2016届高三生物一轮复习（知识点归纳与总结）：2.3+基因的表达

第3讲　基因的表达知识点一　遗传信息的转录　比一比：DNA的转录和复制的主要区别有哪些？知识点二　遗传信息的翻译　议一议：若一个基因在复制过程中发生碱基对的替换，这种变化是否一定反映到蛋白质的结构上？知识点三　基因对性状的控制版权所有：中华资源库www.ziyuanku.com 　想一想：中心法则中几个生理过程准确进行的原因是什么？1．tRNA、mRNA、rRNA均是转录产生的，在翻译过程中共同发挥作用。mRNA——携带遗传信息tRNA——运送氨基酸rRNA——核糖体的成分2．每种氨基酸对应一种或几种密码子，可由一种或几种tRNA转运；但一种密码子只能决定一种氨基酸(特例：终止密码子无对应的氨基酸)，且一种tRNA只能转运一种氨基酸。转录、翻译基因与性状关系版权所有：中华资源库www.ziyuanku.com 自我校对：①核糖核苷酸　②A、U、C、G　③核糖　④单　⑤mRNA　⑥转运RNA　⑦核糖体RNA(rRNA)　⑧细胞核　⑨DNA　RNA　⑪细胞核　⑫DNA的一条链　⑬4种游离的核糖核苷酸　⑭RNA(主要是mRNA)　⑮A—U　⑯T－A　⑰氨基酸　⑱mRNA　⑲一定氨基酸顺序的蛋白质　⑳核糖体　mRNA　20种游离的氨基酸　蛋白质(或多肽链)　tRNA　A－U、U－A、C－G、G－C　mRNA　一个密码子mRNA　64　61　3　tRNA　mRNA　密码子　反密码子　tRNA　61　克里克和沃森　　代谢　蛋白质　基因　环境条件　细胞质基因　叶绿体基因想一想：三种RNA中只有mRNA携带遗传信息，mRNA在翻译过程中起模板的作用。其余二种RNA分别为核糖体的组成成分和作为运载氨基酸的工具。比一比：①转录是以DNA的一条链为模板，形成的是一个单链RNA。②复制是以DNA分子的两条链为模板，形成的是两个双链DNA。议一议：不一定，因为密码子有简并性。想一想：①前者为后者的产生提供了一个精确模板。②严格的碱基互补配对原则决定了后者是以前者提供的模板为依据形成的。,基因指导蛋白质的合成过程1．DNA复制、转录、翻译的比较DNA功能传递遗传信息(复制)表达遗传信息转录翻译时间有丝分裂间期；减Ⅰ前的间期生长发育的连续过程中版权所有：中华资源库www.ziyuanku.com 场所真核细胞主要在细胞核，部分在线粒体和叶绿体；原核细胞主要在拟核细胞质(核糖体)原料四种脱氧核苷酸四种核糖核苷酸二十种氨基酸模板DNA的两条链DNA中的一条链mRNA条件特定的酶和ATP过程DNA边解旋边以两条链为模板，按碱基互补配对原则，合成两条子链，子链与对应母链螺旋化DNA解旋，以一条链为模板，按碱基互补配对原则形成mRNA(单链)，mRNA进入细胞质与核糖体结合以mRNA为模板，tRNA一端的碱基与mRNA上的密码子配对，另一端携带相应氨基酸，在核糖体合成有一定氨基酸序列的蛋白质模板去向分别进入两个子代DNA分子中恢复原样，与非模板链重新形成双螺旋结构分解成单个核苷酸特点边解旋边复制；半保留复制边解旋边转录，DNA双链全保留一个mRNA上可连续结合多个核糖体，依次合成多肽链产物两个双链DNA分子一个单链RNA蛋白质意义复制遗传信息，使遗传信息从亲代传给子代表达遗传信息，使生物体表现出各种遗传性状2.联系3．遗传信息、密码子和反密码子的比较(1)区别版权所有：中华资源库www.ziyuanku.com 存在位置含　义生理作用遗传信息DNA脱氧核苷酸(碱基对)的排列顺序直接决定mRNA中碱基排列顺序，间接决定氨基酸的排列顺序密码子mRNAmRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基直接决定氨基酸的排列顺序反密码子tRNA与密码子互补的三个碱基识别密码子(2)联系①遗传信息是基因中脱氧核苷酸的排列顺序，通过转录，使遗传信息传递到mRNA的核糖核苷酸的排列顺序上。②mRNA的密码子直接控制蛋白质分子中氨基酸的排列顺序，反密码子则起到翻译的作用。(3)对应关系提醒　①一个核糖体与mRNA的结合部位形成2个tRNA结合位点。②翻译起点：起始密码子决定的是甲硫氨酸或缬氨酸。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，读取下一个密码子，而mRNA不移动。★★★★　对基因表达的考查是高考中常考的内容之一，对这一知识的考查主要体现在以下几个方面：一是转录和翻译过程中的相关变化，二是二者之间的联系和区别，三是DNA(或基因)、mRNA、tRNA之间的关系，四是基因结构与蛋白质结构或基因与性状之间的关系。【典例1】►(2010·江苏卷)铁蛋白是细胞内储存多余Fe3＋的蛋白，铁蛋白合成的调节与游离的Fe3＋、铁调节蛋白、铁应答元件等有关。铁应答元件是位于铁蛋白mRNA起始密码上游的特异性序列，能与铁调节蛋白发生特异性结合，阻遏铁蛋白的合成。当Fe3＋浓度高时，铁调节蛋白由于结合Fe3＋而丧失与铁应答元件的结合能力，核糖体能与铁蛋白mRNA一端结合，沿mRNA移动，遇到起始密码后开始翻译(如下图所示)。回答下列问题。(1)图中甘氨酸的密码子是________，铁蛋白基因中决定“”的模板链碱基序列为________。(2)Fe3＋版权所有：中华资源库www.ziyuanku.com 浓度低时，铁调节蛋白与铁应答元件结合干扰了________，从而抑制了翻译的起始；Fe3＋浓度高时，铁调节蛋白由于结合Fe3＋而丧失与铁应答元件的结合能力，铁蛋白mRNA能够翻译。这种调节机制既可以避免________对细胞的毒性影响，又可以减少________。(3)若铁蛋白由n个氨基酸组成，指导其合成的mRNA的碱基数远大于3n，主要原因是________________________________________________________________________。(4)若要改造铁蛋白分子，将图中色氨酸变成亮氨酸(密码子为UUA、UUG、CUU、CUC、CUA、CUG)，可以通过改变DNA模板链上的一个碱基来实现，即由________。解析　本题考察了遗传信息的传递过程及同学们的识图能力以及从新情景中获取信息分析问题、解决问题的能力，(1)根据携带甘氨酸的tRNA的反密码子CCA可以判断甘氨酸的密码子为GGU，对应的密码子为…GGUGACUGG…，判断模板链碱基序列为…CCACTGACC…。(2)当Fe3＋浓度较低时，铁调节蛋白与铁应答元件结合，使蛋白质的翻译缺少起始代码，从而阻止核糖体在mRNA上移动，遏制铁蛋白的合成，由于Fe3＋具有很强的氧化性，因此这种机制既能减少其毒性，又能在其含量较低时减少铁蛋白的合成从而减少细胞内物质和能源的浪费。(3)mRNA并不是所有序列都参与蛋白质的翻译，有一部分是不具有遗传效应的。(4)色氨酸密码子为UUG，对应模式链碱基序列为ACC，当第二个碱基C―→A时，此序列对应的密码子变为UUG，恰为亮氨酸密码子。答案　(1)GGU　…GGUGACUGG…　(…CCACTGACC…)(2)核糖体上的mRNA上的结合与移动　Fe3＋　细胞内物质和能量的浪费　(3)mRNA两端存在不翻译的序列(4)C―→A方法技巧　数密码子个数的规则：①从左向右；②每相邻的3个碱基构成1个密码子；③不能重叠数，即第二个密码子必须为第4～6个碱基。如下：示例：图示mRNA中包含三个遗传密码子，分别为UAG、CUA、GAA。　【训练1】►(2011·上海单科，20)原核生物的mRNA通常在转录完成之前便可启动蛋白质的翻译，但真核生物的核基因必须在mRNA形成之后才能翻译蛋白质，针对这一差异的合理解释是(　　)。A．原核生物的tRNA合成无需基因指导B．真核生物tRNA呈三叶草结构C．真核生物的核糖体可进入细胞核D．原核生物的核糖体可以靠近DNA解析　由题意可知原核生物的转录和翻译可以同步进行，翻译的场所核糖体与DNA靠得很近。答案　D,基因对性状的控制1．中心法则的理解与分析图解表示出遗传信息的传递有5个过程。(1)以DNA为遗传物质的生物遗传信息的传递版权所有：中华资源库www.ziyuanku.com (2)以RNA为遗传物质的生物遗传信息的传递提醒　①逆转录需要逆转录酶，该酶在基因工程中常用于催化合成目的基因。②中心法则的5个过程都遵循碱基互补配对原则。(3)中心法则与基因表达的关系①DNA的复制体现了遗传信息的传递功能，发生在细胞增殖或产生子代的生殖过程中。②DNA的转录和翻译共同体现了遗传信息的表达功能，发生在个体发育的过程中。2．基因对性状控制的方式(1)直接途径：基因蛋白质结构生物性状，如镰刀型细胞贫血症、囊性纤维病。(2)间接途径：基因酶的合成细胞代谢生物性状，如白化病、豌豆的粒形。3．基因与性状的对应关系(1)一般而言，一个基因只决定一种性状。(2)生物体的一个性状有时受多个基因的影响，如玉米叶绿素的形成至少与50多个不同基因有关。(3)有些基因则会影响多种性状，如决定豌豆开红花的基因也决定结灰色的种子。4．基因和性状的关系5．基因对性状控制的复杂性基因与性状的关系并不都是简单的线性关系。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。提醒　①生物的大多数性状是受单基因控制的。这里的“单基因”版权所有：中华资源库www.ziyuanku.com 是指一对等位基因，并不是单个基因。②基因控制生物体的性状，但性状的形成同时还受到环境的影响。本考点高考命题多以信息题或实验题形式结合具体生理生化过程如病毒的繁殖、某些特定蛋白(如结构蛋白、酶、蛋白质类的激素、抗体等)以及生物变异等知识进行综合考查。【典例2】►下图为一组模拟实验，假设实验能正常进行且五支试管中都有产物生成，回答下列问题。(1)A、D试管中的产物是________，但A试管模拟的是________过程，D试管模拟的是________过程。(2)B、C试管中的产物是________，但B试管模拟是________，C试管模拟的是________。(3)假如B试管中加入的DNA含有306个碱基，那么产物最多含有________个碱基，有________个密码子。(4)E过程称________，在细胞中进行的场所是________，图中的原料为________，工具是________，产物是________。(5)生物遗传信息传递的全过程可用下图表示：①请将此图解中a～e过程与上图A～E各试管所模拟的内容对应起来：a对应________，b对应________，c对应________，d对应________，e对应________。②此图解中在生物体内常发生的过程是________，极少发生的是________，人体内不能发生________过程。③图解中的c过程必需有________酶参与，烟草花叶病毒、噬菌体、艾滋病病毒中可进行c过程的是________。解析　依据各试管加入的物质及原料可推断模拟的过程，依据加入DNA中的碱基数可推断各产物中碱基数或密码子数。答案　(1)DNA　DNA复制　逆转录　(2)RNA　转录　RNA复制　(3)153　51　(4)翻译　核糖体　氨基酸　转运RNA　多肽(蛋白质)　(5)①A　B　D　C　E②a、b、e　d、c　d、c　③逆转录　艾滋病病毒【训练2】►下图为基因的作用与性状的表现流程示意图。请根据图分析，不正确的选项是(　　)。版权所有：中华资源库www.ziyuanku.com A．①过程是转录，它以DNA的一条链为模板、四种核糖核苷酸为原料合成各种RNAB．③过程中只需要mRNA、氨基酸、核糖体、酶、ATP即可完成C．某段DNA上发生了基因突变，但形成的蛋白质不一定会改变D．人的镰刀型细胞贫血症是基因对性状的直接控制，是使结构蛋白发生变化所致解析　翻译过程需要mRNA为模板、氨基酸为原料、核糖体为场所、tRNA为转运工具、酶、ATP等条件，还需要适宜的温度、pH等。答案　B,基因控制蛋白质的合成过程　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1．(2011·江苏卷)关于转录和翻译的叙述，错误的是(　　)。A．转录时以核糖核苷酸为原料B．转录时RNA聚合酶能识别DNA中特定碱基序列C．mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质D．不同密码子编码同种氨基酸可增强密码的容错性解析　转录是以DNA的一条链为模板，以核糖核苷酸为原料合成mRNA的过程；转录过程需要RNA聚合酶的催化，RNA聚合酶首先结合到基因的启动子上，从而启动转录过程；以mRNA为模板翻译合成蛋白质时移动的是核糖体；一个氨基酸可对应几种不同的密码子，这样能保证由于差错导致的密码子改变而氨基酸不改变，从而保持生物性状的稳定性。答案　C2．(2010·天津理综，2)根据下表中的已知条件，判断苏氨酸的密码子是(　　)。DNA双链   TG mRNA   tRNA反密码子  A氨基酸苏氨酸A.TGUB．UGAC．ACUD．UCU解析　由表格信息无法直接确定转录的模板链，因DNA两链间、模板链与mRNA间、mRNA与反密码子间均遵循碱基互补配对原则，又根据密码子位于mRNA上，可判断苏氨酸的密码子为ACU或UGU。答案　C3．(2009·广东生物，25)有关蛋白质合成的叙述，正确的是(多选)(　　)。A．终止密码子不编码氨基酸版权所有：中华资源库www.ziyuanku.com B．每种tRNA只运转一种氨基酸C．tRNA的反密码子携带了氨基酸序列的遗传信息D．核糖体可在mRNA上移动解析　携带遗传信息的是DNA。答案　ABD4．(2009·江苏生物，28)下图为某种真菌线粒体中蛋白质的生物合成示意图，请据图回答下列问题。(1)完成过程①需要________等物质从细胞质进入细胞核。(2)从图中分析，核糖体的分布场所有________。(3)已知溴化乙啶、氯霉素分别抑制图中过程③、④，将该真菌分别接种到含溴化乙啶、氯霉素的培养基上培养，发现线粒体中RNA聚合酶均保持很高活性。由此可推测该RNA聚合酶由________中的基因指导合成。(4)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________(填“会”或“不会”)受到影响。解析　要求考生通过读图获取信息，回答基因表达的相关知识。由图可知：(1)过程①为转录，需要从细胞质中获取ATP、核糖核苷酸、酶。(2)过程②和④表示翻译，场所在核糖体，分布在细胞质基质和线粒体中。(3)由于溴化乙啶、氯霉素分别抑制图中过程③、④，但将该真菌在含溴化乙啶、氯霉素的培养基上培养，线粒体中RNA聚合酶的活性却很高，这说明该RNA聚合酶不是线粒体的基因控制合成的，而是由细胞核中的基因指导合成。(4)用α鹅膏蕈碱处理细胞后细胞质基质中RNA含量显著减少，应该是抑制了核DNA的转录过程①，线粒体由于前体蛋白的减少，功能将受到影响。答案　(1)ATP、核糖核苷酸、酶　(2)细胞质基质和线粒体(3)核DNA(细胞核)　(4)①　会,基因控制生物的性状的考查5.(2010·山东理综)下列实例与基因的作用无关的是(　　)。A．细胞分裂素延迟植物衰老B．极端低温导致细胞膜破裂C．过量紫外线辐射导致皮肤癌D．细菌感染导致B淋巴细胞形成效应B(浆)细胞命题立意　本题考查基因的作用与具体事例的综合分析解析　细胞分裂素的合成过程是受基因控制合成的相关酶作用调控，因此与基因作用有关；过量紫外线的辐射，可能使原癌基因和抑癌基因发生突变；细胞感染导致B淋巴细胞形成效应细胞，是细胞分化的结果，细胞分化的产生是由于基因的选择性表达的结果。极端低温由于结冰导致细胞膜破裂，与基因无关，因此B选项正确。答案　B6．(2010·广东卷)版权所有：中华资源库www.ziyuanku.com 黄曲霉毒素是主要由黄曲霉菌产生的可致癌毒素，其生物合成受多个基因控制，也受温度、pH等因素影响。下列选项正确的是(　　)。A．环境因子不影响生物体的表现型B．不产生黄曲霉毒素菌株的基因型都相同C．黄曲霉毒素致癌是表现型D．黄曲霉菌产生黄曲霉毒素是表现型解析　本题考查学生的理解能力和获取信息的能力。依据题干“黄曲霉毒素是主要由黄曲霉菌产生的可致癌毒素，其生物合成受多个基因控制，也受温度、pH等因素影响”可知，A项是错误的；由于是多基因控制的这一性状，所以不产生黄曲霉毒素菌株的基因型不相同；依据表现型的概念，可知黄曲霉毒素致癌不属于表现型，但黄曲霉菌产生黄曲霉毒素是表现型。答案　D7．(2010·海南卷)下列关于遗传信息传递的叙述，错误的是(　　)。A．线粒体和叶绿体中遗传信息的传递遵循中心法则B．DNA中的遗传信息是通过转录传递给mRNA的C．DNA中的遗传信息可决定蛋白质中氨基酸的排列顺序D．DNA病毒中没有RNA，其遗传信息的传递不遵循中心法则答案　D考向借鉴——他山之石8．(2011·上海单科，12)如图表示两基因转录的mRNA分子数在同一细胞内随时间变化的规律。若两种mRNA自形成至翻译结束的时间相等，两基因首次表达的产物共存至少需要(不考虑蛋白质降解)(　　)。A．4hB．6hC．8hD．12h解析　分析坐标曲线可知，若不考虑先表达的蛋白质降解，在6h时两基因首次表达的产物开始共存。答案　B版权所有：中华资源库www.ziyuanku.com