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第13講基因的表達(dá),突破1遺傳信息的傳遞與表達(dá),突破2對中心法則的理解與分析,總綱目錄,一、RNA的結(jié)構(gòu)、種類和功能1.RNA與DNA的結(jié)構(gòu)區(qū)別,2.RNA的種類及功能,二、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯1.轉(zhuǎn)錄(1)概念,(2)過程,2.遺傳信息的翻譯(1)密碼子和反密碼子密碼子:mRNA上決定一個(gè)氨基酸的3個(gè)相鄰堿基,共64種,其中決定氨基酸的密碼子有61種。反密碼子:位于tRNA上的與mRNA上的密碼子互補(bǔ)配對的3個(gè)堿基。(2)翻譯,1.中心法則圖解a.DNA的復(fù)制;b.轉(zhuǎn)錄;c.翻譯;d.RNA的復(fù)制;e逆轉(zhuǎn)錄。,三、基因?qū)π誀畹目刂?2.基因?qū)π誀畹目刂仆緩紹、D—aA、C、E—b,1.一個(gè)tRNA分子中只有一個(gè)反密碼子。(),4.基因翻譯時(shí)所需tRNA與氨基酸種類數(shù)不一定相等。(),3.真核生物的核基因必須在mRNA形成之后才能翻譯蛋白質(zhì)的合理解釋是真核生物的mRNA必須通過核孔后才能翻譯。(),2.密碼子位于tRNA的環(huán)狀結(jié)構(gòu)上。(),9.某些逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑可用于治療艾滋病。(),8.由逆轉(zhuǎn)錄酶催化的是RNA→DNA的過程。(),7.原核生物的mRNA轉(zhuǎn)錄的同時(shí)就與核糖體結(jié)合。(),6.mRNA上堿基改變一定會改變肽鏈中氨基酸的種類。(),5.細(xì)菌的一個(gè)基因轉(zhuǎn)錄時(shí),兩條DNA鏈可同時(shí)作為模板,提高轉(zhuǎn)錄效率。(),√,?,√,√,?,?,√,√,√,突破1遺傳信息的傳遞與表達(dá),1.DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯過程的區(qū)別和聯(lián)系,(1)區(qū)別,(2)聯(lián)系,2.辨析遺傳信息、密碼子與反密碼子,易錯警示(1)翻譯過程中堿基配對雙方是mRNA上的密碼子和tRNA上的反密碼子,故A—U,U—A配對,不會出現(xiàn)T。(2)一個(gè)核糖體與mRNA的結(jié)合部位形成2個(gè)tRNA結(jié)合位點(diǎn)。(3)翻譯起點(diǎn):起始密碼子決定的是甲硫氨酸或纈氨酸。翻譯終點(diǎn):識別到終止密碼子(不決定氨基酸)翻譯停止。(4)翻譯進(jìn)程:核糖體沿著mRNA移動,讀取下一個(gè)密碼子,但mRNA不移動。,1.“兩看法”判斷核酸種類,2.兩種翻譯模型的圖析策略(1)圖甲:①Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分別為tRNA、核糖體、mRNA、多肽鏈。②一個(gè)核糖體與mRNA的結(jié)合部位形成2個(gè)tRNA結(jié)合位點(diǎn)。,(2)圖乙:①1、2、3分別為mRNA、核糖體、多肽鏈。②一個(gè)mRNA上可相繼結(jié)合多個(gè)核糖體,同時(shí)合成多條相同的多肽鏈,而不是多個(gè)核糖體共同完成一條肽鏈的合成。圖乙中4個(gè)核糖體合成的4條多肽鏈因?yàn)槟０逑嗤嗤?。③核糖體沿著mRNA移動,mRNA不移動。核糖體移動方向的判斷依據(jù)是多肽鏈的長短。圖中核糖體的移動方向是從左向右。,考向1以基礎(chǔ)判斷或模式圖分析的形式,考查轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程1.(2018北京五十五中期中階段性調(diào)研)同一物種的兩類細(xì)胞各產(chǎn)生一種分泌蛋白,組成這兩種蛋白質(zhì)的各種氨基酸含量相同,但排列順序不同,其原因是參與這兩種蛋白質(zhì)合成的()A.tRNA種類不同B.mRNA堿基序列不同C.核糖體成分不同D.同一密碼子所決定的氨基酸不同,B,答案BtRNA的種類是相同的,A錯誤;合成蛋白質(zhì)的直接模板是mRNA,翻譯成的蛋白質(zhì)不同,是因?yàn)橹苯幽０錷RNA中堿基的排列順序不同,B正確;核糖體成分是相同的,C錯誤;同一密碼子決定的氨基酸是相同的,密碼子具有通用性,幾乎在所有生物中都是相同的,D錯誤。,2.在體外用14C標(biāo)記半胱氨酸-tRNA復(fù)合物中的半胱氨酸(Cys),得到*Cys-tRNACys,再用無機(jī)催化劑鎳將其中的半胱氨酸還原成丙氨酸(Ala),得到*Ala-tRNACys(見圖,tRNA不變)。如果該*Ala-tRNACys參與翻譯過程,那么下列說法正確的是(多選)(),A.在一個(gè)mRNA分子上可以同時(shí)合成多條被14C標(biāo)記的多肽鏈B.反密碼子與密碼子的配對由tRNA上結(jié)合的氨基酸決定C.新合成的肽鏈中,原來Cys的位置會被替換為14C標(biāo)記的AlaD.新合成的肽鏈中,原來Ala的位置會被替換為14C標(biāo)記的Cys,答案AC本題主要考查翻譯的特點(diǎn)及從新情境中獲取信息解決問題的能力。在一個(gè)mRNA分子上可以先后結(jié)合多個(gè)核糖體,可同時(shí)合成多條多肽鏈,A正確;反密碼子與密碼子的配對遵循堿基互補(bǔ)配對原則,是由密碼子決定的,B錯誤;依據(jù)題干信息可知,用無機(jī)催化劑鎳將*Cys-tRNACys中的半胱氨酸還原成丙氨酸時(shí),tRNA不變,由此推測與其配對的密碼子也未變,但所決定的氨基酸由半胱氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)楸彼?新合成的肽鏈中,原來Cys的位置會被替換為14C標(biāo)記的Ala,C正確、D錯誤。,考向2以基礎(chǔ)判斷或圖示分析的形式,考查遺傳信息、密碼子、反密碼子的對應(yīng)關(guān)系3.下圖簡要概括了在真核細(xì)胞內(nèi)基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成過程中相關(guān)物質(zhì)間的關(guān)系。據(jù)圖分析,下列說法錯誤的是(),A.①表示基因,主要位于染色體上B.②過程中堿基配對方式與③過程中有所不同C.③表示翻譯,該過程離不開④D.④中的密碼子決定其攜帶的氨基酸種類,答案D圖中①表示基因,在真核細(xì)胞中主要位于染色體上,A正確;圖中②表示轉(zhuǎn)錄,圖中③表示翻譯,轉(zhuǎn)錄過程中的堿基配對方式有T—A,而翻譯過程中沒有,B正確;翻譯過程離不開tRNA(④),C正確;④表示tRNA,其上存在反密碼子,而不是密碼子,D錯誤。,考向3以圖示分析或?qū)嵗治龅男问?考查基因表達(dá)過程中的相關(guān)計(jì)算4.(2018北京八中期中)M基因編碼含63個(gè)氨基酸的肽鏈。該基因發(fā)生插入突變,使mRNA增加了一個(gè)三堿基序列AAG,表達(dá)的肽鏈含64個(gè)氨基酸。以下說法正確的是()A.M基因突變后,參與基因復(fù)制的嘌呤核苷酸比例增加B.在M基因轉(zhuǎn)錄時(shí),核糖核苷酸之間通過堿基配對連接C.突變前后編碼的兩條肽鏈,最多有2個(gè)氨基酸不同D.在突變基因的表達(dá)過程中,最多需要64種tRNA參與,C,答案C在基因中嘌呤堿基與嘧啶堿基配對,基因發(fā)生插入突變后,嘌呤堿基數(shù)仍會等于嘧啶堿基數(shù),故A錯誤;在M基因轉(zhuǎn)錄時(shí),核糖核苷酸之間通過磷酸二酯鍵連接,B錯誤;若AAG插入點(diǎn)在密碼子之間,突變前后編碼的兩條肽鏈,只有1個(gè)氨基酸不同,若AAG插入點(diǎn)在某一密碼子中,則突變前后編碼的兩條肽鏈,最多有2個(gè)氨基酸不同,故C正確;因與決定氨基酸的密碼子配對的反密碼子共有61種,故基因表達(dá)過程中,最多需要61種tRNA參與,D錯誤。,5.一個(gè)DNA分子轉(zhuǎn)錄形成的RNA中,腺嘌呤與尿嘧啶之和占全部堿基總數(shù)的42%。若該DNA分子中一條鏈的胞嘧啶占該鏈堿基總數(shù)的24%,胸腺嘧啶占30%,則另一條鏈上胞嘧啶、胸腺嘧啶分別占該鏈堿基總數(shù)的()A.21%12%B.34%12%C.30%24%D.58%30%,B,答案B依題意和堿基互補(bǔ)配對原則可知:在RNA中,A+U=42%,C+G=58%,該DNA分子每一條鏈中,A+T=42%,C+G=58%(占一條鏈的比例)。又已知在該DNA分子一條鏈中,C=24%,T=30%,則該鏈中G=58%-24%=34%(與另一條鏈上的C相等),A=42%-30%=12%(與另一條鏈上的T相等),所以另一條鏈上胞嘧啶、胸腺嘧啶分別占該鏈堿基總數(shù)的34%、12%,A、C、D均錯誤,B正確。,1.內(nèi)容圖解,圖解表示出遺傳信息傳遞的過程:,(1)以DNA為遺傳物質(zhì)的生物的遺傳信息傳遞,突破2對中心法則的理解與分析,①逆轉(zhuǎn)錄需要逆轉(zhuǎn)錄酶,該酶在基因工程中常用于催化合成目的基因。②中心法則中各過程都遵循堿基互補(bǔ)配對原則,(2)以RNA為遺傳物質(zhì)的生物的遺傳信息傳遞,2.中心法則與基因表達(dá)的關(guān)系,易錯警示(1)DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯是所有具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物所遵循的法則。(2)RNA→DNA的逆轉(zhuǎn)錄和RNA→RNA的自我復(fù)制過程,在病毒單獨(dú)存在時(shí)不能進(jìn)行,只有當(dāng)病毒寄生到宿主細(xì)胞中后才可能發(fā)生。(3)逆轉(zhuǎn)錄需要逆轉(zhuǎn)錄酶催化。逆轉(zhuǎn)錄酶在基因工程中是一種很重要的酶,它能催化以已知的mRNA為模板合成目的基因的過程。這是獲得目的基因的重要手段。,1.利用圖示剖析中心法則的策略圖示中1、8為轉(zhuǎn)錄過程;2、5、9為翻譯過程;3、10為DNA復(fù)制過程;4、6為RNA復(fù)制過程;7為逆轉(zhuǎn)錄過程。,2.確認(rèn)中心法則各生理過程的三大依據(jù),1.(2018北京海淀期末)下圖為中心法則示意圖,相關(guān)敘述正確的是()A.①②③發(fā)生在細(xì)胞核和線粒體中B.①④的堿基配對方式完全相同C.細(xì)胞中的tRNA通過④過程復(fù)制D.⑤在逆轉(zhuǎn)錄酶的催化作用下完成,考向1依托中心法則圖示,考查遺傳信息的流動,D,答案D①②③過程分別為DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄及翻譯過程,對于細(xì)胞核基因來說,①②過程可能發(fā)生在細(xì)胞核中,③過程發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)中的核糖體上;對于線粒體基因來說,①②③過程都可以發(fā)生在線粒體中,A錯誤。①過程為DNA的復(fù)制,所涉及的堿基互補(bǔ)配對方式有:A-T,G-C;④過程為RNA的復(fù)制,所涉及的堿基互補(bǔ)配對方式有:A-U、G-C、T-A,B錯誤。細(xì)胞中的tRNA由DNA轉(zhuǎn)錄而來,C錯誤;⑤過程為逆轉(zhuǎn)錄過程,需要在逆轉(zhuǎn)錄酶的催化作用下完成,D正確。,2.Qβ噬菌體的遺傳物質(zhì)(QβRNA)是一條單鏈RNA。當(dāng)噬菌體侵染大腸桿菌后,QβRNA立即作為模板翻譯出成熟蛋白、外殼蛋白和RNA復(fù)制酶(如圖所示),然后利用該復(fù)制酶復(fù)制QβRNA。下列敘述正確的是(),A.QβRNA的復(fù)制需經(jīng)歷一個(gè)逆轉(zhuǎn)錄過程B.QβRNA的復(fù)制需經(jīng)歷形成雙鏈RNA的過程C.一條QβRNA模板只能翻譯出一條肽鏈D.QβRNA復(fù)制后,復(fù)制酶基因才能進(jìn)行表達(dá),答案B單鏈Q(jìng)βRNA的復(fù)制過程為:先以該RNA為模板合成一條互補(bǔ)RNA,再以互補(bǔ)RNA為模板合成子代的QβRNA,故此過程中不需要逆轉(zhuǎn)錄,但可形成雙鏈RNA,A項(xiàng)錯誤、B項(xiàng)正確;由圖知以該RNA為模板合成了多種蛋白質(zhì),故一條單鏈Q(jìng)βRNA可翻譯出多條肽鏈,C項(xiàng)錯誤;由題干信息可知,侵染大腸桿菌后,QβRNA可立即作為模板翻譯出RNA復(fù)制酶,D項(xiàng)錯誤。,考向2以基因與生物代謝關(guān)系圖示為載體,考查基因與生物性狀的關(guān)系3.(2018北京東城期末)下列關(guān)于基因和遺傳物質(zhì)的敘述,正確的是()A.基因都在染色體上B.遺傳物質(zhì)的復(fù)制可在體外進(jìn)行C.基因是遺傳物質(zhì)的基本組成單位D.基因表達(dá)過程中不會出現(xiàn)T-A堿基配對,B,答案B對于真核細(xì)胞而言,染色體是基因的主要載體,線粒體和葉綠體也是基因的載體,A錯誤;PCR擴(kuò)增技術(shù)為體外復(fù)制DNA的技術(shù),B正確;遺傳物質(zhì)為DNA或RNA,其基本組成單位為脫氧核苷酸或核糖核苷酸,C錯誤;基因表達(dá)包括轉(zhuǎn)錄和翻譯,在轉(zhuǎn)錄過程中,DNA中T與mRNA中A發(fā)生堿基互補(bǔ)配對,D錯誤。,4.(2016北京理綜)嫁接是我國古代勞動人民早已使用的一項(xiàng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù),目前也用于植物體內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的基礎(chǔ)研究。研究者將具有正常葉形的番茄(X)作為接穗,嫁接到葉形呈鼠耳形的番茄(M)砧木上,結(jié)果見圖1。,圖1,圖2(1)上述嫁接體能夠成活,是因?yàn)榧藿硬课坏募?xì)胞在恢復(fù)分裂、形成組織后,經(jīng)形成上下連通的輸導(dǎo)組織。,(2)研究者對X和M植株的相關(guān)基因進(jìn)行了分析,結(jié)果見圖2。由圖可知,M植株的P基因發(fā)生了類似于染色體結(jié)構(gòu)變異中的變異,部分P基因片段與L基因發(fā)生融合,形成P-L基因(P-L)。以P-L為模板可轉(zhuǎn)錄出,在上翻譯出蛋白質(zhì),M植株鼠耳葉形的出現(xiàn)可能與此有關(guān)。(3)嫁接體正常葉形的接穗上長出了鼠耳形的新葉。為探明其原因,研究者進(jìn)行了相關(guān)檢測,結(jié)果見下表。,①檢測P-LmRNA需要先提取總RNA,再以mRNA為模板出cDNA,然后用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的片段。②檢測P-LDNA需要提取基因組DNA,然后用PCR技術(shù)對圖2中(選填序號)位點(diǎn)之間的片段擴(kuò)增。a.Ⅰ~Ⅱb.Ⅱ~Ⅲc.Ⅱ~Ⅳd.Ⅲ~Ⅳ(4)綜合上述實(shí)驗(yàn),可以推測嫁接體中P-L基因的mRNA。,答案(1)愈傷細(xì)胞分化(2)重復(fù)mRNA核糖體(3)①反轉(zhuǎn)錄②c(4)從砧木被運(yùn)輸?shù)浇铀胄律~中,發(fā)揮作用,影響新生葉的形態(tài)解析本題是一道綜合能力考查題。試題情境新穎,難度不大。(1)嫁接體能夠成活,是因?yàn)榧藿硬课坏募?xì)胞在恢復(fù)分裂形成愈傷組織后,經(jīng)細(xì)胞分化形成輸導(dǎo)組織。(2)據(jù)圖2可知:M植株中的P基因發(fā)生了片段的重復(fù),部分P基因片段與L基因發(fā)生融合,形成P-L基因、(P-L),以形成的P-L為模板轉(zhuǎn)錄出mRNA,在核糖體上翻譯出蛋白質(zhì)。(3)①檢測P-LmRNA需先提取總RNA,再以mRNA為模板反轉(zhuǎn)錄出cDNA,然后用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的片段。②檢測P-LDNA需要先提取基因組DNA,然后設(shè),計(jì)特定的引物進(jìn)行擴(kuò)增,能擴(kuò)增出P-L目的片段,說明存在P-LDNA,據(jù)圖中信息知,應(yīng)選擇擴(kuò)增Ⅱ~Ⅳ之間的片段,c選項(xiàng)正確。(4)據(jù)主題干信息“嫁接是我國古代勞動人民早已使用的一項(xiàng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù),目前也用于植物體內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的基礎(chǔ)研究”、(2)中“M植株鼠耳葉形的出現(xiàn)可能與此有關(guān)”和表格中實(shí)驗(yàn)結(jié)果可推知:嫁接體中P-L基因的mRNA從砧木(M)被運(yùn)輸?shù)浇铀?X)新生葉中,發(fā)揮作用,影響新生葉的形態(tài)。,核心構(gòu)建,