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第1节　基因指导蛋白质的合成
课标要求 核心素养
概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成。 1．从化学组成、结构、分布、功能等方面，概括说明DNA和RNA分子的异同。(科学思维)2．结合图示图解，概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成。(科学思维、符合生命观念)3．从存在位置、作用等方面，概括说明遗传信息、密码子、反密码子的区别。(科学思维)
基础知识·双基夯实
一、遗传信息的转录
1．RNA的组成、结构和种类：
基本单位 __核糖核苷酸__
组成成分
结构 一般是__单链__，长度比DNA__短__
种类 __mRNA、tRNA和rRNA__
2．遗传信息的转录：
(1)概念
(2)过程：
二、遗传信息的翻译
1．密码子和反密码子的比较：
项目 位置 实质 种类
密码子 __mRNA__ 决定氨基酸的__3个__相邻的碱基 共有__64__种，决定氨基酸的有__61__(特殊情况62种)种
反密码子 __tRNA__ 与__mRNA__上的密码子互补配对的__3个__相邻碱基 共有__61__种
2．翻译过程：
起始：mRNA与__核糖体__结合
↓
运输：__tRNA__携带氨基酸置于特定位置
↓
延伸：核糖体沿__mRNA__移动，读取下一个密码子，由对应__tRNA__运输相应的氨基酸加到延伸中的肽链上
↓
终止：当核糖体到达mRNA上的__终止密码子__时，合成停止
↓
脱离：肽链合成后从核糖体与mRNA的复合物上脱离，盘曲折叠成具有特定__空间结构__和__功能__的蛋白质分子
三、中心法则
1．提出者：克里克。
2．内容：遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的__复制__；也可以从DNA流向__RNA__，进而流向__蛋白质__，即遗传信息的转录和翻译。
3．补充后的中心法则图解
〔学霸记忆〕
1．RNA有三种：信使RNA(mRNA)、转运RNA(tRNA)和核糖体RNA(rRNA)。
2．转录的主要场所是细胞核，条件是模板(DNA的一条链)、原料(4种核糖核苷酸)、酶(RNA聚合酶)和能量。
3．翻译的场所是核糖体，条件是模板(mRNA)、“搬运工”(tRNA)、原料(21种氨基酸)、酶和能量。
4．mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基叫作1个密码子。
5．每个tRNA的3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，叫作反密码子。
6．中心法则图解：
〔活学巧练〕
判断下列叙述的正误
(1)转录时DNA聚合酶能识别DNA分子中特定碱基序列。(　×　)
(2)转录以DNA的两条链为模板、四种核苷酸为原料合成mRNA。(　×　)
(3)一个基因的两条链不能同时转录生成两种不同的mRNA。(　√　)
(4)遗传密码子的简并性有利于遗传信息的容错性。(　√　)
(5)分化后的不同细胞中tRNA种类是相同的。(　√　)
(6)一条mRNA上相继结合多个核糖体可提高翻译的效率。(　√　)
〔思考〕
1．现有一核酸分子，若从化学组成入手，如何判断其是DNA还是RNA？(不考虑特殊情况)(生命观念、科学思维)
提示：(1)根据五碳糖种类判断：若有核糖，一定为RNA；若有脱氧核糖，一定为DNA。
(2)根据含氮碱基种类判断：若含T，一定为DNA；若含U，一定为RNA。
(3)根据含氮碱基的含量判断：若嘌呤数≠嘧啶数，则肯定不是双链DNA。
2．根据mRNA中碱基的排列顺序能否准确写出氨基酸的序列？若已知氨基酸的序列，能否确定mRNA中碱基的排列顺序？(科学思维)
提示：前者可以，后者不能确定。因为一种密码子只对应一种氨基酸(在一般情况下，终止密码子没有对应的氨基酸)，但一种氨基酸可以有多种密码子。
3．组成蛋白质的21种氨基酸对应62种密码子，这表明密码子具有“简并性”，这一现象对生物体的生命活动有何意义？(科学思维)
提示：①增强容错性：当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸，因而有利于蛋白质结构或生物性状的稳定。②保证翻译速度：当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都转运同一种氨基酸，可以保证翻译的速度。
课内探究·名师点睛
知识点?
遗传信息的转录
要点归纳
1．DNA与RNA的比较
核酸种类比较项目 DNA RNA
化学组成 基本单位 脱氧核苷酸 核糖核苷酸
碱基 A、G、C、T A、G、C、U
五碳糖 脱氧核糖 核糖
无机酸 磷酸 磷酸
空间结构 规则的双螺旋结构 通常呈单链结构
分类 通常只有一类 分mRNA、tRNA、rRNA三类
功能 主要的遗传物质 在不存在DNA的生物里是遗传物质，在存在DNA的生物里辅助DNA完成功能催化作用
存在(真核生物) 主要存在于细胞核中的染色体上 主要存在于细胞质中
2．三种RNA的比较
mRNA tRNA rRNA
分布部位 常与核糖体结合 细胞质中 与蛋白质结合形成核糖体
结构
功能 翻译时作模板 翻译时作搬运氨基酸的工具 参与核糖体的组成
联系 ①组成相同：4种核糖核苷酸；②来源相同：都由转录产生；③功能协同：都与翻译有关
3．RNA适于作为DNA信使的原因
(1)RNA的基本组成单位是核苷酸，含有4种碱基，可以储存遗传信息。
(2)RNA一般是单链，比DNA短，能通过核孔，从细胞核进入细胞质。
(3)组成RNA的碱基也严格遵循碱基互补配对原则。
[特别提醒]　(1)转录的基本单位是基因，而不是整个DNA。
(2)在真核细胞内，转录出来的RNA需经过加工才具有生物活性。
4．转录与DNA分子复制的区别
复制 转录
时间 有丝分裂间期和减数分裂Ⅰ前的间期 生长发育过程中
场所 主要在细胞核，少部分在线粒体和叶绿体
原料 四种脱氧核苷酸 四种核糖核苷酸
模板 DNA的两条链 DNA中的一条链
条件 特定的酶和ATP
过程 DNA解旋，以两条链为模板，按碱基互补配对原则，合成两条子链，子链与对应母链螺旋化 DNA解旋，以一条链为模板，按碱基互补配对原则，形成mRNA(单链)，进入细胞质与核糖体结合
模板去向 分别进入两个子代DNA分子中 恢复原样，DNA分子重新形成双螺旋结构
特点 边解旋边复制，半保留复制 边解旋边转录，DNA双链全保留
产物 两个双链DNA分子 mRNA、tRNA、rRNA
意义 复制遗传信息，使遗传信息从亲代传给子代 传递遗传信息，为翻译做准备
典例剖析
典例1 (2022·山东省临沂市高一下学期期末)下列关于RNA的叙述正确的是(　D　)
A．tRNA只有三个碱基
B．一种tRNA可携带一种或多种氨基酸
C．一种氨基酸只能由一种tRNA携带
D．tRNA是通过转录过程合成的
[解析]　一个tRNA含有多个碱基，其一端的三个碱基构成反密码子，A错误；一种tRNA只能携带一种氨基酸，B错误；一种氨基酸可以由一种或多种tRNA携带，C错误；tRNA是通过转录过程合成的，D正确。故选D。
变式训练1
(不定项)如图为真核细胞中基因的转录过程简图，下列叙述错误的是(　ABD　)
A．①为细胞核，是DNA复制和转录的场所
B．②是酶，可以降低转录过程中反应的活化能
C．③部位的双链结构中嘌呤数和嘧啶数是相等的
D．④处在逐渐解开DNA双链，保证转录的正常进行
[解析]　图为真核细胞中基因的转录过程，主要发生在细胞核中，在线粒体、叶绿体中也能发生转录过程，①是RNA聚合酶，不是细胞核，A错误；②是核糖核苷酸，是转录所需的原料，B错误；③处正在转录形成RNA，遵循碱基互补配对原则，双链结构中嘌呤数和嘧啶数是相等的，C正确；④处双螺旋正在重新形成，D错误。
知识点?
遗传信息的翻译
要点归纳
1．翻译的概念
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，这一过程叫翻译。
(1)部位：细胞质。
(2)原料：各种游离氨基酸。
(3)模板：mRNA。
(4)结果：一定氨基酸顺序的蛋白质。
(5)实质：将mRNA中的碱基序列(携带遗传信息)翻译为蛋白质的氨基酸序列(具体性状)。
2．氨基酸的“搬运工”－tRNA
tRNA的基本结构单位为核糖核苷酸，是RNA的一种。tRNA种类众多，但每一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。tRNA呈三叶草形，其一端为携带氨基酸的部位，另一端有3个碱基。每个tRNA上的这3个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，称反密码子。
3．转录与翻译的比较
4．遗传信息、密码子、反密码子的比较
项目 遗传信息 密码子 反密码子
作用 控制生物的性状 直接决定蛋白质中的氨基酸排列序列 识别密码子，转运氨基酸
图解
5．翻译过程中多聚核糖体模式图解读
(1)图1表示真核细胞的翻译过程，其中①是mRNA，⑥是核糖体，②、③、④、⑤表示正在合成的4条多肽链，具体内容分析如下：
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：从右向左(见图1)，判断依据是多肽链的长短，长的翻译在前。
④形成的多条肽链氨基酸序列相同：其原因是有相同的模板mRNA。
(2)图2表示原核细胞的转录和翻译过程同时进行，图中①是DNA，②、③、④、⑤表示正在合成的4条mRNA在核糖体上同时进行翻译过程。
典例剖析
典例2 (2022·河北五县一中高三上联考改编)如图代表人体胰岛细胞中合成胰岛素的某一过程(AA代表氨基酸)，下列叙述正确的是(　C　)
A．所示过程的模板是DNA的一条链
B．图中所示过程只有两种RNA参与
C．该过程形成的是多肽，要经过加工才能形成胰岛素
D．运输氨基酸的工具是rRNA，其中也含碱基对和氢键
[解析]　题图中所示的过程是翻译，其模板是mRNA，A错误；翻译过程三种RNA都要参与，其中mRNA在翻译过程中作模板，tRNA转运氨基酸，rRNA参与构成的核糖体是翻译的场所，B错误；胰岛素属于分泌蛋白，翻译的结果是形成多肽，多肽经过内质网和高尔基体的加工才能得到具有一定结构和功能的蛋白质，C正确；运输氨基酸的工具是tRNA，D错误。
变式训练2
(2022·山东省聊城市高一下学期期末)关于密码子、tRNA和氨基酸的关系的叙述，正确的是(　C　)
A．一种密码子可以决定多种氨基酸
B．一种氨基酸只由一种密码子决定
C．密码子是mRNA上3个相邻的碱基
D．一种tRNA可以转运多种氨基酸
[解析]　一种密码子可以决定一种氨基酸，且终止密码子不编码氨基酸，A错误；密码子的简并是指一种氨基酸可能由一种或多种密码子编码，B错误；mRNA上每3个决定一种氨基酸的相邻的碱基构成一个密码子，C正确；tRNA具有专一性，即每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，D错误。故选C。
知识点?
中心法则
要点归纳
1．中心法则内容及其发展图解
2．不同生物的遗传信息传递过程
(1)以DNA为遗传物质的生物
主要包括细胞生物(原核生物、真菌、动植物和人类)以及大多数病毒，它们能发生的过程如下：
(2)以RNA为遗传物质的生物
①不含逆转录酶的RNA病毒，如烟草花叶病毒，它们能发生的过程如下：
②含逆转录酶的RNA病毒，如艾滋病病毒，它们能发生的过程如下：
3．中心法则5个过程的比较
过程 模板 原料 产物 实例
DNA的复制 DNA的两条链 脱氧核苷酸 DNA 以DNA作遗传物质的生物
转录 DNA的一条链 核糖核苷酸 RNA 除病毒外几乎所有生物
翻译 信使RNA 21种氨基酸 多肽 除病毒外的细胞生物
RNA的复制 RNA 核糖核苷酸 RNA 以RNA作遗传物质的生物
RNA的逆转录 RNA 脱氧核苷酸 DNA 某些致癌的RNA病毒等
[易错提醒]　中心法则的两点提醒
(1)中心法则揭示了所有生物(包括病毒)遗传信息的流动过程。细胞分裂前必须要进行DNA的复制，同时也要进行转录和翻译，为分裂提供所需要的酶等条件。
(2)高度分化的不能分裂的细胞，没有DNA的复制，但无论分化与否，细胞中都有转录和翻译。
4．“三看法”判断中心法则各过程
一看模板：
(1)若是DNA，则为DNA复制或转录。
(2)若是RNA，则为RNA复制或RNA逆转录或翻译。
二看原料：
(1)若是脱氧核苷酸，则为DNA复制或逆转录。
(2)若是核糖核苷酸，则为转录或RNA复制。
(3)若是氨基酸，则为翻译。
三看产物：
(1)若是DNA，则为DNA复制或RNA逆转录。
(2)若是RNA，则为RNA复制或转录。
(3)若是蛋白质(或多肽)，则为翻译。
典例剖析
典例3 (不定项)(2022·山东省菏泽第一中学期末)如图表示某种病毒的遗传信息流，其中②过程离不开宿主细胞内染色体的复制。下列叙述正确的是(　AD　)
A．①过程和②过程所需原料相同
B．①过程与模板链配对的碱基有A、U、G、C
C．④过程需要多个核糖体共同完成一条肽链的合成
D．若该病毒的宿主细胞不增殖，则②过程将不能进行
[解析]　过程①～④分别表示逆转录、DNA 复制、转录和翻译，其中①过程和②过程的产物均是DNA，所需的原料均为4种游离的脱氧核苷酸，A正确；逆转录(①)过程的模板是RNA，新合成的子链为DNA 单链，因此与模板链(RNA)配对的碱基有A、T、G、C，B错误；翻译(④)过程是以mRNA为模板，通常一个mRNA上可以相继结合多个核糖体，同时合成多条肽链，C错误；由题干信息“②过程离不开宿主细胞内染色体的复制”可知，病毒RNA 逆转录产生的DNA已经整合到宿主细胞的染色体上，若该病毒的宿主细胞不增殖，则其染色体上的 DNA不能复制，即②过程不能进行，D正确。
变式训练3
(2022·山东省潍坊市诸城市高一期中)中心法则概括了自然界生物遗传信息的流动途径，如图所示。相关说法错误的是(　D　)
A．1957年克里克提出的中心法则内容只包括图中的①②③
B．图中①～⑤过程都要进行碱基互补配对
C．遗传信息传递到蛋白质是表型实现的基础
D．④过程需要逆转录酶参与
[解析]　1957年克里克提出的中心法则内容只包括图中的①②③，④⑤两个过程是后来对中心法则的补充，A正确；图中①～⑤过程都要进行碱基互补配对，但配对方式不完全相同，B正确；蛋白质是生命活动的体现者，遗传信息传递到蛋白质是表型实现的基础，C正确；只有⑤过程需要逆转录酶参与，D错误。故选D。
指点迷津·拨云见日
一、基因表达中有关的数量计算
转录、翻译过程中DNA(基因)碱基个数∶mRNA碱基个数∶肽链(蛋白质)中氨基酸个数＝6∶3∶1，可参考下图理解。
1．翻译时，mRNA上的终止密码子一般不决定氨基酸，因此准确地说，mRNA上的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。
2．DNA中有的片段无遗传效应，不能转录出mRNA；在基因片段中，有的片段起调控作用，也不转录。因此，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．在回答有关问题时，应加上“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。
典例4 (2022·辽宁辽阳高一下期中)已知AUG、GUG为起始密码子，UAA、UGA、UAG为终止密码子。某mRNA的碱基排列顺序如下：A—U—U—C—G—A—U—G—A—C…(37个碱基，且无终止密码子)…C—U—C—U—A—G—A—U—C—U。此mRNA控制合成的蛋白质含氨基酸的个数为(　A　)
A．15个 B．16个
C．17个 D．19个
[解析]　根据mRNA碱基序列为A—U—U—C—G—A—U—G—A—C…(37个碱基，且无终止密码子)…C—U—C—U—A—G—A—U—C—U，AUG、GUG为起始密码子，UAA、UGA、UAG为终止密码子，则该序列的第6、7、8三个碱基构成起始密码子(AUG)，倒数第7、6、5三个碱基构成终止密码子(UAG)，即编码氨基酸的序列长度为5＋37＋3＝45，则此mRNA控制合成的蛋白质含氨基酸的个数为45÷3＝15(个)，A正确。
二、真核生物DNA复制、转录和翻译的比较
项目 DNA复制 转录 翻译
时间 有丝分裂间期和减数分裂Ⅰ前的间期 生长发育的整个过程中
场所 主要在细胞核中，小部分在线粒体和叶绿体中 主要在细胞核中，小部分在线粒体和叶绿体中 细胞质中的核糖体上
原料 4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 21种氨基酸
模板 DNA的两条链 DNA的一条链 mRNA
条件 特定的酶和ATP等
模板去向 分别进入两个子代DNA分子中 模板链与非模板链重新组成双螺旋结构 分解成单个核糖核苷酸
特点 边解旋边复制，半保留复制 边解旋边转录，DNA双链全保留 一个mRNA上可相继结合多个核糖体，依次合成多条肽链
产物 两个双链DNA分子 RNA 肽链
意义 复制遗传信息，使遗传信息从亲代传给子代 表达遗传信息，使生物体表现出各种遗传性状
典例5 (2022·湖南省株洲二中高一测试)如图甲、乙、丙表示真核生物遗传信息传递的过程，以下分析正确的是(　C　)
A．图中酶1和酶2表示同一种酶
B．图甲、乙、丙所示过程在高度分化的细胞中均会发生
C．图丙过程需要tRNA，每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸；而某些氨基酸可以由不同tRNA转运
D．图丙中最终合成的四条肽链各不相同
[解析]　图中酶1和酶2分别是催化DNA复制和转录的酶，不是同一种酶，A错误；图甲所示过程在高度分化的细胞中不会发生，但是图乙和丙可以发生，B错误；翻译过程需要tRNA搬运氨基酸，每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸；某些氨基酸有多个密码子，可以由多个不同tRNA转运，C正确；图丙中以同一条mRNA为模板，最终合成的四条肽链上的氨基酸的种类、数目和排列顺序是相同的，D错误。故选C。
教材问题·解疑答惑
?问题探讨 P64
提示：本节的问题探讨意在引导学生思考DNA在生物体内有哪些作用，又是如何发挥作用的。一种生物的整套DNA分子中贮存着该种生物生长发育等生命活动所需的全部遗传信息，也可以说是构建生物体的蓝图。但是，从DNA到具有各种性状的生物体，需要通过极其复杂的基因表达及调控过程才能实现，因此，在可预见的将来，利用DNA分子来使灭绝的生物复活仍是难以做到的。
?想象空间 P64
提示：DNA相当于指挥官(司令员)，指挥官(司令员)的作用是运筹帷幄发出指令，如果它深入前线阵地直接指挥，就会影响他把握全局，从而贻误战机。
?思考·讨论 P66
1．提示：可以从所需条件、过程中的具体步骤和过程中所表现出的规律等角度来分析。例如，转录与DNA复制都需要模板、都遵循碱基互补配对原则等。碱基互补配对原则能够保证遗传信息传递的准确性。
2．提示：DNA复制需要的酶为解旋酶和DNA聚合酶，原料为四种脱氧核苷酸；转录需要的酶为RNA聚合酶，原料为四种核糖核苷酸。
3．提示：转录成的RNA的碱基序列，与作为模板的DNA单链的碱基序列之间的碱基是互补配对关系，与DNA双链间碱基互补配对不同的是，RNA链中与DNA链的“A”配对的是“U”，不是“T”；与DNA另一条链的碱基序列基本相同，只是DNA链上“T”的位置，在RNA链上是“U”。
?思考·讨论 P67
1．提示：此题具有一定的开放性、要积极思考。可以从增强密码子容错性的角度来解释，当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并，可能并不会改变其对应的氨基酸；也可以从密码子使用频率来考虑，当某种氨基酸使用频率高时，几个不同的密码子都编码一种氨基酸可以保证翻译的速度。
2．提示：这是一道开放性较强的题，答案并不唯一，旨在培养学生的分析能力和发散性思维。通过这一事实可以想到生物都用相同的氨基酸合成蛋白质，所有生物可能有共同的起源或生命在本质上是统一的等。
?练习与应用 P69
一、概念检测
1．(1)×
(2)×　一个密码子只对应一种氨基酸，终止密码子不对应任何氨基酸，一个氨基酸可能有多个密码子，如精氨酸(CGU、CGCCGA、CGG)，也有些氨基酸只对应一个密码子，如：色氨酸(UGG)。
2．D　密码子是指mRNA分子上决定一种氨基酸的相邻的3个碱基。
二、拓展应用
提示：红霉素能与核糖体结合，抑制肽链的延伸影响了翻译过程；环丙沙星抑制细菌DNA的复制，影响细菌的繁殖；利福平抑制细菌RNA聚合酶的活性，影响了转录过程。
巩固训练·课堂达标
1．(2022·河北省承德市隆化县存瑞中学高一期中)下列关于tRNA和氨基酸之间相互关系的说法正确的是(　C　)
A．一种tRNA可以携带几种结构相似的氨基酸
B．每种氨基酸都可由几种tRNA识别并转运
C．一种氨基酸可由一种或几种特定的tRNA将它转运到核糖体上
D．每种氨基酸只有一种tRNA识别并转运
[解析]　tRNA有特异性，每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，A错误；1种密码子决定1种氨基酸，有些氨基酸可能由几种密码子决定。tRNA上反密码子与mRNA上密码子互补配对，因此一种或几种tRNA可以携带运输同一种的氨基酸，但不是每种氨基酸都可以由多种tRNA携带运输的，B错误；有些氨基酸可能由几种密码子决定，tRNA上反密码子与mRNA上密码子互补配对，因此同一种的氨基酸可能由一种或几种tRNA携带运输，C正确；几种tRNA可以携带运输同一种的氨基酸，D错误。故选C。
2．(2022·山东省德州市高一下学期期末)真核细胞的DNA聚合酶和RNA聚合酶有很多相似之处。下列关于两种酶参与的生理过程的叙述正确的是(　A　)
A．都发生氢键的断裂
B．都只在细胞核内进行
C．都以脱氧核苷酸为底物
D．碱基互补配对方式相同
[解析]　DNA聚合酶参与DNA的复制，RNA聚合酶参与转录，都发生氢键的断裂，A正确；复制和转录还可以发生在叶绿体和线粒体中，B错误；RNA聚合酶以核糖核苷酸为底物，C错误；由于DNA特有的碱基是T，而RNA特有的碱基是U，DNA复制和转录碱基互补配对方式不完全相同，D错误。故选A。
3．(2022·山东省潍坊市诸城市高一期中)下图表示真核细胞内，核酸参与的部分生理活动，其中①②③表示生理过程，a、b、c、d、e表示分子，请据图回答问题：
(1)参与图中①过程中DNA复制的酶是__解旋酶、DNA聚合酶__。若c的两条链被3H标记，则a、b中能检测到放射性的是__a和b__。
(2)细胞周期中的分裂期，能发生过程②吗？__不能__。原因是__分裂期染色体高度螺旋化，不能解旋__。
(3)过程③中，甲硫氨酸和赖氨酸之间形成的化学键是__肽键__(填名称)，赖氨酸的密码子是__AAA__。
(4)图中①②③都需要__腺苷三磷酸__(物质名称)直接提供能量，是细胞内遗传信息流动的主要过程。细胞内遗传信息流动过程体现了生命是__物质、能量和信息__的统一体。
[解析]　(1)图中①过程为DNA复制，在该过程中用到了解旋酶和DNA聚合酶。c为染色体，其中含有一个DNA分子，若该DNA分子的两条链被3H标记，由于DNA复制的特点表现为半保留复制，因此产生的a和b中含有的DNA分子均能检测到放射性。(2)细胞周期的分裂期中染色体高度螺旋化，不能解旋，因此，一般不能发生转录过程即图中的②过程不发生。(3)过程③为翻译过程，甲硫氨酸和赖氨酸之间通过脱水缩合反应形成的肽键将其连接起来，密码子是mRNA上的三个相邻的碱基能够决定一个氨基酸，这样的三个碱基称为一个密码子，因此，结合图示可以看出赖氨酸的密码子是AAA。(4)图中①②③过程都是耗能的过程，因此都需要ATP直接提供能量，三个过程也是细胞内遗传信息流动的主要过程。细胞内遗传信息流动过程体现了生命是物质、能量和信息的统一体，物质、能量和信息是生物赖以生存的基础。第2节　基因表达与性状的关系
课标要求 核心素养
1.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的选择性表达，生物的性状主要通过蛋白质表现。2．概述某些基因碱基序列不变但基因表达和表型改变的表观遗传现象。 1．结合豌豆皱粒、白化病和囊性纤维化产生机理，理解生物的性状是由基因决定的。(生命观念)2．通过分析不同类型细胞中DNA和RNA的检测结果，理解细胞分化的本质是基因的选择性表达。(科学探究)3．结合柳穿鱼花的形态结构和小鼠的毛色的遗传，理解某些基因序列不变但表型改变的表观遗传现象。(科学思维)
基础知识·双基夯实
一、基因表达产物与性状的关系
1．基因控制生物性状的两种途径
(1)间接控制：基因__酶的合成__代谢过程生物性状。
(2)直接控制：基因__蛋白质结构__生物性状。
2．基因控制性状的实例(连线)
二、基因的选择性表达与细胞分化
1．细胞分化的本质是__基因的选择性表达__。
2．基因的选择性表达与基因表达的__调控__有关。
三、表观遗传
1．概念：生物体基因的碱基序列保持__不变__，但基因表达和表型发生__可遗传变化__的现象，叫作表观遗传。
2．特点：表观遗传现象普遍存在于生物体的__生长、发育和衰老__的整个生命活动过程中。
四、基因与性状的对应关系
1．基因与性状的关系并不是简单的__一一对应__的关系，一个性状可以受__多个基因__的影响，一个基因也可以影响__多个性状__。
2．生物体的性状不完全是由基因决定的，__环境__对性状也有着重要影响。
〔学霸记忆〕
1．基因控制生物体性状的途径：①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；②基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
2．细胞分化的本质是基因的选择性表达。
3．生物体基因的碱基序列保持不变，但基因表达和表型发生可遗传变化的现象，叫作表观遗传。
4．基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系，一个性状可以受多个基因的影响，一个基因也可以影响多个性状，同时环境对性状也有重要影响。
〔活学巧练〕
判断下列叙述的正误
(1)基因都是通过控制酶的合成来控制性状的。(　×　)
(2)豌豆的皱粒和圆粒这对相对性状的形成说明基因可以通过控制酶的合成控制代谢过程，进而控制生物体的性状。(　√　)
(3)生物的表型是生物的基因型和环境条件共同作用的结果。(　√　)
(4)生物有些性状可以由多个基因决定，但一个基因不会与多个性状有关。(　×　)
(5)表观遗传现象中，生物表型发生变化是由于基因的碱基序列改变。(　×　)
(6)表观遗传的分子生物学基础是DNA的甲基化等。(　√　)
〔思考〕
1．牵牛花的颜色主要是由花青素决定的，如图为花青素的合成与颜色变化途径示意图：
(1)图中反映了基因控制生物体性状的哪条途径？除此之外，另一条途径是什么？
提示：图中反映的途径是基因可以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；另一条途径是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
(2)牵牛花的颜色是只由一对基因控制的吗？
提示：不是。牵牛花的颜色由多对基因共同控制。
(3)牵牛花的颜色还与细胞中的pH有关，这说明什么？
提示：生物体的性状也受环境影响。
(4)牵牛花的叶肉细胞中是否也含有基因①②③？也能全部表达吗？
提示：牵牛花的叶肉细胞中也含有基因①②③，但是由于基因进行选择性表达，这3个基因在叶肉细胞中不一定能够表达。
2．同一株水毛茛，裸露在空气中的叶和浸在水中的叶，表现出了两种不同的形态。水中的叶比空气中的叶要细小狭长一些。
(1)水毛茛两种形态的叶，其细胞的基因组成一样吗？(生命观念)
提示：水毛茛两种形态的叶，其细胞的基因组成是相同的。
(2)叶形的差异是否是表观遗传的结果？最可能是由什么因素引起的？(科学思维)
提示：叶形的差异不是表观遗传的结果。因为同一株植株出现不同的叶型，最可能是环境因素引起的。
课内探究·名师点睛
知识点?
基因表达产物与性状的关系
要点归纳
1．实例：豌豆皱粒和白化病的形成
(1)图解：
(2)途径：基因酶的合成代谢过程生物体的性状。
2．基因与性状的关系
(1)基因与性状的关系并非简单的一一对应的线性关系，可以是多个基因决定一个性状，也可以是一个基因与多个性状有关，一个性状可受多个基因影响。
(2)生物的性状不仅由基因决定，还受环境条件的影响，是基因和环境条件共同作用的结果，即表型＝基因型＋环境条件。
(3)生物的性状是通过基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间的相互作用来精确控制的。
归纳整合
基因表达的产物对性状控制的两种方式：
典例剖析
典例1 (2022·安徽省宿州市高一期末)在豌豆粒中，由于控制合成淀粉分支酶的基因中插入外来的DNA片段而不能合成淀粉分支酶，使得豌豆粒变得皱缩。此事实说明了(　C　)
A．基因是生物体性状的载体
B．基因能直接控制生物体的性状
C．基因可以通过控制酶的合成来控制生物体的性状
D．基因可以通过控制蛋白质的结构来控制生物体的性状
[解析]　控制合成淀粉分支酶的基因中插入外来的DNA片段而不能合成淀粉分支酶，淀粉分支酶的缺乏导致细胞内淀粉含量降低，游离蔗糖的含量升高，淀粉能吸水膨胀，而蔗糖不能，使得豌豆粒变得皱缩，此事实说明基因可以通过控制酶的合成来控制生物体的性状，故选C。
变式训练1
(2022·广西梧州市高一期末)下列关于基因与性状关系的叙述，正确的是(　D　)
A．基因型改变生物性状一定改变
B．生物性状改变基因型一定改变
C．基因与性状呈一对一线性关系
D．基因可间接控制生物体的性状
[解析]　基因型改变，性状不一定改变，如AA变为Aa，一般情况下，仍体现出显性性状，A错误；性状改变，基因型不一定改变，可能是环境因素导致的，如同一棵水毛茛水下和水上叶片的性状不同，就是环境因素引起的，B错误；一种性状可能由一对或多对基因控制，C错误；基因可通过控制酶的合成来控制代谢过程进而控制生物的性状，即基因可间接控制生物体的性状，如白化病的发生，D正确。故选D。
知识点?
细胞分化及表观遗传
要点归纳
1．不同基因在不同细胞中的表达：
类型 合成蛋白质的类型 举例
所有细胞中都表达 维持细胞基本生命活动所必需的 核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因
某类细胞中特异性表达 不是维持细胞基本生命活动所必需的 卵清蛋白基因、胰岛素基因
2．细胞分化的本质：基因的选择性表达。
[易错提醒]　细胞分化结果的两点警示
(1)细胞分化后遗传物质不变，mRNA和蛋白质的种类和数量不同，细胞器的种类和数量也会不同。
(2)不同的细胞中也可能含有相同的mRNA，如细胞基本生命活动所必需的ATP合成酶基因转录的mRNA等。
3．表观遗传：
(1)概念：生物体基因的碱基序列保持不变，但基因表达和表型发生可遗传变化的现象。
(2)两个实例：
实例 柳穿鱼花的形态结构的遗传 某实验小鼠毛色的遗传
现象 植株A与植株B杂交，F1的花与植株A相似，F1自交，F2花的形态结构有两种 纯种的黄色体毛的小鼠(AvyAvy)与纯种的黑色体毛的小鼠(aa)杂交，子代出现了多种毛色的Avya小鼠
原因 F1中含有能表达的Lcyc基因，因此F1的花与植株A相似；依据基因分离定律，得出F2中大约3/4植株含有能表达的Lcyc基因，因此大部分植株的花与植株A相同，大约1/4的植株含有不能表达的甲基化Lcyc基因，少部分植株的花与植株B相似 Avy基因的前端有多个可发生DNA甲基化修饰的位点，这些位点甲基化后，Avy基因表达受到抑制。甲基化程度越高，Avy基因表达受抑制越明显，小鼠体毛的颜色就越深
归纳整合
基因型相同的生物体，性状不一定相同的原因分析：
(1)表观遗传：影响了基因的表达过程，进而影响生物性状，可遗传。
(2)环境影响：影响酶的活性进而影响代谢过程，从而影响生物性状，不可遗传。
典例剖析
典例2 (2022·山东省临沂市沂水县高一期中)下列关于基因的表达和性状的关系的说法正确的是(　A　)
A．某些基因能在各种分化后的细胞中都表达
B．基因控制生物的性状都是通过控制酶的合成来进行
C．表观遗传的出现是由DNA甲基化造成的
D．表观遗传会受到环境影响，不能遗传
[解析]　某些基因能在各种分化后的细胞中都表达，例如膜蛋白基因在所有细胞中都表达，A正确；基因还能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状，B错误；表观遗传的出现可以由DNA甲基化造成，也可以由染色质构象变化等造成，C错误；表观遗传会受到环境影响，能够遗传，D错误。故选A。
变式训练2
(2022·山东省临沂市罗庄区高一下学期期末)DNA甲基化是在相关酶的作用下将甲基选择性地添加到DNA上的过程，能够在不改变DNA序列的前提下，改变生物的遗传表现，是化学修饰的一种形式。DNA甲基化与很多疾病的发生有关，下列说法正确的是(　D　)
A．若胞嘧啶经过甲基化和脱去氨基后成为胸腺嘧啶使所在DNA的稳定性增强
B．DNA甲基化一定会使生物的性状发生改变
C．DNA甲基化会改变DNA中碱基的数量
D．若甲基化发生在原癌基因中，细胞周期可能会受到影响
[解析]　由于A－T之间有2个氢键，C－G之间有3个氢键，因此添加甲基并脱氨基后的嘧啶胞会转化为胸腺嘧啶使所在DNA的稳定性降低，A错误；DNA甲基化不一定会使生物的性状发生改变，B错误；DNA甲基化是在相关酶的作用下将甲基选择性地添加到DNA上的过程，这不会改变DNA中碱基的数量，C错误；原癌基因负责调节细胞周期，控制细胞生长和分裂的过程，因此若DNA甲基化发生在原癌基因中，细胞周期可能会受到影响，D正确。故选D。
指点迷津·拨云见日
一、根据“图示法”理解基因表达的作用
1．基因表达控制着生物的性状：
生物的某种性状可能由一个基因控制，也可能由多个基因同时控制；基因是遗传的基本单位，具有一定的独立性，一个基因的表达可以不受其他基因的影响。
(1)性状C受基因A和B的控制，如图：
(2)基因A控制性状B和性状C，如图：
2．基因表达决定了细胞的分化：
部分基因在组成个体的全部细胞中不是都表达，有的基因只在特定的细胞中表达，即细胞分化的实质是基因的选择性表达。
(1)图示：
(2)说明：C基因在A细胞和B细胞中都表达，而A基因只在A细胞中表达，B基因只在B细胞中表达。
典例3如图表示同一个体的5种细胞中5种基因的表达情况，下列分析错误的是(　B　)
A．若基因a～e中只有一个是控制核糖体蛋白质合成的基因，则该基因最有可能是基因b
B．据图可知，这5种细胞的遗传物质各不相同
C．若细胞3为胰岛细胞，则5种基因中最可能为胰岛素基因的是基因e
D．此图能说明细胞分化的实质
[解析]　由题图可知，5种细胞表达的基因不完全相同，说明基因在不同的细胞中选择性表达。蛋白质是生命活动的主要承担者，各种细胞中都需要合成蛋白质，核糖体是蛋白质合成的场所，故各种活细胞中均会合成核糖体蛋白质，控制核糖体蛋白质合成的基因在各种细胞中均会表达，故该基因最有可能是基因b，A正确；同一生物体内不同细胞都是由同一个受精卵分裂分化形成的，都含有相同的基因，因此图示5种细胞的遗传物质相同，B错误；胰岛素基因只在胰岛B细胞中表达，题图中基因e只在细胞3中表达，而其他基因至少在2种不同细胞中表达，若细胞3为胰岛细胞，则5种基因中最可能为胰岛素基因的是基因e，C正确；同一个体的5种细胞中表达的基因不完全相同，说明基因在不同的细胞中选择性表达，体现了细胞分化的实质，D正确。
二、表观遗传的理解和解题方法
1．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
2．表观遗传的解题方法：
(1)为了区分甲基化的基因和正常基因，可以做个标注，如正常基因为A，甲基化的基因用A°等方式表示。然后就可以按照正常的遗传解题方式进行解题。
(2)当甲基化的基因和正常基因都存在时，生物性状表现出正常基因控制的性状。
典例4 (2022·黑龙江哈尔滨高一下月考)DNA分子碱基上连接一个“—CH3”，称为DNA甲基化，基因甲基化可以导致其不能转录。下列叙述正确的是(　C　)
A．基因甲基化一定对生物体不利
B．基因甲基化引起的变异都能传递给子代
C．基因型相同的生物表型可能不同
D．吸烟等不良生活习惯不影响DNA甲基化水平
[解析]　生物体基因的碱基序列保持不变，但基因表达和表型发生可遗传变化的现象，叫作表观遗传。变异的有利或有害取决于生物的生存环境，基因甲基化可能对生物体不利，也可能对生物体有利，A错误；基因甲基化若发生在体细胞中，则不能遗传给子代，B错误；表型由基因型和外界环境共同决定，因此基因型相同的生物表型可能不同，C正确；吸烟会使人的体细胞内DNA甲基化水平升高，对染色体上的组蛋白也会产生影响，D错误。
教材问题·解疑答惑
?问题探讨 P71
1．提示：基因组成一样。
2．提示：环境影响了基因的表达，进而影响了生物的性状。
?思考·讨论 P72
1．提示：输卵管细胞合成了卵清蛋白，没有珠蛋白和胰岛素；红细胞中合成了珠蛋白，没有卵清蛋白和胰岛素；胰岛细胞合成了胰岛素，没有卵清蛋白和珠蛋白。因同一生物体不同类型的细胞中基因都是相同，但是基因进行了选择性表达。
2．提示：同一生物体不同类型的细胞中基因都是相同，但是基因进行了选择性表达。
?思考·讨论 P73
1．提示：控制性状的基因碱基发生了甲基化修饰，抑制了基因的表达，进而影响了生物的性状。
2．提示：亲本植株A的Lcyc基因未被甲基化，可以正常表达，亲本植株B的Lcyc基因高度甲基化，不能表达，F1植株含有未甲基化的Lcyc基因和高度甲基化的Lcyc基因，未甲基化的Lcyc基因可以正常表达，F1植株的花与植株A的相似；F2植株中有仅含有正常的Lcyc基因的、仅含有甲基化的Lcyc基因的与含有正常的Lcyc基因和甲基化的Lcyc基因的，因此F2中有些植株的花与植株B的相似。
3．提示：基因相同，发生甲基化后不能正常表达，导致其性状不同，而且该性状可以遗传给子代；基因表达的产物影响了生物的性状。
?批判性思维 P74
提示：基因是内在因素，通过表达的产物来决定生物性状，环境是外在因素，通过影响基因的表达过程进而影响生物性状。
?思维训练 P75
提示：假说：高温条件下出现翅长接近正常的果蝇是环境温度影响的，其基因型不变。
解释：果蝇翅的发育需要经过酶的催化，残翅果蝇在较高温(31 ℃)时催化残翅发育的酶失去活性，从而使果蝇出现翅长接近正常的性状，但是基因型没有改变，因此子代在正常温度下仍然是残翅。
?练习与应用 P75
一、概念检测
1．(1)×
提示：基因与性状不是一一对应的关系，如人的身高就是由多个基因控制的。
(2)√
2．C　将含有人的凝血因子基因的DNA片段注射到羊的受精卵中后，随着细胞有丝分裂，该羊的乳腺细胞中含有人的凝血因子基因；产生的生殖细胞中可能含有人的凝血因子基因，子代可能含有人的凝血因子基因；人的凝血因子能在羊的体内成功表达，说明人和羊共用一套遗传密码；乳汁中含有人的凝血因子但不含有凝血因子基因，基因位于细胞内，不会分泌到细胞外。
二、拓展应用
1．提示：有一定的道理，基因控制蛋白质的合成，进而控制生物的性状，导演是指导演员表演，通过演员的作品体现出来；基因可以通过控制酶的合成来影响细胞代谢，进而间接控制生物的性状，也可以通过控制蛋白质分子结构来直接控制性状。
2．(1)提示：①这些植物的某些性状可能不是由一个基因控制的或者容易受外在环境的影响，因此不能得出3∶1或者9∶3∶3∶1的比例。②这些植物不是严格的自花传粉、闭花受粉的植物，这些植物的基因型有多种，导致不能出现3∶1或者9∶3∶3∶1的比例。
(2)提示：实验具有可重复性，说明它遵循了这个实验中的必然规律，而不是偶然发生的。而遵循客观规律的实验结论也必然是可靠的、科学的。
3．提示：如果雌猫的染色体组成为XOXB，由于X染色体会在胚胎发育早期随机失活，即一条X染色体高度卷曲，失去生理活性，细胞中只有一条X染色体上的基因表达，因而猫毛色存在2种不同的表型。由于失活是随机的，所以猫毛色的颜色呈黑黄相间。
巩固训练·课堂达标
1．(2022·中央民族大学附属中学高一期中)金鱼藻纯合红花(RR)与白花(rr)杂交，杂合体在强光低温下开红花，而在遮阴高温下开白花，这一事实说明(　B　)
A．性状的表现与基因无关
B．性状的表现由基因和环境因素共同决定
C．性状的表现由环境因素决定
D．基因组成相同，生物体的性状表现一定不同
[解析]　由题意知，金鱼藻纯合红花(RR)与白花(rr)杂交，杂合子Aa在强光低温下开红花，而在遮阴高温下开白花，这说明表型是基因型与环境共同决定的，B正确，A、C、D错误，故选B。
2．(2022·河北省唐山一中高一月考)下列有关基因型、性状和环境的叙述，错误的是(　D　)
A．两个个体的身高不相同，二者的基因型可能相同，也可能不相同
B．某植物的绿色幼苗在黑暗中变成黄色，这种变化是由环境造成的
C．O型血夫妇的子代都是O型血，说明该性状是由遗传因素决定的
D．高茎豌豆的子代出现高茎和矮茎，说明该相对性状是由环境决定的
[解析]　基因型完全相同的两个人，可能会由于营养等环境因素的差异导致身高不同，反之，基因型不同的两个人，也可能因为环境因素导致身高相同，A正确；在缺光的环境中，绿色幼苗由于叶绿素合成受影响而变黄，B正确；O型血夫妇的基因型均为ii，两者均为纯合子，所以后代基因型仍然为ii，表现为O型血，这是由遗传因素决定的，C正确；高茎豌豆的子代出现高茎和矮茎，是由于亲代是杂合子，子代出现了性状分离，是由遗传因素决定的，D错误。
3．关于表观遗传的理解，下列说法正确的是(　C　)
A．DNA的甲基化与环境因素无关
B．DNA的甲基化影响基因的翻译过程
C．表观遗传现象不符合孟德尔遗传定律
D．DNA的甲基化导致基因的碱基序列改变
[解析]　环境因素会影响DNA的甲基化，A项错误；DNA的甲基化影响基因的转录过程，B项错误；表观遗传现象不符合孟德尔遗传定律，C项正确；DNA的甲基化不会导致基因的碱基序列改变，D项错误。
4．果蝇的翅有长翅和残翅两种，分别由A和a控制。遗传学家曾做过这样的实验：长翅果蝇幼虫正常的培养温度为25 ℃，将孵化后4～7天的长翅果蝇幼虫放在35～37 ℃的环境中处理6～24小时后，得到了一些残翅果蝇，这些残翅果蝇在正常环境温度下产生的后代仍然是长翅果蝇。请回答下列问题：
(1)果蝇的长翅和残翅是一对__相对__性状。控制这一性状的基因互为__等位基因__。
(2)残翅果蝇的遗传物质__未发生__(填“发生”或“未发生”)改变，因为__这些残翅果蝇在正常环境温度下产生的后代仍然是长翅果蝇__。
(3)温度影响果蝇翅的发育，主要是因为温度影响果蝇发育过程中__酶__的活性。而这种物质又是由基因经__转录和翻译__过程合成的。
(4)此实验说明生物的性状是由__基因和环境共同__控制的。
[解析]　(1)果蝇的残翅和长翅是一对相对性状，由一对等位基因控制。(2)残翅果蝇的后代仍为长翅，这说明此过程遗传物质未发生改变。(3)果蝇翅的发育过程需要酶的催化作用，而温度又影响酶的活性，所以温度升高会影响果蝇翅的发育。(4)由题意可知生物的性状是基因和环境共同作用的结果。本章整合
网络构建·统揽全局
章末解疑答惑
?复习与提高 P78
一、选择题
1．D　转录时以DNA的一条链为模板，而20%的比例是指两条链的鸟嘌呤占整个DNA分子的比例，无法确定每条链上鸟嘌呤所占的比例，所以也没法确定mRNA中胞嘧腚的比例。
2．D　翻译时一个密码子决定一个氨基酸，因此500个氨基酸至少需要500个密码子，而一个密码子又是mRNA分子上三个相邻的碱基，因此mRNA上碱基至少1 500个；转录形成的mRNA分子是以DNA的一条链为模板进行的，因此DNA分子中碱基至少3 000个。
3．C　转录时DNA和mRNA碱基互补配对，翻译时mRNA和tRNA碱基互补配对，A正确；转录时合成mRNA因此需要核糖核苷酸为原料，翻译合成肽链所需原料为氨基酸，B正确；遗传信息可以从DNA→RNA→蛋白质，不能从蛋白质→DNA，C错误；真核生物染色体上基因的转录在细胞核内进行，翻译在细胞质中进行，D正确。
4．A　生物的性状是由基因决定的，环境影响性状，A正确；基因和性状之间不是一一对应的关系，有的性状由多个基因共同决定，因此性状不都是由一个特定的基因决定的，B错误；基因控制性状的方式有两种，直接控制蛋白质的结构和通过控制酶的合成来控制代谢过程，C错误；基因的碱基序列相同，该基因决定的性状不一定相同，如：表观遗传，D错误。
5．C　细胞分化的实质是基因的选择性表达，因此神经细胞与肌细胞的不同是由于两种细胞中的mRNA不同，其DNA、tRNA以及rRNA是相同的。
二、非选择题
1．[解析]　(1)蛋白质合成过程为DNA转录为mRNA，然后指导翻译合成蛋白质。(2)家鸽所有细胞均是由受精卵通过有丝分裂产生的，含有的基因是一样的，但是由于基因的选择性表达，这两个基因在家鸽视网膜细胞中能表达，在其他细胞中不表达。(3)若这两个基因失去功能，无法指导合成含铁的杆状多聚体，家鸽将无法识别磁场，从而迷失方向无法“回家”。可以通过对照实验进行验证，一组正常家鸽，另一组为基因失去功能的家鸽，带到较远的地方，观察它们能否“回家”，若正常家鸽能自己寻路回家，而基因失去功能的家鸽无法回家，说明推测是正确的，否则推测错误。
[答案]　(1)转录和翻译　(2)否　家鸽所有细胞均是由受精卵通过有丝分裂产生的，含有的基因是一样的，但是由于基因的选择性表达，这两个基因在家鸽视网膜细胞中能表达，在其他细胞中不表达　(3)迷失方向　选取正常家鸽和基因失去功能的家鸽带到较远的地方分别让其自己寻路回家，观察这两种家鸽能否正常回家。
2．[解析]　(1)白化病患者是因不能合成黑色素导致的，合成黑色素需要酶⑤的催化；苯丙酮尿症患者体内的尿黑酸无法正常代谢，导致尿黑酸大量积累，而尿黑酸的分解代谢需要酶③的参与，因此患者体内缺乏酶③。(2)通过图中的例子可以看出，基因通过控制酶的合成影响营养物质苯丙氨酸的代谢过程，苯丙氨酸代谢异常就会产生白化病、苯丙酮尿症等遗传病。(3)苯丙酮尿症患儿可通过终生进食人工合成的特殊食物，使患者的智力不受损伤。但昂贵的特殊食物和长期的治疗，往往使患儿家庭陷入经济困境。
[答案]　(1)酶⑤　酶③　(2)基因通过控制酶的合成影响营养物质的代谢过程，营养物质代谢异常就会引起遗传病。　(3)这个项目可以帮助苯丙酮尿症患者解决特殊食物问题，还可以减轻家庭经济负担，使患者能健康地生活。
直击高考·真题体验
1．(2022·浙江卷，16)“中心法则”反映了遗传信息传递方向，其中某过程的示意图如下。下列叙述正确的是(　C　)
A．催化该过程的酶为RNA聚合酶
B．a链上任意3个碱基组成一个密码子
C．b链的脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键相连
D．该过程中遗传信息从DNA向RNA传递
[解析]　图示为逆转录过程，催化该过程的酶为逆转录酶，A错误；a(RNA)链上能决定一个氨基酸的3个相邻碱基，组成一个密码子，B错误；b为单链DNA，相邻的两个脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键连接，C正确；该过程为逆转录，遗传信息从RNA向DNA传递，D错误。故选C。
2．(2022·湖南卷，14)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。下列叙述错误的是(　D　)
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rRNA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
[解析]　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，以提高翻译效率，A正确；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，与rRNA分子结合，二者组装成核糖体，B正确；当细胞中缺乏足够的rRNA分子时，核糖体蛋白只能结合到自身mRNA分子上，导致蛋白质合成停止，核糖体蛋白对自身mRNA翻译的抑制维持了rRNA和核糖体蛋白数量上的平衡，C正确；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。故选D。
3．(2021·河北卷，8)关于基因表达的叙述，正确的是(　C　)
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]　RNA病毒的蛋白质由病毒的遗传物质RNA编码合成，A错误；DNA双链解开，RNA聚合酶与启动子结合进行转录，移动到终止子时停止转录，B错误；翻译过程中，核酸之间通过碱基互补配对相互识别保证了遗传信息传递的准确性，C正确；没有相应的反密码子与mRNA上的终止密码子配对，故tRNA不能读取mRNA上全部碱基序列信息，D错误。故选C。
4．(2021·广东卷，7)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(　C　)
A．DNA复制 B．转录
C．翻译 D．逆转录
[解析]　分析题意可知，金霉素可抑制tRNA与mRNA的结合，使tRNA不能携带氨基酸进入核糖体，从而直接影响翻译的过程，C正确。故选C。
5．(不定项)(2021·湖南卷，13)细胞内不同基因的表达效率存在差异，如图所示。下列叙述正确的是(　ABC　)
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B
B．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]　基因的表达包括转录和翻译两个过程，图中基因A表达的蛋白质分子数量明显多于基因B表达的蛋白质分子，说明基因A表达的效率高于基因B，A正确；核基因的转录是以DNA的一条链为模板转录出RNA的过程，发生的场所为细胞核，翻译是以mRNA为模板翻译出具有氨基酸排列顺序的多肽链，翻译的场所发生在细胞质中的核糖体，B正确；三种RNA(mRNA、rRNA、tRNA)都是以DNA中的一条链为模板转录而来的，C正确；反密码子位于tRNA上，rRNA是构成核糖体的成分，不含有反密码子，D错误。故选A、B、C。
6．(不定项)(2021·河北卷，16)许多抗肿瘤药物通过干扰DNA合成及功能抑制肿瘤细胞增殖。下表为三种抗肿瘤药物的主要作用机理。下列叙述正确的是(　BCD　)
药物名称 作用机理
羟基脲 阻止脱氧核糖核苷酸的合成
放线菌素D 抑制DNA的模板功能
阿糖胞苷 抑制DNA聚合酶活性
A．羟基脲处理后，肿瘤细胞中DNA复制和转录过程都出现原料匮乏
B．放线菌素D处理后，肿瘤细胞中DNA复制和转录过程都受到抑制
C．阿糖胞苷处理后，肿瘤细胞DNA复制过程中子链无法正常延伸
D．将三种药物精准导入肿瘤细胞的技术可减弱它们对正常细胞的不利影响
[解析]　根据表格中信息可知，羟基脲阻止脱氧核糖核苷酸的合成，从而影响DNA复制过程中原料的供应；放线菌素D通过抑制DNA的模板功能，可以影响DNA复制和转录，因为DNA复制和转录均需要DNA模板；阿糖胞苷通过抑制DNA聚合酶活性而影响DNA复制过程。据分析可知，羟基脲阻止脱氧核糖核苷酸的合成，从而影响肿瘤细胞中DNA复制过程，而转录过程需要的原料是核糖核苷酸，不会受到羟基脲的影响，A错误；据分析可知，放线菌素D通过抑制DNA的模板功能，可以抑制DNA复制和转录，因为DNA复制和转录均需要DNA模板，B正确；阿糖胞苷抑制DNA聚合酶活性而影响DNA复制过程，DNA聚合酶活性受抑制后，会使肿瘤细胞DNA复制过程中子链无法正常延伸，C正确；将三种药物精准导入肿瘤细胞的技术可以抑制肿瘤细胞的增殖，由于三种药物是精准导入肿瘤细胞，因此，可以减弱它们对正常细胞的不利影响，D正确；故选B、C、D。
7．(2020·全国卷Ⅲ，1)关于真核生物的遗传信息及其传递的叙述，错误的是(　B　)
A．遗传信息可以从DNA流向RNA，也可以从RNA流向蛋白质
B．细胞中以DNA的一条单链为模板转录出的RNA均可编码多肽
C．细胞中DNA分子碱基总数与所有基因的碱基数之和不相等
D．染色体DNA分子中的一条单链可以转录出不同的RNA分子
[解析]　遗传信息的表达过程包括DNA转录成mRNA，mRNA进行翻译合成蛋白质，A正确；以DNA的一条单链为模板可以转录出mRNA、tRNA、rRNA等，mRNA可以编码多肽，而tRNA的功能是转运氨基酸，rRNA是构成核糖体的组成物质，B错误；基因是有遗传效应的DNA片段，而DNA分子上还含有不具遗传效应的片段，因此DNA分子的碱基总数大于所有基因的碱基数之和，C正确；染色体DNA分子上含有多个基因，由于基因的选择性表达，一条单链可以转录出不同的RNA分子，D正确。故选B。
8．(2020·全国卷Ⅲ，3)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(　C　)
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
[解析]　由图示分析可知，I与U、C、A均能配对，因此含I的反密码子可以识别多种不同的密码子，A正确；密码子与反密码子的配对遵循碱基互补配对原则，碱基对之间通过氢键结合，B正确；由图示可知，tRNA分子由单链RNA经过折叠后形成三叶草的叶形，C错误；由于密码子的简并性，mRNA中碱基的改变不一定造成所编码氨基酸的改变，从图示三种密码子均编码甘氨酸也可以看出，D正确。故选C。
9．如图为基因表达过程的示意图，下列叙述正确的是(　D　)
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
[解析]　据图可判断①②③④依次代表DNA、mRNA、核糖体、tRNA，其中②mRNA是以①DNA的一条链为模板合成的，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。

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