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“转录和翻译”过程剖析

[日期:2012-01-11] 来源:新高考·高三理化生 2011年11期  作者:张小明 [字体: ]

  一、转录
  基因控制合成蛋白质的过程分为转录和翻译两个步骤。学生在解题过程时首先要了解这两个部分的原料、模板、能量、酶等要素条件。转录过程以四种核糖核苷酸为原料,以DNA分子的一条链为模板,在DNA解旋酶、RNA聚合酶的作用下消耗能量,合成RNA。在此过程中,发生的碱基配对方式为A—U、T—A、C—G、C—G。
  例1对于下列式子,正确的说法有()
  ①表示DNA复制过程②表示DNA转录过程③式中共有5种碱基④式中共有8种核苷酸⑤式中共有5种核苷酸⑥式中的A均代表同一种核苷酸
  A. ②③⑤B. ②④⑥C. ②③④D. ①③⑤
  解析图示是由DNA合成RNA的转录过程,共有A、T、C、G、U 5种碱基,4种脱氧核苷酸,4种核糖核苷酸,共8种核苷酸。
  答案C
  二、翻译
  翻译过程以氨基酸为原料,以转录过程产生的mRNA为模板,在酶的作用下,消耗能量产生多肽链。多肽链经过折叠加工后形成具有特定功能的蛋白质。翻译过程需要特殊的场所€梹椇颂翘澹霉袒挂嗽匕被岬淖殴ぞ摺猼RNA。
  密码子和反密码子:mRNA上三个连续的碱基称为一个密码子,密码子的种类共有64种,其中决定氨基酸的密码子有61种;有3种为终止密码子,不决定氨基酸;起始密码子有2种,决定氨基酸。20种氨基酸和61种密码子相对应,故一种氨基酸可对应多种密码子,可增强密码的容错性。所以可能出现以下情况,生物体发生基因突变后,相应的遗传密码发生改变,但是对应的氨基酸序列不变,则蛋白质不变,生物的性状不发生改变。反密码子是位于tRNA上与密码子相配对的三个碱基,tRNA具有识别和携带氨基酸的功能。值得注意的是,tRNA上有很多碱基,不只是3个,只是构成反密码子的部分是3个碱基。
  翻译产物:为了增加对mRNA的利用率,往往会以mRNA为模板,同时结合多个核糖体进行翻译过程。此过程有严格的碱基互补配对,每种产物翻译的起点相同,终点相同,所以产物的种类也相同。产物是多肽链,形成具有特定功能的蛋白质还需要运送到内质网、高尔基等结构中进一步加工。
  例2如下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.该过程有水产生
  答案D
  解析翻译的直接模板是mRNA,而不是DNA,选项A不对;翻译的产物是多肽,经过加工后形成蛋白质,可能是酶、激素或其他蛋白质类物质,选项B不对;终止密码子不与氨基酸对应,所以没有与终止密码子相对应的反密码子,选项C不对;氨基酸脱水缩合形成多肽,在此过程中有水产生,选项D正确。
  三、对基因表达过程的整体认识
  转录和翻译合称为基因的表达,其遗传信息的传递过程是中心法则的重要组成部分。两个过程都有信息的流动,但是不尽相同,其过程都涉及原料、模板、能量、酶等条件,但是又有差别。转录和翻译过程往往和基因的复制一起作为考查内容。在活的细胞中,一般都存在这两个过程。在蛋白质合成旺盛的细胞中,这两个过程也比较明显。转录过程和翻译过程的比较见下表。
  
  与转录、翻译有关的计算:转录过程中DNA和mRNA中的碱基相对应,而翻译过程中mRNA上相邻的三个碱基称为一个密码子,对应一个氨基酸,故有如下数字关系:多肽中氨基酸数目 = tRNA数目 = mRNA碱基数目 = DNA碱基数目。实际过程中,由于基因结构非常复杂,分为编码区和非编码区,真核基因的编码区又分为外显子和内含子等部分,该比值会发生变化。
  例3下图表示DNA(基因)控制蛋白质合成的过程,分析回答:
  (1)图中标出的碱基符号,包括了________种核苷酸。
  (2)DNA双链中,_______链为转录链;遗传信息存在于_______链上,密码子存在于_______链上。
  (3)如合成胰岛素,共含有51个氨基酸,控制合成的基因上,至少含有________个脱氧核苷酸。
  解析(1)DNA两条链包括四种碱基,有四种核苷酸,RNA也包括了四种碱基,也有四种核苷酸,所以DNA和RNA共有八种核苷酸。
  (2)能够与信使RNA碱基相互配对的转录链是②,其上脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息,信使RNA上核糖核苷酸的排列顺序代表密码子(相邻三个碱基)。
  (3)基因上6个碱基→信使RNA上3个碱基→1个氨基酸。据此,合成51个氨基酸的蛋白质,需要基因上脱氧核苷酸为306个。
  答案(1)8 (2)② ② ③ (3)306
  关于病毒基因的表达:病毒是寄生的,在基因表达形成蛋白质过程中,模板是病毒提供的,但是原料、能量、酶来源于寄主。比如在噬菌体侵染大肠杆菌的过程中,噬菌体利用自身的DNA在大肠杆菌体内合成了子代噬菌体,原料、能量、酶都是由大肠杆菌提供。侵染后,大肠杆菌裂解死亡。
  例4下列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
  C.mRNA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
  答案C
  解析在翻译过程中,模板链是mRNA,核糖体在mRNA上移动翻译出多肽。
  
  巩固练习
  1. 下列哪一种物质与翻译无直接关系()
  A. DNAB. mRNAC. tRNAD. 核糖体
  2. 在蛋白质合成的翻译过程中,碱基互补配对发生于下面哪两种物质之间()
  A.氨基酸与转运RNA
  B.信使RNA与转运RNA
  C.DNA与信使RNA
  D.核糖体与信使RNA
  3. 在遗传信息的传递过程中,一般不可能发生的是()
  A.DNA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4个精细胞质中进行翻译过程
  C.DNA复制、转录都是以DNA一条链为模板,翻译则是以mRNA为模板
  D.DNA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
  4. 下列对转运RNA的描述中,正确的是()
  A.每种转运RNA能识别并转运多种氨基酸
  B.每种氨基酸只有一种转运RNA能转运它
  C.转运RNA能识别信使RNA上的密码子
  D.转运RNA转运氨基酸到细胞核内
  5. 已知AUG、GUG为起始密码子,UAA、UGA、UAG为终止密码子。某原核生物的一个信使RNA碱基排列顺序如下:A—U—U—C—G—A—U—G—A—C……(40个碱基)……C—U—C—U—A—G—A—U—C—U,此信使RNA控制合成的蛋白质含氨基酸的个数为()
  A.20个B.15个C.16个D.18个
  6. 信使RNA上决定氨基酸的某个密码子的一个碱基发生替换,则识别该密码子的tRNA及转运的氨基酸发生的变化是()
  A. tRNA一定改变,氨基酸一定改变
  B. tRNA一定改变,氨基酸不一定改变
  C. tRNA不一定改变,氨基酸不一定改变
  D. tRNA不一定改变,氨基酸一定改变
  7. 人体神经细胞与肝细胞的形态结构和功能不同,其根本原因是这两种细胞的()
  A. DNA碱基排列顺序不同 B. 核糖体不同
  C. 转运RNA不同D. 信使RNA不同
  8. 分化中的两栖类细胞核中,RNA的合成非常旺盛,但移植到去核卵细胞后,RNA的合成立即停止。下列对这一实验现象的分析中,合理的解释是()
  A. 移植的核基因结构改变了
  B. 卵细胞内含有阻抑基因表达的物质
  C. 卵细胞内缺少合成RNA聚合酶的细胞器
  D. 实验中丢失了RNA合成的模板
  9. 下图表示以DNA为模板转录RNA的过程图解。图中4、5表示两功能不同的酶。请根据图分析回答下面的问题:
  (1)在玉米的叶肉细胞中,能够进行该生理过程的细胞结构是__________________________。
  (2)转录过程中DNA首先在[]___________的催化作用下,由_____________提供能量,将DNA分子中碱基对之间的_____________断开,该过程称为_______________________。
  (3)然后在[]____________的催化作用下,以其中的________链作为信息模板,以[]________为原料,由________提供能量,按照________原则,合成[2]________。
  (4)通过转录,DNA分子中的遗传信息被准确地转移到________中。
  (5)在真核细胞的细胞核中,转录的产物通过________进入细胞质中,与________结合在一起指导蛋白质的生物合成过程。
  10. 已知几种氨基酸的密码子如下:
  精氨酸:CGU、CGC、CGA、CGG、AGA、AGG;缬氨酸:GUU、GUC、GUA、GUG;甘氨酸:GGU、GGC、GGA、GGG;组氨酸:CAU、CAC;色氨酸:UGG;甲硫氨酸:AUG。
  (1)用化学方法使一种六肽分子降解,在其产物中测出三种三肽:甲硫氨酸——组氨酸——色氨酸;精氨酸——缬氨酸——甘氨酸;甘氨酸——甲硫氨酸——组氨酸。
  ①这种六肽的氨基酸顺序为______________________________________________。
  ②编码这个六肽的DNA分子至少含______个脱氧核糖。
  (2)某一蛋白质分子分析表明,在编码甘氨酸的位点上发生的三个突变都是由一个碱基替换引起的。突变的起源如下:
  则甘氨酸最可能的密码子是_______________。
  (3)当基因片段转录链中转录成GUC的CAG突变为CAA时,这种突变的结果对该生物的影响是________________________。
  参考答案
  1.A2.B3.C4.C5.C6.B7. D8. B9. (1)细胞核(2)5解旋酶ATP氢键解旋(3)4RNA聚合酶甲3核糖核苷酸ATP碱基互补配对mRNA(4)mRNA(5)核孔核糖体11. ①精氨酸——缬氨酸——甘氨酸——甲硫氨酸——组氨酸——色氨酸②36(2)GGG(3)没有影响

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