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2018届高考生物一轮复习第六单元遗传的分子基础第19讲基因的表达课件_图文


第19讲 基因的表达
[最新考纲] 1.遗传信息的转录和翻译(Ⅱ)。2.基因与性状的关系(Ⅱ)。

考点一 遗传信息的转录和翻译(5年11考)

1.比较RNA与DNA
双 单

DNA RNA

TU UT

RNA DNA

蛋白质 核糖体 氨基酸
活化能

遗传物质

2.转录 (1)概念:以____D_N__A_的__一__条__链_____为模板,按碱基互补配对原则合成RNA的过程。 (2)场所:主要是细胞核、在细胞质(线粒体、叶绿体)中也能发生转录过程。

(3)过程(见下图)

RNA 游离的核糖核苷酸 mRNA

3.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_____。 ??模板:mRNA ?原料:__氨__基__酸___ (3)条件??能量:ATP ??酶:多种酶 ??搬运工具:___tR__N_A____

(4)过程

核糖体
tRNA
mRNA

终止密码子

(5)产物:多肽盘―曲―折→叠蛋白质

■助学巧记

“三看法”判断中心法则各过程

(1)图甲、图乙的过程判断 ①图甲DNA两条链都作为模板?复制。 ②图乙DNA的一条链作为模板?转录。 (2)图丙的过程解读 ①翻译起点:一个核糖体与mRNA的结合部位形成2个tRNA结合位点。起始密码 子决定的是甲硫氨酸或缬氨酸。 ②翻译终点:识别到终止密码子(不决定氨基酸)翻译停止。 ③翻译进程:核糖体沿着mRNA移动,mRNA不移动。

(3)图丁的过程解读 ①数量关系:一个mRNA可同时结合多个核糖体,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:从左向右,判断依据是多肽链的长短,长的翻译在前。 ④结果:合成的仅是多肽链,要形成蛋白质往往还需要运送至内质网、高尔基体等 结构中进一步加工。 多聚核糖体中,每个核糖体合成的多肽链都相同。

(4)戊图解读 ①戊图是tRNA,“三叶草”结构,其内含有氢键(碱基配对)。 ②一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸,它的一端有三个碱基,叫反密码子(有61 种),另一端是携带氨基酸的部位,反密码子读取碱基顺序从长臂端即携带氨基酸 的一侧开始读,如图为AUC,对应的密码子为UAG。

教材 VS 高考
1.真题重组 判断正误
(1)一个tRNA分子中只有一个反密码子(2015·全国卷Ⅰ,1B)( √ ) (2)mRNA从细胞核到细胞质的过程不属于胞吐作用(2015·全国卷Ⅱ,3B)( √ ) (3)密码子位于rRNA上,反密码子位于mRNA上(2015·海南卷,20D)( × ) (4)细胞核中发生的转录过程有RNA聚合酶的参与(2014·全国卷Ⅱ,5A)( √ ) (5)DNA聚合酶是在细胞核内合成的(2013·全国卷Ⅰ,1B)( × )

以上内容主要源自教材必修2 P62~67遗传信息的转录和翻译。

2.(教材P65思考与讨论,3改编)组成蛋白质的20种氨基酸应对应多少种密码子?由此 推知一种氨基酸可能对应多个密码子,这对生物体的生存发展有何意义? 提示 20种氨基酸共对应61种密码子,其意义主要表现为如下两方面: (1)增强容错性:当密码子中有一个碱基改变时,由于密码的简并性,可能并不会 改变其对应的氨基酸,因而有利于蛋白质或性状的稳定。 (2)保证翻译速度:当某种氨基酸使用频率高时,几种不同的密码子都编码一种氨 基酸可以保证翻译的速度。

转录过程及产物种类
(2017·全国卷Ⅲ,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的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

解析 转录是以DNA一条链为模板,以核糖核苷酸为原料,合成RNA的过程,包 括tRNA、rRNA和mRNA三种,A正确;不同的RNA由不同的基因转录而来,所以 同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生,B正确;细胞中的RNA合成过程主要 在细胞核内发生,在细胞质的线粒体和叶绿体中也能进行转录合成RNA,C错误; 转录是以DNA一条链为模板,以核糖核苷酸为原料,遵循碱基互补配对原则,所 以转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补,D正确。 答案 C

“三步”判断真原核细胞的DNA复制、转录及翻译

【方法体验】
(2018·湖北襄阳一调)甲(AATTGC)是一段单链DNA片段,乙是甲的转录产物,丙 (A-P~P~P)是转录过程中需要的一种物质。有关叙述正确的是( ) A.甲、乙、丙的组成中含有的五碳糖相同 B.甲、乙共由6种核苷酸组成 C.丙和酶的化学元素组成相同 D.甲、乙中的A与丙中的A不是同一物质

解析 甲中含脱氧核糖,乙、丙中含核糖,A错误;甲中含4种脱氧核苷酸,乙中 含4种核糖核苷酸,B错误;丙是ATP,其化学组成元素是C、H、O、N、P;酶绝 大部分是蛋白质(化学元素组成是C、H、O、N),少数是RNA(化学组成元素是C、 H、O、N、P),C错误;甲、乙中的碱基A是腺嘌呤,甲中的A为腺嘌呤脱氧核苷 酸,乙中的A为腺嘌呤核糖核苷酸,丙中的A是腺苷,由腺嘌呤和核糖组成,D正 确。 答案 D

遗传信息、密码子与反密码子
(2015·海南卷,20)关于密码子和反密码子的叙述,正确的是( ) A.密码子位于mRNA上,反密码子位于tRNA上 B.密码子位于tRNA上,反密码子位于mRNA上 C.密码子位于rRNA上,反密码子位于tRNA上 D.密码子位于rRNA上,反密码子位于mRNA上 解析 mRNA上3个相邻的碱基决定一个氨基酸,每3个这样的碱基又称作1个密码 子,所以密码子位于mRNA上;每个tRNA上都有3个碱基可以与mRNA上的密码子 互补配对,因而叫做反密码子,A正确,B、C、D错误。 答案 A

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(即密码子简并性),可由一种或几种tRNA转 运。 ②除终止密码子外,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;61种决定氨基酸的密码子);反密码子理论上有 61种。不同生物共用一套遗传密码。

【方法体验】
(2017·四川省乐山市三模)下列关于遗传信息的翻译的叙述中正确的是( ) A.通过翻译将mRNA中的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列 B.生物体内合成蛋白质时,一种氨基酸只能由一种密码子决定 C.生物体内合成蛋白质的氨基酸有20种,则tRNA也有20种 D.生物体内合成蛋白质时,一种密码子一定能决定一种氨基酸

解析 通过翻译将mRNA中的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列,A正确;一 种密码子只能编码一种氨基酸,但一种氨基酸可能由一种或多种密码子编码,B 错误;生物体内合成蛋白质的氨基酸有20种,tRNA有61种,C错误;64种密码子, 其中有3种是终止密码子,不编码氨基酸,D错误。 答案 A

基因表达及相关计算
(2017·海南卷,25)下列关于生物体内基因表达的叙述,正确的是( B ) 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 解析 色氨酸只有一种密码子与之对应,A错误;HIV的遗传物质是RNA,当侵入 细胞后,能以RNA为模板,经逆转录过程形成DNA,B正确;基因表达过程包括转 录和翻译,蛋白质合成只是翻译过程,C错误;基因的两条链为互补关系,所以分 别转录出的RNA序列互补不相同,D错误。

1.DNA复制、转录和翻译的比较(以真核生物为例)

复制

转录

场所

主要在细胞核

主要在细胞核

模板

DNA的两条链

DNA的一条链

原料

4种脱氧核苷酸

4种核糖核苷酸

翻译 细胞质(核糖体)
mRNA 20种氨基酸

原则

T-A;A-T;G-C;C-G

T-A;A-U;G-C;C-G

U-A;A-U;G-C;C-G

结果 信息传递

两个子代DNA分子 DNA→DNA

mRNA、tRNA、rRNA DNA→mRNA

蛋白质 mRNA→蛋白质

蛋白质意义

传递遗传信息

表达遗传信息

2.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。
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)DNA(基因)、mRNA上碱基数目与氨基酸数目之间的关系,如下图所示:

可见,蛋白质中氨基酸数目=13mRNA 碱基数目=16DNA(或基因)碱基数目。(未 考虑终止密码)

【方法体验】 (2017·山西省运城模拟)关于基因控制蛋白质合成的过程,下列叙述错误的是 () A.含 n 个碱基的 DNA 分子,控制合成的多肽中氨基酸数少于n6 B.DNA 聚合酶和 RNA 聚合酶的结合位点均在 DNA 上 C.细菌细胞核中的一个基因转录时以其中一条链作为模板 D.在细胞周期中,mRNA 的种类和含量均会发生变化

解析 真核生物的基因中含有不能编码蛋白质的内含子等,因此含 n 个碱基的 DNA 分子,控制合成的多肽中氨基酸数少于n6,A 正确;DNA 聚合酶和 RNA 聚合酶的 结合位点均在 DNA 上,B 正确;细菌属于原核生物,其细胞中没有成形的细胞核, C 错误;在细胞周期中,基因也会发生选择性表达,因此 mRNA 的种类和含量均会 发生变化,D 正确。
答案 C

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;④___R_N__A_的__复__制____;⑤___R__N_A__逆__转__录___。

(3)分别写出下列生物中心法则表达式

生物种类

举例

DNA病毒

T2噬菌体

RNA病毒

烟草花叶病毒

遗传信息的传递过程

逆转录病毒

艾滋病病毒

RNA逆―转 ―→录

―转―录→RNA―翻―译→蛋白质

动物、植物、细菌、 细胞生物
真菌等

(4)请写出洋葱表皮细胞内遗传信息传递式_D__N_A_― _转_―_录_→__R__N_A__―翻_―_译_→__蛋__白__质____。 (5)请写出洋葱根尖分生区细胞内的遗传信息传递式____―_转_―_录_→__R_N__A_―_翻_―_译_→__蛋__白__质。

2.基因控制性状的途径

1.从中心法则的名称上可以看出遗传信息的流动过程在生物学中的重要地位,这个法 则反映了遗传物质的哪两大功能? 提示 中心法则反映了遗传物质的传递与表达这两大功能。

2.下图为生物遗传信息流动过程,针对下图回答:
(1)细胞分裂间期发生了上述哪些过程?分裂期发生了哪些过程? 提示 a、b、c;c。 (2)需要tRNA和核糖体同时参与的是哪个过程?能进行A—U,G—C配对的过程有 哪些? 提示 c;b、c、e。 (3)健康的人体内不会发生上述哪些过程? 提示 d和e。

3.HIV的寄主细胞是什么?它进行蛋白质合成的场所是什么?其“遗传信息流”的模板 及原料分别由谁提供? 提示 艾滋病病毒的寄主细胞是T淋巴细胞,该病毒进行蛋白质合成的场所是寄主 细胞的核糖体,其“遗传信息流”的模板由病毒自身提供,原料由寄主细胞提供。

中心法则过程分析
1.(2016·海南卷,13)某种RNA病毒在增殖过程中,其遗传物质需要经过某种转变后 整合到真核宿主的基因组中。物质Y与脱氧核苷酸结构相似,可抑制该病毒的增殖, 但不抑制宿主细胞的增殖。那么Y抑制该病毒增殖的机制是( ) A.抑制该病毒RNA的转录过程 B.抑制该病毒蛋白质的翻译过程 C.抑制该RNA病毒的反转录过程 D.抑制该病毒RNA的自我复制过程

解析 由题干信息可知,该RNA病毒需进行逆转录过程,需脱氧核苷酸作原料, 而物质Y与脱氧核苷酸结构相似,故Y可抑制该RNA病毒的反转录过程。 答案 C

2.(2018·豫北、豫南精英联赛,12)下列关于遗传信息传递的叙述,正确的是( ) A.中心法则总结了遗传信息的传递规律,是由沃森提出的 B.乳酸菌的遗传信息传递都发生在生物大分子间 C.HIV的遗传信息传递中只有A-U的配对,不存在A-T的配对 D.普通的RNA病毒,其RNA自我复制的方式与DNA复制方式相同

解析 中心法则是由克里克提出的,A错误;乳酸菌中遗传信息的传递方向是 DNA→DNA、DNA→RNA→蛋白质,由此可见其遗传信息传递都发生在生物大分 子间,B正确;HIV是逆转录病毒,其遗传信息传递方向是RNA→DNA→RNA→蛋 白质,其中遗传信息由RNA传递至DNA时,存在A-T的配对,C错误;普通的 RNA病毒(非逆转录病毒),其RNA自我复制需要经历两次转录过程,与DNA的半 保留复制方式不同,D错误。 答案 B

“三步法”判断中心法则各过程

“一看”模板

“二看”原料

DNA

脱氧核苷酸 核糖核苷酸

脱氧核苷酸

RNA

核糖核苷酸

氨基酸

“三看”产物 DNA RNA DNA RNA
蛋白质(或多肽)

生理过程 DNA复制
转录 逆转录 RNA复制
翻译

基因对性状的控制
(2017·全国卷Ⅲ,6)下列有关基因型、性状和环境的叙述,错误的是( ) A.两个个体的身高不相同,二者的基因型可能相同,也可能不相同 B.某植物的绿色幼苗在黑暗中变成黄色,这种变化是由环境造成的 C.O型血夫妇的子代都是O型血,说明该性状是由遗传因素决定的 D.高茎豌豆的子代出现高茎和矮茎,说明该相对性状是由环境决定的

解析 表现型是具有特定基因型的个体所表现出的性状,是由基因型和环境共同决 定的,所以两个个体的身高不相同,二者的基因型可能相同,也可能不相同,A正 确;叶绿素的合成需要光照,某植物的绿色幼苗在黑暗中变成黄色,说明这种变化 是由环境造成的,B正确;O型血夫妇的基因型为ii,其子代都是O型血(ii),说明该 性状是由遗传因素决定的,C正确;高茎豌豆的子代出现高茎和矮茎,说明该高茎 豌豆是杂合体,自交后代出现性状分离,不能说明该相对性状是由环境决定的,D 错误。 答案 D

基因与性状的关系整合 (1)一个基因―控―制→一种性状(多数性状受单基因控制) (2)一个基因―控―制→多种性状(如基因间相互作用) (3)多个基因―控―制→一种性状(如身高、体重等)

图解如下

(4)生物的性状还受环境条件的影响,生物性状是基因型和环境条件共同作用的结 果,如水毛茛,其裸露于空气中的叶为卵形,而沉于水中的叶却为丝状。 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。 注意: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,则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―控―制→酶 的合成―控―制→产生该非蛋白质类物质的代谢过程―进―而→控制性状。

【即学即练】
下列关于基因、蛋白质与性状的关系的描述中,正确的是( ) A.皱粒豌豆种子中,编码淀粉分支酶的基因被打乱,不能合成淀粉分支酶,淀粉 含量低而蔗糖含量高 B.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 C.基因与性状的关系呈线性关系,即一种性状由一个基因控制 D.囊性纤维病患者中,编码一个CFTR蛋白的基因缺失了3个碱基,这种变异属于 染色体结构变异

解析 皱粒豌豆种子中,编码淀粉分支酶的基因被打乱,不能合成淀粉分支酶,淀 粉含量低而蔗糖含量高,A正确;人类白化病症状是基因通过控制酶的合成间接控 制生物体的性状来实现的,B错误;基因与性状的关系不是一一对应的关系,C错 误;囊性纤维病患者中,编码一个CFTR蛋白的基因缺失了3个碱基,这种变异属 于基因突变,D错误。 答案 A

易错·防范清零
[易错清零] 易错点1 不能诠释基因表达计算中的“最多”或至少
点拨 基因表达过程中,蛋白质的氨基酸的数目=13mRNA 的碱基数目=16基因中 的碱基数目。这个比例关系都是最大值,原因如下:
①DNA 中有的片段无遗传效应,即基因间区不能转录出 mRNA。 ②真核生物基因中存在不编码氨基酸的编码区内的内含子或非编码区。
③转录出的 mRNA 中有终止密码子,终止密码子不对应氨基酸,并且合成的肽链 在加工过程中可能会剪切掉部分氨基酸,所以基因或 DNA 上碱基数目比蛋白质中 氨基酸数目的 6 倍多。

易错点2 误认为所有细胞均可进行复制、转录与翻译
点拨 并非所有细胞均可进行复制、转录与翻译: ①只有分生组织细胞才能进行“复制(当然也进行转录与翻译)”。 ②高度分化的细胞只进行转录、翻译,不进行复制。 ③哺乳动物成熟红细胞“复制、转录、翻译”均不进行。

易错点3 误认为所有生物转录和翻译均能同时进行 点拨 (1)凡转录、翻译有核膜隔开或具“时空差异”的应为真核细胞“核基因”指导 的转录、翻译。 (2)原核细胞基因的转录、翻译可“同时”进行。 (3)真核细胞的线粒体、叶绿体中也有DNA及核糖体,其转录翻译也存在“同时进行” 的局面。

[纠错小练] 1.(2017·安徽部分中学联考)如图表示某细胞中遗传信息的传递,据图分析,下列相关
叙述正确的是( )
A.DNA双链在细胞核中合成,多肽链在细胞质中合成 B.图中酶a代表DNA聚合酶,酶b代表RNA聚合酶 C.转录形成mRNA时,游离的核糖核苷酸有序地与DNA链上的碱基相撞 D.结构c与mRNA的结合部位会形成2个tRNA的结合位点

解析 图中转录和翻译同时进行,由此可判断该细胞为原核细胞,无以核膜为界限 的细胞核,A错误;图中酶a代表解旋酶,酶b代表RNA聚合酶,B错误;转录形成 mRNA时,游离的核糖核苷酸随机地与DNA链上的碱基相撞,只有能够进行碱基 互补配对的核糖核苷酸才能按次序进行连接,C错误;结构c为核糖体,其与 mRNA的结合部位会形成2个tRNA的结合位点,D正确。 答案 D

2.(2017·河南焦作二模,5)胰腺癌曾夺走了乔布斯的生命,近来发现胰腺癌患者血液中 的一种名为HSATⅡ的非编码RNA(即不编码蛋白质的RNA),这一特殊RNA可以作 为胰腺癌的生物标记,用于胰腺癌的早期诊断,下列有关叙述正确的是( ) A.这种特殊的非编码RNA与mRNA彻底水解后,均可得到6种终产物 B.核膜上的核孔可以让蛋白质和此种特殊的RNA自由进出 C.作为胰腺癌生物标记的RNA,其翻译成的蛋白质中一般含20种氨基酸 D.这种特殊的非编码RNA在胰腺癌患者细胞的细胞质内合成

解析 RNA彻底水解后有6种产物,包括4种碱基、核糖和磷酸,A正确;细胞内的 蛋白质和RNA并非自由出入核孔,核孔具有选择透过性,细胞核需要的DNA聚合 酶、RNA聚合酶等蛋白质才可通过核孔进入细胞核,各种RNA可以通过核孔进入 细胞质,但不是自由地出细胞核,B错误;这种可作为胰腺癌生物标记的RNA属于 非编码RNA,不能翻译形成蛋白质,C错误;这种特殊的非编码RNA(HSATⅡ)可 能是在细胞核中转录形成的,也可能是在细胞质的线粒体中转录形成的,D错误。 答案 A

思维导图

课堂小结
晨读必背
1.RNA与DNA在化学组成上的区别在于:RNA中含有核 糖和尿嘧啶,DNA中含有脱氧核糖和胸腺嘧啶。 2.转录是以DNA的一条链作为模板,主要发生在细胞核 中,以4种核糖核苷酸为原料。 3.一种密码子只能决定一种氨基酸,但一种氨基酸可以 由多种密码子来决定。 4.决定氨基酸的密码子有61种,反密码子位于tRNA上。 5.基因对性状的控制有两条途径,一是基因通过控制酶 的合成来控制代谢过程,进而控制生物性状;二是基因 通过控制蛋白质结构直接控制生物的性状。



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