第5单元 第3课时 基因的表达-【金版教程】2025年高考生物一轮复习解决方案全书word（新教材，多选版）

金版教程 高考科学复习解决方案 生物学(经典多选版) 第课时　基因的表达 [内容标准细化]　遗传信息的转录和翻译过程。 课前5min检测 1．遗传信息的翻译是指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。下列叙述错误的是(　　) A．遗传信息可以从DNA流向RNA，也可以从RNA流向蛋白质 B．细胞中以DNA的一条单链为模板转录出的RNA均可编码多肽 C．RNA有传递遗传信息、催化和运输等功能 D．mRNA上的GCA在人细胞中和在小麦细胞中决定的是同一种氨基酸 答案　B 解析　根据中心法则可知，DNA可以经过转录形成RNA，即遗传信息从DNA流向了RNA，RNA可以作为模板合成蛋白质，即遗传信息从RNA流向了蛋白质，A正确；转录形成的RNA包括mRNA、tRNA和rRNA，其中mRNA能编码多肽(蛋白质)，tRNA和rRNA不能编码多肽(蛋白质)，B错误；mRNA能作为模板合成蛋白质，具有传递遗传信息的功能，某些RNA是酶，具有催化功能，tRNA能转运氨基酸，具有运输功能，C正确；几乎所有生物共用一套遗传密码子，mRNA上的GCA在人细胞中和在小麦细胞中决定的是同一种氨基酸(丙氨酸)，D正确。 2.如图为某tRNA与mRNA发生碱基互补配对的示意图。下列说法错误的是(　　) A．tRNA和mRNA均为单链RNA分子 B．tRNA与氨基酸结合的部位是—OH端 C．图中tRNA能识别并转运多种氨基酸 D．密码子与反密码子的碱基之间通过氢键连接 答案　C 解析　细胞的tRNA和mRNA都是通过转录产生的，都是单链RNA分子，A正确；所有tRNA 3′末端都有—OH结构，tRNA所转运的氨基酸与该—OH端结合，B正确；一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，C错误；密码子与反密码子的碱基之间通过氢键连接，D正确。 3．如图为某同学构建的基因表达模型。下列相关叙述错误的是(　　) A．游离的核糖核苷酸在图中①的作用下连接形成mRNA B．图中②沿着③向①方向移动直至遇到终止密码子 C．④的合成过程中除了③还需要其他核酸分子的参与 D．该模型可表示人胃蛋白酶基因在细胞中的表达过程 答案　D 解析　①为RNA聚合酶，②为核糖体，③为mRNA，④为多肽链。转录时，细胞中游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对，在RNA聚合酶的作用下依次连接，形成mRNA分子，A正确；翻译从起始密码子开始，到终止密码子时终止，多肽链越长，说明翻译开始越早，所以核糖体沿着③向①方向移动，B正确；④多肽链的合成除了③mRNA外还需tRNA、rRNA的参与，C正确；由图可知，该模型转录和翻译同时进行，因此可能发生在原核细胞中，而含人胃蛋白酶基因的细胞为真核细胞，D错误。 知识自主梳理 一　基因的表达 基因可以控制蛋白质的合成，这个过程就是基因的表达。 二　遗传信息的转录 1．RNA的结构和功能 2．遗传信息的转录 三　遗传信息的翻译 1．概念解读 场所 细胞质的核糖体上 模板 mRNA 原料 21种氨基酸 产物 具有一定氨基酸顺序的蛋白质 2.密码子 (1)概念：mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基叫作一个密码子。 (2)种类：64种，其中一般情况下决定氨基酸的密码子有61种，终止密码子有3种。特殊情况下能编码氨基酸的有62种。 ①在正常情况下，UGA是终止密码子，但在特殊情况下，UGA可以编码硒代半胱氨酸。 ②在原核生物中，GUG也可以作起始密码子，此时它编码甲硫氨酸。 (3)密码子与氨基酸的对应关系 一种密码子一般情况下只能决定一种氨基酸，一种氨基酸可能对应一种或几种密码子。 3．tRNA (1)结构：RNA链经过折叠后，呈三叶草的叶形。 (2)种类：一般情况下61种。 (3)tRNA与氨基酸的对应关系 一种tRNA一般情况下只能识别并转运一种氨基酸，一种氨基酸可由一种或几种tRNA转运。 4．过程 5．翻译过程中mRNA与核糖体数量关系图 (1)数量关系：一个mRNA分子上可相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成。 (2)目的意义：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(见上图)，判断依据是多肽链的长短，长的翻译在前。 (4)加工：合成的仅是多肽链，要形成具有特定空间结构和功能的蛋白质还需要运送至内质网、高尔基体等结构中进一步加工。 典例精研精练 题型一　遗传信息、密码子、反密码子的关系分析 1．(2020·全国卷Ⅲ)细胞内有些tRNA分子的反密码子中含有稀有碱基次黄嘌呤(I)，含有I的反密码子在与mRNA中的密码子互补配对时，存在如图所示的配对方式(Gly表示甘氨酸)。下列说法错误的是(　　) A．一种反密码子可以识别不同的密码子 B．密码子与反密码子的碱基之间通过氢键结合 C．tRNA分子由两条链组成，mRNA分子由单链组成 D．mRNA中的碱基改变不一定造成所编码氨基酸的改变 答案　C 解析　由图示分析可知，I与U、C、A均能配对，因此含I的反密码子可以识别多种不同的密码子，A正确；由图示可知，tRNA分子由单链RNA经过折叠后形成三叶草的叶形，C错误；由于密码子的简并性，mRNA中碱基的改变不一定造成所编码氨基酸的改变，从图示三种密码子均编码甘氨酸也可以看出，D正确。 2．如图表示蓝细菌DNA上遗传信息、密码子、反密码子间的对应关系。请判断下列说法中正确的是(　　) A．分析题图可知①是β链，完成此过程的场所是细胞核 B．除图中所示的两种RNA之外，RNA还包括tRNA等 C．图中③与②结合的过程需要在核糖体上进行 D．能够决定氨基酸的是③，其种类有61种 答案　C 解析　根据碱基互补配对原则，从图中②的碱基组成可以确定β链是转录模板，蓝细菌是原核生物，没有细胞核，A错误；RNA包括mRNA(图中②)、tRNA(图中③)和rRNA(核糖体RNA，图中未画出)等，B错误；图中③与②结合的过程是翻译过程，在核糖体上进行，C正确；能够决定氨基酸的是mRNA上的密码子，一般情况下有61种(终止密码子除外)，③是tRNA，D错误。 遗传信息、密码子与反密码子的比较 比较项目 遗传信息 密码子 反密码子 概念 基因中脱氧核苷酸的排列顺序(RNA病毒除外) mRNA中决定一个氨基酸的三个相邻碱基 tRNA中与mRNA上的密码子互补配对的三个碱基 存在位置 在DNA上(RNA病毒除外) 在mRNA上 在tRNA上 作用 控制生物的遗传性状 直接决定蛋白质中的氨基酸序列 识别密码子 联系 ①基因中脱氧核苷酸的序列决定mRNA中核糖核苷酸的序列； ②mRNA中的碱基序列与基因模板链中的碱基序列互补； ③密码子与反密码子的相应序列能互补配对； ④密码子与反密码子并不完全是一一对应的，一般情况下，3种终止密码子没有相应的反密码子，也不会翻译出氨基酸 题型二　转录和翻译过程分析及相关计算 3．(2023·北京育英学校高三上学期统测)下图所示为基因控制蛋白质的合成过程，①～⑦代表不同的结构或成分，Ⅰ和Ⅱ代表过程。下列叙述不正确的是(　　) A．③表示解旋酶和DNA聚合酶 B．①与④、④与⑥之间都存在A—U配对 C．一个RNA结合多个⑤使过程Ⅱ快速高效 D．⑦的氨基酸种类、数目和排列顺序影响蛋白质空间结构 答案　A 解析　该过程为转录和翻译的过程，③表示催化转录的RNA聚合酶，A错误；④为mRNA，①为DNA链，①与④之间存在A—U配对，④mRNA与⑥tRNA之间也存在A—U配对，B正确；一个RNA结合多个⑤使过程Ⅱ翻译过程快速高效，能在短时间内合成大量蛋白质，C正确。 4.(多选)如图所示为某生物的基因表达过程。下列相关叙述正确的是(　　) A．该过程发生在真核细胞内，在RNA聚合酶的作用下DNA双螺旋解开 B．若合成一条肽链时脱去了100个水分子，则该条肽链中至少含有102个氧原子 C．若表达出的肽链含30个氨基酸，则其基因中至少含有90个碱基对(不考虑终止密码子) D．该基因翻译时所需tRNA与氨基酸的种类数不一定相等 答案　BCD 解析　图中转录和翻译过程在同时进行，故发生在原核细胞中，A错误；若合成一条肽链时脱去了100个水分子，则形成100个肽键，每个肽键连接的C连有1个氧原子，同时每条肽链至少含有1个游离的羧基，因此该条肽链中至少含有100＋2＝102个氧原子，B正确；不考虑非编码序列和终止密码子，DNA(或基因)中碱基数∶mRNA上碱基数∶氨基酸个数＝6∶3∶1。若表达出的肽链由30个氨基酸合成，则其基因中至少含有30×6÷2＝90个碱基对，C正确；一种氨基酸可以由一种或几种tRNA来转运，因此该基因翻译时所需tRNA与氨基酸的种类数不一定相等，D正确。 1．基因表达过程图的分析方法 (1)分析此类问题要分清mRNA链和多肽链的关系。DNA模板链在RNA聚合酶的作用下可产生mRNA，而在同一条mRNA链上结合的多个核糖体，可同时合成若干条相同的多肽链。 (2)用“两看法”判断真核生物和原核生物基因表达过程图： 2．基因表达过程中的相关数量关系 转录、翻译过程中DNA(基因)碱基数∶mRNA碱基数∶多肽链氨基酸数＝6∶3∶1，即： 基因表达过程中，蛋白质中氨基酸的数目＝参加转运的tRNA数目＝1/3mRNA的碱基数目＝1/6基因中的碱基数。 3．实际基因表达过程中的数量关系不符合6∶3∶1的原因 (1)基因中的内含子转录后被剪切。 (2)在基因中，有的片段(非编码区)起调控作用，不转录。 (3)合成的肽链在加工过程中可能会被剪切掉部分氨基酸。 (4)转录出的mRNA中有终止密码子，终止密码子不编码氨基酸。 注：解答蛋白质合成的相关计算问题时，应看清是DNA上的碱基对数还是个数，是mRNA上密码子的个数还是碱基个数，是合成蛋白质所需氨基酸的个数还是种类数。 课时作业 一、单项选择题(每题给出的四个选项中，只有一个选项是符合题目要求的) 1．(2023·河北唐山部分学校联考)下表是真核生物细胞核内三种RNA聚合酶的主要功能，下列相关叙述，正确的是(　　) 名称 RNA聚合酶Ⅰ RNA聚合酶Ⅱ RNA聚合酶Ⅲ 主要功能 催化合成rRNA 催化合成mRNA 催化合成tRNA A．三种RNA均以DNA为模板合成 B．RNA聚合酶Ⅰ发挥作用形成的产物不参与翻译过程 C．RNA聚合酶的合成场所与其发挥作用的场所相同 D．某种RNA聚合酶活性变化不会影响其他两种RNA聚合酶的合成 答案　A 解析　三种RNA都是转录形成的，转录以DNA的一条链为模板，A正确；蛋白质合成过程中，需要mRNA为模板，tRNA为转运氨基酸的工具，还需要rRNA参与组成的核糖体作为合成场所，所以蛋白质合成过程中均需要这3种酶发挥作用形成的产物(rRNA、mRNA、tRNA)的参与，B错误；RNA聚合酶属于蛋白质，在核糖体上合成，RNA聚合酶发挥作用的场所主要在细胞核，也有可能在线粒体和叶绿体中，因此RNA聚合酶的合成场所与其发挥作用的场所不同，C错误；任何一种RNA聚合酶活性变化都会影响翻译的正常进行，而这三种酶的化学本质是蛋白质，需要通过翻译合成，因此任何一种RNA聚合酶活性变化都会影响其他两种酶的合成，D错误。 2．(2023·辽宁沈阳二模)翻译的三个阶段如图所示，①～④表示参与翻译的物质或结构，其中④是一种能够识别终止密码子并引起肽链释放的蛋白质。据图分析，下列叙述错误的是(　　) A．每种①通常只能识别并转运一种氨基酸 B．②沿着③移动，方向为b→a C．④通过碱基互补配对识别终止密码子 D．肽链的氨基酸序列由③的碱基序列决定 答案　C 解析　①为tRNA，一种tRNA通常只能识别并转运一种氨基酸，A正确；②是核糖体，③是mRNA，核糖体沿着mRNA移动，随后合成一条多肽链，由图可知，④是识别终止密码子并引起肽链释放的蛋白质，推出终止密码位于a端，即核糖体移动的方向为b→a，B正确；④是识别终止密码子并引起肽链释放的蛋白质，所以④不含碱基，不是通过碱基互补配对方式识别终止密码子的，C错误；由于决定氨基酸的密码子位于mRNA上，所以mRNA上的碱基序列决定了肽链的氨基酸序列，D正确。 3.某细菌进行蛋白质合成时，多个核糖体串联在一条mRNA上形成念珠状结构—多聚核糖体(如图所示)。其所包含的核糖体数量由mRNA的长度决定。下列叙述不正确的是(　　) A．图示翻译过程中，各核糖体从mRNA的5′端向3′端移动 B．该过程中，mRNA上的密码子均与tRNA上的反密码子互补配对 C．图中一条mRNA上结合5个核糖体进行翻译，可以提高效率 D．某基因发生突变后，转录生成的mRNA上结合的核糖体数目可能不变 答案　B 解析　图示为翻译的过程，图中一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，各核糖体从mRNA的5′端向3′端移动，A正确；翻译过程中，mRNA上的终止密码子不与tRNA上的反密码子互补配对，B错误；某基因发生突变后，由于密码子的简并，转录生成的mRNA上结合的核糖体数目可能不变，D正确。 4．(2023·人大附中三模)核小体是染色质的基本单位，由DNA缠绕在组蛋白上形成，在DNA复制、转录、修复等过程中，核小体的位置和排列的密集程度会随之变化。下列叙述正确的是(　　) A．组蛋白在细胞核内合成后参与核小体的组装 B．DNA复制时，核小体排列会变得更密集 C．位于核小体排列密集区域的转录可能被抑制 D．核小体排列疏松不利于RNA聚合酶与启动子结合 答案　C 解析　蛋白质是在细胞质的核糖体上合成的，不是在细胞核中合成的，A错误；DNA复制时，需要解开双螺旋结构，因此推测核小体排列会变得更疏松，B错误；核小体排列密集不利于RNA聚合酶与启动子结合，从而可能抑制转录，C正确；核小体排列疏松有利于RNA聚合酶与启动子结合，进而启动转录，D错误。 5．(2023·河北唐山摸底)1982年我国科学家在世界上第一次用人工方法合成具有生物活性的酵母丙氨酸转运核糖核酸(用tRNAyAla表示)。在兔网织红细胞裂解液体系中加入人工合成的tRNAyAla和3H－丙氨酸，不但发现人工合成的tRNAyAla能携带3H－丙氨酸，而且能将所携带的丙氨酸参与到蛋白质合成中去。此外还发现另外四种天然的tRNA携带3H－丙氨酸。下列相关叙述，错误的是(　　) A．tRNAyAla只能识别并转运丙氨酸 B．tRNAyAla为单链结构，不含氢键 C．与丙氨酸对应的密码子具有四种 D．tRNAyAla存在能与mRNA上的丙氨酸密码子配对的反密码子 答案　B 解析　每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，所以tRNAyAla只能识别并转运丙氨酸，A正确；tRNAyAla为单链结构，tRNA链经折叠成三叶草形，部分区域碱基配对存在氢键，B错误；由题干可知，发现四种天然的tRNA携带3H－丙氨酸，所以与丙氨酸对应的密码子具有四种，C正确；tRNAyAla能携带3H－丙氨酸，所以tRNAyAla存在能与mRNA上的丙氨酸密码子配对的反密码子，D正确。 6．(2023·湖南长郡中学高三模拟)合成生物学家“创造”了一组可以识别并以非重叠方式解码四联体密码子(如UAGA)的tRNA，称为qtRNA，并在细菌细胞内成功实现了蛋白质片段的翻译。据称，四联体密码子可以额外编码非标准氨基酸，如带化学修饰的氨基酸。下列叙述错误的是(　　) A．tRNA与qtRNA均为单链结构，内部不存在碱基互补配对 B．不考虑终止密码子，理论上四联体密码子可以编码256种氨基酸 C．对于同一mRNA片段，采用tRNA与qtRNA翻译得到的肽链不同 D．四联体密码系统可以应用于生产含复杂化学修饰的蛋白质 答案　A 解析　tRNA经折叠成三叶草结构，部分区域有碱基互补配对，A错误；四联体密码子是由4个碱基编码一个氨基酸，若不考虑终止密码子，理论上四联体密码子可以编码4×4×4×4＝256种氨基酸，B正确。 二、多项选择题(每题给出的四个选项中，有两个或两个以上选项符合题目要求) 7．研究人员在线虫细胞中发现了一种只由21个核苷酸组成的RNA，命名为lin4。lin4本身不能指导蛋白质的合成，但是可以结合在M基因转录出的mRNA上，抑制M蛋白的合成。下列相关说法正确的是(　　) A．lin4中碱基的数量关系满足A＋G＝C＋U B．lin4与M基因的mRNA存在碱基互补的序列 C．lin4通过抑制M基因的翻译过程，进而抑制M蛋白的合成 D．若lin4的基因发生突变，则细胞中M蛋白的含量将会下降 答案　BC 解析　lin4是单链RNA，单链中不一定满足A＋G＝C＋U，A错误；lin4能与M基因转录出的mRNA结合，说明二者存在碱基互补配对序列，B正确；由题意可知，lin4通过抑制M基因的翻译过程，进而抑制M蛋白的合成，C正确；若lin4的基因发生突变，可能会导致该基因与M基因转录出的mRNA不能结合，减少对M蛋白合成的抑制作用，M蛋白的含量可能上升，D错误。 8．(2023·青岛调研)基因转录出的初始RNA要经过加工才能发挥作用。初始RNA经不同方式的剪接形成不同的mRNA。研究人员从同一个体的造血干细胞和浆细胞中分别提取它们的全部mRNA(分别记为L－mRNA和P－mRNA)，并以此为模板合成相应的单链DNA(分别记为L－cDNA和P－cDNA)。下列有关说法正确的是(　　) A．部分P－cDNA既能与P－mRNA互补，又能与L－mRNA互补 B．将P－cDNA与L－cDNA混合后，可能会有少部分形成双链DNA C．L－cDNA和P－cDNA就是能转录出初始RNA的基因的模板链 D．转录产物的不同剪接使一个基因编码多种不同结构的多肽成为可能 答案　ABD 解析　同一个体的造血干细胞和浆细胞中含有的基因相同，造血干细胞和浆细胞中均表达与代谢活动密切相关的基因，如ATP合成酶基因，因此二者细胞中部分mRNA相同，据此可知部分cDNA也相同，由于基因选择性表达，造血干细胞和浆细胞也具有某些特定的基因，如抗体基因只在浆细胞中表达而在造血干细胞中不表达，因此二者细胞中某些mRNA不相同，某些cDNA也不相同，A、B正确；L－mRNA和P－mRNA是由初始RNA通过不同方式的剪接形成的，以L－mRNA和P－mRNA为模板可逆转录合成L－cDNA和P－cDNA，L－cDNA和P－cDNA中没有启动子、终止子和内含子等，故L－cDNA和P－cDNA不是能转录出初始RNA的基因的模板链，C错误；初始RNA经不同方式的剪接可以形成不同的mRNA，从而使一个基因编码多种不同结构的多肽，D正确。 9．(2023·石景山期末)科学家建立了蛋白质体外合成体系，由细胞提取液及人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸聚合构成。在四支试管中加入上述合成体系，再分别加入苯丙氨酸、丝氨酸、酪氨酸和半胱氨酸，结果只有加入苯丙氨酸的试管中出现了多肽链。下列叙述正确的是(　　) A．加入的细胞提取液应除去细胞原有的DNA和mRNA B．加入的细胞提取液含有核糖体、tRNA和相关的酶 C．合成体系中多聚尿嘧啶核苷酸为翻译的模板 D．反密码子为AAA的tRNA可携带苯丙氨酸 答案　ABCD 解析　加入的细胞提取液应除去细胞原有的DNA和mRNA，防止对实验结果造成影响，A正确；翻译需要核糖体的参与，加入的细胞提取液应含有核糖体、tRNA和相关的酶，才可以合成多肽，B正确；翻译过程以氨基酸为原料，以mRNA为模板，所以在人工合成体系中多聚尿嘧啶核苷酸为翻译的模板，C正确；多聚尿嘧啶核苷酸作为模板时，提供的密码子为UUU，由题干信息可知，只有加入了苯丙氨酸的试管中出现了多肽链，说明该密码子对应的氨基酸为苯丙氨酸，故携带苯丙氨酸进入核糖体的tRNA所具有的反密码子为AAA，D正确。 三、非选择题 10．核基因P53是细胞的“基因组卫士”。当人体细胞DNA受损时，P53基因被激活，通过图示相关途径最终修复或清除受损DNA，从而保持细胞基因组的完整性。请回答下列问题： (1)图中①是____________过程，该过程控制合成的P53蛋白通过调控某DNA片段合成lncRNA，进而影响过程①，该调节机制属于________调节。 (2)细胞中lncRNA是____________酶催化的产物，lncRNA之所以被称为长链非编码RNA，是因为它不能作为________的模板，但其在细胞中有重要的调控作用。 (3)图中P53蛋白可启动修复酶系统，从而对受损伤的DNA进行修复。据图分析，P53蛋白还具有______________________________的功能。 (4)某DNA分子在修复后，经测定发现某基因的第1201位碱基由G变成了T，从而导致其控制合成的蛋白质比原蛋白质少了许多氨基酸，原因是原基因转录形成的mRNA上的相应密码子发生了改变，可能的变化情况是________(用序号和箭头表示)。 ①AGU(丝氨酸)　②CGU(精氨酸) ③GAG(谷氨酸)　④GUG(缬氨酸) ⑤UAA(终止密码子)　⑥UAG(终止密码子) 答案　(1)基因的表达(转录、翻译)　(正)反馈 (2)RNA聚合　翻译 (3)启动P21基因的表达、结合DNA片段调控其转录(答案合理即可) (4)③→⑥ 解析　(1)图中过程①是P53基因控制合成P53蛋白的过程，是基因的表达(转录和翻译)的过程；P53蛋白调控某DNA片段合成lncRNA，lncRNA对过程①(合成P53蛋白)起促进作用，该调节机制属于(正)反馈调节。 (4)该基因在DNA分子修复前后的碱基变化如图所示： 若以该基因的a链为模板转录形成mRNA，该链上的第1201位碱基G变成T，则对应的mRNA上的碱基C变成了A；若以该基因的b链为模板转录形成mRNA，则模板链上的第1201位碱基C变成了A，对应的mRNA上的碱基G变成了U。结合题干信息该基因第1201位碱基G变成T后，其控制合成的蛋白质比原蛋白质少了许多氨基酸，推测mRNA上相应的密码子变成了终止密码子，对比①～④与⑤⑥的差异，只有③⑥有一个碱基不同，而且与上述分析吻合。 17 学科网（北京）股份有限公司 $$