2025届高三一轮复习生物：基因的表达课件

2025年·高考生物·一轮复习 第六单元 遗传的分子基础 基因的表达 【资料】虫害每年会对农业生产造成严重的危害。据统计，虫害每年给农业造成的损失高达13%。棉铃虫是导致棉花减产的主要害虫，为了使普通棉花自身具有抗虫的特性，达到生物防治的目的，科学家通过现代生物技术，将苏云金芽孢杆菌的Bt抗虫蛋白基因，转入普通棉花染色体DNA上，培育出的棉花植株会产生Bt抗虫蛋白。转入的是基因，得到的却是蛋白质。为什么会这样呢？ 基因的表达：基因通过指导蛋白质的合成来控制性状。 2 考情分析 新旧教材对比 增：①mRNA和tRNA的3′端和5′端； 改：①密码子表；②密码子的破译由选学变为“科学史话”。 考点 由高考知核心知识点 预测 基因的表达 考点一：遗传信息的转录和翻译（3年44考，全国卷3年4考） （2024 安徽、2024 湖北）基因表达 （2024河北）基因表达、RNA （2024甘肃）基因与性状的关系 （2024浙江）甲基化 （2023 广东、2023 湖南）基因表达 （2023 浙江、2023 湖南）基因表达 （2023 湖南、2023 山东）RNA （2023 海南、2023 天津）甲基化 （2023海南、2023山东）基因与性状的关系 （2023全国、2023浙江）基因与性状的关系 （2022 广东、2022 福建）RNA 题型：选择题、解答题 内容：分析近三年的高考试题，可以发现高考试题均考查遗传信息的本质；复制机转录和翻译过程；生物的变异内容。2025年高考很可能在呈现现实中的问题情景，让学生运用相关基础知识，分析转录翻译过程及变异类型发生的原因及结果的推测。 课标要求 概述DNA上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成 DNA（基因） 蛋白质 场所 模板 原料 酶 方向 碱基配对方式 产物 RNA 转录 翻译 “基因指导蛋白质的合成”概念图 细胞核、叶绿体、线粒体、 拟核 DNA的一条链 4钟游离核糖核苷酸 RNA聚合酶 子链5'端 3'端 A-U T-A C-G G-C mRNA、rRNA、tRNA 核糖体 mRNA 21种氨基酸 多种酶 核糖体沿mRNA移动 A-U U-A C-G G-C 多肽链 Bt抗虫蛋白基因导入棉花细胞后是如何指导Bt抗虫蛋白合成的？ （一）核基因（Bt抗虫蛋白基因)携带的遗传信息是怎样传递到细胞质中？ （二）遗传信息到达细胞质后，细胞又是怎样解读的？ 基因（Bt抗虫蛋白基因) 蛋白质(Bt抗虫蛋白) 信使物质 克里克提出了RNA是信使物质的假设 【资料1】1955年布拉谢特用洋葱根尖和变形虫进行了实验；发现若加入RNA酶降解细胞中的RNA，则蛋白质合成就停止，若再加入从酵母中提取的RNA，则又可以重新合成一些蛋白质。 信使物质是RNA的证据 基因（Bt抗虫蛋白基因) RNA 蛋白质(Bt抗虫蛋白) 问题1：为什么RNA适于作DNA的信使？ 第3张 我们已经知道，合成蛋白质的场所是核糖体，核糖体位于细胞质中，细胞核中的基因无法通过核孔直接进入细胞质。Bt抗虫蛋白基因导入到了棉花细胞核的染色体DNA上，却在细胞质中合成了Bt抗虫蛋白。因此要弄清楚细胞核中的基因是如何指导细胞质中的核糖体合成蛋白质的，我们必须弄清楚以下两个问题： （1）核基因携带的遗传信息是怎样传递到细胞质中的？（点击出现） （2）当遗传信息到达细胞质后，细胞又是怎样解读的？（点击出现） 从生命的物质性角度分析，推测可能会有一种物质帮助传递信息。我们权且将这种物质称为信使物质。如果是这样的话，基因指导蛋白质的过程将分解为以下步骤，基因首先将信息传递给信使物质（点击出现），信使物质将信息传递给蛋白质（点击出现）。真有这种信使物质存在吗？（点击出现） 如果有，你认为这种物质的成分可能是什么呢？每个同学应该都有自己的想法了吧？ 20世纪五六十年代，许多科学家为了找到这种物质，也曾提出了不同的假设，进行实验。 基因指导蛋白质的合成 ①RNA也是由核苷酸组成，含氮碱基有A、G、C、U，具备准确传递遗传信息的可能。 ②RNA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。 ③RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”；因此以mRNA为媒介可将遗传信息传递到细胞质中。 ④RNA为单链结构，不稳定，易降解，使得完成使命的RNA能迅速分解，保证生命活动的有序进行。 RNA为什么可以作为DNA的信使传递信息？ 3.密码子共 种，起始密码子有____种（原核生物中GUG也可作为起始密码子），终止密码子有____ 种,终止密码子无对应氨基酸。能决定氨基酸的密码子，正常情况下有 种，特殊情况下有 _____种。 信使RNA（mRNA） 翻译的模板 1.结构： ①单链； ②从左至右，依次每相邻的三个碱基为一个遗传密码（密码子）。 2.功能： 5’ 3’ 基因指导蛋白质的合成 43=64 密码子认读是从mRNA的5'→3'，相邻的密码子无间隔、不重叠。 64 2 3 61 62 4.密码子与氨基酸的对应关系： ①一种密码子决定一种氨基酸. ②一种氨基酸可以由一种或多种不同的密码子决定。 （1）简并性：绝大多数氨基酸有几个密码子决定的情况 。 （2）通用性：地球上几乎所有的生物共用一套密码子。 5.密码子的特点： 生物都具有相同的遗传密码，所有生物可能有共同的起源，生命在本质上是统一的等。 ①增强密码子的容错性。②可以保证翻译的速度。 （1）信使RNA（mRNA)，作用：合成蛋白质的直接模板 （2）转运RNA(tRNA)，作用：识别密码子，转运氨基酸 （3）核糖体RNA( rRNA），作用：与蛋白质构成核糖体 （4）核酶（RNA）：作用：催化作用，可降低化学反应的活化能 （5）基因组RNA，指一些病毒以RNA为遗传物质。 （6）小RNA（miRNA），调节基因表达。 （7）小核RNA(snRNA)，是剪接体的组分。 （8）长链非编码RNA（lncRNA)，主要参与基因转录调控、转录后调控、翻译调控、介导染色体修饰等。 （9）核内小RNA，在hnRNA转变为成熟mRNA的过程中，参与RNA的剪接加工，及将mRNA从核内转运到核外的过程。 (10) 核仁小RNA（snoRNA），参与rRNA的加工。 (11) 双链RNA（dsRNA），可被Dicer酶切割行成siRNA (12)短干扰RNA（siRNA），是siRISC的主要成员，激发与之互补的目标mRNA的沉默。 (13) 反义RNA，可通过与靶位序列互补而与之结合的RNA ,或直接阻止靶序列功能，或改变靶部位构象而影响其功能。另外，在DNA复制过程中的引物也是RNA，因其不单独存在并很快降解，未将其作为一类。   拓展：RNA种类（约14种） mRNA tRNA 蛋白质 rRNA 知识链接：核仁与rRNA和核糖体的形成有关 Bt抗虫蛋白基因中遗传信息的转录过程 (结合选择性选修3的知识） 9 修正转录模型 DNA双螺旋打开 DNA双螺旋重新形成 RNA聚合酶 左→右 游离的核苷酸 DNA-RNA 杂交区域 RNA 10 转录的过程： RNA聚合酶识别并结合启动子 一条链 4种核糖核苷酸 RNA分子 DNA链 连接磷酸二酯键 注意：不需要解旋酶 5’ （mRNA、tRNA、rRNA） 结合转录过程，归纳RNA聚合酶的功能： 【教材隐性知识】 3’ 5’ 3’ 3’ 5’ 转录方向的判定方法：___________________________________ 为转录的起始方向。 已合成的mRNA释放的一端(5′端) （mRNA从5′→3′延伸） 1、识别启动部位、终止部位 2、解开双螺旋结构(破坏氢键) 3、合成RNA链(形成磷酸二酯键) 问题2：①转录起始和终止的位置分别在哪里？相同DNA在不同组织细胞中进行转录过程时启用的起始点______________（填“都相同”“都不同”或“不完全相同”），其原因是_____________________________。 ②转录单位是基因，一个DNA分子上有多个基因，多个基因的模板链都相同？一个基因可被多次转录？ ③ Bt抗虫蛋白基因转录的mRNA可以直接作为翻译模板？ 提醒：每次转录的只是DNA分子特定的片段（并非一整个DNA）， RNA聚合酶没有解开DNA双螺旋结构的功能。而是与DNA分子结合使1个或少数几个基因的DNA片段的双螺旋解开， 遗传信息传递的方向 ：DNA→RNA 一个基因转录时以基因的1条链为模板，一个DNA分子上的所有基因的模板链 不一定相同 不同组织细胞内基因选择性表达 不完全相同 有义链或编码链: 反义链或模板链: 基因中具有转录功能的链, 即与有义链互补的链。 基因中无转录功能的链, 与转录产物mRNA碱基序列相同的那条链(除用T代替U外)。 在一个含有若干基因的DNA分子中, 各个基因的有义链, 并不一定都在同条链上, 也就是说, DNA双链中的一条链对某些基因来说是有义链, 而对另一些基因来说则是反义链(如下图)。 【注意】转录是以基因为单位进行，在同一个细胞内的不同基因可以选择性转录。 【拓展延伸】有义链（编码链）和反义链（模板链） 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 原核细胞的基因结构 真核细胞的基因结构 【拓展延伸】原核细胞与真核细胞的基因结构 （二）Bt抗虫基因的遗传信息到达细胞质后，细胞又是怎样解读的？ 【资料1 P70】克里克以T4噬菌体为实验材料研究其中某个基因的碱基的增加或减少对其所编码的蛋白质的影响实验，在相关碱基序列中增加或删除1个或2个碱基，无法产生正常功能的蛋白质，但是当增加或删除3个碱基时，却合成了正常功能的蛋白质。 3个碱基决定一个氨基酸 结论： 【资料2 P70】1961年尼伦伯格和马太采用了蛋白质的体外合成技术，在每个试管中分别加入1种氨基酸，如图在1号试管中加入的是酪氨酸，2号试管中加入的是丝氨酸，3号试管中加入的是苯丙氨酸等等。然后再加入人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸，以及去除了DNA和mRNA的细胞提取液，结果加入了苯丙氨酸的试管中出现了多聚苯丙氨酸的肽链。 与苯丙氨酸对应的密码子应该是UUU 密码子、氨基酸与反密码子及的关系 结论： 第17张 Bt抗虫蛋白基因转录完成后，mRNA携带着遗传信息从核孔进入细胞质，细胞又是如何解读的呢？ 我们知道RNA携带的是碱基序列编码的遗传语言，蛋白质却是靠氨基酸序列来进行编码。这实际上要实现的是碱基语言和氨基酸语言的转换，一种语言与另一种语言的转换我们称之为称为翻译。这里我们也将RNA在核糖体上指导蛋白质的合成过程也称之为翻译。 同学们想一想RNA与蛋白质之间的翻译过程需要弄清楚哪些问题呢？想想我们平时将英语翻译成汉语的过程，首先要知道某个单词与汉语词汇的对应关系，其次就是将这些词汇按照语法顺序有序组织。RNA语言与蛋白质语言的翻译过程有类似之处，但也有不同，我们需要弄明白三个问题： （1）mRNA碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的？（2）游离在细胞质中的氨基酸，是怎样被运送到合成蛋白质的“生产线”上的？ （3）在生产线上蛋白质是如何合成的？ 【资料2】1961年尼伦伯格和马太采用了蛋白质的体外合成技术，在每个试管中分别加入1种氨基酸，如图在1号试管中加入的是酪氨酸，2号试管中加入的是丝氨酸，3号试管中加入的是苯丙氨酸等等。然后再加入人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸，以及去除了DNA和mRNA的细胞提取液，结果加入了苯丙氨酸的试管中出现了多聚苯丙氨酸的肽链。 （1）细胞中原有的mRNA会作为合成蛋白质的模板干扰实验结果，细胞中原有的DNA可能作为mRNA合成的模板，而新合成的mRNA也会干扰实验结果，因此需要除去细胞提取液中的DNA和mRNA。 思考：（1）为什么要去除细胞提取液中的DNA和mRNA？ （2）如果你是尼伦伯格或马太，你将如何设计对照组的实验，确保你的重大发现得到同行的认可？ （2）作为对照实验的试管中，所有成分都与实验组的试管相同，但是不加入多聚尿嘧啶核苷酸。 第17张 Bt抗虫蛋白基因转录完成后，mRNA携带着遗传信息从核孔进入细胞质，细胞又是如何解读的呢？ 我们知道RNA携带的是碱基序列编码的遗传语言，蛋白质却是靠氨基酸序列来进行编码。这实际上要实现的是碱基语言和氨基酸语言的转换，一种语言与另一种语言的转换我们称之为称为翻译。这里我们也将RNA在核糖体上指导蛋白质的合成过程也称之为翻译。 同学们想一想RNA与蛋白质之间的翻译过程需要弄清楚哪些问题呢？想想我们平时将英语翻译成汉语的过程，首先要知道某个单词与汉语词汇的对应关系，其次就是将这些词汇按照语法顺序有序组织。RNA语言与蛋白质语言的翻译过程有类似之处，但也有不同，我们需要弄明白三个问题： （1）mRNA碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的？（2）游离在细胞质中的氨基酸，是怎样被运送到合成蛋白质的“生产线”上的？ （3）在生产线上蛋白质是如何合成的？ 1.当密码子中的一个碱基改变时，由于密码子的简并性，可能不会改变其对应的氨基酸，减少了转录过程中的差错等造成的碱基改变对生物的影响，保证了物种的稳定性。除此之外，也可以从密码子的使用频率来考虑，当某种氨基酸使用频率高时几种不同的密码子都编码同一种氨基酸可以保证翻译的速度 2.当今生物有着共同的起源，同时也说明生物本质上是统一的。 【特别注意】①一般情况下3个终止密码子（UAA、UAG、UGA）不决定氨基酸，特殊情况下UGA可以编码硒代半胱氨酸。一般情况下，决定氨基酸的密码子61种，特殊情况下62种 ②一种密码子只能决定一种氨基酸，一种tRNA只能转运一种氨基酸。 ③每种氨基酸对应一种或几种密码子(简并性)，可由一种或几种tRNA转运。 苯丙氨酸 密码子:UUC 反密码子:AAG tRNA作为转运氨基酸的工具，必须能识别两种信息，即密码子信息和氨基酸信息。 翻译的过程 tRNA mRNA mRNA tRNA 脱离 终止密码子 必备知识 整合 进位 转位 成肽 起始 20 起始 ，进位，移位 ：各消耗1GTP 修正翻译模型 转运氨基酸 反密码子 翻译模板 密码子 64种 核糖体 认读各种密码子 选择氨基酸(tRNA转运) 催化氨基酸脱水缩合 注意：1：每个核糖体和mRNA的结合部位能形成２个tRNA结合位点 2：翻译过程中mRNA并不移动，而是核糖体沿着mRNA移动，进而读取下一个密码子。 3：碱基配对方式为A-U,G-C,不存在A-T配对。 4：翻译的起点是起始密码，终点是终止密码。 5：一个mRNA上可相继结合多个核糖体，同时合成多条多肽链，因此，少量mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白质 6.加工：核糖体合成的仅是多肽链，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。 肽键 翻译过程的三种模型图解读 A.模型甲中一个核糖体与mRNA的结合位点形成 个tRNA结合位点，核糖体沿着mRNA移动的方向是 。真核细胞是先转录后翻译。 2 由左往右 B.模型乙反映出mRNA与核糖体存在的数量关系_____________________________. 图中核糖体移动的方向是_________；结果：_________________________________ 多聚核糖体形成的意义是____________________________________。 一个mRNA分子上可以相继结合个核糖体 由右向左 少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质 C.模型丙是原核细胞内发生的 _________ 过程，特点是_____________，与真核细胞不同的原因是_________________________________，原核细胞的基因中无内含子，转录形成的mRNA不需要加工即可作为翻译的模板。 转录和翻译 边转录边翻译 原核细胞无以核膜为界限的细胞核 合成多个氨基酸序列完全相同的多肽。 甲 拓展：真核生物与原核生物转录、翻译比较： 真核生物 先转录，后翻译 DNA mRNA RNA聚合酶 边转录边翻译 原核生物 注: 真核细胞中线粒体DNA和叶绿体DNA也是边转录边翻译 生命活动不仅需要能量和物质某，也需要信息，生命是物质、能量和信息的统一体 基因指导蛋白质的合成 密码子 mRNA DNA rRNA RNA tRNA 遗传信息 脱氧核苷酸 双螺旋 主要细胞核 绝大多数生物的遗传物质 遗传密码 生命活动的体现者和承担者 启动子和终止子 蛋白质 表现性状 转录 翻译 基因的表达 分类 基本单位： 结构： 分布： 功能： 核糖核苷酸 多为单链 细胞质 基因表达的中介 反密码子 特殊序列： 场所： 模板： 原料： 产物： 原则： 细胞核 DNA的一条链 4种核糖核苷酸 RNA 碱基互补配对 A-U、T-A、C-G、G-C 细胞质核糖体 mRNA 20种氨基酸 蛋白质（多肽链） 碱基互补配对 A-U、U-A、C-G、G-C 2.操纵元是原核细胞基因表达调控的一种组织形式，它由启动子、结构基因(编码蛋白基因)、终止子等部分组成。如图表示大肠杆菌细胞中核糖体蛋白(RP)合成及调控过程，图中①②表示相关生理过程，mRNA上的RBS是核糖体结合位点。 (4)图示表明，当细胞中缺乏足够的rRNA分子时，核糖体蛋白RP1能与mRNA分子上的RBS位点结合，从而导致mRNA ___ ，进而终止核糖体蛋白质的合成。这种调节机制的意义是什么？ 不能与核糖体结合 既保证细胞内rRNA与核糖体在数量上的平衡，又可以减少不必要的物质和能量浪费。 关键能力 提升 实践应用类 6.研究发现 、 等 非编码 ，虽不编码蛋白质但对 细胞的生命活动调节有重要作用。 神经元中存在某种 蛋白，能与 结合形成复合体，从 而抑制 蛋白的合成， 可通过调控 蛋白的合成来调 控神经元轴突的延伸，调控机理如下图。 二 轮 专 题 复 习 26 （1）神经元内 合成时，以__________________________为模板， 以____________为原料，需_ _________酶参与。 基因 的一条链 核糖核苷酸 聚合 （2）据图分析， 调控神经元轴突延伸的机理是 可与 蛋白 结合，使 蛋白______________________________________________，从 而促进轴突延伸。 与 分离，促进翻译合成 蛋白 （3）除上述功能外， 的功能还有______________________________ ________________________________________________________________。 （答出两点即可） 翻译时运载氨基酸；核糖体的组成成分；作为酶催化化学反应；作为 病毒的遗传物质携带遗传信息 二 轮 专 题 复 习 27 抑制 相关 片段转录(或 降低 与 基因的 结合的概率 或促进 基因的 的降解 或抑制 基因的转录 或抑制 基因的 的翻译)，使 蛋白质含量减少 （4）阿尔茨海默病患者体内一种 水平高于正常人。 可以与 基因的 结合，使后者不易被降解，导 致细胞中 蛋白质含量增加，最终影响神经系统的功能，请根据以 上信息，从基因表达角度提供一条治疗阿尔茨海默病的思路： _____ 二 轮 专 题 复 习 28 Lavf54.6.100 $$