2021高考生物人教版一轮教师用书第六单元第19讲　基因的表达

第19讲　基因的表达

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

[纠误诊断]

(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分子的碱基数远小于n/2个。

(6)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。

(7)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。(　√　)

1.下图为两类细胞遗传信息表达示意图,据图思考:

(1)肺炎双球菌为原核生物,只进行　　　　(填“图1”或“图2”)过程。 

(2)a～f依次为　               。 

(3)图1中翻译方向为　　　　　　。判断依据是　　　　　　　　　　　　　。图1信息显示一条mRNA可结合多个核糖体,其意义在于　               。 

提示:(1)图2　(2)mRNA、核糖体、多肽链、DNA、mRNA、RNA聚合酶　(3)从左向右　多肽链的长短,长的表明先进行了翻译过程　少量mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质

[深度思考]

(1)mRNA与其作为传递遗传信息的信使的分子特点有哪些?

提示:①由核糖核苷酸连接而成,含有四种碱基可以携带遗传信息;②一般为单链,而且比DNA短,能够通过核孔从细胞核转移到细胞质。

(2)结合在一个mRNA上的多个核糖体合成的多条肽链相同吗?为什么?

提示:结合在一个mRNA上的多个核糖体合成的多条肽链相同,因为作为模板的mRNA相同。

2.填表比较DNA复制、转录、翻译

名师点拨:遗传信息的复制单位是DNA(或RNA),转录的单位是基因。

3.思考下列一组问题:

(1)什么是密码子的简并性?密码子的简并性有何意义?什么是密码子的统一性?密码子的统一性说明了什么?

提示:一种氨基酸可能有几个密码子的现象叫密码子的简并性。密码子具有简并性,一方面可增强容错性,减少蛋白质或性状的差错,另一方面有利于提高翻译的效率。密码子的统一性是指地球上几乎所有的生物都共用一个密码子表,这一事实说明各种生物都有一定的亲缘关系或者说生命本质上是统一的。

(2)原核生物的拟核基因表达速率往往比真核生物的核基因表达的速率要快很多,为什么?

提示:原核生物基因表达时转录和翻译可以同步进行,真核生物基因表达时先完成转录,再完成翻译。

(3)起始密码子AUG决定甲硫氨酸,为什么蛋白质的第一个氨基酸往往不是甲硫氨酸?

提示:翻译形成的多肽链往往需进行加工修饰,甲硫氨酸在此过程中会被剪切掉。

题型一　考查遗传信息的转录和翻译

1.(2017·全国Ⅲ卷)下列关于真核细胞中转录的叙述,错误的是(　C　)

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

解析:RNA是以DNA(基因)为模板转录的产物,包括tRNA、rRNA和mRNA三种;转录是以基因为单位的,不同基因的转录产物(RNA)不同,而且不同基因的转录过程相对独立,因此同一细胞中两种RNA的合成可能同时发生;真核细胞中,叶绿体和线粒体内也有少量的DNA,叶绿体和线粒体内的DNA也能作为转录的模板合成RNA;DNA是双链分子,转录时以其中一条链(即模板链)为模板,按照碱基互补配对原则合成出RNA子链,因此转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补。

2.(2019·全国Ⅰ卷)用体外实验的方法可合成多肽链,已知苯丙氨酸的密码子是UUU,若要在体外合成同位素标记的多肽链,所需的材料组合是(　C　)

①同位素标记的tRNA

②蛋白质合成所需的酶

③同位素标记的苯丙氨酸

④人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸

⑤除去了DNA和mRNA的细胞裂解液

A.①②④ B.②③④ C.③④⑤ D.①③⑤

解析:翻译的原料是氨基酸,要让多肽链带上放射性标记,应该用同位素标记的氨基酸(苯丙氨酸)作为原料,而不是同位素标记的tRNA;合成蛋白质需要模板,由题知苯丙氨酸的密码子是UUU,因此可以用人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸作模板,同时要除去细胞中原有核酸的干扰;除去了DNA和mRNA的细胞裂解液模拟了细胞中的真实环境,其中含有核糖体、催化多肽链合成的酶等,因此不需要再加入蛋白质合成所需的酶。

3.(2019·海南卷)下列关于蛋白质合成的叙述错误的是(　C　)

A.蛋白质合成通常从起始密码子开始到终止密码子结束

B.携带肽链的tRNA会先后占据核糖体的2个tRNA结合位点

C.携带氨基酸的tRNA都与核糖体的同一个tRNA结合位点结合

D.最先进入核糖体的携带氨基酸的tRNA在肽键形成时脱掉氨基酸

解析:蛋白质合成中,翻译的模板是mRNA,从起始密码子开始到终止密码子结束;核糖体同时占据两个密码子位点,携带肽链的tRNA会先后占据核糖体的2个tRNA结合位点,通过反密码子与密码子进行互补配对;最先进入核糖体的携带氨基酸的tRNA在肽键形成时脱掉氨基酸,继续运输其他氨基酸。

题型二　考查密码子和反密码子

4.(2019·河北衡水中学期中)如图为生物体内转运异亮氨酸的转运RNA,对此叙述正确的是(　D　)

A.该转运RNA还能识别并转运其他氨基酸

B.异亮氨酸只能由该转运RNA转运

C.异亮氨酸的密码子是AAU

D.转运RNA是由许多个核糖核苷酸构成

解析:该转运RNA只能转运异亮氨酸,不能识别并转运其他氨基酸;异亮氨酸不只有该转运RNA转运,还有其他的转运RNA转运异亮氨酸;此tRNA携带的碱基对应的异亮氨酸的密码子是AUU;转运RNA是由许多个核糖核苷酸构成。

5.(2019·山东潍坊月考)下列有关密码子的叙述正确的是(　C　)

A.基因突变可能改变基因中密码子的种类或顺序

B.每种氨基酸都对应多种密码子

C.密码子的简并性可以减少有害突变

D.密码子和反密码子中碱基可互补配对,所以两者种类数相同

解析:密码子是指mRNA上能编码氨基酸的三个相邻的碱基;有些氨基酸只对应一种密码子;由于密码子的简并性,当发生基因突变后氨基酸的种类可能并未发生改变即可以减少有害突变;密码子共64种,而反密码子与决定氨基酸的密码子对应,一般有61种。

题型三　结合信息考查基因的表达

6.(2019·山东日照期末)下图表示某细胞内发生的一系列生理过程,X表示某种酶。下列叙述错误的是(　B　)

A.图中X为RNA聚合酶

B.该图中最多含有4种碱基

C.图中核糖体从右向左移动

D.该过程可能发生在原核细胞中

解析:该图中转录和翻译同时进行,表示的是原核细胞的转录和翻译过程;图中X表示的是RNA聚合酶;该图中最多含有A、T、C、G、U 5种碱基;从肽链的长度判断核糖体从右向左移动。

7.(2019·山东潍坊二模)基因转录出的初始RNA,要经过加工才能与核糖体结合发挥作用:初始RNA经不同方式的剪切可被加工成翻译不同蛋白质的 mRNA;某些初始RNA的剪切过程需要非蛋白质类的酶参与。而且大多数真核细胞mRNA只在个体发育的某一阶段合成,发挥完作用后以不同的速度被降解。下列相关叙述错误的是(　C　)

A.一个基因可参与生物体多个性状的控制

B.催化某些初始RNA剪切过程的酶是通过转录过程合成的

C.初始RNA的剪切、加工是在核糖体内完成的

D.mRNA的合成与降解是细胞分化的基础,可促进个体发育

解析:初始RNA的剪切、加工是在细胞核中完成的。

考点二　基因对性状的控制

1.中心法则

(1)提出者:克里克。

(2)补充后的内容图解

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)

基因蛋白质结构生物体的性状(完善实例分析如下)

(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(完善实例分析如下)

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.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多个不同的基因有关。

(3)有时一个基因可影响多个性状,如ABC,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。

[纠误诊断]

(1)HIV能在自身内完成逆转录过程。(　×　)

提示:HIV感染人体细胞,在人体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,二者的基因型一定相同。(　×　)

提示:两个个体的身高相同,二者关于身高的基因型可能相同,也可能不同。

1.据图分析生物体内遗传信息的传递和表达过程

(1)在正常人体细胞中发生的过程是①②③。

(2)①和②过程,碱基配对方式完全相同吗?

提示:不完全相同,①过程是A—T,T—A,G—C,C—G;②过程是A—U,T—A,G—C,C—G。

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

提示:HIV可发生的过程是④①②③,其宿主细胞是T淋巴细胞,进行蛋白质合成的场所是宿主细胞的核糖体,“遗传信息流”的模板是由病毒自身提供的,原料是宿主细胞提供的。

2.写出不同类型生物遗传信息的传递

(1)以DNA为遗传物质的生物遗传信息的传递

。

(2)具有RNA复制功能的RNA病毒(如烟草花叶病毒)

。

(3)具有逆转录功能的RNA病毒(如艾滋病病毒)

。

(4)高度分化的细胞

。

题型一　考查中心法则

1.(2019·河北衡水中学五调)下图表示遗传信息的传递和表达过程。下列有关分析正确的是(　C　)

A.tRNA的种类决定了过程③中氨基酸的排列顺序

B.图示过程①②③都能在正常的唾液腺细胞中进行

C.RNA聚合酶的活性发生变化会影响过程②的进行

D.核苷酸序列不同的基因表达出的蛋白质一定不同

解析:mRNA分子中碱基的排列顺序直接决定了氨基酸的排列顺序;过程①是DNA分子的复制,主要发生在细胞分裂的间期,唾液腺细胞是高度分化的细胞,不能再进行分裂;由于密码子的简并性,核苷酸序列不同的基因表达出的蛋白质可能相同。

2.如图为中心法则中遗传信息流向图。下列有关叙述正确的是(　C　)

A.图中遗传信息在同种物质间传递的过程有①②④

B.神经元细胞核中可发生①②过程,HIV可发生⑤过程

C.图中能发生A与U配对的过程有②③④⑤,能发生A与T配对的过程有①②④

D.③过程中核糖体与mRNA的结合部位会形成1个tRNA的结合位点

解析:①②③④⑤过程分别表示DNA的复制、转录、翻译、逆转录、RNA的复制。图中遗传信息在同种物质间传递的过程有①和⑤;神经元细胞是高度分化的细胞,细胞核中可发生②过程,不能发生①过程,HIV为逆转录病毒,可发生④过程;图中②③④⑤过程均有RNA参与,均可发生A与U配对,①②④过程均有DNA参与,均可发生A与T配对;③过程中核糖体与mRNA的结合部位会形成2个tRNA的结合位点。

“三步法”判断中心法则各过程

题型二　考查基因对性状的控制

3.(2019·山东潍坊期末)下列关于基因、蛋白质与性状的关系,叙述错误的是(　A　)

A.基因与性状之间是一一对应关系

B.某些蛋白质的结构不同,直接体现的生物性状也不同

C.基因可通过控制酶的合成控制生物性状

D.生物性状是基因、蛋白质、环境相互作用调控的结果

解析:基因与基因之间、基因与基因产物之间、基因与环境之间存在着复杂的作用关系,因此基因与性状之间不是一一对应关系。

4.(2019·河北衡水金卷)如图表示野生型链孢霉几个基因的表达过程。下列据图作出的推断正确的是(　A　)

A.核膜的存在使图中基因的转录和翻译在不同的区域进行

B.遗传信息的复制和表达都是以基因为单位进行的

C.该图能说明基因和染色体行为存在明显的平行关系

D.从图中可知,生物性状与基因之间存在一一对应关系

解析:据图可知基因在染色体上,野生型链孢霉是真核生物,核膜的存在使基因的转录和翻译在不同的区域进行,转录在细胞核中进行,翻译在细胞质的核糖体上进行;遗传信息的表达是以基因为单位进行的,但遗传信息的复制不是以基因为单位进行的;该图不能说明基因和染色体行为存在平行关系,但从该图可以看出基因在染色体上;从图中可知,生物性状与基因之间并不是简单的一一对应关系,如精氨酸的合成受多种基因的控制。

 [构建知识网络]

[强化思维表达]

1.RNA与DNA在化学组成上的区别在于:RNA中含有核糖和尿嘧啶,DNA中含有脱氧核糖和胸腺嘧啶。

2.转录是以DNA的一条链作为模板,主要发生在细胞核中,以4种核糖核苷酸为原料。

3.一种密码子只能决定一种氨基酸,但一种氨基酸可以由多种密码子来决定。

4.决定氨基酸的密码子位于mRNA上,有61种,反密码子位于tRNA上。

5.基因对性状的控制有两条途径:一是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;二是基因通过控制蛋白质结构直接控制生物体的性状。