优化方案版高考生物大一轮复习 第六单元 遗传的物质基础 第21讲 基因的表达讲义.docx

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优化方案版高考生物大一轮复习第六单元遗传的物质基础第21讲基因的表达讲义

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）

一、RNA的结构与分类

1．基本单位及组成

①磷酸；②核糖；③碱基（A、U、G、C）；④核糖核苷酸。

2．结构特点：

一般是单链。

3．RNA的种类及功能

RNA

二、遗传信息的转录和翻译

1．遗传信息的转录

（1）概念：

在细胞核中，以DNA的一条链为模板合成RNA的过程。

（2）过程：

2．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）密码子和反密码子

①位置：

密码子位于mRNA上，反密码子位于tRNA上。

②种类：

密码子有64种，其中3种终止密码子不决定氨基酸，决定氨基酸的有61种；反密码子有61种。

（3）过程（如图）

①mRNA与核糖体结合。

②tRNA与mRNA按照碱基互补配对原则结合，将氨基酸置于特定位置。

③相邻氨基酸脱水缩合形成肽键，氨基酸连接形成肽链。

④当tRNA上的反密码子识别终止密码子后，肽链合成终止，肽链被释放。

　若一个基因在复制过程中发生碱基替换，这种变化是否一定反映到蛋白质的结构上？

提示：

不一定。

因为密码子具有简并性。

三、基因对性状的控制

1．根据中心法则图解填写序号的名称

①DNA的复制；②转录；③翻译；④RNA的复制；⑤逆转录。

2．基因对性状的控制途径[连一连]

1．（必修2P63～P66图4—4和图4—6改编）有关蛋白质的合成过程，下列分析不正确的是（　　）

A．转录时的模板是DNA的一条链

B．转录形成的mRNA通过核孔进入细胞质与核糖体结合

C．翻译过程中核糖体每次移动三个碱基的位置

D．转录和翻译过程中都遵循了A与U，U与A配对的原则

答案：

D

2．思维诊断

（1）判断下列有关RNA的叙述

①（2016·青岛市统考）若核酸中出现了T或脱氧核糖，则必为DNA。

（√）

②转录和翻译都是以mRNA作为模板合成生物大分子的过程。

（×）

③少数RNA具有生物催化作用。

（√）

（2）判断下列有关转录和翻译的叙述

①（2015·高考江苏卷T4D）沃森和克里克以DNA大分子为研究材料，采用X射线衍射的方法，破译了全部密码子。

（×）

②（2014·高考新课标全国卷ⅡT5A）细胞核中发生的转录过程有RNA聚合酶的参与。

（√）

③每种氨基酸仅由一种密码子编码。

（×）

④转录时，RNA聚合酶只能起到催化作用，不能识别DNA中特定的碱基序列。

（×）

⑤（高考新课标全国卷Ⅰ经典真题）反密码子是位于mRNA上相邻的3个碱基。

（×）

⑥生长激素基因在转录时需要解旋酶和DNA连接酶。

（×）

⑦细胞中有多种tRNA，一种tRNA只能转运一种氨基酸。

（√）

（3）判断下列关于基因、蛋白质与性状之间关系的叙述

①克里克提出的中心法则。

（√）

②胰岛素基因的两条DNA单链分别编码A、B两条肽链。

（×）

③DNA中的遗传信息可决定蛋白质中氨基酸的排列顺序。

（√）

考点一　对比分析，考查DNA复制、转录和翻译的异同[学生用书P151]

1．转录、翻译和DNA复制的比较

遗传信息的传递

遗传信息的表达

DNA复制

转录

翻译

场所

主要是细胞核

主要是细胞核

细胞质

模板

亲代DNA的两条链

DNA的一条链

mRNA

原料

4种游离的脱氧核苷酸

4种游离的核糖核苷酸

20种氨基酸

模板

去向

子代DNA分子中

DNA链重新聚合

降解成核糖核苷酸

产物

完全相同的两个DNA分子

RNA

蛋白质（多肽）

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

2.联系

（2016·浙江丽水一模）图①～③分别表示人体细胞中的三种生理过程。

请回答以下问题：

（1）①的原料是________________，进行的场所为________________。

（2）②的产物可以作为____（填标号）的模板，该过程需要的酶为____________。

（3）能完成②③的细胞________（填“能”“不能”“不一定能”）完成①，遗传密码位于________上。

（4）③中核糖体沿mRNA向____移动，一条mRNA上可同时结合多个核糖体，形成相同的多肽。

[答案]　

（1）脱氧核糖核苷酸　线粒体和细胞核　

（2）③　RNA聚合酶　（3）不一定能　mRNA　（4）右

翻译过程中多聚核糖体模式图的深入解读

1．信息解读

（1）根据核糖体的结构可推测图1表示翻译过程，图中①是mRNA，⑥是核糖体，②③④⑤表示正在合成的4条多肽链；再根据核糖体上形成的肽链的长度确定翻译的方向是自右向左。

（2）根据图2中RNA聚合酶、核糖体、多肽等文字信息可确定图中既有转录过程又有翻译过程，图中①是DNA模板链，②③④⑤表示正在合成的4条mRNA，在核糖体上同时进行翻译过程。

2．解题技法

（1）要正确理解mRNA和多肽链的关系。

DNA模板链在RNA聚合酶的作用下产生的是mRNA，而在同一条mRNA上结合的是多个核糖体，同时合成的是若干条相同的多肽链。

（2）还要明确真核细胞的转录和翻译不能同时进行，而原核细胞则能边转录边翻译。

　　　　　　基因的转录和翻译过程分析

1．（2016·新疆乌鲁木齐第二次诊断）如图表示人体细胞内某物质的合成过程，据图分析错误的是（　　）

A．方框A表示的结构为核糖体

B．该过程主要发生在细胞核内

C．该过程以核糖核苷酸为原料

D．密码子只存在于图中①链上

解析：

选A。

分析图示可知，图示为转录过程，其中①②③分别为RNA、DNA非模板链和DNA模板链，方框A表示RNA聚合酶，A错误；转录主要发生在细胞核内，B正确；转录时以核糖核苷酸为原料，C正确；密码子只存在于mRNA链上，D正确。

2．（2016·安徽安庆一模）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。

混淆六类酶——解旋酶、DNA聚合酶、限制酶、

　DNA连接酶、RNA聚合酶、逆转录酶

（1）解旋酶在DNA分子复制时使氢键断裂。

（2）限制酶是使两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键断裂。

（3）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。

（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。

　　　　　　遗传信息、密码子、反密码子的比较

3．根据下表中的已知条件，判断苏氨酸的密码子是（　　）

DNA双链

T

G

mRNA

tRNA反密码子

A

氨基酸

苏氨酸

A.TGU　　　　　　　　　B．UGA

C．ACUD．UCU

解析：

选C。

由表格信息无法直接确定转录的模板链，因DNA两链间、模板链与mRNA间、mRNA与反密码子间均遵循碱基互补配对原则及密码子位于mRNA上，可判断苏氨酸的密码子可能为ACU或UGU。

4．（原创题）如图为翻译过程中搬运原料的工具tRNA，其反密码子的读取方向为“3′端→5′端”，其他数字表示核苷酸的位置。

如表所示为四种氨基酸对应的全部密码子。

下列相关叙述正确的是（　　）

密码子

UGG

GGU、GGA、

GGG、GGC

ACU、ACA、

ACG、ACC

CCU、CCA、

CCG、CCC

氨基酸

色氨酸

甘氨酸

苏氨酸

脯氨酸

A.转录过程中也需要搬运原料的工具

B．该tRNA中含有氢键，由一条链构成

C．该tRNA在翻译过程中可搬运脯氨酸

D．氨基酸与反密码子都是一一对应的

解析：

选B。

转录过程的原料是游离的核糖核苷酸，不需要搬运原料的工具，A错误；tRNA是由一条核糖核苷酸链构成的，该链内互补的碱基间能够形成氢键，导致RNA链发生折叠，看上去像三叶草的叶形，B正确；tRNA上的反密码子能够与它所搬运的氨基酸的密码子互补配对，图示tRNA上的反密码子为UGG（3′端→5′端读取），它所搬运的氨基酸的密码子为ACC，故所搬运的氨基酸是苏氨酸，C错误；一种氨基酸可由一种或几种不同的密码子决定，而反密码子能与密码子互补配对，所以，氨基酸与反密码子并不都是一一对应的，D错误。

氨基酸、密码子和反密码子的对应关系

（1）每种氨基酸对应一种或几种密码子，可由一种或几种tRNA转运。

（2）一种密码子只能决定一种氨基酸（终止密码子无对应的氨基酸），且一种tRNA只能转运一种氨基酸。

（3）基因、密码子和反密码子的对应关系

　　　　　　基因表达中的相关计算

5．（2016·北京市海淀区第二次练习）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．200B．400

C．600D．800

解析：

选C。

6．（2016·泰安市期末）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/3－1B．m、m/3－2

C．2（m－n）、m/3－1D．2（m—n）、m/3－2

解析：

选D。

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

脱去水分子数＝氨基酸数－肽链数＝m/3－2。

在不考虑非编码区和内含子等的条件下，转录、翻译过程中DNA（基因）碱基数∶mRNA碱基数∶多肽链氨基酸数＝6∶3∶1，即：

基因表达过程中，蛋白质中氨基酸的数目＝参加转运的tRNA数目＝1/3mRNA的碱基数目＝1/6基因中的碱基数目。

考点二　以中心法则为基础，考查基因对性状的控制[学生用书P153]

1．各类生物的遗传信息传递（中心法则）

生物种类

遗传信息的传递过程

病毒类生物

DNA病毒

某些RNA

病毒

逆转录

病毒

细胞类生物

2.基因控制性状的途径

（1）直接途径

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）间接途径

①机理：

基因

酶的合成

细胞代谢

生物性状。

②实例：

白化病、豌豆的粒形。

（2016·黑龙江大庆一模）中心法则揭示了生物遗传信息的流动过程（如图），请回答以下问题：

（1）细胞分裂间期发生的过程有________，分裂期发生的过程一般只有____。

（2）需要tRNA和核糖体同时参与的过程是____，能进行A—U，G—C配对的过程有________。

（3）a和b两个过程发生的主要场所分别是________________，e、d过程发生在________细胞内。

（4）健康的人体内不会发生________过程，胰岛细胞内可发生的过程为________。

[答案]　

（1）a、b、c　c　

（2）c　b、c、e　（3）细胞核和细胞核　宿主　（4）d和e　b、c

1.

如图表示有关遗传信息传递的模拟实验。

（1）若X是DNA的一条链，Y含有U，则管内必须加入哪种酶？

（2）若X是mRNA，Y是多肽，则管内必须加入的原料是什么？

（3）若X是tRNA，Y是多肽，则管内进行的生理过程是什么？

（4）若X是HIV的RNA，Y是DNA，则管内必须加入哪一种酶？

2.生长素、赤霉素等不是蛋白质，它们的合成受基因控制吗？

是通过基因控制性状的哪一途径实现的？

提示：

1.

（1）RNA聚合酶。

（2）氨基酸。

　（3）翻译。

（4）逆转录酶。

2．受基因控制。

基因控制酶的合成，间接控制生物的性状。

1．“三看法”判断中心法则各过程

“一看”模板

“二看”原料

“三看”产物

生理过程

DNA

脱氧核苷酸

DNA

DNA复制

核糖核苷酸

RNA

转录

RNA

脱氧核苷酸

DNA

逆转录

核糖核苷酸

RNA

RNA复制

氨基酸

蛋白质（或多肽）

翻译

2.基因与性状的对应关系

（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个不同基因有关。

（3）有些基因可影响多种性状，如

，基因1可影响B和C的性状。

（4）生物的性状是基因和环境共同作用的结果。

基因型相同，表现型可能不同；基因型不同，表现型可能相同。

　　　　　　遗传信息的传递

1．（2015·高考海南卷）下列过程中，由逆转录酶催化的是（　　）

A．DNA→RNA　　　　　　B．RNA→DNA

C．蛋白质→蛋白质D．RNA→蛋白质

解析：

选B。

逆转录是在逆转录酶的催化下以RNA为模板合成DNA的过程，B正确，A、C、D错误。

2．（2016·北京东城区期末）如图甲、乙、丙表示细胞内正在进行的新陈代谢过程，据图分析下列表述中不恰当的是（　　）

图甲

图乙

图丙

A.正常人体细胞内不会进行4、6、7过程

B．1、4、6、8、10过程均需要核糖核苷酸作为原料

C．1过程需要RNA聚合酶参与，3过程需要DNA聚合酶参与

D．病毒体内不能单独进行图甲、乙或丙所代表的新陈代谢过程

解析：

选B。

图甲表示DNA的复制、转录和翻译过程，图乙表示RNA的复制、翻译过程，图丙表示RNA的逆转录、DNA的复制、转录和翻译过程。

正常人体细胞内不会进行RNA的复制和逆转录过程。

1、4、6、8过程的产物为RNA，需要核糖核苷酸作为原料，但10过程表示DNA的复制，需要脱氧核糖核苷酸作为原料。

1过程需要RNA聚合酶参与，3过程需要DNA聚合酶参与。

病毒不具有独立代谢的能力，不能单独进行图甲、乙或丙所代表的新陈代谢过程。

　　　　　　基因对性状控制途径分析

3．（2016·济南市一模）如图为人体对性状控制过程示意图，据图分析可得出（　　）

A．过程①②都主要在细胞核中进行

B．食物中缺乏酪氨酸会使皮肤变白

C．M1和M2不可能同时出现在同一个细胞中

D．老年人细胞中不含有M2

解析：

选C。

图中①是转录，②是翻译，翻译在细胞质中进行。

酪氨酸为非必需氨基酸，可在人体中合成。

M1只存在于红细胞中。

老年人头发变白的原因是酪氨酸酶活性降低，而不是不含酪氨酸酶。

4．（2016·襄阳模拟）人类白化病和苯丙酮尿症是由于代谢异常引起的疾病，如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。

　　　　　　　[学生用书P154]）

[核心体系构建]

[填充]　①DNA　②mRNA　③密码子　④多肽（或蛋白质）

⑤tRNA　⑥细胞代谢

[规范答题必备]

1．DNA与RNA的区别看“两点”

（1）物质组成：

组成DNA的五碳糖是脱氧核糖，特有碱基T；组成RNA的五碳糖是核糖，特有碱基U。

（2）结构特点：

DNA一般是双链，RNA一般是单链。

2．转录与翻译的六点差异

（1）场所不同：

转录主要在细胞核内，翻译是在细胞质中的核糖体上。

（2）模板不同：

转录的模板是DNA的一条链，翻译的模板是mRNA。

（3）原料不同：

转录的原料是4种游离的核糖核苷酸，翻译的原料是20种氨基酸。

（4）所需酶不同：

转录需RNA聚合酶，翻译需多种酶。

（5）产物不同：

转录的产物是RNA，翻译的产物是多肽。

（6）碱基配对方式不同：

转录特有T—A，翻译特有U—A。

3．密码子和反密码子的两点比较

（1）位置：

密码子位于mRNA上，反密码子位于tRNA上。

（2）数目：

密码子有64种，决定氨基酸的密码子有61种；反密码子有61种。

4．中心法则要点：

遗传信息由DNA传递到RNA，然后由RNA决定蛋白质的特异性。

蛋白质是生物性状的体现者。

5．基因对性状控制的两条途径

（1）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）基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。

）,\s\do5（　　　　　　　[学生用书P154]））

1．关于蛋白质生物合成的叙述，正确的是（　　）

A．一种tRNA可以携带多种氨基酸

B．DNA聚合酶是在细胞核内合成的

C．反密码子是位于mRNA上相邻的3个碱基

D．线粒体中的DNA能控制某些蛋白质的合成

解析：

选D。

tRNA具有专一性，一种tRNA只能携带一种特定的氨基酸；DNA聚合酶是在细胞质中游离的核糖体上合成的；反密码子是位于tRNA上可以与mRNA上的密码子互补配对的3个碱基；线粒体中含有DNA、RNA、核糖体以及相关的酶，能完成转录和翻译过程，因而线粒体中的DNA能控制某些蛋白质的合成。

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

解析：

选A。

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；tRNA上一端的3个碱基可与mRNA上的密码子互补配对，叫反密码子，A项正确。

3．（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。

图示中含有的结构或物质有核糖体、tRNA和mRNA，其中核糖体内含有核糖体RNA；甲硫氨酸是起始氨基酸，应位于图中

的左侧；密码子位于mRNA上，tRNA上的是反密码子；由于密码子具有简并性，故mRNA上碱基改变，肽链中氨基酸的种类不一定改变。

4．（2015·高考安徽卷）Qβ噬菌体的遗传物质（QβRNA）是一条单链RNA。

当噬菌体侵染大肠杆菌后，QβRNA立即作为模板翻译出成熟蛋白、外壳蛋白和RNA复制酶（如图所示），然后利用该复制酶复制QβRNA。

下列叙述正确的是（　　）

A．QβRNA的复制需经历一个逆转录过程

B．QβRNA的复制需经历形成双链RNA的过程

C．一条QβRNA模板只能翻译出一条肽链

D．QβRNA复制后，复制酶基因才能进行表达

解析：

选B。

RNA复制过程为RNA→互补RNA→RNA，该过程不涉及逆转录（以RNA为模板，合成DNA的过程）；RNA复制过程中，模板RNA与互补RNA之间会形成双链；依图示，一条QβRNA能翻译出多条肽链；依题干信息，QβRNA先翻译出复制酶，然后在复制酶催化下进行自身的复制。

5．（2015·高考重庆卷）结合下图分析，下列叙述错误的是（　　）

A．生物的遗传信息储存在DNA或RNA的核苷酸序列中

B．核苷酸序列不同的基因可表达出相同的蛋白质

C．遗传信息传递到蛋白质是表现型实现的基础

D．编码蛋白质的基因含遗传信息相同的两条单链

解析：

选D。

A项，对于以DNA为遗传物质的细胞生物及部分DNA病毒来说，遗传信息储存在DNA的脱氧核苷酸序列中；对于RNA病毒来说，遗传信息储存在RNA的核糖核苷酸序列中。

B项，由于密码子的简并性（即某些不同的密码子可决定相同的氨基酸）等原因，核苷酸序列不同的基因，也可能表达出相同的蛋白质。

C项，蛋白质是生物性状的主要体现者，基因对性状的控制是通过控制蛋白质的合成实现

的。

D项，具有转录功能的链叫模板链或反义链，另一条无转录功能的链叫编码链或有义链，两条链之间的碱基互补配对，核苷酸排列顺序不同，含有不同的遗传信息。

6．（2016·安徽安庆联考）如图表示病毒侵入宿主体内的复制过程示意图，请回答：

（1）病毒核酸进入宿主细胞后，此时用血清学方法和电镜检查无病毒颗粒，称为“隐蔽期”，这是因为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）物质D、H分别可能是____________、____________。

（3）B、F的区别是______________。

过程f称为________。

（4）假如A为RNA，经实验分析确定其碱基总数为X，其中鸟嘌呤G的数量为Y，你能否推断出构成A的几种碱基数量分别是多少，为什么？

________________________________________________________________________。

根据中心法则分析，RNA病毒遗传信息的传递过程与人体不同的步骤可能有____________、____________。

解析：

（1）病毒核酸进入宿主细胞后，将利用宿主细胞的原料和场所形成子代病毒，在子代病毒未释放之前，无法用血清学方法和电镜检查到病毒颗粒，此为“隐蔽期”。

（2）分析图示可知，物质D为蛋白质，参与病毒核酸的复制（过程g），所以物质D可能是完成复制（过程g）所需要的酶；物质H与病毒核酸组装成新的病毒，故物质H可能是病毒的蛋白质外壳。

（3）B与相关酶的合成有关，F与病毒的蛋白质外壳的形成有关，因此，B、F的区别是转录的信息不同。

过程f称为装配。

（4）假如A为RNA，RNA是单链结构，虽然经实验分析确定其碱基总数为X，其中鸟嘌呤G的数量为Y，但仍不能推断出构成A的另外几种碱基数量分别是多少。

依据中心法则可推知，RNA病毒遗传信息的传递过程与人体不同的步骤可