2022·江苏，21)科学家研发了多种RNA药物用于疾病治疗和预防，图中①～④示意4种RNA药物的作用机制。请回答下列问题：

(1)细胞核内RNA转录合成以____________为模板，需要____________的催化。前体mRNA需加工为成熟的mRNA，才能转运到细胞质中发挥作用，说明____________对大分子物质的转运具有选择性。

(2)机制①：有些杜兴氏肌营养不良症患者DMD蛋白基因的51外显子片段中发生____________，提前产生终止密码子，从而不能合成DMD蛋白。为治疗该疾病，将反义RNA药物导入细胞核，使其与51外显子转录产物结合形成____________，DMD前体mRNA剪接时，异常区段被剔除，从而合成有功能的小DMD蛋白，减轻症状。

(3)机制②：有些高胆固醇血症患者的PCSK9蛋白可促进低密度脂蛋白的内吞受体降解，血液中胆固醇含量偏高。转入与PCSK9 mRNA特异性结合的siRNA，导致PCSK9 mRNA被剪断，从而抑制细胞内的____________合成，治疗高胆固醇血症。

(4)机制③：mRNA药物进入患者细胞内可表达正常的功能蛋白，替代变异蛋白发挥治疗作用。通常将mRNA药物包装成脂质体纳米颗粒，目的是______________________________。

(5)机制④：编码新冠病毒S蛋白的mRNA疫苗，进入人体细胞，在内质网上的核糖体中合成S蛋白，经过________________修饰加工后输送出细胞，可作为____________诱导人体产生特异性免疫反应。

(6)接种了两次新冠病毒灭活疫苗后，若第三次加强接种改为重组新冠病毒疫苗，根据人体特异性免疫反应机制分析，进一步提高免疫力的原因有______________________________。

答案　(1)DNA的一条链　RNA聚合酶　核孔

(2)基因突变　双链RNA　(3)PCSK9蛋白

(4)利于mRNA药物进入组织细胞　(5)内质网和高尔基体　抗原　(6)可激发机体的二次免疫过程，能产生更多的抗体和记忆细胞；促进机体产生不同的抗体和记忆细胞

解析　(1)转录是以DNA的一条链为模板合成RNA的过程，该过程需要RNA聚合酶的催化；mRNA需要加工为成熟mRNA后才能被转移到细胞质中发挥作用，该过程是通过核孔进行的，说明核孔对大分子物质的转运具有选择性。(2)若DMD蛋白基因的51外显子片段中发生基因突变，即发生碱基对的增添、替换或缺失，可能导致mRNA上的碱基发生改变，终止密码子提前出现，从而不能合成DMD蛋白而引发杜兴氏肌营养不良；为治疗该疾病，将反义RNA药物导入细胞核，使其与51外显子转录产物结合形成双链RNA，DMD前体mRNA剪接时，异常区段被剔除，从而合成有功能的小DMD蛋白，减轻症状。(3)高胆固醇是由于胆固醇含量过高引起的，转入与PCSK9 mRNA特异性结合的siRNA，导致PCSK9 mRNA不能发挥作用，即不能作为模板翻译出PCSK9蛋白，低密度脂蛋白的内吞受体降解减慢，从而使血液中胆固醇含量正常。(4)通常将mRNA药物包装成脂质体纳米颗粒，脂质体与细胞质膜的基本结构类似，利于mRNA药物进入组织细胞。(5)新冠病毒的S蛋白属于膜上的蛋白，膜上的蛋白质在核糖体合成后，还需要经过内质网和高尔基体的修饰加工后输送出细胞；疫苗相当于抗原，可诱导人体产生特异性免疫反应。

一、易错辨析

1．rRNA是核糖体的组成成分，原核细胞中可由核仁参与合成(　×　)

2．RNA有传递遗传信息、催化反应和转运物质等功能(　√　)

3．mRNA上的GCA在人细胞中和小麦细胞中决定的是同一种氨基酸(　√　)

4．一个DNA只能控制合成一种蛋白质(　×　)

5．细菌的一个基因转录时两条DNA链可同时作为模板，提高转录效率(　×　)

二、填空默写

1．(必修2 P59)RNA有三种，它们分别是mRNA、tRNA和rRNA；真核细胞中核仁受损会影响rRNA的合成，进而影响核糖体(细胞器)的形成。

2．基因的表达包括转录和翻译过程；细胞分化是基因选择性表达的结果。

3．(必修2 P61)mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻的核糖核苷酸，叫作1个密码子。

4．(必修2 P62)tRNA的种类很多，但是，每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。tRNA分子比mRNA小得多，其一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个相邻的碱基。每个tRNA的这3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，叫作反密码子。

5．转录的场所：细胞核(主)、线粒体、叶绿体；模板：DNA的一条链；原料：4种核糖核苷酸；酶：RNA聚合酶；能量：ATP；遵循的原则：碱基互补配对(A与U、T与A、C与G、G与C)；产物：产生单链RNA。

6．翻译的场所：核糖体；模板：mRNA；原料：氨基酸；转运工具：tRNA；酶；能量(ATP)。遵循的原则：碱基互补配对(A与U、U与A、C与G、G与C)。产物：肽链。