2023版高考生物一轮总复习第6单元基因的本质和表达第19课基因的表达教师用书

第19课　基因的表达

►学业质量水平要求◄

1．通过掌握遗传信息的传递过程，能够从分子水平阐述生命的延续性，从而理解生命的延续和发展规律。(生命观念)

2．通过掌握遗传信息传递过程中碱基数目、氨基酸数目等数量关系，提升分析与计算能力。(科学思维)

3．通过模拟中心法则各过程实验，提升对实验结果的逻辑分析能力。(科学探究)

4．通过掌握抗菌药物作用机理及有关中心法则内容，形成关注社会、关注人体健康的理念。(社会责任)

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)场所：主要是在细胞核中，在叶绿体、线粒体中也能发生转录过程。

(2)条件

(3)过程。

(4)产物：信使RNA(mRNA)、核糖体RNA(rRNA)、转运RNA(tRNA)。

3．翻译

(1)场所或装配机器：核糖体。

(2)条件

(3)过程。

(4)产物：多肽蛋白质。

4．密码子与反密码子

1．tRNA分子中的部分碱基两两配对形成氢键。 (　√　)

2．mRNA上所含有的密码子均能在tRNA上找到相对应的反密码子。 (　×　)

3．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。 (　×　)

4．转录和翻译过程都存在A—U、G—C的碱基配对方式。 (　√　)

1．DNA复制、转录和翻译的比较(以真核生物为例)

2．遗传信息、密码子(遗传密码)、反密码子

3．基因表达中相关计算

(1)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%。

(2)基因(DNA)、mRNA上碱基数目最多对应的肽链中氨基酸数目，如下图所示：

可见，蛋白质中氨基酸数目＝1/3mRNA碱基数目＝1/6DNA碱基数目。

4．RNA的种类

考向1| DNA与RNA的比较

1．(2021·河南郑州一测)核糖体RNA即rRNA，是三类RNA(tRNA、mRNA、rRNA)中相对分子质量最大的一类，它可与多种蛋白质结合成核糖体，作为蛋白质生物合成的“装配机器”。核糖体中催化肽键合成的是rRNA，蛋白质只是维持rRNA的构象，起辅助作用。下列相关叙述错误的是(　　)

A．rRNA的合成需要以DNA的一条链为模板

B．合成肽链时，rRNA可以降低氨基酸间脱水缩合所需的活化能

C．在真核细胞中，有些rRNA的合成与核内某结构有关

D．基因表达过程中，DNA上的碱基与mRNA上的碱基、mRNA上的碱基与rRNA上的碱基互补配对

D　解析：细胞内的三类RNA都是通过转录形成的，rRNA的合成需要以DNA的一条链为模板，A正确；由题中信息“核糖体中催化肽键合成的是rRNA”可知，rRNA是催化肽键合成的酶，所以可以降低氨基酸间脱水缩合所需的活化能，B正确；真核细胞中的核仁与rRNA的合成以及核糖体的形成有密切关系，C正确；基因表达的过程中，mRNA上的碱基不与rRNA上的碱基进行互补配对，D错误。

考向2| 基因的表达过程

2．(2021·江西萍乡六校联考)下图是颤蓝细菌细胞内某基因控制合成的mRNA示意图。已知AUG为起始密码子，UAA为终止密码子，该mRNA控制合成的多肽链为“……甲硫氨酸—亮氨酸—苯丙氨酸—丙氨酸—亮氨酸—亮氨酸—异亮氨酸—半胱氨酸……”。下列分析正确的是(　　)

A．图中涉及的核苷酸有8种

B．合成上述多肽链时，需要用到的tRNA有7种

C．由于某种原因导致该mRNA中的一个碱基(箭头处)缺失，则该基因突变为其等位基因

D．若该基因中编码半胱氨酸的ACG突变成ACT，翻译就此终止，说明ACT也是终止密码子

B　解析：图中只涉及4种核糖核苷酸，A错误；通过观察发现图中共有9个密码子，其中一个是终止密码子，该mRNA控制合成的多肽链中，有两个亮氨酸的密码子相同，因此需要用到的tRNA有7种，B正确；颤蓝细胞是原核生物，无同源染色体，也就没有等位基因，C错误；终止密码子是位于mRNA上的终止蛋白质合成的相邻的三个碱基，而碱基“T”是DNA中特有的，D错误。

【方法规律】转录、翻译过程中的四个关注点

(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不完全相同，转录是A—U、T—A、G—C、C—G，翻译是A—U、U—A、G—C、C—G。

(4)明确mRNA链和多肽链的关系。mRNA是以DNA为模板在RNA聚合酶的作用下产生的；而在同一条mRNA链上结合的多个核糖体，同时合成的是若干条多肽链，且肽链长的，翻译在前。

3．图1、图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

B　解析：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。

【技法总结】“两看法”判断真核生物和原核生物基因表达过程图

考向3| 基因表达中的相关数量关系

4．(2021·河南郑州一测)胰岛素含有51个氨基酸、两条肽链，是由“胰岛素原”在高尔基体内转变而成的。“胰岛素原”有86个氨基酸、一条肽链。由此可推知(　　)

A．编码胰岛素的基因转录形成的mRNA至少含有156个碱基

B．一个胰岛素分子的合成中最多有87个相同或不同的tRNA分子的参与

C．“胰岛素原”由核糖体直接转运到高尔基体中

D．高尔基体中有催化肽键断裂的酶

D　解析：编码胰岛素的基因转录形成的mRNA至少含有3×87＝261(个)碱基，A错误；终止密码子没有tRNA与之对应，B错误；“胰岛素原”合成后先运输到内质网进行加工，再运往高尔基体内进行加工，C错误；由题干信息，胰岛素(51个氨基酸、两条肽链)是由“胰岛素原”(86个氨基酸、一条肽链)在高尔基体内转变而成，这一过程需要催化肽键断裂的酶的参与，D正确。

5．(2021·陕西咸阳模拟)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，则此mRNA分子含有的碱基个数、合成这段多肽需要的tRNA个数及转录此mRNA的基因中碱基个数至少依次为(　　)

A．33、11、66 B．36、12、72

C．12、36、72 D．11、36、66

B　解析：该肽链中的氨基酸数目＝肽键数目＋肽链数目＝11＋1＝12(个)，DNA(或基因)中碱基数∶mRNA上碱基数∶氨基酸个数＝6∶3∶1，该肽链含有12个氨基酸，则控制其合成的mRNA分子至少含有的碱基个数为12×3＝36(个)；mRNA上相邻的3个碱基构成一个密码子，决定一个氨基酸，因此该mRNA最多决定12个氨基酸，每个氨基酸都需要一个tRNA来运载，因此合成该多肽需要12个tRNA；转录此mRNA的基因中碱基数至少为12×6＝72(个)，B正确。

【易错提醒】关注计算题中“最多”和“最少”问题

(1)mRNA上碱基数目与蛋白质中氨基酸的数目关系：翻译时，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，因此准确地说，mRNA上碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。

(2)DNA上的碱基数目与蛋白质中的氨基酸的数目关系：基因或DNA上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。

(3)不能忽略“最多”或“最少”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。

考点二　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。

①DNA的复制；②转录；③翻译；④RNA的复制；⑤逆转录。

(3)分别写出下列生物中心法则表达式。

(4)请写出洋葱表皮细胞内遗传信息传递式：

。

(5)请写出洋葱根尖分生区细胞内的遗传信息传递式：

。

2．基因控制性状的途径

(1)直接控制途径。

(2)间接控制途径。

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)原因：DNA甲基化、构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰会影响基因的表达。

(3)吸烟与人体健康的关系：吸烟会使人的体细胞内DNA的甲基化水平升高，对染色体上的组蛋白也会产生影响。

1．所有活细胞均可发生中心法则中的全部过程。 (　×　)

2．线粒体和叶绿体中遗传信息的传递遵循中心法则。 (　√　)

3．DNA病毒中没有RNA，其遗传信息的传递不遵循中心法则。 (　×　)

4．线粒体中的DNA能控制某些蛋白质的合成。 (　√　)

5．基因与性状之间是一一对应的关系。 (　×　)

1．中心法则体现DNA的两大基本功能

(1)传递功能：Ⅰ(DNA复制)过程体现了遗传信息的传递功能，它是通过DNA复制完成的，发生于亲代产生子代的生殖过程或细胞增殖过程中；Ⅳ(RNA复制)过程表示以RNA作为遗传物质的生物亲代与子代之间遗传信息的传递功能。

(2)表达功能：Ⅱ(转录)、Ⅲ(翻译)过程共同体现了遗传信息的表达功能，发生在个体发育过程中；Ⅴ过程表示了部分以RNA作为遗传物质的病毒的逆转录过程，是RNA中遗传信息表达的首要步骤。此类生物专营寄生生活，必须在宿主细胞中完成其遗传物质的信息表达，所以需先通过逆转录过程形成DNA，再进行Ⅱ、Ⅲ过程。

2．基因与性状的联系

考向1| 中心法则

1．(2021·广东卷)金霉素(一种抗生素)可抑制tRNA与mRNA的结合，该作用直接影响的过程是(　　)

A．DNA复制 B．转录

C．翻译 D．逆转录

C　解析：由题意可知，金霉素可抑制tRNA与mRNA的结合，使tRNA不能携带氨基酸进入核糖体，从而直接影响翻译的过程，C正确。

2．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

B　解析：HIV是RNA病毒，在宿主细胞中经④逆转录合成DNA再②转录合成mRNA后，才能③翻译合成蛋白质，故A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错误；④逆转录合成的DNA整合到宿主细胞DNA上，再借助人体细胞的酶系统和能量、原料合成RNA，C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正确。

【技法总结】“三看法”判断中心法则各过程

考向2| 基因与性状的关系

3．(2022·重庆联考)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

D　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，使淀粉分支酶基因表达异常，能够表现基因对生物性状的间接控制，B、C错误；豌豆的圆粒和皱粒是一对相对性状，D正确。

4．下图为人体内苯丙氨酸的部分代谢途径，下列有关叙述错误的是(　　)

A．该过程可以说明，基因可以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

B．一对正常的夫妇生了一个患苯丙酮尿症的孩子，则这对夫妇再生一个正常男孩的概率为3/8

C．若酶1是由m个氨基酸形成的蛋白质，则A基因至少有3m个碱基对(不考虑终止密码子)

D．细胞衰老以后，酶3的活性升高，使黑色素合成减少，头发变白

D　解析：由题图过程可知，基因可以通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物的性状，A正确。苯丙酮尿症是常染色体隐性遗传病，设相关基因为D、d，一对正常的夫妇生了一个患苯丙酮尿症的孩子，说明这对夫妇的相关基因型均为Dd，则这对夫妇再生一个正常男孩的概率为(3/4)×(1/2)＝3/8，B正确。在不考虑终止密码子的情况下，合成含m个氨基酸的蛋白质，则A基因至少含有6m个碱基，即3m个碱基对，C正确。细胞衰老以后，酶3的活性下降，使黑色素合成减少，头发变白，D错误。

考向3| 细胞分化与表观遗传

5．如下图所示，生活在水池中的水毛茛，裸露在空气中的叶呈肩平片状，浸在水中的叶则呈狭小细长的丝状。下列分析和推测合理的是(　　)

A．丝状叶是水诱导水毛茛产生的变异

B．扁平叶是显性性状，丝状叶是隐性性状

C．两种形态的叶，细胞的基因组成是相同的

D．若减少水池中的水，则露出水面的丝状叶将变成片状叶

C　解析：丝状叶是水环境条件影响的结果，而不是水诱导水毛茛产生的变异，A错误；扁平叶和丝状叶是由环境引起的，其基因型相同，没有显隐性关系，B错误；叶片来自同一株水毛茛，因此组成这两种叶的细胞基因组成是相同的，C正确；浸在水中的叶呈狭小细长的丝状，基因已经选择性表达，细胞分化是不可逆的，不能再变成片状叶，D错误。

6．DNA甲基化是指DNA分子胞嘧啶上共价连接一个甲基。基因组中转录沉默区常甲基化，在个体发育中甲基化区域是动态变化的。将携带甲基化和非甲基化肌动蛋白基因的重组质粒分别导入培养的肌细胞后，发现二者转录水平相同。下列推测不合理的是(　　)

A．启动子甲基化影响其与核糖体结合

B．DNA甲基化可以抑制基因的转录

C．DNA甲基化可以影响细胞的分化

D．肌细胞中可能存在去甲基化的酶

A　解析：启动子甲基化影响其与RNA聚合酶结合，进而影响了该基因的转录，A错误；因为基因组中转录沉默区常甲基化，若启动子甲基化，会影响启动子与RNA聚合酶结合，进而影响该基因的转录，B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，C正确；由题意可知，将携带甲基化和非甲基化肌红蛋白基因的重组质粒分别导入培养的肌细胞后，二者转录水平一致，因此可知肌细胞中可能存在去甲基化的酶，D正确。

【命题动态】新高考模式下，“基因的表达”和“基因与性状的关系”多结合生物学学科新进展、医疗技术新突破等情境命题，以揭示基因表达、基因控制性状的本质和分子机理。通常以选择题的形式出现，偶有非选择题，难度适中。

1．(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。下列叙述错误的是(　　)

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

[思维培养]

D　解析：基因的表达包括转录和翻译两个过程，题图中基因A表达的蛋白质分子数量明显多于基因B表达的蛋白质分子，说明基因A表达的效率高于基因B，A正确；核基因的转录是以DNA的一条链为模板转录出RNA的过程，发生的场所为细胞核，翻译是以mRNA为模板翻译出具有特定氨基酸排列顺序的多肽链，翻译的场所是细胞质中的核糖体，B正确；三种RNA(mRNA、rRNA、tRNA)都是以DNA中的一条链为模板转录而来的，C正确；反密码子位于tRNA上，rRNA是构成核糖体的成分，不含有反密码子，D错误。

2．(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

[思维培养]

C　解析：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，终止密码子是翻译终止的地方，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上的全部碱基序列信息，D错误。

[易错提醒]

(1)转录实际上是DNA分子上部分片段(基因)控制合成RNA的过程。转录产生的RNA的长度明显小于模板DNA。

(2)并非所有细胞都可进行复制、转录与翻译，如哺乳动物成熟红细胞既不进行复制，也不进行转录和翻译。

1．(生活、学习和实践情境)HIV能把人体的辅助性T细胞作为主要攻击目标，大量破坏该细胞，使人体丧失免疫功能，其侵染辅助性T细胞的过程如下图。因此，人体感染HIV后，易感染各种疾病，或发生恶性肿瘤。下相关叙述错误的是(　　)

A．过程①②需要的酶和原料均不相同

B．过程③在辅助性T细胞的核糖体上完成的

C．CD4受体主要存在于辅助性T细胞的细胞膜上

D．HIV患者易患恶性肿瘤是免疫监视功能减弱导致的

A　解析：①是逆转录过程，需要的酶是逆转录酶，原料是四种脱氧核苷酸，②是DNA复制过程，所需的酶是解旋酶和DNA聚合酶，原料是四种脱氧核苷酸，A错误；病毒外壳蛋白的翻译是在宿主细胞的核糖体上完成的，B正确；HIV通过识别并结合CD4受体特异性侵染辅助性T细胞，C正确；HIV能把人体的辅助性T细胞作为主要攻击目标，大量破坏该细胞，使人体丧失免疫功能，HIV患者易患恶性肿瘤是免疫监视功能减弱导致的，D正确。

2．(生活、学习和实践情境)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。下表为三种抗肿瘤药物的主要作用机理。下列叙述错误的是(　　)

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

A　解析：据题表可知，羟基脲阻止脱氧核糖核苷酸的合成，从而影响肿瘤细胞中DNA复制过程原料的供应，而转录过程需要的原料是核糖核苷酸，不会受到羟基脲的影响，A错误；放线菌素D通过抑制DNA的模板功能，可以抑制DNA的复制和转录过程，因为DNA复制和转录均需要以DNA为模板，B正确；阿糖胞苷抑制DNA聚合酶活性从而影响DNA复制过程，DNA聚合酶活性受抑制后，会使肿瘤细胞DNA复制过程中子链无法正常延伸，C正确；将三种药物导入肿瘤细胞可以抑制肿瘤细胞的增殖，由于三种药物是精准导入肿瘤细胞，因此，可以减弱它们对正常细胞的不利影响，D正确。

3．(生命科学史情境)2020年诺贝尔生理学或医学奖颁给了哈维·阿尔特、迈克尔·霍顿和查尔斯·赖斯这三位伟大的科学家，奖励他们在发现丙型肝炎病毒上作出的贡献。下图为丙型肝炎病毒的增殖过程，下列相关叙述错误的是(　　)

A．该病毒和HIV的增殖过程都需要逆转录酶的参与

B．该病毒侵入宿主细胞后，③过程通常发生在④过程之前

C．③④⑤⑥过程都发生了碱基配对且配对方式完全相同

D．④⑤过程需要消耗的尿嘧啶核糖核苷酸的数目不相同

A　解析：①过程为病毒侵入宿主细胞，②过程为病毒的RNA注入宿主细胞，③过程是以＋RNA为模板翻译形成RNA复制酶，④过程是以＋RNA为模板复制形成－RNA，⑤过程是以－RNA为模板复制形成＋RNA，⑥过程是翻译形成该病毒的结构蛋白，⑦过程是结构蛋白和＋RNA组装形成子代病毒。由图可以直接看出该病毒的增殖过程不需要逆转录酶的参与，A错误；④过程为RNA复制，需要RNA复制酶的催化，而宿主细胞中不含有RNA复制酶，故③过程通常发生在④过程之前，B正确；④⑤过程发生＋RNA和－RNA之间的配对，③⑥过程发生＋RNA上的密码子和tRNA上的反密码子之间的配对，配对方式都是A—U、C—G，C正确；④过程合成的是－RNA，⑤过程合成的是＋RNA，两者需要消耗的尿嘧啶核糖核苷酸的数目不相同，D正确。