2020版《赢在微点》高考生物人教版一轮复习讲义：第六单元第03讲基因的表达

第03讲　基因的表达

考点一　遗传信息的转录和翻译

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。

2．遗传信息的转录

(1)概念：以DNA的一条链为模板，按碱基互补配对原则合成RNA的过程。

(2)过程(如图)：

3．遗传信息的翻译

(1)场所或装配机器：核糖体。

走出误区　

易混淆的六类酶——解旋酶、DNA聚合酶、限制酶、DNA连接酶、RNA聚合酶、逆转录酶。

(1)“解旋酶”的作用是DNA分子复制时使氢键断裂。

(2)“限制酶”是使两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键断裂。

(3)“DNA聚合酶”是DNA分子复制时依据碱基互补配对原则使单个脱氧核苷酸连成脱氧核苷酸链。

(4)“DNA连接酶”是将两个DNA分子片段的末端“缝合”起来形成磷酸二酯键。

(5)“RNA聚合酶”是RNA复制或DNA转录时依据碱基互补配对原则将单个核糖核苷酸连接成RNA链。

(6)“逆转录酶”是某些RNA病毒在宿主细胞内利用宿主细胞的脱氧核苷酸合成DNA的一种酶。

　诊断辨析

(1)一个tRNA分子中只有三个碱基，可以携带多种氨基酸。(×)

(2)rRNA是核糖体的组成成分，原核细胞中可由核仁参与合成。(×)

(3)tRNA分子中的部分碱基两两配对形成氢键。(√)

(4)在翻译过程中，tRNA分子的—OH端与相应的氨基酸结合。(√)

(5)一个tRNA上的反密码子只能与mRNA上的一种密码子配对。(√)

(6)mRNA上所含有的密码子均能在tRNA上找到相对应的反密码子。(×)

(7)蛋白质合成旺盛的细胞中，DNA分子较多，转录成的mRNA分子也较多。(×)

(8)细菌的一个基因转录时两条DNA链可同时作为模板，提高转录效率。(×)

(9)细胞中的mRNA在核糖体上移动，指导蛋白质的合成。(×)

　热图解读

仔细观察下面两图，请分析：

(1)大肝杆菌为原核生物，只进行图________过程。

(2)两图中a～f依次为________、________、________、________、________、________(酶)。

(3)解读图甲、乙的过程

①数量关系：一个mRNA可同时结合________，形成多聚核糖体。

②意义：少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质。

③方向：图甲从左向右，图乙________，判断依据是多肽链的长短，肽链________的翻译在前。

④结果：合成________________________的多肽，因为模板mRNA相同。

提示　(1)乙

(2)mRNA　核糖体　多肽链　DNA　mRNA　RNA聚合酶

(3)①多个核糖体　③从右向左　长　④多个氨基酸序列完全相同

考向一  DNA与RNA的区别

1．下列关于DNA和RNA特点的比较，正确的是(　　)

A．在细胞内存在的主要部位相同

B．构成的五碳糖不同

C．核苷酸之间的连接方式不同

D．构成的碱基相同

解析　DNA主要存在于细胞核中，RNA主要存在于细胞质中；二者的核苷酸的连接方式相同，都是靠磷酸二酯键连接；构成DNA和RNA的碱基不完全相同，五碳糖不同。

答案　B

2．下列关于RNA分子的叙述，正确的是(　　)

A．线粒体中含有mRNA、tRNA和rRNA

B．ATP中的“A”在RNA分子中不存在

C．RNA分子中不含氢键，有的RNA具有催化功能

D．RNA可以在细胞内运输某种物质，还可以作为细菌的遗传物质

解析　线粒体中含有少量的DNA和核糖体，能进行转录和翻译，通过转录可以形成mRNA、tRNA和rRNA，A项正确；ATP中的“A”是腺苷，是由腺嘌呤与核糖构成的，RNA分子中也存在腺苷，B项错误；tRNA中存在部分双链区域，双链区域含有氢键，C项错误；tRNA在翻译过程中运输氨基酸，细菌的遗传物质是DNA，D项错误。

答案　A

考向二  转录与翻译过程

3.(2019·湖北联考)如图表示蓝藻DNA上遗传信息、密码子、反密码子间的对应关系，下列说法中正确的是(　　)

A．由图分析可知①链应为DNA的α链

B．DNA形成②的过程发生的场所是细胞核

C．酪氨酸和天冬氨酸的密码子分别是AUG，CUA

D．图中②与③配对的过程需要在核糖体上进行

解析　根据碱基互补配对原则，可知①链是β链，A项错误；蓝藻属于原核生物，没有由核膜包被的细胞核，B项错误；tRNA的一端的三个相邻的碱基是反密码子，密码子在mRNA上，C项错误；图中②与③配对的过程是翻译，需要在核糖体上进行，D项正确。

答案　D

4.(2019·江门一模)如图为真核细胞内RNA合成示意图，下列叙述正确的是(　　)

A．①②链中嘌呤碱基所占的比例相同

B．③为解旋酶，它在图中的移动方向是自左向右

C．同一个体的不同细胞中可以合成相同的④

D．区域⑤和⑥中的碱基配对方式相同

解析　①②链为同一个DNA分子的两条链，①链中嘌呤碱基(A＋G)所占的比例与②链中嘧啶碱基(C＋T)所占比例相同，但两链嘌呤碱基(A＋G)所占比例不一定相同，A项错误；③为RNA聚合酶，它在图中的移动方向是自左向右，B项错误；ATP合成酶基因在不同细胞中几乎都能表达，故同一个体不同细胞中可以合成相同的mRNA，C项正确；区域⑤是DNA与RNA的杂交区域，碱基配对方式为A—U、G—C、T—A，区域⑥是DNA双链区域，碱基配对方式为A—T、G—C，区域⑤和⑥中的碱基配对方式不完全相同，D项错误。

答案　C

5．根据下表中的已知条件，判断苏氨酸的密码子是(　　)

A.TGU   B．UGA

C．ACU   D．UCU

解析　密码子为mRNA上决定氨基酸的三个相邻碱基，根据转录和翻译过程中的碱基互补配对原则，由DNA信息链上的T、G碱基可推知mRNA上相应位置上的碱基分别是A和C，由tRNA上的反密码子最后一个碱基A可推知mRNA上相应位置上的碱基为U，因此苏氨酸的密码子为ACU。

答案　C

6．如图是电镜下原核生物转录过程中的羽毛状现象，下列叙述正确的是(　　)

A．RNA聚合酶的移动方向为由右向左

B．转录而来的RNA需脱离DNA后，才能进行蛋白质合成

C．当RNA聚合酶到达终止密码子时，RNA合成结束

D．DNA虽然能和核糖体接触，但也必须通过RNA传递信息

解析　由图示可知，右侧的RNA长，先转录产生，因此转录的方向是由左向右，RNA聚合酶的移动方向也是由左向右，A项错误；原核细胞无核膜，mRNA在转录过程中就可和核糖体接触开始进行翻译过程，B项错误；当RNA聚合酶移动到DNA上的终止子部位时，转录终止，而终止密码子位于mRNA上，C项错误；原核细胞虽然没有细胞核，但有拟核或称拟核区，DNA就存在于该区域，DNA与周围的核糖体直接接触，并通过RNA传递信息，由核糖体合成所需要的多肽，D项正确。

答案　D

1．“两看法”判断真核生物和原核生物基因表达过程图

2．DNA复制、转录和翻译的比较(以真核生物为例)

考向三  基因表达过程中的计算

7.一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽链，则此mRNA分子至少含有的碱基个数及合成这段多肽链需要的tRNA个数以及转录此mRNA的基因中至少含碱基数依次为(　　)

A．32,11,66  B．36,12,72

C．12,36,24  D．11,36,72

解析　此多肽含有11个肽键，所以含有氨基酸12个，所以mRNA上的密码子至少12个，mRNA上的碱基数至少12×3＝36个。决定氨基酸的密码子是12个，所以需要的tRNA也是12个。因为mRNA中碱基至少有36个，所以转录它的基因中碱基数至少为36×2＝72个。

答案　B

8．现代生物工程能够实现在已知蛋白质的氨基酸序列后，再人工合成基因。现已知人体生长激素共含190个肽键(单链)，假设与其对应的mRNA序列中有A和U共313个，则合成的生长激素基因中G至少有(　　)

A．130个  B．260个

C．313个  D．无法确定

解析　此蛋白质由191个氨基酸缩合而成，控制其合成的mRNA中最少有573个碱基，又知mRNA中A＋U＝313，所以mRNA中G＋C为573－313＝260(个)，故DNA的两条链中G＋C共有520个，又因双链DNA中G＝C，即该基因中G至少有260个。

答案　B

1．转录、翻译过程中碱基与氨基酸的数量关系

翻译过程中，mRNA中每3个相邻碱基决定1个氨基酸，所以经翻译合成的蛋白质分子中氨基酸数目是mRNA中碱基数目的1/3，是双链DNA碱基数目的1/6。

2．蛋白质的有关计算

(1)蛋白质中氨基酸的数目＝肽键数＋肽链数。(肽键数＝失去的水分子数)。

(2)蛋白质相对分子质量＝氨基酸的平均相对分子质量×氨基酸数－(肽键数×18)。

(3)若基因中有n个碱基，氨基酸的平均相对分子质量为a，合成含m条多肽链的蛋白质的相对分子质量＝·a－18，若改为n个碱基对，则公式为·a－18。

特别提醒　由于基因中有的片段不转录以及转录出的mRNA中有终止密码子等原因，所以基因中碱基数多于蛋白质中氨基酸数目的6倍(6∶3∶1的计算方法应注意前提条件)。

 考点二　中心法则及基因与性状的关系

1．中心法则

(1)总表达式

①DNA的复制；②转录；③翻译；④RNA的复制；⑤RNA逆转录。

(2)分别写出下列相关中心法则表达式

①写出噬菌体等病毒的中心法则

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。

(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生物体的性状。

(3)基因控制性状的实例(连线)

　诊断辨析

(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。(×)

(5)基因与性状之间是一一对应的关系。(×)

　热图解读

　下图是生物体内遗传信息的传递和表达过程，请分析：

(1)在人体细胞中发生的过程是________。

(2)遵循碱基互补配对的过程是________。

(3)①和②过程，碱基配对方式完全相同吗？

提示　(1)①②③

(2)①②③④⑤⑥

(3)不完全相同。①中是G—C，C—G，A—T，T—A；②中是G—C，C—G，A—U，T—A。

考向一  中心法则的内容

1．研究发现，人类免疫缺陷病毒(HIV)携带的RNA在宿主细胞内不能直接作为合成蛋白质的模板。并且HIV的蛋白质外壳外面具有囊膜，当HIV侵染宿主细胞时，脂质的囊膜和细胞膜识别后融合，使HIV进入宿主细胞内。依据中心法则(如图)，下列相关叙述错误的是(　　)

A．合成子代病毒蛋白质外壳的完整过程至少要经过④②③环节

B．侵染细胞时，病毒中的蛋白质不会进入宿主细胞

C．通过④形成的DNA可以整合到宿主细胞的染色体DNA上

D．科学家可以研发特异性抑制逆转录酶的药物来治疗艾滋病

解析　HIV是RNA病毒，在宿主细胞中经逆转录合成DNA再转录合成mRNA才能合成蛋白质，故A项正确；HIV侵染人体细胞时，脂质的囊膜和细胞膜识别后，通过胞吞的形式进入细胞中，所以病毒的蛋白质外壳能进入宿主细胞，B项错误；逆转录合成的DNA整合到宿主DNA上，再借助人体细胞的酶系统和能量、原料合成RNA，C项正确；通过抑制逆转录过程可减少艾滋病的增殖速度和数量，D项正确。

答案　B

2．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(　　)

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

解析　图甲为边转录边翻译过程，不是染色体DNA上的基因表达过程，A项错误；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项错误；图甲所示过程为图乙中的②③过程，C项错误；①为DNA的复制，无碱基A与U之间的配对，D项正确。

答案　D

考向二  基因与性状的关系

3.如图为人体对性状控制过程示意图，据图分析可得出(　　)

A．过程①②都主要在细胞核中进行

B．食物中缺乏酪氨酸会使皮肤变白

C．M1和M2不可能同时出现在同一个细胞中

D．老年人细胞中不含有M2

解析　图中①是转录，②是翻译，翻译在细胞质中进行。酪氨酸为非必需氨基酸，可在人体中合成。M1只存在于红细胞中。老年人头发变白的原因是酪氨酸酶活性降低，而不是不含酪氨酸酶。

答案　C

4．(2019·重庆市联考)豌豆的圆粒和皱粒产生机理如图所示，下列相关叙述正确的是(　　)

A．皱粒豌豆的产生属于染色体结构变异

B．此题能够表现基因对生物性状的直接控制

C．插入外来DNA序列导致基因数目增加

D．豌豆的圆粒和皱粒是一对相对性状

解析　插入外来DNA序列导致皱粒豌豆的产生属于基因突变，A项错误；插入外来DNA序列导致基因结构改变，基因数目没有增加，使淀粉分支酶基因不能表达，能够表现基因对生物性状的间接控制，B、C两项错误；豌豆的圆粒和皱粒是一对相对性状，D项正确。

答案　D

不同细胞中的中心法则途径

高等动植物只有DNA复制、转录、翻译三条途径，但具体到不同细胞情况不尽相同，如根尖分生区细胞等分裂旺盛的组织细胞中三条途径都有；但叶肉细胞等高度分化的细胞中无DNA复制途径，只有转录和翻译两条途径；哺乳动物成熟的红细胞中无信息传递。

1．答题术语填空

(1)对转录的描述是_______________________________ _____________________________________。

(2)基因对性状的控制有两条途径：一是基因通过________________________________________________________________________________________________________________________________________________；

二是基因通过_____________________________________ ___________________________________。

答案　(1)主要在细胞核内进行，是以DNA的一条链为模板，合成mRNA的过程

(2)控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状　控制蛋白质结构直接控制生物体的性状

2．(2018·全国卷Ⅰ)生物体内的DNA常与蛋白质结合，以DNA—蛋白质复合物的形式存在。下列相关叙述错误的是(　　)

A．真核细胞染色体和染色质中都存在DNA—蛋白质复合物

B．真核细胞的核中有DNA一蛋白质复合物，而原核细胞的拟核中没有

C．若复合物中的某蛋白参与DNA复制，则该蛋白可能是DNA聚合酶

D．若复合物中正在进行RNA的合成，则该复合物中含有RNA聚合酶

解析　真核细胞染色体和染色质主要由DNA和蛋白质组成，因此都存在DNA—蛋白质复合物，A项正确；原核细胞的拟核含一个裸露的环状DNA分子，该DNA的复制及转录都需要酶催化，故拟核中存在由DNA和酶构成的DNA—蛋白质复合物，B项错误；DNA复制需要DNA聚合酶的作用，DNA聚合酶的化学本质是蛋白质，故复合物中参与DNA复制的蛋白质可能是DNA聚合酶，C项正确；如果复合物中正在进行RNA的合成，则复合物中必须含有RNA聚合酶，因为RNA中核糖核苷酸之间的连接需要RNA聚合酶的催化，D项正确。

答案　B

3．不同抗菌药物的抗菌机理有所不同，如环丙沙星能抑制细菌中解旋酶的活性，利福平能抑制RNA聚合酶的活性，红霉素能与核糖体结合抑制其功能。如图表示细胞中遗传信息传递的规律，下列叙述正确的是(　　)

A．完成图中②④两个过程所需的原料、模板都相同

B．图中③⑤所代表的生理过程中都有氢键的生成

C．环丙沙星能够显著抑制细菌体内的①④两个生理过程

D．利福平和红霉素都通过抑制②③过程来抑制细菌繁殖

解析　过程②④分别指转录和RNA复制，所需原料相同，都是游离的核糖核苷酸；模板不同，转录的模板是DNA的一条链，RNA复制的模板是RNA链，A项错误。过程③⑤分别表示翻译和逆转录。翻译时，tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子互补配对，因此在翻译过程中存在氢键的生成；逆转录是以RNA为模板合成DNA的过程，也存在氢键的生成，B项正确。环丙沙星能抑制细菌中解旋酶的活性，解旋酶在过程①DNA复制中发挥催化作用，因此环丙沙星能够显著抑制细菌体内的①过程，正常情况下，细菌体内不会发生④过程，C项错误。利福平能抑制RNA聚合酶的活性，通过抑制②过程来抑制细菌繁殖；红霉素能与核糖体结合抑制其功能，通过抑制③过程来抑制细菌繁殖，D项错误。

答案　B

4．(2019·成都一诊)人类免疫缺陷病毒的RNA，在人体细胞内不能直接作为合成蛋白质的模板，该病毒在宿主细胞内增殖的过程如图所示。据图分析，下列叙述正确的是(　　)

A．过程①所需嘧啶的比例与过程④所需嘌呤的比例是相同的

B．过程③和过程④都是从同一条链上的相同起点开始的

C．过程⑤中氨基酸的排列顺序是由tRNA的种类决定的

D．过程①和过程④需要的酶是病毒RNA通过①②③⑤合成的

解析　由图示可知，艾滋病病毒(RNA病毒)侵染细胞后，经逆转录形成单链DNA，单链DNA经过复制形成双链DNA分子，并整合到宿主细胞的染色体DNA中，并以该双链DNA为模板合成mRNA和子代单链RNA，再以mRNA为模板合成病毒蛋白质。过程①为以病毒RNA为模板合成单链DNA，过程④为以双链DNA为模板合成病毒RNA，故过程①所需的嘧啶比例与过程④所需的嘌呤比例相等，A项正确；过程③转录出的是mRNA，含有控制合成蛋白质的遗传信息，而过程④转录出的病毒RNA含有HIV完整的遗传信息，二者转录的起点不同，模板链也不同，B项错误；过程⑤中氨基酸的排列顺序是由mRNA上的密码子决定的，C项错误；过程①所需的逆转录酶来自病毒，病毒增殖过程中需要的DNA连接酶、RNA聚合酶等由宿主提供，不是病毒基因在宿主细胞内表达的产物，D项错误。

答案　A

5．(2019·辽宁协作体模拟)如图为真核细胞中蛋白质合成的部分过程示意图，②③④⑤为正在合成中的四条多肽链。有关叙述不正确的是(　　)

A．①是mRNA分子，其合成的主要场所是细胞核

B．②③④⑤最终形成的蛋白质通常是相同的

C．①上碱基的改变可改变多肽链中氨基酸的种类

D．合成过程中所需tRNA种类数与氨基酸种类数相等

解析　①是mRNA分子，是转录的产物，合成的主要场所是细胞核；②③④⑤均以同一个mRNA为模板合成，通常是相同的；mRNA是翻译的模板，其上的碱基改变可改变多肽中氨基酸的种类；密码子具有简并性，一种氨基酸可对应多种密码子，则运输一种氨基酸的tRNA也可能有多种，则合成蛋白质过程中所需tRNA种类数与氨基酸种类数不一定相等。

答案　D

6．(2019·南昌NCS0607一模)下图是人体细胞中某生物学过程的示意图，请回答相关问题：

(1)这幅图展示的是________过程，图中①②③分别是________。

(2)图中②移动的方向是________(填“向左”或“向右”)。

(3)在mRNA中部有一段9个核苷酸长度的片段(核苷酸序列未知)，其决定的多肽片段最多有________种不同的氨基酸排列方式。

解析　(1)根据题图可知，该过程为翻译过程，该过程中以mRNA为模板，以tRNA为运输氨基酸的工具，在核糖体上合成多肽链。图中①②③分别是tRNA、核糖体、mRNA。(2)根据题图中多肽链的延伸方向，可以确定核糖体沿着mRNA向右移动。(3)在mRNA中部有一段9个核苷酸长度的片段，其决定的多肽链片段有3个氨基酸，由于组成生物体蛋白质的氨基酸约有20种，所以其决定的多肽链片段最多有203种不同的氨基酸排列方式。

答案　(1)翻译　tRNA、核糖体、mRNA　(2)向右

(3)8 000(203)

7．(2019·武昌区调研)如图为人体某致病基因控制异常蛋白质合成过程的示意图。请回答下列问题：

(1)图中过程①是________，此过程既需要________作为原料，还需要________进行催化。

(2)图中所示的基因控制性状的方式是________________________________________；若图中异常多肽链中有一段氨基酸序列为“—丝氨酸—谷氨酸—”，携带丝氨酸和谷氨酸的tRNA上的反密码子分别为AGA、CUU，则物质a中模板链的碱基序列为____________。

(3)致病基因与正常基因是一对________；在细胞中由少量的物质b就可以短时间内合成许多相同的蛋白质，其主要原因是________________________。

解析　(1)过程①是以致病基因的一条链为模板合成mRNA的过程，属于转录。转录所需要的原料是核糖核苷酸，合成RNA需要RNA聚合酶的催化。(2)图中显示致病基因指导异常蛋白质的合成，从而导致患病，这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。根据两个反密码子AGA、CUU可以推知mRNA上相应的两个密码子为UCU、GAA，则DNA中模板链的碱基序列为—AGACTT—。(3)致病基因是由正常基因发生突变形成的，二者互为等位基因。在一分子mRNA上可以同时结合多个核糖体，能同时合成多条多肽链，从而提高了翻译的效率。

答案　(1)转录　核糖核苷酸　RNA聚合酶

(2)基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状　—AGACTT—

(3)等位基因　一个mRNA分子可结合多个核糖体，同时合成多条多肽链