人教版高考生物一轮总复习必修2第6单元第18课基因的表达学案

第18课　基因的表达

一、基因指导蛋白质的合成

1．RNA的结构与分类

(1)RNA与DNA的区别

(2)基本单位：核糖核苷酸。

(3)种类及功能

2．转录

(1)场所：主要是细胞核，在叶绿体、线粒体中也能发生转录过程。

(2)条件

(3)过程

(4)产物：信使RNA、核糖体RNA、转运RNA。

3．翻译

(1)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的过程。

(2)密码子

①概念：mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基称为1个密码子。

②种类：64种，其中决定氨基酸的密码子有62种，终止密码子有3种。

(3)翻译过程

(4)过程图示

二、中心法则

1．提出者：克里克。

2．补充后的内容图解

三、基因表达与性状的关系

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

2．间接控制途径(用文字和箭头表示)

基因酶的合成代谢过程

3．基因控制性状的实例(连线)

提示：①③⑤⑥—b　②④—a

4．基因与性状之间不是一一对应的关系

(1)可以是一对基因同时影响多对性状，如控制豌豆粒形的基因也决定其甜度。

(2)也可以是多对基因同时控制一种性状，如玉米叶绿素的合成与50个基因有关。

(3)生物体的性状表现还与环境条件有关。

5．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)现象：DNA甲基化、构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰会影响基因的表达。

(3)吸烟与人体健康的关系：吸烟会使人体细胞内DNA的甲基化水平升高，对染色体上的组蛋白也会产生影响。

1．基因指导蛋白质的合成

(1)rRNA能参与蛋白质的合成。 (√)

(2)转录是以DNA分子的两条链为模板完成的。 (×)

(3)转录和翻译都可在细胞核中发生。 (×)

(4)转录和翻译过程都存在T—A、A—U、G—C的碱基配对方式。 (×)

(5)细胞中有多种tRNA，一种tRNA只能转运一种氨基酸。 (√)

(6)基因B1和由其突变而来的B2在指导蛋白质合成时使用同一套遗传密码。 (√)

2．中心法则反映了遗传信息的传递规律

(1)中心法则没有体现遗传信息的表达功能。 (×)

(2)线粒体中的DNA能控制某些蛋白质的合成。 (√)

(3)线粒体和叶绿体中遗传信息的传递遵循中心法则。 (√)

(4)DNA病毒中没有RNA，其遗传信息的传递不遵循中心法则。(×)

3．基因通过不同途径调控生物体的性状

(1)豌豆粒形的形成机理体现了基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。 (×)

(2)白化病是酪氨酸酶活性降低造成的。 (×)

(3)某些性状由多个基因共同决定，有的基因可能影响多个性状。(√)

　　遗传信息的转录和翻译过程分析

当某些基因转录形成的mRNA分子难与模板链分离时，会形成RNA－DNA杂交体，这时非模板链、RNA－DNA杂交体共同构成R环结构。研究表明R环结构会影响DNA复制、转录和基因的稳定性等。下图是原核细胞DNA相关过程的示意图。请回答下列问题：

(1)1代表什么过程？2代表什么过程？

答案：1代表DNA复制；2代表转录过程。

(2)酶C是什么酶？与酶A相比，酶C除能催化核苷酸之间形成磷酸二酯键外，还具什么功能？

答案：酶C是RNA聚合酶。RNA聚合酶催化核苷酸之间形成磷酸二酯键，也能催化氢键断裂。

(3)R环中的碱基互补配对方式是什么？若R环区域中， DNA非转录模板链共20个碱基，其中含6个碱基A，则R环中含有T—A碱基对多少个？

答案：R环中的碱基互补配对方式是A—U，T—A，G—C；6个。

(4)原核生物的拟核基因表达速度往往比真核生物的核基因表达速度快很多，原因是什么？

答案：原核生物没有核膜，基因表达时转录和翻译可以同步进行，真核生物有核膜，基因表达时先完成转录，再完成翻译。

1．界定遗传信息、密码子(遗传密码)、反密码子

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)一般情况下除终止密码子外，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。

(3)密码子有64种(3种终止密码子；62种决定氨基酸的密码子，UGA作为终止密码子，也可编码硒代半胱氨酸)。

3．DNA复制、转录和翻译的比较(以真核生物为例)

4.基因表达中的相关计算

(1)DNA模板链中A＋T(或C＋G)与mRNA中A＋U(或C＋G)相等，则(A＋T)总%＝(A＋U)mRNA%。

(2)相关数量关系：基因碱基数∶mRNA碱基数∶氨基酸数＝6∶3∶1(忽略终止密码子)。

注意：①在基因片段中，有的片段起调控作用，不转录。

②转录出的mRNA有终止密码子，终止密码子不对应氨基酸，并且合成的肽链在加工过程中可能会剪掉部分氨基酸。

所以mRNA上的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的3倍多。基因或DNA上的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的6倍多。

(3)关注计算中“最多”和“最少”问题

不能忽略“最多”或“最少”等字(忽略终止密码子)：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。

考向1| 遗传信息的转录过程

1．(2020·全国卷Ⅲ)关于真核生物的遗传信息及其传递的叙述，错误的是(　　)

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分子的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

B　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分子上还含有不具有遗传效应的片段，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。

考向2| 翻译过程

2．(2019·海南卷)下列关于蛋白质合成的叙述错误的是(　　)

A．蛋白质合成通常从起始密码子开始到终止密码子结束

B．携带肽链的tRNA会先后占据核糖体的2个tRNA 结合位点

C．携带氨基酸的tRNA都与核糖体的同一个tRNA结合位点结合

D．最先进入核糖体的携带氨基酸的tRNA在肽键形成时脱掉氨基酸

C　解析：蛋白质合成中，翻译的模板是mRNA，从起始密码子开始到终止密码子结束，A正确；核糖体同时占据2个密码子位点，携带肽链的tRNA会先后占据核糖体的2个tRNA结合位点，通过反密码子与密码子进行互补配对，B正确，C错误；最先进入核糖体的携带氨基酸的tRNA在肽键形成时脱掉氨基酸，继续运输其他氨基酸，D正确。

考向3| 遗传信息、密码子和反密码子的区分

3．(2020·全国卷Ⅲ)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，存在下图所示的配对方式(Gly表示甘氨酸)。下列说法错误的是(　　)

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

C　解析：分析题图可知，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；由题图可知，tRNA分子由单链RNA经过折叠后形成三叶草形，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，从题图三种密码子均编码甘氨酸也可以看出，D正确。

考向4| 结合信息考查基因的表达过程

4．抗生素P能有效抑制细胞内蛋白质的合成，原因是其具有与tRNA结构中“结合氨基酸部位”类似的结构。在进行试管内翻译时，将足量抗生素P加到反应试管内，可能会观察到的现象是(　　)

A．试管内翻译的最终产物为不完整蛋白质

B．携带氨基酸的tRNA无法与mRNA进行碱基互补配对

C．mRNA无法与核糖体结合

D．抗生素P与游离的核糖核苷酸结合

A　解析：由题干信息可知，试管中加入抗生素P后，试管中游离的氨基酸与抗生素P结合后，就不能和tRNA结合，可能导致试管内翻译的蛋白质不完整；抗生素P不会影响携带氨基酸的tRNA与mRNA进行碱基互补配对，也不会影响核糖体与mRNA结合。综上所述，A项正确。

　　中心法则的书写和过程判断

1．利用图示分类剖析中心法则

图示中1、8为转录过程；2、5、9为翻译过程；3、10为DNA复制过程；4、6为RNA复制过程；7为逆转录过程。

2．不同类型生物遗传信息的传递

(1)能分裂的细胞生物及噬菌体等DNA病毒遗传信息的传递

(2)具有RNA复制功能的RNA病毒(如烟草花叶病毒)遗传信息的传递

(3)具有逆转录功能的RNA病毒(如艾滋病病毒)遗传信息的传递

(4)高度分化的细胞遗传信息的传递

3．中心法则各生理过程确认的三大依据

1．图甲所示为基因表达的过程，图乙为中心法则，①～⑤表示生理过程。下列叙述正确的是(　　)

甲　　　　　　　  　　　　乙

A．图甲所示过程需要多种酶参与，是染色体DNA上的基因表达过程

B．图乙所示过程均需要核苷酸为原料

C．图甲所示过程为图乙中的①②③过程

D．图乙中涉及碱基A与U之间配对的过程为②③④⑤

D　解析：图甲为边转录边翻译过程，为原核生物所特有的，原核生物无染色体，A错误；图乙中①为DNA的复制，②为转录，③为翻译，④为RNA复制，⑤为逆转录，③过程需要氨基酸为原料，B错误；图甲所示过程为图乙中的②③过程，C错误；①为DNA的复制，无碱基A与U之间的配对，D正确。

2．新型冠状病毒(SARS ­CoV­2)和埃博拉病毒(EBOV)是威胁人类健康的高致病性RNA病毒。两种病毒侵入宿主细胞后的增殖过程如下图所示。下列说法错误的是(　　)

A．两种病毒的遗传物质均为单链RNA，变异性较强

B．两种病毒均需至少复制两次才能获得子代病毒RNA

C．两种病毒首次RNA复制所需的酶均在侵入宿主细胞后合成

D．SARS­CoV­2的RNA可直接作翻译模板，EBOV的RNA需复制后才能作翻译模板

C　解析：题图中显示两种病毒的遗传物质均为单链RNA，单链结构稳定性差，因此变异性较强，A正确；由题图可以看出，两种病毒均需至少复制两次才能获得子代病毒RNA，B正确；SARS­CoV­2病毒RNA复制所需的酶是在宿主细胞内合成的，而EBOV病毒的RNA复制酶在侵入宿主细胞之前就已存在，C错误；图中显示SARS­CoV­2的RNA可直接作翻译模板，合成RNA复制酶，而EBOV的RNA需复制后才能作翻译模板，D正确。

　　基因表达与性状的关系

周期性共济失调是一种由常染色体上的基因(用A或a表示)控制的遗传病，致病基因导致细胞膜上正常钙离子通道蛋白结构异常，从而使正常钙离子通道的数量不足，造成细胞功能异常。该致病基因纯合会导致胚胎致死。患者发病的分子机理如图所示。请回答下列问题：

(1)图中①②分别表示什么生理过程？

答案：图中①过程表示转录，②过程表示翻译。

(2)结构C的形成与什么结构有关？

答案：结构C为核糖体，核仁与核糖体的形成有关。

(3)图中所揭示的基因控制性状的方式是什么？

答案：图中的基因所编码的通道蛋白属于结构蛋白，因此图中所揭示的基因控制性状的方式是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。

(4)若不发生基因突变，是否可能产生异常钙离子通道蛋白？

答案：可能，表观遗传。

1．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)

2．基因与性状的关系示意图

3．性状是基因和环境共同作用的结果

(1)生物体的性状不完全由基因决定，环境对性状也有着重要影响。如后天的营养和体育锻炼等对人的身高也有重要作用。

(2)基因与基因、基因与基因表达产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用，形成了一个错综复杂的网络，精细地调控着生物体的性状。

考向1| 基因对性状的控制

1．(多选)下图为豌豆种子圆粒性状的产生机制，请据图判断下列叙述错误的是(　　)

A．淀粉分支酶基因R是豌豆种子细胞中具有遗传效应的DNA片段

B．b过程能发生碱基互补配对的是碱基A与T，C与G

C．当R中插入一小段DNA序列后，豌豆不能合成淀粉分支酶，而使蔗糖增多，其发生的变异是基因重组

D．此图解说明基因通过控制酶的合成来控制代谢过程进而控制生物体性状

BC　解析：基因的本质是具有遗传效应的DNA片段；b过程为翻译，发生互补配对的物质是mRNA上的密码子对应的碱基与tRNA上的反密码子相对应的碱基，两种RNA上均没有碱基T；当R中插入一小段DNA序列后，导致R基因的结构发生改变，豌豆不能合成淀粉分支酶而使蔗糖增多，影响了细胞代谢，属于基因突变。

考向2| 表观遗传

2．真核生物细胞内存在着种类繁多、长度为21～23个核苷酸的小分子RNA(简称miRNA)，它们能与相关基因转录形成的mRNA互补，形成局部双链。这些miRNA抑制基因表达的机制是(　　)

A．阻断rRNA装配成核糖体  

B．妨碍双链DNA分子的解旋

C．干扰核糖体与mRNA结合  

D．影响RNA分子的远距离转运

C　解析：根据题意，miRNA与rRNA装配成核糖体无关，A错误；miRNA并没有与双链DNA分子互补，故不会妨碍双链DNA分子的解旋，B错误； miRNA是与相关基因转录出来的mRNA互补，则mRNA就无法与核糖体结合，C正确；miRNA只是阻止了mRNA发挥作用，不会影响RNA分子的远距离转运，D错误。

命题生长点1 基因表达中的有关计算

已知一个由2条肽链组成的蛋白质分子，共有肽键198个，控制翻译该蛋白质分子的mRNA中A和U共占25%，则控制转录该mRNA的DNA分子中，C与G应该共有(不考虑终止密码子)(D)

A．600个    B．700个  C．800个    D．900个

解析：根据由2条肽链组成的蛋白质分子共有肽键198个可知，该蛋白质由200个氨基酸组成，则翻译形成该蛋白质的mRNA分子中含有600个碱基，转录该mRNA的DNA分子含有1 200个碱基。mRNA中A和U共占25%，可知A＋U＝150(个)，则转录形成该mRNA的DNA模板链上T＋A＝150(个)，DNA分子中非模板链上A＋T＝150(个)，整个DNA分子中A＋T＝300(个)，则该DNA分子中C＋G＝1 200－300＝900(个)。

命题生长点2 真核细胞和原核细胞基因表达的区别

下图所示为甲、乙两类细胞内遗传信息的传递过程，下列相关叙述正确的是(A)

A．细胞甲可表示大肠杆菌细胞内遗传信息的传递过程

B．细胞甲中多个核糖体共同完成一条多肽链的翻译

C．细胞乙中①和②过程都有T－A碱基配对现象

D．细胞乙中核糖体从mRNA的3′端向5′端移动

解析：细胞甲中转录与翻译过程同时进行，是原核生物细胞，A正确；细胞甲中多个核糖体同时与一条mRNA结合，可以在短时间内大量合成相同的多条多肽链，B错误；细胞乙中①为DNA转录成RNA的过程，②为翻译过程，存在密码子与反密码子的配对，是RNA与RNA的配对，只有在转录中有T－A碱基配对现象，C错误；一条mRNA可同时结合多个核糖体，核糖体上合成的肽链越短说明翻译用时越少，细胞乙中核糖体从mRNA的5′端向3′端移动，D错误。

“三步法”解答关于基因表达中的计算题

第一步：作图。通常只需画出下图甲，但当涉及转录、逆转录、翻译时还要画出图乙。

第二步：转换。即根据第一步画出的图，把题干给出的条件转换成数学等式。

第三步：计算。即根据题干的要求，结合第二步中的数学等式，求出相应的数值。

“三步法”判断真、原核细胞的DNA复制、转录及翻译