第21讲基因的表达.docx

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第21讲基因的表达

第21讲　基因的表达

1．遗传信息的转录和翻译（Ⅱ）　2.基因与性状的关系（Ⅱ）

　遗传信息的转录和翻译

1．RNA的组成、结构与类型

2．遗传信息的转录

（1）概念：

以DNA的一条链为模板，按碱基互补配对原则合成RNA的过程。

（2）转录过程（如图）

（必修2P63图4－4改编）真核细胞内RNA的酶促合成过程如图所示。

下列相关叙述错误的是（　　）

A．该过程不会发生在细胞质中

B．该过程两个RNA聚合酶反向移动

C．该DNA片段至少含有两个基因

D．该DNA片段的两条链均可作为模板链

解析：

选A。

分析题图可知，该过程为转录，可发生在细胞质的线粒体或叶绿体中，A错误；转录需要RNA聚合酶催化，根据题图可知，两个RNA聚合酶反向移动，B正确；不同的基因转录出不同的mRNA，图中两个mRNA的模板链不同，属于两个不同的基因，C正确；图中显示该DNA中两个不同的基因转录时所用的模板链不是同一条脱氧核苷酸链，D正确。

3．遗传信息的翻译

（1）概念：

游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。

（2）密码子

①概念：

mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基称为1个密码子。

②种类：

64种，其中决定氨基酸的密码子有61种，终止密码子有3种。

③密码子与反密码子的比较

项目

密码子

反密码子

位置

mRNA

tRNA

作用

直接决定蛋白质中氨基酸的序列

识别密码子，转运氨基酸

特点

与DNA模板链上的碱基互补

与mRNA中密码子的碱基互补

（3）翻译过程（如图）

（4）产物：

多肽

蛋白质。

仔细观察下面两图，请分析：

（1）大肠杆菌为原核生物，只进行图________过程。

（2）两图中a～f依次为________、________、________、________、________、________。

（3）解读图1、2的过程

①数量关系：

一个mRNA可同时结合____________，形成多聚核糖体。

②目的意义：

少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质。

③方向：

图1从左向右，图2________，判断依据是多肽链的长短，肽链________的翻译在前。

④结果：

合成__________的多肽，因为模板mRNA相同。

答案：

（1）2　

（2）mRNA　核糖体　多肽链　DNA　mRNA　RNA聚合酶　（3）①多个核糖体　③从右向左　长　④多个氨基酸序列完全相同　

考向1　DNA与RNA的比较

1．经过对某生物体内的核酸成分的化学分析得知，该生物体内的核酸中，嘌呤占58%，嘧啶占42%，由此可以判断（　　）

A．此生物体内的核酸一定是DNA

B．该生物一定不含DNA而只含RNA

C．若此生物只含DNA，则一定是单链的

D．若此生物含DNA，则一定是双链的

解析：

选C。

因该生物核酸中嘌呤数和嘧啶数不等，故可能是只含有RNA，或同时含有DNA和RNA，或只含单链DNA。

考向2　DNA的复制、转录和翻译的比较

2．（2018·安徽淮南模拟）如图为基因表达过程中相关物质间的关系图，下列叙述错误的是（　　）

A．过程①②中均发生碱基互补配对

B．在原核细胞中，过程①②同时进行

C．c上的密码子决定其转运的氨基酸种类

D．d可能具有生物催化作用

解析：

选C。

过程①②分别为DNA的转录和翻译，均发生碱基互补配对，A正确；在原核细胞中，转录和翻译同时进行，B正确；密码子在mRNA上，tRNA有反密码子，C错误；d可能是具有生物催化作用的酶，D正确。

3．（2018·安徽安庆模拟）如图是两种细胞中主要遗传信息的表达过程。

据图分析，下列叙述中不正确的是（　　）

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．甲细胞没有核膜围成的细胞核，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出来，故C正确；甲、乙细胞内均存在转录过程，均需RNA聚合酶，D正确。

4．（2018·黑龙江牡丹江一中月考）如图所示为真核细胞中遗传信息的传递和表达过程。

相关叙述不正确的是（　　）

A．①②③④⑤⑥过程均遵循碱基互补配对原则

B．艾滋病病毒侵染宿主细胞后会进行④①②③过程

C．在硝化细菌体内②和③过程可同时进行

D．在菠菜叶肉细胞的细胞核、线粒体、叶绿体中均可进行①②③过程

解析：

选D。

图中①②③④⑤⑥过程分别表示DNA复制、转录、翻译、逆转录、RNA复制、翻译，均遵循碱基互补配对原则，A正确；艾滋病病毒为RNA病毒，可在宿主细胞内进行逆转录合成DNA，再通过转录和翻译控制蛋白质的合成，即图中的④①②③过程，B正确；硝化细菌等原核细胞无成形的细胞核，其转录和翻译过程可同时进行，C正确；菠菜叶肉细胞已经高度分化，不再进行DNA的复制，D错误。

考向2　基因对性状的控制

2．（2018·重庆一中月考）豌豆的圆粒和皱粒产生机理如图所示，下列相关叙述正确的是（　　）

A．皱粒豌豆的产生属于染色体结构变异

B．此题能够表现基因对生物性状的直接控制

C．插入外来DNA序列导致基因数目增加

D．豌豆的圆粒和皱粒是一对相对性状

解析：

选D。

插入外来DNA序列导致皱粒豌豆的产生，属于基因突变，A错误；插入外来DNA序列导致基因结构改变，基因数目没有增加，使淀粉分支酶基因不能表达，能够表现基因对生物性状的间接控制，B、C错误；豌豆的圆粒和皱粒是一对相对性状，D正确。

3．如图为人体内基因对性状的控制过程，分析可知（　　）

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．过程①②③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。

过程①为转录，②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的结果存在差异的根本原因是发生了基因突变，C项错误；过程①②③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。

[清一清]

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，可推断正发生DNA的合成；若大量利用U，可推断正进行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“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（图示中可显示边产生mRNA边有核糖体与mRNA结合）。

（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]　教材P69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。

[判一判]

（1）DNA病毒中没有RNA，其遗传信息的传递不遵循中心法则（　　）

（2）原核生物的tRNA合成无需基因指导（　　）

（3）HIV（逆转录病毒）感染人体过程的遗传信息流示意图为：

（　　）

（4）基因与性状之间是一一对应的关系（　　）

（5）为在酵母中高效表达丝状真菌编码的植酸酶，通过基因改造，将原来的精氨酸密码子CGG改变为酵母偏爱的密码子AGA，植酸酶mRNA的序列一定改变（2016·江苏，22B）（　　）

（6）rRNA能参与蛋白质的生物合成（2015·海南，11A）（　　）

（7）真核生物基因中每三个相邻的碱基组成一个反密码子（海南，21改编）（　　）

（8）细胞核中发生的转录过程有RNA聚合酶的参与（　　）

（9）tRNA分子中含有一定数量的氢键（　　）

（10）细胞中有多种tRNA，一种tRNA只能转运一种氨基酸（　　）

（11）真核细胞内，转录的同时核糖体进入细胞核启动遗传信息的翻译（　　）

（12）tRNA的反密码子携带了氨基酸序列的遗传信息（　　）

（13）反密码子存在于tRNA上，有64种（　　）

（14）线粒体和叶绿体中遗传信息的传递遵循中心法则（　　）

答案：

（1）×　

（2）×　（3）√　（4）×　（5）√　（6）√　（7）×　（8）√　（9）√　（10）√　（11）×　（12）×　（13）×　（14）√

（2017·高考全国卷Ⅲ）下列关于真核细胞中转录的叙述，错误的是（　　）

A．tRNA、rRNA和mRNA都从DNA转录而来

B．同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生

C．细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生

D．转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补

解析：

选C。

真核细胞的各种RNA都是通过DNA的不同片段转录产生的，A正确；由于转录产生不同RNA时的DNA片段不同，因此同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生，B正确；真核细胞细胞质中叶绿体、线粒体中的DNA可以转录形成RNA，C错误；转录的过程遵循碱基互补配对原则，因此产生的RNA链与模板链的相应区域碱基互补，D正确。

（2017·高考江苏卷改编）在体外用14C标记半胱氨酸tRNA复合物中的半胱氨酸（Cys），得到*CystRNACys，再用无机催化剂镍将其中的半胱氨酸还原成丙氨酸（Ala），得到*AlatRNACys（见下图，tRNA不变）。

如果该*AlatRNACys参与翻译过程，那么下列说法正确的是（　　）

A．在一个mRNA分子上不可以同时合成多条被14C标记的多肽链

B．反密码子与密码子的配对由tRNA上结合的氨基酸决定

C．新合成的肽链中，原来Cys的位置会被替换为14C标记的Ala

D．新合成的肽链中，原来Ala的位置会被替换为14C标记的Cys

解析：

选C。

一个mRNA分子上可结合多个核糖体，同时合成多条多肽链，A项错误；tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子配对是由二者的碱基序列决定的，B项错误；由于半胱氨酸在镍的催化作用下还原成丙氨酸，但tRNA未变，所以该*AlatRNACys参与翻译时，新合成的肽链中原来Cys的位置会被替换为14C标记的Ala，但原来Ala的位置不会被替换，C项正确，D项错误。

（2015·高考江苏卷）如图是起始甲硫氨酸和相邻氨基酸形成肽键的示意图，下列叙述正确的是（　　）

A．图中结构含有核糖体RNA

B．甲硫氨酸处于图中ⓐ的位置

C．密码子位于tRNA的环状结构上

D．mRNA上碱基改变即可改变肽链中氨基酸的种类

解析：

选A。

A项，分析题干中关键信息“形成肽键”可知，图中正在进行脱水缩合反应，进而推知这是发生在核糖体中的翻译过程，图中的长链为mRNA，三叶草结构为tRNA，核糖体中含有核糖体RNA（rRNA）。

B项，甲硫氨酸是起始氨基酸，图中ⓐ位置对应的氨基酸明显位于第2位。

C项，密码子位于mRNA上，而不是tRNA上。

D项，由于密码子的简并性，mRNA上碱基改变时，肽链中的氨基酸不一定发生变化。

（2015·高考全国卷Ⅱ）端粒酶由RNA和蛋白质组成，该酶能结合到端粒上，以自身的RNA为模板合成端粒DNA的一条链。

下列叙述正确的是（　　）

A．大肠杆菌拟核的DNA中含有端粒

B．端粒酶中的蛋白质为RNA聚合酶

C．正常人细胞的每条染色体两端都含有端粒DNA

D．正常体细胞的端粒DNA随细胞分裂次数增加而变长

解析：

选C。

A项，端粒是染色体末端的DNA重复序列，大肠杆菌等原核生物拟核的DNA不能与蛋白质结合形成染色体，因此大肠杆菌拟核的DNA中没有端粒。

B项，端粒酶能结合到端粒上，以自身的RNA为模板合成端粒DNA的一条链，RNA聚合酶是在转录过程中发挥作用的一种酶，RNA聚合酶催化合成的是RNA，所以端粒酶中的蛋白质不是RNA聚合酶。

C项，正常人细胞的每条染色体的两端都含有端粒DNA。

D项，在正常人体细胞中，端粒DNA可随着细胞分裂次数的增加而逐渐缩短。

（2016·高考海南卷）某种RNA病毒在增殖过程中，其遗传物质需要经过某种转变后整合到真核宿主的基因组中。

物质Y与脱氧核苷酸结构相似，可抑制该病毒的增殖，但不抑制宿主细胞的增殖，那么Y抑制该病毒增殖的机制是（　　）

A．抑制该病毒RNA的转录过程

B．抑制该病毒蛋白质的翻译过程

C．抑制该RNA病毒的反转录过程

D．抑制该病毒RNA的自我复制过程

解析：

选C。

RNA病毒的遗传物质需要经反转录形成DNA，然后整合到真核宿主的基因组中，Y物质与脱氧核苷酸结构相似，应抑制该病毒的反转录过程。

[课时作业]

1．（2018·四川自贡诊断）下列哪项不是RNA可能具有的功能（　　）

A．信息传递　　　　　　B．催化反应

C．物质转运D．提供能量

解析：

选D。

mRNA携带遗传信息，完成信息传递；少数酶分子的化学本质是RNA；tRNA可转运氨基酸；RNA不能为生物体提供能量。

2．（2015·高考海南卷）关于密码子和反密码子的叙述，正确的是（　　）

A．密码子位于mRNA上，反密码子位于tRNA上

B．密码子位于tRNA上，反密码子位于mRNA上

C．密码子位于rRNA上，反密码子位于tRNA上

D．密码子位于rRNA上，反密码子位于mRNA上

答案：

3．如图是基因指导蛋白质合成的某个过程示意图，据图分析下列说法错误的是（　　）

A．合成多肽链的第二步是携带氨基酸的tRNA进入A位

B．1为tRNA上的密码子，可与mRNA进行碱基互补配对

C．合成多肽链的第三步主要是P位的氨基酸转移到A位的tRNA上

D．2是由DNA转录而来的，2中不存在胸腺嘧啶核糖核苷酸

解析：

选B。

翻译时，合成多肽链的第二步是与mRNA上第二个密码子互补配对的tRNA携带氨基酸进入A位，A正确。

密码子存在于mRNA上，tRNA上的为反密码子，B错误。

合成多肽链的第三步是在相关酶的作用下，P位的氨基酸与A位的氨基酸经脱水缩合形成肽键而转移到A位的tRNA上，C正确。

2表示mRNA，mRNA上不存在胸腺嘧啶核糖核苷酸，D正确。

4．（2018·鄂豫晋陕冀五省联考）如图表示发生在细胞内的tRNA与氨基酸的结合过程，下列说法正确的是（　　）

A．不受温度影响

B．必须由线粒体供能

C．需要酶的参与

D．只发生在细胞质基质中的核糖体上

解析：

选C。

温度会通过影响酶的活性来影响该过程，A错误；细胞质基质进行呼吸作用也可以产生少量的ATP，B错误；在细胞内的tRNA与氨基酸的结合过程需要酶的参与，C正确；该过程发生在细胞质基质中，不发生在核糖体上，D错误。

5．（2018·四川绵阳南山中学模拟）如图所示为真核细胞中发生的某些相关生理和生化反应过程，下列叙述错误的是（　　）

A．结构a是核糖体，物质b是mRNA，过程①是翻译过程

B．如果细胞中r蛋白含量较多，r蛋白就与b结合，阻碍b与a结合

C．c是基因，是指导rRNA合成的直接模板，需要DNA聚合酶参与催化

D．过程②是形成细胞中的某种结构，这一过程与细胞核中的核仁密切相关

解析：

选C。

由图可知：

结构a是核糖体，物质b是mRNA，过程①是翻译产生r蛋白的过程，A正确；r蛋白可与b结合，这样阻碍b与a结合，影响翻译过程，B正确；c是基因，是指导rRNA合成的直接模板，转录需要RNA聚合酶参与催化，C错误；过程②是r蛋白和转录来的rRNA组装成核糖体的过程，核仁与核糖体的形成有关，D正确。

6．（2018·河南南阳模拟）如图表示细胞中某些生理过

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