专题19 基因的表达（串讲）-备战2024年高考生物一轮复习串讲精练（新高考专用）（原卷版）

专题19 基因的表达

考点一　遗传信息的转录和翻译

1．RNA的结构与功能

（1）RNA的基本单位：____________________。

（2）RNA的组成成分包括____________________。

（3）RNA一般是单链，能通过________从细胞核转移到细胞质中。

4.RNA的种类：____________________。

2．遗传信息的转录

(1)概念：以_______________为模板，按碱基互补配对原则合成RNA的过程。

(2)场所：主要是________，在_______________中也能发生转录过程。

(3)产物：____________________。

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____________________的过程。

(2)场所或装配机器：________。

（3）密码子

①概念：________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_____种，终止密码子有_____种。

③密码子与反密码子的比较

4.①tRNA________(填“含有”或“不含有”)氢键，一个tRNA分子中________(填“是”或“不是”)只有三个碱基。

②反密码子的读取方向为________________________________________。

1.转录过程

2.翻译过程

3．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。

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。

4．DNA复制、转录和翻译的区别

5.DNA分子结构的相关计算

（1）“三步法”解答关于基因表达中的计算题

第一步：作图。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。

（2）关注计算中“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倍还要多一些。

③不能忽略“最多”或“最少”等字(忽略终止密码子)：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。

典例1.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

典例2.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

考点二　中心法则及基因与性状的关系

1．中心法则

(1)内容图解：_________________________。

(2)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________________生物体的性状

(2)间接控制途径(用文字和箭头表示)

基因______________________生物体的性状(完善实例分析如下)

3.线粒体和叶绿体中的DNA，都能够进行___________，并通过转录和翻译控制某些___________的合成。

基因与性状的关系

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

③囊性纤维病致病机理

典例1.新冠病毒(SARS－CoV－2)和肺炎双球菌均可引发肺炎，两者结构不同。新冠病毒是具外套膜的正链单股RNA病毒，其遗传物质是目前所有RNA病毒中最大的，该病毒在宿主细胞内的增殖过程如图所示，a～e表示相应的生理过程。下列有关叙述正确的是(　　)

A．新冠病毒与肺炎双球菌均需利用人体细胞内的核糖体进行蛋白质合成

B．新冠病毒与肺炎双球菌二者的遗传物质都没有与组蛋白相结合

C．新冠病毒在宿主细胞内形成子代的过程可以体现中心法则的全过程

D．a～e过程均存在A—U的形成和解开，图中的mRNA与RNA(＋)序列相同

典例2.(2020·张家口市宣化第一中学高三月考)如图表示某些细菌合成精氨酸的途径，从图中可以得出的结论是(　　)

A．若产生中间产物Ⅰ为依赖型突变细菌，则可能是控制酶1合成的基因发生突变

B．这三种酶基因有可能位于一对同源染色体上

C．这些细菌的精氨酸的合成是由3对等位基因共同控制的

D．若控制酶1合成的基因不表达，则控制酶2合成的基因和控制酶3合成的基因也不表达

1.有关转录和翻译的7点易错点

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

(2)tRNA并非仅由 3个核糖核苷酸(碱基)构成，而是含有几十个至上百个核糖核苷酸(碱基)。

(3)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；但是一种氨基酸可对应一种或几种密码子，可由一种或几种tRNA转运。

(4)并不是所有的密码子都决定氨基酸，其中终止密码不决定氨基酸。

(5)转录和翻译过程中A不是与T配对，而是与U配对。

(6)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。

(7)真核生物首先在细胞核转录，后在细胞质中翻译，异地、先后进行；原核细胞是边转录、边翻译，同地、同时进行。

2.有关中心法则及基因与性状关系的4点注意

(1)不同细胞中的中心法则途径：高等动植物只有DNA复制、转录、翻译三条途径，如根尖分生区细胞等分裂旺盛的组织细胞中三条途径都有；但叶肉细胞等高度分化的细胞中无DNA复制途径，只有转录和翻译两条途径；哺乳动物成熟的红细胞中无信息传递。RNA复制和逆转录只发生在被RNA病毒寄生的细胞中，而在其他生物体内不能发生。

(2)RNA复制酶、逆转录酶均来自病毒自身，但是该酶起初应在寄主细胞核糖体上，由寄主细胞提供原料合成。

(3)体现某性状的物质并不一定是“蛋白质”：如甲状腺激素、黑色素、淀粉等，该类性状往往是通过基因控制性状的间接途径实现的，即基因酶的合成产生该非蛋白质类物质的代谢过程控制性状。

(4)基因与性状的关系并不都是简单的一一对应关系：基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用，这种相互作用形成了一个错综复杂的网络，精细地调控着生物体的性状。总之，生物体的性状是基因和环境共同作用的结果。

1.(2020·全国Ⅲ，1)关于真核生物的遗传信息及其传递的叙述，错误的是(　　)

A．遗传信息可以从DNA流向RNA，也可以从RNA流向蛋白质

B．细胞中以DNA的一条单链为模板转录出的RNA均可编码多肽

C．细胞中DNA分子的碱基总数与所有基因的碱基数之和不相等

D．染色体DNA分子中的一条单链可以转录出不同的RNA分子

2.(2020·全国Ⅲ，3)细胞内有些tRNA分子的反密码子中含有稀有碱基次黄嘌呤(I)。含有I的反密码子在与mRNA中的密码子互补配对时，存在如图所示的配对方式(Gly表示甘氨酸)。下列说法错误的是(　　)

A．一种反密码子可以识别不同的密码子

B．密码子与反密码子的碱基之间通过氢键结合

C．tRNA分子由两条链组成，mRNA分子由单链组成

D．mRNA中的碱基改变不一定造成所编码氨基酸的改变

3.（2023·山东·高考真题）细胞中的核糖体由大、小2个亚基组成。在真核细胞的核仁中，由核rDNA转录形成的rRNA与相关蛋白组装成核糖体亚基。下列说法正确的是（  ）

A．原核细胞无核仁，不能合成rRNA 

B．真核细胞的核糖体蛋白在核糖体上合成

C．rRNA上3个相邻的碱基构成一个密码子 

D．细胞在有丝分裂各时期都进行核DNA的转录

4.（2023·山东·高考真题）某种XY型性别决定的二倍体动物，其控制毛色的等位基因G、g只位于X染色体上，仅G表达时为黑色，仅g表达时为灰色，二者均不表达时为白色。受表观遗传的影响，G、g来自父本时才表达，来自母本时不表达。某雄性与杂合子雌性个体为亲本杂交，获得4只基因型互不相同的F1。亲本与F1组成的群体中，黑色个体所占比例不可能是（  ）

A．2/3 B．1/2 C．1/3 D．0

5.（2022·辽宁·统考高考真题）水通道蛋白（AQP）是一类细胞膜通道蛋白。检测人唾液腺正常组织和水肿组织中3种AQP基因mRNA含量，发现AQP1和AQP3基因mRNA含量无变化，而水肿组织AQP5基因mRNA含量是正常组织的2.5倍。下列叙述正确的是（  ）

A．人唾液腺正常组织细胞中AQP蛋白的氨基酸序列相同

B．AQP蛋白与水分子可逆结合，转运水进出细胞不需要消耗ATP

C．检测结果表明，只有AQP5蛋白参与人唾液腺水肿的形成

D．正常组织与水肿组织的水转运速率不同，与AQP蛋白的数量有关

6.（2023·浙江·统考高考真题）核糖体是蛋白质合成的场所。某细菌进行蛋白质合成时，多个核糖体串联在一条mRNA上形成念珠状结构——多聚核糖体（如图所示）。多聚核糖体上合成同种肽链的每个核糖体都从mRNA同一位置开始翻译，移动至相同的位置结束翻译。多聚核糖体所包含的核糖体数量由mRNA的长度决定。下列叙述正确的是（  ）

A．图示翻译过程中，各核糖体从mRNA的3'端向5'端移动

B．该过程中，mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子互补配对

C．图中5个核糖体同时结合到mRNA上开始翻译，同时结束翻译

D．若将细菌的某基因截短，相应的多聚核糖体上所串联的核糖体数目不会发生变化

7.（2023·全国·统考高考真题）已知某种氨基酸（简称甲）是一种特殊氨基酸，迄今只在某些古菌（古细菌）中发现含有该氨基酸的蛋白质。研究发现这种情况出现的原因是，这些古菌含有特异的能够转运甲的tRNA（表示为tRNA甲）和酶E，酶E催化甲与tRNA甲结合生成携带了甲的tRNA甲（表示为甲－tRNA甲），进而将甲带入核糖体参与肽链合成。已知tRNA甲可以识别大肠杆菌mRNA中特定的密码子，从而在其核糖体上参与肽链的合成。若要在大肠杆菌中合成含有甲的肽链，则下列物质或细胞器中必须转入大肠杆菌细胞内的是（  ）

①ATP ②甲 ③RNA聚合酶  ④古菌的核糖体  ⑤酶E的基因  ⑥tRNA甲的基因

A．②⑤⑥ B．①②⑤ C．③④⑥ D．②④⑤

8.（2023·湖南·统考高考真题）基因Bax和Bd-2分别促进和抑制细胞凋亡。研究人员利用siRNA干扰技术降低TRPM7基因表达，研究其对细胞凋亡的影响，结果如图所示。下列叙述错误的是（  ）

A．细胞衰老和细胞凋亡都受遗传信息的调控

B．TRPM7基因可能通过抑制Bax基因的表达来抑制细胞凋亡

C．TRPM7基因可能通过促进Bcl-2基因的表达来抑制细胞凋亡

D．可通过特异性促进癌细胞中TRPM7基因的表达来治疗相关癌症

9.(2020·全国Ⅱ，29)大豆蛋白在人体内经消化道中酶的作用后，可形成小肽(短的肽链)。回答下列问题：

(1)在大豆细胞中，以mRNA为模板合成蛋白质时，除mRNA外还需要其他种类的核酸分子参与，它们是________、________。

(2)大豆细胞中大多数mRNA和RNA聚合酶从合成部位到执行功能部位需要经过核孔。就细胞核和细胞质这两个部位来说，作为mRNA合成部位的是__________，作为mRNA执行功能部位的是________；作为RNA聚合酶合成部位的是________，作为RNA聚合酶执行功能部位的是________。

(3)部分氨基酸的密码子如表所示。若来自大豆的某小肽对应的编码序列为UACGAACAUUGG，则该小肽的氨基酸序列是____________________。若该小肽对应的DNA序列有3处碱基发生了替换，但小肽的氨基酸序列不变，则此时编码小肽的RNA序列为______________。

10.（2022·重庆·统考高考真题）科学家用基因编辑技术由野生型番茄（HH）获得突变体番茄（hh），发现突变体中DML2基因的表达发生改变，进而影响乙烯合成相关基因ACS2等的表达及果实中乙烯含量（如图I、II），导致番茄果实成熟期改变。请回答以下问题：

(1)图I中，基因h是由基因H编码区第146位碱基后插入一个C（虚线框所示）后突变产生，致使h蛋白比H蛋白少93个氨基酸，其原因是        。基因h转录形成的mRNA上第49个密码子为        。另有研究发现，基因H发生另一突变后，其转录形成的mRNA上有一密码子发生改变，但翻译的多肽链氨基酸序列和数量不变，原因是        。

(2)图II中，t1～t2时段，突变体番茄中DML2基因转录的mRNA相对量低于野生型，推测在该时间段，H蛋白对DML2基因的作用是        。突变体番茄果实成熟期改变的可能机制为：H突变为h后，由于DML2基因的作用，果实中ACS2基因        ，导致果实成熟期        （填“提前”或“延迟”）。

(3)番茄果肉红色（R）对黄色（r）为显性。现用基因型为RrHH和Rrhh的番茄杂交，获得果肉为红色、成熟期为突变体性状的纯合体番茄，请写出杂交选育过程（用基因型表示）。