2023年高考生物必备知识大串讲专题10 基因的表达（教师版）

专题10 基因的表达
【考点梳理.逐个击破】
1. 转录和翻译过程的比较
项目
转录
翻译
图例


概念
以 DNA 为模板合成 RNA 的过程
以 mRNA 为模板合成 蛋白质 的过程
场所
细胞核 (主要)、 线粒体 、 叶绿体
细胞质中的 核糖体 上
条件
①模板： DNA的一条链
②原料：4种游离的 脱氧核糖核苷酸
③能量： ATP ④酶： RNA聚合酶
①模板： mRNA ②原料： 氨基酸
③能量： ATP ④酶：多种酶
⑤搬运工： tRNA
碱基互补
配对方式
DNA
A
T
G
C
配对方式 3 种
mRNA
A
U
G
C
配对方式 2 种
↓
↓
↓
↓
↓
↓
↓
↓
↓
↓
mRNA
U
A
C
G
tRNA
U
A
C
G
方向
0图例中转录方向： 从右向左 0
(技巧：mRNA伸出的一端为转录起点)
0图例中翻译方向： 从左向右 0
(注： 核糖体 沿着 mRNA 移动，mRNA与核糖体结合部位有 2 个tRNA结合位点)
特点
① 边解旋边转录 ；
②转录结束DNA恢复 双螺旋 结构(DNA全保留)
一个mRNA分子上可相继结合 多 个核糖体，同时合成 多 条相同的肽链，因此，
少量mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质 (意义)
图中翻译方向 从左向右 (肽链短→长)
产物
RNA (包括 mRNA 、 tRNA 、 rRNA )
0具一定氨基酸排列顺序的 蛋白质 0
(需在 内质网和 高尔基体 中加工成蛋白质)
数量关系
DNA中碱基数:mRNA中碱基数:蛋白质中氨基酸数
＝ 6 : 3 : 1


例1：下列叙述正确的是(　　)。
A.胞嘧啶存在于RNA中而不存在于DNA中
B.核糖存在于RNA中而不存在于DNA中
C.mRNA合成于细胞核并在细胞核中传递遗传信息
D.DNA都是双螺旋结构而RNA是单链结构
【解析】胞嘧啶是组成核苷酸的基本组成成分之一,在RNA和DNA中都存在,A错误;核糖存在于RNA中,不存在于DNA中,构成DNA的五碳糖是脱氧核糖,B正确;一般情况下,mRNA在细胞核中合成,并在细胞质中发挥作用,C错误;结构上,DNA一般为双螺旋结构,RNA通常为单链结构,在RNA病毒中可能以双链结构的形式存在,D错误。故选B

2. 密码子(遗传密码)
（1）概念： mRNA 上决定一个氨基酸的 三个相邻碱基 。
（2）种类：共 64 种，其中能决定氨基酸的密码子有 61/62 种。
①起始密码子：翻译的 起始 信号，有 2 种， 能 决定氨基酸。
②终止密码子：翻译的 终止 信号，有 3 种， 不能 决定氨基酸。
（3）特点：①除 终止 密码子外，每种密码子都只能决定 1 种氨基酸。(专一性)
②一种氨基酸可对应 一种或多 种密码子(简并性，可保证生物
③生物界所有生物共用一套密码子。 遗传性状 的稳定性)。
3. tRNA
（1）作用：识别mRNA上的 密码子 ，转运特定 氨基酸 到 核糖体 中。
（2）种类：有 61/62 种，因为 终止 密码子可能有对应的反密码子(tRNA)。
（3）特点：①每种tRNA只能识别并转运 1 种特定的氨基酸。(专一性)
②一种氨基酸可对应 一种或多 种tRNA。
例2：下列相关叙述正确的是(　　)。
A.密码子有64种,每个密码子都与一个反密码子相对应
B.反密码子位于mRNA上,密码子位于tRNA上
C.除原核生物外,一个密码子最多只能对应一个氨基酸
D.每种氨基酸可以对应多种tRNA,每种tRNA也可以对应多种氨基酸
【解析】密码子有64种,3种终止密码子中有2种(UAA、UAG)不编码氨基酸,故这两种终止密码子不与反密码子相对应,A错误;反密码子位于tRNA上,密码子位于mRNA上,B错误;在真核生物中,一个密码子最多只能对应一个氨基酸,在原核生物中,GUG可对应两种氨基酸（缬氨酸和甲硫氨酸）,C正确;由于密码子的简并,绝大多数氨基酸可以对应多种tRNA,但是每种tRNA只可以对应一种氨基酸,D错误。故选C

4. 中心法则各过程比较
过程
信息流动方向
条件
场所
模板
原料
能量
酶
其他
DNA复制
DNA→DNA
DNA的两条链
脱氧核糖核苷酸
ATP
解旋酶
DNA聚合酶

细胞核(主要)、线粒体、叶绿体
转录
DNA→RNA
DNA的一条链
核糖核苷酸
ATP
RNA聚合酶

细胞核(主要)、线粒体、叶绿体
翻译
mRNA→蛋白质
mRNA
氨基酸
ATP
多种酶
tRNA核糖体
核糖体
RNA复制
RNA→RNA
RNA
核糖核苷酸
ATP
RNA复制酶

RNA病毒感染
的 宿主细胞
逆转录
RNA→DNA
RNA
脱氧核糖核苷酸
ATP
逆转录酶


例3：下图表示中心法则及其补充的内容,有关说法正确的是(　　)。


A.①②③分别表示转录、复制、翻译
B.人体的所有细胞都具有过程①②③
C.在洋葱根尖分生区细胞中只有过程①
D.过程①②③④⑤均有碱基互补配对现象
【解析】过程①②③分别表示DNA复制、转录、翻译,A错误;过程①只能发生在分裂的细胞中,B错误;洋葱根尖分生区细胞既可以完成过程①,也能完成过程②③,C错误;图中①②③④⑤中均有碱基互补配对的现象,D正确。故选D

5. 基因对性状的控制：基因控制生物体性状是通过控制 蛋白质 的合成来实现的，有两条途径：
（1）间接控制：基因通过控制 酶的合成 来控制 代谢 过程，进而控制生物体的性状。
实例：淀粉分支酶基因异常→不能转录翻译出淀粉分支酶→淀粉含量低，蔗糖含量高→皱粒豌豆
酪氨酸酶基因异常→不能转录翻译出酪氨酸酶→不能将酪氨酸转化为黑色素→白化病
（2）直接控制：基因通过控制 蛋白质的结构 直接控制生物体的性状。
实例：CFTR基因缺失3个碱基对→CFTR蛋白缺少一个氨基酸→CFTR蛋白结构异常→囊性纤维病
血红蛋白基因异常→血红蛋白结构异常→血红蛋白功能异常→镰刀型细胞贫血症
6.基因的选择性表达与细胞分化
(1)同一生物体中不同类型的细胞， 基因都是相同的 ，而 形态、结构和功能 却各不相同。
(2)在不同类型的细胞中，表达的基因可以分为两类：一类是在 所有细胞 中都表达的基因；另一类是 某类细胞中特异性表达 的基因。
(3)细胞分化的本质就是 基因的选择性 。基因的选择性表达与 基因表达的调控有关 。

例4：牵牛花的颜色主要是由花青素决定的,下图为花青素的合成与颜色变化途径示意图:






从图中不能得出的结论是(　　)。
A.花的颜色由多对基因共同控制 　
B.基因可以通过控制酶的合成来控制代谢
C.牵牛花颜色的表现受到相关酶的控制 　
D.若基因①不表达,则基因②③也不表达
【解析】由图可知,花青素的合成是由多对基因共同控制的,A正确;基因①②③分别通过控制酶1、2、3的合成来控制花青素的合成,B、C均正确;基因具有独立性,基因①不表达,基因②和基因③仍然能够表达,D错误。故选D

7.表观遗传：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。
8. 细胞质基因
（1）分布： 线粒体 和 叶绿体 中。
（2）功能：①能进行 DNA复制 复制。②通过 转录 和 翻译 控制某些蛋白质的合成。
（3）遗传特点：① 母系 遗传，子代性状与 母本 相同。受精卵中的细胞质几乎全部来自 母方 ② 不遵循 孟德尔遗传规律，杂交后代无一定的性状 分离比 。
例5：DNA甲基化是表观遗传中最常见的现象之一。在甲基转移酶的催化下,DNA的胞嘧啶被选择性地添加甲基导致DNA甲基化,进而使染色质高度螺旋化,因此失去转录活性。下列相关叙述不正确的是(　　)。
A.DNA甲基化,会导致基因碱基序列的改变
B.DNA甲基化,会导致mRNA合成受阻
C.DNA甲基化,可能会影响生物的性状
D.DNA甲基化,可能会影响细胞分化
【解析】DNA的胞嘧啶被选择性地添加甲基导致DNA甲基化,这不会导致基因碱基序列的改变,A不正确;DNA甲基化会使染色质高度螺旋化,因此失去转录活性,导致mRNA合成受阻,进而导致蛋白质合成受阻,这样可能会影响生物的性状,B、C正确;细胞分化的实质是基因的选择性表达,而DNA甲基化会导致mRNA合成受阻,即会影响基因表达,因此DNA甲基化可能会影响细胞分化,D正确。故选A

【解题技巧】
1. 不同生物的遗传信息流动过程
生物种类
遗传信息传递表达过程图
细胞生物、DNA病毒(如T2噬菌体，发生在被其感染的 宿主细胞 中)

大多数RNA病毒(如烟草花叶病毒，发生在被其感染的 宿主细胞 中)

逆转录病毒(如致癌的RNA病毒、HIV，发生在被其感染的 宿主细胞 中)


【真题重现.精选精炼】
1．（2022·重庆·高考真题）基因编辑技术可以通过在特定位置加入或减少部分基因序列，实现对基因的定点编辑。对月季色素合成酶基因进行编辑后，其表达的酶氨基酸数量减少，月季细胞内可发生改变的是（       ）
A．基因的结构与功能 B．遗传物质的类型
C．DNA复制的方式 D．遗传信息的流动方向
【答案】A
【分析】基因是DNA上有遗传效应的片段。
DNA的复制方式为半保留复制，在遗传信息传递过程中遵循中心法则。
【详解】A、根据题干信息分析，对月季色素合成酶基因进行编辑后，其表达的酶氨基酸数量减少，说明该技术可能改变了月季细胞内基因的碱基序列，使终止密码子提前出现，从而改变了基因的结构与功能，A正确；
B、月季细胞内的遗传物质的类型不变，仍然是DNA，B错误；
C、月季细胞内的DNA复制的方式不变，仍为半保留复制，C错误；
D、月季细胞内遗传信息的流动方向不变，仍为DNARNA蛋白质，D错误。
故选A。
2．（2022·重庆·高考真题）科学家建立了一个蛋白质体外合成体系（含有人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸、除去了DNA和mRNA的细胞提取液）。在盛有该合成体系的四支试管中分别加入苯丙氨酸、丝氨酸、络氨酸和半胱氨酸后，发现只有加入苯丙氨酸的试管中出现了多肽链。下列叙述错误的是（       ）
A．合成体系中多聚尿嘧啶核苷酸为翻译的模板
B．合成体系中的细胞提取液含有核糖体
C．反密码子为UUU的tRNA可携带苯丙氨酸
D．试管中出现的多肽链为多聚苯丙氨酸
【答案】C
【分析】1.转录过程以四种核糖核苷酸为原料，以DNA分子的一条链为模板，在RNA聚合酶的作用下消耗能量，合成RNA。
2.翻译过程以氨基酸为原料，以转录过程产生的mRNA为模板，在酶的作用下，消耗能量产生多肽链。多肽链经过折叠加工后形成具有特定功能的蛋白质。
【详解】A、翻译过程以氨基酸为原料，以转录过程产生的mRNA为模板，所以在人工合成体系中多聚尿嘧啶核苷酸为翻译的模板，A正确；
B、翻译需要核糖体的参与，所以人工合成体系中的细胞提取液含有核糖体，才能开始翻译过程，B正确；
C、该实验不能证明苯丙氨酸的反密码子是UUU，题目中并未描述关于密码子与反密码子的信息，C错误；
D、加入苯丙氨酸的试管中出现了多聚苯丙氨酸的肽链，因此，该实验说明在多聚尿嘧啶序列编码指导下合成了苯丙氨酸组成的肽链，D正确。
故选C。
3．（2022·湖南·高考真题）大肠杆菌核糖体蛋白与rRNA分子亲和力较强，二者组装成核糖体。当细胞中缺乏足够的rRNA分子时，核糖体蛋白可通过结合到自身mRNA分子上的核糖体结合位点而产生翻译抑制。下列叙述错误的是（　　）
A．一个核糖体蛋白的mRNA分子上可相继结合多个核糖体，同时合成多条肽链
B．细胞中有足够的rRNA分子时，核糖体蛋白通常不会结合自身mRNA分子
C．核糖体蛋白对自身mRNA翻译的抑制维持了RNA和核糖体蛋白数量上的平衡
D．编码该核糖体蛋白的基因转录完成后，mRNA才能与核糖体结合进行翻译
【答案】D
【分析】基因表达包括转录和翻译两个过程，其中转录的条件：模板（DNA的一条链）、原料（核糖核苷酸）、酶（RNA聚合酶）和能量；翻译过程的条件：模板（mRNA）、原料（氨基酸）、酶、tRNA和能量。
【详解】A、一个核糖体蛋白的mRNA分子上可相继结合多个核糖体，同时合成多条肽链，以提高翻译效率，A正确；
B、细胞中有足够的rRNA分子时，核糖体蛋白通常不会结合自身mRNA分子，与rRNA分子结合，二者组装成核糖体，B正确；
C、当细胞中缺乏足够的rRNA分子时，核糖体蛋白只能结合到自身mRNA分子上，导致蛋白质合成停止，核糖体蛋白对自身mRNA翻译的抑制维持了rRNA和核糖体蛋白数量上的平衡，C正确；
D、大肠杆菌为原核生物，没有核膜，转录形成的mRNA在转录未结束时即和核糖体结合，开始翻译过程，D错误。
故选D。

4．（2022·广东·高考真题）拟南芥HPR1蛋白定位于细胞核孔结构，功能是协助mRNA转移。与野生型相比，推测该蛋白功能缺失的突变型细胞中，有更多mRNA分布于（       ）
A．细胞核 B．细胞质 C．高尔基体 D．细胞膜
【答案】A
【分析】在细胞核中，以DNA的一条链为模板，转录得到的mRNA会从核孔出去，与细胞质的核糖体结合，继续进行翻译过程。
【详解】分析题意，野生型的拟南芥HPR1蛋白是位于核孔协助mRNA转移的，mRNA是转录的产物，翻译的模板，故可推测其转移方向是从细胞核内通过核孔到细胞核外，因此该蛋白功能缺失的突变型细胞，不能协助mRNA转移，mRNA会聚集在细胞核中，A正确。
故选A。

5．（2022·全国·高考真题）线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所。研究发现，经常运动的人肌细胞中线粒体数量通常比缺乏锻炼的人多。下列与线粒体有关的叙述，错误的是（       ）
A．有氧呼吸时细胞质基质和线粒体中都能产生ATP
B．线粒体内膜上的酶可以参与[H]和氧反应形成水的过程
C．线粒体中的丙酮酸分解成CO2和[H]的过程需要O2的直接参与
D．线粒体中的DNA能够通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成
【答案】C
【分析】有氧呼吸的第一、二、三阶段的场所依次是细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜。有氧呼吸第一阶段是葡萄糖分解成丙酮酸和[H]，合成少量ATP；第二阶段是丙酮酸和水反应生成二氧化碳和[H]，合成少量ATP；第三阶段是氧气和[H]反应生成水，合成大量ATP。
【详解】A、有氧呼吸的第一阶段场所是细胞质基质，第二、三阶段在线粒体，三个阶段均可产生ATP，故有氧呼吸时细胞质基质和线粒体都可产生ATP，A正确；
B、线粒体内膜是有氧呼吸第三阶段的场所，该阶段氧气和[H]反应生成水，该过程需要酶的催化，B正确；
C、丙酮酸分解为CO2和[H]是有氧呼吸第二阶段，场所是线粒体基质，该过程需要水的参与，不需要氧气的参与，C错误；
D、线粒体是半自主性细胞器，其中含有少量DNA，可以通过转录和翻译控制蛋白质的合成，D正确。
故选C。
6．（2021·江苏·高考真题）核酸和蛋白质都是重要的生物大分子，下列相关叙述错误的是（       ）
A．组成元素都有C、H、O、N
B．细胞内合成新的分子时都需要模板
C．在细胞质和细胞核中都有分布
D．高温变性后降温都能缓慢复性
【答案】D
【分析】1、蛋白质是生命活动的主要承担者，构成蛋白质的基本单位是氨基酸，蛋白质的结构多样，在细胞中承担的功能也多样。2、核酸是遗传信息的携带者、其基本构成单位是核苷酸，核酸根据所含五碳糖的不同分为DNA和RNA，核酸对于生物的遗传变异和蛋白质在的生物合成中具有重要作用，不同生物的核酸中的遗传信息不同。
【详解】A、核酸的组成元素为C、H、O、N、P，蛋白质的组成元素为C、H、O、N，故组成元素都有C、H、O、N，A正确；
B、核酸和蛋白质的合成都需要模板。合成DNA以DNA分子的两条链为模板，合成RNA以DNA的一条链为模板，合成蛋白质以mRNA为模板，B正确；
C、核酸和蛋白质在细胞质和细胞核中都有分布，DNA主要分布在细胞核中，RNA主要分布在细胞质中，C正确；
D、DNA经高温变性后降温能缓慢复性，蛋白质经高温变性后，降温不能复性，D错误。
故选D。
7．（2021·海南·高考真题）研究发现，人体内某种酶的主要作用是切割、分解细胞膜上的“废物蛋白”。下列有关叙述错误的是（       ）
A．该酶的空间结构由氨基酸的种类决定
B．该酶的合成需要mRNA、tRNA和rRNA参与
C．“废物蛋白”被该酶切割过程中发生肽键断裂
D．“废物蛋白”分解产生的氨基酸可被重新利用
【答案】A
【分析】酶是由活细胞产生的具有催化作用的有机物，大多数为蛋白质。
【详解】A、根据题意可知：该酶的化学本质为蛋白质，蛋白质空间结构具有多样性的原因是氨基酸的种类、数目、排列顺序和肽链的空间结构不同造成的，A错误；
B、根据题意可知：该酶的化学本质为蛋白质，合成蛋白质要经过转录和翻译过程，mRNA、tRNA和rRNA都参与了翻译过程，因此该酶的合成需要mRNA、tRNA和rRNA参与，B正确；
C、“废物蛋白”被该酶切割的过程中会发生分解，肽键断裂，C正确；
D、氨基酸是蛋白质的基本单位，因此“废物蛋白”分解产生的氨基酸可被重新利用，D正确。
故选A。
8．（2021·浙江·高考真题）某单链RNA病毒的遗传物质是正链 RNA（+RNA）。该病毒感染宿主后，合成相应物质的过程如图所示，其中①~④代表相应的过程。下列叙述正确的是（　　）


A．+RNA 复制出的子代 RNA具有mRNA 的功能
B．病毒蛋白基因以半保留复制的方式传递给子代
C．过程①②③的进行需 RNA 聚合酶的催化
D．过程④在该病毒的核糖体中进行
【答案】A
【分析】1、病毒是一类没有细胞结构的特殊生物，只有蛋白质外壳和内部的遗传物质构成，不能独立的生活和繁殖，只有寄生在其他生物的活细胞内才能生活和繁殖，一旦离开了活细胞，病毒就无法进行生命活动。
2、题图分析：图示①、②过程表示RNA的自我复制过程，需要RNA聚合酶，其中①是以+RNA为模板合成-RNA的过程，②表示以-RNA为模板合成+RNA的过程。③④表示以+RNA为模板翻译出蛋白质的过程。
【详解】A、结合图示可以看出，以+RNA 复制出的子代 RNA为模板合成了蛋白质，因此+RNA 复制出的子代 RNA具有mRNA 的功能，A正确；
B、病毒蛋白基因是RNA，为单链结构，通过两次复制过程将基因传递给子代，而不是通过半保留复制传递给子代，B错误；
C、①②过程是RNA复制，原料是4种核糖核苷酸，需要RNA聚合酶；而③过程是翻译，原料是氨基酸，不需要RNA聚合酶催化，C错误；
D、病毒不具有细胞结构，没有核糖体，过程④在宿主细胞的核糖体中进行，D错误。
故选A。
9．（2021·河北·高考真题）关于基因表达的叙述，正确的是（       ）
A．所有生物基因表达过程中用到的RNA和蛋白质均由DNA编码
B．DNA双链解开，RNA聚合酶起始转录、移动到终止密码子时停止转录
C．翻译过程中，核酸之间的相互识别保证了遗传信息传递的准确性
D．多肽链的合成过程中，tRNA读取mRNA上全部碱基序列信息
【答案】C
【分析】翻译过程以氨基酸为原料，以转录过程产生的mRNA为模板，在酶的作用下，消耗能量产生多肽链。多肽链经过折叠加工后形成具有特定功能的蛋白质。
【详解】A、RNA病毒的蛋白质由病毒的遗传物质RNA编码合成，A错误；
B、DNA双链解开，RNA聚合酶与启动子结合进行转录，移动到终止子时停止转录，B错误；
C、翻译过程中，核酸之间通过碱基互补配对相互识别保证了遗传信息传递的准确性，C正确；
D、没有相应的反密码子与mRNA上的终止密码子配对，故tRNA不能读取mRNA上全部碱基序列信息，D错误。
故选C。
【点睛】
10．（2022·全国·高考真题）某种植物的花色有白、红和紫三种，花的颜色由花瓣中色素决定，色素的合成途径是：白色红色紫色。其中酶1的合成由基因A控制，酶2的合成由基因B控制，基因A和基因B位于非同源染色体上、回答下列问题。
(1)现有紫花植株（基因型为AaBb）与红花杂合体植株杂交，子代植株表现型及其比例为______；子代中红花植株的基因型是______；子代白花植株中纯合体占的比例为______。
(2)已知白花纯合体的基因型有2种。现有1株白花纯合体植株甲，若要通过杂交实验（要求选用1种纯合体亲本与植株甲只进行1次杂交）来确定其基因型，请写出选用的亲本基因型、预期实验结果和结论。
【答案】(1)     白色：红色：紫色=2：3：3     AAbb、Aabb     1/2
(2)选用的亲本基因型为：AAbb；预期的实验结果及结论：若子代花色全为红花，则待测白花纯合体基因型为aabb；若子代花色全为紫花，则待测白花纯合体基因型为aaBB
【分析】根据题意，Aa和Bb两对基因遵循自由组合定律，A_B_表现为紫花，A_bb表现为红花，aa_ _表现为白花。
（1）紫花植株（AaBb）与红花杂合体（Aabb）杂交，子代可产生6种基因型及比例为AABb（紫花）：AaBb（紫花）：aaBb（白花）：AAbb（红花）：Aabb（红花）：aabb（白花）=1:2:1:1:2:1。故子代植株表现型及比例为白色：红色：紫色=2：3：3；子代中红花植株的基因型有2种：AAbb、Aabb；子代白花植株中纯合体(aabb)占的比例为1/2。
（2）白花纯合体的基因型有aaBB和aabb两种。要检测白花纯合体植株甲的基因型，可选用AAbb植株与之杂交，若基因型为aaBB则实验结果为：aaBB×AAbb→AaBb（全为紫花）；若基因型为aabb则实验结果为：aabb×AAbb→Aabb（全为红花）。这样就可以根据子代的表现型将白花纯合体的基因型推出。
【点睛】该题考查基因的自由组合定律的应用，通过分析题意，理解表现型与基因型之间的关系可以正确作答。