1、第17讲 基因的表达 概述遗传信息的转录和翻译。-3-必备知识梳理 关键能力突破 遗传信息的转录和翻译 1.RNA的结构和种类-4-必备知识梳理 关键能力突破 2.遗传信息的转录(1)概念:在细胞核中,以 DNA的一条链 为模板合成 RNA 的过程。-5-必备知识梳理 关键能力突破(2)过程(见下图)-6-必备知识梳理 关键能力突破 3.遗传信息的翻译(1)概念 场 所 细胞质中的核糖体上 模 板 mRNA 原 料 20 种 氨基酸 产 物 具有一定 氨基酸顺序 的蛋白质 -7-必备知识梳理 关键能力突破(2)过程 -8-必备知识梳理 关键能力突破(3)翻译过程中,mRNA与核糖体数量的关系
2、遗传信息的翻译过程中,通常一个mRNA结合多个核糖体的意义是 少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质,提高了蛋白质的合成效率。教材拾遗(必修2第65页“思考与讨论,3”改编)组成蛋白质的20种氨基酸共对应多少种密码子?由此推知一种氨基酸可能对应多个密码子,这对生物体的生存发展有何意义?答案20种氨基酸共对应61种密码子,其意义主要表现为如下两方面:(1)增强容错性:当密码子中有一个碱基改变时,由于密码的简并性,可能并不会改变其对应的氨基酸,因而有利于蛋白质或性状的稳定。(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编码一种氨基酸可以保证翻译的速度。-9-必备知识梳理 关
3、键能力突破 凝练核心素养 1.生命观念通过从细胞水平和分子水平两个层面分析转录和翻译的过程,建立起结构与功能相适应的观念。2.科学思维运用已有的知识和经验提出问题,运用数学方法分析碱基与氨基酸之间的关系,运用模型与建模感知基因的表达是一个多层次的、动态的、相互协调和配合的过程。-10-必备知识梳理 关键能力突破 仔细观察下面两图,并思考回答下列问题。-11-必备知识梳理 关键能力突破(1)两图显示的生理过程是 转录和翻译 ,二者的差异在于 图1所示转录、翻译过程有“时空”差异,即转录在细胞核,时间在前;翻译在核糖体,时间在后。图2所示转录、翻译同时进行。(2)大肠杆菌可进行上图 2 的过程,判
4、断依据是大肠杆菌为原核生物,其转录与翻译是同时进行的,只能进行图2过程不能进行图1过程(图1在细胞核中转录,在细胞质中翻译)。(3)两图中af分别表示的物质或结构是 mRNA、核 糖体、多肽链、DNA、mRNA、RNA聚合酶。-12-必备知识梳理 关键能力突破 考向1 DNA与RNA的比较 1.(2018山东青岛城阳期中)下面分别为DNA、tRNA的结构示意图。以下叙述不正确的是()A.图示DNA分子中的为氢键,tRNA中的b为磷酸二酯键 B.DNA分子复制、切割目的基因片段时分别破坏的化学键为 C.tRNA是由三个核糖核苷酸连接成的单链分子 D.c处表示反密码子,可以与mRNA碱基互补配对
5、答案 解析 解析 关闭tRNA是由多个核糖核苷酸连接成的三叶草结构。答案 解析 关闭C-13-必备知识梳理 关键能力突破 考向2 DNA的复制、转录和翻译的比较 2.(2018山东莱芜期中)如图表示细胞内基因表达过程,下列有关叙述不正确的是()A.过程表示转录,该过程的模板是甲中的a链 B.过程表示翻译,需要的原料是氨基酸 C.若甲的a链中(G+T)/(A+C)=2/3,则b链中(G+T)/(A+C)=3/2 D.过程需要RNA聚合酶催化 答案 解析 解析 关闭分析图解可知,图中过程表示遗传信息的转录过程,由碱基互补配对的情况可知,该过程的模板是甲中的a链,A项正确;过程表示翻译,需要的原料是
6、氨基酸,B项正确;由于DNA分子两条单链遵循A与T配对、G与C配对的原则,若甲的a链中(G+T)/(A+C)=2/3,则b链中(G+T)/(A+C)=3/2,C项正确;RNA聚合酶催化转录过程,不催化翻译过程,D项错误。答案 解析 关闭D-14-必备知识梳理 关键能力突破 巧辨遗传信息、密码子和反密码子 1.界定遗传信息、密码子(遗传密码)、反密码子-15-必备知识梳理 关键能力突破 2.辨析氨基酸与密码子、反密码子的数量关系(1)每种氨基酸对应一种或几种密码子(即密码子的简并性),可由一种或几种tRNA转运。(2)除终止密码子外,一种密码子只能决定一种氨基酸;一种tRNA只能转运一种氨基酸。
7、(3)密码子有64种(3种终止密码子;61种决定氨基酸的密码子);反密码子理论上有61种。-16-必备知识梳理 关键能力突破 3.DNA复制、转录和翻译的比较(以真核生物为例)项目 复制 转录 翻译 场所 主要在细胞核 主要在细胞核 细胞质(核糖体)模板 DNA 的两条链 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 原则 TA;AT;GC;CG TA;AU;GC;CG UA;AU;GC;CG 结果 两个子代DNA 分子 mRNA、tRNA、rRNA 蛋白质 信息传递 DNADNA DNAmRNA mRNA蛋白质 意义 传递遗传信息 表达遗传信息 -17
8、-必备知识梳理 关键能力突破 考向3 基因表达中的相关计算 3.(2018安徽蚌埠月考)一个mRNA分子有m个碱基,其中G+C有n个;由该mRNA合成的蛋白质有两条肽链。则其模板DNA分子的A+T数最少、合成蛋白质时脱去的水分子数最多分别是()A.m、m/3-1 B.m、m/3-2 C.2(m-n)、m/3-1D.2(mn)、m/3-2 答案 解析 解析 关闭模板DNA分子的A+T数是mRNA中A+U数的2倍,即2(m-n)个,合成蛋白质时脱去的水分子数=氨基酸数-1,氨基酸数是mRNA中碱基的1/3,即为m/3-2,D项正确。答案 解析 关闭D-18-必备知识梳理 关键能力突破 1.理顺相关
9、数量关系 DNA碱基数mRNA碱基数氨基酸数=631。-19-必备知识梳理 关键能力突破 2.关注计算中“最多”和“最少”问题(1)mRNA上碱基数目与蛋白质中氨基酸的数目关系:翻译时,mRNA上的终止密码子不决定氨基酸,因此准确地说,mRNA上碱基数目是蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。(2)DNA上的碱基数目与蛋白质中的氨基酸的数目关系: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)不能忽略“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。-20-必备知识梳理 关键能力突破 中
10、心法则及相关拓展 1.中心法则(1)提出者:克里克。(2)补充后的内容图解-21-必备知识梳理 关键能力突破(3)不同类型生物遗传信息的传递 以DNA为遗传物质的生物遗传信息的传递 具有RNA复制功能的RNA病毒(如烟草花叶病毒)具有逆转录功能的RNA病毒(如艾滋病病毒)高度分化的细胞 DNARNA蛋白质-22-必备知识梳理 关键能力突破(4)联系中心法则与基因表达的关系 -23-必备知识梳理 关键能力突破 2.基因控制性状的途径(1)直接控制途径(用文字和箭头表示)基因 蛋白质的结构 生物体的性状(完善实例分析如下)-24-必备知识梳理 关键能力突破-25-必备知识梳理 关键能力突破(2)间
11、接控制途径(用文字和箭头表示)白化病致病机理图解 基因 酶的合成 代谢过程 生物体的性状(完善实例分析如下)-26-必备知识梳理 关键能力突破 豌豆的圆粒和皱粒的形成机理图解 -27-必备知识梳理 关键能力突破 凝练核心素养 1.生命观念从遗传现象的实例入手,分析遗传信息传递的本质,形成基因控制性状是通过基因控制蛋白质合成来实现的观念。2.科学思维运用证据和逻辑分析实验现象,得出结论,总结出遗传信息传递的途径。-28-必备知识梳理 关键能力突破(生命观念、科学思维)Q噬菌体的遗传物质(Q RNA)是一条单链RNA。当噬菌体侵染大肠杆菌后,Q RNA立即作为模板翻译出成熟蛋白、外壳蛋白和RNA复
12、制酶(如图所示),然后利用该复制酶复制Q RNA。下列叙述正确的是()A.Q RNA的复制需经历一个逆转录过程 B.Q RNA的复制需经历形成双链RNA的过程 C.一条Q RNA模板只能翻译出一条肽链 D.Q RNA复制后,复制酶基因才能进行表达 答案 解析 解析 关闭根据题意可知,噬菌体侵染大肠杆菌后,QRNA翻译出了RNA复制酶,没有逆转录酶,因此QRNA的复制没有经历逆转录形成DNA的过程。Q噬菌体在RNA复制酶的作用下,以单链RNA为模板,根据碱基互补配对原则形成子链,因此会经历形成双链RNA的过程。据图中信息可知,该Q噬菌体的单链RNA在大肠杆菌内可以同时翻译出多条肽链。复制酶基因表
13、达后生成RNA复制酶,才能催化RNA的复制。答案 解析 关闭B-29-必备知识梳理 关键能力突破 考向1 中心法则过程分析 1.(2018福建师大附中期末)下图是4种遗传信息的流动过程,对应的叙述不正确的是()A.甲可表示胰岛细胞中胰岛素合成过程中的遗传信息的传递方向 B.乙可表示逆转录病毒在宿主细胞内繁殖时的遗传信息传递方向 C.丙可表示DNA病毒(如噬菌体)在宿主细胞内繁殖时的遗传信息传递方向 D.丁可表示RNA病毒(如烟草花叶病毒)在宿主细胞内繁殖过程中的遗传信息传递方向 答案 解析 解析 关闭甲表示DNA的复制以及经过转录、翻译合成胰岛素,但胰岛细胞高度分化,DNA不能复制,只进行转录
14、、翻译,A项错误。乙表示逆转录、DNA的复制、转录和翻译过程,逆转录病毒是RNA病毒,通过逆转录形成DNA,再将DNA整合到宿主细胞DNA上,随之进行复制、转录和翻译,B项正确。DNA病毒(如噬菌体)在宿主细胞内,可以进行DNA复制,并利用自己的DNA为模板转录、翻译形成蛋白质,C项正确。RNA病毒(如烟草花叶病毒)在宿主细胞内繁殖过程中,可以进行RNA的复制和以RNA为模板的蛋白质合成,D项正确。答案 解析 关闭A-30-必备知识梳理 关键能力突破 中心法则各生理过程确认的三大依据 1.2.3.-31-必备知识梳理 关键能力突破 考向2 分析基因对性状的控制方式 2.(2018湖南浏阳一中期
15、末)埃博拉病毒(EBV)的遗传物质是一种单链RNA,EBV感染后可能导致人体患埃博拉出血热(EBHF)。EBV与宿主细胞结合后,将核酸蛋白质复合体释放至细胞质,并启动下图途径进行增殖,进而导致人体患病。下列推断最为合理的是()A.过程所需嘌呤比例与过程所需嘧啶比例相同 B.过程中需要的氨基酸与tRNA的种类、数量相同 C.EBV增殖过程需细胞提供四种脱氧核苷酸和ATP D.直接将EBV的-RNA注入人体细胞将引起EBHF 答案 解析 解析 关闭根据碱基互补配对原则,-RNA中嘧啶比例与mRNA中嘌呤比例相同,因此过程所需嘌呤比例与过程所需嘧啶比例相同,A项正确;过程翻译形成两种不同的蛋白质,因
16、此所需的氨基酸和tRNA的种类、数量不一定相同,B项错误;EBV增殖过程需细胞提供四种核糖核苷酸、ATP等,C项错误;根据题干信息“EBV和宿主细胞结合后,需要核酸蛋白质复合体释放至细胞质中,才能进行增殖”可知,直接将单独的EBV的-RNA注入人体细胞不能引起EBHF,D项错误。答案 解析 关闭A-32-必备知识梳理 关键能力突破 基因与性状的关系整合(1)一个基因一种性状(多数性状受单基因控制)(2)一个基因多种性状(如基因间相互作用)(3)多个基因一种性状(如身高、体重等)-33-必备知识梳理 关键能力突破 图解如下-34-必备知识梳理 关键能力突破 此外生物的性状还受环境条件的影响,生物
17、性状是基因型和环境条件共同作用的结果,如水毛茛,其裸露于空气中的叶为卵形,而沉于水中的叶却为丝状。注:若涉及的物质并非蛋白质(如植物激素),则基因对其控制往往是通过“控制酶的合成来控制代谢过程进而控制生物性状”这一间接途径实现的-35-1 2 3 4 51.关于RNA的叙述,正确的是()A.75个碱基组成的tRNA,其上含有25个反密码子 B.900个碱基组成的mRNA,其上含有的密码子均决定氨基酸 C.结核杆菌的rRNA的形成与核仁密切相关 D.人体的不同细胞中,mRNA的种类不一定相同 答案 解析 解析 关闭一个tRNA上只有1个反密码子;mRNA上终止密码子不对应氨基酸;结核杆菌是原核细
18、胞,没有细胞核,没有核仁;人体的不同细胞中,不同的基因选择性表达,也有部分相同基因表达,所以mRNA的种类不一定相同。答案 解析 关闭D-36-1 2 3 4 52.如图为脉孢霉体内精氨酸的合成途径示意图。从图中不能得出()A.精氨酸的合成是由多对基因共同控制的 B.基因可通过控制酶的合成来控制代谢过程 C.若基因不表达,则基因和也不表达 D.若产生鸟氨酸依赖突变型脉孢霉,则可能是基因发生突变 答案 解析 解析 关闭基因表达合成的是酶,若基因不表达,基因和的表达可能不受影响;若产生鸟氨酸依赖突变型脉孢霉,可能原因之一是基因发生突变,不能合成酶,导致不能合成鸟氨酸。答案 解析 关闭C-37-1
19、2 3 4 53.基因在表达过程中如有异常mRNA就会被细胞分解,如图是S基因的表达过程,则下列有关叙述正确的是()A.异常mRNA的出现是基因突变的结果 B.图中所示的为转录,为翻译过程 C.图中过程使用的酶是逆转录酶 D.S基因中存在不能控制翻译成多肽链的片段 答案 解析 解析 关闭由图可以直接看出异常mRNA出现是对前体RNA剪切出现异常造成的,不是基因突变的结果;图示为对前体RNA剪切的过程,不需要逆转录酶;S基因转录形成的RNA前体需经过剪切才能指导蛋白质合成,说明S基因中存在不能控制翻译多肽的序列。答案 解析 关闭D-38-1 2 3 4 54.白化病和黑尿病都是因为酶缺陷引起的分
20、子遗传病,前者不能由酪氨酸合成黑色素,后者不能将尿黑酸转变为乙酰乙酸,排出的尿液中因含有尿黑酸,遇空气后氧化变黑。如图表示人体内与之相关的一系列生化过程,据图分析下列叙述不正确的是()A.若一个皮肤角质层细胞控制酶B合成的基因发生突变,不会导致白化病 B.若一个胚胎干细胞控制酶D合成的基因发生突变,可能会导致黑尿病 C.白化病和黑尿病说明基因是通过控制蛋白质的结构直接控制生物体性状的 D.图中代谢过程可说明一个基因可影响多个性状,一个性状也可受多个基因控制 答案 解析 解析 关闭基因突变发生在个体发育的时期越早,变异范围越大,反之越小,所以若一个皮肤角质层细胞控制酶B合成的基因发生突变,表现突
21、变的范围较小,不会导致白化病,但若一个胚胎干细胞控制酶D合成的基因发生突变,可能会导致黑尿病,A、B两项正确;白化病和黑尿病是基因通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而间接控制生物体性状的,而非直接控制,C项错误;由图中代谢过程可知缺乏酶A可影响多个性状,即一个基因可影响多个性状,同时尿黑酸的合成受多个基因控制,即一个性状也可受多个基因控制,D项正确。答案 解析 关闭C-39-1 2 3 4 55.(2018江苏高考)长链非编码RNA(lncRNA)是长度大于200个碱基,具有多种调控功能的一类RNA分子。下图表示细胞中lncRNA的产生及发挥调控功能的几种方式,请回答下列问题。-40-1 2
22、3 4 5(1)细胞核内各种RNA的合成都以 为原料,催化该反应的酶是 。(2)转录产生的RNA中,提供信息指导氨基酸分子合成多肽链的是 ,此过程中还需要的RNA有 。(3)lncRNA前体加工成熟后,有的与核内 (图示)中的DNA结合,有的能穿过 (图示)与细胞质中的蛋白质或RNA分子结合,发挥相应的调控作用。(4)研究发现,人体感染细菌时,造血干细胞核内产生的一种lncRNA,通过与相应DNA片段结合,调控造血干细胞的 ,增加血液中单核细胞、中性粒细胞等吞噬细胞的数量。该调控过程的主要生理意义是 。-41-1 2 3 4 5答案(1)四种核糖核苷酸 RNA聚合酶(2)mRNA(信使RNA)
23、tRNA和rRNA(转运RNA和核糖体RNA)(3)染色质 核孔(4)分化 增强人体的免疫抵御能力-42-1 2 3 4 5解析 本题考查基因表达与免疫的相关知识,属于对生命观念和科学思维的考查。(1)RNA的基本组成单位是四种核糖核苷酸;RNA是通过转录过程合成的,转录过程需要RNA聚合酶催化。(2)mRNA(信使RNA)直接指导多肽链的合成;多肽链的合成过程发生在核糖体(由RNA和蛋白质组成)上,该过程需要tRNA将氨基酸转运至核糖体并与其上的mRNA上相应的密码子相对应。(3)由图可以直接看出,图为染色质,lncRNA前体加工成熟后,有的与其中的DNA结合;图为核孔,lncRNA前体加工成熟后,有的通过核孔进入细胞质与其中的RNA和蛋白质结合发挥作用。(4)造血干细胞通过分化,形成血液中单核细胞、中性粒细胞等吞噬细胞;吞噬细胞属于免疫细胞,血液中单核细胞、中性粒细胞等吞噬细胞的增多,可以提高机体的免疫力。