资源简介 新人教生物一轮复习学案第23讲 基因的表达课标要求 概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成,比较转录和翻译。考点1 遗传信息的转录概 念 落 实1.RNA的结构与功能 拓 展 提 升RNA的类型RNA分为编码RNA和非编码RNA。非编码RNA是指不编码蛋白质的RNA。包括rRNA、tRNA、snRNA、snoRNA 和miRNA 等多种已知功能的 RNA,还包括未知功能的RNA。类型 定义 功能非编码 RNA Lnc RNA 一类长链非编码RNA 具有多种调控功能,如表观遗传miRNA 一类短链非编码RNA,调控基因表达 具有多种调控功能,如表观遗传反义RNA 一般可由基因互补链转录出来能与mRNA互补配对的一类RNA 抑制某些基因(如致病基因)翻译rRNA 核糖体RNA 构成核糖体,催化氨基酸脱水缩合tRNA 转运RNA 携带氨基酸进入核糖体参与蛋白质合成编码 RNA hnRNA 剪切掉内含子对应序列即成mRNA mRNA的前体mRNA 由基因转录而来,携带遗传信息 作为翻译模板指导蛋白质合成2.遗传信息的转录(1)概念:以 为模板,按照碱基互补配对原则,合成 的过程。 (2)场所:主要在 中,细胞质的叶绿体、线粒体及细菌的拟核中等也会发生。 (3)过程及条件(4)产物: 、tRNA等。 诊断·加强 1.判断下列说法的正误:(1)DNA有氢键,有螺旋结构,RNA无氢键,无螺旋结构。 ( )(2)DNA都是双链结构,RNA都是单链结构。 ( )(3)核糖体由rRNA和蛋白质组成,其中蛋白质催化氨基酸脱水缩合。 ( )(4)(2017·全国Ⅲ卷)tRNA、rRNA和mRNA都是从DNA转录而来。 ( )(5)(2021·河北卷T8)所有生物基因表达过程用到的RNA和蛋白质均由DNA编码。 ( )(6)(2022·湖南卷T9)噬菌体在自身RNA聚合酶的作用下转录出RNA。 ( )(7)(2020·海南卷T7)转录时基因的两条链可同时作为模板。 ( )(8)转录过程需要解旋酶解旋后,再由RNA聚合酶催化合成RNA。 ( )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 (选填“一定”或“不一定”)相同。 3.转录具有方向性, 为转录的起始方向。 典 题 固 法(2021·辽宁卷改编)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。下列有关叙述正确的是( )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(2022·江苏卷节选)科学家研发了多种RNA药物用于疾病治疗和预防,图中①~④示意4种RNA药物的作用机制。请回答下列问题:(1)细胞核内RNA转录合成以 为模板,需要 的催化。前体mRNA需加工为成熟的mRNA,才能转运到细胞质中发挥作用,说明 对大分子物质的转运具有选择性。 (2)机制①:有些杜兴氏肌营养不良症患者DMD蛋白基因的51外显子片段中发生 ,提前产生终止密码子,从而不能合成DMD蛋白。为治疗该疾病,将反义RNA药物导入细胞核,使其与51外显子转录产物结合形成 ,DMD前体mRNA剪接时,异常区段被剔除,从而合成有功能的小DMD蛋白,减轻症状。 (3)机制②:有些高胆固醇血症患者的PCSK9蛋白可促进低密度脂蛋白的内吞受体降解,血液中胆固醇含量偏高。转入与PCSK9mRNA特异性结合的siRNA,导致PCSK9mRNA被剪断,从而抑制细胞内的 合成,治疗高胆固醇血症。 (4)机制③:mRNA药物进入患者细胞内可表达正常的功能蛋白,替代变异蛋白发挥治疗作用。通常将mRNA药物包装成脂质体纳米颗粒,目的是 。 考向1 DNA与RNA的关系、辨别1.(2023·汕头金山中学)“RNA世界假说”是生命起源的假说之一。该学说认为生命进化的早期并没有蛋白质,是某些RNA催化了其他 RNA 的复制①,进化多年后便将携带遗传信息的功能②传给DNA, DNA 和蛋白质都是RNA 进化的产物③。下列相关叙述中正确的是( ) A.DNA和 RNA 都是生物大分子,组成元素和空间结构也相同B.细胞分化时,核DNA、 RNA 和蛋白质的种类和含量均会发生改变C.“RNA世界假说”具有一定的局限性,无法解释tRNA从何而来D. rRNA能够催化肽键的形成④,该事实不能作为“RNA世界假说”的证据 审 答 指 导题眼 明确思路 指导答案①②③ 说明RNA具有催化和携带遗传信息的功能;另外,虽然给出“蛋白质是RNA进化的产物”,并未表明RNA有转运功能 可判断C项③④ 根据选项信息,结合所学知识“rRNA是核糖体的组成之一”“肽键是连接氨基酸形成蛋白质的化学键”进行推测 可判断D项考向2 遗传信息的转录2.(2022·汕头期末)SP8噬菌体DNA的两条链的碱基组成很不平衡,其中一条链含有比较多的嘌呤(A链),另一条互补链含有比较多的嘧啶(B链),已知嘌呤比嘧啶重。科学家让SP8噬菌体侵染枯草杆菌,然后从枯草杆菌中分离出RNA,分别与SP8噬菌体DNA的A链和B链混合,并缓慢冷却。结果发现,SP8噬菌体侵染后形成的RNA只与A链形成DNA-RNA杂合分子。下列说法正确的是( )A.SP8噬菌体DNA中的嘧啶数不等于嘌呤数B.DNA-RNA杂合分子不存在未配对的单链部分C.实验说明了转录是以DNA的一条链为模板D.实验说明了DNA是SP8噬菌体的遗传物质考点2 遗传信息的翻译概 念 落 实1.翻译:游离在细胞质中的各种氨基酸,以 为模板合成 的过程。 2.场所:细胞质中的 。 3.遗传信息、密码子与反密码子(1)概念关系比较 遗传信息 密码子 反密码子实质 中脱氧核苷酸的排列顺序 上决定一个氨基酸的 上的能 的3个相邻碱基 联系 碱基数∶碱基数∶ 氨基酸数 6 3 1 (数量关系详见下面特别提醒) ①基因中的遗传信息通过转录传递到mRNA的 的排列顺序上; ②密码子直接决定蛋白质分子中 的排列顺序, 可识别密码子 (2)数量关系①密码子有 种。其中: 种起始密码子 在真核生物中AUG作为起始密码子;在原核生物中,GUG也可以作为起始密码子,此时它编码甲硫氨酸 种终止密码子:UAA、UAG、UGA 正常情况下,终止密码子 ,仅作为翻译终止的信号,但在特殊情况下,终止密码子UGA可以编码硒代半胱氨酸 ②通常一种密码子决定 种氨基酸,一种tRNA只能转运 种氨基酸。 ③每种氨基酸对应 密码子(密码子的简并性),可由 转运。 (3)几乎所有的生物体都 ,这是密码子的通用性(注:转基因技术的理论基础)。 特 别 提 醒 实际基因表达过程中碱基数和氨基酸数的关系不符合6∶3∶1的原因:①基因中的内含子转录后被剪切;②在基因中,有的片段(非编码区)起调控作用,不转录;③合成的肽链在加工过程中可能会被剪切掉部分氨基酸;④转录出的mRNA中有终止密码子,终止密码子一般不编码氨基酸。4.翻译的过程5.真核与原核细胞中翻译过程模型解读甲 乙(1)模型甲:真核细胞中翻译过程,特点是先转录后翻译。图中①是 ,⑥是 ,②③④⑤表示正在合成的4条 (选填“相同”或“不同”)的多肽链,从肽链长短可以判断翻译的方向是 。 (2)模型乙:原核细胞中转录和翻译的过程,特点是 ,与真核细胞不同的原因是原核细胞 ,且原核细胞的基因中无内含子,转录形成的mRNA不需要加工即可直接作为翻译的模板。 (3)(链接必修2教材P69旁栏图)两个模型图都反映出mRNA与核糖体的数量关系是: 。多聚核糖体形成的意义是 。 归 纳 总 结比较DNA的复制、转录和翻译复制 转录 翻译时间 细胞分裂的间期 生物个体发育的整个过程场所 主要在细胞核(叶绿体、线粒体和拟核中也发生) 核糖体模板 DNA的两条单链 DNA的一条链 mRNA原料 4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 20种氨基酸条件 解旋酶、DNA聚合酶、能量 RNA聚合酶、能量 酶、ATP、tRNA、能量产物 2个双链DNA RNA 肽链(蛋白质)特点 边解旋边复制、半保留复制 边解旋边转录 1条mRNA上同时结合多个核糖体,合成多条肽链碱基配对 方式 A—T、T—A、 G—C、C—G A—U、T—A、 G—C、C—G A—U、U—A、 G—C、C—G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,使生物表现出各种性状 诊断·加强 1.判断下列说法的正误:(1)一个DNA分子转录一次,可形成一个或多个合成多肽链的模板 ( )(2)多个核糖体可结合在一个mRNA分子上共同合成一条多肽链 ( )(3)编码氨基酸的密码子由mRNA上3个相邻的脱氧核苷酸组成 ( )(4)每种氨基酸都至少有两种相应的密码子 ( )(5)真核生物基因表达的过程即是蛋白质合成的过程 ( )(6)起始密码子和终止密码子是基因两端的一段序列,控制着翻译的开始和结束。 ( )2.下图中编号代表的结构或物质分别是:① ;② ;③ ;④ ;⑤ 。典 题 固 法(2021·广东卷)金霉素(一种抗生素)可抑制tRNA与mRNA的结合,该作用直接影响的过程是( )A.DNA复制 B.转录C.翻译 D.逆转录(2022·湖南卷)大肠杆菌核糖体蛋白与rRNA分子亲和力较强,二者组装成核糖体。当细胞中缺乏足够的rRNA分子时,核糖体蛋白可通过结合到自身mRNA分子上的核糖体结合位点而产生翻译抑制。下列相关叙述错误的是( )A.一个核糖体蛋白的mRNA分子上可相继结合多个核糖体,同时合成多条肽链B.细胞中有足够的rRNA分子时,核糖体蛋白通常不会结合自身mRNA分子C.核糖体蛋白对自身mRNA翻译的抑制维持了RNA和核糖体蛋白数量上的平衡D.编码该核糖体蛋白的基因转录完成后,mRNA才能与核糖体结合进行翻译(2020·全国Ⅲ卷)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考向1 结合新情景考查RNA1.(2022·深圳五校联考)生物体中编码tRNA的DNA某些碱基改变后,可以产生被称为校正tRNA的分子。某种突变产生了一种携带甘氨酸但是识别精氨酸遗传密码的tRNA。tRNA上识别遗传密码的三个碱基称为反密码子。下列叙述错误的是( )A.tRNA分子上的反密码子并不决定其携带的氨基酸种类B.新合成的多肽链中,原来精氨酸的位置可被替换为甘氨酸C.此种突变改变了编码蛋白质氨基酸序列的遗传密码序列D.校正tRNA分子的存在可以弥补某些突变引发的遗传缺陷考向2 遗传信息的翻译2.(2022·佛山一模)叶绿体具有自身的基因组和遗传信息表达系统,叶绿体中的蛋白质一部分由自身基因编码,一部分由核基因编码。核基因编码的叶绿体蛋白质前端含有一段转运肽,可以引导其进入叶绿体。D1是叶绿体进行光反应依赖的一种核心蛋白,由自身的psbA基因编码。高温造成叶绿体内活性氧(ROS)的大量积累,ROS不但会破坏D1,还会抑制psbA mRNA的翻译。为了克服高温对作物产量的影响,我国科学家克隆了拟南芥叶绿体中的psbA基因,与高温响应的启动子连接,导入水稻细胞的核基因组中,培育出适应高温的转基因水稻。相关说法正确的是( )A.D1核心蛋白主要分布在叶绿体基质中B.拟南芥叶绿体中psbA基因的复制需要用到DNA酶C.转基因水稻细胞核中转录产生的psbA mRNA进入叶绿体翻译D.除高温响应的启动子外,目的基因psbA还要与编码转运肽的DNA片段连接3.(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( )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.②③④C.③④⑤ D.①③⑤考向3 综合考查DNA复制、转录和翻译4.(2022·深圳二调)下图表示真核细胞遗传信息传递的有关概念图,据图分析下列说法错误的是( )A.①表示的DNA主要分布在细胞核,少量分布在细胞质B.a、b和c过程可分别表示遗传信息的复制、转录和翻译C.多细胞生物个体每个细胞中含有的②③④⑤的种类都相同D.⑦是遗传信息表达的最终产物,它直接或间接控制生物性状构核心概念练教材长句链接必修2教材P65。(1)RNA适合作信使的原因:①它的分子组成与DNA相似,也是由基本单位——核苷酸连接而成,核苷酸也有4种碱基,这些特点使得 ;② ,因此能通过核孔转移到细胞质中。 (2)从染色体的角度分析,处于分裂期的细胞难以进行转录的原因是 。 拎教材“冷”点链接必修2教材P67“图4-6”。(1)tRNA (选填“含有”或“不含有”)氢键,一个tRNA分子中 (选填“只有”或“不止有”)三个碱基。 链接必修2教材P65“图4-4”。(2)RNA聚合酶与DNA的结合位点在基因的 (选填“编码”或“非编码”)区中 上。 链接必修2教材P68“图4-7”。(3)核糖体与mRNA的结合会形成 个tRNA的结合位点。 链接必修2教材P66“相关信息”。(4)tRNA和rRNA本身 (选填“会”或“不会”)翻译为蛋白质,但参与蛋白质的合成过程。tRNA是翻译的“搬运工”,识别密码子并转运 ;rRNA是翻译的场所—— 的组分之一。 链接必修2教材 P67“思考·讨论”。(5)一个氨基酸有一个或多个密码子,称为密码子的简并性,氨基酸使用频率越高,其对应密码子类型 。密码子的简并对生物体的生存发展的意义是:①当一个密码子中有一个碱基改变时,可能 (选填“会”或“并不会”)改变其对应的氨基酸,增强了 ;②当某种氨基酸使用频率高时,几种不同的密码子都编码同一种氨基酸,可以保证 ,提高基因表达的效率。 链接必修2教材 P70“生物科学史话”、P76“科学·技术·社会”。(6)密码子的通用性,说明了当今生物 。也使得一种生物的基因能在另外一种生物体内 成为可能。 (7) 是第一个用实验证明遗传密码中3个碱基编码一个氨基酸的。他发现:①在相关碱基中增加或者删除 个碱基,无法产生具有正常功能的蛋白质;②在相关碱基中增加或者删除 个碱基, 却能合成具有正常功能的蛋白质。 (8)尼伦伯格和马太在破译遗传密码时,与克里克的思路完全不同,他们采用了蛋白质的体外合成技术,可细胞中原有的 会作为合成蛋白质的模板干扰实验结果,细胞中原有的 可能作为mRNA合成的模板,而新合成的 也会干扰实验结果,因此需要除去细胞提取液中的DNA和mRNA。 第23讲 基因的表达考点1 遗传信息的转录【概念落实】1.C、H、O、N、P 核糖核苷酸 A、U、C、G 核糖 蛋白质 氨基酸 密码子 核糖体 遗传物质 催化2.(1)DNA的一条链 RNA (2)细胞核 (3)A—U T—A 核糖核苷酸 RNA聚合酶 5'→3' (4)mRNA、rRNA【诊断·加强】1.(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)× (8)×2.一 不一定3.已合成的mRNA释放的一端(5'端)【典题固法】【高考典例】例1 A 解析:脱氧核酶的化学本质是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;图中Y与同一条链上的R之间通过“—核糖—磷酸—”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。例2 (1)DNA的一条链 RNA聚合酶 核孔 (2)基因突变 双链RNA (3)PCSK9蛋白 (4)保护并把mRNA药物送入组织细胞,使之能够表达正常的功能蛋白解析:(2)若DMD蛋白基因的51外显子片段中发生基因突变,即发生碱基对的增添、替换或缺失,可能导致mRNA上的碱基发生改变,终止密码提前出现,从而不能合成DMD蛋白而引发杜兴氏肌营养不良。治疗该疾病,将反义RNA药物导入细胞核,使其与51外显子转录产物结合形成双链RNA,DMD前体mRNA剪接时,异常区段被剔除,从而合成有功能的小DMD蛋白,减轻症状。(3)高胆固醇是胆固醇含量过高引起的,转入与PCSK9mRNA特异性结合的siRNA,导致PCSK9mRNA不能发挥作用,即不能作为模板翻译出PCSK9蛋白,密度脂蛋白的内吞受体降解减慢,从而使胆固醇含量正常。(4)将mRNA药物包装成脂质体纳米颗粒,可以保护mRNA不被降解,且脂质体与细胞膜的基本结构类似,有利于mRNA药物进入组织细胞,从而表达出正常功能蛋白。【对点演练】1.C 解析:DNA和RNA的空间结构不同;细胞分化时,核DNA的种类、含量不会变化;从题干信息判断,起初的RNA有催化和携带遗传信息功能,但并未说明RNA有转运功能;rRNA能催化肽键形成,可能与蛋白质的合成有关,这能作为“RNA世界假说”的证据。2.C 解析:SP8噬菌体DNA为双链DNA,遵循碱基互补配对原则,嘧啶数等于嘌呤数,A错误;SP8噬菌体DNA的基因中含有基因表达调控序列,进行转录时,该序列不能转录成相应的RNA序列,如启动子,因此DNA-RNA杂合分子存在未配对的单链部分,B错误;该实验说明了SP8噬菌体DNA转录产生的RNA只与A链结合,即转录是以DNA的一条链为模板,C正确;该实验说明了SP8噬菌体以DNA为模板转录合成RNA,并未说明SP8噬菌体侵染枯草杆菌时注入DNA,也未说明SP8噬菌体繁殖的子代噬菌体中含有DNA,所以不能说明DNA是SP8噬菌体的遗传物质,D错误。考点2 遗传信息的翻译【概念落实】1.mRNA 具有一定氨基酸顺序的蛋白质2.核糖体3.(1)DNA mRNA 3个相邻的碱基 tRNA 与mRNA上密码子互补配对 核糖核苷酸 氨基酸 反密码子 (2)①64 2 3 不编码氨基酸 ②1 1 ③一种或几种 一种或几种tRNA (3)共用一套密码子4.mRNA tRNA 肽键 mRNA tRNA 终止密码子 核糖体与mRNA的复合物5.(1)mRNA 核糖体 相同 自右向左 (2)边转录边翻译 无以核膜为界限的细胞核 (3)一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体 少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质【诊断·加强】1.(1)√ 提示:一个DNA分子转录一次,形成的mRNA需要进行剪切加工,可能合成一条或多条模板链。 (2)× 提示:在转录过程中,mRNA上可附着多个核糖体进行翻译,得到数条相同的多肽链,而不是共同合成一条多肽链。 (3)× 提示:mRNA由核糖核苷酸构成,不具有脱氧核苷酸。 (4)× 提示:一种氨基酸对应有一种至多种密码子决定。 (5)× 提示:真核生物基因表达的过程包括转录生成RNA和翻译合成蛋白质。 (6)× 提示:启动子与终止子存在于基因(DNA)中,是基因转录开始与结束的结构;起始密码子与终止密码子存在于mRNA上,是翻译开始与结束的信号。2.DNA mRNA tRNA 核糖体 氨基酸【典题固法】【高考典例】例1 C 解析:tRNA与mRNA结合发生在翻译过程。例2 D 解析:大肠杆菌为原核生物,没有核膜,转录形成的mRNA在转录未结束时即和核糖体结合,开始翻译过程,D错误。例3 C 解析:I与U、C、A均能配对,因此含I的反密码子可识别多种不同的密码子;tRNA由单链RNA经过折叠后形成三叶草形。【对点演练】1.C 解析:根据题干信息可知,此种突变发生在编码tRNA的DNA序列上,且产生了校正tRNA分子,并没有改变编码蛋白质氨基酸序列的遗传密码序列,C错误。2.D 解析: D1是叶绿体进行光反应依赖的一种核心蛋白,而光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜,据此可推测该蛋白分布在叶绿体的类囊体薄膜上,A错误;拟南芥叶绿体中psbA基因的复制需要用到DNA聚合酶,DNA酶能催化DNA水解,B错误;转基因水稻细胞核中转录产生的psbA mRNA不进入叶绿体翻译,而在细胞质中的核糖体上进行翻译,C错误;除高温响应的启动子外,由于目的基因导入的是水稻细胞的核基因组中,而核基因组编码的蛋白质前端含有一段转运肽才能进入叶绿体,据此可推测目的基因psbA还要与编码转运肽的DNA片段连接,D正确。3.C 解析:翻译的原料是氨基酸,要想让多肽链带上放射性标记,应该用同位素标记的氨基酸作原料,而tRNA为氨基酸的运载体,不需要标记,①错误,③正确;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,④正确;除去了DNA和mRNA的细胞裂解液中模拟了细胞中的真实环境,其中含有核糖体、tRNA和酶等,②错误,⑤正确。4.C 解析:据图分析,①是DNA,②是RNA,③是tRNA,④是mRNA,⑤是rRNA,⑥是氨基酸,⑦是蛋白质;a是DNA分子复制,b是转录,c是翻译。由于基因的选择性表达,多细胞生物的个体每个细胞中含有的②③④⑤的种类不完全相同,C错误。课堂小结与延伸【构核心概念】①控制蛋白质合成 ②转录 ③翻译 ④脱氧核苷酸 ⑤核糖核苷酸 ⑥氨基酸【练教材长句】(1)RNA具备准确传递遗传信息的可能 RNA一般是单链,而且比DNA短(2)分裂期染色体高度螺旋化,其DNA难以解旋【拎教材“冷”点】(1)含有 不止有 (2)非编码 启动子 (3)2 (4)不会 氨基酸 核糖体 (5)越多 并不会 密码子的容错性 翻译的速度 (6)可能有着共同的起源 表达产生相同的蛋白质 (7)克里克 1个或2 3或3的整倍数 (8)mRNA DNA mRNA 展开更多...... 收起↑ 资源预览