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(共46张PPT)
第22讲　基因的表达
素养目标
考点一 遗传信息的转录和翻译
夯实基础 精研教材
1.RNA的结构
与功能
核糖核苷酸
A、U、C、G
单
细胞核
细胞质
密码子
氨基酸　
核糖体
2.遗传信息的转录
(1)场所:主要是　　　　,在　　　　　　　　中也能发生转录过程。
(2)条件
模板 原料 能量 酶
　　　 　 　　 　　 ATP 　　　　　　
细胞核
叶绿体、线粒体
DNA的一条链
4种核糖核苷酸
RNA聚合酶
(3)过程(以mRNA为例)
(4)产物:　 　　　、核糖体RNA(rRNA)、转运RNA(tRNA)。
RNA聚合酶
游离的核糖核苷酸
mRNA　
信使RNA(mRNA)
3.遗传信息的翻译
(1)场所或装配机器:　　　　　。
(2)条件
模板 原料 能量 酶 搬运工具
mRNA 　　　 ATP 多种酶 　　　
核糖体
氨基酸
　tRNA
(3)过程
(4)产物:多肽 蛋白质。
4.遗传信息、密码子、反密码子及与氨基酸的关系
(1)相关概念及联系
(2)明确氨基酸与密码子、反密码子的对应关系
①一种氨基酸可对应　　 　　　密码子(即密码子具有简并性),可由一种或几种tRNA转运,一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。
②终止密码子并非不能编码氨基酸,如UGA在特殊情况下,可以编码　　　　　　　　　。
③在原核生物中,GUG作为起始密码子时编码　　　　　　。
一种或几种
硒代半胱氨酸
甲硫氨酸
教材深挖
1.(必修2 P67表4-1)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
　　　　　 　　　　　 　。
2.(必修2 P67思考·讨论)密码子的简并对生物体的生存发展的意义可以从
　　　　　　　　　　　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　　　 ;也可以从密码子的
　　　　　来考虑,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翻译的速度。密码子的统一性是指地球上几乎所有的生物都共用一套密码子,这一事实说明_________________________
　 　　 　　。
翻译生成的多肽链往往需进行加工修饰,甲硫氨酸在此过程中往往会被剪切掉
增强密码子容错性
氨基酸
使用频率
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
易错排查
1.tRNA分子内部不发生碱基互补配对。(2023·江苏卷)(　　)
2.mRNA的每个密码子都能结合相应的tRNA。(2023·江苏卷)(　　)
3.tRNA分子由两条链组成,mRNA分子由单链组成。(　　)
4.rRNA是核糖体的组成成分,原核细胞中可由核仁参与合成。(　　)
5.tRNA、mRNA、rRNA都是DNA分子转录的产物,转录的方向是5'→3'。
(　　)
6.翻译时mRNA在核糖体上每次移动3个碱基的位置。(　　)
×
×
×
×
√
×
思维探究 考教衔接
(根据2020·全国Ⅱ卷情境设计)大豆蛋白在人体内经消化道中酶的作用后,可形成小肽(短的肽链)。回答下列问题。
(1)在大豆细胞中,以mRNA为模板合成蛋白质时,除mRNA外还需要其他种类的核酸分子参与,它们是　　　　　　、　　　　　　。
(2)大豆细胞中大多数mRNA和RNA聚合酶从合成部位到执行功能部位需要经过核孔。就细胞核和细胞质这两个部位来说,作为mRNA合成部位的是　　　　,作为mRNA执行功能部位的是　　　　;作为RNA聚合酶合成部位的是　　　　　　,作为RNA聚合酶执行功能部位的是　　　　　。
rRNA
tRNA
细胞核
细胞质
细胞质
细胞核
(3)部分氨基酸的密码子如表所示。若来自大豆的某小肽对应的编码序列为UACGAACAUUGG,则该小肽的氨基酸序列是　　　　　　 　　　　　　。若该小肽对应的DNA序列有3处碱基发生了替换,但小肽的氨基酸序列不变,则此时编码小肽的RNA序列为　　　　　　　　　　　。
氨基酸 密码子
色氨酸 UGG
谷氨酸 GAA
GAG
酪氨酸 UAC
UAU
组氨酸 CAU
CAC
酪氨酸—谷氨酸—组氨酸—色氨酸
UAUGAGCACUGG
(4)下图表示大豆蛋白合成过程示意图。
①图示翻译方向是　　　　　(填“A→B”或“B→A”),判断依据是　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　。
②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　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　。
A→B
由c中三条链可看出越往B侧肽链越长,可确认翻译方向是A→B　
2　
会
这些肽链都是以同一个mRNA分子为模板翻译合成的
考法练透 素养提升
考法一　遗传信息、密码子、反密码子的辨析
1.(2024·湖北卷)编码某蛋白质的基因有两条链,一条是模板链(指导mRNA合成),其互补链是编码链。若编码链的一段序列为5'—ATG—3',则该序列所对应的反密码子是(　　)
A.5'—CAU—3'　　　　 B.5'—UAC—3'
C.5'—TAC—3' D.5'—AUG—3'
A
解析 编码链的一段序列为5'—ATG—3',则互补链对应序列为5'—CAT—3',转录出的mRNA中密码子为5'—AUG—3',所对应的反密码子为5'—CAU—3'。　
2.(2024·河北模拟)已知某段肽链为“—甲硫氨酸—组氨酸—色氨酸—”,如图表示决定该段肽链的密码子和反密码子的配对情况。密码子和反密码子配对的“摆动假说”认为,反密码子的第1位碱基与密码子的第3位碱基的配对可在一定范围内变动,如当反密码子的第1位碱基为稀有碱基次黄嘌呤(I)时,密码子上对应的碱基可能是U、C或A。下列说法错误的是(　　)
A.决定该段肽链中色氨酸的基因模板链的碱基顺序是5'—CCA—3'
B.根据摆动假说,反密码子的种类应少于62种
C.携带组氨酸的tRNA上的反密码子不可能是3'—GUI—5'
D.密码子和反密码子的碱基互补配对发生在核糖体
答案 C　
解析 翻译是核糖体沿mRNA从5'向3'方向移动,因此色氨酸的密码子为5'—UGG—3',基因模板链为3'—ACC—5',即基因模板链的碱基顺序是5'—CCA—3',A项正确;根据摆动假说,在密码子与反密码子的配对中,反密码子的第1位碱基与密码子的第3位碱基的配对可在一定范围内变动,可以“摆动”,因而使某些tRNA的反密码子可以识别1个以上的密码子,因此反密码子的种类应少于62种,B项正确;据图可知,组氨酸的密码子为5'—CAC—3',当反密码子的第1位碱基为稀有碱基次黄嘌呤(I)时,密码子上对应的碱基可能是U、C或A,因此携带组氨酸的tRNA上的反密码子可能是3'—GUI—5',C项错误;翻译的场所是核糖体,故密码子与反密码子的碱基互补配对发生在核糖体上,D项正确。
考法二　转录和翻译过程分析
3.(2025·贵州开学考试)大肠杆菌细胞内调控核糖体形成的两种状态如图所示,其中a~d代表过程,状态一表示细胞中缺乏足够的rRNA分子。下列叙述正确的是(　　)
A.过程a、b、c中碱基互补配对的方式完全相同
B.调控核糖体形成的过程中需要用到RNA聚合酶和解旋酶
C.大肠杆菌调控核糖体形成的场所是细胞核和细胞质
D.rRNA会与mRNA竞争性结合r蛋白
D
解析 据图可知,a、c分别为基因1、2的转录过程,碱基互补配对方式是A—U、G—C、C—G、T—A。b为翻译过程,碱基互补配对方式是A—U、U—A、G—C、C—G。据此可知,过程a、b、c中碱基互补配对的方式不完全相同,A项错误;据图可知,调控核糖体形成过程涉及基因的转录和翻译过程,需要用到RNA聚合酶,不需要用到解旋酶,B项错误;大肠杆菌是原核生物,没有细胞核,大肠杆菌调控核糖体形成的场所是拟核和细胞质,C项错误;依题意,状态一表示细胞中缺乏足够的rRNA分子,此时r蛋白与mRNA结合,状态二时,有足量的rRNA,此时r蛋白与rRNA结合形成核糖体。据此可知,rRNA会与mRNA竞争性结合r蛋白,D项正确。
考法三　基因表达中的有关计算
4.如图①②③分别表示人体细胞中发生的3种生物大分子的合成过程,下列叙述正确的是(　　)
A.造血干细胞发生①②过程的场所是细胞核
B.已知过程②的α链及其模板链中鸟嘌呤分别占27%、17%,该α链对应的双链DNA区段中腺嘌呤所占的碱基比例为24%
C.同一种tRNA携带的氨基酸种类可能不同
D.胰岛B细胞和肝细胞的相同DNA进行过程②时产生的mRNA可能相同
答案 D　
解析 造血干细胞中,含有DNA分子的有细胞核和线粒体,故造血干细胞发生过程①DNA复制和过程②转录的场所有细胞核和线粒体,A项错误;转录时α链及其模板链中鸟嘌呤(G)分别占27%、17%,根据碱基互补配对原则可得出模板链的C占27%,则模板链C+G占44%,因此双链DNA中的C+G占44%,双链DNA分子中A+T占56%,双链中A=T,则该α链对应的双链DNA区段中腺嘌呤所占的碱基比例为28%,B项错误;同一种tRNA的反密码子一致,对应的密码子一致,所以携带的氨基酸种类一致,C项错误;相同DNA在不同细胞中可能出现基因的选择性表达,产生的mRNA可能不同;但是控制基本生命活动的基因(管家基因)在胰岛B细胞和肝细胞中都会表达,如控制呼吸酶、ATP合成酶和水解酶合成的基因,故产生的mRNA也可能相同,D项正确。
考点二 遗传信息流与中心法则
夯实基础 精研教材
1.中心法则
(1)提出者:　　　　　。
(2)补充后的内容图解
①DNA的复制;②　　　　;③翻译;④　　　　　　　;⑤　　　　　。
克里克
转录
RNA的复制
逆转录
(3)不同生物遗传信息的传递过程
2.生命是物质、能量和信息的统一体
(1)DNA、RNA是　　　　的载体。
(2)蛋白质是信息的　　　　　　。
(3)　　　　为信息的流动提供能量。
信息
表达产物
ATP
3.DNA复制、转录、翻译、逆转录和RNA复制的比较
项目 DNA复制 转录 翻译 逆转录 RNA复制
场所 主要是细胞核 主要是细胞核 核糖体 宿主细胞 宿主细胞
模板 DNA的两条链 DNA的一条链 mRNA RNA RNA
原料 ____________ ____________ __________(人体21种氨基酸) __________ __________
4种脱氧核苷酸
4种核糖核苷酸
20种氨基酸
4种脱氧
核苷酸　
4种核糖
核苷酸　
项目 DNA复制 转录 翻译 逆转录 RNA复制
酶 ____________ __________ 缩合反应的酶 逆转 录酶 RNA聚
合酶
能量 ATP提供 碱基 互补 配对 原则 G—C、C—G ____________ ___________ __________ __________ __________
解旋酶、
DNA聚合酶
RNA聚合酶
A—T、T—A　
A—U、T—A　
A—U、
U—A
A—T、
U—A
A—U、
U—A
项目 DNA复制 转录 翻译 逆转录 RNA复制
产物 两个子 代DNA RNA 多肽链 DNA RNA
信息 传递 DNA→ DNA DNA→ RNA mRNA →蛋 白质 RNA→ DNA RNA→
RNA
意义 前后代之间传递遗传信息 表达遗传信息 表达遗传信息 通过宿主细胞传递遗传信息,合成蛋白质 前后代之间传递遗传信息
易错排查
1.遗传信息可以从DNA流向RNA,也可以从RNA流向蛋白质。(　　)
2.由逆转录酶催化的是RNA→DNA。(　　)
3.生命是物质、能量和信息的统一体。(　　)
4.线粒体中遗传信息的传递也遵循中心法则。(　　)
5.模板相同,其产物可能不同;产物相同,其模板一定相同。(　　)
√
√
√
√
×
思维探究 考教衔接
科学家把等量的小白鼠败血症病毒(一种RNA病毒)颗粒加入甲、乙两支试管,其中甲试管中含有带放射性标记的脱氧核糖核苷三磷酸缓冲溶液,乙试管中含有带放射性标记的核糖核苷三磷酸缓冲溶液。一段时间后,甲试管中能检测到含有放射性的核酸,乙试管中不能检测到含有放射性的核酸。
(1)甲、乙试管中都不能检测到子代病毒,原因是
　 　 　 　。
根据题意分析可知,甲试管中发生了逆转录,但是甲试管中不能合成RNA和蛋白质,故甲试管中没有子代病毒,乙试管中只有病毒RNA存在,也不能合成蛋白质,因此乙试管中也没有子代病毒
(2)该病毒颗粒中一定含有逆转录酶,判断的依据是
　 　 　 　 　。
(3)加入RNA酶,甲试管中放射性核酸明显减少,原因是 　 　 　 　　。
甲试管加入了脱氧核糖核苷三磷酸,检测到含有放射性的核酸,完成了DNA的合成,说明加入病毒颗粒中含有逆转录酶
加入RNA酶,病毒模板减少
考法练透 素养提升
考法　遗传信息流动与中心法则过程分析
1.(2024·山东青岛一模)不同核酸类型的病毒完成遗传信息传递的具体方式不同。如图为某“双链±RNA病毒”基因表达示意图。这类病毒携带有RNA复制酶,在该酶的作用下,-RNA作为模板复制出新的+RNA。合成的+RNA既可以翻译出病毒的蛋白质,又可以作为模板合成-RNA,最终形成“±RNA”。已知逆转录病毒的核酸为“+RNA”。下列说法正确的是(　　)
A.合成病毒蛋白的原料来源于宿主,酶来源于病毒本身
B.与DNA的复制不同,“±RNA”的双链可能都是新合成的
C.该病毒与逆转录病毒基因表达时都存在A—T、A—U的配对
D.逆转录病毒与该病毒繁殖时均有+RNA到-RNA的过程
答案 B　
解析 双链±RNA病毒合成该病毒所需的原料和部分酶(如RNA聚合酶)来源于宿主,A项错误;DNA的复制方式为半保留复制,据题可知,在双链±RNA复制过程中,-RNA(作为模板) +RNA(作为模板) “±RNA”。故“±RNA”的双链可能都是新合成的,B项正确;该病毒的基因表达主要发生在RNA与RNA、RNA与蛋白质之间,不存在A—T的配对,而逆转录病毒存在A—T、A—U的配对,C项错误;逆转录病毒的核酸为+RNA,其繁殖时不存在+RNA到-RNA的过程,D项错误。
2.(2025·八省联考河南卷)由mRNA逆转录产生的单链DNA称为第一链cDNA,以第一链cDNA为模板合成的单链DNA称为第二链cDNA。下列叙述正确的是(　　)
A.第一链cDNA可以单独作为PCR反应体系的模板
B.第一链cDNA与其模板mRNA序列互补、方向相同
C.第二链cDNA不能与转录该mRNA的DNA进行杂交
D.第二链cDNA与其模板mRNA的碱基序列和组成均相同
A
解析 第一链cDNA可以单独作为PCR反应体系的模板,进行PCR扩增,A项正确;第一链cDNA与其模板mRNA序列互补、方向相反,B项错误;第二链cDNA能与转录该mRNA的DNA进行杂交,碱基互补配对,C项错误;第二链cDNA、模板mRNA都与第一链cDNA碱基序列互补,但碱基序列和组成不同,D项错误。
聚焦表达 回扣落实
1.(基础识记类)RNA有三种,它们分别是　　　　　　　　　　　　　　;真核细胞中核仁受损会影响　　　　　的合成,进而影响　　　　　(细胞器)的形成。
2.(原因分析类)RNA适合作为信使的原因是
　　 　　　　　　　　　。
3.(逻辑推理类)几乎所有的生物体都共用一套密码子,这体现了密码子的什么特点
mRNA、tRNA、rRNA　
rRNA　
核糖体
RNA由核糖核苷酸连接而成,可以携带遗传信息;一般是单链,而且比DNA短,因此能够通过核孔,从细胞核转移到细胞质中
这体现了密码子的统一性,密码子的统一性是指地球上几乎所有的生物都共用一套密码子,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
4.(过程推理类)翻译过程中,核糖体是如何使肽链延伸的 刚从核糖体上脱落下来的是有特定功能的成熟蛋白质吗
翻译过程中,核糖体在mRNA上移动并依次读取密码子进行肽链的合成,直到读取到mRNA上的终止密码子,合成才能终止。刚从核糖体上脱落下来的只能称之为多肽,其必须经过一定的加工才能成为具有特定功能的成熟蛋白质

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