江苏省高中生物必修二第四章第三节第二课时遗传信息的翻译

第二课时遗传信息的翻译

【目标导航】 1.结合教材内容，理解密码子的概念并能熟练地查阅密码子表。

2.结合教材图4－14，概述遗传信息翻译的过程和特点。

3.分析碱基和氨基酸之间的对应关系。

一、遗传密码子

1．概念

mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基，叫做一个遗传密码子，密码子共有64种。

2．起始密码子和终止密码子

真核细胞唯一的起始密码子是AUG，编码的是甲硫氨酸。三种终止密码子：UAA、UAG、UGA，它们不编码氨基酸。

3．tRNA

(1)结构：三叶草形结构，一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个碱基能和mRNA 上的密码子互补配对，叫做反密码子。

(2)种类：共有61种。

(3)功能：携带氨基酸进入核糖体。1种tRNA能携带1种氨基酸，1种氨基酸可由1种或多种tRNA携带。

二、遗传信息的翻译过程

1．概念：按照mRNA上密码子的信息指导氨基酸分子合成为多肽链的过程。2．场所：细胞质。

3．条件：mRNA、tRNA、核糖体、多种氨基酸和多种酶的共同参与。

4．过程

起始阶段：mRNA、tRNA与核糖体相结合。mRNA上的起始密码子位于核糖体的第一位置上，相应的tRNA识别并与其配对。

↓

延伸阶段：携带着特定氨基酸的tRNA按照碱基互补配对原则，识别并进入第二位置。在酶的作用下，将氨基酸依次连接，形成多肽链。

↓

终止阶段：识别终止密码子，多肽链合成终止并被释放。

5．遗传信息传递方向：mRNA―→多肽。

判断正误

(1)翻译的场所是核糖体，条件是模板(DNA的一条链)、原料(4种核糖核苷酸)、酶和能量。()

(2)一种氨基酸最多对应一种密码子。()

(3)每种tRNA能识别并转运一种或多种氨基酸。()

(4)细胞中的蛋白质合成是一个严格按照mRNA上密码子的信息指导氨基酸分子合成为多肽链的过程，该过程称为翻译，是在细胞质中进行的。()

(5)密码子共有64种，其中决定氨基酸的密码子有61种，3种终止密码子不决定氨基酸。()

(6)一种密码子决定一种或多种氨基酸。()

(7)一种氨基酸可由一种或多种tRNA识别和转运。()

答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)√(6)×(7)√

一、遗传密码子

1．尼伦贝格和马太破译的第一个密码子

(1)实验原理：蛋白质体外合成系统中以人工合成的RNA作模板合成多肽，确定氨基酸与密码子的对应关系。

(2)实验步骤

提取大肠杆菌的破碎细胞液加入试管——除去原DNA和mRNA

↓

添加20种氨基酸——分5组，每个试管各加四种氨基酸

↓

加入人工合成的RNA——多聚尿嘧啶核苷酸

↓

合成多肽——只在加入酪氨酸、苯丙氨酸、半胱氨酸、丝氨酸的试管中出现多肽链

↓

运用同样方法将上述四种氨基酸分装入四个试管——含苯丙氨酸的试管中出现多肽链

(3)实验结论：苯丙氨酸的遗传密码子是UUU。

2．遗传信息、密码子和反密码子的比较

(1)区别

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。

(3)密码子、反密码子和氨基酸的对应关系

①每种氨基酸对应一种或几种密码子(密码子简并性)，可由一种或几种tRNA转运。

②一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。

③转运RNA是由许多(而不是只有3个)核糖核苷酸构成的“三叶草”形，RNA 分子其一端有三个碱基可与信使RNA的密码子配对，我们称之为“反密码子”。

1．所有的密码子和反密码子都是一一对应的关系吗？

答案不是。密码子共有64种，其中3个终止密码子不决定氨基酸，没有反密码子与之相对应。

2．若指导蛋白质合成的基因中某一碱基发生改变，其控制合成的氨基酸是否一定发生改变？为什么？

答案不一定。因为一种氨基酸可对应一种或多种密码子。

1．下列对mRNA的描述，不正确的是()

A．mRNA可作为合成蛋白质的直接模板

B．mRNA上的每三个相邻的碱基决定一个氨基酸

C．mRNA上有四种核糖核苷酸，编码20种氨基酸的密码子有61种D．mRNA只有与核糖体结合后才能发挥作用

【问题导析】

(1)mRNA是合成蛋白质的直接模板，但只有与核糖体结合后才能发挥作用。

(2)mRNA上的密码子有64种，其中有3个终止密码子不决定氨基酸，61种密码子决定20种氨基酸。

答案 B

【一题多变】

合成肽链时，出现正常的肽链终止，这是由于()

A．一个与mRNA链终止密码子相应的tRNA不能携带氨基酸

B．不具有与mRNA链终止密码子相应的反密码子

C．mRNA在mRNA链终止密码子处停止合成

D．tRNA上出现终止密码子

答案 B

解析在mRNA上有终止密码子，生物体内不含有与mRNA链终止密码子相应的反密码子。

二、DNA复制、转录、翻译的比较

1．根据每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，能否判定tRNA与氨基酸之间是一一对应关系？并分析原因。

答案不能。虽然一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，但一种氨基酸可能被多种tRNA转运。

2．一个mRNA可结合多个核糖体，每个核糖体只合成多肽链中的一段，还是独立合成一条完整的多肽链？

答案每个核糖体合成一条完整的多肽链。

2．下图表示真核细胞中核基因遗传信息的传递和表达过程。下列相关叙述正确的是()

A．①②过程中碱基配对情况相同

B．②③过程发生的场所相同

C．①②过程所需要的酶相同

D．③过程中核糖体的移动方向是由左向右

【问题导析】

(1)图中①过程是DNA的复制，②过程是转录，③过程是翻译。

(2)复制是DNA→DNA，转录是DNA→RNA，不同的碱基配对方式是A—T、A—U；核基因的转录场所是细胞核，翻译的场所是细胞质中的核糖体；

(3)①过程需要解旋酶和DNA聚合酶，②过程需要解旋酶和RNA聚合酶；

(4)从图③可以看出，最右边的一个核糖体上的多肽链最长，其翻译的时间也应

该长于左边的两个核糖体，故核糖体的移动方向是由左向右。

答案 D

【一题多变】

判断正误

(1)终止密码子没有与其对应的tRNA，不能编码氨基酸。()

(2)真核生物翻译的场所主要在细胞核。()

(3)三种RNA都与翻译过程有关。()

(4)翻译的过程有水生成。()

(5)翻译需要的20种氨基酸都可以在人体内合成。()

答案(1)√(2)×(3)√(4)√(5)×

三、转录、翻译过程中相关数量的计算

1．相关数量的计算

2.计算中“

(1)翻译时，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，因此准确地说，mRNA上的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。

(2)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。

(3)在回答有关问题时，应加上最多或最少等字。如：mRNA上有n个碱基，转录产生它的基因中至少有2n个碱基，该mRNA指导合成的蛋白质最多有n/3个氨基酸。

基因中的碱基数、mRNA分子中的碱基数、蛋白质分子中的氨基酸数之间有何数量关系？

答案基因中的碱基、mRNA分子中的碱基与蛋白质分子中的氨基酸三者之间的数量比为6∶3∶1。

3．一种动物体内的某种酶是由2条多肽链构成的，含有150个肽键，则控制这个酶合成的基因中核苷酸的分子数至少是()

A．912个B．456个C．450个D．906个

【问题导析】

(1)根据缩合的概念及肽链条数计算出酶具有的氨基酸数等于150＋2＝152个，

(2)根据其中的关系求出控制这个酶合成的基因中核苷酸的分子数至少是152×6＝912个。

答案 A

【一题多变】

现代生物工程能够实现在已知蛋白质的氨基酸序列后，再人工合成基因。现已知人体生长激素共含190个肽键(单链)，假设与其对应的密码子序列中有A和U 共313个，则合成的生长激素基因中G有()

A．130个B．260个C．313个D．无法确定

答案 B

解析此蛋白质(单链)中有190个肽键，说明此蛋白质是由191个氨基酸脱水缩合而成的，信使RNA中最少有3×191＝573个碱基，又知RNA中A＋U＝313，所以RNA中G＋C为573－313＝260个，RNA的碱基数与DNA的每条链的碱基数相等，所以DNA的两条链中G＋C共有260×2＝520个，又因为G＝C，所以G为520/2＝260个。

1．下列关于如图中①、②两种分子的说法正确的是( )

A ．①为DNA ，在正常情况下复制后形成两个相同的DNA

B ．②为tRNA ，一种tRNA 可携带不同的氨基酸

C ．遗传信息位于①上，密码子位于②上

D ．①和②共有的碱基是A 、U 、G 答案 A

解析 ①为DNA ，在正常情况下复制后形成两个相同的DNA 分子；②为tRNA ，一种tRNA 只能携带一种氨基酸；遗传信息位于①上，密码子位于mRNA 上，②上具有反密码子；①和②共有的碱基是A 、G 、C ，DNA 中无U 。

2．由n 个碱基对组成的基因，控制合成由m 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.n a 6 B.n a 6－18(n

6－m )

C ．n a －18(n －m ) D.n a 3－18(n

3－m ) 答案 D

解析 基因中有n 个碱基对，则由此基因转录形成的mRNA 中有n 个碱基，指导合成的蛋白质中最多有n /3个氨基酸，该蛋白质分子由m 条肽链组成，其分子量为n a 3－(n

3－m )·18。

3．mRNA 上决定氨基酸的一个密码子的一个碱基发生替换，对识别该密码子的tRNA 种类及转运的氨基酸种类将会产生的影响是( ) A ．tRNA 种类一定改变，氨基酸种类一定改变 B ．tRNA 种类不一定改变，氨基酸种类不一定改变 C ．tRNA 种类一定改变，氨基酸种类不一定改变 D ．tRNA 种类不一定改变，氨基酸种类一定改变 答案 C

解析 一种密码子只能对应于一种氨基酸，而一种氨基酸可以有多个密码子。mRNA 上密码子的一个碱基发生替换，则识别该密码子的tRNA(一端有反密码子)种类也肯定发生改变。但有可能改变后的密码子与原密码子决定的是同一种氨基酸，故氨基酸种类不一定改变。

4．下图为人体蛋白质合成的一个过程，据图分析并回答问题。

(1)图中所示属于基因控制蛋白质合成过程中的________步骤，该步骤发生在细胞的________部分。

(2)图中[Ⅰ]是________________________。

按从左到右的次序写出[Ⅱ]________内mRNA区段所对应的DNA模板链上碱基的排列顺序_________________________。

(3)该过程不可能发生在人体的()内。

A．神经细胞B．肝细胞

C．成熟的红细胞D．心肌细胞

答案(1)翻译细胞质(或核糖体)

(2)tRNA(转运RNA)核糖体TTCGAA

(3)C

解析图示为翻译过程，以mRNA为模板，以tRNA为运载工具，按照碱基互补配对原则，形成具有一定氨基酸排列顺序的多肽链。人成熟的红细胞不再合成蛋白质，原因是其无细胞核及核糖体等，不能控制蛋白质的合成过程。

【基础巩固】

1．真核细胞中DNA复制、转录和翻译的主要场所依次是()

A．细胞核、细胞核、核糖体

B．细胞核、细胞质、核糖体

C．细胞核、细胞核、高尔基体

D．细胞核、细胞质、内质网

答案 A

解析DNA的复制、转录都是以DNA为模板，DNA主要在细胞核中，故DNA 复制、转录的场所主要是细胞核，翻译是在细胞质中的核糖体上完成的。2．如图简要概括了真核细胞中基因指导蛋白质合成过程中相关物质间的关系。下列说法错误的是()

A．图中①表示基因，主要位于染色体上

B．图中②表示转录，该过程中碱基配对方式与DNA复制过程中有所不同C．图中③表示翻译，该过程离不开④

D．图中④中的密码子决定其携带的氨基酸的种类

答案 D

3．一个正常受精卵中的所有基因()

A．都能表达B．都能转录

C．都能翻译D．都能复制

答案 D

4．已知某转运RNA的反密码子的3个碱基顺序是GAU，它运载的是亮氨酸(亮氨酸的密码子是UUA、UUG、CUU、CUA、CUC、CUG)，那么决定此亮氨酸的密码子是由DNA模板链上的哪个碱基序列转录而来的()

A．GAU B．CAT C．CUA D．GAT

答案 D

解析tRNA上的反密码子与mRNA上的碱基互补，而决定氨基酸的密码子是mRNA上的碱基序列，故此亮氨酸的密码子是CUA，由DNA模板链上的GAT 转录而来。

5．把小鼠血红蛋白的mRNA加入到大肠杆菌提取液中，在一定条件下，能合成出小鼠的血红蛋白，这个事实说明()

A．控制蛋白质合成的基因位于mRNA上

B．小鼠的mRNA能使大肠杆菌向小鼠转化

C．所有生物共用一套密码子

D．小鼠的mRNA在大肠杆菌体内控制合成了小鼠的DNA

答案 C

解析将小鼠血红蛋白的mRNA加入到大肠杆菌提取液中，在一定条件下，合成出小鼠的血红蛋白，说明大肠杆菌以小鼠的mRNA为模板合成了蛋白质，即所有生物共用一套密码子。

6．如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．直接给该过程提供遗传信息的是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；翻译的产物是多肽，经过加工后形成蛋白质，而蛋白质不全是酶与激素；终止密码子不与氨基酸对应，所以没有与终止密码子对应的反密码子；氨基酸脱水缩合形成多肽时，此过程有水的生成。【巩固提升】

7．下图为细胞中多聚核糖体合成蛋白质的示意图，下列说法正确的是()

A．该过程表明生物体内少量的mRNA可以迅速合成出大量的蛋白质

B．该过程的模板是核糖核苷酸，原料是20种游离的氨基酸

C．该过程表明一个基因在短时间内可表达出多种多肽链

D．该过程中几条多肽链中氨基酸的顺序不一定相同

答案 A

解析一个mRNA上结合多个核糖体，各核糖体分别进行翻译，可以迅速合成出大量的蛋白质。翻译过程的模板是mRNA(核糖核酸)。图中各多肽链都是同一mRNA作模板翻译的产物，表达的是同一种多肽链，这些多肽链中氨基酸的顺序相同。

8．如图是有关真核细胞内遗传信息传递的过程，下列说法正确的是()

A．图①所示过程主要发生于细胞核中，其原料为核糖核苷酸

B．图2所示过程主要发生于核糖体中，其原料为氨基酸

C．图1中①是DNA聚合酶，图2中②是rRNA

D．图2所示多肽合成到Gly就终止，导致合成结束的终止密码子是UAG

答案 D

解析图1所示过程为DNA复制，其原料为脱氧核苷酸；图2所示过程为翻译，其唯一场所为核糖体；图1中①是解旋酶，图2中②是tRNA。

9．一个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()

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

解析已知mRNA上有m个碱基，其中G＋C＝n，则mRNA有A＋U＝m－n，

则其作为模板链的DNA单链上A＋T＝m－n，DNA双链中A＋T＝2(m－n)，因

为mRNA有m个碱基，则其可控制的蛋白质中氨基酸的数目最多为m

3，又知蛋

白质有两条肽链，则合成蛋白质时脱去的水分子数目为m

3－2。

10．一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽，则此mRNA分子至少含有的碱基个数及合成这段多肽需要的tRNA个数及转录此mRNA的基因中碱基数至少依次为()

A．331166 B．361272

C．123672 D．113666

答案 B

解析一条含有11个肽键的多肽，含有12个氨基酸。mRNA中三个碱基决定一个氨基酸，一个氨基酸至少有一种转运RNA来转运。因此，mRNA中至少含有36个碱基，12个转运RNA，DNA中至少含有72个碱基。

11．下面表示蜘蛛的丝腺细胞合成蛛丝蛋白的部分过程示意图，据图回答。

(1)在蛋白质合成过程中，该图表示的过程称为________，图中4的结构名称是________，该过程的模板是

________。

(2)由图中信息可推知DNA模板链上对应的碱基序列为________。

(3)根据图并参考下表分析：[1]________上携带的氨基酸是__________________。

答案(1)

(2)ACCCGATTTCGC

(3)tRNA丙氨酸

解析(1)图中所示过程为发生于核糖体中的“翻译”，4的名称为核糖体，翻译的模板是mRNA。(2)由mRNA上的UGGGCUAAAGCG，据碱基互补配对原则可写出DNA模板链上的碱基序列为ACCCGATTTCGC。(3)由mRNA中密码子为GCU并查得密码子表，可知[1]上携带的氨基酸为丙氨酸。

12．如图中左边为某种真菌线粒体中蛋白质的生物合成示意图，右边为其中一个生理过程的模式图。请回答下列问题。

(1)Ⅰ、Ⅱ代表的结构或物质分别是________、_______________________。

(2)完成①过程需要的物质是从细胞质进入细胞核的，它们是______________。

(3)从图中分析，基因表达过程中转录的发生场所有_________________。

(4)根据题中表格判断：Ⅲ为________(填名称)，携带的氨基酸是________。

若蛋白质2在线粒体内膜上发挥作用，推测其功能可能是参与有氧呼吸的第________阶段。

(5)用α-鹅膏蕈碱处理细胞后发现，细胞质基质中RNA含量显著减少，那么推测α-鹅膏蕈碱抑制的过程是________(填序号)。

线粒体功能________(填“会”或“不会”)受到影响。

(6)下图为题图中①过程示意图，图中的b和d在化学组成上的区别是__________________。

下图中a是一种酶分子，它能促进c的合成，其名称为_________________。

答案(1)核膜线粒体DNA(2)ATP、核糖核苷酸、酶(3)细胞核、线粒体

(4)tRNA苏氨酸三

(5)①会(6)前者所含的五碳糖为脱氧核糖，后者所含的五碳糖为核糖RNA 聚合酶

【走进高考】

13．(2013·新课标卷Ⅰ，1)关于蛋白质生物合成的叙述，正确的是()

A．一种tRNA可以携带多种氨基酸

B．DNA聚合酶是在细胞核中合成的

C．反密码子是位于mRNA上相邻的三个碱基

D．线粒体中的DNA能控制某些蛋白质的合成

答案 D

解析一种tRNA只能携带一种氨基酸，A项错误；DNA聚合酶是蛋白质，在细胞质中的核糖体上合成，B项错误；反密码子位于tRNA上，C项错误；线粒体是半自主性细胞器，其DNA能控制某些蛋白质的合成，D项正确。14．(2013·浙江卷，13)某生物基因表达过程如图所示。下列叙述与该图相符的是()

A．在RNA聚合酶作用下DNA双螺旋解开

B．DNA－RNA杂交区域中A应与T配对

C．mRNA翻译只能得到一条肽链

D．该过程发生在真核细胞中

答案 A

解析图示过程为DNA的转录和翻译过程，RNA聚合酶具有解旋功能，在RNA

聚合酶的作用下DNA双螺旋解开，同时开始mRNA的延伸，A项正确；DNA—RNA杂交区域中，DNA链上的碱基A与RNA链上的碱基U配对，B项错误；由图可知，多个核糖体结合在该mRNA上，翻译能得到多条相同的肽链，C项错误；根据图示，转录和翻译同时进行，发生在原核细胞中，D项错误。15．(2012·新课标卷，1)同一物种的两类细胞各产生一种分泌蛋白，组成这两种蛋白质的各种氨基酸含量相同，但排列顺序不同。其原因是参与这两种蛋白质合成的()

A．tRNA种类不同

B．mRNA碱基序列不同

C．核糖体成分不同

D．同一密码子所决定的氨基酸不同

答案 B

解析细胞内合成蛋白质过程中，tRNA种类和核糖体成分是相同的，A、C项错误；直接决定氨基酸顺序的是mRNA碱基序列，mRNA碱基序列不同，合成的氨基酸顺序也不同，B项正确；同一密码子决定的氨基酸是相同的，D项错误。16．(2011·江苏卷，7)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

解析转录是以DNA的一条链为模板、以核糖核苷酸为原料合成RNA的过程，A项正确；转录过程需要RNA聚合酶的催化，RNA聚合酶能首先识别并结合到启动子上，驱动基因转录出mRNA，B项正确；以mRNA为模板翻译合成蛋白质时移动的是核糖体，C项错误；一个氨基酸可以有几种不同的密码子，这样有时由于差错导致的密码子改变却不会改变氨基酸，从而保持生物性状的相对稳

定，D项正确。