2020年高考生物一轮复习（创新版）文档：必修2第6单元遗传的物质基础第20讲 学案

第20讲　基因的表达

[考纲明细]　1.遗传信息的转录和翻译(Ⅱ)　2.基因与性状的关系(Ⅱ)

考点1　遗传信息的转录和翻译

1．RNA的结构与功能

2．比较RNA与DNA

3．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，在线粒体、叶绿体中也能发生转录过程。

(3)过程(见下图)

4．遗传信息的翻译

(1)概念

(2)密码子

①概念：信使RNA上3个相邻碱基决定1个氨基酸，此3个相邻碱基称为密码子。

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密码子与氨基酸的对应关系

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)，一种氨基酸可能对应一种或几种密码子。

(3)tRNA

①结构：呈三叶草的叶形

②种类：61种。

③tRNA与氨基酸的对应关系

一种tRNA只能转运一种氨基酸，一种氨基酸可由一种或几种tRNA转运。

(4)过程

(5)产物：多肽蛋白质。

深挖教材

原核细胞、真核细胞的转录和翻译在时间、空间上的区别有哪些？

提示　原核细胞的转录和翻译过程在时空上是连续的，即转录尚未结束，翻译就已开始；而真核细胞的转录和翻译是间隔的、不连续的，即先在细胞核内进行转录，形成的mRNA进入细胞质，在核糖体上再进行翻译过程。

1．“列表法”比较复制、转录和翻译

2．“图示法”解读复制、转录、翻译的过程

(1)图甲、图乙的过程判断

①图甲DNA两条链都作为模板⇒复制。

②图乙DNA的一条链作为模板⇒转录。

(2)图丙的过程解读

①一个核糖体与mRNA的结合部位形成2个tRNA结合位点。

②翻译起点：起始密码子决定的是甲硫氨酸或缬氨酸。

③翻译终点：识别到终止密码子(不决定氨基酸)翻译停止。

④翻译进程：核糖体沿着mRNA移动，mRNA不移动。

(3)图丁的过程解读

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：从左向右，判断依据是多肽链的长短，长的翻译在前。

④结果：合成多个氨基酸序列完全相同的多肽，因为模板mRNA相同。

3．相关数量关系

DNA碱基数∶mRNA碱基数∶氨基酸数＝6∶3∶1。

4．真核细胞和原核细胞基因表达过程的区别

(1)真核细胞基因表达过程

先转录后翻译。转录形成的mRNA通过核孔进入细胞质，与核糖体结合进行翻译。

(2)原核细胞基因表达过程

边转录边翻译。原核细胞没有核膜，mRNA一经形成就会有许多核糖体结合上来，所以会出现转录和翻译同时进行的现象。极大地提高了合成蛋白质的效率。

题组　遗传信息、密码子、反密码子的区别

1．如图表示蓝藻DNA上遗传信息、密码子、反密码子间的对应关系。请判断下列说法中正确的是(　　)

A．分析题图可知①是β，完成此过程的场所是细胞核

B．除图中所示的两种RNA之外，RNA还包括tRNA

C．图中翻译过程需要在核糖体上进行

D．能够转运氨基酸的③的种类有64种

答案　C

解析　根据碱基互补配对原则，从图中②的碱基组成可以确定β链是转录模板，蓝藻是原核生物，没有细胞核，A错误；RNA包括mRNA(图中②)、tRNA(图中③)和rRNA(核糖体RNA)，B错误；图中翻译过程在核糖体上进行，C正确；③是tRNA，能够转运氨基酸，其种类是61种，D错误。

2．(2015·海南高考)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

答案　A

解析　mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻碱基称作1个密码子，所以密码子位于mRNA上，每个tRNA上都有3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，因而叫做反密码子，A正确，B、C、D错误。

题后归纳

遗传信息、密码子和反密码子的比较

题组　转录和翻译过程

3．(2018·福建质检)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，其一条链可进入细胞质作为转录的模板

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，翻译过程中③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　据图可判断①②③④依次代表DNA、mRNA、核糖体、tRNA，其中②mRNA是以①DNA的一条链为模板转录形成的，场所是细胞核，A错误；②mRNA上有n个碱基，则新形成的肽链最多含有的氨基酸数目为n/3，则肽键数最多为(n/3－1)个，B错误；③核糖体沿着mRNA 由5′向3′方向移动，C错误；④tRNA上的反密码子可以识别②mRNA上的密码子，D正确。

4．下列有关如图所示的生理过程(图中④代表核糖体，⑤代表多肽链)的叙述，不正确的是(　　)

A．图中所示的生理过程包括转录和翻译

B．图中所示的过程发生在原核细胞中

C．遗传信息由②传递到⑤需要mRNA作中介

D．图中①在该过程中不起作用，由此可确定①在遗传上不具功能

答案　D

解析　图示表示遗传信息从DNA传递给mRNA再传递给蛋白质，所以其生理过程包括转录和翻译，A正确；图中转录和翻译可同时进行，说明是发生在原核细胞中，B正确；遗传信息存在于DNA分子中，由②传递到⑤需要mRNA作中介，C正确；①是DNA单链，在遗传时参与DNA复制，D错误。

5．(2019·江苏连云港东海石榴高中月考)关于如图所示生理过程的叙述，正确的是(　　)

A．物质1上任意三个相邻碱基叫做密码子

B．该过程需要mRNA、tRNA、rRNA参与

C．多个结构1共同完成一条物质2的合成

D．结构1读取到终止密码子时，物质2连接最后一个氨基酸

答案　B

解析　mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻碱基是密码子，A错误；图示为翻译过程，需要mRNA作为模板、tRNA运输氨基酸、rRNA构成的核糖体为场所，B正确；每个核糖体均分别完成一条多肽链的合成，多个核糖体可以完成多个相同的肽链的合成，C错误；结构1核糖体读取到终止密码子时，翻译过程结束，终止密码子不编码氨基酸，D错误。

题组　转录和翻译的相关计算

6．下图的基因模型为某种酶的基因内部和周围的DNA片段情况。距离以千碱基对(kb)表示，但未按比例画出，基因长度共8kb，人为划分a～g 7个区间，转录直接生成的mRNA中d区间所对应的区域会被加工切除，成为成熟的mRNA。下列相关分析错误的是(　　)

A．该酶是由299个氨基酸组成的

B．基因的长度大于其转录的mRNA的长度

C．成熟的mRNA是由3100个核糖核苷酸组成的

D．起始密码子对应的位点是RNA聚合酶结合的位点

答案　D

解析　该酶的长度是由起始密码子和终止密码子之间的碱基决定的，且不含终止密码子，为[(5.8－1.7)－(5.2－2.0)]×1000－3＝897(个)碱基对，对应氨基酸299个，A正确；基因包括编码区和非编码区，其中只有编码区能转录形成mRNA，所以基因的长度大于其转录的mRNA的长度，B正确；成熟的mRNA的长度＝(7.5－1.2)－(5.2－2.0)＝3.1 kb，即由3100个核糖核苷酸组成，C正确；转录起点对应的位点是RNA聚合酶结合的位点，D错误。

7．一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽，则此mRNA分子含有的碱基个数、合成这段多肽需要的tRNA个数及转录此mRNA的基因中碱基个数至少依次为(　　)

A．33　11　66   B．36　12　72

C．12　36　72   D．11　36　66

答案　B

解析　一条含有11个肽键的多肽，则含有12个氨基酸。mRNA中每3个相邻的碱基决定一个氨基酸；一个氨基酸需要一个tRNA来转运。因此，mRNA中至少含有36个碱基，至少需要12个tRNA，DNA中至少含有72个碱基。

技法提升

计算中的“最多”和“最少”问题

(1)mRNA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上碱基数目是蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。

(2)DNA上的碱基数目与蛋白质中的氨基酸的数目关系：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：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。

考点2　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)总表达式

①DNA的复制；②转录；③翻译；④RNA的复制；⑤逆转录。

(3)分别写出下列生物中心法则表达式

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：

③HIV等逆转录病毒的中心法则：

④不能分裂的细胞：

DNARNA蛋白质

深挖教材

写出洋葱表皮细胞及根尖分生区细胞内遗传信息传递过程。

提示　洋葱表皮细胞内遗传信息传递过程为：

DNARNA蛋白质

洋葱根尖分生区细胞内遗传信息传递过程为：

2．基因控制性状的途径

(1)直接控制途径

①机理：基因蛋白质结构生物体的性状。

②实例：镰刀型细胞贫血症、囊性纤维病的病因。

(2)间接控制途径

①机理：基因酶的合成代谢过程生物体的性状。

②实例：白化病、豌豆粒形的形成原因。

(必修2 P70小字)(1)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)线粒体肌病和神经性肌肉衰弱、运动失调及眼视网膜炎等都与线粒体DNA缺陷有关，通过母亲遗传给后代。

(必修2 P71拓展题T1改编)果蝇红眼形成的直接原因是红色色素的合成，而红色色素的合成需经一系列生化反应，每个反应所涉及的酶都与相应的基因有关，科学家只将其中一个因突变而导致红眼不能形成的基因命名为红眼基因，下列相关叙述正确的是(　　)

A．基因与红眼性状的关系是线性关系

B．果蝇只要有红眼基因就能形成红眼

C．红眼基因突变后其遗传性状一定改变

D．红眼性状是基因通过指导蛋白质的合成来实现的

答案　D

解析　根据题干信息可知，“红色色素的合成需经一系列生化反应，每个反应所涉及的酶都与相应的基因有关”，因此红眼基因与性状不是简单的线性关系，A错误；由于每个反应所涉及的酶都与相应的基因有关，因此并不是有红眼基因就能形成红眼，B错误；由于密码子的简并性，红眼基因突变后，其遗传性状不一定改变，C错误；红眼性状是基因通过指导蛋白质的合成来实现的，D正确。

题组　中心法则过程分析

1．中心法则揭示了生物遗传信息传递与表达的过程。下列有关中心法则的说法错误的是(　　)

A．a过程主要发生在细胞分裂的间期，b和c在细胞的整个生命过程中都能发生

B．c过程中mRNA上所含有的密码子均能在tRNA上找到与其相对应的反密码子

C．逆转录病毒的RNA在宿主细胞内须通过d、b、c过程才能最终合成蛋白质

D．细胞中的基因通过b、c过程合成的蛋白质可直接或间接地影响生物的性状

答案　B

解析　a、b、c、d、e分别表示DNA复制、转录、翻译、逆转录和RNA复制，DNA复制发生在细胞分裂的间期，转录和翻译发生在整个生命过程中，A正确；tRNA上找不到与终止密码子相对应的反密码子，B错误；逆转录病毒携带的RNA在宿主细胞内必须通过d、b、c过程才能最终合成蛋白质，C正确；蛋白质可直接或间接地影响生物的性状，D正确。

2．图甲所示为基因表达过程，图乙为中心法则，①～⑤表示生理过程。下列叙述正确的是(　　)

A．图甲所示为染色体DNA上的基因表达过程，需要多种酶参与

B．红霉素影响核糖体在mRNA上的移动，故影响基因的转录过程

C．图甲所示过程为图乙中的①②③过程

D．图乙中涉及碱基A与U配对的过程为②③④⑤

答案　D

解析　甲图中，转录和翻译同时进行，属于原核生物的基因表达过程，而原核生物没有染色体，A错误；红霉素影响核糖体在mRNA上的移动，所以影响基因的翻译过程，B错误；图乙中①是DNA复制、②是转录过程、③是翻译过程、④是RNA的复制、⑤是逆转录过程，图甲是基因控制蛋白质的合成过程，即转录和翻译，为图乙中的②③过程，C错误；图乙中涉及碱基A与U配对的过程为②③④⑤，①过程中只有A与T配对，D正确。

技法提升

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，但具体到不同细胞情况不尽相同，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。

题组　遗传信息传递过程及实验分析

3.右图为有关遗传信息传递和表达的模拟实验，下列相关叙述合理的是(　　)

A．若X是mRNA，Y是多肽，则试管内必须加入氨基酸

B．若X是DNA，Y含有U，则试管内必须加入逆转录酶

C．若X是tRNA，Y是多肽，则试管内必须加入脱氧核苷酸

D．若X是HIV的RNA，Y是DNA，则试管内必须加入DNA酶

答案　A

解析　若X是mRNA，Y是多肽，则试管内发生的是翻译过程，因此试管内必须加入氨基酸，A正确；若X是DNA，Y含有U，即Y为RNA，则试管内发生的是转录过程，不需要加入逆转录酶，需要加入RNA聚合酶等，B错误；若X是tRNA，Y是多肽，则试管内发生的是翻译过程，不需要加入脱氧核苷酸，C错误；若X是HIV的RNA，Y是DNA，则试管内发生的是逆转录过程，需要加入逆转录酶，而不是DNA酶，D错误。

4．如图为模拟中心法则信息传递过程的实验研究装置，据图回答：

(1)若图示为模拟某种病毒的信息流动过程，装置加入的模板A为单链，其部分碱基序列为—GAACACGUC—，加入的原料B为脱氧核苷酸，则该过程所需的酶B为________，模拟的过程为________。

(2)若图示为模拟人体淋巴细胞的信息流动过程，装置加入的模板A为双链，其部分碱基序列为—GAACATGTT—，加入的原料B为__________，则该过程所需的酶B为RNA聚合酶，模拟的过程为________，该生理过程主要发生在该细胞的________中。

答案　(1)逆转录酶　逆转录

(2)核糖核苷酸　转录　细胞核

解析　(1)由模板的部分碱基序列“—GAACACGUC—”中含有U且为单链可知，该病毒为RNA病毒，且以脱氧核苷酸为原料合成DNA，所以可确定该过程需要逆转录酶的参与，模拟的过程为逆转录过程。

(2)由“模板A为双链”和“碱基序列为—GAACATGTT—中含T等信息可知，模板A为双链DNA分子，在RNA聚合酶的催化作用下可以合成RNA，利用的原料为核糖核苷酸，模拟的过程为转录，主要发生在该细胞的细胞核中。

技法提升

 “三步法”判断中心法则各过程

题组　基因与生物性状的关系

5．(2018·吉林第二次调研)有关基因、蛋白质与性状关系的叙述中，不正确的是(　　)

A．一个基因不一定只能控制一个性状，多个基因可以影响和控制同一个性状

B．控制酪氨酸酶的基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状

C．并不是染色体上的所有基因都能表现出相应的性状

D．蛋白质的功能可以影响性状

答案　B

解析　生物性状是由基因决定的，但性状和基因不都是一一对应关系，如一个基因不一定只能控制一个性状，也有多个基因影响和控制同一个性状的，A正确；控制酪氨酸酶的基因是通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而间接控制生物性状，B错误；有的基因属于调节基因，并不直接表现在控制性状上，所以并不是染色体上的所有基因都能表现出相应的性状，C正确；蛋白质功能可以影响性状，如酪氨酸酶可以催化酪氨酸形成黑色素，若酪氨酸酶异常，则形成白化病，D正确。

6．(2018·安徽省皖南八校第二次联考)如图为人体内基因对性状的控制过程，下列叙述正确的是(　　)

A．白化病患者由于基因突变而导致基因2的碱基配对方式改变

B．当食物缺乏酪氨酸时，即使基因2正常表达仍然会患白化病

C．基因1能够反映基因通过控制蛋白质的合成直接控制生物体的性状

D．镰刀型细胞贫血症致病的直接原因是血红蛋白分子结构的改变

答案　D

解析　基因突变过程中不会导致基因的碱基配对方式改变，A错误；酪氨酸是非必需氨基酸，食物缺乏酪氨酸时人体自身可以合成，基因2正常表达则不会患白化病，B错误；基因1能够反映基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状，C错误；镰刀型细胞贫血症致病的根本原因是基因突变，直接原因是血红蛋白分子结构的改变，D正确。

高考热点突破

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

答案　C

解析　tRNA、rRNA和mRNA均由DNA转录而来，A正确；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，B正确；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，C错误；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，D正确。

2．(2018·江苏高考)下列关于DNA和RNA的叙述，正确的是(　　)

A．原核细胞内DNA的合成都需要DNA片段作为引物

B．真核细胞内DNA和RNA的合成都在细胞核内完成

C．肺炎双球菌转化实验证实了细胞内的DNA和RNA都是遗传物质

D．原核细胞和真核细胞中基因表达出蛋白质都需要DNA和RNA的参与

答案　D

解析　原核细胞内DNA的合成需要RNA为引物，A错误；真核细胞中的DNA和RNA的合成主要发生在细胞核中，此外线粒体和叶绿体中也能合成DNA和RNA，B错误；肺炎双球菌的体内转化实验说明了转化因子的存在，体外转化实验证明了其遗传物质是DNA，C错误；真核细胞和原核细胞中基因的表达过程都包括转录和翻译两个过程，都需要DNA和RNA的参与，D正确。

3．(2016·江苏高考)近年诞生的具有划时代意义的CRISPR/Cas9基因编辑技术可简单、准确地进行基因定点编辑。其原理是由一条单链向导RNA引导核酸内切酶Cas9到一个特定的基因位点进行切割。通过设计向导RNA中20个碱基的识别序列，可人为选择DNA上的目标位点进行切割(见下图)。下列相关叙述错误的是(　　)

A．Cas9蛋白由相应基因指导在核糖体中合成

B．向导RNA中的双链区遵循碱基配对原则

C．向导RNA可在逆转录酶催化下合成

D．若α链剪切位点附近序列为……TCCAGAATC……则相应的识别序列为……UCCAGAAUC……

答案　C

解析　Cas9蛋白由相应基因转录出的mRNA指导在核糖体中合成，A正确；向导RNA中的双链区遵循碱基配对原则，B正确；逆转录是以RNA为模板合成DNA，C错误；α链与向导RNA都与模板链互补配对，但二者所含碱基有所不同，D正确。

4．(2016·上海高考)从同一个体的浆细胞(L)和胰岛B细胞(P)分别提取它们的全部mRNA(L－mRNA和P－mRNA)，并以此为模板在逆转录酶的催化下合成相应的单链DNA(L－cDNA和 P－cDNA)。其中，能与L－cDNA互补的P－mRNA以及不能与P－cDNA互补的L－mRNA分别含有编码(　　)

①核糖体蛋白的mRNA　②胰岛素的mRNA　③抗体蛋白的mRNA　④血红蛋白的mRNA

A．①③   B．①④ 

C．②③   D．②④

答案　A

解析　由题意知，能与L－cDNA互补的P－mRNA是在两种细胞中均表达的基因转录的mRNA，不能与P－cDNA互补的L－mRNA是由在浆细胞中表达在胰岛B细胞中不表达的基因转录的mRNA，A正确。

5．(2018·江苏高考)长链非编码RNA (lncRNA)是长度大于200个碱基，具有多种调控功能的一类RNA分子。下图表示细胞中lncRNA的产生及发挥调控功能的几种方式，请回答下列问题：

(1)细胞核内各种RNA的合成都以________为原料，催化该反应的酶是________。

(2)转录产生的RNA中，提供信息指导氨基酸分子合成

多肽链的是________，此过程中还需要的RNA有________。

(3)lncRNA前体加工成熟后，有的与核内________(图示①)中的DNA结合，有的能穿过________(图示②)与细胞质中的蛋白质或RNA分子结合，发挥相应的调控作用。

(4)研究发现，人体感染细菌时，造血干细胞核内产生的一种lncRNA，通过与相应DNA片段结合，调控造血干细胞的________，增加血液中单核细胞、中性粒细胞等吞噬细胞的数量。该调控过程的主要生理意义是________。

答案　(1)四种核糖核苷酸　RNA聚合酶

(2)mRNA(信使RNA)　tRNA和rRNA(转运RNA和核糖体RNA)

(3)染色质　核孔

(4)分化　增强人体的免疫抵御能力

解析　(1)细胞核中的RNA都是以DNA为模板转录形成的，该过程需要RNA聚合酶的催化，原料是四种核糖核苷酸。

(2)转录可以形成mRNA、tRNA和rRNA，其中mRNA是翻译的模板，可以提供信息指导氨基酸分子合成多肽链；tRNA在翻译中作为运输氨基酸的工具；rRNA是核糖体的组成成分。

(3)由图可知，lncRNA前体加工成熟后，可以与染色质上的DNA分子结合，也可以通过核孔与细胞质中的蛋白质和RNA结合。

(4)根据题意分析，人体感染细菌时，造血干细胞核内产生的一种lncRNA，通过与相应DNA片段结合后，血液中产生了单核细胞、中性粒细胞等多种吞噬细胞，说明其调控了造血干细胞的分化；吞噬细胞属于免疫细胞，因此该调控过程的主要生理意义是增强人体的免疫抵御能力。