2024年高中生物新教材同步必修第二册 第4章　第1节　第1课时　RNA的结构和功能、遗传信息的转录

第1节基因指导蛋白质的合成第1课时RNA的结构和功能、遗传信息的转录[学习目标]1.概述RNA的结构、种类和功能。2.概述遗传信息转录的过程。一、RNA的结构和功能1．RNA的组成2．DNA和RNA的比较比较项目DNARNA分布主要是细胞核主要是细胞质基本单位脱氧核苷酸核糖核苷酸化学组成磷酸一分子磷酸一分子磷酸五碳糖脱氧核糖核糖碱基A、T、G、CA、U、G、C结构双螺旋结构一般为单链3.RNA的种类和功能种类功能示意图mRNA作为DNA的信使，是蛋白质合成的模板rRNA核糖体的组成成分tRNA转运氨基酸，识别密码子判断正误(1)核糖核酸是组成RNA的基本单位，一共有4种()(2)RNA一般是单链，所以RNA都不含有氢键()答案(1)×(2)×解析(1)核糖核苷酸是组成RNA的基本单位。(2)tRNA的局部含有氢键。任务一：信使物质是RNA的实验证据和原因1．信使物质是RNA的实验证据实验1：科学家用洋葱根尖和变形虫进行了实验，发现若加入RNA酶降解细胞中的RNA，则蛋白质合成就停止，若再加入从酵母中提取的RNA，则又可以重新合成一些蛋白质。实验2：科学家经过实验发现，用噬菌体侵染细菌，在培养基中添加含14C标记的尿嘧啶，培养一段时间后，把细菌裂解离心，分离出RNA与核糖体。分离出来的RNA有14C标记，将分离得到的RNA分别与细菌的DNA和噬菌体的DNA杂交(杂交的原理是碱基互补配对原则)，发现RNA只能与噬菌体DNA形成双链杂交分子。(1)根据实验1可以得出什么结论？提示蛋白质的合成依赖于RNA。(2)实验2为什么选择14C的尿嘧啶作为标记物？提示尿嘧啶是RNA特有的碱基，实验中用14C－U作为标记物可以标记新合成的RNA。(3)实验2中分离出的含14C标记的RNA，能与噬菌体的DNA分子形成杂交分子，不能与细菌的DNA结合，说明什么问题？提示新合成的RNA是以噬菌体的DNA为模板合成的。(4)综合实验1和实验2，尝试写出DNA控制蛋白质合成的过程？提示DNA→RNA→蛋白质。2．为什么RNA适于作DNA的信使？提示(1)RNA的分子结构与DNA很相似，也是由基本单位——核苷酸连接而成的，也能储存遗传信息。(2)RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。1．下列关于RNA的叙述，错误的是()A．有些RNA可催化细胞内的某些生化反应B．RNA的基本单位由磷酸、核糖和含氮碱基组成C．RNA参与构成核糖体D．RNA参与构成细胞膜答案D解析有些酶的化学本质为RNA；RNA的基本单位是核糖核苷酸，由磷酸、核糖和含氮碱基组成；rRNA参与构成核糖体。2．(2022·贵州遵义高一期中)下列关于DNA和RNA的叙述，错误的是()A．DNA和RNA都能携带生物的遗传信息B．真核细胞中RNA主要分布在细胞质中C．原核细胞中同时含有DNA和RNA分子D．RNA分子彻底水解的产物有5种答案D解析RNA彻底水解的产物是核糖、磷酸和4种含氮碱基，共6种，D错误。二、遗传信息的转录1．概念：RNA是在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的，这一过程叫作转录。2．过程判断正误(1)转录只发生在细胞核内()(2)遗传信息转录的产物只有mRNA()(3)转录以DNA的两条链作为模板，以4种核糖核苷酸为原料()(4)转录是以DNA完整的一条链为模板合成RNA的过程()答案(1)×(2)×(3)×(4)×解析(1)转录可发生于细胞核、线粒体和叶绿体内。(2)转录的产物有mRNA、tRNA和rRNA。(3)转录以DNA的一条链作为模板。(4)转录是以DNA的一条链为模板合成RNA的过程，而基因通常是有遗传效应的DNA片段。任务二：转录的过程和转录与DNA复制的比较1．遗传信息的转录如图表示某真核生物细胞内DNA的转录过程，请据图分析回答下列问题：(1)图中遗传信息的转录方向为←(用“→”或“←”表示)；RNA链延伸的方向是由5′－端到3′－端。(2)a为启动上述过程必需的有机物，其名称是RNA聚合酶，其作用：①作用于氢键，使DNA双螺旋解开；②催化核糖核苷酸连接到RNA链上(形成磷酸二酯键)。(3)b和c的名称分别是胞嘧啶脱氧核苷酸、胞嘧啶核糖核苷酸。(4)此过程中的碱基配对方式为A—U、T—A、C—G、G—C。2．真核细胞的转录及与DNA复制的比较(1)转录与DNA复制有什么共同之处？这对遗传信息的转录有什么意义？提示转录与复制都需要模板、能量、酶，都遵循碱基互补配对原则；这保证了遗传信息的准确转录。(2)与DNA复制相比，转录所需要的原料和酶各有什么不同？提示DNA复制所需要的原料是4种游离的脱氧核苷酸，所需要的酶是解旋酶和DNA聚合酶；转录所需要的原料是4种游离的核糖核苷酸，所需要的酶是RNA聚合酶。(3)转录时，DNA的一条链作为转录的模板链，可为反意义链，与其互补的另一条链称为有意义链。如图表示一个DNA分子的片段，讨论相关问题。5′－TACGCTCCGTACCC－3′非模板链(有意义链)3′－ATGCGAGGCATGGG－5′模板链(反意义链)①写出该片段转录出的mRNA中的碱基排列顺序。提示5′－UACGCUCCGUACCC－3′。②转录出的mRNA碱基序列与DNA模板链的碱基序列有什么关系？提示转录出的mRNA的碱基与DNA模板链的碱基是互补配对的关系。③转录出的mRNA碱基序列与DNA非模板链的碱基序列有哪些异同？提示转录出的mRNA碱基序列与DNA非模板链的碱基序列基本相同，区别是RNA链上的碱基U，对应在非模板链上的碱基是T。1．DNA复制和转录的比较项目DNA复制转录时间细胞分裂前的间期生长发育过程场所主要在细胞核或拟核中，少部分在线粒体、叶绿体、质粒中解旋完全解旋只解有遗传效应的片段(基因)模板DNA的两条链均为模板DNA的一条链上某片段原料四种脱氧核苷酸四种核糖核苷酸酶解旋酶、DNA聚合酶等RNA聚合酶等配对方式A—T、T—A、C—G、G—CA—U、C—G、T—A、G—C特点半保留复制，边解旋边复制边解旋边转录方向新链从5′－端→3′－端延伸产物2个子代DNA分子mRNA、tRNA、rRNA意义使遗传信息从亲代传递给子代，从而保持了遗传信息的连续性遗传信息从DNA传递到RNA(mRNA)上，为翻译作准备2．有关转录的问题分析(1)转录不是转录整个DNA，是转录其中的基因。(2)转录时不需要解旋酶。(3)完成正常使命的RNA易迅速降解，从而保证生命活动的有序进行。(4)线粒体、叶绿体中也可进行转录。(5)细胞核中转录形成的RNA通过核孔进入细胞质，穿过0层膜，需要消耗能量。(6)转录时，边解旋边转录，单链转录。3．(2023·上海静安区高一联考)如图为真核生物细胞核内转录过程的示意图，下列说法不正确的是()A．①链的碱基A与②链的碱基U互补配对B．②是以4种核糖核苷酸为原料合成的C．如果③表示酶分子，则它的名称是RNA聚合酶D．转录完成后，②需要通过两层生物膜才能与核糖体结合答案D解析转录完成后，②mRNA通过核孔进入细胞质，穿过0层生物膜。4．如图中甲、乙表示真核生物遗传信息传递的两个过程，丙为其中部分片段的放大示意图。下列有关分析正确的是()A．图中酶1和酶2是同一种酶B．图丙中b链可能是构成核糖体的成分C．图丙是图甲的部分片段放大D．图乙所示过程在高度分化的细胞中不会发生答案B解析图甲所示过程是DNA的复制，其中酶1为DNA聚合酶；图乙所示过程是(在RNA聚合酶作用下)以DNA的一条链为模板，合成RNA的过程，即转录，其中酶2为RNA聚合酶，A错误。图丙中a链含有碱基T，属于DNA链，b链含有碱基U，属于RNA链。核糖体由蛋白质和rRNA组成，所以b链可能是构成核糖体的成分，B正确。图丙中一条链为DNA链，一条链为RNA链，而图甲所示为DNA的复制过程，因此图丙不是图甲的部分片段放大，C错误。转录在高度分化的细胞中仍会发生，因为细胞内的成分在不停更新，需要RNA和蛋白质，D错误。题组一RNA的结构和功能1．下列关于RNA的结构和功能的叙述，错误的是()A．所有RNA中都不含氢键B．RNA含有的五碳糖是核糖C．RNA能在细胞内传递遗传信息，也能携带氨基酸D．某些RNA能在细胞内催化化学反应答案A解析tRNA中含有氢键，A错误。2．如图为三种RNA示意图，下列相关叙述错误的是()A．合成三种RNA都遵循碱基互补配对原则B．三种RNA都可通过转录形成C．甲中没有碱基对，但乙和丙中含有D．甲可以传递遗传信息，但乙和丙不能答案C解析RNA一般都是单链，甲和乙中都不含碱基对，丙中部分区段会发生碱基互补配对，含有碱基对，C错误。3．乙肝病毒和艾滋病病毒的遗传物质分别是DNA和RNA。下列有关DNA和RNA的比较中，正确的是()A．从元素组成上，DNA和RNA的元素组成不相同B．从化学组成上，DNA与RNA的碱基种类完全不同C．从结构上，DNA多为双链结构，RNA通常为单链结构D．从分布上，真核细胞中的DNA全部存在于细胞核中，RNA全部存在于细胞质中答案C解析DNA和RNA的组成元素都是C、H、O、N、P，A错误；组成DNA的碱基为A、C、G、T，而组成RNA的碱基为A、C、G、U，因此两者的碱基种类不完全相同，而不是完全不同，B错误；真核细胞的DNA主要存在于细胞核中，RNA主要存在于细胞质中，D错误。题组二遗传信息的转录4．(2023·贵州贵阳高一期末)一条DNA单链的序列是5′—GATACC—3′，那么以它为模板转录成的信使RNA的序列是()A．5′—CUAUGG—3′B．5′—GATACC—3′C．5′—GGUAUC—3′D．5′—CCATAG—3′答案C解析转录是以DNA的一条链为模板合成RNA的过程，该过程中遵循A—U、T—A、G—C、C—G的碱基互补配对原则。一条DNA单链的序列是5′—GATACC—3′，那么以它为模板转录成的信使RNA的序列是3′—CUAUGG—5′，即5′—GGUAUC—3′。5．(2023·河北承德高一期末)解旋酶和RNA聚合酶都有解旋功能。下列有关这两种酶的作用特点的说法，正确的是()A．两种酶都对DNA分子进行全部解旋B．两种酶都对DNA分子进行局部解旋C．前者对DNA分子全部解旋，后者对DNA分子局部解旋D．前者对DNA分子局部解旋，后者对DNA分子全部解旋答案C解析在DNA复制过程中，解旋酶可将DNA的两条链解开，边解旋边复制，直至将DNA分子的两条链全部解开，全部复制，而在转录过程中，RNA聚合酶将DNA的两条链解开，边解旋边转录，由于转录以DNA的一条链为模板，DNA分子上分布着多个基因，基因通常是有遗传效应的DNA片段，因此转录的片段只是DNA的一部分，故RNA聚合酶只对DNA分子局部解旋，C正确。6．如图表示在人体细胞核中进行的某一生命过程，据图分析，下列说法正确的是()A．该过程仅发生在细胞核内B．该过程与DNA复制时碱基互补配对方式完全相同C．该过程涉及ATP的消耗D．该过程需要DNA聚合酶答案C解析题图中正在合成的单链含有碱基U，说明该链为RNA，据此结合题意可知，图示为人体细胞核中发生的转录过程，其中的酶为RNA聚合酶，DNA单链为转录时的模板链，游离的核糖核苷酸为转录的原料。该过程主要发生在细胞核内，此外还可以发生在人体细胞的线粒体中，A错误；该过程与DNA复制时碱基互补配对方式不完全相同，该过程中存在A—U的碱基互补配对方式，而DNA复制过程中没有A—U的碱基互补配对方式，B错误；转录时需要RNA聚合酶，不需要DNA聚合酶，D错误。7.如图为真核生物细胞核内转录过程的示意图。下列相关叙述正确的是()A．①是RNA聚合酶，其在模板DNA链上的移动方向为5′－端→3′－端B．②是四种类型的脱氧核糖核苷酸C．③区域的嘌呤数和嘧啶数相等D．④处的DNA双螺旋正在解开答案C解析RNA聚合酶在模板DNA链上的移动方向为3′－端→5′－端，A错误；②是四种类型的核糖核苷酸，B错误；③区域为由DNA模板链和mRNA形成的双链结构，其中的嘌呤数和嘧啶数相等，C正确；④处的DNA双螺旋正在形成，D错误。8．(2023·广西贺州高一期末)DNA的复制和转录是遗传信息传递的两个重要生理过程。下列相关叙述正确的是()A．两个过程均只发生在细胞分裂前的间期B．两个过程均可发生在细胞核、线粒体和叶绿体中C．两个过程均以DNA分子的两条链为模板合成其产物D．两个过程所需要的原料相同答案B解析转录可发生在细胞整个生命活动中，A错误；细胞核中可以进行转录和DNA的复制，线粒体和叶绿体中含有DNA，也可以发生转录和DNA的复制过程，B正确；转录是在RNA聚合酶作用下，以DNA分子的一条链为模板合成RNA的过程，C错误；DNA复制所需要的原料是4种脱氧核苷酸，转录所需要的原料是4种核糖核苷酸，D错误。9．某双链DNA中，G与C之和占全部碱基总数的34%，其一条链中的T与C分别占该链碱基总数的32%和18%，则在它转录的mRNA中，U和C分别占该链碱基总数的()A．34%和18% B．34%和16%C．16%和34% D．32%和18%答案B解析已知某双链DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的34%，则C＝G＝17%，A＝T＝50%－17%＝33%。其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的32%和18%，即T1＝32%、C1＝18%，则该链上G1＝34%－C1＝16%，A1＝1－32%－18%－16%＝34%，根据碱基互补配对原则，则在它转录的mRNA中，U＝A1＝34%，C＝G1＝16%。10．甲、乙图表示真核细胞内两种物质的合成过程，下列叙述错误的是()A．甲所示过程为DNA复制，图示表明复制可以从多个起点双向复制B．乙所示过程为转录，图示表明DNA分子的两条链都可以做模板链C．甲、乙所示过程中DNA分子解旋都消耗细胞内能量并需要解旋酶D．一个细胞周期中，甲过程在每个起点只起始一次，乙过程可起始多次答案C解析图甲为DNA的复制，且从图甲中可以看出该过程中DNA复制可以从多个起点双向复制，A正确；图乙分别只以DNA一条链作为模板，各生成一条单链，符合转录的过程特点，所以乙所示过程为转录，且图示表明DNA分子的两条链都可以作为合成不同RNA的模板链，B正确；甲、乙所示过程中DNA分子解旋都消耗细胞内能量，但图乙中，转录不需要解旋酶，需要RNA聚合酶，C错误；一个细胞周期中，DNA复制一次，但可以转录多次，形成多个mRNA，所以一个细胞周期中，甲过程在每个起点只起始一次，乙过程可起始多次，D正确。11．(2023·河北石家庄高一期末)下列关于真核细胞中转录的叙述，不正确的是()A．转录形成的mRNA分子通过核孔进入细胞质B．不同细胞中转录形成的mRNA不完全相同C．在细胞分裂期，染色体高度螺旋化后，基因转录水平上升D．转录出的RNA链与模板链的对应区域会形成氢键答案C解析转录时需要将DNA双螺旋的两条链解开，而分裂期染色体高度螺旋化是不利于解旋的，因此基因转录水平下降，C错误。12．转录因子蛋白能通过与DNA的结合来开启或关闭基因的表达，转录因子与RNA聚合酶形成转录起始复合体，共同参与转录的重要过程。大多数时候，机体内的DNA均能正确复制，但有时也因碱基间的错配而发生差错形成错配区段。最新研究发现，转录因子有一种能与DNA的错配部分强烈结合的倾向，而这会诱发包括癌症在内的多种疾病的发生。下列相关叙述正确的是()A．转录产生的RNA都可作为蛋白质合成的模板B．转录因子会诱发DNA复制差错，从而导致癌症的发生C．对错配DNA区段上的基因转录时，转录因子只起开启作用D．转录因子可通过核孔进入细胞核发挥调控基因表达的作用答案D解析转录产生的RNA只有mRNA可作为蛋白质合成的模板，A错误；转录因子不会诱发DNA复制差错，B错误；对错配DNA区段上的基因转录时，转录因子起开启或关闭的作用，C错误。13．(2023·广东揭阳高一质检)如图为某真核生物中DNA分子的一段碱基序列，请分析回答下列问题：(1)转录时遵循__________________________原则，若以图中的b链为模板进行转录，得到的mRNA的碱基序列是____________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)转录的主要场所是____________，原料是__________________，提供能量的物质是____________，需要在____________酶的作用下进行。(3)转录的产物除mRNA外，还有____________，其具有转运氨基酸的功能；还有____________，其参与构成____________(填细胞器)。答案(1)碱基互补配对GGCCUGAAGAGAAGU(2)细胞核4种核糖核苷酸ATPRNA聚合(3)tRNArRNA核糖体14．(2023·江苏苏州高一期中)某些情况下，原核细胞的个别基因转录形成的mRNA分子未与DNA链分离，形成RNA－DN