2020版新一线高考生物（人教版）一轮复习教学案：第6单元第3讲基因的表达

  第3讲　基因的表达

 [考纲展示]　1.遗传信息的转录和翻译(Ⅱ)　2.基因与性状的关系(Ⅱ)

考点一| 遗传信息的转录和翻译

1．RNA的结构和种类

(1)基本单位：核糖核苷酸。

(2)组成成分：

(3)结构：一般是单链，长度比DNA短；能通过核孔从细胞核转移到细胞质中。

(4)种类及功能：

(5)DNA与RNA的区别：

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(见图)：

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)翻译过程

(4)过程图示

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)一个tRNA分子中只有三个碱基，可以携带多种氨基酸。(×)

提示：一个tRNA分子与密码子配对的碱基有三个，只携带一种氨基酸。

(2)rRNA是核糖体的组成成分，原核细胞中可由核仁参与合成。(×)

提示：原核细胞无核仁。

(3)tRNA分子中的部分碱基两两配对形成氢键。(√)

(4)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。(×)

提示：基因进行转录时是以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则合成RNA。

(5)一个含n个碱基的DNA分子，转录的mRNA分子的碱基数是n/2个。(×)

提示：DNA上可能有不具有遗传效应的片段，且基因会选择性表达，因此mRNA分子的碱基数小于n/2个。

(6)每种氨基酸仅由一种密码子编码。(×)

提示：一种氨基酸由一种或多种密码子编码。

(7)mRNA上所含有的密码子均能在tRNA上找到相对应的反密码子。(×)

提示：终止密码子无对应的反密码子。

(8)细胞中的mRNA在核糖体上移动，指导蛋白质的合成。(×)

提示：应是核糖体在mRNA上移动。

(9)存在于叶绿体和线粒体中的DNA都能进行复制、转录，进而翻译出蛋白质。(√)

2．思考回答(规范表述)

图1　　　　　　　　　　图2

(1)遗传信息翻译时，一个mRNA结合多个核糖体，其生物学意义是什么？

提示：少量mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白质，大大提高了翻译的效率。

(2)如何判断核糖体在mRNA上的移动方向？

提示：依据多肽链的长短，长的翻译在前。

(3)图1、图2所代表的生物类型是什么？试从转录、翻译特点分析判断依据是什么？

提示：图1为真核细胞，依据是先转录、后翻译。图2为原核细胞，依据为转录尚未结束，翻译已经开始。

1．复制、转录和翻译的比较

2．转录和翻译过程中相关数量的计算方法

(1)相关数量关系：基因碱基数∶mRNA碱基数∶氨基酸＝6∶3∶1(忽略终止密码子)。

(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。

考法1　考查遗传信息的转录和翻译

1．(2017·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

C　[本题考查遗传信息的转录。A对：tRNA、rRNA和mRNA均由DNA转录而来。B对：RNA的合成以DNA的一条链为模板，边解旋边转录，同一细胞中可能有多个DNA分子同时发生转录，故两种RNA可同时合成。C错：RNA的合成主要发生在细胞核中，另外在线粒体、叶绿体中也可发生。D对：转录时遵循碱基互补配对原则，故转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补。]

2．(2017·海南高考)下列关于生物体内基因表达的叙述，正确的是

(　　)

A．每种氨基酸都至少有两种相应的密码子

B．HIV的遗传物质可以作为合成DNA的模板

C．真核生物基因表达的过程即是蛋白质合成的过程

D．一个基因的两条DNA链可转录出两条相同的RNA

B　[除了甲硫氨酸和色氨酸外，每一个氨基酸都至少有两个相应的密码子，A错误；HIV的遗传物质为RNA，可以作为合成DNA的模板，B正确；tRNA和rRNA的合成过程也是基因表达，只包括转录过程。蛋白质合成的过程包括转录和翻译，C错误；转录是以DNA的一条链作为模板，D错误。]

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．并不是所有的密码子都决定氨基酸，其中终止密码子不决定氨基酸。

4．一种密码子只决定一种氨基酸，但一种氨基酸可对应一种或多种密码子。

考法2　基因表达的综合分析

3．(2019·德州模拟)果蝇的“生物钟”受某些细胞中X染色体上的Per基因和2号染色体上的Tim基因调控。研究发现，夜间PER蛋白积累，而过多的PER蛋白与TiM蛋白结合能入核抑制基因的活性，使白天PER蛋白水平降低，实现昼夜节律。下列分析错误的是(　　)

A．“生物钟”的形成过程存在反馈调节

B．“生物钟”的形成与基因的选择性表达有关

C．Tim基因表达障碍时，PER蛋白会发生持续性积累

D．Per基因和Tim基因遗传时相对独立，表达时互不干扰

D　[夜间PER蛋白积累，而过多的PER蛋白与TiM蛋白结合能入核抑制基因的活性，使白天PER蛋白水平降低，实现昼夜节律，说明“生物钟”的形成过程存在反馈调节，A正确；果蝇的“生物钟”受某些细胞中X染色体上的Per基因和2号染色体上的Tim基因调控，说明“生物钟”的形成与基因的选择性表达有关，B正确；过多的PER蛋白与TiM蛋白结合能入核抑制基因的活性，则Tim基因表达障碍时，PER蛋白会发生持续性积累，C正确；Per基因和Tim基因是位于非同源染色体上的基因，遗传时相对独立，但是表达时并不是互不干扰的，D错误。]

4．(2019·北京市海淀区模拟)科研人员从肿瘤细胞中发现了蛋白S，为了研究其功能做了如下实验：将DNA模板和RNA聚合酶混合一段时间后加入原料，其中鸟嘌呤核糖核苷酸用32P标记，一起保温一段时间后加入肝素(可以与RNA聚合酶结合)，然后再加入蛋白S，结果如图所示。下列叙述不正确的是(　　)

A．对照组应加入不含蛋白S的缓冲液

B．曲线反映的是模板DNA的复制过程

C．加入肝素后没有新的mRNA合成

D．蛋白S能解除肝素抑制转录的作用

B　[对照组应加入不含蛋白S的缓冲液，保证其他生理过程不受影响，A正确；  以DNA为模板，在RNA聚合酶的作用下发生的是DNA转录的过程，而不是DNA复制过程，由此判断B错误；分析曲线知，加入肝素之前，产物的合成量在增加，而加入肝素后两曲线表示的产物的放射性基本没有变化，在大约2.5 min时加入蛋白S后，一段时间后产物的放射性开始增强，说明蛋白S能解除肝素抑制转录的作用，C、D正确。]

考法3　考查遗传信息、密码子和反密码子的关系

5．下列关于基因指导蛋白质合成的叙述，正确的是(　　)

A．遗传信息从碱基序列到氨基酸序列不会损失

B．密码子中碱基的改变一定会导致氨基酸改变

C．DNA通过碱基互补配对决定mRNA的序列

D．核苷酸序列不同的基因不可能表达出相同的蛋白质

C　[由于基因中的启动子、终止子和内含子都不编码氨基酸，因此遗传信息在从碱基序列到氨基酸序列的传递过程中有所损失，A错误；由于密码子的简并性，因此密码子中碱基的改变不一定会导致氨基酸改变，B错误；转录过程中DNA通过碱基互补配对决定mRNA的序列，C正确；由于密码子的简并性，核苷酸序列不同的基因可通过转录和翻译，表达出相同的蛋白质，D错误。]

6．下列关于密码子、tRNA和氨基酸的关系，说法正确的是(　　)

A．mRNA上每3个相邻的碱基都决定一种氨基酸

B．密码子的简并性是指每种氨基酸都有多种密码子

C．tRNA分子内部均不存在氢键

D．每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸

D　[mRNA上每3个相邻的碱基构成一个密码子，其中终止密码子不编码氨基酸，A错误；密码子的简并性是指一种氨基酸可能由一种或多种密码子编码，B错误；tRNA分子中存在局部双链结构，因此其内部存在氢键，C错误；tRNA具有专一性，即每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，D正确。]

考点二| 中心法则及基因与性状的关系

1．中心法则(如图)

(1)填写序号的名称

①DNA复制；②转录；③翻译；④RNA复制；⑤逆转录。

(2)用序号表示下列生物的遗传信息传递过程

①噬菌体：①、②、③。

②烟草花叶病毒：④、③。

③烟草：①、②、③。

④HIV：⑤、①、②、③。

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。

(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。

(3)基因控制性状的实例(连线)

实例

①白化病

②镰刀型细胞

贫血症

③圆粒和皱粒豌豆

④囊性纤维病

⑤苯丙酮尿症

⑥果蝇的红眼和白眼　　　　

控制方式

a．通过控制蛋白质的

结构直接控制生物

体的性状

b．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

提示：

3．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，如果蝇红眼的形成与多个基因有关。

(3)有时一个基因可影响多种性状，如A BC，基因1可影响B和C的性状。

(4)生物体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。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)HIV中能完成逆转录过程。(×)

提示：HIV感染人体细胞，在细胞内完成逆转录过程。

(2)豌豆粒形的形成机理体现了基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。(×)

提示：豌豆粒形的形成机理体现了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。

(3)白化病是酪氨酸酶活性降低造成的。(×)

提示：白化病是病人体内不能合成酪氨酸酶造成的。

(4)某些性状由多个基因共同决定，有的基因可能影响多个性状。(√)

(5)两个个体的身高相同，二者的基因型可能相同，也可能不同。(√)

2．思考回答(规范表述)

据图分析生物体内遗传信息的传递和表达过程

(1)在人体细胞中发生的过程有哪些？

(2)①和②过程，碱基配对方式完全相同吗？

(3)HIV侵染细胞可发生上述什么过程？其宿主细胞是什么？其进行蛋白质合成的场所是哪里？其“遗传信息流”的模板及原料分别由谁提供？

(4)中心法则反映了遗传物质的哪两大功能？

提示：(1)①②③　(2)不完全相同。①中是G—C，C—G，A—T，T—A；②中是G—C，C—G，A—U，T—A。

(3)被HIV侵染的细胞可发生的过程是④①②③，其宿主细胞是T淋巴细胞，其进行蛋白质合成的场所是宿主细胞的核糖体，其“遗传信息流”的模板由病毒自身提供，原料由宿主细胞提供。

(4)中心法则反映了遗传物质的传递与表达两大功能。

不同细胞或生物的中心法则

(1)能分裂的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：

(4)不能分裂的细胞生物的中心法则：

DNARNA蛋白质

考法1　考查中心法则

1．(2018·菏泽一模)中心法则是指遗传信息的流向所遵循的法则，下列相关叙述错误的是(　　)

A．DNA复制不一定伴随着染色体的复制

B．转录产生的RNA上的碱基序列都能编码氨基酸

C．核糖体与mRNA的结合部位会形成2个tRNA结合位点

D．感染HIV的T细胞在HIV提供的逆转录酶作用下完成RNA→DNA

B　[转录产生的tRNA和rRNA不编码氨基酸，mRNA上的终止密码也不编码氨基酸。]

2．下列关于中心法则的叙述，错误的是(　　)

A．人体细胞一定能进行b过程，不一定能进行a过程

B．同一种RNA病毒既能进行e过程，又能进行d过程

C．所有生物c过程一定是在核糖体上进行的

D．没有一种生物体内能同时进行以上五个过程

B　[据图分析，a表示DNA复制，b表示转录，c表示翻译，d表示逆转录，e表示RNA复制。只有分裂的细胞能进行DNA复制，人体只有少数细胞能进行分裂，但是转录、翻译是所有细胞都能进行的，A正确；同一种RNA病毒只能进行一种遗传物质的增殖方式，如HIV只能进行逆转录而不能进行RNA的复制，TMV只能进行RNA复制而不能进行逆转录，B错误；c过程是蛋白质的合成，蛋白质合成的场所只有核糖体，C正确；  以DNA为遗传物质的生物只能进行a、b、c,  以RNA为遗传物质的生物只能进行e、c或者d、a、b、c，D正确。]

考法2　考查基因对性状的控制

3．(2018·潍坊期中)下列有关基因、蛋白质和性状的叙述，正确的是

(　　)

A．基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状，如人类白化病

B．基因中发生碱基对的改变，则生物体的性状一定发生改变

C．线粒体中的蛋白质都是由线粒体内部的基因控制合成的

D．基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间存在相互作用

D　[白化病是由于基因突变造成酪氨酸酶不能合成，说明基因可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，A项错误；由于密码子的简并性，基因中发生碱基对的改变，所编码的氨基酸不一定改变，则生物体的性状不一定发生改变，B项错误；线粒体中的蛋白质一部分是由线粒体内部的基因控制合成的，另一部分是细胞核基因控制合成的，C错误；基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间存在相互作用，D项正确。]

4．(2019·肇庆质检)如图为脉孢霉体内精氨酸的合成途径示意图。从图中不可得出(　　)

基因①　基因②　基因③　基因④

↓     ↓      ↓       ↓

酶①　 酶②　 酶③　　 酶④

↓      ↓      ↓      ↓

N－乙酰鸟氨酸→鸟氨酸→ 瓜氨酸→→精氨酸

A．精氨酸的合成是由多对基因共同控制的

B．基因可通过控制酶的合成来控制代谢过程

C．若基因②不表达，则基因③和④也不表达

D．若产生鸟氨酸依赖突变型脉孢霉，则可能是基因①发生突变

C　[若基因②不表达，基因③和④的表达可能不受影响。若产生鸟氨酸依赖突变型脉孢霉，可能性之一是基因①发生突变，不能合成酶①，导致不能合成鸟氨酸。]

真题体验| 感悟高考　淬炼考能

1．(2018·海南高考)关于复制、转录和逆转录的叙述，下列说法错误的是(　　)

A．逆转录和DNA复制的产物都是DNA

B．转录需要RNA聚合酶，逆转录需要逆转录酶

C．转录和逆转录所需要的反应物都是核糖核苷酸

D．细胞核中的DNA复制和转录都以DNA为模板

C　[逆转录所需要的反应物是脱氧核苷酸。]

2．(2018·海南高考)生物的有些性状受单基因控制，有些性状受多基因控制。回答下列问题：

(1)假设某作物的A性状(如小麦的有芒/无芒)  受单基因控制，B性状(如小麦的产量)  受多基因控制，则__________性状更容易受到环境的影响。

(2)若要通过实验探究B性状的表现与环境的关系，则该实验的自变量应该是________，在设置自变量时，应该注意的事项有______ ______________________________________________________________

____________________________________________(答出两点即可)。

(3)根据上述两类性状的遗传特点，对于人类白化病的控制来说，一般应设法降低人群中________________；对于哮喘病的预防来说，一般可从改善其所处的________入手。

解析：多基因控制的性状由于每对基因都受环境影响，因此受环境影响比较大。探究性状与环境的关系的实验探究中，不同的实验组之间应有明显的差别，  同一实验组中环境要相同。白化病是单基因遗传病。哮喘病是多基因遗传病。

答案：(1)B

(2)环境　不同组间环境有足够的差异；同一组内的环境尽量保持一致

(3)致病基因的基因频率　环境