2019-2020学年新教材高中生物第4章基因的表达素能提升课基因表达过程中的相关计算教学案

素能提升课基因表达过程中的相关计算
[核心精要]
1．依据：DNA(基因)、mRNA上碱基数目与氨基酸数目之间的关系
(1)图示：
(2)规律：蛋白质中氨基酸数目＝1/3 mRNA中碱基数目＝1/6 DNA(或基因)中碱基数目。

(3)计算公式：蛋白质中肽链数＋肽键数＝氨基酸数＝1/3 mRNA中碱基数＝1/6基因中碱基数。

2．计算中“最多”和“最少”的分析
(1)翻译时，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，则mRNA上的碱基数目是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最少有2n个碱基，该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。

[对点训练]
1．一个mRNA分子有m个碱基，其中(G＋C)有n个；由该mRNA指导合成的蛋白质有两条肽链。

则控制该mRNA合成的DNA分子至少含有的(A＋T)数、合成蛋白质时最多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
D[由题意可知，mRNA分子有m个碱基且(G＋C)的数目为n，则此mRNA分子中(A＋U)的数目为(m－n)，控制其合成的DNA分子模板链中(A＋T)的数目至少为(m－n)，整个双链DNA 分子中(A＋T)的数目至少为2(m－n)；由mRNA分子有m个碱基可知，以其为翻译模板可合成最多含m/3个氨基酸的蛋白质分子，题干中给出此蛋白质分子有两条肽链，脱去的水分子数最多应为m/3－2。

]
2．某DNA片段转录形成的mRNA分子中腺嘌呤(A)占碱基总数的10%，尿嘧啶(U)占碱基总数的30%，则转录出该mRNA的DNA片段中，腺嘌呤(A)所占的比例为( ) A．10% B．20%
C．30% D．40%
B[由题意可知，在该mRNA中，A＋U＝40%，则DNA分子中模板链中A＋T＝40%，则在整个DNA分子中A＋T＝40%，又知双链DNA中A＝T，所以该DNA片段中，A＝20%。

] 3．某蛋白质分子由一条含176个氨基酸的肽链构成。

下列叙述正确的是( )
A．参与合成该多肽的tRNA最多有61种
B．与该多肽合成有关的细胞器只有核糖体
C．组成该多肽的氨基酸至少有21种
D．该多肽的模板mRNA上决定氨基酸的密码子最多有64种
A[mRNA中密码子数决定肽链中氨基酸的个数，肽链中含有176个氨基酸，因此决定氨基酸的密码子数为176个，64种密码子中决定氨基酸的密码子有61种，所以该多肽的模板mRNA上决定氨基酸的密码子最多有61种；由于密码子和反密码子之间碱基互补配对，故参与合成该多肽的tRNA最多有61种；参与合成该多肽的细胞器是核糖体和线粒体；组成该多肽的氨基酸最多有21种。

综上所述，A项正确。

]
4．已知一个蛋白质分子由4条肽链组成，连接蛋白质分子中氨基酸的肽键共有396个，翻译成这个蛋白质分子的mRNA中的U和C共800个，则转录成mRNA的DNA分子中，G和A最少共有( )
A．600个B．1 200个
C．800个D．1 600个
B[4条肽链有396个肽键，说明共有400个氨基酸，则mRNA碱基数至少为400×3＝1 200(个)，DNA中碱基数至少为400×3×2＝2 400(个)，又知(G＋A)之和为DNA总碱基数的一半，则DNA分子中G和A最少共有1 200个。

]
5．现代生物工程能够实现通过已知蛋白质的氨基酸序列来人工合成基因。

现已知人体生长激素共含190个肽键(单链)，假设与其对应的mRNA序列中有A和U共313个，则合成的生长激素基因中G至少有( )
A．130个B．260个
C．313个D．无法确定
B[由题意可知，此蛋白质由191个氨基酸脱水缩合而成，控制其合成的mRNA中最少有573个碱基，又知mRNA中A＋U为313个，所以mRNA中G＋C为573－313＝260(个)，故DNA 的两条链中G＋C共有520个，即该基因中G至少有260个。

]
6．一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽，则此mRNA分子含有的碱基个数、合成这段多肽需要的tRNA个数及转录此mRNA的基因中碱基个数至少依次为( )
A．33 11 66 B．36 12 72
C．12 36 72 D．11 36 66
B[一条含有11个肽键的多肽，则含有12个氨基酸。

mRNA中每3个相邻的碱基决定一个氨基酸；一个氨基酸需要一个tRNA来转运。

因此，mRNA中至少含有36个碱基，至少需要12个tRNA，DNA中至少含有72个碱基。

]
7．某DNA分子共有1 200对碱基，A＋T占46%，其中一条链中G和T分别占22%和28%，则由该链转录的mRNA中G所占比例和其翻译产物中含氨基酸的数目最多分别是( ) A．32% 400个B．32% 200个
C．18% 200个D．22% 400个
A[DNA分子中A＋T占46%，则每条链中A＋T占46%，G＋C占54%。

已知一条链中G和T分别为22%和28%，则该链中A和C分别为18%和32%。

则以此链为模板转录的mRNA中G占32%。

由DNA碱基数目∶RNA碱基数目∶氨基酸数目＝6∶3∶1可知，其翻译产物中含氨基酸的数目最多为1200×2÷6＝400(个)。

]
8．下图表示真核细胞内的三个重要生理过程，请据图回答下列问题：
甲乙丙
(1)图甲所示为________过程，从结果分析该过程的特点是________，在正常情况下，甲图中碱基的排列顺序相同的单链是________。

(2)在图甲所示的一个DNA分子片段中腺嘌呤和胸腺嘧啶之和占碱基总数的44%，其中一条链(a)上的鸟嘌呤占该链碱基总数的21%，那么，对应的另一条互补链(b)上的鸟嘌呤占b链碱基总数的比例是________。

(3)在玉米的叶肉细胞中能发生过程乙的场所有_____________；过程乙________(填“能”或“不能”)发生在哺乳动物成熟的红细胞中。

(4)图乙中f的碱基种类与图丙中的________相同，图乙中的RNA聚合酶结合位点位于分子________上，起始密码和终止密码位于图乙中的________分子上。

(填字母)。

(5)如果图丙中的k由351个基本单位构成，则对应合成完整的n链，最多需要脱掉
________个水分子。

[解析](1)DNA复制以DNA的两条链为模板，转录以DNA的一条链为模板，翻译以mRNA 为模板。

故甲、乙、丙分别表示DNA复制、转录、翻译过程。

a和d分别是亲代DNA分子的两条链，二者的碱基序列呈互补关系，因此a和c、b和d上的碱基序列相同。

(2)整个DNA分子中(A＋T)占44%，则(G＋C)占56%，其中一条链上(G＋C)也占该链碱基总数的56%，又因为其中一条链(a)上的G占该链碱基总数的21%，所以与a链对应的互补链(b)上的G占b链碱基总数的比例为56%－21%＝35%。

(3)玉米的叶肉细胞中能发生转录的场所包括细胞核、线粒体和叶绿体；哺乳动物成熟的红细胞内没有细胞核和细胞器，不会发生过程乙。

(4)图乙中f是
RNA，图丙中k是mRNA，二者碱基种类相同；转录时RNA聚合酶与DNA模板链上的特定位点结合启动转录过程，密码子位于mRNA上。

(5)k链由351个基本单位构成，则最多对应117个密码子，最多对应117个氨基酸，脱掉116个水分子。

[答案](1)DNA复制半保留复制a和c、b和d (2)35% (3)细胞核、线粒体、叶绿体不能(4)k e f (5)116。