专题基因对于蛋白质合成的控制.docx
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专题基因对于蛋白质合成的控制
专题基因对于蛋白质合成的控制
【课标扫描】
1.概述基因控制蛋白质合成的过程
2.说出中心法则的内容
3.指出遗传密码子与氨基酸的关系
4.举例说明基因、蛋白质与性状的关系
5.解释蛋白质工程的基本原理及基本途径
【知识网络】
一、基因指导蛋白质的合成
1、DNA和RNA的区别
种类
DNA
RNA
组成部分
碱基
T
U
都有A、G、C
磷酸
都有
五碳糖
脱氧核糖
核糖
组成单位
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
结构
通常双链结构
单链
分布
主要存在于细胞核
主要存在于细胞质
功能
遗传信息的主要载体
在蛋白质的合成中有重要作用
种类
————————————
mRNA、tRNA 、rRNA
2、基因表达
概念:
基因的表达是通过 DNA控制蛋白质的合成来实现的,包括 转录 和 翻译 两个过程。
复制
转录
翻译
概念
以 亲代DNA 为模板合成 子代DNA 的过程
以 DNA的一条链 为模板合成mRNA的过程
以mRNA为模板合成 蛋白质的过程
模板
DNA的每一条链
DNA的一条链
mRNA
原料
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
氨基酸
能量
ATP
ATP
ATP
酶
需要
需要
需要
场所
细胞核
细胞核
细胞质核糖体
产物
2条双链DNA
mRNA
蛋白质(多肽)
实质
亲代DNA上碱基序列决定了子代DNA上的碱基序列
DNA上的碱基序列决定了mRNA上的碱基序列
mRNA上的碱基序列决定了蛋白质中氨基酸的序列
意义
使遗传信息从亲代传给子代
表达遗传信息,使生物表现出各种性状
【重点难点】
1、遗传信息、密码子和反密码子的关系
(1)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
②mRNA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的作用
(2)区别:
遗传信息
密码子
反密码子
存在位置
DNA
mRNA
tRNA
作用
决定氨基酸的排列顺序,是间接作用
直接控制蛋白质的氨基酸排列顺序
识别密码子的作用
2、密码子与氨基酸的关系
(1)密码子:
mRNA上3个相邻碱基决定1个氨基酸。
每3个这样的碱基称做1个密码子。
(2)密码子种类:
共有64个密码子,其中61个密码子对应20个氨基酸;另有3个终止密码子不对应氨基酸。
(3)密码子和氨基酸的关系:
每一个密码子决定一个氨基酸,每一个氨基酸可以对应多个密码子。
3、DNA、RNA和蛋白质之间的关系
4、蛋白质工程与基因工程的区别和联系
项目
蛋白质工程
基因工程
区别
过程
预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→推测脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质
获取目的基因→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
实质
定向改造或生产人类所需蛋白质
定向改造生物的遗传特性,以获得人类所需的生物类型或生物产品(基因的异体表达)
结果
生产自然界没有的蛋白质
生产自然界中已有的蛋白质
联系
蛋白质工程是在基因工程的基础上,延伸出来的第二代基因工程。
因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质,必须通过基因修饰或基因合成实现
【考点分析】
一.概述基因控制蛋白质合成的过程
例题1、一条多肽链中有氨基酸1000个,作为合成该多肽链模板的mRNA分子和用来转录成mRNA的DNA分子分别至少需要碱基
A、3000个和3000个B、1000个和2000个
C、2000个和4000个D、3000个和6000个
解析:
此题考察DNA控制蛋白质合成的过程。
mRNA上三个相邻的碱基决定一个氨基酸,所以mRNA上碱基的数量是其控制合成多肽链中氨基酸个数的三倍。
mRNA是以DNA双链中的一条单链为模板,按照碱基互补配对原则转录形成的,所以DNA分子的碱基数量是其转录形成的mRNA碱基数量的2倍,是其指导合成蛋白质的氨基酸数量的6倍。
答案:
D
例题2、下图为原核细胞中转录、翻译的示意图。
据图判断,下列描述中正确的是
A.图中表示4条多肽链正在合成
B.转录尚未结束,翻译即已开始
C.多个核糖体共同完成一条多肽链的翻译
D.一个基因在短时间内可表达出多条多肽链
[解析]:
读图可知,有4条mRNA链,每条链上有多个核糖体,每个核糖体内合成一条肽链,因此有多条多肽链正在合成;原核生物没有核膜,转录和翻译是同时同地进行,所以转录尚未结束,翻译即已开始,真核生物的转录在细胞核,翻译则在细胞质中;图中所示为一个基因(一条模板链),表达出的则是多条多肽链。
[点评]:
本题考查原核生物翻译过程的有关知识和解读信息图的能力,难度比较大。
答案:
BD
对应训练:
1、(09上海)某条多肽的相对分子质量为2778,若氨基酸的平均相对分子质量为110,如考虑终止密码子,则编码该多肽的基因长度至少是
A.75对碱基B.78对碱基C.90对碱基D.93对碱基
2、(08广东理基)核酸是细胞内携带遗传信息的物质,以下关于DNA和RNA特点的比较,叙述正确的是
A.在细胞内存在的主要部位相同 B.构成的五碳糖不同
C.核苷酸之间的连接方式不同 D.构成的碱基相同
3、(10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“…—
—
—
—…”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▲。
(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▲。
【解析】本题考察了遗传信息的传递过程及同学们的识图能力以及从新情景中获取信息分析问题、解决问题的能力,
(1)根据携带甘氨酸的tRNA的反密码子CCA可以判断甘氨酸的密码子为GGU,甘一色---天对应的密码子为------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原件结合,使蛋白质的翻译缺少起始代码,从而阻止核糖体在mRNA上移动,遏制铁蛋白的合成,由于Fe3+具有很强的氧化性,因此这种机制技能减少其毒性,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源的消耗。
(3)mRNA并不是所有序列都参与蛋白质的翻译,有一部分是不具有遗传效应的。
(4)色氨酸密码子为UUG,对应模式链碱基序列为ACC,当第二个碱基C-A时,此序列对应的密码子变为UUG,恰为亮氨酸密码子。
【答案】
(1)GGU,-----GGUGACUGG---------CCACTGACC---
(2)核糖体上的mRNA上的结合于移动Fe3+细胞内物质和能量的浪费
(3)mRNA两端存在不翻译的序列
(4)C—A
二.说出中心法则的内容
例3、下图表示有关遗传信息传递过程的模拟实验,分析回答:
(1)图①表示________过程,在生物体内进行的场所是__________,图④所示实验过程与图③相比较,需要的特定的酶是_______;
(2)需要解旋酶的过程有____________,在高等动物细胞中普遍存在的生理过程是____________(填代号);
(3)各过程中,遵循“碱基互补配对原则”的有____________(填代号)。
解析:
此题答题时应考虑复制、转录、翻译等过程中所需要的原料、模板等条件。
①号试管中加入核糖核苷酸作为原料,加入DNA作为模板,所以应模拟转录过程。
②号试管加入脱氧核苷酸作为原料,加入DNA作为模板,因此是DNA复制。
③号试管中加入核糖核苷酸作为原料,加入RNA作为模板,所以应模拟RNA复制过程。
④号试管加入脱氧核苷酸作为原料,加入RNA作为模板,因此是逆转录。
⑤号试管加入氨基酸作为原料,加入RNA作为模板,因此应模拟翻译。
答案:
(1)转录细胞核(拟核)内逆转录酶
(2)①② ①②⑤
(3) ①②③④⑤
对应训练:
1、(08上海生物)下列各细胞结构中,可能存在碱基互补配对现象的有
①染色体②中心体③纺锤体④核糖体
A.①②B.①④C.②③D.③④
2、关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,构成碱基相同
B.遗传信息位于DNA上,遗传密码位于mRNA上,构成碱基相同
C.遗传信息和遗传密码都位于DNA上,构成碱基相同
D.遗传信息位于DNA上,遗传密码位于mRNA上,构成碱基不同
3.下列有关RNA的叙述正确的是()
A.某种RNA在核糖体中形成
B.含有RNA的生物其遗传物质是RNA
C.生物体中能携带氨基酸的tRNA有64种
D.转录形成RNA的过程中存在A—T的配对方式
4、(08上海生物)37.(11分)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。
(1)a、b、c、d所表示的四个过程依次分别是、、和。
(2)需要tRNA和核糖体同时参与的过程是(用图中的字母回答)。
(3)a过程发生在真核细胞分裂的期。
(4)在真核细胞中,a和b两个过程发生的主要场所是。
(5)能特异性识别信使RNA上密码子的分子是,后者所携带的分子是。
(6)RNA病毒的遗传信息传递与表达的途径有(用类似本题图中的形式表述):
①;②。
答案:
(1)DNA复制转录翻译逆转录
(2)c(3)间(S)(4)细胞核(5)tRNA(转运RNA)氨基酸(6)如下图:
三.指出遗传密码子与氨基酸的关系
例4、下列说法错误的是
A、一种转运RNA只能转运一种氨基酸
B、一种氨基酸可以含有多种密码子
C、一种氨基酸可以由几种转运RNA来转运
D、一种氨基酸只能由一种RNA来转运
解析密码子是mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基,反密码子是转运RNA上可以与密码子进行碱基互补配对的三个碱基。
一个氨基酸可以有多个密码子,所以一个氨基酸可以由多个转运RNA来转运,但对一个特定的转运RNA,只能转运特定的一种氨基酸。
DNA双链
T
G
mRNA
tRNA反密码子
A
氨基酸
苏氨酸
答案:
D
例5、根据表中的已知条件,判断苏氨酸的密码子是
A.TGUB.UGAC.ACUD.UCU
思路分析:
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。
据表,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。
答案C
对应训练:
1、(08上海生物)下列大肠杆菌某基因的碱基序列的变化,对其所控制合成的多肽的氨基酸序列影响最大的是(不考虑终止密码子)
A.第6位的C被替换为TB.第9位与第10位之间插入1个T
C.第100、101、102位被替换为TTTD.第103至105位被替换为1个T
2、下列哪种碱基排列顺序肯定不是遗传密码子
A.UUUB.AAAC.GUCD.GAT
3、下列对转运RNA的描述,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
4、已知AUG、GUG为起始密码子,UAA、UGA、UAG为终止密码子,某信使RNA的碱基排列顺序如下:
AUUCGAUGAC-(40个碱基)-CUCUAGAUCU,此信使RNA控制合成的蛋白质中含有氨基酸个数为
A.20B.15C.16D.18
5、测定某mRNA分子中尿嘧啶有28%,腺嘌呤有18%,以这个mRNA反转录合成的DNA分子中,鸟嘌呤和胸腺嘧啶的比例分别是
A.18%、28%B.27%、23%C.23%、18%D.28%、27%
6、1表示b基因正常转录过程中的局部分子状态图,图2表示该生物正常个体的体细
胞基因和染色体的关系,某生物的黑色素产生需要如图3所示的3类基因参与控制,
下列说法正确的是()
A.图2所示的基因型可以推知该生物体可以合成黑色素
B.若b2为RNA链,则其碱基序列与b1链的互补链碱基序列相同
C.若图2中的2个b基因都突变为B,则该生物体仍可不断合成物质乙
D.该生物的一个体细胞在有丝分裂中期DNA分子含量多于8个
7(多选)下列叙述不正确的是
A.DNA是蛋白质合成的直接模板B.每种氨基酸都可由多种密码子编码
C.就是基因表达的过程包括DNA的复制、转录和翻译D.DNA是真核生物主要的遗传物质
四.举例说明基因、蛋白质与性状的关系
例题6、专家最初预测人的基因组大约有105个基因,"人类基因组计划"课题组近来研究估计,可能只有3--5万个基因。
对于人类基因的"大缩水",如果从基因控制蛋白质的角度看,人类在使用基因上很"节约",与其它物种相比要高效,很可能是
A.一个基因控制合成多种蛋白质
B.一个基因含有多个遗传密码
C.合成一个蛋白质时共用多个基因
D.基因的分子结构不稳定,易变动
【解析】考查对信息的处理推断能力。
B、D选项与遗传学理论不符,C选项则基因数增加。
A选项切合题意且符合遗传学理论。
答案:
A
例题7、黄曲霉毒素是主要由黄曲霉菌产生的可致癌毒素,其生物合成受多个基因控制,也受温度、pH等因素影响。
下列选项正确的是
A.环境因子不影响生物体的表现型B.不产生黄曲霉毒素菌株的基因型都相同
C.黄曲霉毒素致癌是表现型D.黄曲霉菌产生黄曲霉毒素是表现型
【解析】本题考查学生的理解能力和获取信息的能力。
依据题干“黄曲霉毒素是主要由黄曲霉菌产生的可致癌毒素,其生物合成受多个基因控制,也受温度、pH等因素影响”,可知,A项是错误的;由于是多基因控制的这一性状,所以不产生黄曲霉毒素菌株的基因型不相同;依据表现型的概念,可知黄曲霉毒素致癌不属于表现型,但黄曲霉菌产生黄曲霉毒素是表现型。
答案D
对应训练:
1、(多选)人的肝细胞中不能由DNA控制合成的物质是
A.mRNAB.生长激素C.酶D.氨基酸
2、(多选)下列说法错误的是
A.基因是DNA分子携带的遗传信息
B.基因与性状之间是一一对应的
C.基因通过控制酶的合成来控制生物体的所有性状
D.中心法则总结了遗传信息在细胞内的传递规律
3(09山东)细胞分化是奢侈基因选择性表达的结果。
下列属于奢侈基因的是
A.血红蛋白基因B.ATP合成酶基因
C.DNA解旋酶基因D.核糖体蛋白基因
4.下列关于基因、蛋白质与性状的关系的描述中,正确的是
A.基因与性状的关系呈线性关系,即一种性状由一个基因控制
B.人类白化病症状是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状来实现的
C.皱粒豌豆种子中,编码淀粉分支酶的基因被打乱,不能合成淀粉分支酶,淀粉含量低而蔗糖含量高
D.70%的囊性纤维病患者中,编码一个CFTR蛋白的基因缺失了3个碱基,这种变异属于染色体结构变异
5.下图甲表示某种细菌合成精氨酸的途径,图乙表示接种该细菌后可能出现的三种生长曲线。
据图分析,下列有关描述中,正确的组合是()
①.图甲显示了该细菌通过调节酶的活性来调节精氨酸的合成
②.从图甲可知,精氨酸的合成是由该细菌的3对等位基因共同控制的
③.图乙的结果可说明加大接种量能缩短细菌生长的调整期
④.精氨酸依赖型突变菌的产生,可能是因为控制酶1合成的基因发生突变
A.① B.②③④ C.③④ D.①②③④
五.解释蛋白质工程的基本原理及基本途径
例题8、对自然界不存在的蛋白质进行合成,应首先设计
A.基因的结构B.mRNA结构
C.氨基酸序列D.蛋白质结构
【解析】实施蛋白质工程的前提是了解蛋白质的结构与功能的关系,首先要设计蛋白质,然后再根据基因工程的方法对蛋白质进行改造。
答案:
D
例题9、基因工程与蛋白质工程的区别是
A.基因工程需对基因进行分了水平操作,蛋白质工程不对基因进行操作
B.基因工程合成的是天然存在的蛋白质,蛋白质工程合成的可以不是天然存在的蛋白质
C.基因工程是分了水平操作,蛋白质工程是细胞水平(或性状水平)
D.基因工程完全不同于蛋白质工程
解析:
蛋白质工程是在基因工程基础上,延伸出来的第二代基因工程.是从分子水平对蛋白质进行改造设计,直接对相应的基因进行修饰加工甚至人工进行基因合成,从而对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质以满足人类生产和生活需求,而基因工程只是将外源基因导入另一生物体内,并使之表达,体现人类所需的性状,或者获取所需的产品。
因此,基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。
答案:
B
对应训练:
1、关于蛋白质工程的说法错误的是
A.蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构,使之更加符合人类需要
B.蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作,定向改变分子的结构
C.蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子
D.蛋白质工程与基因工程密不可分,又被称为第二代基因工程
2、蛋白质工程的实质是A、改变氨基酸结构 B、改造蛋白质结构
C、改变肽链结构 D、改造基因结构
3、下列哪项不是蛋白质工程的研究内容
A.分析蛋白质分子的精细结构B.对蛋白质进行有目的的改造
C.分析氨基酸的化学组成D.按照人的意愿将天然蛋白质改造成新的蛋白质
【能力测试】
一.单项选择题
1.治疗艾滋病(其遗传物质为RNA)的药物AZT的分子结构与胸腺嘧啶脱氧核苷酸的结构很相似,试问AZT抑制病毒繁殖的机制是
A、抑制艾滋病毒RNA基因的转录B、抑制艾滋病毒RNA基因的逆转录
C、抑制艾滋病毒蛋白质的翻译过程D、抑制艾滋病毒RNA基因的自我复制
2.下列有关遗传信息传递过程的叙述,错误的是
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穿过核孔进入细胞质中参与翻译过程
C.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
D.DNA复制、转录都是以DNA一条链为模板,翻译则以mRNA为模板
3.下表表示某真核生物酶X的基因,当其序列的一个碱基被另一碱基替换时的假设性蛋白质产物(用甲、乙、丙、丁表示),根据此表不能得出的结论是()
相对于酶X的活性
相对于酶X的氨基酸数目
甲
100%
不变
乙
50%
不变
丙
0%
减少
丁
150%
不变
①蛋白质甲的产生是由于基因中碱基的替换发生在无遗传效应部位
②蛋白质乙的氨基酸序列一定发生了改变
③单一碱基替换现象无法解释蛋白质丙的产生
④蛋白质乙和蛋白质丁的氨基酸序列一定不同
A.①③B.②④C.①④D.②③
4、下图为人WNK4基因部分碱基序列及其编码蛋白质的部分氨基酸序列示意图。
已知WNK4基因发生一种突变,导致1169位赖氨酸变为谷氨酸。
该基因发生的突变是
A.
处插入碱基对G-CB.
处碱基对A-T替换为G-C
C.
处缺失碱基对A-TD.
处碱基对G-C替换为A-T
5.有n个碱基组成的基因,控制合成有一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、na/bB、na/3-18(n/3-1)C、na-18(n-1)D、na/6-18(n/6-1)
6.线粒体DNA(mtDNA),是指一些位于线粒体内的DNA,结构类似于质粒DNA。
现今人类体内每个mtDNA共包含16569个碱基对,其中有37个基因,可用来制造13种蛋白质、22种转运RNA(tRNA)与两种核糖体RNA(rRNA)下面相关叙述正确的是( )
A.mtDNA一般和蛋白质结合在一起
B.人体mtDNA可能只控制合成一部分tRNA
C.需氧生物体内都有线粒体的分布
D.人体mtDNA中的基因都用于指导蛋白质的合成
7.已知一段mRNA有30个碱基,其中A和C共有12个,那么转录成mRNA的一段DNA分子中G和T的数目之和以及该mRNA经翻译而合成肽链时应脱去的水分子数目分别是
A、12和30B、30和90C、18和0D、30和9
8.某DNA片段所转录的mRNA中尿嘧啶占28%,腺嘌呤占18%,则这个DNA片段中胸腺嘧啶和鸟嘌呤分别占
A.46%、54%B.23%、27%C.27%、23%D.46%、27%
9.
右图表示有关遗传信息传递的模拟实验。
相关叙述合理的是
A.若X是mRNA,Y是多肽,则管内必须加入氨基酸
B.若X是DNA一条链,Y含有U,则管内必须加入逆转录酶
C.若X是tRNA,Y是多肽,则管内必须加入脱氧核苷酸
D.若X是HIV的RNA,Y是DNA,则管内必须加入DNA酶
10.(09上海)甲型H1N1流感病毒能在宿主细胞内繁殖,其主要原因是该病毒
A.基因组变异过快B.基因复制和表达过程过于简单
C.基因和蛋白质的结构与宿主的相似性很高
D.利用宿主细胞的酶完成基因复制和表达
11.要研究基因控制蛋白质的合成过程,最好选择下列哪一项为实验材料
A.成熟的红细胞B.成熟的白细胞C.卵细胞D.受精卵
12.已知某转运RNA一端的三个碱基是GAU,它所转运的是亮氨酸,那么决定此氨基酸的密码子是由下列哪个碱基序列转录而来的
A.GATB.GAAC.CUAD.CTA
13.科学家通过对前列腺癌细胞系的研究发现,绿茶中的多酚可减少BCL-XL蛋白,而这种蛋白有抑制癌细胞凋亡的作用,这表明绿茶具有抗癌作用的根本原因是由于绿茶细胞中具有
A、多酚B、多酚酶基因C、BCL-XL蛋白D、BCL-XL蛋白酶
14、蒜黄和韭黄是在缺乏光照的环境下培育的蔬菜,对形成这种现象的最好解释是
A、环境因素限制了基因的表达B、两种均为基因突变
C、叶子中缺乏形成叶绿素的基因D、黑暗中植物不进行光合作用
15、
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