基因的表达.docx

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基因的表达

第二单元基因的本质与表达

第三讲基因的表达

知识点一　RNA的结构和种类

知识点二　遗传信息的转录和翻译

1．转录的过程

2．转录和翻译的比较

3．遗传信息、密码子与反密码子

知识点三　中心法则与基因对性状的控制

[结合题目·试一试]

3．连线基因对性状控制的方式与实例

考点一DNA复制、转录和翻译的比较

[必备知能]

1．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

解旋酶、RNA聚合酶

合成酶

产物

2个双链DNA

一个单链RNA

多肽链（或蛋白质）

产物去向

传递到2个子细胞或子代

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

AT，TA，

CG，GC

AU，TA，

　CG，GC

AU，UA，

CG，GC

2．基因、密码子、反密码子及与氨基酸的关系

（1）基因、密码子、反密码子的对应关系：

（2）密码子、tRNA和氨基酸之间的对应关系：

[易误提醒]

对转录、翻译过程中的五个关注点

（1）转录的产物不只是mRNA，还有tRNA、rRNA，但只有mRNA携带遗传信息，3种RNA都参与翻译过程，只是作用不同。

（2）翻译过程中mRNA并不移动，而是核糖体沿着mRNA移动，进而读取下一个密码子。

（3）转录和翻译过程中的碱基配对不是A—T，而是A—U。

（4）解答蛋白质合成的相关计算问题时，应看清是DNA上的碱基对数还是个数，是mRNA上密码子的个数还是碱基个数，是合成蛋白质所需氨基酸的个数还是种类数。

（5）翻译起点：

起始密码子决定的是甲硫氨酸或缬氨酸。

翻译终点：

识别到终止密码子（不决定氨基酸）停止。

[必明考向]

考向一　以模式图形式考查复制、转录和翻译的过程

1．下图表示真核细胞中核基因遗传信息的传递和表达过程，下列叙述正确的是（　　）

A．甲、乙两图所示生理过程都需要解旋酶和DNA聚合酶

B．甲、乙两图所示生理过程中，所需模板完全相同

C．乙、丙两图表示的是核基因遗传信息的表达过程

D．甲、乙、丙三图所示生理过程中，碱基配对情况相同

解析：

选C　由题图可知，甲、乙、丙分别代表DNA复制、转录、翻译过程。

DNA复制过程中需要解旋酶和DNA聚合酶，转录过程中需要RNA聚合酶。

DNA复制以DNA的两条链为模板，而转录以DNA的一条链为模板。

核基因遗传信息的表达过程分为转录、翻译两个阶段。

DNA复制时碱基配对方式为A—T、G—C，转录时碱基配对方式为A—U、T—A、G—C，翻译时碱基配对方式为A—U、G—C。

2.右图中α、β是真核细胞某基因的两条链，γ是另外一条多核苷酸链，下列说法正确的是（　　）

A．图中的酶是DNA聚合酶

B．γ彻底水解后能生成6种小分子物质

C．该过程只发生在细胞核中

D．β链中碱基G占28%，则γ中碱基A占22%

解析：

选B　由图可知，该基因的两条链中α链为模板链，说明该过程为转录过程，图中的酶为RNA聚合酶。

转录出来的γ为RNA，彻底水解后的产物是4种碱基（A、U、C、G）、核糖和磷酸，共6种小分子物质。

转录主要发生在细胞核中，线粒体、叶绿体中也可以进行转录。

只由β链中G占28%无法确定α链中T的含量。

考向二　基因表达中碱基配对方式及相关计算

3．某病毒的基因组为双链DNA，其一条链上的局部序列为ACGCAT，以该链的互补链为模板转录出相应的mRNA，后者又在宿主细胞中逆转录成单链DNA（称为cDNA）。

由这条cDNA链为模板复制出的DNA单链上，相应的局部序列应为（　　）

A．ACGCAT　　　　　　　　B．ATGCGT

C．TACGCAD．TGCGTA

解析：

选A　ACGCAT的互补链为TGCGTA，以此为模板转录出相应的mRNA为ACGCAU，它在宿主细胞中逆转录成单链DNA（称为cDNA）为TGCGTA，由这条cDNA链为模板复制出的DNA单链就是ACGCAT。

4．已知一个蛋白质分子由3条肽链组成，连接蛋白质分子中氨基酸的肽键共有297个，翻译成这个蛋白质分子的mRNA中的A和G共400个，则转录成mRNA的DNA分子中C和T的最少个数及翻译成蛋白质的过程中共需要tRNA的个数分别是（　　）

A．1800个；300个B．900个；900个

C．900个；300个D．900个；无法确定

解析：

选D　该蛋白质由3条肽链组成，共297个肽键，可知该蛋白质由300个氨基酸组成。

则该mRNA中的碱基个数至少有300×3＝900（个）。

画出如下转录图解：

由图解可知：

转录成mRNA的DNA分子中C和T最少应有900个。

但由于一个tRNA可以重复运载多个氨基酸，所以tRNA的数目无法确定。

“三步法”解答关于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。

考点二中心法则及基因对性状的控制

[必备知能]

1．中心法则与生物种类的关系

（1）细胞生物及噬菌体等DNA病毒的中心法则：

（2）烟草花叶病毒等大部分RNA病毒的中心法则：

（3）HIV等逆转录病毒的中心法则：

2．基因控制性状的方式

（1）直接方式：

①机理：

基因

蛋白质结构

生物体性状。

②实例：

镰刀型细胞贫血症、囊性纤维病的病因。

（2）间接方式：

①机理：

基因

酶的合成

细胞代谢

生物性状。

②实例：

白化病、豌豆粒形的形成原因。

3．基因与性状的关系

（1）一般而言，一个基因决定一种性状。

（2）生物体的一种性状有时受多个基因的影响，如玉米叶绿素的形成至少与50多个不同基因有关。

（3）有些基因可影响多种性状，如图中基因1可影响B和C性状。

[必明考向]

考向一　考查中心法则及其应用

1．研究发现，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（如下图），下列相关叙述错误的是（　　）

A．合成子代病毒蛋白质外壳的完整过程至少要经过④②③环节

B．侵染细胞时，病毒中的蛋白质不会进入宿主细胞

C．通过④形成的DNA可以整合到宿主细胞的染色体DNA上

D．科学家可以研发特异性抑制逆转录酶的药物来治疗艾滋病

解析：

选B　HIV的遗传物质是RNA，经逆转录④形成DNA可以整合到患者细胞的基因组中，再通过转录②和翻译③合成子代病毒的蛋白质外壳；侵染细胞时，HIV中的逆转录酶能进入宿主细胞；若抑制逆转录过程，则不能产生子代病毒的蛋白质和RNA，故科研中可以研发特异性抑制逆转录酶的药物来治疗艾滋病。

2．在其他条件具备的情况下，在试管中加入物质X和物质Z，可得到相应产物Y。

下列叙述正确的是（　　）

A．若X是DNA，Y是RNA，则Z是逆转录酶

B．若X是DNA，Y是mRNA，则Z是脱氧核苷

C．若X是RNA，Y是DNA，则Z是限制性内切酶

D．若X是mRNA，Y是在核糖体上合成的大分子，则Z是氨基酸

解析：

选D　若X是DNA，Y是RNA，则Z是转录酶；若X是DNA，Y是mRNA，则Z是核糖核苷；若X是RNA，Y是DNA，则Z是逆转录酶；若X是mRNA，Y是在核糖体上合成的大分子，即是蛋白质，则Z是氨基酸。

“三看法”判断中心法则中的过程

一看

模板

①如果模板是DNA，生理过程可能是DNA复制或DNA转录

②如果模板是RNA，生理过程可能是RNA复制或RNA逆转录或翻译

二看

原料

①如果原料为脱氧核苷酸，产物一定是DNA，生理过程可能是DNA复制或逆转录

②如果原料为核糖核苷酸，产物一定是RNA，生理过程可能是DNA转录或RNA复制

③如果原料为氨基酸，产物一定是蛋白质（或多肽），生理过程是翻译

三看

产物

①如果产物为DNA，生理过程可能是DNA复制或RNA逆转录

②如果产物为RNA，生理过程可能是RNA复制或DNA转录

③如果产物是蛋白质（或多肽），生理过程是翻译

考向二　考查基因与性状的关系

3．下图为人体内基因对性状的控制过程，下列叙述不正确的是（　　）

A．图中①②过程发生的场所分别是细胞核和细胞质中的核糖体

B．图中②过程需要mRNA、氨基酸、tRNA、RNA聚合酶及ATP

C．人体衰老引起白发的主要原因是图中的酪氨酸酶的活性下降

D．该图反映了基因对性状的控制是通过控制酶的合成和蛋白质结构来实现的

解析：

选B　图中②为翻译过程，不需要RNA聚合酶。

4．下面为基因部分功能的示意图，下列相关叙述不正确的是（　　）

A．①过程表示基因表达中的转录过程

B．②过程表示基因表达中的翻译过程

C．基因指导合成的产物都是蛋白质

D．基因可通过控制酶的合成控制代谢过程

解析：

选C　由题图可知，①过程表示基因表达中的转录过程，可产生三种产物。

②过程的产物是蛋白质，为基因表达中的翻译过程。

大多数酶的本质是蛋白质。

翻译过程中多聚核糖体模式图解读

[典型图示]

[信息解读]

（1）图1表示真核细胞的翻译过程，其中①是mRNA，⑥是核糖体，②、③、④、⑤表示正在合成的4条多肽链，具体内容分析如下：

①数量关系：

一个mRNA可同时结合多个核糖体，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：

从右向左（见图1），判断依据是多肽链的长短，长的翻译在前。

④结果：

合成的仅是多肽链，要形成蛋白质往往还需要运送至内质网、高尔基体等结构中进一步加工。

⑤形成的多条肽链氨基酸序列相同的原因：

有相同的模板mRNA。

（2）图2表示原核细胞的转录和翻译过程，图中①是DNA模板链，②、③、④、⑤表示正在合成的4条mRNA，在核糖体上同时进行翻译过程。

1．图解DNA复制过程

（1）详细图：

（2）简化图：

2．DNA复制与细胞分裂

此类问题可通过构建模型图解答，如下图：

这样来看，最后形成的4个子细胞有3种情况：

第一种情况是4个细胞都是

；第2种情况是2个细胞是

，1个细胞是

，1个细胞是

；第3种情况是2个细胞是

，另外2个细胞是

。

3．翻译过程图解

①图甲中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别为tRNA、核糖体、mRNA、多肽链。

②一个核糖体与mRNA的结合部位形成2个tRNA结合位点。

③翻译起点：

起始密码子决定的是甲硫氨酸或缬氨酸。

④翻译终点：

识别到终止密码子（不决定氨基酸）翻译停止。

⑤翻译进程：

核糖体沿着mRNA移动，mRNA不移动。

移动方向的判断依据是多肽链的长短。

如图乙中核糖体的移动方向是从左向右。

⑥图乙中，1、2、3分别为mRNA、核糖体、多肽链。

⑦一个mRNA上可相继结合多个核糖体，同时合成多条相同的多肽链，而不是多个核糖体共同完成一条肽链的合成。

图乙中4个核糖体合成的4条多肽链因为模板相同而相同。