2025届高三生物一轮复习课件第26讲 基因的表达

第26讲 基因的表达 考点二 中心法则及基因表达与性状的关系 考点一 遗传信息的转录和翻译 考点一 遗传信息的转录和翻译 考点一 遗传信息的转录和翻译 知识点一、RNA的结构与功能 元素组成： 基本单位： 核糖核苷酸链 RNA (通常为单链) 核糖核苷酸(4种) C、H、O、N、P 聚合 C U A G 考点一 遗传信息的转录和翻译 知识点一、RNA的结构与功能 种类及功能 ①mRNA：信使RNA 以密码子的形式携带来自DNA的遗传信息，是蛋白质合成的直接模板。 氨基酸 氢键 ②tRNA：转运RNA 识别密码子，转运氨基酸 ③rRNA：核糖体RNA 与蛋白质一起构成核糖体 除此之外有些RNA作为酶起催化作用，病毒RNA则作为遗传物质 【教材隐性知识】 RNA适合作为信使的原因： ①RNA由核糖核苷酸连接而成，可以携带遗传信息； ②一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中 （复习资料P189长句规范作答第1） 基因的表达即基因控制蛋白质的合成，包括转录和翻译两个过程 考点一 遗传信息的转录和翻译 知识点二、遗传信息的转录 通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA的过程 1.概念： 2.场所： 主要在细胞核，也可以在线粒体和叶绿体（细胞质）中 3. 条件 能量：ATP 模板：DNA的一条链 原料：4种核糖核苷酸 酶：RNA聚合酶 [易错提醒] 转录是以基因为单位进行的，不同基因转录时所用的模板链可能不同，它们的转录互不影响。 （DNA→RNA） 作用于磷酸二酯键和氢键 考点一 遗传信息的转录和翻译 知识点二、遗传信息的转录 4. 过程 RNA聚合酶将DNA双链解开，碱基暴露出来 第一步 游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对 第二步 在RNA聚合酶的作用下，新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的RNA分子上 第三步 合成的RNA从DNA链上释放，而后DNA双螺旋恢复 第四步 【几点强调】 ①真核生物的DNA转录形成的mRNA，需要在细胞核中进行加工处理成为成熟的mRNA才能作为翻译的模板。幻灯片 9 ②mRNA、tRNA、rRNA都是转录的产物 ③转录时启动子与RNA聚合酶结合后驱动基因的转录，并决定转录的方向，到终止子处转录结束。 ④转录过程中随着RNA聚合酶的移动，边解旋边转录，新合成的RNA链延伸的方向是单向的，只能从5’→3’。 ⑤RNA聚合酶在转录中的作用有2个：打开DNA双链；将单个核糖核苷酸连接到正在合成的RNA链上，即催化磷酸二酯键的形成。 【拓展延伸】有义链和反义链 有义链或编码链: 反义链或模板链: 基因中行使转录功能的链，即与有义链互补的链 基因中不行使转录功能的链，与转录产物mRNA碱基序列相同的那条链（除T代替了U之外）。 A T T C A G C A C T T A A G T C G T G A 3′ 5′ 5′ 3′ A U U C A G C A C U 3′ 5′ 转录 有义链或编码链 反义链或模板链 mRNA 考点一 遗传信息的转录和翻译 知识点三、遗传信息的翻译 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 1.概念： 3. 条件 能量：ATP 模板：mRNA 原料：21种氨基酸 酶：多种酶 （RNA→蛋白质） 2.场所： 核糖体 搬运工具：tRNA 转录 翻译 考点一 遗传信息的转录和翻译 知识点三、遗传信息的翻译 4. 密码子 mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基，叫做一个密码子。 （读取方向从mRNA的5’→3’端） 特点 生物界共用一套遗传密码 ①专一性： ②简并性： ③通用性： 一般一种密码子只决定一种氨基酸 一种氨基酸可以由几种密码子决定 增加密码子的容错性、保证翻译的速度 第一个字母 第二个字母 第三个 字母 U C A G U 苯丙氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 亮氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 酪氨酸 酪氨酸 终 止 终 止 半胱氨酸 半胱氨酸 终止/硒代半胱氨酸 色氨酸 U C A G C 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 组氨酸 组氨酸 谷氨酰胺 谷氨酰胺 精氨酸 精氨酸 精氨酸 精氨酸 U C A G A 异亮氨酸 异亮氨酸 异亮氨酸 甲硫氨酸 （起始） 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 天冬酰胺 赖氨酸 赖氨酸 丝氨酸 丝氨酸 精氨酸 精氨酸 U C A G G 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸、甲硫氨酸 （起始） 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 天冬氨酸 谷氨酸 谷氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 U C A G 种类 3个终止密码:UAA、UAG、UGA（一般不决定氨基酸) 2个起始密码: AUG（甲硫氨酸）、GUG（原核生物中） 43=64种 【特别注意】特殊情况下UGA可以编码硒代半胱氨酸。所以一般情况下，决定氨基酸的密码子61种，特殊情况下62种。 考点一 遗传信息的转录和翻译 知识点三、遗传信息的翻译 5. 转运工具——tRNA （1）形态：三叶草形 1种tRNA只能转运一种氨基酸，1种氨基酸可以由一种或多种tRNA运输 （2）tRNA与氨基酸的对应关系： tRNA链折叠成类似三叶草的叶形，其中有两个重要部位：携带氨基酸的部位位于tRNA的3′端；另一端有3个能与mRNA上的密码子互补配对的碱基，叫反密码子；读取方向为3’→5’端，即由长臂端向短臂端读取。 存在氢键 一般是61种 遗传信息、密码子与反密码子辨析 项目 位置 含义 生理作用 遗传信息 密码子 反密码子 DNA mRNA tRNA 碱基的排列顺序 mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基 tRNA上与密码子互补配对的三个碱基 直接决定mRNA中碱基排列顺序,间接决定氨基酸排列顺序 直接决定翻译的起止和氨基酸排列顺序 识别并转运氨基酸 考点训练　 1.（2023·河北唐山三模）在真核生物中，甲硫氨酸、赖氨酸、苏氨酸、 精氨酸对应密码子各有1、2、4、6种，终止密码子有3种。假设某真核 生物的一条多肽链氨基酸序列为：甲硫氨酸—苏氨酸—赖氨酸—精氨 酸，下列叙述正确的是( ) A. 从密码子简并角度分析，多肽链中赖氨酸发生变化的可能性大于苏氨酸 B. 合成该条多肽时，tRNA可读取mRNA 上的全部碱基 C. 该条多肽翻译过程中最多有13种tRNA 参与 D. 理论上，该多肽的模板mRNA 最多有16种 A mRNA进入细胞质与核糖体结合，携带甲硫氨酸的tRNA通过与碱基AUG互补配对进入位点1，携带某氨基酸的tRNA进入位点2。 考点一 遗传信息的转录和翻译 知识点三、遗传信息的翻译 6. 翻译的过程 第一步： 甲硫 C A G A C G U C A C U A U A A C U A tRNA 组 G G U tRNA mRNA 5’ 3’ 进入 核糖体 位点1 位点2 核糖体移动方向 考点一 遗传信息的转录和翻译 知识点三、遗传信息的翻译 6. 翻译的过程 甲硫氨酸与这个氨基酸脱水缩合形成肽键，从而转移到位点2的tRNA上 第二步： 核糖体移动方向 甲硫 C A G A C G U C A C U A U A A C U A tRNA 组 G G U tRNA mRNA 5’ 3’ 核糖体 位点1 位点2 肽键 考点一 遗传信息的转录和翻译 知识点三、遗传信息的翻译 6. 翻译的过程 核糖体沿着mRNA移动，读取下一个密码子。原位点1的tRNA离开核糖体，原位点2的tRNA变为占据位点1，一个新携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续合成肽链。 第三步： 甲硫 C A G A C G U C A C U A U A A C U A tRNA 组 G G U tRNA mRNA 5’ 3’ 核糖体 异亮 G U A tRNA 离开 进入 位点1 位点2 终止密码子 核糖体移动方向 考点一 遗传信息的转录和翻译 知识点三、遗传信息的翻译 6. 翻译的过程 随着核糖体的移动，tRNA以上述方式将携带的氨基酸输送过来，以合成肽链，直到核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成终止。 肽链合成后，从核糖体和mRNA的复合物上脱离，盘曲折叠成具有特 定空间结构和功能的蛋白质分子。 第四步： 甲硫氨酸 组氨酸 异亮氨酸 XXXX 5´ 3´ A G U C C A U A A C U A 考点一 遗传信息的转录和翻译 知识点三、遗传信息的翻译 6. 翻译的过程 翻译的高效性 通常一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，因此少量的mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白质。 如图可知，核糖体移动的方向为从左到右，肽链长的翻译在前。这样合成的多条肽链的氨基酸序列相同 【归纳总结】DNA复制、转录、翻译的区别与联系 复　制 转  录 翻  译 时间 场所 模板 原料 条件 产物 碱基配对 特点 方向 意义 细胞分裂前的间期 个体生长发育的整个过程 主要在细胞核 主要在细胞核 核糖体 DNA的两条链 DNA中的一条链 mRNA 4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 21种氨基酸 两个双链DNA分子 mRNA、tRNA、rRNA 多肽（蛋白质） A-T T-A G-C C-G A-U T-A G-C C-G A-U U-A G-C C-G 半保留复制、边解旋边复制、双向复制 边解旋边转录 原核生物可以边转录边翻译；一个mRNA上结合多个核糖体提高翻译效率 新链从5’端-3’端延伸 从起始密码子到终止密码子 酶(解旋酶、DNA聚合酶)、ATP 酶(RNA聚合酶)、ATP 酶(多种)、ATP、tRNA 使遗传信息从亲代传递给子代，从而保持了遗传信息的连续性 表达遗传信息，使生物表现出各种性状 新链从5’端-3’端延伸 真、原核生物基因表达过程比较 真核生物 先转录，后翻译 边转录边翻译 原核生物 DNA mRNA RNA聚合酶 注: 真核细胞中线粒体DNA和叶绿体DNA也是边转录边翻译 “三步”判断真、原核生物的DNA复制、转录及翻译 【总结归纳】 第一步 最后看反应的场所是否是细胞核，是则为真核生物；或者转录和翻译不同时进行的也是真核生物，同时进行又不是在线粒体和叶绿体中进行的则是原核生物 第二步 再看DNA双螺旋结构结合有几条链，有4条链则为DNA复制过程；有3条链则为转录过程。 第三步 由于核糖体的形态具有鲜明的特点，容易辨别，可由此先确定翻译过程。 教材基础诊断 1. rRNA是核糖体的组成成分，原核细胞中可由核仁参与合成。( ) 2.tRNA、mRNA、rRNA都是DNA 分子转录的产物，转录的方向是从 mRNA的 5′→3′。（ ） 3.细菌的一个基因转录时两条DNA链可同时作为模板，提高转录效率。( ) 4.密码子是RNA 上的三个碱基，决定氨基酸的密码子最多有61种。( ) 5.反密码子的读取方向为由氨基酸连接端开始读（由长臂端向短臂端读取）。( ) 6.翻译时mRNA在核糖体上每次移动3个碱基的位置。（ ） 7.翻译时，核糖体的移动方向是5′→3′。（ ） × 无核仁 √ 只以其中一条链为模板 × 62种 × √ 是核糖体沿着mRNA移动 × √ 考点训练　 1.（2023·湖南师大附中质检）如图为DNA 分子的转录过程，下列相关叙述正确的是( ) A. 图中区域X的DNA编码链上， 从右到左的碱基序列依次是AACTAT B. RNA聚合酶可能在该DNA分子的 其他部位以另一条链为模板 C. 转录形成的mRNA分子也可以作为该生物的遗传物质携带遗传信息 D. 位于mRNA上的密码子共64种，每个密码子都对应一个氨基酸分子 B 【拓展延伸】基因表达过程中碱基与氨基酸的数量关系 C G T G C A C A T G C A C T G G T A DNA 谷氨酸 组氨酸 精氨酸 氨基酸 C G U G G A C A U mRNA G C A C U G G U A tRNA 结论: DNA碱基数 ： mRNA碱基数： 氨基酸 = 6  3  1 【说明】因为DNA中存在非编码区、内含子等片段，mRNA有终止密码子（不编码氨基酸）等原因，实际上它们的数量关系不符合6：3：1。因此题目中一般都带有“至少”或“最多”字样。 考点训练　 1.已知一个由2条肽链组成的蛋白质分子，共有198个肽键，控制翻译该蛋白质分子的mRNA中A和U共占25% （不考虑终止密码子），则转录形成该mRNA的DNA分子中，C与G 至少有( ) A. 600个 B. 700个 C. 800个 D. 900个 D 考点二 中心法则及基因表达与性状的关系 考点二 中心法则及基因表达与性状的关系 知识点一、中心法则 1. 提出者： 克里克 2. 内容： 遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的复制；也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质， 即遗传信息的转录和翻译。 3. 补充后的内容图解: 复制 DNA 逆转录 转录 复制 RNA 翻译 蛋白质 (注：蓝色部分表示少数生物遗传信息的流向) 考点二 中心法则及基因表达与性状的关系 知识点一、中心法则 4. 不同生物中心法则表达式 ①细胞生物(原核、真核) ②DNA病毒(如噬菌体) ③复制型RNA病毒(如烟草花叶病毒)： ④逆转录病毒(如HIV)： ⑤高度分化的细胞 ： [易错提醒]不是所有生物都能进行中心法则的五个过程 考点训练　 1.（2023·湖北2月质量检测）研究人员发现HIV可以模拟宿主细胞的应激反应从而逃避身体的防御系统。这种伪装有助于它进入紧急翻译途径——本质上是提供伪造的凭证，这些伪造的凭证允许HIV进入细胞的“限制”区域，以便继续制造它自己的病毒蛋白。新型冠状病毒可在宿主细胞内进行RNA的复制过程。结合图示分析，下列相关叙述正确的是( ) A. HIV的遗传物质进入紧急翻译途径时需要能量和酶，会发生③④过程 B. HIV进入宿主细胞的“限制”区域后利用自身的核糖体制造病毒蛋白 C. 新型冠状病毒和HIV都通过⑤→①→②过程传递遗传信息 D. 该项研究结果可为阻止HIV 在人体内的增殖带来希望 D 考点二 中心法则及基因表达与性状的关系 知识点二、基因表达与性状的关系 1. 基因表达产物与性状的关系 （1）直接控制途径： 基因 蛋白质的结构 控制 生物的性状 直接控制 实例：囊性纤维化、镰状细胞贫血症 幻灯片 34 （2）间接控制途径： 基因 酶的合成 控制 生物的性状 间接控制 代谢过程 控制 实例：皱粒豌豆、白化症状 幻灯片 35 缺失 3个 A－T T－A 缬氨酸 镰刀状 溶血 性贫血 外来DNA 插入 正常 正常 正常 升高 异常 降低 受阻 降低 失水 控制酪氨酸酶的基因异常 酪氨酸不能正常转化为______ ________不能正常合成 缺乏黑色素，表现_______ 酪氨酸酶 黑色素 白化病 考点二 中心法则及基因表达与性状的关系 知识点二、基因表达与性状的关系 2. 基因与性状间的对应关系 实例：人的身高是由多个基因决定的，其中每个基因对身高都有一定的作用 一个性状可以受到多个基因的影响 一个基因也可以影响多种性状 实例：我国科学家发现水稻中Ghd7基因编码的蛋白质不仅参与了开花的调控，而且也对水稻的生长、发育和产量都有重要作用。 一个基因控制一种性状 实例：红绿色盲、白化病、豌豆的茎高度、豌豆籽粒的颜色等等 (基因的特异性) (基因的多效性) (多基因效应) 生物体的性状还受到环境因素的影响 考点二 中心法则及基因表达与性状的关系 知识点三、表观遗传 生物体基因的碱基序列保持不变，但基因表达和表型发生可遗传变化的现象。 定义 存在时期 类型 表观 遗传 普遍存在于生物体的生长、发育和衰老的整个生命活动过程中。 特征 ②非编码RNA干扰（例如miRNA） ①DNA甲基化修饰 ③组蛋白甲基化、乙酰化等 DNA不变、可遗传性、受环境影响 (基因的表达被抑制） 考点训练　 1.(2023·山东泰安高三期末)下列有关基因和性状的叙述，正确的是( ) A. S型肺炎链球菌的有毒性状受核基因表达产物的直接控制 B. 基因可通过其转录产物控制代谢过程，进而控制生物的性状 C. 老年人白发是相关基因不能控制酪氨酸酶合成，导致黑色素不能正 常合成引起的 D. 环境相同的情况下，基因型相同的个体间不会发生可遗传的表型差异 B 考点训练　 2.研究者以小鼠为材料进行杂交实验，亲本及F1的基因型、表型如图1。 其中Avy基因的表达水平与其前端的一段碱基序列的甲基化程度有关，调控机制如图2。下列相关叙述正确的是( ) 图1 图2 考点训练　 A. 甲基化可以在不改变基因碱基序列的情况下，使基因发生突变而导致性状改变 B. 甲基化可能阻止了RNA聚合酶与Avy基因的结合，从而抑制了该基因的翻译过程 C. F1中黑色鼠与亲本中黑色鼠的表型相同，因此基因型也相同 D. 除了DNA甲基化，构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰也会影响基因的表达 √ $$