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新高考生物一轮复习课件 第六单元 第3课 基因的表达（含解析）
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这是一份新高考生物一轮复习课件 第六单元 第3课 基因的表达（含解析），共60页。PPT课件主要包含了核心概念·自查，DNA的一条链，碱基互补配对，细胞核，核糖体，DNA的复制，RNA的复制，逆转录，RNA中含有核，一种密码子只等内容，欢迎下载使用。
【概念导图】一图知全局
【概念梳理】闭书测基础一、遗传信息的转录和翻译1.RNA的结构与功能:
2.转录:(1)概念:以____________为模板,按_____________原则合成RNA的过程。(2)场所:主要是_______,在叶绿体、线粒体中也能发生转录过程。
(4)过程。 (5)产物:____________________________。
信使RNA、核糖体RNA、转运RNA
3.翻译:(1)场所或装配机器:_______。
(3)过程: (4)产物:多肽 蛋白质。
二、中心法则及基因与性状的关系1.中心法则:(1)提出者:克里克。(2)补充后的内容图解: ①__________;②_____;③_____;④__________;⑤_______。
(3)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):_________________________________________
③具有逆转录功能的RNA病毒(如艾滋病病毒):______________________________________________ ④高度分化的细胞:______________________________________________
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):(2)间接控制途径(用文字和箭头表示):
3.基因与性状的关系:(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)。(4)生物的性状是基因和环境共同作用的结果。基因型相同,表现型可能不同,基因型不同,表现型也可能相同。
【概念辨析】全面清障碍1.判断下列有关RNA叙述的正误:(1)一个tRNA分子中只有三个碱基,可以携带多种氨基酸。( )分析:tRNA是由多个核苷酸组成的链状结构,经折叠,看上去像三叶草的叶形,不是只有三个碱基,其一端是携带氨基酸的部位,另一端含有三个碱基可以与密码子互补配对,所以一个tRNA只能携带一种氨基酸。(2)tRNA分子中的部分碱基两两配对形成氢键。( )(3)有些RNA可通过降低化学反应的活化能来提高反应速率。( )
(4)mRNA上所含有的密码子均能在tRNA上找到相对应的反密码子。( )分析:mRNA上所含有的密码子中有三种为终止密码子,它们没有所对应的氨基酸,因此在tRNA上无法找到相对应的反密码子。
2.判断下列有关转录和翻译的相关叙述的正误:(1)转录和翻译都是以DNA的一条链为模板合成生物大分子的过程。( )分析:转录是以DNA的一条链为模板合成RNA,而翻译则是以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。(2)转录和翻译过程都存在A—U、G—C的碱基配对方式。( )(3)转录和逆转录所需要的反应物都是核糖核苷酸。( )分析:逆转录是指以RNA为模板来合成DNA的过程,所以所需要的反应物应该是脱氧核糖核苷酸。(4)细胞中的mRNA在核糖体上移动,指导蛋白质的合成。( )分析:在通过翻译合成蛋白质的过程中,是核糖体沿着mRNA移动。
【概念活用】 教材命题源1.教材必修2 P63图4-2改编:RNA和DNA在化学组成上的区别在于:_____________________________________________________2.教材必修2 P65表4-1改编:密码子与氨基酸之间的对应关系是_______________________________________________________________________。
糖和尿嘧啶,DNA中含有脱氧核糖和胸腺嘧啶。
能决定一种氨基酸,但一种氨基酸可能由一种或多种密码子来决定
3.教材必修2 P66图4-6改编: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,合成才能终止。刚从核糖体上脱落下来的只能称之为多肽,其必须经过一定的加工才能成为具有特定功能的成熟蛋白质。
4.教材必修2 P67图改编:真核生物翻译时少量的mRNA可迅速合成大量的蛋白质的原因是_________________________________________。
一个mRNA分子可结合多个核糖体同时进行翻译
5.教材原文必修2 P69:“1965年,科学家在某种RNA病毒里发现了一种RNA复制酶 。”“1970年,科学家在致癌的RNA病毒中发现逆转录酶。”改编(1):RNA复制和逆转录是哪类生物特有的遗传信息的传递过程 ?提示:RNA病毒。改编(2):病毒体内的蛋白质只作为结构蛋白吗 ?提示:不一定,例如:逆转录酶具有催化功能。
考点一 遗传信息的转录和翻译【典例精研引领】(2019·全国卷Ⅰ)用体外实验的方法可合成多肽链。已知苯丙氨酸的密码子是UUU,若要在体外合成同位素标记的多肽链,所需的材料组合是( )①同位素标记的tRNA②蛋白质合成所需的酶③同位素标记的苯丙氨酸④人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸⑤除去了DNA和mRNA的细胞裂解液A.①②④B.②③④ C.③④⑤ D.①③⑤
【名师授法解题】 抓题眼练思维
【解析】选C。本题考查基因表达的条件。用体外实验的方法合成多肽链,应该提供蛋白质合成的各种条件,如果在体外合成同位素标记的多肽链,就应该以同位素标记的苯丙氨酸为原料,以人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸为模板,还需要tRNA、酶等条件,这些可以由除去了DNA和mRNA的细胞裂解液提供,所以所需的材料组合是③④⑤。
【母题变式延伸】 核心素养新命题(1)在实验中为什么要除去细胞裂解液中的DNA和mRNA?(科学探究:制订并实施方案)提示:细胞中原有的mRNA会作为合成蛋白质的模板干 扰实验结果;细胞中原有的DNA可能作为mRNA合成 的模板,而新合成的mRNA也会干扰实验结果。(2)起始密码子AUG编码甲硫氨酸,为什么蛋白质的第一个氨基酸往往不是甲硫氨酸?(科学思维:批判性思维)提示:翻译生成的多肽链往往需要进行加工修饰,甲硫氨 酸在此过程中通常会被剪切掉。
(3)遗传信息的转录过程中也有DNA的解旋过程,该过程需要解旋酶吗?为什么?(生命观念:结构与功能观)提示:不需要,因为RNA聚合酶本身也有解旋的功能。
【知能素养提升】1.常考图示解读:(科学思维:归纳、概括)
2.DNA复制、转录和翻译的比较:(科学思维:比较、归纳)
3.真核细胞和原核细胞基因表达过程的判断方法:(科学思维:比较、归纳、方法技巧)
4.相关数量关系:(科学思维:比较、归纳)DNA碱基数∶mRNA碱基数∶氨基酸数=6∶3∶1。
【热点考向演练】考向一 通过密码子、反密码子的区别,考查生命观念的结构与功能观1.如图是蛋白质合成示意图,下列相关描述错误的是( )
A.图中核糖体移动方向是从右向左,终止密码子位于a端B.通常决定氨基酸①的密码子又叫起始密码子C.该过程中碱基互补配对的方式有A—U、C—GD.图中所示蛋白质合成过程涉及3种RNA
【解析】选A。根据多肽链中氨基酸的连接顺序可判断,核糖体是沿着mRNA从a端向b端延伸的,即从左向右延伸,终止密码子应该位于b端,A错误;氨基酸①位于肽链的第一位,因此通常决定该氨基酸的密码子叫起始密码子,B正确;翻译过程中,mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子配对,遵循的碱基互补配对原则有A与U互配,C与G互配,C正确;翻译过程中涉及3种RNA,分别是mRNA、tRNA和rRNA,D正确。
2.(2021·濮阳模拟)资料一:某细胞内存在如图所示的遗传信息传递方式以及调控方式。资料二:1982年,科学家发现一种结构异常的蛋白质可在脑细胞内大量“增殖”引起疾病。这种因错误折叠而形成的结构异常的蛋白质,可促使与其具有相同氨基酸序列的蛋白质发生同样的折叠错误。根据资料,判断下列说法错误的是( )
A.资料一表明该细胞内一定存在某种逆转录病毒B.资料一表明蛋白质可能对基因的表达存在反馈调节C.翻译过程中tRNA上的密码子可识别mRNA上的反密码子D.脑细胞中“结构异常的蛋白质”增多会使折叠错误的蛋白质增多【解析】选C。据图可知,细胞内存在逆转录过程,因此该细胞一定寄生了逆转录病毒,A正确;据图可知,蛋白质可以影响DNA和RNA的合成,B正确;翻译过程mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子配对,C错误;根据资料二结构异常的蛋白质会使与其具有相同氨基酸序列的蛋白质发生同样的折叠错误,即脑细胞中“结构异常的蛋白质”增多会使折叠错误的蛋白质增多,D正确。
考向二 结合转录和翻译的过程,考查科学思维能力3.如图1、2是两种细胞中遗传信息的主要表达过程。据图分析,下列叙述中不正确的是( )
A.图1细胞没有核膜围成的细胞核,可以边转录边翻译B.两细胞中基因表达过程均由线粒体提供能量C.真核生物细胞核中转录出的mRNA必须通过核孔后才能翻译D.图中所示的遗传信息的流动方向都是DNA→mRNA→蛋白质
【解析】选B。图1细胞没有核膜包被的成形的细胞核,属于原核细胞,可以边转录边翻译,A正确;图1细胞是原核细胞,没有线粒体,B错误;真核生物细胞核中转录出的mRNA,必须通过核孔到细胞质中的核糖体上才能作为翻译的模板,C正确;图示表示遗传信息的转录和翻译过程,遗传信息的流动方向为DNA→mRNA→蛋白质,D正确。
4.如图为人体胰岛素基因控制合成胰岛素的过程示意图。据图回答:
(1)胰岛素基因的本质是______________________,其独特的__________结构为复制提供精确的模板。 (2)图1中过程①发生所需要的酶是____________,过程②称为____________。该细胞与人体其他细胞在形态结构和生理功能上不同,根本原因是_______。 (3)图中苏氨酸的密码子是________,决定图2中mRNA的基因的碱基序列为____________________。 (4)图1中一个mRNA上结合多个核糖体的意义是_____________________ _______________。
【解析】(1)人体胰岛素基因的本质是具有遗传效应的DNA片段,DNA独特的双螺旋结构为复制提供精确的模板。(2)图1中过程①转录需要RNA聚合酶,由图2中的核糖体、tRNA、mRNA及肽链可推断过程②为翻译。基因控制生物的性状,结构决定功能,个体内细胞由于分化而在形态结构和生理功能等方面发生稳定性差异,细胞分化的根本原因是基因的选择性表达。(3)mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸,称作1个密码子;图中苏氨酸的密码子是ACU,根据转录过程中的碱基互补配对原则,决定图2中mRNA的基因的碱基序列为—ACCTGATGTCCC——TGGACTACAGGG—。(4)一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体,同时进行多条肽链的合成;图1中一个mRNA上结合多个核糖体的意义是在短时间内合成大量的同种蛋白质。
答案:(1)具有遗传效应的DNA片段 双螺旋(2)RNA聚合酶 翻译 基因的选择性表达(3)ACU —ACCTGATGTCCC——TGGACTACAGGG—(4)在短时间内合成大量的同种蛋白质
【加固训练·拔高】 环境中较高浓度的葡萄糖会抑制细菌的代谢与生长。某些细菌可通过SgrSRNA进行调控,减少葡萄糖的摄入从而解除该抑制作用。其机制如图所示:
请据图回答:(1)生理过程①发生的场所是______________,此过程需要以______________作为原料,并在______________酶催化下完成。(2)生理过程②中,tRNA能够识别并转运____________,还能精确地与mRNA上的____________进行碱基互补配对。(3)简述细菌通过SgrSRNA的调控减少对葡萄糖摄入的机制:__________________________________________________________。(写出两点即可)
【解析】(1)生理过程①表示转录,发生在细菌的细胞质基质中,该过程需要RNA聚合酶的催化,以四种核糖核苷酸为原料。(2)生理过程②表示翻译,该过程中识别并转运氨基酸的工具是tRNA,tRNA上的反密码子能够精确地与mRNA上的密码子进行碱基互补配对。(3)根据图示分析可知,细菌细胞内积累的磷酸化葡萄糖会激活SgrS基因转录出SgrSRNA。一方面,SgrSRNA可促进葡萄糖载体蛋白G的mRNA的降解,导致葡萄糖载体蛋白G合成减少,使葡萄糖的摄入减少;另一方面,SgrSRNA翻译产生的SgrS蛋白可与葡萄糖载体蛋白G结合,使其失去转运功能,使葡萄糖的摄入减少。
答案:(1)细胞质基质 核糖核苷酸 RNA聚合(2)氨基酸 密码子(遗传密码)(3)细胞内积累的磷酸化葡萄糖会激活SgrS基因转录出SgrSRNA。一方面,SgrSRNA可促进葡萄糖载体蛋白G的mRNA的降解,导致葡萄糖载体蛋白G合成减少,使葡萄糖的摄入减少;另一方面,SgrSRNA翻译产生的SgrS蛋白可与葡萄糖载体蛋白G结合,使其失去转运功能,使葡萄糖的摄入减少
考点二 中心法则及基因与性状的关系【典例精研引领】1957年克里克提出“中心法则”,1970年他又重申了中心法则的重要性并完善了中心法则(如图),有关叙述错误的是( )
A.中心法则描述了生物界遗传信息的传递过程B.碱基互补配对原则保证了遗传信息传递的准确性C.图中①～⑤过程都可以在细胞内发生D.中心法则揭示了生物界共用同一套遗传密码
【解析】选D。中心法则阐明了生物界真核生物与原核生物遗传信息的传递与表达过程,故A项正确;碱基互补配对原则体现在中心法则中的每一步骤中,这就保证了遗传信息传递过程中的准确性,故B项正确;分析题图,图中①表示转录,②表示逆转录,③表示DNA复制,④表示RNA复制,⑤表示翻译,以上过程均发生在细胞内,故C项正确;中心法则只是阐明了生物界真核生物与原核生物遗传信息的传递与表达过程,但是并没有揭示生物界共用同一套遗传密码,故D项错误。
【母题变式延伸】 核心素养新命题(1)对于植物根尖分生区细胞而言,遗传信息的传递过程是什么样的呢?(科学思维:分析与综合)提示:
(2)HIV可发生上述什么过程?其“遗传信息流”的模板及原料分别由谁提供?(生命观念:结构与功能观)提示:HIV为逆转录病毒,可发生的过程是①②③⑤,其“遗传信息流”的模板由病毒自身提供,原料由宿主细胞提供。
【备选典例】 图①～③分别表示人体细胞中发生的3种生物大分子的合成过程。请回答下列问题:
(1)细胞中过程②发生的主要场所是__________。(2)由于基因中一个碱基对发生替换,而导致过程③合成的肽链中第8位氨基酸由异亮氨酸(密码子有AUU、AUC、AUA)变成苏氨酸(密码子有ACU、ACC、ACA、ACG),则该基因的这个碱基对替换情况是_________________________ _______。(3)在人体内成熟的红细胞、浆细胞、记忆细胞、效应T细胞中,能发生过程②③而不能发生过程①的细胞是____________________。
(4)人体不同组织细胞的相同DNA进行过程②时启用的起始点______________ (填“都相同”“都不同”或“不完全相同”),其原因是___________ _________。
【解析】(1)过程②属于转录,发生的主要场所是细胞核。(2)该基因突变是由于一个碱基对的改变引起的,故异亮氨酸的密码子中第二个碱基U变成了碱基C成为苏氨酸的密码子,相应的则是基因中T//A替换为C//G(或A//T替换为G//C)。(3)DNA复制发生于细胞分裂过程中,浆细胞和效应T细胞能转录翻译形成蛋白质,但不能发生DNA复制,人体内成熟红细胞不能发生DNA复制、转录和翻译过程,记忆细胞能发生DNA复制、转录和翻译过程。(4)由于基因的选择性表达,人体不同细胞中相同DNA转录的起始点不完全相同。
答案:(1)细胞核(2)T∥A替换为C∥G(或A∥T替换为G∥C)(3)浆细胞和效应T细胞(4)不完全相同 不同组织细胞中基因进行选择性表达
【知能素养提升】1.“三看法”判断中心法则各过程:(科学思维:方法技巧)都遵循碱基互补配对的原则
2.基因与性状的联系:(科学思维:模型建构)
【热点考向演练】考向一 通过中心法则过程分析,考查归纳与概括能力1.图甲所示为基因表达过程,图乙为中心法则,①～⑤表示生理过程。下列叙述正确的是( )
A.图甲所示为染色体DNA上的基因表达过程,需要多种酶参与B.红霉素影响核糖体在mRNA上的移动,故影响基因的转录过程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配对的过程为②③④⑤
【解析】选D。图甲中,转录和翻译同时进行,属于原核生物的基因表达过程,而原核生物没有染色体,A项错误;红霉素影响核糖体在mRNA上的移动,所以影响基因的翻译过程,B项错误;图乙中①是DNA复制、②是转录过程、③是翻译过程、④是RNA的复制、⑤是逆转录过程,图甲是基因控制蛋白质的合成过程,即转录和翻译,为图乙中的②③过程,C项错误;图乙中涉及碱基A与U配对的过程为②③④⑤,D项正确。
2.如图所示,下列有关叙述不正确的是( ) A.若甲是DNA,乙为RNA,此过程要以甲为模板,酶为RNA聚合酶B.若甲是DNA,乙为DNA,此过程要以甲为模板,酶为DNA聚合酶和解旋酶C.若甲是RNA,乙为DNA,此过程为转录,原料为脱氧核苷酸D.若甲是RNA,乙为蛋白质,此过程为翻译,原料为氨基酸
【解析】选C。根据图示,若甲是DNA,乙为RNA,则此过程表示转录,需要以甲为模板,酶为RNA聚合酶,A项正确;若甲是DNA,乙为DNA,此过程表示DNA复制,需要以甲为模板,酶为DNA聚合酶和解旋酶,B项正确;若甲是RNA,乙为DNA,此过程为逆转录,原料为脱氧核苷酸,C项错误;若甲是RNA,乙为蛋白质,此过程为翻译,原料为氨基酸,D项正确。
考向二 辨析基因对性状的控制过程,考查科学思维能力3.如图判断下列有关基因与性状关系的叙述,错误的是( )A.由基因产物呈现的性状①②③④可知,同一个基因会影响多种性状B.若⑧为表达出的异常血红蛋白,呈现的性状为“红细胞呈镰刀状”,可说明基因通过控制酶的合成来控制代谢,进而控制生物体的性状C.图示可表明基因与性状并非简单的线性关系D.生物体的性状除了受基因控制外,还可能受环境条件的影响
【解析】选B。由题图知,性状①②③④由同一种基因产物呈现,说明同一基因产物会影响多种性状,A项正确;若⑧为表达出的异常血红蛋白,呈现的性状为“红细胞呈镰刀状”,可说明基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状,B项错误;由题图知,性状①②③④由同一种基因产物呈现,而性状⑤由三种基因产物呈现,表明基因与性状并非简单的线性关系,C项正确;生物体的性状除了受基因控制外,还可能受环境条件的影响,即基因型+环境条件=生物体的性状,D项正确。
【易错警示】(1)体现某性状的物质并不一定是“蛋白质”:如甲状腺激素、黑色素、淀粉等,该类性状往往是通过基因控制性状的间接途径实现的,即基因 酶的合成 产生该非蛋白质类物质的代谢过程 控制性状。(2)基因与性状的关系并不都是简单的一一对应关系:基因与基因、基因与基因产物、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。总之,生物体的性状是基因和环境共同作用的结果。
【加固训练·拔高】 1.下列有关蛋白质生物合成的叙述,错误的是( )A.tRNA中含有氢键,一种tRNA可以识别并携带多种氨基酸B.RNA聚合酶具有专一性,在细胞质的核糖体上合成C.密码子是位于mRNA上3个相邻的碱基,共有64种D.线粒体中的DNA能控制线粒体内某些蛋白质的合成
【解析】 选A。tRNA中含有氢键,具有专一性,一种tRNA只能携带一种氨基酸,A错误;RNA聚合酶属于蛋白质,在细胞质的核糖体上合成,B正确;密码子是mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻碱基,共有64种,其中有3种终止密码子不决定任何氨基酸,C正确;线粒体中含有少量的DNA,属于半自主性细胞器,也能控制某些蛋白质的合成,D正确。
2.如图是大肠杆菌体内某代谢过程示意图,有关叙述正确的是( )A.物质a、b、c的合成过程伴随着水和ATP的生成B.物质a、b、c和mRNA的合成过程都发生在大肠杆菌的拟核中C.合成的物质a、b、c的分子结构相同D.物质a、b、c能同时合成,体现了大肠杆菌物质合成效率高
【解析】选D。由图可知,物质a、b、c均为肽链,合成过程中均有水的生成和ATP的消耗,A错误;物质a、b、c和mRNA可以在同一时间、同一地点合成,均发生在细胞质中,B错误;物质a、b、c是由同一个DNA分子上的不同基因控制合成的,因此控制物质a、b、c合成的模板不相同,则合成物质a、b、c的结构不同,C错误;物质a、b、c能同时合成,体现了大肠杆菌物质合成效率高,D正确。
3.白化病和黑尿症都是酶缺陷引起的分子遗传病,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,图中不能表明的是( )
A.如果控制酶B合成的基因发生突变,可能会导致黑色素无法合成而形成白化病B.若控制酶A合成的基因发生突变,可能会引起多个性状改变C.图中表明一个性状可受两个或两个以上基因的控制D.基因能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状 【解析】选D。控制酶B合成的基因发生突变,可能会导致人体内不能合成黑色素而患白化病,A项正确;若酶A的合成异常,体内酪氨酸不能合成,会导致多个性状发生改变,B项正确;图中表明一个性状可受两个或两个以上基因的控制,C项正确;图示信息能说明基因通过控制酶的合成来控制代谢过程间接控制生物体的性状,D项错误。
【命题新情境】菟丝子是一种典型的茎寄生植物,所有营养和水分都是从寄主获取,同时实现DNA、RNA以及代谢产物在寄主与菟丝子之间的交流。研究表明,FT基因经过___和___表达的成花素(FT蛋白)是菟丝子开花的必要条件。非常有趣的是,寄主的FT蛋白能够转运到菟丝子中,能与菟丝子的FD蛋白结合,形成 ___,启动开花基因的表达,使菟丝子开花。
【命题新角度】1.根据所学知识,在①～③中填入对应的内容。①______________;②______________; ③______________。 2.FT基因控制菟丝子开花是通过控制______________来实现的,检测其是否合成的试剂是______________。 3.寄主的mRNA转运到菟丝子中能表达出相同的蛋白质,其原因是________________________________________________________________________。
4.研究表明,菟丝子通过“窃听”寄主的开花信号,从而与不同寄主的开花时间保持一致。从农业生产方面,弄清菟丝子的“窃听”技术,有利于________________________________________________________________________。
【解析】1.①转录 ②翻译 ③蛋白质复合体2.FT基因控制菟丝子开花是通过控制蛋白质的合成来实现的,检测其是否合成的试剂是双缩脲试剂。3.寄主的mRNA能够转运到菟丝子中表达出相同蛋白质的原因是寄主和菟丝子共用一套密码子。4.研究表明,菟丝子通过“窃听”寄主的开花信号,从而与不同寄主的开花时间保持一致。从农业生产方面,弄清菟丝子的“窃听”技术,有利于提高对菟丝子等寄生植物的防治,降低对农业生产的影响。
答案:1.①转录 ②翻译 ③蛋白质复合体2.蛋白质的合成 双缩脲试剂3.寄主和菟丝子共用一套密码子 4.提高菟丝子等寄生植物的防治,降低对农业生产的影响
【概念导图】一图知全局
【概念梳理】闭书测基础一、遗传信息的转录和翻译1.RNA的结构与功能:
2.转录:(1)概念:以____________为模板,按_____________原则合成RNA的过程。(2)场所:主要是_______,在叶绿体、线粒体中也能发生转录过程。
(4)过程。 (5)产物:____________________________。
信使RNA、核糖体RNA、转运RNA
3.翻译:(1)场所或装配机器:_______。
(3)过程: (4)产物:多肽 蛋白质。
二、中心法则及基因与性状的关系1.中心法则:(1)提出者:克里克。(2)补充后的内容图解: ①__________;②_____;③_____;④__________;⑤_______。
(3)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):_________________________________________
③具有逆转录功能的RNA病毒(如艾滋病病毒):______________________________________________ ④高度分化的细胞:______________________________________________
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):(2)间接控制途径(用文字和箭头表示):
3.基因与性状的关系:(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)。(4)生物的性状是基因和环境共同作用的结果。基因型相同,表现型可能不同,基因型不同,表现型也可能相同。
【概念辨析】全面清障碍1.判断下列有关RNA叙述的正误:(1)一个tRNA分子中只有三个碱基,可以携带多种氨基酸。( )分析:tRNA是由多个核苷酸组成的链状结构,经折叠,看上去像三叶草的叶形,不是只有三个碱基,其一端是携带氨基酸的部位,另一端含有三个碱基可以与密码子互补配对,所以一个tRNA只能携带一种氨基酸。(2)tRNA分子中的部分碱基两两配对形成氢键。( )(3)有些RNA可通过降低化学反应的活化能来提高反应速率。( )
(4)mRNA上所含有的密码子均能在tRNA上找到相对应的反密码子。( )分析:mRNA上所含有的密码子中有三种为终止密码子,它们没有所对应的氨基酸,因此在tRNA上无法找到相对应的反密码子。
2.判断下列有关转录和翻译的相关叙述的正误:(1)转录和翻译都是以DNA的一条链为模板合成生物大分子的过程。( )分析:转录是以DNA的一条链为模板合成RNA,而翻译则是以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。(2)转录和翻译过程都存在A—U、G—C的碱基配对方式。( )(3)转录和逆转录所需要的反应物都是核糖核苷酸。( )分析:逆转录是指以RNA为模板来合成DNA的过程,所以所需要的反应物应该是脱氧核糖核苷酸。(4)细胞中的mRNA在核糖体上移动,指导蛋白质的合成。( )分析:在通过翻译合成蛋白质的过程中,是核糖体沿着mRNA移动。
【概念活用】 教材命题源1.教材必修2 P63图4-2改编:RNA和DNA在化学组成上的区别在于:_____________________________________________________2.教材必修2 P65表4-1改编:密码子与氨基酸之间的对应关系是_______________________________________________________________________。
糖和尿嘧啶,DNA中含有脱氧核糖和胸腺嘧啶。
能决定一种氨基酸,但一种氨基酸可能由一种或多种密码子来决定
3.教材必修2 P66图4-6改编: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,合成才能终止。刚从核糖体上脱落下来的只能称之为多肽,其必须经过一定的加工才能成为具有特定功能的成熟蛋白质。
4.教材必修2 P67图改编:真核生物翻译时少量的mRNA可迅速合成大量的蛋白质的原因是_________________________________________。
一个mRNA分子可结合多个核糖体同时进行翻译
5.教材原文必修2 P69:“1965年,科学家在某种RNA病毒里发现了一种RNA复制酶 。”“1970年,科学家在致癌的RNA病毒中发现逆转录酶。”改编(1):RNA复制和逆转录是哪类生物特有的遗传信息的传递过程 ?提示:RNA病毒。改编(2):病毒体内的蛋白质只作为结构蛋白吗 ?提示:不一定,例如:逆转录酶具有催化功能。
考点一 遗传信息的转录和翻译【典例精研引领】(2019·全国卷Ⅰ)用体外实验的方法可合成多肽链。已知苯丙氨酸的密码子是UUU,若要在体外合成同位素标记的多肽链,所需的材料组合是( )①同位素标记的tRNA②蛋白质合成所需的酶③同位素标记的苯丙氨酸④人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸⑤除去了DNA和mRNA的细胞裂解液A.①②④B.②③④ C.③④⑤ D.①③⑤
【名师授法解题】 抓题眼练思维
【解析】选C。本题考查基因表达的条件。用体外实验的方法合成多肽链,应该提供蛋白质合成的各种条件,如果在体外合成同位素标记的多肽链,就应该以同位素标记的苯丙氨酸为原料,以人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸为模板,还需要tRNA、酶等条件,这些可以由除去了DNA和mRNA的细胞裂解液提供,所以所需的材料组合是③④⑤。
【母题变式延伸】 核心素养新命题(1)在实验中为什么要除去细胞裂解液中的DNA和mRNA?(科学探究:制订并实施方案)提示:细胞中原有的mRNA会作为合成蛋白质的模板干 扰实验结果;细胞中原有的DNA可能作为mRNA合成 的模板,而新合成的mRNA也会干扰实验结果。(2)起始密码子AUG编码甲硫氨酸,为什么蛋白质的第一个氨基酸往往不是甲硫氨酸?(科学思维:批判性思维)提示:翻译生成的多肽链往往需要进行加工修饰,甲硫氨 酸在此过程中通常会被剪切掉。
(3)遗传信息的转录过程中也有DNA的解旋过程,该过程需要解旋酶吗?为什么?(生命观念:结构与功能观)提示:不需要,因为RNA聚合酶本身也有解旋的功能。
【知能素养提升】1.常考图示解读:(科学思维:归纳、概括)
2.DNA复制、转录和翻译的比较:(科学思维:比较、归纳)
3.真核细胞和原核细胞基因表达过程的判断方法:(科学思维:比较、归纳、方法技巧)
4.相关数量关系:(科学思维:比较、归纳)DNA碱基数∶mRNA碱基数∶氨基酸数=6∶3∶1。
【热点考向演练】考向一 通过密码子、反密码子的区别,考查生命观念的结构与功能观1.如图是蛋白质合成示意图,下列相关描述错误的是( )
A.图中核糖体移动方向是从右向左,终止密码子位于a端B.通常决定氨基酸①的密码子又叫起始密码子C.该过程中碱基互补配对的方式有A—U、C—GD.图中所示蛋白质合成过程涉及3种RNA
【解析】选A。根据多肽链中氨基酸的连接顺序可判断,核糖体是沿着mRNA从a端向b端延伸的,即从左向右延伸,终止密码子应该位于b端,A错误;氨基酸①位于肽链的第一位,因此通常决定该氨基酸的密码子叫起始密码子,B正确;翻译过程中,mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子配对,遵循的碱基互补配对原则有A与U互配,C与G互配,C正确;翻译过程中涉及3种RNA,分别是mRNA、tRNA和rRNA,D正确。
2.(2021·濮阳模拟)资料一:某细胞内存在如图所示的遗传信息传递方式以及调控方式。资料二:1982年,科学家发现一种结构异常的蛋白质可在脑细胞内大量“增殖”引起疾病。这种因错误折叠而形成的结构异常的蛋白质,可促使与其具有相同氨基酸序列的蛋白质发生同样的折叠错误。根据资料,判断下列说法错误的是( )
A.资料一表明该细胞内一定存在某种逆转录病毒B.资料一表明蛋白质可能对基因的表达存在反馈调节C.翻译过程中tRNA上的密码子可识别mRNA上的反密码子D.脑细胞中“结构异常的蛋白质”增多会使折叠错误的蛋白质增多【解析】选C。据图可知,细胞内存在逆转录过程,因此该细胞一定寄生了逆转录病毒,A正确;据图可知,蛋白质可以影响DNA和RNA的合成,B正确;翻译过程mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子配对,C错误;根据资料二结构异常的蛋白质会使与其具有相同氨基酸序列的蛋白质发生同样的折叠错误,即脑细胞中“结构异常的蛋白质”增多会使折叠错误的蛋白质增多,D正确。
考向二 结合转录和翻译的过程,考查科学思维能力3.如图1、2是两种细胞中遗传信息的主要表达过程。据图分析,下列叙述中不正确的是( )
A.图1细胞没有核膜围成的细胞核,可以边转录边翻译B.两细胞中基因表达过程均由线粒体提供能量C.真核生物细胞核中转录出的mRNA必须通过核孔后才能翻译D.图中所示的遗传信息的流动方向都是DNA→mRNA→蛋白质
【解析】选B。图1细胞没有核膜包被的成形的细胞核,属于原核细胞,可以边转录边翻译,A正确;图1细胞是原核细胞,没有线粒体,B错误;真核生物细胞核中转录出的mRNA,必须通过核孔到细胞质中的核糖体上才能作为翻译的模板,C正确;图示表示遗传信息的转录和翻译过程,遗传信息的流动方向为DNA→mRNA→蛋白质,D正确。
4.如图为人体胰岛素基因控制合成胰岛素的过程示意图。据图回答:
(1)胰岛素基因的本质是______________________,其独特的__________结构为复制提供精确的模板。 (2)图1中过程①发生所需要的酶是____________,过程②称为____________。该细胞与人体其他细胞在形态结构和生理功能上不同,根本原因是_______。 (3)图中苏氨酸的密码子是________,决定图2中mRNA的基因的碱基序列为____________________。 (4)图1中一个mRNA上结合多个核糖体的意义是_____________________ _______________。
【解析】(1)人体胰岛素基因的本质是具有遗传效应的DNA片段,DNA独特的双螺旋结构为复制提供精确的模板。(2)图1中过程①转录需要RNA聚合酶,由图2中的核糖体、tRNA、mRNA及肽链可推断过程②为翻译。基因控制生物的性状,结构决定功能,个体内细胞由于分化而在形态结构和生理功能等方面发生稳定性差异,细胞分化的根本原因是基因的选择性表达。(3)mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸,称作1个密码子;图中苏氨酸的密码子是ACU,根据转录过程中的碱基互补配对原则,决定图2中mRNA的基因的碱基序列为—ACCTGATGTCCC——TGGACTACAGGG—。(4)一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体,同时进行多条肽链的合成;图1中一个mRNA上结合多个核糖体的意义是在短时间内合成大量的同种蛋白质。
答案:(1)具有遗传效应的DNA片段 双螺旋(2)RNA聚合酶 翻译 基因的选择性表达(3)ACU —ACCTGATGTCCC——TGGACTACAGGG—(4)在短时间内合成大量的同种蛋白质
【加固训练·拔高】 环境中较高浓度的葡萄糖会抑制细菌的代谢与生长。某些细菌可通过SgrSRNA进行调控,减少葡萄糖的摄入从而解除该抑制作用。其机制如图所示:
请据图回答:(1)生理过程①发生的场所是______________,此过程需要以______________作为原料,并在______________酶催化下完成。(2)生理过程②中,tRNA能够识别并转运____________,还能精确地与mRNA上的____________进行碱基互补配对。(3)简述细菌通过SgrSRNA的调控减少对葡萄糖摄入的机制:__________________________________________________________。(写出两点即可)
【解析】(1)生理过程①表示转录,发生在细菌的细胞质基质中,该过程需要RNA聚合酶的催化,以四种核糖核苷酸为原料。(2)生理过程②表示翻译,该过程中识别并转运氨基酸的工具是tRNA,tRNA上的反密码子能够精确地与mRNA上的密码子进行碱基互补配对。(3)根据图示分析可知,细菌细胞内积累的磷酸化葡萄糖会激活SgrS基因转录出SgrSRNA。一方面,SgrSRNA可促进葡萄糖载体蛋白G的mRNA的降解,导致葡萄糖载体蛋白G合成减少,使葡萄糖的摄入减少;另一方面,SgrSRNA翻译产生的SgrS蛋白可与葡萄糖载体蛋白G结合,使其失去转运功能,使葡萄糖的摄入减少。
答案:(1)细胞质基质 核糖核苷酸 RNA聚合(2)氨基酸 密码子(遗传密码)(3)细胞内积累的磷酸化葡萄糖会激活SgrS基因转录出SgrSRNA。一方面,SgrSRNA可促进葡萄糖载体蛋白G的mRNA的降解,导致葡萄糖载体蛋白G合成减少,使葡萄糖的摄入减少;另一方面,SgrSRNA翻译产生的SgrS蛋白可与葡萄糖载体蛋白G结合,使其失去转运功能,使葡萄糖的摄入减少
考点二 中心法则及基因与性状的关系【典例精研引领】1957年克里克提出“中心法则”,1970年他又重申了中心法则的重要性并完善了中心法则(如图),有关叙述错误的是( )
A.中心法则描述了生物界遗传信息的传递过程B.碱基互补配对原则保证了遗传信息传递的准确性C.图中①～⑤过程都可以在细胞内发生D.中心法则揭示了生物界共用同一套遗传密码
【解析】选D。中心法则阐明了生物界真核生物与原核生物遗传信息的传递与表达过程,故A项正确;碱基互补配对原则体现在中心法则中的每一步骤中,这就保证了遗传信息传递过程中的准确性,故B项正确;分析题图,图中①表示转录,②表示逆转录,③表示DNA复制,④表示RNA复制,⑤表示翻译,以上过程均发生在细胞内,故C项正确;中心法则只是阐明了生物界真核生物与原核生物遗传信息的传递与表达过程,但是并没有揭示生物界共用同一套遗传密码,故D项错误。
【母题变式延伸】 核心素养新命题(1)对于植物根尖分生区细胞而言,遗传信息的传递过程是什么样的呢?(科学思维:分析与综合)提示:
(2)HIV可发生上述什么过程?其“遗传信息流”的模板及原料分别由谁提供?(生命观念:结构与功能观)提示:HIV为逆转录病毒,可发生的过程是①②③⑤,其“遗传信息流”的模板由病毒自身提供,原料由宿主细胞提供。
【备选典例】 图①～③分别表示人体细胞中发生的3种生物大分子的合成过程。请回答下列问题:
(1)细胞中过程②发生的主要场所是__________。(2)由于基因中一个碱基对发生替换,而导致过程③合成的肽链中第8位氨基酸由异亮氨酸(密码子有AUU、AUC、AUA)变成苏氨酸(密码子有ACU、ACC、ACA、ACG),则该基因的这个碱基对替换情况是_________________________ _______。(3)在人体内成熟的红细胞、浆细胞、记忆细胞、效应T细胞中,能发生过程②③而不能发生过程①的细胞是____________________。
(4)人体不同组织细胞的相同DNA进行过程②时启用的起始点______________ (填“都相同”“都不同”或“不完全相同”),其原因是___________ _________。
【解析】(1)过程②属于转录,发生的主要场所是细胞核。(2)该基因突变是由于一个碱基对的改变引起的,故异亮氨酸的密码子中第二个碱基U变成了碱基C成为苏氨酸的密码子,相应的则是基因中T//A替换为C//G(或A//T替换为G//C)。(3)DNA复制发生于细胞分裂过程中,浆细胞和效应T细胞能转录翻译形成蛋白质,但不能发生DNA复制,人体内成熟红细胞不能发生DNA复制、转录和翻译过程,记忆细胞能发生DNA复制、转录和翻译过程。(4)由于基因的选择性表达,人体不同细胞中相同DNA转录的起始点不完全相同。
答案:(1)细胞核(2)T∥A替换为C∥G(或A∥T替换为G∥C)(3)浆细胞和效应T细胞(4)不完全相同 不同组织细胞中基因进行选择性表达
【知能素养提升】1.“三看法”判断中心法则各过程:(科学思维:方法技巧)都遵循碱基互补配对的原则
2.基因与性状的联系:(科学思维:模型建构)
【热点考向演练】考向一 通过中心法则过程分析,考查归纳与概括能力1.图甲所示为基因表达过程,图乙为中心法则,①～⑤表示生理过程。下列叙述正确的是( )
A.图甲所示为染色体DNA上的基因表达过程,需要多种酶参与B.红霉素影响核糖体在mRNA上的移动,故影响基因的转录过程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配对的过程为②③④⑤
【解析】选D。图甲中,转录和翻译同时进行,属于原核生物的基因表达过程,而原核生物没有染色体,A项错误;红霉素影响核糖体在mRNA上的移动,所以影响基因的翻译过程,B项错误;图乙中①是DNA复制、②是转录过程、③是翻译过程、④是RNA的复制、⑤是逆转录过程,图甲是基因控制蛋白质的合成过程,即转录和翻译,为图乙中的②③过程,C项错误;图乙中涉及碱基A与U配对的过程为②③④⑤,D项正确。
2.如图所示,下列有关叙述不正确的是( ) A.若甲是DNA,乙为RNA,此过程要以甲为模板,酶为RNA聚合酶B.若甲是DNA,乙为DNA,此过程要以甲为模板,酶为DNA聚合酶和解旋酶C.若甲是RNA,乙为DNA,此过程为转录,原料为脱氧核苷酸D.若甲是RNA,乙为蛋白质,此过程为翻译,原料为氨基酸
【解析】选C。根据图示,若甲是DNA,乙为RNA,则此过程表示转录,需要以甲为模板,酶为RNA聚合酶,A项正确;若甲是DNA,乙为DNA,此过程表示DNA复制,需要以甲为模板,酶为DNA聚合酶和解旋酶,B项正确;若甲是RNA,乙为DNA,此过程为逆转录,原料为脱氧核苷酸,C项错误;若甲是RNA,乙为蛋白质,此过程为翻译,原料为氨基酸,D项正确。
考向二 辨析基因对性状的控制过程,考查科学思维能力3.如图判断下列有关基因与性状关系的叙述,错误的是( )A.由基因产物呈现的性状①②③④可知,同一个基因会影响多种性状B.若⑧为表达出的异常血红蛋白,呈现的性状为“红细胞呈镰刀状”,可说明基因通过控制酶的合成来控制代谢,进而控制生物体的性状C.图示可表明基因与性状并非简单的线性关系D.生物体的性状除了受基因控制外,还可能受环境条件的影响
【解析】选B。由题图知,性状①②③④由同一种基因产物呈现,说明同一基因产物会影响多种性状,A项正确;若⑧为表达出的异常血红蛋白,呈现的性状为“红细胞呈镰刀状”,可说明基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状,B项错误;由题图知,性状①②③④由同一种基因产物呈现,而性状⑤由三种基因产物呈现,表明基因与性状并非简单的线性关系,C项正确;生物体的性状除了受基因控制外,还可能受环境条件的影响,即基因型+环境条件=生物体的性状,D项正确。
【易错警示】(1)体现某性状的物质并不一定是“蛋白质”:如甲状腺激素、黑色素、淀粉等,该类性状往往是通过基因控制性状的间接途径实现的,即基因 酶的合成 产生该非蛋白质类物质的代谢过程 控制性状。(2)基因与性状的关系并不都是简单的一一对应关系:基因与基因、基因与基因产物、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。总之,生物体的性状是基因和环境共同作用的结果。
【加固训练·拔高】 1.下列有关蛋白质生物合成的叙述,错误的是( )A.tRNA中含有氢键,一种tRNA可以识别并携带多种氨基酸B.RNA聚合酶具有专一性,在细胞质的核糖体上合成C.密码子是位于mRNA上3个相邻的碱基,共有64种D.线粒体中的DNA能控制线粒体内某些蛋白质的合成
【解析】 选A。tRNA中含有氢键,具有专一性,一种tRNA只能携带一种氨基酸,A错误;RNA聚合酶属于蛋白质,在细胞质的核糖体上合成,B正确;密码子是mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻碱基,共有64种,其中有3种终止密码子不决定任何氨基酸,C正确;线粒体中含有少量的DNA,属于半自主性细胞器,也能控制某些蛋白质的合成,D正确。
2.如图是大肠杆菌体内某代谢过程示意图,有关叙述正确的是( )A.物质a、b、c的合成过程伴随着水和ATP的生成B.物质a、b、c和mRNA的合成过程都发生在大肠杆菌的拟核中C.合成的物质a、b、c的分子结构相同D.物质a、b、c能同时合成,体现了大肠杆菌物质合成效率高
【解析】选D。由图可知,物质a、b、c均为肽链,合成过程中均有水的生成和ATP的消耗,A错误;物质a、b、c和mRNA可以在同一时间、同一地点合成,均发生在细胞质中,B错误;物质a、b、c是由同一个DNA分子上的不同基因控制合成的,因此控制物质a、b、c合成的模板不相同,则合成物质a、b、c的结构不同,C错误;物质a、b、c能同时合成,体现了大肠杆菌物质合成效率高,D正确。
3.白化病和黑尿症都是酶缺陷引起的分子遗传病,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,图中不能表明的是( )
A.如果控制酶B合成的基因发生突变,可能会导致黑色素无法合成而形成白化病B.若控制酶A合成的基因发生突变,可能会引起多个性状改变C.图中表明一个性状可受两个或两个以上基因的控制D.基因能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状 【解析】选D。控制酶B合成的基因发生突变,可能会导致人体内不能合成黑色素而患白化病,A项正确;若酶A的合成异常,体内酪氨酸不能合成,会导致多个性状发生改变,B项正确;图中表明一个性状可受两个或两个以上基因的控制,C项正确;图示信息能说明基因通过控制酶的合成来控制代谢过程间接控制生物体的性状,D项错误。
【命题新情境】菟丝子是一种典型的茎寄生植物,所有营养和水分都是从寄主获取,同时实现DNA、RNA以及代谢产物在寄主与菟丝子之间的交流。研究表明,FT基因经过___和___表达的成花素(FT蛋白)是菟丝子开花的必要条件。非常有趣的是,寄主的FT蛋白能够转运到菟丝子中,能与菟丝子的FD蛋白结合,形成 ___,启动开花基因的表达,使菟丝子开花。
【命题新角度】1.根据所学知识,在①～③中填入对应的内容。①______________;②______________; ③______________。 2.FT基因控制菟丝子开花是通过控制______________来实现的,检测其是否合成的试剂是______________。 3.寄主的mRNA转运到菟丝子中能表达出相同的蛋白质,其原因是________________________________________________________________________。
4.研究表明,菟丝子通过“窃听”寄主的开花信号,从而与不同寄主的开花时间保持一致。从农业生产方面,弄清菟丝子的“窃听”技术,有利于________________________________________________________________________。
【解析】1.①转录 ②翻译 ③蛋白质复合体2.FT基因控制菟丝子开花是通过控制蛋白质的合成来实现的,检测其是否合成的试剂是双缩脲试剂。3.寄主的mRNA能够转运到菟丝子中表达出相同蛋白质的原因是寄主和菟丝子共用一套密码子。4.研究表明,菟丝子通过“窃听”寄主的开花信号,从而与不同寄主的开花时间保持一致。从农业生产方面,弄清菟丝子的“窃听”技术,有利于提高对菟丝子等寄生植物的防治,降低对农业生产的影响。
答案:1.①转录 ②翻译 ③蛋白质复合体2.蛋白质的合成 双缩脲试剂3.寄主和菟丝子共用一套密码子 4.提高菟丝子等寄生植物的防治,降低对农业生产的影响
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