第28講基因的表達【課標要求】概述DNA分子上的遺傳信息通過RNA指導蛋白質的合成?？键c1遺傳信息的轉錄考點透析知識1RNA的種類和功能1.RNA的種類和功能與基因表達有關的RNA主要包括mRNA、tRNA和rRNA三類，它們是由核糖核苷酸聚合而成的單鏈核酸，其結構和功能如下圖所示：深度指津除了以上三種功能，RNA還有什么功能？請列舉出來。提示：還有少部分RNA具有催化功能；RNA還是某些病毒的遺傳物質；此外，細胞中還有部分非編碼RNA具有調節(jié)功能，如參與基因表達的調控。2.RNA與DNA的鑒別知識2遺傳信息的轉錄1.概念：以DNA中基因的一條鏈為模板，按堿基互補配對原則合成RNA的過程。2.過程深度指津(1)真核生物的DNA轉錄形成的mRNA需要在細胞核中加工處理成為成熟的mRNA后，才能通過核孔進入細胞質中作為翻譯的模板。(2)轉錄是以基因為單位進行的，而DNA分子中的基因是不連續(xù)的，即基因間存在非基因片段，因此一個DNA分子轉錄能生成多個RNA分子。而DNA復制的對象是整個DNA分子。(3)一個DNA分子上的不同基因，在轉錄時模板鏈不一定是DNA分子的同一條鏈(與基因的本身結構有關，如啟動子的方向性)。(4)與DNA聚合酶相比，RNA聚合酶可以從頭合成RNA，因此細胞內DNA復制常用RNA為引物。思辨小練1.判斷下列說法的正誤：(1)細胞內基因在轉錄時兩條鏈均作模板。(×)提示：基因在轉錄時只以其中一條鏈作模板。(2)細胞內mRNA是轉錄的產物，tRNA不是轉錄產物。(×)提示：RNA都是轉錄的產物。(3)基因轉錄時需要RNA聚合酶，不需要解旋酶。(√)(4)一個DNA分子上的不同基因的模板鏈相同。(×)2.結合RNA的特點，思考：mRNA為何適于作DNA的信使？提示：①它的分子結構與DNA很相似，也是由基本單位核苷酸連接而成的，也能儲存遺傳信息；②在RNA與DNA的關系中，也遵循“堿基互補配對原則”，但U與A配對；③RNA一般是單鏈，且比DNA短，能夠通過核孔轉移到細胞質中傳遞信息。典題說法考向1RNA相關問題分析例1(多選)(2024·南通三調)單個基因的前體mRNA既可能有外顯子被跳過的可變剪切，也可能有內含子被保留的可變剪切，從而產生多種成熟的mRNA。馬鈴薯的St－RS31前體mRNA可剪切出如下3種mRNA，在黑暗條件下mRNA1的含量顯著下降，mRNA3的含量顯著上升。下列敘述正確的是(CD)A.mRNA上的起始密碼子是由DNA上的啟動子轉錄而來的B.mRNA3編碼的多肽鏈的長度長于mRNA1和mRNA2C.外界環(huán)境因素會影響mRNA的可變剪切，從而影響生物的性狀D.內含子、外顯子的突變都可能改變基因的表達，改變生物的性狀【解析】啟動子不轉錄，屬于非編碼區(qū)，起始密碼子是由基因的編碼區(qū)轉錄而來的，A錯誤；由圖知，mRNA2和mRNA3翻譯都提前終止了，所以mRNA3編碼的多肽鏈的長度短于mRNA1，B錯誤。深度指津真、原核細胞基因的結構考向2遺傳信息的轉錄例2下圖為真核生物細胞核內RNA的合成示意圖，下列相關敘述正確的是(C)A.圖中示意解旋酶沿著DNA自左向右移動催化轉錄過程B.③可以轉移到細胞質中直接作為翻譯過程的模板C.一個DNA分子可以轉錄產生多個、多種RNA分子D.圖示過程也可能發(fā)生在線粒體、葉綠體和核糖體中【解析】參與轉錄過程的酶是RNA聚合酶，⑤為RNA聚合酶，根據合成的mRNA長短判斷，它移動方向是自左向右，A錯誤；③是mRNA，需要經過加工編輯才可以轉移到細胞質中作為翻譯過程的模板，B錯誤；基因通常是有遺傳效應的DNA片段，一個DNA分子上含有多個基因，因此一個DNA分子可以轉錄產生多個、多種RNA分子，C正確；核糖體中沒有DNA，圖示合成RNA過程也可能發(fā)生在線粒體、葉綠體中，D錯誤?？键c2遺傳信息的翻譯考點透析1.翻譯的概念游離在細胞質中的各種氨基酸，以mRNA為模板合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(肽鏈)的過程。2.密碼子和反密碼子的比較項目密碼子反密碼子位置mRNA上3個相鄰的堿基tRNA上的3個相鄰堿基(一個tRNA一般含70～90個核苷酸)作用直接決定蛋白質中氨基酸的序列識別密碼子，轉運氨基酸種類64種，其中一般有3種終止密碼子(UAA、UAG、UGA)不決定氨基酸由于密碼子的第3位堿基與反密碼子的第1位堿基之間的配對有一定的擺動性，故tRNA種類小于61種，且具有物種差異性特點與DNA模板鏈互補，具有簡并性、通用性、專一性與mRNA中密碼子互補解疑釋惑(1)遺傳信息、密碼子和反密碼子的關系遺傳信息一般存在于DNA分子中，DNA分子中脫氧核苷酸的排列順序蘊藏著遺傳信息。密碼子存在于mRNA分子中，密碼子的排列順序直接決定蛋白質分子中氨基酸的排列順序。反密碼子存在于tRNA分子中，決定tRNA攜帶的氨基酸放在核糖體的位置。(2)密碼子和氨基酸之間的關系一般情況下，一種密碼子(終止密碼子除外)決定一種氨基酸，一種氨基酸可由一種或多種密碼子決定。密碼子的簡并性，即幾種密碼子決定同一種氨基酸的現象，保證了翻譯的蛋白質結構及遺傳性狀的穩(wěn)定性，即提高了容錯性；密碼子的簡并性不僅可以提高翻譯速度，也可以提供進化優(yōu)勢，因為基因組可以在不改變蛋白質(氨基酸)序列的情況下進行變異，從而增加了基因組的多樣性。(3)區(qū)分復制原點、啟動子與起始密碼子、終止子與終止密碼子復制原點位于DNA上，復制時需要解旋，相應序列富含堿基對A—T(便于解旋)。啟動子與終止子存在于基因(DNA)中，是與基因轉錄開始與結束有關的結構，但啟動子本身不轉錄，轉錄起始位點在基因下游；起始密碼子與終止密碼子存在于mRNA上，是翻譯開始與結束的信號，終止密碼子一般不翻譯，核糖體遇到它會脫落。3.翻譯過程(1)示意圖(2)過程歸納總結DNA復制、轉錄和翻譯的比較項目遺傳信息的傳遞遺傳信息的表達復制(DNA→DNA)轉錄(DNA→RNA)翻譯(mRNA→蛋白質)范圍/時間只有分裂的細胞才在分裂間期進行核DNA分子的復制，如分生區(qū)細胞幾乎所有活細胞中(主要發(fā)生在分裂間期)場所主要是細胞核，葉綠體、線粒體、擬核也會發(fā)生細胞質(核糖體)模板親代DNA的兩條鏈分別作模板DNA(基因)的一條鏈mRNA模板去向子代DNA分子中DNA鏈恢復雙螺旋降解成核糖核苷酸原料4種游離的脫氧核苷酸4種游離的核糖核苷酸氨基酸產物子代DNA分子3大類RNA蛋白質(多肽)和水酶解旋酶、DNA聚合酶等RNA聚合酶特定的酶過程DNA解旋，以兩條鏈為模板，按堿基互補配對原則，合成兩條子鏈，子鏈與對應模板鏈螺旋化DNA解旋，以其中一條鏈為模板，按堿基互補配對原則，形成RNAmRNA與核糖體結合，以mRNA為模板，以tRNA為搬運相應氨基酸的工具，合成有一定氨基酸序列的蛋白質關鍵調控序列復制原點啟動子(不轉錄)、終止子起始密碼子、終止密碼子(一般不翻譯)堿基配對A—T、T—A、C—G、G—CA—U、T—A、C—G、G—CA—U、U—A、C—G、G—C特點半保留復制；邊解旋邊復制等邊解旋邊轉錄一條mRNA上可相繼結合多個核糖體，同時合成多條相同的多肽鏈意義復制遺傳信息，使遺傳信息由親代傳給子代表達遺傳信息，使生物體表現出各種遺傳性狀思辨小練1.判斷下列說法的正誤：(1)RNA具有作為遺傳物質、催化、運輸等多種功能。(√)(2)翻譯時，每種氨基酸僅由一種密碼子決定。(×)提示：一般一種密碼子決定一種氨基酸，而一種氨基酸可由一種或多種密碼子決定。(3)基因表達的數量關系(不考慮終止密碼子等情況)可表示為DNA(基因)中堿基數∶mRNA堿基數∶蛋白質中氨基酸殘基數＝6∶3∶1。(×)提示：基因中存在不轉錄序列、轉錄產生的前體RNA需要經過剪切才能變成mRNA、mRNA中存在不翻譯序列、翻譯產生的肽鏈需要經過剪切加工才能變成有活性的蛋白質，即基因表達涉及基因的轉錄后加工和翻譯后加工。(4)與終止密碼子UAG配對的反密碼子是AUC。(×)提示：終止密碼子UAG不對應氨基酸，無對應的反密碼子，且密碼子為5′－UAG－3′，配對的堿基順序應為5′－CUA－3′。未標注時默認左側為5′，右側為3′。2.與轉錄過程相比，翻譯過程中特有的堿基配對方式是U—A。3.密碼子的通用性是指地球上幾乎所有生物都共用一套遺傳密碼。這對你有何啟示？提示：生物界具有統(tǒng)一性，地球上的生物可能有著共同的起源。典題說法考向1密碼子和反密碼子例1(2024·湖北卷)編碼某蛋白質的基因有兩條鏈，一條是模板鏈(指導mRNA合成)，其互補鏈是編碼鏈。若編碼鏈的一段序列為5′－ATG－3′，則該序列所對應的反密碼子是(A)A.5′－CAU－3′ B．5′－UAC－3′C.5′－TAC－3′ D．5′－AUG－3′【解析】若編碼鏈的一段序列為5′－ATG－3′，則mRNA上對應堿基序列為5′－AUG－3′，該序列所對應的反密碼子是5′－CAU－3′?？枷?翻譯的過程例2(2023·江蘇卷)翻譯過程如圖所示，其中反密碼子第1位堿基常為次黃嘌呤(I)，與密碼子第3位堿基A、U、C皆可配對。下列相關敘述正確的是(D)A.tRNA分子內部不發(fā)生堿基互補配對B.反密碼子為5′－CAU－3′的tRNA可轉運多種氨基酸C.mRNA的每個密碼子都能結合相應的tRNAD.堿基I與密碼子中堿基配對的特點，有利于保持物種遺傳的穩(wěn)定性【解析】tRNA分子中存在局部雙鏈，即存在堿基互補配對，A錯誤；一種tRNA只能轉運一種氨基酸，B錯誤；終止密碼子不決定氨基酸，不能結合相應的tRNA，C錯誤；次黃嘌呤(I)與密碼子第3位堿基A、U、C皆可配對，使得當基因發(fā)生堿基對替換時，可能不會導致翻譯的蛋白質發(fā)生改變，有利于保持物種遺傳的穩(wěn)定性，D正確。變式1(2024·南京六校期中)下圖為大腸桿菌的蛋白質翻譯延伸示意圖，其中30S和50S表示核糖體兩個亞基蛋白。下列說法錯誤的是(A)A.蛋白質翻譯延伸時，攜帶氨基酸的tRNA先進入E位點，后從A位點脫離B.丙氨酸(Ala)的密碼子為5′－GCC－3′C.若I(次黃嘌呤)與A、U、C皆可配對，則有利于提高翻譯的效率D.當核糖體移動到終止密碼子時，30S和50S從mRNA上分離，翻譯終止【解析】由圖可知，mRNA的翻譯方向是從左到右，因此蛋白質翻譯延伸時，tRNA會依次進入A位點、P位點、E位點，即攜帶氨基酸的tRNA先進入A位點，后從E位點脫離，A錯誤；mRNA的翻譯是沿5′→3′方向進行的，mRNA的翻譯方向是從左到右，據圖可知，丙氨酸(Ala)的密碼子應該是5′－GCC－3′，B正確；若I(次黃嘌呤)均可與A、U、C配對，則提高了密碼子的簡并，使得堿基配對的效率更高，有利于提高翻譯的效率，C正確；30S和50S表示核糖體兩個亞基蛋白，當核糖體移動到終止密碼子時，30S和50S從mRNA上分離，翻譯終止，D正確。考向3基因的表達例3(2023·浙江1月卷)核糖體是蛋白質合成的場所。某細菌進行蛋白質合成時，多個核糖體串聯在一條mRNA上形成念珠狀結構——多聚核糖體(如圖所示)。多聚核糖體上合成同種肽鏈的每個核糖體都從mRNA同一位置開始翻譯，移動至相同的位置結束翻譯。多聚核糖體所包含的核糖體數量由mRNA的長度決定。下列敘述正確的是(B)A.圖示翻譯過程中，各核糖體從mRNA的3′端向5′端移動B.該過程中，mRNA上的密碼子與tRNA上的反密碼子互補配對C.圖中5個核糖體同時結合到mRNA上開始翻譯，同時結束翻譯D.若將細菌的某基因截短，相應的多聚核糖體上所串聯的核糖體數目不會發(fā)生變化【解析】圖示翻譯過程中，各核糖體從mRNA的5′端向3′端移動，A錯誤；該過程中，mRNA上的密碼子與tRNA上的反密碼子互補配對，tRNA通過識別mRNA上的密碼子攜帶相應氨基酸進入核糖體，B正確；圖中5個核糖體結合到mRNA上開始翻譯，從識別到起始密碼子開始進行翻譯，識別到終止密碼子結束翻譯，并非同時開始、同時結束，C錯誤；若將細菌的某基因截短，相應的多聚核糖體上所串聯的核糖體數目可能會減少，D錯誤。深度指津原核細胞和真核細胞基因表達的不同圖1表示原核細胞的基因表達。由于沒有核膜的存在，擬核和細胞質之間沒有界限，且轉錄產生的RNA即可充當翻譯的模板，一般不需要經過轉錄后加工處理(原核生物基因無內含子)，因此原核細胞的轉錄和翻譯同時進行。圖1中核糖體的移動方向是從下到上(判斷依據是肽鏈的長度)；一個mRNA上可結合多個核糖體形成多聚核糖體，同時合成多條相同的肽鏈(這一特點適用于各種生物)的意義是提高了翻譯的效率。圖2表示真核細胞的核基因表達。由于有核膜的存在，且轉錄產物需要經過加工處理(如將內含子所對應的部分RNA序列切除)后才能變?yōu)槌墒斓膍RNA用于翻譯，細胞核內轉錄生成的mRNA通過核孔出來，與細胞質中的核糖體結合，參與翻譯過程，因此真核細胞的轉錄和翻譯在時間上不同時進行。(注：真核細胞中也通過形成多聚核糖體來提高翻譯效率。)變式2(2024·貴州卷)如圖是某基因編碼區(qū)部分堿基序列，在體內其指導合成肽鏈的氨基酸序列為：甲硫氨酸—組氨酸—脯氨酸—賴氨酸……下列敘述正確的是(C)注：AUG(起始密碼子)：甲硫氨酸CAU、CAC：組氨酸CCU：脯氨酸AAG：賴氨酸UCC：絲氨酸UAA(終止密碼子)A.①鏈是轉錄的模板鏈，其左側是5′端，右側是3′端B.若在①鏈5～6號堿基間插入一個堿基G，合成的肽鏈變長C.若在①鏈1號堿基前插入一個堿基G，合成的肽鏈不變D.堿基序列不同的mRNA翻譯得到的肽鏈不可能相同【解析】由于起始密碼子是AUG，根據堿基互補配對，①鏈是轉錄的模板鏈，轉錄時模板鏈讀取的方向是3′→5′，即左側是3′端，右側是5′端，A錯誤；在①鏈5～6號堿基間插入一個堿基G，則mRNA的5～6號堿基間插入一個C，變?yōu)?′－AUGCACUCCUAAG－3′，第4個密碼子為終子密碼子UAA，終止密碼子提前出現，故合成的肽鏈變短，B錯誤；若在①鏈1號堿基前插入一個堿基G，在起始密碼子之前加了一個堿基，不影響起始密碼子和終止密碼子之間的序列，故合成的肽鏈不變，C正確；由于密碼子的簡并性，故堿基序列不同的mRNA翻譯得到的肽鏈也可能相同，D錯誤?？枷?DNA復制、轉錄和翻譯的綜合例4(2024·淮安淮陰中學)下列關于DNA復制、基因表達的敘述，正確的是(A)A.在特殊情況下，終止密碼子UGA可以編碼硒代半胱氨酸B.游離的核糖核苷酸在DNA聚合酶的作用下合成子鏈C.雙鏈DNA多起點復制過程中只有一條鏈的復制是不連續(xù)的D.與密碼子5′－AGC－3′配對的反密碼子為5′－UCG－3′【解析】UGA通常為終止密碼子，但在特殊情況下，UGA可以編碼硒代半胱氨酸，A正確；DNA的基本單位是脫氧核苷酸，游離的脫氧核糖核苷酸在DNA聚合酶的作用下合成子鏈，B錯誤；雙鏈DNA多起點復制過程中由于有復制叉的存在，其不連續(xù)復制的子鏈可能不同，即兩條鏈可能都是不連續(xù)復制的，C錯誤；密碼子與反密碼子遵循堿基互補配對原則，與密碼子5′－AGC－3′配對的反密碼子為5′－GCU－3′，D錯誤。大題考向3基因表達的調控情境剖析基因表達調控使細胞中基因表達的過程在時間、空間上處于有序狀態(tài)，并對環(huán)境條件的變化作出反應的復雜過程，是生物體內細胞分化、形態(tài)發(fā)生和個體發(fā)育的分子基礎?；虮磉_的調控可在多個層次上進行，包括轉錄水平、轉錄后水平、翻譯水平和翻譯后水平等。轉錄水平調控：真核生物的轉錄調控包括多種形式，例如DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質乙?；c去乙?；?、轉錄因子等。原核生物中比較經典的調控機理如乳糖操縱子、色氨酸操縱子。轉錄后水平調控：真核生物基因轉錄在細胞核內進行，而翻譯則在細胞質中進行，因此轉錄后調控是基因表達調控的另一個重要方面，主要包括RNA可變剪接、RNA甲基化以及多種調控RNA(miRNA、lncRNA、circRNA)參與的轉錄后調控等。翻譯水平調控：如RNA干擾。RNA干擾是有效沉默或抑制目標基因表達的過程，指內源性或外源性雙鏈RNA(dsRNA)介導的細胞內mRNA發(fā)生特異性降解，從而導致靶基因的表達沉默，產生相應的功能表型缺失的現象。RNA干擾由轉運到細胞質中的雙鏈RNA激活，沉默機制可導致由小干擾RNA(siRNA)或短發(fā)夾RNA(shRNA)誘導實現靶mRNA的降解，或者通過小RNA(miRNA)誘導特定mRNA翻譯的抑制。典題體驗命題1基因表達調控的機理例1(2024·泰州興化模擬)大腸桿菌部分基因表達受環(huán)境因素影響，研究者通過麥芽糖操縱子模型(如圖1所示)解釋大腸桿菌對麥芽糖降解相關基因表達的調節(jié)，請讀圖回答下列問題：圖1圖2圖3(1)圖1中①過程的原料是四種游離的核糖核苷酸，啟動子片段在①過程為RNA聚合酶提供識別和結合的位點，結構基因在進行①過程時，模板鏈是a鏈，②過程進行的場所是核糖體。(2)操縱基因本身不表達，在操縱基因上結合激活蛋白時，結構基因才可以表達，激活蛋白在結合麥芽糖時(填“不結合麥芽糖時”或“結合麥芽糖時”)才可以與操縱基因結合，這種調節(jié)方式的意義是使大腸桿菌更加適應環(huán)境，同時避免資源的浪費。(3)圖1中的基因全部正常表達，至少需要2段啟動子序列，圖示全部mRNA上至少需要有3個起始密碼子。(4)麥芽糖操縱子模型提出后，實踐中發(fā)現，僅當環(huán)境中葡萄糖缺乏時，大腸桿菌才可能表達麥芽糖降解相關基因，稱為“葡萄糖效應”，研究者在啟動子上游發(fā)現了CAP位點來解釋這一現象。讀圖2分析“葡萄糖效應”出現的原因是葡萄糖缺乏時，cAMP濃度上升，可與CAP蛋白結合形成cAMP－CAP，后者與CAP位點結合激活RNA聚合酶開始轉錄，從而翻譯出激活蛋白，與麥芽糖操縱基因結合使之表達。(5)若將大腸桿菌培養(yǎng)在既有葡萄糖又有麥芽糖的培養(yǎng)基中，其生長曲線如圖3所示，結構基因會在圖3中的僅B時段(填“僅A時段”“僅B時段”“A時段和B時段”)表達?！窘馕觥?1)圖1中①過程表示轉錄，其產物時RNA，原料是四種游離的核糖核苷酸，啟動子是RNA聚合酶的識別和結合位點，轉錄是方向沿著模板鏈3′→5′進行，根據圖中RNA聚合酶的移動方向可知，結構基因在進行①過程時，模板鏈是a鏈。②過程表示翻譯，該過程進行的場所是核糖體。(2)當激活蛋白結合麥芽糖時，才可以與操縱基因結合，才能表達出結構基因，從而產生相應的酶催化麥芽糖水解，這種調節(jié)方式可使大腸桿菌更加適應環(huán)境，同時避免資源的浪費。(3)圖1中涉及調節(jié)基因、操縱基因、結構基因，由圖可知，激活蛋白與操縱基因結合可使得結構基因表達，所以至少需要2段啟動子序列，即調節(jié)基因前的啟動子和操縱基因前的啟動子，圖示全部mRNA翻譯出3種蛋白質，所以至少需要3個起始密碼子。(4)由圖2可知，葡萄糖缺乏時，cAMP濃度上升，可與CAP蛋白結合形成cAMP－CAP，后者與CAP位點結合激活RNA聚合酶開始轉錄，從而翻譯出激活蛋白，與麥芽糖操縱基因結合使之表達。cAMP含量愈高，麥芽糖操縱基因的表達愈旺盛。(5)由(3)(4)可知，當葡萄糖缺乏，激活蛋白結合麥芽糖時，才可以與操縱基因結合，從而使結構基因表達催化麥芽糖水解相關的酶，即大腸桿菌會先利用葡萄糖，當葡萄糖缺乏時(圖中B時段)結構基因才會表達。例2(2020·江蘇卷節(jié)選)研究發(fā)現，線粒體內的部分代謝產物可參與調控核內基因的表達，進而調控細胞的功能。下圖為T細胞中發(fā)生上述情況的示意圖，請據圖回答下列問題：(1)丙酮酸進入線粒體后先經氧化脫羧形成乙酰輔酶A，再徹底分解成CO2和[H]。[H]經一系列復雜反應與O2結合，產生水和大量的能量，同時產生自由基。(2)線粒體中產生的乙酰輔酶A可以進入細胞核，使染色質中與DNA結合的蛋白質乙酰化，激活干擾素基因的轉錄。(3)線粒體內產生的自由基穿過線粒體膜到細胞質基質中，激活NFAT等調控轉錄的蛋白質分子，激活的NFAT可穿過核孔進入細胞核，促進白細胞介素基因的轉錄。轉錄后形成的mRNA分子與核糖體結合，經翻譯過程合成白細胞介素?！窘馕觥烤€粒體內進行有氧呼吸的第二、三階段，丙酮酸進入線粒體后先分解成CO2和[H]，[H]再與O2結合產生水和大量的能量。染色質的主要成分是蛋白質和DNA。從圖中可以看出，線粒體內產生的自由基可以穿過線粒體膜到細胞質基質中，再激活NFAT等調控轉錄的蛋白質分子，激活的NFAT是大分子蛋白質，進入細胞核需穿過核孔。命題2基因表達調控的應用例3(2022·江蘇卷節(jié)選)科學家研發(fā)了多種RNA藥物用于疾病治療和預防。圖中①～④示意4種RNA藥物的作用機制。請回答下列問題：(1)細胞核內RNA轉錄合成以DNA的一條鏈為模板，需要RNA聚合酶的催化。前體mRNA需加工為成熟的mRNA，才能轉運到細胞質中發(fā)揮作用，說明核孔對大分子物質的轉運具有選擇性。(2)機制①：有些杜興氏肌營養(yǎng)不良癥患者DMD蛋白基因的51外顯子片段中發(fā)生(基因)突變(或：堿基的增添、減少或替換)，提前產生終止密碼子，從而不能合成DMD蛋白。為治療該疾病，將反義RNA藥物導入細胞核，使其與51外顯子轉錄產物結合形成雙鏈_RNA(雜交RNA片段)，DMD前體mRNA剪接時，異常區(qū)段被剔除，從而合成有功能的小DMD蛋白，減輕癥狀。(3)機制②：有些高膽固醇血癥患者的PCSK9蛋白可促進低密度脂蛋白的內吞受體降解，血液中膽固醇含量偏高。轉入與PCSK9mRNA特異性結合的siRNA，導致PCSK9mRNA被剪斷，從而抑制細胞內PCSK9蛋白的合成，治療高膽固醇血癥。(4)機制③：mRNA藥物進入患者細胞內可表達正常的功能蛋白，替代變異蛋白發(fā)揮治療作用。通常將mRNA藥物包裝成脂質體納米顆粒，目的是保護并把mRNA送入細胞內(使mRNA通過胞吞進入受體細胞)，使之能夠表達正常的功能蛋白?！窘馕觥?2)基因突變，即堿基的增添、替換或缺失，會引起mRNA上的堿基發(fā)生改變，而可能導致終止密碼子提前出現。圖中可見，反義RNA是單鏈的，可與轉錄產物單鏈mRNA發(fā)生堿基互補配對，雜交形成雙鏈RNA。(3)PCSK9蛋白可促進低密度脂蛋白的內吞受體降解，PCSK9mRNA是基因轉錄產物，其被剪斷，則不能作為模板翻譯出PCSK9蛋白，使低密度脂蛋白的內吞受體降解減慢，從而使膽固醇含量正常。(4)脂質體與細胞膜的基本結構類似，將mRNA藥物包裝成脂質體納米顆粒，有利于mRNA藥物進入組織細胞，從而表達出正常的功能蛋白。配套精練第28講基因的表達一、單項選擇題1.(2024·淮安清河中學)下列有關DNA和RNA的敘述，正確的是(D)A．DNA和RNA成分上的區(qū)別在于4種堿基的不同B．DNA都是復制而來的，RNA都是轉錄而來的C．AGCTGA既可能是DNA的堿基序列，也可能是RNA的堿基序列D．mRNA的堿基序列取決于DNA的堿基序列，同時又決定蛋白質中氨基酸的序列【解析】DNA和RNA成分上的區(qū)別在于堿基T、U和五碳糖的不同，A錯誤；DNA可通過復制和逆轉錄形成，RNA可通過DNA轉錄和RNA復制形成，B錯誤；AGCTGA含T，只能是DNA的堿基序列，C錯誤。2.(2024·河北卷)下列關于DNA復制和轉錄的敘述，正確的是(D)A.DNA復制時，脫氧核苷酸通過氫鍵連接成子鏈B．復制時，解旋酶使DNA雙鏈由5′端向3′端解旋C．復制和轉錄時，在能量的驅動下解旋酶將DNA雙鏈解開D．DNA復制合成的子鏈和轉錄合成的RNA延伸方向均為由5′端向3′端【解析】DNA復制時，脫氧核苷酸通過磷酸二酯鍵連接成子鏈，A錯誤；復制時，解旋酶使得DNA雙鏈從復制起點開始，以雙向進行的方式解旋，并不是從5′端到3′端的單向解旋，B錯誤；轉錄時不需要解旋酶，RNA聚合酶即可完成解旋，C錯誤。3.(2024·南京六校聯合調研)如圖表示細胞內的兩種生理過程，下列敘述錯誤的是(A)圖1圖2A．圖2表示翻譯，mRNA上每個密碼子均能結合相應的tRNAB．圖1所示過程與圖2所示過程中發(fā)生的堿基配對方式不完全相同C．圖1所示過程中酶的移動方向與圖2所示過程中核糖體的移動方向均為從左向右D．圖1表示轉錄，該過程發(fā)生時模板與產物間有氫鍵的形成與斷裂【解析】圖2表示翻譯，mRNA上的終止密碼子沒有相應的tRNA結合，A錯誤。圖1所示過程堿基配對關系是A—U、G—C、T—A、C—G，圖2過程的堿基配對關系是A—U、U—A、G—C、C—G，故不完全相同，B正確。圖1中RNA單鏈左側脫離，右側仍結合，說明從左側起始轉錄；圖2中tRNA從右側進入，說明核糖體從左向右移動，所以轉錄和翻譯都是從左側開始，C正確。圖1表示轉錄，轉錄過程中mRNA上的堿基與DNA模板鏈的堿基互補配對，有氫鍵形成；轉錄結束，RNA鏈脫離模板，有氫鍵的斷裂，D正確。4.(2024·常州聯盟調研)下圖是真核細胞染色體上基因的表達過程示意圖。有關敘述不正確的是(C)A．基因的轉錄需要RNA聚合酶的催化B．“拼接”時在核糖和磷酸之間形成化學鍵C．成熟mRNA上具有翻譯的啟動子、終止子D．翻譯過程需要成熟mRNA、tRNA、氨基酸、ATP、核糖體等【解析】RNA聚合酶與基因的特殊序列相結合，調控基因轉錄的起始，起催化作用，A正確；“拼接”時是由一個RNA片段末端的核糖和另一個RNA片段末端的磷酸之間形成化學鍵，將兩個片段連接起來，B正確；成熟mRNA上具有翻譯的起始密碼子和終止密碼子，啟動子和終止子在DNA上，C錯誤；翻譯過程需要成熟mRNA作為翻譯的模板、tRNA作為轉運氨基酸的工具、氨基酸作為翻譯的原料、核糖體作為翻譯的場所，還需要ATP為翻譯提供能量，D正確。5.(2023·山東卷)細胞中的核糖體由大、小2個亞基組成。在真核細胞的核仁中，由核rDNA轉錄形成的rRNA與相關蛋白組裝成核糖體亞基。下列說法正確的是(B)A．原核細胞無核仁，不能合成rRNAB．真核細胞的核糖體蛋白在核糖體上合成C．rRNA上3個相鄰的堿基構成一個密碼子D．細胞在有絲分裂各時期都進行核DNA的轉錄【解析】原核細胞無核仁，有核糖體，核糖體由rRNA和蛋白質組成，可見原核細胞能合成rRNA，A錯誤；核糖體是蛋白質合成的場所，真核細胞的核糖體蛋白在核糖體上合成，B正確；mRNA上3個相鄰的堿基構成一個密碼子，C錯誤；在有絲分裂的分裂期，細胞中的染色質變成染色體，此時核DNA無法解旋，無法轉錄，D錯誤。6.(2024·泰州一模)環(huán)狀RNA是一類特殊的RNA，其翻譯過程不同于鏈狀RNA，核糖體與環(huán)狀RNA結合后，可能會在RNA上移動一圈以上。如圖為一個由220個核苷酸組成的環(huán)狀RNA，核糖體移動方向如箭頭所示[可能用到的密碼子：起始密碼子為AUG(甲硫氨酸)，終止密碼子有UAA、UAG、UGA]。若核糖體從A處開始翻譯過程，相關敘述錯誤的是(D)A．環(huán)狀RNA比鏈狀RNA具有更高的穩(wěn)定性B．該RNA編碼的蛋白質所含氨基酸數可能多于73個C．若B→A間不存在終止密碼子，核糖體再移動至A時不能讀取到“AUG”密碼子D．當核糖體第一次到達B時翻譯過程可能會終止，也可能繼續(xù)向下翻譯【解析】環(huán)狀RNA具有特殊的環(huán)形結構，與鏈狀RNA相比，環(huán)狀RNA具有更高的穩(wěn)定性，A正確；根據題干信息，核糖體在環(huán)狀RNA上可能進行一圈以上的翻譯，因此翻譯成的蛋白質所含的氨基酸數可能大于73(即220÷3)個，B正確；220不是3的整倍數，因此當核糖體再次移動至A時，讀取的不會是AUG，C正確；A處(AUG)和B處(UAG)之間的堿基數量為13個，不是3的倍數，因此核糖體第一次移動到B時，讀取的是CUA，而不是UAG，因此不會終止翻譯過程，D錯誤。7.(2024·蘇州三模)DNA與由之轉錄得到的RNA可以雜交，圖示為某基因與該基因轉錄得到的RNA雜交模式圖，其中A、B、C為非互補序列突出形成的環(huán)(R環(huán))。下列有關敘述錯誤的是(C)A．ssDNA很可能是經過高溫變性得到的DNA單鏈B．A、B、C片段很可能是基因的內含子序列C．RNA的所有堿基都能與DNA堿基配對D．由該RNA得到的cDNA與ssDNA雜交后也會出現R環(huán)【解析】高溫可破壞DNA中的氫鍵，ssDNA很可能是經過高溫變性得到的DNA單鏈，A正確；內含子為無編碼作用的片段，在成熟mRNA中被切除，A、B、C片段含有非互補序列，很可能是基因的內含子序列，B正確；該RNA不一定所有堿基都能與DNA堿基配對，C錯誤；由該RNA得到cDNA過程是按堿基互補配對原則逆轉錄得到的，與ssDNA也存在非互補區(qū)，故該cDNA與ssDNA雜交后也會出現R環(huán)，D正確。8.(2024·張家港測試)核糖體由大、小兩個亞基組成，其上有3個供tRNA結合的位點，其中A位點是新進入的tRNA結合位點，P位點是肽鏈延伸過程中的tRNA結合位點，E位點是空載的tRNA釋放位點，如下圖所示。下列敘述錯誤的是(D)A．翻譯過程中，tRNA的移動順序是A位點→P位點→E位點B．核糖體與mRNA的結合部位通常會形成2個tRNA的結合位點C．P位點結合的tRNA上的反密碼子是5′CUG3′D．反密碼子與終止密碼子的堿基互補配對使得肽鏈的延伸終止【解析】根據題干信息，A位點是新進入的tRNA結合位點，P位點是延伸中的tRNA結合位點，E位點是空載tRNA結合位點，tRNA的移動順序是A位點→P位點→E位點，A正確；核糖體由大、小兩個亞基組成，其上有3個供tRNA結合的位點，E位點是空載的tRNA釋放位點，故核糖體與mRNA的結合部位通常會形成2個tRNA的結合位點，B正確；P位點的密碼子是5′CAG3′，故結合的tRNA上的反密碼子是5′CUG3′，C正確；由于終止密碼子不決定氨基酸，當核糖體遇到終止密碼子時，翻譯過程會終止，無反密碼子與終止密碼子堿基互補配對，D錯誤。9.(2024·安徽卷)真核生物細胞中主要有3類RNA聚合酶，它們在細胞內的定位和轉錄產物見下表。此外，在線粒體和葉綠體中也發(fā)現了相對分子質量小的RNA聚合酶。下列敘述錯誤的是(C)種類細胞內定位轉錄產物RNA聚合酶Ⅰ核仁5.8SrRNA、18SrRNA、28SrRNARNA聚合酶Ⅱ核質mRNARNA聚合酶Ⅲ核質tRNA、5SrRNA注：各類rRNA均為核糖體的組成成分。A.線粒體和葉綠體中都有DNA，兩者的基因轉錄時使用各自的RNA聚合酶B．基因的DNA發(fā)生甲基化修飾，抑制RNA聚合酶的結合，可影響基因表達C．RNA聚合酶Ⅰ和Ⅲ的轉錄產物都有rRNA，兩種酶識別的啟動子序列相同D．編碼RNA聚合酶Ⅰ的基因在核內轉錄、細胞質中翻譯，產物最終定位在核仁【解析】線粒體和葉綠體中都有DNA，二者均是半自主細胞器，其基因轉錄時使用各自的RNA聚合酶，A正確；基因的DNA發(fā)生甲基化修飾，抑制RNA聚合酶的結合，從而影響基因的轉錄，可影響基因表達，B正確；由表可知，RNA聚合酶Ⅰ和Ⅲ的轉錄產物都有rRNA，但種類不同，說明兩種酶識別的啟動子序列不同，C錯誤；RNA聚合酶的本質是蛋白質，編碼RNA聚合酶Ⅰ的基因屬于核基因，在核內轉錄、細胞質(核糖體)中翻譯，產物最終定位在核仁發(fā)揮作用，D正確。10.(2024·徐州期中)人體肝臟和小腸細胞中合成載脂蛋白的方式如圖所示，下列敘述正確的是(C)A．mRNA與核糖體的結合依靠密碼子與反密碼子的相互配對B．翻譯過程中核糖體沿著mRNA移動，遇到終止密碼子時翻譯自行停止C．圖示編輯具有組織或細胞特異性，表明同一基因可指導合成不同的蛋白質D．小腸中合成小蛋白的根本原因是基因突變導致終止密碼子(UAA)提前出現【解析】mRNA與tRNA的結合依靠密碼子與反密碼子的相互配對，A錯誤；翻譯過程中核糖體沿著mRNA移動，直至核糖體讀取到mRNA上終止密碼子時釋放因子進入該位置，多肽鏈合成停止并被釋放，B錯誤；據圖可知，同一基因可以指導合成不同的蛋白質，C正確；小腸細胞中控制合成蛋白質的氨基酸數減少是由于mRNA編輯后終止密碼子UAA提前出現，而不是因為基因突變，D錯誤。二、多項選擇題11.(2024·如皋二模)空間轉錄組技術可測定特定細胞在某一功能狀態(tài)下轉錄出來的所有mRNA。該技術設計了一種標簽TIVA－tag(包括一段尿嘧啶序列和蛋白質)，該標簽進入活細胞后與mRNA的腺嘌呤序列尾(真核細胞mRNA均具有)結合得到產物TIVA－tag－mRNA，回收并純化該產物之后，將mRNA洗脫下來用于轉錄組分析。下列敘述錯誤的是(ACD)A．TIVA－tag與染色體、ATP含有的五碳糖相同B．推測TIVA－tag與mRNA結合的場所在細胞質基質C．上述過程涉及氫鍵和磷酸二酯鍵的形成和斷裂D．同一生物的不同活細胞利用該技術獲得的TIVA－tag－mRNA種類相同【解析】染色體含有脫氧核糖，ATP含有核糖，TIVA－tag含有尿嘧啶序列，說明含有核糖，它們的五碳糖不完全相同，A錯誤；TIVA－tag與mRNA的腺嘌呤序列尾結合形成的是氫鍵，洗脫斷裂的也是氫鍵，不涉及磷酸二酯鍵的形成和斷裂，C錯誤；同一生物的不同活細胞基因選擇性表達的情況不同，產生的mRNA不完全相同，利用該技術獲得的TIVA－tag－mRNA種類不相同，D錯誤。12.(2024·南京二模)研究發(fā)現，RNA聚合酶(RNAP)沿模板DNA轉錄過程中，會感知DNA損傷，繼而啟動修復，相關機制如圖所示。下列敘述正確的有(AD)A.RNAP－S修復對基因組的完整性和穩(wěn)定性具有重要作用B．RNA聚合酶沿著DNA的模板鏈從5′端移動到3′端合成RNA分子C．推測DNA雙鏈產生損傷時，轉錄模板鏈的修復程度要低于編碼鏈D．A－規(guī)則修復方式將導致轉錄產物mRNA中相對損傷的位點突變【解析】RNAP－S修復DNA損傷，能夠避免突變的積累，并保持基因組的完整性和穩(wěn)定性，A正確；由于核酸鏈的合成都是從5′→3′端，RNA聚合酶應是沿著DNA的模板鏈從3′端移動到5′端合成RNA分子，B錯誤；當轉錄中的DNA雙鏈產生誘變損傷時，轉錄模板鏈的修復程度要高于編碼鏈，C錯誤；A－規(guī)則修復方式是RNAP緩慢經過損傷位點，并發(fā)生不依賴于模板的AMP優(yōu)先的堿基錯誤摻入，導致轉錄產物mRNA中相對損傷的位點突變，D正確。13.(2024·蘇錫常鎮(zhèn)二調)如圖，在大腸桿菌基因轉錄起始后，ρ因子結合到c鏈上