2024届人教版高中生物一轮复习基因的表达 学案 （不定项）

这是一份2024届人教版高中生物一轮复习基因的表达 学案 （不定项），共23页。

第18讲　基因的表达
[课标要求]　1.概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成，细胞分化的实质是基因选择性表达的结果，生物的性状主要通过蛋白质表现。2.概述某些基因中碱基序列不变但表型改变的表观遗传现象。

考点一　遗传信息的转录和翻译

1．RNA的结构与功能

2．遗传信息的转录
(1)概念：RNA是在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的，这一过程叫作转录。
(2)场所：主要是细胞核，在叶绿体、线粒体中也能发生转录过程。
(3)过程

[提醒]　(1)一个DNA分子上有许多个基因，其中某个基因进行转录时，其他基因可能转录也可能不转录，它们之间互不影响。
(2)真核生物的DNA转录形成的mRNA需要在细胞核加工处理成为成熟的mRNA后才能作为翻译的模板。
3．遗传信息的翻译
(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)场所或装配机器：核糖体。
(3)过程

(4)产物：多肽蛋白质。
4．遗传信息、密码子、反密码子及与氨基酸的关系
(1)遗传信息、密码子与反密码子之间的联系

(2)密码子、tRNA和氨基酸之间的对应关系
①密码子有64种，其中AUG既可以编码甲硫氨酸，又是起始密码子；GUG在原核生物中，可以作为起始密码子，此时它编码甲硫氨酸；在其他情况下，它编码缬氨酸；UGA在正常情况下是终止密码子，在特殊情况下可以编码硒代半胱氨酸。
②一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每种氨基酸对应一种或几种密码子(密码子的简并性)，可由一种或几种tRNA转运。
5．中心法则
(1)提出者：克里克。
(2)补充后的内容图解

①DNA的复制；②转录；③翻译；④RNA的复制；⑤RNA逆转录。
(3)不同生物遗传信息的传递过程
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

(4)生命是物质、能量和信息的统一体
①DNA、RNA是信息的载体。
②蛋白质是信息的表达产物。
③ATP为信息的流动提供能量。
【易错辨析】
(1)与DNA相比，RNA特有的物质是核糖和尿嘧啶。(√)
(2)tRNA的反密码子携带了氨基酸序列的遗传信息。(×)
(3)转录和翻译都是以mRNA为模板合成生物大分子的过程。(×)
(4)DNA病毒中没有RNA，其遗传信息的传递不遵循中心法则。(×)
(5)一个DNA只能控制合成一种蛋白质。(×)
【长句应答】
1．“在DNA和蛋白质之间，还有一种中间物质充当信使。后来发现细胞中的确有这样的物质，它就是RNA。”为什么RNA适于作DNA的信使呢？
提示：①RNA的基本组成单位是核糖核苷酸，含有4种碱基，可以储存遗传信息。
②RNA一般是单链，比DNA短，能通过核孔，从细胞核进入细胞质。
③组成RNA的碱基也严格遵循碱基互补配对原则。
2．起始密码子AUG决定甲硫氨酸，为什么蛋白质的第一个氨基酸往往不是甲硫氨酸？翻译过程中，核糖体是如何使肽链延伸的？从核糖体上脱落下来的是有特定功能的成熟蛋白质吗？
提示：翻译生成的多肽链往往需进行加工修饰，甲硫氨酸在此过程中往往会被剪切掉。翻译过程中，核糖体在mRNA上移动并依次读取密码子进行肽链的合成，直到读取到mRNA上的终止密码子，合成才能终止。刚从核糖体上脱落下来的只能称之为多肽，其通常经过一定的加工修饰才能成为具有特定功能的成熟蛋白质。
3．根据mRNA中碱基的排列顺序能否准确写出氨基酸的序列？若已知氨基酸的序列，能否确定mRNA中的碱基排列顺序？
提示：前者可以，后者不能确定。因为一种密码子只对应一种氨基酸(在一般情况下，终止密码子没有对应的氨基酸)，但一种氨基酸可以有多种密码子。

DNA复制、转录和翻译的区别
项目
复制
转录
翻译
作用
传递遗传信息
表达遗传信息
时间
细胞分裂前的间期
个体生长发育的整个过程
场所
主要在细胞核
主要在细胞核
细胞质的核糖体
模板
DNA的两条单链
DNA的一条链
mRNA
原料
4种脱氧核苷酸
4种核糖核苷酸
21种氨基酸
能量
都需要
酶
解旋酶、DNA聚合酶
RNA聚合酶
多种酶
产物
2个双链DNA分子
一个单链RNA分子
多肽链(或蛋白质)
产物
去向
传递到2个细胞或子代
通过核孔进入细胞质
组成细胞结构蛋白或功能蛋白
特点
边解旋边复制，半保留复制
边解旋边转录，转录后DNA恢复原状
翻译结束后，mRNA被降解成单体
碱基
配对
A—T、T—A、
C—G、G—C
A—U、T—A、
C—G、G—C
A—U、U—A、
C—G、G—C

考向一　遗传信息、密码子、反密码子的分析
1．(2020·全国Ⅲ卷)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，存在如图所示的配对方式(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
解析：选C　根据图像可知，反密码子CCI可与mRNA中的GGU、GGC、GGA互补配对，说明一种反密码子可以识别不同的密码子，A正确；密码子与反密码子的碱基互补配对，碱基之间通过氢键结合，B正确；tRNA分子和mRNA分子都是单链结构，C错误；由于某些氨基酸可对应多种密码子，故mRNA中的碱基改变不一定造成所编码氨基酸的改变，D正确。
2．生物体中编码tRNA的DNA某些碱基改变后，可以产生被称为校正tRNA的分子。某种突变产生了一种携带甘氨酸但是识别精氨酸遗传密码的tRNA。tRNA上识别遗传密码的三个碱基称为反密码子。下列叙述错误的是(　　)
A．tRNA分子上的反密码子并不决定其携带的氨基酸种类
B．新合成的多肽链中，原来精氨酸的位置可被替换为甘氨酸
C．此种突变改变了编码蛋白质氨基酸序列的遗传密码序列
D．校正tRNA分子的存在可以弥补某些突变引发的遗传缺陷
解析：选C　根据题干信息可知，此种突变发生在编码tRNA的DNA序列上，且产生了校正tRNA分子，并没有改变编码蛋白质氨基酸序列的遗传密码序列，C错误。
考向二　转录、翻译的过程分析
3．(2021·河北卷)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
解析：选C　RNA病毒的蛋白质由病毒的遗传物质RNA编码合成，A错误；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；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；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。
4．(2020·全国Ⅱ卷)大豆蛋白在人体内经消化道中酶的作用后，可形成小肽(短的肽链)。回答下列问题：
(1)在大豆细胞中，以mRNA为模板合成蛋白质时，除mRNA外还需要其他种类的核酸分子参与，它们是________、________。
(2)大豆细胞中大多数mRNA和RNA聚合酶从合成部位到执行功能部位需要经过核孔。就细胞核和细胞质这两个部位来说，作为mRNA合成部位的是________，作为mRNA执行功能部位的是______；作为RNA聚合酶合成部位的是_______，作为RNA聚合酶执行功能部位的是________。
(3)部分氨基酸的密码子如表所示。若来自大豆的某小肽对应的编码序列为UACGAACAUUGG，则该小肽的氨基酸序列是____________________。若该小肽对应的DNA序列有3处碱基发生了替换，但小肽的氨基酸序列不变，则此时编码小肽的RNA序列为____________。

氨基酸
密码子
色氨酸
UGG
谷氨酸
GAA　GAG
酪氨酸
UAC　UAU
组氨酸
CAU　CAC
解析　(1)翻译过程中除了需要mRNA外，还需要核酸分子组成核糖体的rRNA和运输氨基酸的tRNA。(2)就细胞核和细胞质这两个部位来说，mRNA是在细胞核内以DNA的一条链为模板合成的，合成后需进入细胞质翻译出相应的蛋白质。RNA聚合酶的化学本质是蛋白质，在细胞质中合成后，进入细胞核用于合成RNA。(3)根据该小肽的编码序列和对应的部分密码子表可知，该小肽的氨基酸序列是：酪氨酸—谷氨酸—组氨酸—色氨酸。由于谷氨酸、酪氨酸、组氨酸对应的密码子各有两种，故可知对应的DNA序列有3处碱基发生替换后，氨基酸序列不变，则形成的编码序列为UAUGAGCACUGG。
答案　(1)rRNA　tRNA
(2)细胞核　细胞质　细胞质　细胞核
(3)酪氨酸—谷氨酸—组氨酸—色氨酸
UAUGAGCACUGG
考向三　遗传信息传递过程分析
5．下图为遗传信息传递和表达的途径，下表为几种抗生素的作用原理。结合图表分析，下列说法正确的是(　　)

抗菌药物
抗菌机理
青霉素
抑制细菌细胞壁的合成
环丙沙星
抑制细菌DNA解旋酶的活性
(可促进DNA螺旋化)
红霉素
能与核糖体结合
利福平
抑制RNA聚合酶的活性
A.环丙沙星和红霉素都能抑制②③过程
B．青霉素和利福平均不能抑制细菌的①过程
C．结核杆菌的④⑤过程都发生在细胞质中
D．①～⑤过程可发生在人体的健康细胞中
解析：选B　DNA复制过程需要解旋酶，所以环丙沙星可以抑制①过程，红霉素与核糖体结合，干扰mRNA与核糖体结合，只抑制③过程，A项错误；据表可知，青霉素抑制的应该是合成细胞壁的酶的活性，不能抑制①过程，只有转录过程需要RNA聚合酶，所以利福平只可抑制②过程，不能抑制①过程，B项正确；细菌细胞中不发生④⑤过程，④⑤过程只发生在RNA病毒的遗传信息传递过程中，C项错误；人体健康的细胞中只发生①②③过程，D项错误。
6．如图为模拟中心法则信息传递过程的实验研究装置，据图回答：

(1)若图示为模拟某种病毒的信息流动过程，装置加入的模板A为单链，其部分碱基序列为—GAACACGUC—，加入的原料B为脱氧核苷酸，则该过程所需的酶B为________，模拟的过程为________。
(2)若图示为模拟人体淋巴细胞的信息流动过程，装置加入的模板A为双链，其部分碱基序列为—GAACATGTT—，加入的原料B为__________，则该过程所需的酶B为RNA聚合酶，模拟的过程为__________，该生理过程主要发生在该细胞的__________中。
解析　(1)模板的部分碱基序列“—GAACACGUC—”中含有U且为单链可知，该病毒为RNA病毒，且以脱氧核苷酸为原料合成DNA，所以可确定该过程需要逆转录酶的参与，模拟的过程为逆转录过程。(2)由“模板A为双链”和“碱基序列为—GAACATGTT—”中含T等信息可知，模板A为双链DNA分子，在RNA聚合酶的催化作用下可以合成RNA，利用的原料为核糖核苷酸，模拟的过程为转录，主要发生在该细胞的细胞核中。
答案　(1)逆转录酶　逆转录
(2)核糖核苷酸　转录　细胞核
考点二　基因表达与性状的关系

1．基因表达产物与性状的关系
(1)直接控制途径(用文字和箭头表示)
①方式：基因蛋白质的结构生物体的性状
②实例：镰状细胞贫血、囊性纤维化等

(2)间接控制途径(用文字和箭头表示)
①方式：基因酶的合成代谢过程生物体的性状
②实例：

2．基因的选择性表达与细胞分化
(1)基因类型
(2)细胞分化的本质：基因的选择性表达。
(3)细胞分化的结果：由于基因的选择性表达，导致来自同一个体的体细胞中mRNA和蛋白质不完全相同，从而导致细胞具有不同的形态和功能。
3．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。
(2)特点
①可遗传：基因表达和表型可以遗传给后代。
②不变性：基因的碱基序列保持不变。
③可逆性：DNA的甲基化修饰可以发生可逆性变化，即被修饰的DNA可能发生去甲基化。
(3)机制：①DNA的甲基化；②构成染色体的组蛋白的甲基化和乙酰化等修饰。
(4)实例：a.柳穿鱼花形的遗传；b.某种小鼠毛色的遗传；c.蜂王和工蜂。
4．基因与性状的对应关系

另外，生物体的性状还受环境条件的影响。
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，这种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。
【易错辨析】
(1)线粒体中遗传信息的传递也遵循中心法则。(√)
(2)DNA病毒中没有RNA，其遗传信息的传递不遵循中心法则。(×)
(3)模板相同，其产物可能不同；产物相同，其模板一定相同。(×)
(4)表观遗传现象由于基因的碱基序列没有改变，因此生物体的性状也不会发生改变。(×)
(5)吸烟会导致精子中DNA的甲基化水平升高，从而影响基因的表达。(√)
(6)同一蜂群中的蜂王和工蜂在形态、结构、生理和行为等方面的不同与表观遗传有关。(√)
(7)人类白化病症状是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状来实现的。(×)
【长句应答】
1．下图为人体内基因对性状的控制过程：

(1)①②③说明什么？
提示：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。
(2)①②④⑤说明什么？
提示：基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
2．3种细胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰岛素基因，但只检测到其中一种基因的mRNA，这一事实说明了什么？
提示：这一事实说明，细胞中并不是所有的基因都表达，基因的表达存在选择性。
3．你如何评价基因决定生物体的性状这一观点？
提示：要客观全面地评价基因决定论的观点，认识到性状的形成往往是内因(基因)与外因(环境因素等)相互作用的结果。

1．理解细胞分化的本质

注：图中A、B、C、D、E代表基因，灰色的代表表达的基因，即处于活动状态；白色的代表不表达的基因，即处于关闭状态
(1)分化前和分化后形成的各种细胞中DNA(基因)不变。
(2)表达的基因有两类：所有细胞中都表达的基因(如ATP合成酶基因、核糖体蛋白基因)；只在某类细胞中特异性表达的基因(如胰岛素基因、血红蛋白基因)。
(3)分化形成的各种细胞中mRNA和蛋白质不完全相同。
2．表观遗传的分子机制
(1)DNA的甲基化
基因中的碱基序列没有变化，但部分碱基发生了甲基化修饰，抑制了基因的表达，进而影响表型。
(2)构成染色体的组蛋白的甲基化、乙酰化修饰
真核生物细胞核中的DNA与一些蛋白质结合在一起，带负电荷的DNA“缠绕”在带正电荷的蛋白质(如组蛋白)上，使细长的DNA卷成紧密的结构。组蛋白的正电荷一旦减少，其与DNA的结合就会减弱，这部分的DNA就会“松开”，激活相关基因的转录。
(3)RNA干扰
RNA干扰是正常生物体内抑制特定基因表达的一种现象。当细胞中导入与内源性mRNA编码区同源的双链RNA时，该mRNA发生降解而导致基因表达沉默的现象。这种现象发生在转录后水平，又称为转录后基因沉默，是表观遗传的重要机制之一。
3．表型模拟
生物的表型＝基因型＋环境，由于受环境影响，导致表型与基因型不符合的现象。如果蝇长翅(V)和残翅(v)的遗传受温度的影响。其表型、基因型与环境的关系如下表：
温度
表型
基因型
25 ℃(正常温度)
35 ℃
VV、Vv
长翅
残翅
vv
残翅

考向一　基因表达产物与性状的关系分析
1．如图表示人体内苯丙氨酸的代谢途径，尿黑酸在人体内积累会使人的尿液中含有尿黑酸，这种尿液暴露于氧气中会变成黑色，这种症状称为尿黑酸症。下列说法错误的是(　　)

A．酶⑤的缺乏会导致患白化病，酶②的缺乏会导致患尿黑酸症
B．由图可推知同种底物经不同种酶的催化得到的产物不同
C．若图中的酶均由不同的基因表达产生，则可推知基因和性状之间并不都是简单的一一对应关系
D．若图中的酶均由不同的基因表达产生，则说明基因可通过控制酶的合成间接控制生物体的性状
解析：选A　由题图可知，酶⑤缺乏，不能合成黑色素，患白化病，若酶③缺乏，尿黑酸不能转化成乙酰乙酸，患尿黑酸症，A错误；由题图可知，苯丙氨酸、酪氨酸在不同酶的催化下，形成的产物不同，B正确；该图体现了基因可通过控制酶的合成控制细胞代谢，进而间接控制生物体的性状，D正确。
2．(2023·青岛模拟)如图为人体内基因对性状的控制过程，下列叙述不正确的是(　　)

A．镰状细胞贫血致病的直接原因是血红蛋白异常
B．引起白化病的原因是图中的酪氨酸酶缺少
C．图中①②过程发生的场所分别是细胞核、细胞质中的核糖体
D．该图反映了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
解析：选D　镰状细胞贫血致病的直接原因是血红蛋白分子结构的改变，A正确；由图可知，引起白化病的主要原因是题图中的酪氨酸酶缺少，导致酪氨酸不能形成黑色素，B正确；图中①②过程分别表示转录和翻译，发生的场所分别是细胞核、细胞质中的核糖体，C正确；据图分析可知，基因对性状的控制有两种类型：一是基因通过控制蛋白质的结构来控制性状，二是通过控制酶的合成控制代谢过程，进而控制生物体的性状，D错误。
考向二　基因的选择性表达
3．(2021·山东卷)体外实验研究发现，γ­氨基丁酸持续作用于胰岛A细胞，可诱导其转化为胰岛B细胞。下列说法错误的是(　　)
A．胰岛A细胞转化为胰岛B细胞是基因选择性表达的结果
B．胰岛A细胞合成胰高血糖素的能力随转化的进行而逐渐增强
C．胰岛B细胞也具有转化为胰岛A细胞的潜能
D．胰岛B细胞分泌的胰岛素经靶细胞接受并起作用后就被灭活
解析：选B　γ­氨基丁酸持续作用于胰岛A细胞，可诱导其转化为胰岛B细胞，其实是关闭了胰高血糖素基因，打开了胰岛素基因，因此胰岛A细胞转化为胰岛B细胞是基因选择性表达的结果；胰岛A细胞合成胰高血糖素的能力随转化的进行而逐渐减弱；胰岛B细胞和胰岛A细胞的细胞核中具有相同的基因，因此胰岛B细胞也具有转化为胰岛A细胞的潜能；激素被靶细胞接受并起作用后被灭活。
4．(2021·湖南卷改编)细胞内不同基因的表达效率存在差异，如图所示。下列相关叙述不正确的是(　　)

A．细胞能在转录和翻译水平上调控基因表达，图中基因A的表达效率高于基因B
B．真核生物核基因表达的①和②过程分别发生在细胞核和细胞质中
C．人的mRNA、rRNA和tRNA都是以DNA为模板进行转录的产物
D．②过程中，rRNA中含有与mRNA上密码子互补配对的反密码子
解析：选D　由题图可知，基因A表达过程中产生的mRNA和蛋白质都多于基因B表达过程产生的mRNA和蛋白质，因此基因A的表达效率高于基因B的表达效率；真核生物的细胞核具有核膜，将核基因的转录和翻译过程分开，转录发生在细胞核，翻译发生在细胞质的核糖体上；人的mRNA、rRNA和tRNA都属于RNA，都是以DNA为模板转录形成的；②为翻译，该过程中tRNA中含有与mRNA上密码子互补配对的反密码子。
考向三　表观遗传
5．下列关于表观遗传的说法，不正确的是(　　)
A．表观遗传的分子生物学基础是DNA的甲基化等
B．表观遗传现象中，生物表型发生变化是由于基因的碱基序列改变
C．表观遗传现象与外界环境关系密切
D．DNA甲基化的修饰可以遗传给后代，使后代出现同样的表型
解析：选B　表观遗传是指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。这一现象出现的原因是DNA的甲基化，染色体上的组蛋白发生甲基化、乙酰化等，A正确，B错误；外界环境会引起细胞中DNA甲基化水平变化，从而引起表观遗传现象的出现，C正确；DNA甲基化的修饰可以通过配子传递给后代，使后代出现同样的表型，D正确。
6．(2023·烟台模拟)在一个蜂群中，少数幼虫一直取食蜂王浆才能发育成蜂王，大多数幼虫以一般的蜂蜜为食而发育成工蜂。DNMT3蛋白是DNMT3基因表达的一种DNA甲基化转移酶，能使DNA某些区域添加甲基基团，如图1所示，图2是被甲基化的DNA片段。敲除DNMT3基因后，蜜蜂幼虫不取食蜂王浆也可直接发育成蜂王。下列分析错误的是(　　)


A．蜂王浆的作用可能是抑制DNMT3基因的表达
B．胞嘧啶甲基化可能会干扰RNA聚合酶与DNA结合，从而影响DNA复制
C．DNA甲基化后不会改变遗传信息，但可能会改变生物性状
D．敲除DNMT3基因与取食蜂王浆对幼虫发育有相同的作用
解析：选B　取食蜂王浆的幼虫和不含DNMT3基因的幼虫都会发育成蜂王，因此可推测蜂王浆可能会抑制DNMT3基因的表达，A正确；胞嘧啶甲基化影响了DNA分子的结构，可能会干扰DNA聚合酶的作用，从而影响DNA复制，B错误；DNA甲基化后并没有改变碱基的序列，但可能会影响基因的表达过程，因此可能会改变生物的性状，C正确；题干中敲除DNMT3基因与取食蜂王浆都能使幼虫发育成蜂王，推知它们对幼虫的发育具有相同的作用，D正确。

基因的结构

真核生物基因包括编码区和非编码区，而编码区又分为外显子和内含子，真正编码蛋白质的是编码区的外显子，非编码区和内含子只是起了调控表达的作用；在编码区上游，存在一个与RNA聚合酶结合的位点，RNA聚合酶与之结合之后才能开始转录，称为启动子；同样，在编码区下游，存在一个与RNA聚合酶结合的位点，RNA聚合酶与之结合之后终止转录，称为终止子。如下图所示：


[典例]　(2022·青岛模考)科学家研究发现，TATA box是多数真核生物基因的一段DNA序列，位于基因转录起始点上游，其碱基序列为TATAATAAT，RNA聚合酶与TATA box牢固结合之后才能开始转录。下列相关叙述不正确的是(　　)
A．TATA box被彻底水解后共得到4种小分子
B．mRNA逆转录可获得含TATA box的DNA片段
C．RNA聚合酶与TATA box结合后才催化核苷酸链的形成
D．该研究为人们主动“关闭”某个异常基因提供了思路
[思维建模]
题干
信息
信息1
TATA box的碱基序列为TATAATAAT
信息2
RNA聚合酶与TATA box牢固结合之后才能开始转录
素养
指引
生命观念
DNA的结构；基因的转录过程
思维误区
误区：易忽略对“TATA box的碱基序列为TATAATAAT”的理解，水解能只得到2种碱基
解析：选B　TATA box被彻底水解后得到脱氧核糖、磷酸、A、T共4种小分子，A项正确；
TATA box属于基因启动子的一部分，mRNA逆转录获得的DNA片段不含TATA box，B项错误；RNA聚合酶与TATA box结合后催化氢键的解开，形成单链开始转录形成核糖核苷酸链，C项正确；某基因的TATA box经诱变缺失后，RNA聚合酶没有了结合位点，不能启动基因转录，D项正确。

1．(2022·泰州期中)科学家在人体活细胞内发现了一种新的DNA结构——i­Motif(如下图)的“DNA扭结”，在i­Motif结构中相同DNA链上的胞嘧啶相互结合，该结构大多是在细胞周期的晚G1期(此时DNA正被积极地“读取”)形成，主要出现在一些启动子区域和染色体端粒中。下列有关说法错误的是(　　)

A．i­Motif是由单链构成的局部4链，其中部分胞嘧啶通过氢键相连
B．DNA被“读取”指复制，是以DNA的2条链为模板合成DNA的过程
C．i­Motif的形成可能会影响基因的开关，从而影响基因被积极“读取”
D．对i­Motif的研究将有助于人们理解DNA结构变化与人体衰老的关系
解析：选B　分析题图可知：在i­Motif结构中相同DNA链上的胞嘧啶相互结合，是由单链构成的局部四链；在细胞周期的晚G1期，此时DNA正被积极地“读取”，即解开螺旋，为DNA复制做准备。由图可知，i­Motif是由单链构成的局部四链，其中部分胞嘧啶通过氢键相连，A项正确；DNA被“读取”是指解开螺旋，而非复制，DNA复制发生在S期，B项错误；“DNA扭结”可能会影响基因的开关，从而影响基因被积极“读取”，C项正确；i­Motif主要出现在一些启动子区域和染色体端粒中，所以对i­Motif的研究将有助于人们理解DNA结构变化与人体衰老的关系，D项正确。
2．操纵子是原核细胞基因表达调控的一种组织形式，它由调节基因(I)、启动子(P)、操纵基因(O，不编码蛋白质)、结构基因(编码蛋白的多个基因)等部分组成。下图表示大肠杆菌细胞中乳糖代谢所需酶(结构基因lacZ、lacY、lacA编码)的合成及调控过程。图1表示环境中没有乳糖时，结构基因的表达被“关闭”的调节机制；图2表示环境中有乳糖时，结构基因的表达被“打开”的调节机制。请回答下列问题。


(1)过程①发生的场所是____________，过程②需要用到的转运工具是______________。
(2)由图1可知，当培养基中仅有葡萄糖而没有乳糖时，调节基因的表达产物______会与操纵基因结合，阻碍__________与启动子结合，从而抑制结构基因的表达。该调节机制既保证了大肠杆菌能量的供应，又可以避免__________________。
(3)从图2可知，如果乳糖与阻遏蛋白结合，使其__________改变而失去功能，则结构基因表达，合成的酶催化乳糖分解。乳糖被分解后又可导致结构基因____________(填“表达”或“不表达”)，该调节机制为____________调节。
(4)图1和图2所示调节过程反映了基因与基因之间、____________之间、________之间存在着复杂的相互作用，共同精细地调控生物体的生命活动。
解析　(1)原核生物没有成形的细胞核，只有拟核，故转录过程发生在拟核区域；过程②中需要tRNA来运输氨基酸。(2)RNA聚合酶的结合位点是启动子，作用是催化转录过程。由题图可知，当大肠杆菌培养基中仅有葡萄糖而没有乳糖存在时，调节基因的表达产物——阻遏蛋白会与操纵基因结合，阻碍RNA聚合酶与启动子结合，在转录水平上抑制结构基因的表达。该调节机制既保证了大肠杆菌能量的供应，又可以避免物质和能量的浪费。(3)图2中，如果乳糖与阻遏蛋白结合，使其空间结构改变而失去功能，则结构基因表达，合成的酶催化乳糖分解。乳糖被分解后又可导致结构基因不表达，该调节机制为反馈调节。(4)阻遏蛋白属于基因的表达产物，故图1和图2所示调节过程反映了基因与基因之间、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，共同精细地调控生物体的生命活动。
答案　(1)拟核　tRNA　(2)阻遏蛋白　RNA聚合酶　物质和能量的浪费
(3)空间结构　不表达　反馈　(4)基因与基因表达产物　基因与环境

1．经典重组　判断正误
(1)细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生(2017·全国Ⅲ卷，1C)(×)
(2)每种氨基酸都至少有两种相应的密码子(2017·海南卷，25A)(×)
(3)转录和逆转录所需要的反应物都是核糖核苷酸(2018·海南卷，13C)(×)
(4)一个tRNA分子中只有一个反密码子(2015·全国Ⅰ卷，1B)(√)
(5)mRNA从细胞核到细胞质的过程不属于胞吐作用(2015·全国Ⅱ卷，3B)(√)
2．(2021·海南卷)终止密码子为UGA、UAA和UAG。图中①为大肠杆菌的一段mRNA序列，②～④为该mRNA序列发生碱基缺失的不同情况(“－”表示一个碱基缺失)。下列有关叙述正确的是(　　)

A．①编码的氨基酸序列长度为7个氨基酸
B．②和③编码的氨基酸序列长度不同
C．②～④中，④编码的氨基酸排列顺序与①最接近
D．密码子有简并性，一个密码子可编码多种氨基酸
解析：选C　终止密码子不编码氨基酸，因此①编码的氨基酸序列长度为6个氨基酸，A项错误；根据图中mRNA的序列可知，②和③编码的氨基酸序列长度相同，均为6个氨基酸，B项错误；②中缺失一个碱基，③中缺失2个碱基，与①相比，②③编码的氨基酸排列顺序可能从起始密码子之后就开始改变了，④中在起始密码子之后缺失3个连续的碱基，④编码的氨基酸排列顺序与①相比，少了一个氨基酸，与①最接近，C项正确；密码子具有简并性指的是一种氨基酸可以对应多个密码子，但一个密码子最多只能编码一种氨基酸，D项错误。
3．(不定项)(2022·湖南卷)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
解析：选D　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；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；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；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。
4．(不定项)(2021·河北卷)许多抗肿瘤药物通过干扰DNA合成及功能抑制肿瘤细胞增殖。如表为三种抗肿瘤药物的主要作用机理。下列叙述正确的是(　　)
药物名称
作用机理
羟基脲
阻止脱氧核糖核苷酸的合成
放线菌素D
抑制DNA的模板功能
阿糖胞苷
抑制DNA聚合酶活性
A.羟基脲处理后，肿瘤细胞中DNA复制和转录过程都出现原料匮乏
B．放线菌素D处理后，肿瘤细胞中DNA复制和转录过程都受到抑制
C．阿糖胞苷处理后，肿瘤细胞DNA复制过程中子链无法正常延伸
D．将三种药物精准导入肿瘤细胞的技术可减弱它们对正常细胞的不利影响
解析：选BCD　本题主要考查的是遗传信息的传递和表达。脱氧核糖核苷酸是合成DNA的原料，核糖核苷酸是合成RNA的原料，根据表格信息“羟基脲能够阻止脱氧核糖核苷酸的合成”，可以判断用其处理后，肿瘤细胞中只有DNA复制过程出现原料匮乏，A错误；DNA复制和转录过程均需要模板，故用放线菌素D处理后，肿瘤细胞中DNA复制和转录过程都会受到抑制，B正确；DNA聚合酶的作用是催化DNA的复制，故用阿糖胞苷处理后，肿瘤细胞DNA复制过程中子链无法正常延伸，C正确；正常细胞中DNA复制和转录的过程与肿瘤细胞的相同，如果正常细胞接触到三种药物，也会对正常细胞起作用，故将三种药物精准导入肿瘤细胞的技术可减弱它们对正常细胞的不利影响，D正确。
5．(2020·全国Ⅲ卷)下列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
解析：选B　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。