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第3講　基因的表達 考綱考情 考查內(nèi)容 等級要求 考查詳情 遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯 B 17年—多選—T23考查遺傳信息傳遞過程中有關考轉(zhuǎn)錄和翻譯的知識 16年—單選—T18考查遺傳信息傳遞過程中有關場所和堿基配對原則的知識 16年—多選—T22考查轉(zhuǎn)錄和翻譯過程的相關知識 15年—單選—T12結合圖像考查遺傳信息的翻譯過程 14年—單選—T6考查HIV病毒DNA的復制、轉(zhuǎn)錄和翻譯 14年—單選—T20考查基因控制蛋白質(zhì)合成 13年—非選—T32結合示意圖考查轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程的場所 知識整合 一、RNA的化學組成及分類 1．RNA的基本組成單位：__________________。 2．RNA的結構：一般是________鏈，而且比DNA分子________，因此能夠通過________從細胞核轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)中。 RNA通過________由細胞核進入細胞質(zhì)，穿過________層磷脂分子層。 3．RNA的分布：主要分布在________中，可以用________進行染色觀察。 4．RNA的種類： (1)mRNA→可將遺傳信息從________傳遞到細胞質(zhì)中。 (2)tRNA→可以運輸________________，識別密碼子。 (3)rRNA→是________的組成成分。 二、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄 1．轉(zhuǎn)錄的概念：在________中，以________________為模板合成mRNA的過程。 2．轉(zhuǎn)錄的時間：主要是細胞分裂的________期。 3．轉(zhuǎn)錄的條件：____________、____________、____________、____________。 4．轉(zhuǎn)錄的特點：是________________，轉(zhuǎn)錄完成后DNA恢復為雙鏈結構。 5．轉(zhuǎn)錄的過程： (1)解旋：DNA雙鏈解開，DNA雙鏈的堿基得以暴露。 (2)配對：細胞中游離的________________與DNA鏈上的堿基互補時，兩者以________結合。 (3)連接：在________________作用下，游離的核糖核苷酸連接到正在合成的mRNA上。 (4)脫離：合成的________從DNA鏈上釋放，DNA________________恢復。 6．轉(zhuǎn)錄成的mRNA堿基序列與作為模板的DNA單鏈的堿基序列有哪些異同？ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 三、遺傳信息的翻譯 1．翻譯的概念：游離在________中的各種氨基酸，以________________為模板合成具有一定________________順序的蛋白質(zhì)的過程。 2．過程(看教材中圖，回答問題) (1)mRNA進入細胞質(zhì)與________________結合。 (2)攜帶氨基酸的tRNA與mRNA的堿基________________，將氨基酸置于特定位置。 (3)2個氨基酸脫水縮合形成________________________________________________________________________ (寫出結構簡式)，連接成肽鏈。 (4)________沿著mRNA移動，讀取下一個密碼子，直至讀取到________合成終止。 (5)肽鏈合成后，從核糖體上脫離，經(jīng)過一系列“加工”，盤曲折疊成具有特定空間結構和功能的________。 ①翻譯的時間主要在細胞分裂的________期。 ②翻譯所需要的條件________、________、________________、________________。 ③翻譯是一個快速的過程，少量的mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白質(zhì)，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ④肽鏈需要________________細胞器進一步加工才能成為具有一定空間結構的蛋白質(zhì)。 3．密碼子 (1)位置：在________上。 (2)實質(zhì)：決定一個氨基酸的三個相鄰________。 (3)種類：________種，其中終止密碼子________個，起始密碼子________個，能決定氨基酸的有________。 4．tRNA (1)種類：________種。 (2)結構：三葉草形，一端是攜帶____________的部位，另一端有3個堿基可以與mRNA上的密碼子__________，叫____________。 (3)tRNA與氨基酸的關系：一個tRNA一次只能轉(zhuǎn)運________個氨基酸，一種tRNA只能識別并轉(zhuǎn)運________種氨基酸，一種氨基酸可以由________種tRNA來轉(zhuǎn)運。 tRNA是否只有三個堿基？________；RNA是否沒有氫鍵？________________。 四、中心法則的提出及其發(fā)展 1．提出者：________ 2．發(fā)展后的中心法則圖解： __________________________________ 五、基因、蛋白質(zhì)、性狀的關系 基因通過控制蛋白質(zhì)的合成來控制性狀，有兩條途徑： 1．間接途徑：基因通過控制________的合成來控制________過程，從而控制性狀。 實例：白化病是由于控制________________的基因異常而引起的。 2．直接途徑：基因通過控制________來直接控制性狀。 實例：囊性纖維病是由于編碼________________的基因缺失3個堿基引起的。 考點突破 考點1　相關物質(zhì)與過程的比較 1．DNA與RNA的比較 種類 DNA(脫氧核糖核酸) RNA(核糖核酸) 組成分 堿基 胸腺嘧啶 尿嘧啶 腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶 磷酸,磷酸 五碳糖,脫氧核糖,核糖 組成單位,4種脫氧核苷酸,4種核糖核苷酸 結構,規(guī)則的雙螺旋結構,常為單鏈結構 分布,主要在細胞核內(nèi),主要在細胞質(zhì)中 功能,是主要的遺傳物質(zhì),無DNA的生物，RNA可成為遺傳物質(zhì)，通常是輔助DNA完成功能；少數(shù)RNA有催化作用 共同點,化學組成成分中都有磷酸及堿基A、C、G；兩者都是核酸，都可攜帶遺傳信息 2．DNA復制、轉(zhuǎn)錄、翻譯的比較 復制 轉(zhuǎn)錄 翻譯 時間 細胞分裂的間期 個體生長發(fā)育的整個過程 場所 主要在細胞核 主要在細胞核 細胞質(zhì)的核糖體 模板 DNA的兩條單鏈 DNA的一條鏈 mRNA 原料 4種脫氧核苷酸 4種核糖核苷酸 20種氨基酸 條件 都需要特定的酶和ATP 產(chǎn)物 2個雙鏈DNA 一個單鏈RNA 多肽鏈(或蛋白質(zhì)) 產(chǎn)物 動向 傳遞到2個子細胞 離開細胞核 進入細胞質(zhì) 組成細胞的結構蛋白和功能蛋白 特點 邊解旋邊復制，半保留復制 邊解旋邊轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后DNA仍恢復原來的雙鏈結構 翻譯結束后，mRNA分解成單個核苷酸 堿基 配對 A－T，T－A，G－C，C－G A－U，T－A，G－C，C－G A－U，U－A，C－G，G－C 信息 傳遞 DNA→DNA DNA→mRNA mRNA→蛋白質(zhì) 意義 使遺傳信息從親代傳給子代 表達遺傳信息，使生物表現(xiàn)出各種性狀 　　3.聯(lián)系 4.遺傳信息、密碼子、反密碼子的比較 比較項目 概念 作用 存在位置 種類、數(shù)量 特點 相互聯(lián)系 遺傳信息 基因中脫氧核苷酸的排列順序 控制生物的遺傳性狀 DNA 不同基因中脫氧核苷酸的數(shù)量、排列順序不同，決定遺傳信息特異性 DNA兩條鏈上的堿基互補 密碼子 mRNA中決定一個氨基酸的三個相鄰堿基 直接決定蛋白質(zhì)中的氨基酸序列 mRNA 64種(3種終止密碼子、61種決定氨基酸的密碼子) 與DNA模板鏈上的堿基互補(T被U取代) 反密碼子 tRNA中與mRNA密碼子互補配對的三個堿基 識別密碼子，轉(zhuǎn)運氨基酸 tRNA 理論上61種(實際不詳) 與mRNA的堿基互補 ,基因中脫氧核苷酸的序列決定mRNA中核糖核苷酸的序列，mRNA中堿基序列與基因模板鏈中堿基序列互補配對，密碼子與相應反密碼子的序列互補配對 例1　下列關于真核細胞中轉(zhuǎn)錄的敘述，錯誤的是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A．tRNA、rRNA和mRNA都從DNA轉(zhuǎn)錄而來 B．同一細胞中兩種RNA和合成有可能同時發(fā)生 C．細胞中的RNA合成過程不會在細胞核外發(fā)生 D．轉(zhuǎn)錄出的RNA鏈與模板鏈的相應區(qū)域堿基互補 1．(2016江蘇高考)近年誕生的具有劃時代意義的CRISPR/Cas9基因編輯技術可簡單、準確地進行基因定點編輯。其原理是由一條單鏈向?qū)NA引導核酸內(nèi)切酶Cas9到一個特定的基因位點進行切割。通過設計向?qū)NA中20個堿基的識別序列，可人為選擇DNA上的目標位點進行切割(如圖)。下列相關敘述錯誤的是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A．Cas9蛋白由相應基因指導在核糖體中合成 B．向?qū)NA中的雙鏈區(qū)遵循堿基配對原則 C．向?qū)NA可在逆轉(zhuǎn)錄酶催化下合成 D．若α鏈剪切點附近序列為……TCCACAATC…… 則相應的識別序列為……UCCACAAUC…… 2．(2017鹽城三模)下列有關遺傳信息及其傳遞過程的敘述，正確的是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A．所有細胞分裂都伴隨著DNA復制 B．真核與原核生物不共用一套密碼子 C．真核生物的遺傳信息只儲存于細胞核中 D．轉(zhuǎn)錄和翻譯時的堿基互補配對方式都相同 考點2　基因表達過程中的幾種數(shù)量關系 1．基因控制蛋白質(zhì)合成過程中的數(shù)量關系 (1)DNA(基因)、mRNA上堿基數(shù)目與氨基酸數(shù)目之間的關系 可見，蛋白質(zhì)中氨基酸數(shù)目＝1/3 mRNA堿基數(shù)目＝1/6 DNA(或基因)堿基數(shù)目。 (2)蛋白質(zhì)合成中的“最多”和“最少” 因為DNA(基因)、mRNA上有一些堿基不編碼氨基酸(如mRNA上的終止密碼子等)，所以實際上編碼n個氨基酸，mRNA上所需的堿基數(shù)目大于3n，基因上堿基數(shù)目大于6n，故一般題干中求氨基酸數(shù)有“最多”、求堿基數(shù)有“至少”等字樣。在回答有關問題時，也應加上“最多”或“至少”等字。 如：mRNA上有n個堿基，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生它的基因中至少有2n個堿基，該mRNA指導合成的蛋白質(zhì)中最多有n/3個氨基酸。 (3)基因中堿基與蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量之間的計算 若基因中有n個堿基，氨基酸的平均相對分子質(zhì)量為a，合成含m條多肽的蛋白質(zhì)的相對分子質(zhì)量＝a－18(－m)；若改為n個堿基對，則公式為a－18(－m)。 比較內(nèi)容 數(shù)量 基因中能編碼蛋白質(zhì)的堿基數(shù) 6m mRNA上的堿基數(shù) 3m 參與轉(zhuǎn)運氨基酸的tRNA數(shù) m 蛋白質(zhì)中的氨基酸數(shù) m 蛋白質(zhì)中的肽鏈數(shù) n 蛋白質(zhì)中的肽鍵數(shù) m－n 縮合失去的水分子數(shù) m－n 　　2.遺傳信息、密碼子、tRNA的關系 (1)密碼子：mRNA上決定一個氨基酸的三個相鄰堿基。 (2)密碼子表：共43＝64種密碼子。終止密碼子3種，決定氨基酸的密碼子61種，其中起始密碼子2種。 (3)一種氨基酸由一或多種密碼子決定，由一或多種tRNA轉(zhuǎn)運。 (4)一種密碼子只能決定一種氨基酸，一種tRNA只能轉(zhuǎn)運一種氨基酸。 (5)同一種氨基酸的密碼子與tRNA的種類一一對應。 3．基因相對分子質(zhì)量與蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量的計算 設基因的相對分子質(zhì)量為a，基因中脫氧核苷酸的分子量為b，基因中脫氧核苷酸的數(shù)目為c，氨基酸的數(shù)目為d，氨基酸的平均相對分子質(zhì)量為e，蛋白質(zhì)中的多肽鏈的數(shù)目為f，蛋白質(zhì)的相對分子質(zhì)量為g。則存在以下關系式：①a＝bc－18(c－2)，②d＝c6，③g＝de－18(d－f)。 1．DNA和RNA的區(qū)分技巧 (1)DNA和RNA的判斷 ①含有堿基T或脫氧核糖?DNA；②含有堿基U或核糖?RNA。 (2)單鏈DNA和雙鏈DNA的判斷 ①若：?一般為雙鏈DNA； ②若：嘌呤≠嘧啶?單鏈DNA。 (3)DNA和RNA合成的判斷 用放射性同位素標記T或U，可判斷DNA和RNA的合成。若大量消耗T，可推斷正發(fā)生DNA的合成；若大量利用U，可推斷正進行RNA的合成。 2．與轉(zhuǎn)錄和翻譯有關的3點易錯點 (1)轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物不只是mRNA，還有tRNA、rRNA，但只有mRNA攜帶遺傳信息，3種RNA都參與翻譯過程，只是作用不同。 (2)翻譯過程中mRNA并不移動，而是核糖體沿著mRNA移動，進而讀取下一個密碼子。 (3)轉(zhuǎn)錄和翻譯過程中的堿基配對沒有A—T，而是A—U。 3．巧辨遺傳信息、密碼子和反密碼子 (1)界定遺傳信息、密碼子(遺傳密碼)、反密碼子 (2)辨析氨基酸與密碼子、反密碼子的數(shù)量關系 ①每種氨基酸對應一種或幾種密碼子(密碼子簡并性)，可由一種或幾種tRNA轉(zhuǎn)運。 ②一種密碼子只能決定一種氨基酸，一種tRNA只能轉(zhuǎn)運一種氨基酸。 ③密碼子有64種(3種終止密碼子和61種決定氨基酸的密碼子)；反密碼子理論上有61種。 4．DNA和mRNA之間對應堿基及數(shù)量的計算 找準DNA和mRNA之間對應堿基及其比例關系，即DNA模板鏈中A＋T(或C＋G)與mRNA中A＋U(或C＋G)相等，則(A＋T)總%＝(A＋U)mRNA%。 例2　現(xiàn)代生物工程能夠?qū)崿F(xiàn)通過已知蛋白質(zhì)的氨基酸序列來人工合成基因?，F(xiàn)已知人體生長激素共含190個肽鍵(單鏈)，假設與其對應的mRNA序列中有A和U共313個，則合成的生長激素基因中G至少有(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A．130個 B．260個 C．313個 D．無法確定 3．假設一個雙鏈的噬菌體DNA由5 000個堿基對組成，其中腺嘌呤占全部堿基的20%；用這個噬菌體侵染大腸桿菌并合成相關蛋白質(zhì)(如下圖)，最終共釋放出100個子代噬菌體。下列敘述正確的是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A．形成100個子代噬菌體至少需要3105個鳥嘌呤脫氧核苷酸 B．圖中所示物質(zhì)及結構中共有2種RNA C．圖示過程在細胞質(zhì)中進行，堿基間的配對方式有3種 D．若氨基酸①為起始端，則“正在延伸的肽鏈”的合成共需6個密碼子參與 考點3　中心法則 1．利用流程圖分類剖析中心法則 (1)細胞生物及噬菌體等DNA病毒的中心法則為 (2)煙草花葉病毒等大部分RNA病毒的中心法則為 (3)HIV等逆轉(zhuǎn)錄病毒的中心法則為 2．利用圖示分類剖析中心法則 (1)圖示中1、8為轉(zhuǎn)錄過程；2、5、9為翻譯過程；3、10為DNA復制過程；4、6為RNA復制過程；7為逆轉(zhuǎn)錄過程。 (2)若甲、乙、丙為病毒，則甲為DNA病毒，如噬菌體；乙為RNA病毒，如煙草花葉病毒；丙為逆轉(zhuǎn)錄病毒，如HIV。 3．基因控制性狀的途徑 (1)直接控制途徑(用文字和箭頭表示) 基因蛋白質(zhì)的結構生物體的性狀。 (2)間接控制途徑(用文字和箭頭表示) 基因酶的合成細胞代謝生物體的性狀。 4．基因與性狀的關系 (1)基因與性狀的關系并不都是簡單的線性關系。有些性狀由多個基因決定，有些基因也可能影響決定多個性狀。 (2)基因與基因、基因與基因產(chǎn)物、基因與環(huán)境之間存在著復雜的相互作用，這種相互作用形成了一個錯綜復雜的網(wǎng)絡，精細地調(diào)控著生物體的性狀。 例3　研究發(fā)現(xiàn)，人類免疫缺陷病毒(HIV)攜帶的RNA在宿主細胞內(nèi)不能直接作為合成蛋白質(zhì)的模板。依據(jù)中心法則(下圖)，下列相關敘述錯誤的是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A．合成子代病毒蛋白質(zhì)外殼的完整過程至少要經(jīng)過④②③環(huán)節(jié) B．侵染細胞時，病毒中的蛋白質(zhì)不會進入宿主細胞 C．通過④形成的DNA可以整合到宿主細胞的染色體DNA上 D．科學家可以研發(fā)特異性抑制逆轉(zhuǎn)錄酶的藥物來治療艾滋病 4．下列關于真核生物遺傳物質(zhì)和性狀的敘述，正確的是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A．細胞中染色體的數(shù)目始終等于DNA的數(shù)目 B．有絲分裂有利于保持親代細胞和子代細胞間遺傳性狀的穩(wěn)定 C．細胞中DNA分子的堿基對數(shù)等于所有基因的堿基對數(shù)之和 D．生物體中，一個基因決定一種性狀，一種性狀由一個基因決定 請根據(jù)下列關鍵詞的提示，歸納構建本課時知識體系 DNA轉(zhuǎn)錄　翻譯　遺傳信息　密碼子　反密碼子　　中心法則 隨堂演練 1．M基因編碼含63個氨基酸的肽鏈。該基因發(fā)生插入突變，使mRNA增加了一個三堿基序列AAG，表達的肽鏈含64個氨基酸。以下說法正確的是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A．M基因突變后，參與基因復制的嘌呤核苷酸比例增加 B．在M基因轉(zhuǎn)錄時，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個氨基酸不同 D．在突變基因的表達過程中，最多需要64種tRNA參與 2．下列關于生物體內(nèi)基因表達的敘述，正確的是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A．每種氨基酸都至少有兩種相應的密碼子 B．HIV的遺傳物質(zhì)可以作為合成DNA的模板 C．真核生物基因表達的過程即是蛋白質(zhì)合成的過程 D．一個基因的兩條DNA鏈可轉(zhuǎn)錄出兩條相同的RNA 3．若mRNA上決定氨基酸的某個密碼子的一個堿基發(fā)生替換，則識別該密碼子的tRNA及其攜帶的氨基酸的變化情況是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A．tRNA一定改變，氨基酸不一定改變 B．tRNA不一定改變，氨基酸不一定改變 C．tRNA一定改變，氨基酸一定改變 D．tRNA不一定改變，氨基酸一定改變 4．NF2基因是一種腫瘤抑制基因，其編碼的Merlin蛋白與細胞的活動和增殖有著密切的關系，其作用機理如圖所示。下列有關Merlin蛋白的敘述，錯誤的是(　　) 第4題圖 　　　　　　　　　　　　　　　　 A．Merlin蛋白的合成需通過轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個過程 B．Merlin蛋白主要在細胞質(zhì)中不斷積累而發(fā)揮效應 C．Merlin蛋白能夠與E3泛素化連接酶結合 D．Merlin蛋白抑制致癌基因的表達來發(fā)揮抑癌作用 5．(多選)圖甲、圖乙表示細胞內(nèi)相關的生理活動，下列表述不正確的是(　　) 甲 　　乙 第5題圖 　　　　　　　　　　　　　　　　 A．圖甲所示生理活動涉及圖乙中的a、b、c、f、g過程 B．圖乙中涉及堿基A與U配對的過程為b、c、d、e過程 C．遺傳信息不可以由RNA傳遞給DNA D．可運用放射性同位素示蹤技術研究a過程中的半保留復制 6．如圖甲為某種真菌線粒體中蛋白質(zhì)的生物合成示意圖，請回答下列問題： 第6題圖 (1)Ⅰ、Ⅱ代表的結構或物質(zhì)分別為______________、________________。 (2)完成過程①需要的物質(zhì)是從細胞質(zhì)進入細胞核的。它們是________________________。 (3)從甲圖中分析，基因表達過程中轉(zhuǎn)錄的發(fā)生場所有________________________。 (4)根據(jù)甲圖中的表格判斷：[Ⅲ]為________(填名稱)，其攜帶的氨基酸是________。若蛋白質(zhì)2在線粒體內(nèi)膜上發(fā)揮作用，推測其功能可能是參與有氧呼吸的第________階段。 (5)用α－鵝膏蕈堿處理細胞后發(fā)現(xiàn)，細胞質(zhì)基質(zhì)中RNA含量顯著減少，那么推測α－鵝膏蕈堿抑制的過程是________(填序號)，線粒體功能________(選填“會”或“不會”)受到影響。 (6)乙圖為甲圖中①過程，圖中的b和d二者在化學組成上的區(qū)別是________________________________________________________________________。 圖中a是一種酶分子，它能促進c的合成，其名稱為________________________。