资源简介 中小学教育资源及组卷应用平台第18讲 基因的表达[课程导学]内容要求 3.1.4.概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成,细胞分化的本质是基因选择性表达的结果,生物的性状主要通过蛋白质表现。3.1.5.概述某些基因中碱基序列不变但表型改变的表观遗传现象。与旧教材对比 增:①mRNA和tRNA的3′端和5′端;②基因的选择性表达与细胞分化;③表观遗传。改:①密码子表;②遗传密码的破译由选学变为“生物科学史话”。删:细胞质基因。考点一 遗传信息的转录和翻译1.RNA的种类和功能[提醒] 用放射性同位素标记T或U可判断DNA和RNA的合成。若大量消耗T,可推断正在发生DNA的合成;若大量消耗U,可推断正在发生RNA的合成。2.遗传信息的转录(1)概念:在细胞核中,通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板,合成RNA的过程。[提醒] 以基因为单位进行,在同一个细胞内的不同基因可以选择性转录。不同的基因转录使用的模板不一定在DNA的同一条链上。(2)场所:主要在细胞核中,在细胞质中也能发生转录过程。(3)过程(4)产物:mRNA、rRNA、tRNA。[提醒] 真核生物的DNA转录形成的mRNA需要在细胞核加工处理成为成熟的mRNA后才能作为翻译的模板。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)场所:核糖体。(3)过程(4)产物:多肽。[提醒] 一条mRNA可翻译出一条多肽链,也可能产生多条肽链,此时多肽链不具空间结构。(1)rRNA是核糖体的组成成分,原核细胞中可由核仁参与合成。( )(2)RNA有传递遗传信息、催化反应和转运物质等功能。( )(3)mRNA上的GCA在人细胞中和小麦细胞中决定的是同一种氨基酸。( )(4)转录和翻译过程都存在T—A、A—U、G—C的碱基配对方式。( )(5)一个DNA只能控制合成一种蛋白质。( )(6)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。( )(7)DNA复制和转录时,其模板都是DNA的一整条链。( )答案:(1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)× (6)× (7)×1.(必修2 P65图4-4)(1)遗传信息的转录过程中也有DNA的解旋过程,该过程________(填“需要”或“不需要”)解旋酶。(2)一个基因转录时以基因的________条链为模板,一个DNA分子上的所有基因的模板链________(填“一定”或“不一定”)相同。(3)转录方向的判定方法:____________________为转录的起始方向。提示:(1)不需要 (2)一 不一定 (3)已合成的mRNA 释放的一端2.(必修2 P67图4-6)(1)tRNA________(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_____________________________________。提示:(1)含有 不是 (2)由氨基酸连接端开始读(由长臂端向短臂端读取)3.(析图建模)常考图示解读1.DNA复制、转录和翻译的比较(以真核生物为例)项目 复制 转录 翻译场所 主要在细胞核 主要在细胞核 细胞质(核糖体)模板 DNA的两条链 DNA的一条链 mRNA原料 4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 21种氨基酸配对原则 T—A、A—T、G—C、C—G T—A、A—U、G—C、C—G U—A、A—U、G—C、C—G结果 两个子代DNA分子 mRNA、tRNA、rRNA 蛋白质信息传递 DNA→DNA DNA→mRNA mRNA→蛋白质意义 传递遗传信息 表达遗传信息2.“二看法”判断真核细胞和原核细胞3.理顺基因表达中的相关数量关系(1)DNA碱基数∶mRNA碱基数∶氨基酸数=6∶3∶1(2)关注计算中的“最多”和“最少”问题①mRNA上的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倍还多。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。突破1 遗传信息的转录和翻译核心素养 生命观念1.下图表示某生物细胞内发生的一系列生理变化,X表示某种酶,请据图分析,下列叙述不正确的是( )A.X为RNA聚合酶B.图中最多含5种碱基、8种核苷酸C.过程Ⅰ在细胞核内进行,过程Ⅱ在细胞质内进行D.b部位发生的碱基互补配对方式可有T—A、A—U、C—G、G—C解析:选C。题图中能同时进行转录和翻译过程,说明该细胞是原核细胞,过程Ⅰ(转录)和过程Ⅱ(翻译)均在细胞质内进行,C项错误。2.(不定项)(2022·山东枣庄高三模拟)下图是真核细胞染色体上基因的表达过程示意图,有关叙述不正确的是( )A.基因的转录需要DNA聚合酶、RNA聚合酶参与B.“拼接”时在核糖和磷酸之间形成化学键C.翻译过程中tRNA和运载的氨基酸依据碱基互补配对结合D.成熟mRNA中的碱基数与多肽链中的氨基酸数之比为3∶1答案:ACD突破2 基因表达中的相关计算核心素养 科学思维3.(2022·山东泰安高三质检)一个mRNA分子中有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)-1 B.m、(m/3)-2C.2(m-n)、(m/3)-1 D.2(m-n)、(m/3)-2解析:选D。mRNA分子中有m个碱基,其中G+C的数目为n个,推出A+U的数目为m-n个,故DNA中A+T的数目为2(m-n)个。根据mRNA碱基数∶蛋白质中氨基酸数=3∶1可知,氨基酸数为m/3个,则脱去的水分子数=氨基酸数-肽链数=(m/3)-2个。4.(2022·河南郑州高三月考)病毒EV71为单股正链RNA(+RNA)病毒,下图为该病毒在宿主细胞内增殖的示意图。下面说法不合理的是( )A.+RNA上至多含有64种密码子B.物质M的合成场所是宿主细胞的核糖体C.过程①②分别是指逆转录和转录D.若EV71的+RNA含有1 000个碱基,其中碱基C和G占400个,以该+RNA为模板合成一条子代+RNA的过程共需要碱基A和U 1 200个解析:选C。密码子由mRNA上的3个相邻碱基构成,且每个碱基都有四种可能(A、C、G、U),所以+RNA上至多含有43=64种密码子,A合理;病毒EV71没有细胞结构,不含核糖体,物质M(多肽)的合成场所是宿主细胞的核糖体,B合理;题图中①②过程都是以RNA为模板合成RNA,为RNA复制过程,C不合理;+RNA含有的碱基总数为A+U+C+G=1 000个,其中C+G=400个,可得A+U=600个,以病毒+RNA为模板合成一条子代+RNA,首先以+RNA为模板形成-RNA,此过程需要A+U=600个,再以-RNA为模板形成+RNA,此过程又需要A+U=600个,所以以+RNA为模板合成一条子代+RNA,共需要碱基A和U 1 200个,D合理。[事实概述类]1.具有一定氨基酸序列的蛋白质的编码与密码子有关,密码子是指_______________________________________________________________。答案:mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻的碱基2.密码子具有简并性,你认为这对生物的生存有何意义?试分析:______________________________________________________________________________________________________________________________。答案:在一定程度上能防止由于碱基改变而导致的遗传信息的改变,有利于保持蛋白质(或生物性状)的稳定性3.研究发现细胞中正常的mRNA的寿命从几秒到几天不等,不同种类的mRNA的寿命不同的意义是______________________________________________________________________________________________________________________________。答案:使细胞能够快速改变蛋白质合成以响应其不断变化的生理需求(合理即可)[原因分析类]4.起始密码子AUG决定甲硫氨酸,蛋白质的第一个氨基酸往往不是甲硫氨酸的原因是_____________________________________________________________________________________________________________________。答案:翻译生成的多肽链往往需要进行加工修饰,甲硫氨酸在此过程中会被剪切掉5.真核细胞的线粒体和叶绿体内也能进行基因表达的原因:______________________________________________________________________________________________________________________________。答案:线粒体和叶绿体内都含有DNA和核糖体,能进行DNA复制和基因表达6.人体不同组织细胞的相同DNA分子,进行转录过程时启用的起始点________________(填“都相同”“都不同”或“不完全相同”),其原因是______________________________________________________________________________________________________________________________。答案:不完全相同 不同组织细胞中基因进行选择性表达7.在核糖体上翻译出来的胰岛素是否具有降低血糖的生理作用?________,请分析原因:_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案:否 在核糖体上翻译出来的只是多肽链,还需要被运送到相应的“岗位”加工,盘曲、折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质,才能承担细胞的生命活动8.核糖体和mRNA的结合部位会形成________个tRNA的结合位点,携带多肽的tRNA________(填“会”或“不会”)先后占据核糖体的不同的tRNA结合位点。一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体,这些核糖体形成的肽链是相同的,原因是_____________________________________________________________________________________________________________________。答案:2 会 这些肽链都是以同一个mRNA分子为模板翻译合成的9.下图为某生物遗传信息传递过程:图中A表示________。某同学判断该图表示的遗传信息传递过程发生在原核细胞中,他判断的依据是___________________________________________________________________________________________________________。答案:RNA聚合酶 转录和翻译在同一场所进行考点二 中心法则及基因表达与性状的关系1.中心法则(1)总表达式①DNA的复制;②转录;③翻译;④RNA的复制;⑤RNA逆转录。(2)分别写出下列相关中心法则表达式①写出噬菌体等病毒的中心法则。②写出烟草花叶病毒等病毒的中心法则。③写出HIV等病毒的中心法则。④写出洋葱表皮细胞内的遗传信息传递方式DNARNA蛋白质。⑤写出洋葱根尖分生区细胞内的遗传信息传递方式。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[连一连]3.基因的选择性表达与细胞分化(1)基因表达的调控直接影响性状(2)表达的基因分类(3)细胞分化的本质:基因的选择性表达。(4)基因的选择性表达:与基因表达的调控有关。4.表观遗传5.基因与性状间的对应关系(1)大多数情况下,基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系。①一个基因一种性状。②一个基因多种性状(如基因间相互作用)。③多个基因一种性状(如身高、体重等)。④生物体的性状也不完全是由基因决定的,环境对性状也有着重要影响。(2)基因与基因、基因与基因表达产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用,精细地调控着生物体的性状。(1)遗传信息只能从DNA流向RNA,进而流向蛋白质。( )(2)线粒体中遗传信息的传递也遵循中心法则。( )(3)DNA病毒中没有RNA,其遗传信息的传递不遵循中心法则。( )(4)细胞分化形成的细胞一般会保持分化后的状态,不可逆转。( )(5)表观遗传现象由于基因的碱基序列没有改变,因此生物体的性状也不会发生改变。( )(6)吸烟会导致精子中DNA的甲基化水平升高,从而影响基因的表达。( )(7)表观遗传现象比较少见,不能普遍存在于生物体整个生命活动的过程中。( )答案:(1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)× (6)√ (7)×1.(必修2 P73思考·讨论T3)资料1和资料2展示的遗传现象有什么共同点?这对你认识基因和性状的关系有什么启示?_______________________________________________________________。提示:DNA甲基化修饰可以遗传给后代。基因通过其表达产物——蛋白质来控制性状2.(必修2 P74批判性思维)你如何评价基因决定生物体的性状这一观点?_______________________________________________________________。提示:要客观全面地评价基因决定论的观点,认识到性状的形成往往是内因(基因)与外因(环境因素等)相互作用的结果1.“三看法”判断中心法则各过程2.比较表观遗传与基因控制生物性状遗传项目 表观遗传 基因控制的遗传控制性状方式 甲基化等影响基因表达 是否含有相应的基因碱基序列 不变 改变显隐性 隐性 显性或隐性传递给下一代 可以 可以3.基因与性状的联系突破1 基因对性状的控制核心素养 生命观察、科学思维1.(2022·吉林长春高三期中)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;基因也能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。下列所举实例中与事实不相符的是( )A.控制生成黑色素的基因异常→黑色素结构异常→白化病B.控制血红蛋白的基因异常→血红蛋白结构异常→运输氧的能力下降→贫血症C.控制淀粉分支酶基因异常→淀粉分支酶异常→淀粉含量降低→产生皱粒豌豆D.控制跨膜蛋白基因异常→跨膜蛋白结构异常→转运氯离子功能异常→囊性纤维化解析:选A。人的白化病是由编码酪氨酸酶的基因异常引起的,A符合题意;异常血红蛋白基因编码的血红蛋白结构异常,使红细胞运输氧的能力下降而引起贫血症,B不符合题意;淀粉分支酶基因异常,导致淀粉分支酶出现异常,使细胞内淀粉含量降低,豌豆由于失水而皱缩,C不符合题意;编码跨膜蛋白基因异常,影响了跨膜蛋白结构,使跨膜蛋白结构转运氯离子功能异常而引起囊性纤维化,D不符合题意。2.(不定项)下图为基因的作用与性状表现的流程示意图。请据图分析,下列说法正确的是( )A.①过程以DNA的一条链为模板、四种核糖核苷酸为原料合成RNAB.②过程中需要多种tRNA,tRNA不同,所搬运的氨基酸也不相同C.某段DNA上发生了基因突变,但形成的蛋白质不一定会改变D.人的镰状细胞贫血是基因对性状的直接控制,使结构蛋白发生变化所致解析:选ACD。①过程为转录,转录是以DNA的一条链为模板、四种核糖核苷酸为原料合成RNA的过程,A正确;②过程表示翻译,其中需要多种tRNA,由于密码子的简并性,不同的tRNA所搬运的氨基酸可能相同,B错误;某段DNA上发生了基因突变,由于密码子的简并性,基因控制合成的蛋白质不一定会改变,C正确;人的镰状细胞贫血的病因是控制血红蛋白的基因发生突变,使血红蛋白结构发生变化,这属于基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状,D正确。突破2 基因的选择性表达和表观遗传核心素养 科学思维3.柳穿鱼是一种园林花卉,其花的形态结构与Lcyc基因的表达直接相关。A、B两株柳穿鱼体内Lcyc基因的碱基序列完全相同,只是植株A的Lcyc基因在开花时表达,植株B的Lcyc基因被高度甲基化(Lcyc基因中有多个碱基与甲基连接),开花时不能表达,从而导致A、B植株的花明显不同。将A、B植株作亲本进行杂交,F1的花与植株A相同,F1自交得到的F2中绝大部分植株的花与植株A相同,少部分植株的花与植株B相同,科学家将这种特殊的遗传方式称作表观遗传。据此判断,下列有关说法错误的是( )A.上述柳穿鱼的杂交情况说明植株B的Lcyc基因发生了隐性突变B.细胞中基因表达与否会导致生物体的性状发生差异C.表观遗传能够使生物在基因的碱基序列不变的情况下发生可遗传的性状改变D.基因组成完全相同的同卵双胞胎具有的微小差异可能与表观遗传有关解析:选A。由题干信息可知,A、B两株柳穿鱼体内Lcyc基因的碱基序列完全相同,只存在Lcyc基因能否表达的差异,说明植株B的Lcyc基因没有发生突变,A错误。4.(2021·河北省选择性考试模考)DNA甲基化是指DNA中的某些碱基被添加甲基基团,此种变化可影响基因的表达,对细胞分化具有调控作用。基因启动子区域被甲基化后,会抑制该基因的转录,如图所示。研究发现,多种类型的癌细胞中发生了抑癌基因的过量甲基化。下列叙述错误的是( )A.细胞的内外环境因素均可引起DNA的甲基化B.甲基化的启动子区更易暴露转录模板链的碱基序列C.抑癌基因过量甲基化后会导致细胞不正常增殖D.某些DNA甲基化抑制剂可作为抗癌药物研发的候选对象解析:选B。从图中可以看出,基因包括启动子、转录区域、终止子等部分,启动子和转录区域为基因中不同的区段,基因启动子区域被甲基化后,会抑制该基因的转录,因此甲基化的启动子区不利于暴露转录模板链的碱基序列,B错误。突破3 中心法则的过程分析核心素养 科学思维5.(2022·四川成都高三一诊)下图所示为遗传信息传递的“中心法则”。研究发现四环素具有与细菌核糖体结合能力强的特点。下列有关说法错误的是( )A.四环素通过抑制蛋白质的合成起抗菌效果B.图中涉及碱基A与U配对的过程为②③④⑤C.细菌体内②和③过程可在同一区域同时发生D.艾滋病病毒侵染辅助性T细胞后能发生图中所有过程解析:选D。艾滋病病毒是逆转录病毒,不会发生④过程,D错误。6.(2022·山东菏泽高三月考)牵牛花的颜色主要是由花青素决定的,下图为花青素的合成与颜色变化途径示意图:从图中不能得出的是( )A.花的颜色由多对基因共同控制B.基因可以通过控制酶的合成来控制代谢C.生物性状由基因决定,也受环境影响D.若基因①不表达,则基因②和基因③不表达解析:选D。基因具有独立性,基因①不表达,基因②和基因③仍然能够表达,D符合题意。[事实概述类]1.囊性纤维化的发病原因说明了基因控制生物体性状的途径之一是_______________________________________________________________。答案:基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状2.某植物花色由三对独立遗传的基因共同决定,若下图是花中相关色素的合成途径,其体现了基因对生物体的性状的控制途径为______________________________________________________________________________________________________________________________。当基因型为AaBbDd的植株自交,理论上子代中紫花植株所占比例为________,子代紫花植株的基因型有________种。答案: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 57/64 223.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,所需的材料除了人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸还有______________________、___________________________________。答案:同位素标记的苯丙氨酸 除去了DNA和mRNA的细胞提取液[原因分析类]4.[2017·全国Ⅱ,T38(5)]若获得的转基因植株(几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中)抗真菌病的能力没有提高,根据中心法则分析,其可能的原因是______________________________________________________________________________________________________________________________。答案:目的基因的转录或翻译异常5.某种致癌的RNA病毒是逆转录病毒,其体内有逆转录酶,该酶是怎么产生的?_________________________________________________________________________________________________________________________。答案:逆转录酶是在宿主细胞内利用宿主细胞的成分合成的6.线粒体中基因控制的性状只能通过母方遗传给后代的原因是______________________________________________________________________________________________________________________________。答案:受精时,精子的头部进入卵细胞中,故受精卵中的细胞质基因几乎全部来自卵细胞7.“牝鸡司晨”是我国古代人民早就发现的性反转现象,即原来下过蛋的母鸡后来变成公鸡,长出公鸡的羽毛,发出公鸡的啼声。从遗传物质与性状关系的角度,对这一现象的解释是________________________________________________________________________________________________________。答案:鸡的性别受遗传物质和环境共同影响,性反转现象是某种环境因素使性腺出现反转的表现1.(2021·高考河北卷)关于基因表达的叙述,正确的是( )A.所有生物基因表达过程中用到的RNA和蛋白质均由DNA编码B.DNA双链解开,RNA聚合酶起始转录、移动到终止密码子时停止转录C.翻译过程中,核酸之间的相互识别保证了遗传信息传递的准确性D.多肽链的合成过程中,tRNA读取mRNA上全部碱基序列信息解析:选C。绝大多数生物的遗传物质是DNA,其RNA和蛋白质均由DNA编码,也有某些病毒的遗传物质是RNA,部分RNA病毒可直接以RNA作为模板合成RNA和蛋白质,A错误;RNA聚合酶起始转录、移动到终止子时停止转录,终止密码子存在于mRNA上,B错误;翻译过程中,mRNA与tRNA的碱基互补配对,从而保证遗传信息传递的准确性,C正确;多肽链的合成过程中,核糖体读取mRNA上从起始密码子到终止密码子的碱基序列,而不是全部碱基序列信息,D错误。2.(不定项)(2021·高考湖南卷)细胞内不同基因的表达效率存在差异,如图所示。相关叙述正确的是( )A.细胞能在转录和翻译水平上调控基因表达,图中基因A的表达效率高于基因BB.真核生物核基因表达的①和②过程分别发生在细胞核和细胞质中C.人的mRNA、rRNA和tRNA都是以DNA为模板进行转录的产物D.②过程中,rRNA中含有与mRNA上密码子互补配对的反密码子解析:选ABC。由题图可知,基因A表达过程中产生的mRNA和蛋白质分子都多于基因B表达过程产生的mRNA和蛋白质分子,因此基因A的表达效率高于基因B的表达效率,A正确;真核生物核基因的转录(①)发生在细胞核中,翻译(②)发生在细胞质中的核糖体上,B正确;人的mRNA、rRNA和tRNA都是以DNA为模板转录形成的,C正确;②为翻译,该过程中tRNA中含有与mRNA上密码子互补配对的反密码子,D错误。3.(不定项)(2021·高考辽宁卷)脱氧核酶是人工合成的具有催化活性的单链DNA分子。下图为10 23型脱氧核酶与靶RNA结合并进行定点切割的示意图。切割位点在一个未配对的嘌呤核苷酸(图中R所示)和一个配对的嘧啶核苷酸(图中Y所示)之间,图中字母均代表由相应碱基构成的核苷酸。下列有关叙述错误的是( )A.脱氧核酶的作用过程受温度的影响B.图中Y与两个R之间通过氢键相连C.脱氧核酶与靶RNA之间的碱基配对方式有两种D.利用脱氧核酶切割mRNA可以抑制基因的转录过程解析:选BCD。脱氧核酶的本质是DNA,温度会影响脱氧核酶的结构,从而影响脱氧核酶的作用,A正确;由题图可知,图中Y与两个R之间通过磷酸二酯键相连,B错误;脱氧核酶本质是DNA,与靶RNA之间的碱基配对方式有A-U、T-A、C-G、G-C四种,C错误;利用脱氧核酶切割mRNA可以抑制基因的翻译过程,D错误。4.(不定项)(2021·福建省适应性模考改编)miRNA是一类由基因编码的,长约22个核苷酸的单链RNA分子。在线虫中,Lin 4基因的转录产物经加工后形成miRNA miRNA*双链,其中miRNA与Lin 14 mRNA部分配对,使其翻译受阻,进而调控幼虫的正常发育模式。Lin 4 miRNA的形成过程及其对Lin 14基因的调控如下图所示。下列叙述不正确的是( )A.Lin 4基因调控Lin 14基因选择性表达的结果是Lin 14基因转录水平降低B.用抗原—抗体杂交技术可检测到线虫内Lin 4基因表达的蛋白质C.图中过程①、过程②分别需要RNA聚合酶、限制性内切核酸酶D.miRNA转录模板区段的碱基序列与miRNA*的碱基序列不同答案:ABC21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页)HYPERLINK "http://www.21cnjy.com/" 21世纪教育网(www.21cnjy.com) 展开更多...... 收起↑ 资源预览