3 第19讲 基因的表达.docx

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3第19讲基因的表达

第19讲　基因的表达

考点1　遗传信息的转录和翻译

1．RNA的组成、结构与功能

2．遗传信息的转录

3．遗传信息的翻译

（必修2P65“思考与讨论”T3改编）组成蛋白质的20种氨基酸应对应多少种密码子？

由此推知一种氨基酸可能对应多个密码子，这对生物体的生存发展有何意义？

答案：

20种氨基酸共对应61种密码子，其意义主要表现为以下两方面：

（1）增强容错性：

当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸，因而有利于蛋白质或性状的稳定。

（2）保证翻译速度：

当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码一种氨基酸可以保证翻译的速度。

【真题例证·体验】

（2019·高考全国卷Ⅰ）用体外实验的方法可合成多肽链。

已知苯丙氨酸的密码子是UUU，若要在体外合成同位素标记的多肽链，所需的材料组合是（　　）

①同位素标记的tRNA

②蛋白质合成所需的酶

③同位素标记的苯丙氨酸

④人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸

⑤除去了DNA和mRNA的细胞裂解液

A．①②④　　　　　　　　　B．②③④

C．③④⑤D．①③⑤

解析：

选C。

体外合成同位素标记的多肽链需以标记的氨基酸（同位素标记的苯丙氨酸等）为原料，以RNA（人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸）为模板，除去了DNA和mRNA的细胞裂解液既可防止DNA和mRNA对体外多肽链合成过程的干扰，又可提供翻译过程所需的核糖体、tRNA、酶等。

【考法纵览·诊断】

（1）mRNA上碱基改变即可改变肽链中的氨基酸序列

[2018·全国卷Ⅲ，T30节选改编]（×）

（2）原核细胞和真核细胞中基因表达出蛋白质都需要DNA和RNA的参与

[2018·江苏卷，T3D]（√）

（3）真核细胞内DNA和RNA的合成都在细胞核内完成

[2018·江苏卷，T3B]（×）

（4）tRNA、rRNA和mRNA都从DNA转录而来

[2017·全国卷Ⅲ，T1A]（√）

（5）同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生

[2017·全国卷Ⅲ，T1B]（√）

（6）真核生物基因表达的过程即是蛋白质合成的过程

[2017·海南卷，T25C]（×）

（7）一个基因的两条DNA链可转录出两条相同的RNA

[2017·海南卷，T25D]（×）

（8）DNA双链不能解开，则DNA复制发生障碍，此时，DNA转录仍可发生，蛋白质合成不受影响

[2016·全国卷Ⅱ，T2改编]（×）

【长句应答·特训】

仔细观察下面两图，思考并回答下列问题：

（1）两图中a～f分别表示的物质或结构是什么？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）两图显示的是何种生理过程？

它们的差异是什么？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）大肠杆菌可进行上述哪个过程，图1还是图2？

判断依据是什么？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）一个mRNA可同时结合多个核糖体形成多聚核糖体。

其意义是_______________。

（5）翻译的方向为图1从左向右，图2________，判断依据是_____________________。

答案：

（1）a～f依次为mRNA、核糖体、多肽链、DNA、mRNA、RNA聚合酶

（2）图示过程为转录和翻译；两图的区别在于图1所示转录、翻译过程有“时空”差异，即转录在细胞核，时间在前；翻译在核糖体，时间在后。

图2所示转录、翻译同时进行

（3）图2；大肠杆菌为原核生物，其转录与翻译是同时进行的，只能进行图2过程不能进行图1过程（图1在细胞核中转录，在细胞质中翻译）

（4）少量的mRNA分子可以迅速合成大量蛋白质

（5）从右向左　多肽链的长短，肽链长的翻译在前

1．遗传信息、密码子与反密码子的辨析

（1）概念辨析

项目

实质区别

联系

遗传信息

DNA中脱氧核苷酸的排列顺序

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；

②密码子直接控制蛋白质分子中氨基酸的排列顺序，反密码子则起到翻译的作用

密码子

mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基

反密码子

位于tRNA上的能与mRNA上对应的密码子相配对的三个碱基

（2）数量关系

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

②除终止密码子外，一种密码子只能决定一种氨基酸。

③密码子有64种（3种终止密码子，61种决定氨基酸的密码子）。

2．“两看法”判断真核生物和原核生物基因表达过程图

3．理顺基因表达中的相关数量关系

（1）DNA碱基数∶mRNA碱基数∶氨基酸数＝6∶3∶1

（2）关注计算中的“最多”和“最少”问题

①mRNA上碱基数目与蛋白质中氨基酸的数目关系：

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

②DNA上的碱基数目与蛋白质中的氨基酸的数目关系：

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倍多。

③不能忽略“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指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。

DNA与RNA的比较

生命观念

1．（2020·浙江杭州教学质量检测）下列关于真核细胞内DNA和RNA的叙述，正确的是（　　）

A．相同的rRNA分子在不同细胞中参与构成的细胞器不同

B．相同的mRNA分子在不同细胞中合成的蛋白质不同

C．相同的tRNA分子在不同细胞中转运的氨基酸不同

D．相同的DNA分子在不同细胞中的转录产物可能不同

解析：

选D。

相同的rRNA分子在不同细胞中参与构成的细胞器相同，都是核糖体，A错误；所有生物共用一套遗传密码，所以相同的mRNA分子在不同细胞中合成的蛋白质相同，相同的tRNA分子在不同细胞中转运的氨基酸也相同，B、C错误；细胞内的基因具有选择性表达的特点，所以相同的DNA分子在不同细胞中的转录产物可能不同，D正确。

2．（2020·山东青岛城阳期中）下图分别为DNA、tRNA的结构示意图。

下列叙述不正确的是（　　）

A．图示DNA分子中的⑤为氢键，tRNA中的b为磷酸二酯键

B．DNA分子复制、切割目的基因片段时分别破坏的化学键为⑤⑥

C．tRNA是由三个核糖核苷酸连接成的单链分子

D．c处表示反密码子，可以与mRNA的碱基互补配对

解析：

选C。

题图中⑤为氢键，⑥为磷酸二酯键，b指在tRNA臂上，若代表化学键，只能是磷酸二酯键；DNA分子复制和切割目的基因片段时破坏的化学键分别是⑤氢键和脱氧核苷酸之间的⑥磷酸二酯键；tRNA是由多个核糖核苷酸连接成的三叶草结构。

DNA的复制、转录和翻译的比较

生命观念、科学思维

3．（2020·江苏徐州一中月考）下图甲、乙表示某生物遗传信息传递和表达过程，下列叙述正确的是（　　）

A．甲、乙所示过程可在细胞同一场所发生

B．甲过程需要4种核糖核苷酸、酶、能量等条件

C．图乙所示碱基配对情况相同

D．图乙过程合成的肽链长度不同

解析：

选A。

图中甲表示DNA的复制，乙表示同时进行的转录和翻译，原核细胞中甲、乙可以在同一场所发生，A正确；DNA的复制需要的原料是4种脱氧核苷酸，B错误；转录过程中的碱基配对为T—A、A—U、C—G、G—C，翻译过程中的碱基配对为U—A、A—U、C—G、G—C，二者不完全相同，C错误；图乙合成的各条肽链是以同一条mRNA为模板合成的，长度相等，D错误。

4．（2020·安徽合肥高三模拟）下图表示蓝藻DNA上遗传信息、密码子、反密码子间的对应关系，下列说法正确的是（　　）

A．由上图分析可知①链应为DNA的α链

B．DNA形成②的过程发生的场所是细胞核

C．酪氨酸和天冬氨酸的密码子分别是AUG、CUA

D．图中②与③配对的过程需要在核糖体上进行

解析：

选D。

根据碱基互补配对原则可知，①链是β链，A错误；由于蓝藻属于原核生物，没有核膜包被的细胞核，所以DNA形成②的过程发生在拟核中，B错误；tRNA一端三个相邻的碱基是反密码子，密码子在mRNA上，C错误；题图中②与③配对的过程是翻译，需要在核糖体上进行，D正确。

基因表达中的相关计算

科学思维

5．（2020·北京海淀区调研）已知一个蛋白质分子由2条多肽链组成，共含有198个肽键，翻译形成该蛋白质分子的mRNA中有A和G共200个，则转录形成该mRNA的基因中，最少应含有C和T的个数是（　　）

A．200　　　　　　　　　　B．400

C．600D．800

解析：

选C。

6．（2020·泰安质检）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

解析：

选D。

mRNA分子中有m个碱基，其中G＋C的数目为n个，推出A＋U的数目为m－n个，故DNA中A＋T的数目为2（m－n）。

根据mRNA碱基数目∶蛋白质中氨基酸数目＝3∶1可知，氨基酸数目为m/3，则脱去的水分子数＝氨基酸数－肽链数＝（m/3）－2。

“三步法”解答基因表达中的计算题

第一步：

做图。

通常只需画出下图甲，但当涉及转录、逆转录、翻译时还要画出图乙。

（1）上述图甲代表的是一个DNA分子，α、β代表它的两条脱氧核苷酸链；图乙代表的是以该DNA分子的α链为模板转录出的一个RNA分子。

（2）上述图甲中的A、G、C、T代表4种脱氧核苷酸（或碱基），x、y、z、w代表数量；图乙中的U、C、G、A代表4种核糖核苷酸（或碱基），x、y、z、w代表数量。

第二步：

转换。

即根据第一步做出的图，把题干给出的条件转换成数学等式。

第三步：

计算。

即根据题干的要求，结合第二步中的数学等式，求出相应的数值。

考点2　基因对性状的控制

1．中心法则的内容与发展

2．基因控制生物性状的途径

3．基因与性状的关系整合

（1）一个基因

一种性状（多数性状受单基因控制）。

（2）一个基因

多种性状（如基因间相互作用）。

（3）多个基因

一种性状（如身高、体重等）。

（4）生物的性状还受环境条件的影响，生物性状是基因型和环境条件共同作用的结果，如水毛茛，其裸露于空气中的叶为卵形，而沉于水中的叶却为丝状。

（必修2P78“知识迁移”改编）抗生素等抗菌剂的抑菌或杀菌作用，主要有4大类作用机理：

（1）阻碍细菌细胞壁的合成：

哺乳动物的细胞没有______________________，不受这类药物的影响。

（2）与细菌细胞膜相互作用：

让细菌内部的有益物质漏出菌体或电解质平衡失调而死亡。

（3）与细菌核糖体或tRNA、mRNA相互作用：

抑制________的合成。

（4）阻碍细菌DNA的复制和转录：

阻碍________将导致细菌细胞分裂、繁殖受阻，阻碍________成mRNA则导致后续的mRNA翻译合成蛋白质的过程受阻。

答案：

（1）细胞壁　（3）蛋白质　（4）DNA复制　DNA转录

【真题例证·体验】

（2018·高考海南卷）关于复制、转录和逆转录的叙述，下列说法错误的是（　　）

A．逆转录和DNA复制的产物都是DNA

B．转录需要RNA聚合酶，逆转录需要逆转录酶

C．转录和逆转录所需要的反应物都是核糖核苷酸

D．细胞核中的DNA复制和转录都以DNA为模板

答案：

C

【考法纵览·诊断】

（1）原核细胞内DNA的合成都需要DNA片段作为引物

[2018·江苏卷，T3A]（×）

（2）细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生

[2017·全国Ⅲ卷，T1C]（×）

（3）HIV的遗传物质可以作为合成DNA的模板

[2017·海南卷，T25B]（√）

【长句应答·特训】

油菜植物体内的中间代谢产物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）运向种子后有两条转变途径，如图甲所示，其中酶a和酶b分别由基因A和基因B控制合成。

（1）据图甲分析可知，提高油菜产油量的基本思路是___________________________。

（2）图乙表示基因B，α链是转录链，经诱导β链也能转录，从而形成双链mRNA，转录出的双链mRNA与图乙基因在化学组成上的区别是_________________________________。

（3）基因B经诱导后转录出mRNA就能提高产油量的理由是_____________________。

答案：

（1）抑制酶b合成（活性），促进酶a合成（活性）

（2）mRNA中不含T含U，五碳糖为核糖

（3）双链mRNA不能翻译（不能与核糖体结合）形成酶b，而细胞能正常合成酶a，故生成的油脂比例高

中心法则各生理过程确认的三大依据

基因对性状的控制

生命观念、科学思维

1．下图为人体内基因对性状的控制过程，据图分析可知，下列叙述正确的是（　　）

A．基因1和基因2一般不会出现在人体内的同一个细胞中

B．图中①过程需RNA聚合酶的催化，②过程需tRNA的协助

C．④⑤过程的结果存在差异的根本原因是血红蛋白结构的不同

D．①②③过程表明基因通过控制酶的合成来控制生物体的所有性状

解析：

选B。

同一个体的体细胞都是由受精卵经有丝分裂产生的，所含基因相同，A项错误。

①过程为转录，②过程为翻译，转录合成RNA，需要RNA聚合酶的催化；翻译合成多肽，需要tRNA转运氨基酸，B项正确。

基因2通过控制蛋白质的合成来控制生物体的性状，故④⑤过程的结果存在差异的根本原因是发生了基因突变，C项错误。

①②③过程表明基因通过控制酶的合成来控制生物体的代谢过程，进而控制生物体的部分性状，D项错误。

2．（2020·襄阳模拟）人类白化病和苯丙酮尿症是由代谢异常引起的疾病，下图表示在人体代谢中产生这两类疾病的过程。

由图中不能得出的结论是（　　）

A．基因可以通过控制蛋白质的结构来控制生物的性状

B．基因可以通过控制酶的合成来控制生物的性状

C．一个基因可以控制多种性状

D．一个性状可以由多个基因控制

解析：

选A。

苯丙酮酸、多巴胺和黑色素的异常与酶的合成有密切的关系，而酶的合成是由基因控制的；若基因1发生变化，则多巴胺和黑色素的合成都受影响；多巴胺和黑色素的合成也都受多个基因的控制。

3．（不定项）（2021·预测）某细胞中有关物质合成如下图所示，①～⑤表示生理过程，Ⅰ、Ⅱ表示结构或物质。

据图分析，下列叙述正确的是（　　）

A．用某药物抑制②过程，该细胞的有氧呼吸将受影响

B．物质Ⅱ上也具有基因，此处基因的遗传遵循孟德尔定律

C．①④为同一生理过程，需要解旋酶和DNA聚合酶

D．③⑤为同一生理过程，所用密码子的种类和数量不一定相同

解析：

选AD。

由题图可知，细胞核DNA上的基因通过转录、翻译形成的前体蛋白进入线粒体参与细胞有氧呼吸，因此用某药物抑制②（转录）过程，该细胞有氧呼吸将受影响，A正确；物质Ⅱ上的基因属于细胞质基因，细胞质基因的遗传不遵循孟德尔定律，B错误；①为DNA复制，需要解旋酶与DNA聚合酶，④为转录过程，需要RNA聚合酶，二者不是同一生理过程，需要的酶也不同，C错误；③⑤均为翻译过程，由于翻译的模板mRNA不同，所用密码子的种类不一定相同，密码子的数量也不一定相同，D正确。

中心法则的过程分析

科学思维、科学探究

4．（不定项）（2021·预测）右图表示某种病毒在宿主细胞内的繁殖过程。

据图分析，下列叙述正确的是（　　）

A．该病毒为逆转录病毒，其遗传物质为RNA

B．①为逆转录过程，需要逆转录酶和RNA聚合酶

C．cDNA可导致宿主细胞产生可遗传的变异

D．cDNA随染色体DNA复制和表达，产生新病毒

解析：

选ACD。

由题图可知，该病毒经①过程合成了cDNA，说明①过程为逆转录，不需要RNA聚合酶，该病毒的遗传物质为RNA，A项正确，B项错误；cDNA会与宿主细胞的染色体DNA发生基因重组，C项正确；由③转录过程合成病毒的RNA，经④过程翻译出蛋白质外壳并产生新病毒，D项正确。

5.右图表示有关遗传信息传递的模拟实验。

回答下列问题：

（1）若X是DNA的一条链，Y中含有U，则管内必须加入的酶是______________。

（2）若X是mRNA，Y是多肽，则管内必须加入的原料是________________。

（3）若X是tRNA，Y是多肽，则管内进行的生理过程是________________。

（4）若X是HIV的RNA，Y是DNA，则管内必须加入的酶是________________。

答案：

（1）RNA聚合酶　

（2）氨基酸　（3）翻译　（4）逆转录酶

[易误警示]

易错点1　对DNA和RNA合成的判断有误

[点拨]　用放射性同位素标记T或U可判断DNA和RNA的合成。

若大量消耗T，可推断正在发生DNA的合成；若大量消耗U，可推断正在进行RNA的合成。

易错点2　不能准确界定真核生物、原核生物基因表达或误认为真核细胞中转录、翻译均不能“同时”进行

[点拨]　

（1）凡转录、翻译有核膜隔开或具有“时空差异”的应为真核细胞“核基因”指导的转录、翻译。

（2）原核细胞基因的转录、翻译可“同时进行”。

（3）真核细胞的线粒体、叶绿体中也有DNA及核糖体，其转录、翻译能“同时进行”。

易错点3　误认为逆转录酶同其他酶及能量、场所、原料一样，均由病毒的寄主细胞提供（在寄主细胞中合成≠由寄主细胞提供）

[点拨]　必修2P69“资料分析”中有如下描述：

（1）“1965年，科学家在某种RNA病毒里发现了一种RNA复制酶，能对RNA进行复制”。

（2）“1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA”。

由此可见，RNA复制酶、逆转录酶均来自病毒自身，当然该酶起初应在寄主细胞的核糖体中合成并由寄主细胞提供原料而完成。

易错点4　不能正确辨明六类酶——解旋酶、DNA聚合酶、限制酶、DNA连接酶、RNA聚合酶、逆转录酶

[点拨]　

（1）解旋酶在DNA分子复制时使氢键断裂。

（2）DNA聚合酶在DNA分子复制时依据碱基互补配对原则使单个脱氧核苷酸连成脱氧核苷酸链。

（3）限制酶是使两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键断裂。

（4）DNA连接酶是将两个DNA分子片段的末端“缝合”起来形成磷酸二酯键。

（5）RNA聚合酶是RNA复制或DNA转录时依据碱基互补配对原则将单个核糖核苷酸连接成RNA链。

（6）逆转录酶是某些RNA病毒在宿主细胞内利用宿主细胞的脱氧核苷酸合成DNA的一种酶。

[纠错体验]

1．（2020·安徽马鞍山模拟）下列关于RNA分子的叙述，正确的是（　　）

A．线粒体中含有mRNA、tRNA和rRNA

B．ATP中的“A”在RNA分子中不存在

C．RNA分子中不含氢键，有的RNA具有催化功能

D．RNA可以在细胞内运输某种物质，还可以作为细菌的遗传物质

解析：

选A。

线粒体中含有少量的DNA和核糖体，能进行转录和翻译，通过转录可以形成mRNA、tRNA和rRNA，A正确；ATP中的“A”是腺苷，由腺嘌呤与核糖构成，RNA分子中也存在腺苷，B错误；tRNA中存在部分双链区域，双链区域含有氢键，C错误；tRNA在翻译过程中运输氨基酸，细菌的遗传物质是DNA，D错误。

2．（2020·安徽安庆模拟）下图是两种细胞中主要遗传信息的表达过程。

据图分析，下列叙述不正确的是（　　）

A．两种表达过程均主要由线粒体提供能量，由细胞质提供原料

B．甲细胞没有核膜包被的细胞核，所以转录、翻译同时发生在同一空间内

C．乙细胞的基因转录形成的mRNA需要通过核孔才能进入细胞质

D．甲、乙细胞均需要RNA聚合酶

解析：

选A。

从题图中可以看出，甲细胞是原核细胞，乙细胞是真核细胞，则甲细胞不含线粒体，故A错误；原核细胞的转录和翻译都发生在细胞质中，故B正确；乙细胞翻译的场所为细胞质中的核糖体，细胞核基因转录出来的mRNA必须通过核孔才能从细胞核进入细胞质，故C正确；甲、乙细胞内均存在转录过程，均需RNA聚合酶，故D正确。

3．HIV含有逆转录酶，侵入人体细胞后发生的生化过程如下图所示，相关叙述正确的是（　　）

A．X酶存在于人体细胞中

B．X酶可催化RNA分子水解和DNA链的合成

C．HIV经逆转录整合到人的肝脏细胞中，引发恶性肿瘤

D．某RNA中碱基A为19%、C为26%、G为32，则通过逆转录过程形成的双链DNA中碱基A占23%

解析：

选B。

由题图可知，X酶能催化RNA逆转录形成DNA，则该酶是逆转录酶，人体细胞内不存在逆转录酶，A项错误；据题图分析可知，X酶可以催化三个过程，分别是RNA逆转录形成DNA、RNA链水解产生核糖核苷酸以及DNA复制，B项正确；HIV主要攻击人体的辅助性T细胞，破坏免疫系统，人体的免疫功能降低，恶性肿瘤的发生率升高，C项错误；某RNA中，U＝1－19%－26%－32%＝23%，即A和U之和是42%，说明在DNA分子中A和T之和是42%，同时A等于T，即A＝21%，D项错误。

1．下图为真核细胞内RNA合成示意图，下列叙述正确的是（　　）

A．①②链中嘌呤碱基所占的比例相同

B．③为解旋酶，它在图中的移动方向是自左向右

C．同一个体的不同细胞中可以合成相同的④

D．区域⑤和⑥中的碱基配对方式相同

解析：

选C。

①②链为同一个DNA分子的两条链，①链中嘌呤碱基（A＋G）所占的比例与②链中嘧啶碱基（C＋T）所占的比例相同，但两链嘌呤碱基（A＋G）所占比例不一定相同，A错误；③为RNA聚合酶，它在图中的移动方向是自左向右，B错误；ATP合成酶基因在不同细胞中几乎都能表达，故同一个体不同细胞中可以合成相同的mRNA，C正确；区域⑤是DNA与RNA的杂交区域，碱基配对方式为A—U、G—C、C—G、T—A，区域⑥是DNA双链区域，碱基配对方式为A—T、T—A、C—G、G—C，区域⑤和⑥中的碱基配对方式不完全相同，D错误。

2．（2020·湖北七市州教科研协作体一模）下图是蛋白质合成示意图，下列相关描述错误的是（　　）

A．图中核糖体移动方向是从右向左，终止密码子位于a端

B．通常决定氨基酸①的密码子又叫起始密