第3講基因的表達(dá)第六單元課標(biāo)要求1.概述DNA分子上的遺傳信息通過(guò)RNA指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成,細(xì)胞分化是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果,生物的性狀主要通過(guò)蛋白質(zhì)表現(xiàn)。2.概述某些基因中堿基序列不變但表型改變的表觀遺傳現(xiàn)象。備考指導(dǎo)1.運(yùn)用表格比較法理解復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯的不同。2.運(yùn)用模型輔助法深刻理解中心法則。內(nèi)容索引010203第一環(huán)節(jié)必備知識(shí)落實(shí)第二環(huán)節(jié)關(guān)鍵能力形成第三環(huán)節(jié)核心素養(yǎng)提升第一環(huán)節(jié)必備知識(shí)落實(shí)知識(shí)點(diǎn)一遺傳信息的轉(zhuǎn)錄與翻譯知識(shí)篩查1.RNA的結(jié)構(gòu)與功能

2.遺傳信息的轉(zhuǎn)錄

3.遺傳信息的翻譯(1)概念:游離在細(xì)胞質(zhì)中的各種氨基酸,以mRNA為模板合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)的過(guò)程。(2)密碼子①概念:mRNA上3個(gè)相鄰的堿基決定1個(gè)氨基酸,每3個(gè)這樣的堿基叫作1個(gè)密碼子。②密碼子的種類(lèi)為64種,其中AUG既可以編碼甲硫氨酸,又是起始密碼子。GUG在原核生物中,可以作為起始密碼子,此時(shí)它編碼甲硫氨酸;在其他情況下,它編碼纈氨酸。UGA在正常情況下是終止密碼子,在特殊情況下可以編碼硒代半胱氨酸。③密碼子與反密碼子的比較

(3)過(guò)程

4.DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯的比較(以真核生物為例)易錯(cuò)易混關(guān)于轉(zhuǎn)錄、翻譯過(guò)程中的5個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)(1)轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物不只是mRNA,還有tRNA、rRNA,但只有mRNA蘊(yùn)含著遺傳信息,這3種RNA都參與翻譯過(guò)程,只是作用不同。(2)轉(zhuǎn)錄時(shí),RNA子鏈的延伸方向是5'-端→3'-端,與RNA聚合酶的移動(dòng)方向一致。(3)翻譯過(guò)程中mRNA并不移動(dòng),而是核糖體沿著mRNA移動(dòng),進(jìn)而讀取下一個(gè)密碼子。(4)解答蛋白質(zhì)合成的相關(guān)計(jì)算問(wèn)題時(shí),應(yīng)看清是DNA上的堿基對(duì)數(shù)還是個(gè)數(shù),是mRNA上密碼子的個(gè)數(shù)還是堿基個(gè)數(shù),是合成蛋白質(zhì)所需氨基酸的個(gè)數(shù)還是種類(lèi)數(shù)。(5)在原核生物中,GUG也可以作起始密碼子,此時(shí)它編碼甲硫氨酸。知識(shí)落實(shí)1.下圖中甲是組成乙或丙的基本單位(單體)。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(

)A.如果甲中的m是U,則甲一定是組成丙的基本單位B.如果甲中的m是G,則甲一定是組成乙的基本單位C.如果甲中的a是脫氧核糖,則甲物質(zhì)聚合成的大分子物質(zhì)可以分布于線粒體和葉綠體中D.如果甲中的a是核糖,則甲物質(zhì)聚合成的大分子物質(zhì)可以分布于細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中B甲是核苷酸,是組成乙和丙的基本單位,乙是DNA,丙是RNA。如果甲中的m是U,則甲一定是組成丙(RNA)的基本單位,A項(xiàng)正確。如果甲中的m是G,則甲可能是脫氧核苷酸,也可能是核糖核苷酸,是組成DNA或RNA的基本單位,B項(xiàng)錯(cuò)誤。如果甲中的a是脫氧核糖,則甲物質(zhì)聚合成的大分子物質(zhì)是DNA,主要分布于細(xì)胞核中,也可以分布于線粒體和葉綠體中,C項(xiàng)正確。如果甲中的a是核糖,則甲物質(zhì)聚合成的大分子物質(zhì)是RNA,主要分布于細(xì)胞質(zhì)中,細(xì)胞核中也有分布,D項(xiàng)正確。2.下圖表示某個(gè)體的一個(gè)細(xì)胞中控制功能蛋白A的基因的表達(dá)過(guò)程。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A.過(guò)程①以核糖核苷酸為原料,催化該過(guò)程的酶是RNA聚合酶B.過(guò)程②中核糖體的移動(dòng)方向是從右向左,需要兩種RNA參與C.若基因發(fā)生突變,則功能蛋白A的相對(duì)分子質(zhì)量可能增大D.該個(gè)體的某些細(xì)胞內(nèi)控制功能蛋白A的基因可能沒(méi)有表達(dá)B過(guò)程①是轉(zhuǎn)錄,需要以核糖核苷酸為原料,該過(guò)程在RNA聚合酶的催化作用下合成mRNA,A項(xiàng)正確。過(guò)程②是翻譯,根據(jù)肽鏈的長(zhǎng)度可判斷,核糖體的移動(dòng)方向是從右向左,但翻譯需要rRNA、tRNA、mRNA三種RNA參與,B項(xiàng)錯(cuò)誤。若基因突變導(dǎo)致終止密碼子后移,則功能蛋白A的相對(duì)分子質(zhì)量將增大,C項(xiàng)正確。由于基因的選擇性表達(dá),該個(gè)體的某些細(xì)胞內(nèi)控制功能蛋白A的基因可能沒(méi)有表達(dá),D項(xiàng)正確。3.下圖中a、b、c表示生物體內(nèi)的3種生理過(guò)程。下列敘述正確的是(

)A.a過(guò)程需要的原料為4種核糖核苷酸B.在不同功能的細(xì)胞中控制b過(guò)程的基因存在差異C.轉(zhuǎn)運(yùn)1號(hào)氨基酸的RNA含有起始密碼子序列D.分生區(qū)細(xì)胞能進(jìn)行b和c過(guò)程,不能進(jìn)行a過(guò)程Ba為DNA復(fù)制過(guò)程,需要的原料為4種脫氧核苷酸,A項(xiàng)錯(cuò)誤。轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的是tRNA,tRNA

中含有反密碼子,起始密碼子在mRNA上,C項(xiàng)錯(cuò)誤。分生區(qū)的細(xì)胞通過(guò)有絲分裂進(jìn)行增殖,故能進(jìn)行a、b、c過(guò)程,D項(xiàng)錯(cuò)誤。知識(shí)點(diǎn)二基因表達(dá)與性狀的關(guān)系知識(shí)篩查1.中心法則(1)提出者:克里克。(2)補(bǔ)充后的內(nèi)容圖解(3)不同類(lèi)型生物遺傳信息的傳遞①以DNA為遺傳物質(zhì)的生物②具有RNA復(fù)制功能的RNA病毒(如煙草花葉病毒)③具有逆轉(zhuǎn)錄功能的RNA病毒(如HIV)④高度分化的細(xì)胞(4)聯(lián)系中心法則與基因表達(dá)的關(guān)系

2.基因表達(dá)與性狀的關(guān)系的途徑(1)間接途徑②實(shí)例a.皺粒豌豆的形成機(jī)制編碼淀粉分支酶的基因被插入的DNA序列打亂→淀粉分支酶異常,活性大大降低→淀粉合成受阻,含量降低→淀粉含量低的豌豆由于失水而皺縮。b.人的白化病的形成機(jī)制:編碼酪氨酸酶的基因異?！荒芎铣衫野彼崦浮野彼岵荒苻D(zhuǎn)變?yōu)楹谏亍憩F(xiàn)出白化癥狀。(2)直接途徑

②實(shí)例囊性纖維化:編碼CFTR蛋白(一種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白)的基因缺失了3個(gè)堿基對(duì)→CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸→CFTR蛋白結(jié)構(gòu)與功能異?！颊咧夤苤叙ひ涸龆?管腔受阻,細(xì)菌在肺部大量生長(zhǎng)繁殖,最終使肺功能?chē)?yán)重受損。3.基因的選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化和表觀遺傳(1)在不同類(lèi)型的細(xì)胞中,表達(dá)的基因大致可以分為兩類(lèi)。①在所有細(xì)胞中都表達(dá)的基因,指導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)是維持細(xì)胞基本生命活動(dòng)所必需的,如核糖體蛋白基因、ATP合成酶基因。②只在某類(lèi)細(xì)胞中特異性表達(dá)的基因,如卵清蛋白基因、胰島素基因。(2)細(xì)胞分化的本質(zhì):基因的選擇性表達(dá)。(3)表觀遺傳:生物體基因的堿基序列保持不變,但基因表達(dá)和表型發(fā)生可遺傳變化的現(xiàn)象,叫作表觀遺傳。(4)基因與性狀的關(guān)系②生物體的性狀還受環(huán)境的影響。③基因與基因、基因與基因表達(dá)產(chǎn)物、基因與環(huán)境之間存在著復(fù)雜的相互作用,這種相互作用形成一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò),精細(xì)地調(diào)控著生物體的性狀。知識(shí)落實(shí)1.下列有關(guān)基因與性狀的敘述,正確的是(

)A.生物體中一個(gè)基因決定一種性狀,一種性狀由一個(gè)基因決定B.血紅蛋白基因中有一個(gè)堿基發(fā)生改變,血紅蛋白的結(jié)構(gòu)一定發(fā)生改變C.生物的性狀由基因決定,同時(shí)受環(huán)境影響,二者共同對(duì)生物的性狀起作用D.囊性纖維化說(shuō)明基因通過(guò)控制酶的合成來(lái)控制代謝過(guò)程,進(jìn)而控制生物體的性狀D生物體中,一個(gè)基因可能影響多種性狀,一種性狀可能受到多個(gè)基因的影響,A項(xiàng)錯(cuò)誤。由于密碼子的簡(jiǎn)并(多個(gè)密碼子編碼同一種氨基酸),控制人的血紅蛋白的基因中有一個(gè)堿基發(fā)生改變,血紅蛋白的結(jié)構(gòu)不一定發(fā)生改變,B項(xiàng)錯(cuò)誤。囊性纖維化說(shuō)明基因通過(guò)控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物的性狀,D項(xiàng)錯(cuò)誤。2.(2021河北卷)下列關(guān)于基因表達(dá)的敘述,正確的是(

)A.所有生物基因表達(dá)過(guò)程中用到的RNA和蛋白質(zhì)均由DNA編碼B.DNA雙鏈解開(kāi),RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄、移動(dòng)到終止密碼子時(shí)停止轉(zhuǎn)錄C.翻譯過(guò)程中,核酸之間的相互識(shí)別保證了遺傳信息傳遞的準(zhǔn)確性D.肽鏈的合成過(guò)程中,tRNA讀取mRNA上全部堿基序列信息CRNA病毒的基因表達(dá)用到的RNA和蛋白質(zhì)由RNA編碼,A項(xiàng)錯(cuò)誤。轉(zhuǎn)錄時(shí),RNA聚合酶移動(dòng)到終止子時(shí)停止轉(zhuǎn)錄,終止密碼子位于mRNA上,B項(xiàng)錯(cuò)誤。翻譯過(guò)程中,tRNA和mRNA相互識(shí)別保證了遺傳信息傳遞的準(zhǔn)確性,C項(xiàng)正確。tRNA不讀取mRNA上的終止密碼子,D項(xiàng)錯(cuò)誤。第二環(huán)節(jié)關(guān)鍵能力形成能力形成點(diǎn)一遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯典型例題下圖是真核細(xì)胞中DNA的復(fù)制、基因的表達(dá)示意圖。下列相關(guān)敘述正確的是(

)A.圖1、圖2所示過(guò)程主要發(fā)生在細(xì)胞核內(nèi),圖3所示過(guò)程發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)B.圖1、圖2所示過(guò)程都需要DNA聚合酶和解旋酶的催化C.參與圖3所示過(guò)程的RNA均為單鏈結(jié)構(gòu),其內(nèi)部不存在堿基配對(duì)D.圖1、圖2、圖3所示過(guò)程所需原料依次是核糖核苷酸、脫氧核苷酸、氨基酸A由題圖可知,圖1所示過(guò)程表示DNA復(fù)制,圖2所示過(guò)程表示轉(zhuǎn)錄,圖3所示過(guò)程表示翻譯。圖1(DNA復(fù)制)、圖2(轉(zhuǎn)錄)所示過(guò)程主要發(fā)生在細(xì)胞核內(nèi),圖3(翻譯)所示過(guò)程發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)內(nèi),A項(xiàng)正確。DNA復(fù)制需要DNA聚合酶、解旋酶的催化,轉(zhuǎn)錄需要RNA聚合酶的催化,B項(xiàng)錯(cuò)誤。參與圖3所示過(guò)程的tRNA內(nèi)部存在堿基互補(bǔ)配對(duì),C項(xiàng)錯(cuò)誤。圖1、圖2、圖3所示過(guò)程所需原料依次為脫氧核苷酸、核糖核苷酸、氨基酸,D項(xiàng)錯(cuò)誤。整合構(gòu)建1.基因、密碼子、反密碼子與氨基酸的關(guān)系(1)基因、密碼子、反密碼子的對(duì)應(yīng)關(guān)系(2)密碼子、tRNA和氨基酸之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系①每種氨基酸對(duì)應(yīng)一種或幾種密碼子(密碼子的簡(jiǎn)并),可由一種或幾種tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)。②一種密碼子只能決定一種氨基酸,一種tRNA只能轉(zhuǎn)運(yùn)一種氨基酸。③密碼子有64種,其中有3種終止密碼子,有62種決定氨基酸的密碼子。2.DNA和RNA的區(qū)分技巧(1)DNA和RNA的判斷①含有堿基T或脫氧核糖?DNA。②含有堿基U或核糖?RNA。(2)單鏈DNA和雙鏈DNA的判斷①若A=T、G=C且A+G=T+C?一般為雙鏈DNA。②若嘌呤數(shù)目≠嘧啶數(shù)目?單鏈DNA。(3)DNA和RNA合成的判斷用放射性同位素標(biāo)記T或U,可判斷DNA和RNA的合成。若大量消耗T,可推斷正進(jìn)行DNA的合成;若大量利用U,可推斷正進(jìn)行RNA的合成。3.“兩看法”判斷真核生物和原核生物基因表達(dá)過(guò)程

4.理順相關(guān)數(shù)量關(guān)系DNA堿基數(shù)∶mRNA堿基數(shù)∶氨基酸數(shù)=6∶3∶1。特別提醒關(guān)注計(jì)算中“最多”和“最少”問(wèn)題(1)mRNA上的堿基數(shù)目與蛋白質(zhì)中氨基酸的數(shù)目關(guān)系:一般情況下,翻譯時(shí)mRNA上的終止密碼子不決定氨基酸,因此準(zhǔn)確地說(shuō),

mRNA上的堿基數(shù)目是蛋白質(zhì)中氨基酸數(shù)目的3倍還要多一些。(2)DNA上的堿基數(shù)目與蛋白質(zhì)中氨基酸的數(shù)目關(guān)系:基因或DNA

上的堿基數(shù)目比對(duì)應(yīng)的蛋白質(zhì)中氨基酸數(shù)目的6倍還要多一些。(3)不能忽略“最多”或“最少”等字:如

mRNA

上有n個(gè)堿基,轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生它的基因中至少有2n個(gè)堿基,該mRNA指導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)中最多有n/3個(gè)氨基酸。訓(xùn)練突破下圖為基因控制蛋白質(zhì)合成的示意圖。下列相關(guān)分析正確的是(

)A.真核細(xì)胞中a過(guò)程只發(fā)生在細(xì)胞核中,需要RNA聚合酶的催化B.③由蛋白質(zhì)和tRNA組成,其形成與核仁有關(guān)C.④的形成方式是脫水縮合,脫去的水中的氧只來(lái)自羧基D.⑤上攜帶的氨基酸是賴(lài)氨酸氨基酸丙氨酸苯丙氨酸賴(lài)氨酸色氨酸密碼子GCAUUUAAAUGGGCGUUCAAG—GCC———GCU———Ca過(guò)程是轉(zhuǎn)錄,真核細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄過(guò)程除發(fā)生在細(xì)胞核中外,還可以發(fā)生在線粒體、葉綠體中,A項(xiàng)錯(cuò)誤。③是核糖體,由蛋白質(zhì)和rRNA組成,B項(xiàng)錯(cuò)誤。⑤是tRNA,其上的反密碼子是AAG,所對(duì)應(yīng)的密碼子是UUC,攜帶的氨基酸應(yīng)該是苯丙氨酸,D項(xiàng)錯(cuò)誤。能力形成點(diǎn)二中心法則各過(guò)程確認(rèn)的三大依據(jù)典型例題已知有甲、乙、丙三種類(lèi)型的病毒,其遺傳信息的傳遞方式如下圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A.由圖可知,甲是DNA病毒,丙是通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄方式傳遞遺傳信息的RNA病毒B.圖中3、10表示DNA的復(fù)制過(guò)程,此過(guò)程需要解旋酶、DNA聚合酶參與C.圖中1、8表示遺傳信息的轉(zhuǎn)錄過(guò)程,此過(guò)程以氨基酸為原料,需要RNA聚合酶參與D.圖中2、5、9表示遺傳信息的翻譯過(guò)程,此過(guò)程需要mRNA、tRNA和

rRNA參與C題圖表示甲、乙、丙三種病毒的遺傳信息傳遞過(guò)程,甲中包括DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯;乙中包括RNA復(fù)制和翻譯;丙中包括逆轉(zhuǎn)錄、DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯。根據(jù)以上分析可知,甲是DNA病毒,丙是通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄方式傳遞遺傳信息的RNA病毒,A項(xiàng)正確。題圖中3、10表示DNA復(fù)制,該過(guò)程需要解旋酶、DNA聚合酶參與,B項(xiàng)正確。題圖中1、8表示遺傳信息的轉(zhuǎn)錄,即DNA形成RNA的過(guò)程,該過(guò)程以核糖核苷酸為原料,需要RNA聚合酶參與,C項(xiàng)錯(cuò)誤。題圖中2、5、9表示遺傳信息的翻譯,翻譯需要以mRNA作為模板,tRNA作為轉(zhuǎn)運(yùn)工具,rRNA參與形成核糖體,D項(xiàng)正確。整合構(gòu)建判斷中心法則各過(guò)程訓(xùn)練突破(2022浙江卷)“中心法則”反映了遺傳信息的傳遞方向,其中某過(guò)程的示意圖如下。下列敘述正確的是(

)A.催化該過(guò)程的酶為RNA聚合酶B.a鏈上任意3個(gè)堿基組成1個(gè)密碼子C.b鏈的脫氧核苷酸之間通過(guò)磷酸二酯鍵相連D.該過(guò)程中遺傳信息從DNA向RNA傳遞C題圖所示過(guò)程為逆轉(zhuǎn)錄,催化該過(guò)程的酶為逆轉(zhuǎn)錄酶,A項(xiàng)錯(cuò)誤。a鏈為RNA,其上決定1個(gè)氨基酸的3個(gè)相鄰的堿基組成1個(gè)密碼子,B項(xiàng)錯(cuò)誤。b鏈?zhǔn)菃捂淒NA,脫氧核苷酸之間通過(guò)磷酸二酯鍵相連,C項(xiàng)正確。該過(guò)程中遺傳信息從RNA向DNA傳遞,D項(xiàng)錯(cuò)誤。第三環(huán)節(jié)核心素養(yǎng)提升高考真題剖析【例題】

(2020全國(guó)Ⅲ卷)細(xì)胞內(nèi)有些tRNA分子的反密碼子中含有稀有堿基次黃嘌呤(I)。含有I的反密碼子在與mRNA中的密碼子互補(bǔ)配對(duì)時(shí),存在下圖所示的配對(duì)方式(Gly表示甘氨酸)。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A.一種反密碼子可以識(shí)別不同的密碼子B.密碼子與反密碼子的堿基之間通過(guò)氫鍵結(jié)合C.tRNA分子由兩條鏈組成,mRNA分子由單鏈組成D.mRNA中的堿基改變不一定造成所編碼氨基酸的改變核心素養(yǎng)考查點(diǎn)剖析:本題以“反密碼子在與mRNA中的密碼子互補(bǔ)配對(duì)”圖示為載體,重點(diǎn)考查反密碼子的相關(guān)知識(shí),較好地考查了“科學(xué)思維”這一學(xué)科素養(yǎng)。答案:C解析:由題圖可知,含有I的反密碼子可識(shí)別圖中三個(gè)mRNA上的三種密碼子,A項(xiàng)正確。密碼子與反密碼子的堿基之間通過(guò)氫鍵結(jié)合,B項(xiàng)正確。tRNA分子是由一條RNA鏈經(jīng)過(guò)折疊形成的,C項(xiàng)錯(cuò)誤。由題圖中信息可知,三個(gè)mRNA上的密碼子不同,但它們所決定的氨基酸相同,這種一種氨基酸對(duì)應(yīng)幾個(gè)密碼子的現(xiàn)象稱(chēng)為密碼子的簡(jiǎn)并,由此可推斷mRNA中的堿基改變不一定造成所編碼氨基酸的改變,D項(xiàng)正確。典題訓(xùn)練1.(2023全國(guó)乙卷)已知某種氨基酸(簡(jiǎn)稱(chēng)甲)是一種特殊氨基酸,迄今只在某些古菌(古細(xì)菌)中發(fā)現(xiàn)含有該氨基酸的蛋白質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)這種情況出現(xiàn)的原因是,這些古菌含有特異的能夠轉(zhuǎn)運(yùn)甲的tRNA(表示為

tRNA甲)和酶E。酶E催化甲與tRNA甲結(jié)合生成攜帶了甲的

tRNA甲(表示為甲-tRNA甲),進(jìn)而將甲帶入核糖體參與肽鏈合成。已知tRNA甲可以識(shí)別大腸桿菌mRNA中特定的密碼子,從而在其核糖體上參與肽鏈的合成。若要在大腸桿菌中合成含有甲的肽鏈,則下列物質(zhì)或細(xì)胞器中必須轉(zhuǎn)入大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)的是(

)①ATP

②甲③RNA聚合酶④古菌的核糖體⑤酶E的基因⑥tRNA甲的基因A.②⑤⑥

B.①②⑤

C.③④⑥ D.②④⑤A由題意可知,氨基酸甲、tRNA甲和酶E是古菌所特有的,欲在大腸桿菌中合成含有甲的肽鏈,必須使其細(xì)胞內(nèi)含有以上三者,即向大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)入甲、酶E的基因和tRNA甲的基因;蛋白質(zhì)合成過(guò)程中所需的其他物質(zhì)或結(jié)構(gòu)——ATP、RNA聚合