高考生物一轮总复习学案：第6单元 遗传的分子基础 第3讲 基因的表达

第3讲　基因的表达

考纲考情

知识整合

一、RNA的化学组成及分类

1．RNA的基本组成单位：__________________。

2．RNA的结构：一般是________链，而且比DNA分子________，因此能够通过________从细胞核转移到细胞质中。

RNA通过________由细胞核进入细胞质，穿过________层磷脂分子层。

3．RNA的分布：主要分布在________中，可以用________进行染色观察。

4．RNA的种类：

(1)mRNA→可将遗传信息从________传递到细胞质中。

(2)tRNA→可以运输________________，识别密码子。

(3)rRNA→是________的组成成分。

二、遗传信息的转录

1．转录的概念：在________中，以________________为模板合成mRNA的过程。

2．转录的时间：主要是细胞分裂的________期。

3．转录的条件：____________、____________、____________、____________。

4．转录的特点：是________________，转录完成后DNA恢复为双链结构。

5．转录的过程：

(1)解旋：DNA双链解开，DNA双链的碱基得以暴露。

(2)配对：细胞中游离的________________与DNA链上的碱基互补时，两者以________结合。

(3)连接：在________________作用下，游离的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA上。

(4)脱离：合成的________从DNA链上释放，DNA________________恢复。

6．转录成的mRNA碱基序列与作为模板的DNA单链的碱基序列有哪些异同？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

三、遗传信息的翻译

1．翻译的概念：游离在________中的各种氨基酸，以________________为模板合成具有一定________________顺序的蛋白质的过程。

2．过程(看教材中图，回答问题)

(1)mRNA进入细胞质与________________结合。

(2)携带氨基酸的tRNA与mRNA的碱基________________，将氨基酸置于特定位置。

(3)2个氨基酸脱水缩合形成________________________________________________________________________

(写出结构简式)，连接成肽链。

(4)________沿着mRNA移动，读取下一个密码子，直至读取到________合成终止。

(5)肽链合成后，从核糖体上脱离，经过一系列“加工”，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的________。

①翻译的时间主要在细胞分裂的________期。

②翻译所需要的条件________、________、________________、________________。

③翻译是一个快速的过程，少量的mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白质，原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

④肽链需要________________细胞器进一步加工才能成为具有一定空间结构的蛋白质。

3．密码子

(1)位置：在________上。

(2)实质：决定一个氨基酸的三个相邻________。

(3)种类：________种，其中终止密码子________个，起始密码子________个，能决定氨基酸的有________。

4．tRNA

(1)种类：________种。

(2)结构：三叶草形，一端是携带____________的部位，另一端有3个碱基可以与mRNA上的密码子__________，叫____________。

(3)tRNA与氨基酸的关系：一个tRNA一次只能转运________个氨基酸，一种tRNA只能识别并转运________种氨基酸，一种氨基酸可以由________种tRNA来转运。

tRNA是否只有三个碱基？________；RNA是否没有氢键？________________。

四、中心法则的提出及其发展

1．提出者：________

2．发展后的中心法则图解： __________________________________

五、基因、蛋白质、性状的关系

基因通过控制蛋白质的合成来控制性状，有两条途径：

1．间接途径：基因通过控制________的合成来控制________过程，从而控制性状。

实例：白化病是由于控制________________的基因异常而引起的。

2．直接途径：基因通过控制________来直接控制性状。

实例：囊性纤维病是由于编码________________的基因缺失3个碱基引起的。

考点突破

考点1　相关物质与过程的比较

1．DNA与RNA的比较

磷酸,磷酸

五碳糖,脱氧核糖,核糖

组成单位,4种脱氧核苷酸,4种核糖核苷酸

结构,规则的双螺旋结构,常为单链结构

分布,主要在细胞核内,主要在细胞质中

功能,是主要的遗传物质,无DNA的生物，RNA可成为遗传物质，通常是辅助DNA完成功能；少数RNA有催化作用

共同点,化学组成成分中都有磷酸及碱基A、C、G；两者都是核酸，都可携带遗传信息

2．DNA复制、转录、翻译的比较

　　3.联系

4.遗传信息、密码子、反密码子的比较

,基因中脱氧核苷酸的序列决定mRNA中核糖核苷酸的序列，mRNA中碱基序列与基因模板链中碱基序列互补配对，密码子与相应反密码子的序列互补配对

例1　下列关于真核细胞中转录的叙述，错误的是(　　)

  A．tRNA、rRNA和mRNA都从DNA转录而来

  B．同一细胞中两种RNA和合成有可能同时发生

  C．细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生

  D．转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补

1．(2016·江苏高考)近年诞生的具有划时代意义的CRISPR/Cas9基因编辑技术可简单、准确地进行基因定点编辑。其原理是由一条单链向导RNA引导核酸内切酶Cas9到一个特定的基因位点进行切割。通过设计向导RNA中20个碱基的识别序列，可人为选择DNA上的目标位点进行切割(如图)。下列相关叙述错误的是(　　)

  A．Cas9蛋白由相应基因指导在核糖体中合成

  B．向导RNA中的双链区遵循碱基配对原则

  C．向导RNA可在逆转录酶催化下合成

  D．若α链剪切点附近序列为……TCCACAATC……

则相应的识别序列为……UCCACAAUC……

2．(2017·盐城三模)下列有关遗传信息及其传递过程的叙述，正确的是(　　)

  A．所有细胞分裂都伴随着DNA复制

  B．真核与原核生物不共用一套密码子

  C．真核生物的遗传信息只储存于细胞核中

  D．转录和翻译时的碱基互补配对方式都相同

考点2　基因表达过程中的几种数量关系

1．基因控制蛋白质合成过程中的数量关系

(1)DNA(基因)、mRNA上碱基数目与氨基酸数目之间的关系

可见，蛋白质中氨基酸数目＝1/3 mRNA碱基数目＝1/6 DNA(或基因)碱基数目。

(2)蛋白质合成中的“最多”和“最少”

因为DNA(基因)、mRNA上有一些碱基不编码氨基酸(如mRNA上的终止密码子等)，所以实际上编码n个氨基酸，mRNA上所需的碱基数目大于3n，基因上碱基数目大于6n，故一般题干中求氨基酸数有“最多”、求碱基数有“至少”等字样。在回答有关问题时，也应加上“最多”或“至少”等字。

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。

(3)基因中碱基与蛋白质相对分子质量之间的计算

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条多肽的蛋白质的相对分子质量＝·a－18(－m)；若改为n个碱基对，则公式为·a－18(－m)。

　　2.遗传信息、密码子、tRNA的关系

(1)密码子：mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻碱基。

(2)密码子表：共43＝64种密码子。终止密码子3种，决定氨基酸的密码子61种，其中起始密码子2种。

(3)一种氨基酸由一或多种密码子决定，由一或多种tRNA转运。

(4)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。

(5)同一种氨基酸的密码子与tRNA的种类一一对应。

3．基因相对分子质量与蛋白质相对分子质量的计算

设基因的相对分子质量为a，基因中脱氧核苷酸的分子量为b，基因中脱氧核苷酸的数目为c，氨基酸的数目为d，氨基酸的平均相对分子质量为e，蛋白质中的多肽链的数目为f，蛋白质的相对分子质量为g。则存在以下关系式：①a＝b×c－18(c－2)，②d＝c÷6，③g＝d×e－18(d－f)。

1．DNA和RNA的区分技巧

(1)DNA和RNA的判断

①含有碱基T或脱氧核糖⇒DNA；②含有碱基U或核糖⇒RNA。

(2)单链DNA和双链DNA的判断

①若：⇒一般为双链DNA；

②若：嘌呤≠嘧啶⇒单链DNA。

(3)DNA和RNA合成的判断

用放射性同位素标记T或U，可判断DNA和RNA的合成。若大量消耗T，可推断正发生DNA的合成；若大量利用U，可推断正进行RNA的合成。

2．与转录和翻译有关的3点易错点

(1)转录的产物不只是mRNA，还有tRNA、rRNA，但只有mRNA携带遗传信息，3种RNA都参与翻译过程，只是作用不同。

(2)翻译过程中mRNA并不移动，而是核糖体沿着mRNA移动，进而读取下一个密码子。

(3)转录和翻译过程中的碱基配对没有A—T，而是A—U。

3．巧辨遗传信息、密码子和反密码子

(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(密码子简并性)，可由一种或几种tRNA转运。

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密码子有64种(3种终止密码子和61种决定氨基酸的密码子)；反密码子理论上有61种。

4．DNA和mRNA之间对应碱基及数量的计算

找准DNA和mRNA之间对应碱基及其比例关系，即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%。

例2　现代生物工程能够实现通过已知蛋白质的氨基酸序列来人工合成基因。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

3．假设一个双链的噬菌体DNA由5 000个碱基对组成，其中腺嘌呤占全部碱基的20%；用这个噬菌体侵染大肠杆菌并合成相关蛋白质(如下图)，最终共释放出100个子代噬菌体。下列叙述正确的是(　　)

  A．形成100个子代噬菌体至少需要3×105个鸟嘌呤脱氧核苷酸

  B．图中所示物质及结构中共有2种RNA

  C．图示过程在细胞质中进行，碱基间的配对方式有3种

  D．若氨基酸①为起始端，则“正在延伸的肽链”的合成共需6个密码子参与

考点3　中心法则

1．利用流程图分类剖析中心法则

(1)细胞生物及噬菌体等DNA病毒的中心法则为

(2)烟草花叶病毒等大部分RNA病毒的中心法则为

(3)HIV等逆转录病毒的中心法则为

2．利用图示分类剖析中心法则

(1)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)若甲、乙、丙为病毒，则甲为DNA病毒，如噬菌体；乙为RNA病毒，如烟草花叶病毒；丙为逆转录病毒，如HIV。

3．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)

基因酶的合成细胞代谢生物体的性状。

4．基因与性状的关系

(1)基因与性状的关系并不都是简单的线性关系。有些性状由多个基因决定，有些基因也可能影响决定多个性状。

(2)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。

例3　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。依据中心法则(下图)，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

4．下列关于真核生物遗传物质和性状的叙述，正确的是(　　)

  A．细胞中染色体的数目始终等于DNA的数目

  B．有丝分裂有利于保持亲代细胞和子代细胞间遗传性状的稳定

  C．细胞中DNA分子的碱基对数等于所有基因的碱基对数之和

  D．生物体中，一个基因决定一种性状，一种性状由一个基因决定

请根据下列关键词的提示，归纳构建本课时知识体系

DNA转录　翻译　遗传信息　密码子　反密码子　　中心法则

随堂演练

1．M基因编码含63个氨基酸的肽链。该基因发生插入突变，使mRNA增加了一个三碱基序列AAG，表达的肽链含64个氨基酸。以下说法正确的是(　　)

  A．M基因突变后，参与基因复制的嘌呤核苷酸比例增加

  B．在M基因转录时，核糖核苷酸之间通过碱基配对连接

  C．突变前后编码的两条肽链，最多有2个氨基酸不同

  D．在突变基因的表达过程中，最多需要64种tRNA参与

2．下列关于生物体内基因表达的叙述，正确的是(　　)

  A．每种氨基酸都至少有两种相应的密码子

  B．HIV的遗传物质可以作为合成DNA的模板

  C．真核生物基因表达的过程即是蛋白质合成的过程

  D．一个基因的两条DNA链可转录出两条相同的RNA

3．若mRNA上决定氨基酸的某个密码子的一个碱基发生替换，则识别该密码子的tRNA及其携带的氨基酸的变化情况是(　　)

  A．tRNA一定改变，氨基酸不一定改变

  B．tRNA不一定改变，氨基酸不一定改变

  C．tRNA一定改变，氨基酸一定改变

  D．tRNA不一定改变，氨基酸一定改变

4．NF2基因是一种肿瘤抑制基因，其编码的Merlin蛋白与细胞的活动和增殖有着密切的关系，其作用机理如图所示。下列有关Merlin蛋白的叙述，错误的是(　　)

第4题图

  A．Merlin蛋白的合成需通过转录和翻译两个过程

  B．Merlin蛋白主要在细胞质中不断积累而发挥效应

  C．Merlin蛋白能够与E3泛素化连接酶结合

  D．Merlin蛋白抑制致癌基因的表达来发挥抑癌作用

5．(多选)图甲、图乙表示细胞内相关的生理活动，下列表述不正确的是(　　)

甲

　　乙

第5题图

  A．图甲所示生理活动涉及图乙中的a、b、c、f、g过程

  B．图乙中涉及碱基A与U配对的过程为b、c、d、e过程

  C．遗传信息不可以由RNA传递给DNA

  D．可运用放射性同位素示踪技术研究a过程中的半保留复制

6．如图甲为某种真菌线粒体中蛋白质的生物合成示意图，请回答下列问题：

第6题图

(1)Ⅰ、Ⅱ代表的结构或物质分别为______________、________________。

(2)完成过程①需要的物质是从细胞质进入细胞核的。它们是________________________。

(3)从甲图中分析，基因表达过程中转录的发生场所有________________________。

(4)根据甲图中的表格判断：[Ⅲ]为________(填名称)，其携带的氨基酸是________。若蛋白质2在线粒体内膜上发挥作用，推测其功能可能是参与有氧呼吸的第________阶段。

(5)用α－鹅膏蕈碱处理细胞后发现，细胞质基质中RNA含量显著减少，那么推测α－鹅膏蕈碱抑制的过程是________(填序号)，线粒体功能________(选填“会”或“不会”)受到影响。

(6)乙图为甲图中①过程，图中的b和d二者在化学组成上的区别是________________________________________________________________________。

图中a是一种酶分子，它能促进c的合成，其名称为________________________。