第六单元 第19讲 基因的表达.docx

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第六单元第19讲基因的表达

第19讲　基因的表达

[目标要求]　1.概述遗传信息的转录和翻译。

2.举例说明基因与性状的关系。

考点一　遗传信息的转录和翻译

1．RNA的结构与功能

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）场所：

主要是细胞核，在叶绿体、线粒体中也能发生转录过程。

（3）过程

（4）产物：

信使RNA、核糖体RNA、转运RNA。

教材中的隐性知识　源于必修2P63“图4－4”

（1）遗传信息的转录过程中也有DNA的解旋过程，该过程不需要（填“需要”或“不需要”）解旋酶。

（2）一个基因转录时以基因的一条链为模板，一个DNA分子上的所有基因的模板链不一定（填“一定”或“不一定”）相同。

（3）转录方向的判定方法：

已合成的mRNA释放的一端为转录的起始方向。

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

教材中的隐性知识　源于必修2P66“图4－5”

a．tRNA含有（填“含有”或“不含有”）氢键，一个tRNA分子中不是（填“是”或“不是”）只有三个碱基。

b．反密码子的读取方向为由氨基酸连接端开始读（由长臂端向短臂端读取）。

（3）过程

（4）产物：

多肽蛋白质。

（1）rRNA是核糖体的组成成分，原核细胞中可由核仁参与合成（　×　）

（2）RNA有传递遗传信息、催化反应和转运物质等功能（　√　）

（3）mRNA上的GCA在人细胞中和小麦细胞中决定的是同一种氨基酸（　√　）

（4）转录和翻译过程都存在T—A、A—U、G—C的碱基配对方式（　×　）

（5）一个DNA只能控制合成一种蛋白质（　×　）

（6）细菌的一个基因转录时两条DNA链可同时作为模板，提高转录效率（　×　）

（7）DNA复制和转录时，其模板都是DNA的一整条链（　×　）

（1）（源于必修2P62～63“正文”）RNA适合做信使的原因是RNA由核苷酸连接而成，可以储存遗传信息；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。

（2）分析DNA转录和翻译过程

①图中翻译方向是从左向右，判断依据是多肽链的长短，长的翻译在前。

②图示信息显示一条mRNA可结合多个核糖体，其意义是少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质。

③翻译过程中，核糖体在mRNA上移动并依次读取密码子，进行肽链的合成，直到读取到mRNA上的终止密码，合成才能终止。

从核糖体上脱落下来的是有特定功能的成熟蛋白质吗？

提示　刚从核糖体上脱落下来的只能称之为多肽，必须经过一定的加工才能成为具有特定功能的成熟蛋白质。

1．遗传信息、密码子、反密码子及与氨基酸的关系

（1）遗传信息、密码子与反密码子之间的联系

（2）密码子、tRNA和氨基酸之间的对应关系

①一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。

②每种氨基酸对应一种或几种密码子（密码子的简并性），可由一种或几种tRNA转运。

2．DNA复制、转录和翻译的区别

项目

复制

转录

翻译

作用

传递遗传信息

表达遗传信息

时间

细胞分裂的间期

个体生长发育的整个过程

场所

主要在细胞核

主要在细胞核

细胞质的核糖体

模板

DNA的两条单链

DNA的一条链

mRNA

原料

4种脱氧核苷酸

4种核糖核苷酸

20种氨基酸

能量

都需要

酶

解旋酶、DNA聚合酶

RNA聚合酶

多种酶

产物

2个双链DNA分子

一个单链RNA

多肽链（或蛋白质）

产物去向

传递到2个细胞或子代

通过核孔进入细胞质

组成细胞结构蛋白或功能蛋白

特点

边解旋边复制，半保留复制

边解旋边转录，转录后DNA恢复原状

翻译结束后，mRNA被降解成单体

碱基配对

A—T、T—A，

C—G、G—C

A—U、T—A

C—G、G—C

A—U、U—A，

C—G、G—C

3.基因表达过程中碱基数和氨基酸数之间的关系

DNA碱基数∶mRNA碱基数∶氨基酸数＝6∶3∶1。

特别提醒　实际基因表达过程中的数量关系不符合6∶3∶1的原因

（1）DNA中有的片段无遗传效应，不能转录出mRNA。

（2）在基因中，有的片段起调控作用，不转录。

（3）合成的肽链在加工过程中可能会被剪切掉部分氨基酸。

（4）转录出的mRNA中有终止密码，终止密码不编码氨基酸。

考向一　遗传信息、密码子、反密码子的分析

1．下列有关遗传信息、密码子和反密码子的叙述，错误的是（　　）

A．DNA中的遗传信息通过转录传递给mRNA

B．一种密码子在不同细胞中决定不同种氨基酸

C．不同密码子编码同种氨基酸可增强密码子的容错性

D．反密码子是tRNA中与mRNA碱基互补配对的三个碱基

答案　B

解析　密码子具有通用性，生物界共用一套遗传密码，即一种密码子在不同细胞中决定同一种氨基酸，B错误。

2．下列关于遗传信息和遗传密码在核酸中的位置和碱基构成的叙述中，正确的是（　　）

A．遗传信息位于mRNA上，遗传密码位于DNA上，碱基构成相同

B．遗传信息位于DNA上，遗传密码位于mRNA、tRNA或rRNA上，碱基构成相同

C．遗传信息和遗传密码都位于DNA上，碱基构成相同

D．遗传信息位于DNA上，遗传密码位于mRNA上，碱基构成不同

答案　D

解析　遗传信息是DNA分子上脱氧核苷酸的排列顺序。

RNA分为mRNA、tRNA和rRNA，mRNA上具有密码子，tRNA具有运载氨基酸的作用。

构成DNA的碱基是A、T、G、C，构成RNA的碱基是A、U、G、C，故它们的碱基构成不同。

考向二　转录、翻译和复制过程的分析

3．（2020·张家口市宣化第一中学高三月考）如图为基因表达过程的示意图，下列叙述正确的是（　　）

A．①是DNA，其双链均可作为②的转录模板

B．②上有n个碱基，则新形成的肽链含有n－1个肽键

C．③是核糖体，翻译过程将由3′向5′方向移动

D．④是tRNA，能识别mRNA上的密码子

答案　D

解析　①是DNA，转录时只以DNA一条链为模板，A错误；不考虑终止密码时，mRNA上碱基数量∶氨基酸数量＝3∶1，所以②上有n个碱基，则新形成的肽链最多含有－1个肽键，B错误；③是核糖体，由图可知翻译过程核糖体将由mRNA的5′向3′方向移动，C错误；④是tRNA，能识别mRNA上的密码子并转运相应的氨基酸，D正确。

4．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（多选）（　　）

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相同

答案　AD

解析　甲图表示DNA的复制，乙图表示同时进行的转录和翻译，甲、乙所示过程可以发生在原核细胞的同一场所，A正确；甲图表示DNA的复制，需要的原料是四种脱氧核苷酸，B错误；图乙中的转录和翻译过程碱基配对情况不完全相同，C错误；图乙合成的各条肽链是以同一条mRNA为模板合成的，其长度相等，D正确。

方法技巧　“三步”判断真、原核细胞的DNA复制、转录及翻译

考向三　基因表达中的有关计算

5．（2019·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（不考虑终止密码）（　　）

A．m、（m/3）－1B．m、（m/3）－2

C．2（m－n）、（m/3）－1D．2（m－n）、（m/3）－2

答案　D

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

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个。

脱去水分子数＝氨基酸数－肽链数＝（m/3）－2。

6．已知一个由2条肽链组成的蛋白质分子，共有肽键198个，控制翻译该蛋白质分子的mRNA中A和U共占25%，则控制转录该mRNA的DNA分子中，C与G应该共有（不考虑终止密码）（　　）

A．600个B．700个C．800个D．900个

答案　D

解析　根据由2条肽链组成的蛋白质分子共有肽键198个，可知该蛋白质由200个氨基酸组成，则翻译形成该蛋白质的mRNA分子中含有600个碱基，转录该mRNA的DNA分子含有1200个碱基。

mRNA中A和U共占25%，可知A＋U＝150（个），则转录形成该mRNA的DNA模板链上T＋A＝150（个），DNA分子中非模板链上A＋T＝150（个），整个DNA分子中A＋T＝300（个），则该DNA分子中C＋G＝1200－300＝900（个）。

考点二　中心法则及基因与性状的关系

1．中心法则

（1）提出者：

克里克。

（2）补充后的内容图解

（3）不同类型生物遗传信息的传递

①能分裂的细胞生物及噬菌体等DNA病毒遗传信息的传递

②具有RNA复制功能的RNA病毒（如烟草花叶病毒）遗传信息的传递

③具有逆转录功能的RNA病毒（如艾滋病病毒）遗传信息的传递

④高度分化的细胞遗传信息的传递

2．基因控制性状的途径

（1）直接控制途径（用文字和箭头表示）

基因蛋白质的结构生物体的性状（完善实例分析如下）

（2）间接控制途径（用文字和箭头表示）

基因酶的合成代谢过程生物体的性状（完善实例分析如下）

①白化病致病机理图解

②豌豆的圆粒和皱粒的形成机理图解

教材中的隐性知识　

（1）源于必修2P70“细胞质基因”：

线粒体和叶绿体中的DNA，都能够进行半自主自我复制，并通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成。

（2）源于P78“知识迁移”：

四环素、链霉素、氯霉素、红霉素等抗生素能抑制细菌的生长，它们有的能干扰细菌核糖体的形成，有的能阻止tRNA和mRNA结合。

人类免疫缺陷病毒（HIV）携带的RNA在宿主细胞内不能直接作为合成蛋白质的模板。

依据中心法则（下图），判断下列相关叙述：

（1）合成子代病毒蛋白质外壳的完整过程至少要经过d、b、c环节（　√　）

（2）通过d形成的DNA可以整合到宿主细胞的染色体DNA上（　√　）

（3）d和e过程需要的原料分别是脱氧核苷酸和核糖核苷酸（　√　）

（4）HIV侵染细胞时，病毒中的蛋白质不会进入宿主细胞（　×　）

（5）HIV的遗传信息传递中只有A—U的配对，不存在A—T的配对（　×　）

下图为人体内基因对性状的控制过程：

（1）①②③途径说明基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状。

（2）①②④⑤途径说明基因通过控制蛋白质的结构，直接控制生物体的性状。

考向一　分析遗传信息传递过程

7．下图为遗传信息传递和表达的途径，下表为几种抗生素的作用原理。

结合图表分析，下列说法正确的是（　　）

抗菌药物

抗菌机理

青霉素

抑制细菌细胞壁的合成

环丙沙星

抑制细菌DNA解旋酶的活性（可促进DNA螺旋化）

红霉素

能与核糖体结合

利福平

抑制RNA聚合酶的活性

A.环丙