（高一）专题6 基因的表达知识串讲-2024-2025学年高中生物期末重难点复习攻略

专题6  基因的表达 一、基因指导蛋白质的合成 1．RNA的结构与功能 2．遗传信息的转录 (1)概念：RNA是在细胞核中，通 过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的，这一过程叫作转录。 (2)过程 3.遗传信息的翻译 (2)tRNA的形态和功能特点 ①形态：RNA链经过折叠，形成三叶草形。 ②功能特点：每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。 (3)密码子和反密码子 ①属于密码子的是B(填字母)，位于D mRNA(填名称)上，其实质是决定一个氨基酸的3个相邻的碱基。 ②属于反密码子的是A(填字母)，位于C tRNA(填名称)上，其实质是与密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基。 ③密码子的种类为64种，正常情况下，反密码子的种类为61种。 (4)翻译过程 (5)翻译能精确进行的原因 ①mRNA为翻译提供了精确的模板。 ②通过碱基互补配对，保证了翻译能够准确地进行。 (6)翻译能高效进行的原因 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。 4．中心法则 (1)提出者：克里克。 (2)补充后的内容图解： ①DNA的复制；②转录；③翻译；④RNA的复制；⑤RNA逆转录。 (3)分别写出下列生物中心法则表达式 生物种类 举例 遗传信息的传递过程 DNA病毒 T2噬菌体 RNA病毒 烟草花叶病毒 逆转录病毒 艾滋病病毒 细胞生物 动物、植物、细菌、真菌等 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)间接途径 ①途径：基因酶的合成细胞代谢生物体的性状。 ②举例 a．豌豆的圆粒与皱粒 圆粒豌豆：淀粉含量高→成熟时吸水胀大。 皱粒豌豆：编码淀粉分支酶的基因被插入的DNA序列打乱→淀粉分支酶 异常，活性大大降低→淀粉合成受阻，含量降低→成熟时失水皱缩。 b．人白化病的形成：控制酪氨酸酶的基因异常→不能合成酪氨酸酶→酪氨酸不能转变为黑色素→表现出白化症状。 (2)直接途径 ①途径：基因蛋白质的结构生物体的性状。 ②举例 囊性纤维化：编码CFTR蛋白(一种转运蛋白)的基因缺失了3个碱基→CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸→CFTR蛋白结构与功能异常→支气管中黏液增多，管腔受阻，细菌在肺部大量繁殖，最终使肺功能严重受损。 2．基因的选择性表达与细胞分化 (1)基因类型 ①在所有细胞中都表达的基因：指导合成的蛋白质是维持细胞基本生命活动所必需的，如核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因。 ②只在某类细胞中特异性表达的基因，如卵清蛋白基因、胰岛素基因。 (2)细胞分化的本质：基因的选择性表达。 3．表观遗传 (1)实例分析 ①柳穿鱼花的形态结构的遗传 项目 柳穿鱼植株A 柳穿鱼植株B 性状表现 开两侧对称花 开辐射对称花 Lcyc基因测序结果 植株A和植株B碱基组成及序列一样，没有差异 Lcyc基因表达情况检测 表达 不表达 Lcyc基因甲基化检测　 与植株A相比，植株B的Lcyc基因高度 甲基化 杂交实验 植株A与植株B杂交，F1开两侧对称花，F2绝大部分植株开两侧对称花，少部分植株开辐射对称花 ②小鼠毛色的遗传(将纯种黄色体毛小鼠与纯种黑色体毛小鼠杂交) 子一代小鼠基因型 子一代均为Avya 子一代小鼠表型 不同小鼠表现出介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型 Avy基因甲基化检测 毛色越深的小鼠，Avy基因甲基化程度越 高 根据上述两个实例分析，DNA的甲基化将会抑制该基因的表达，从而影响生物的性状；DNA的甲基化是可以遗传给下一代的。 (2)概念 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，叫作表观遗传。 (3)现象 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。 (4)吸烟与人体健康的关系 吸烟会使人体细胞内DNA的甲基化水平升高，对染色体上的组蛋白也会产生影响。 4．基因与性状之间的关系 (1)基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系 ①一个性状可以受到多个基因的影响，例如，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。 ②一个基因也可以影响多个性状，例如，我国科学家研究发现水稻中的Ghd7基因编码的蛋白质不仅参与了开花的调控，而且对水稻的生长、发育和产量都有重要作用。 (2)性状是基因和环境共同作用的结果 ①生物体的性状不完全由基因决定，环境对性状也有着重要影响。如后天的营养和体育锻炼等对人的身高也有重要作用。 ②基因与基因、基因与基因表达产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用，形成了一个错综复杂的网络，精细地调控着生物体的性状。 1．比较记忆复制、转录和翻译 遗传信息的传递 遗传信息的表达 复制 转录 翻译 场所 主要是细胞核 主要是细胞核 细胞质 模板 亲代DNA的两条链 DNA的一条链 mRNA 原料 4种游离的脱氧核苷酸 4种游离的核糖核苷酸 21种氨基酸 模板去向 子代DNA分子中 DNA链重新聚合 降解成核糖核苷酸 产物 完全相同的两个DNA分子 RNA 蛋白质(多肽) 碱基配对 A－T、T－A、C－G、G－C A－U、T－A、C－G、G－C A－U、U－A、C－G、G－C 特点 ①半保留复制；②边解旋边复制 边解旋边转录 一条mRNA上可相继结合多个核糖体，同时合成多条肽链 信息传递 DNA→DNA DNA→RNA mRNA→蛋白质 2．中心法则与基因表达关系 3．基因表达中相关计算 (1)DNA模板链中A＋T(或C＋G)与mRNA中A＋U(或C＋G)相等，则(A＋T)总%＝(A＋U)mRNA%。 (2)DNA(基因)、mRNA上碱基数目与氨基酸数目之间的关系，如图所示： 可见，蛋白质中氨基酸数目＝1/3 mRNA碱基数目＝1/6DNA(或基因)碱基数目。 4．细胞分化本质 注：灰色代表表达的基因，即处于活动状态；白色代表不表达的基因，即处于关闭状态 (1)分化前和分化后形成的各种细胞中DNA(基因)不变。 (2)表达的基因有两类：所有细胞中都表达的基因(如ATP合成酶基因、核糖体蛋白基因)；只在某类细胞中特异性表达的基因(如胰岛素基因、血红蛋白基因)。 (3)分化形成的各种细胞中mRNA和蛋白质不完全相同。 5．表观遗传的分子机制 (1)DNA的甲基化 基因中的碱基序列没有变化，但部分碱基发生了甲基化修饰，抑制了基因的表达，进而影响表型。 (2)构成染色体的组蛋白的乙酰化修饰 真核生物细胞核中的DNA与一些蛋白质结合在一起，带负电荷的DNA“缠绕”在带正电荷的蛋白质(如组蛋白)上，使细长的DNA卷成紧密的结构。组蛋白的正电荷一旦减少，其与DNA的结合就会减弱，这部分的DNA就会“松开”，激活相关基因的转录。 (3)RNA干扰 RNA干扰是正常生物体内抑制特定基因表达的一种现象。当细胞中导入或内源产生与某个特定mRNA同源的双链RNA时，该mRNA发生降解或者翻译阻滞，导致基因表达沉默。这种现象发生在转录后水平，又称为转录后基因沉默，是表观遗传的重要机制之一。 6．理清基因与性状关系 【理论基础】 中心法则五过程 (1)从模板分析 ①如果模板是DNA，生理过程可能是DNA复制或DNA转录。 ②如果模板是RNA，生理过程可能是RNA复制或RNA逆转录或翻译。 (2)从原料分析 ①如果原料为脱氧核苷酸，产物一定是DNA，生理过程可能是DNA复制或逆转录。 ②如果原料为核糖核苷酸，产物一定是RNA，生理过程可能是DNA转录或RNA复制。 ③如果原料为氨基酸，产物一定是蛋白质(或多肽)，生理过程是翻译。 (3)从产物分析 ①如果产物为DNA，生理过程可能是DNA复制或RNA逆转录。 ②如果产物为RNA，生理过程可能是RNA复制或DNA转录。 ③如果产物是蛋白质(或多肽)，生理过程是翻译。 【典型例题】 1．miRNA是一类在人体内广泛分布的内源性非编码RNA，长度为19～25个核苷酸。不同miRNA在个体发育的不同阶段产生。miRNA通过与靶mRNA结合或引起靶mRNA的降解，进而特异性影响相应基因的表达。请根据材料判断下列相关说法不正确的是（　　） A．miRNA可以在细胞核中产生，在细胞质中起作用 B．miRNA在翻译阶段特异性影响基因的表达过程 C．翻译是核糖体沿着miRNA移动，从起始密码子开始，读到终止密码子结束 D．不同miRNA在个体发育不同阶段产生，是基因选择性表达的结果 2．真核生物mRNA甲基化的位点集中在mRNA的5'端，称5'帽子（5'cap），可使mRNA免受抗病毒免疫机制的破坏；3'端有一个含100～200个A的特殊结构，称polyA尾，但对应基因的尾部却没有T串序列。下图表示真核生物某翻译过程，有关分析错误的是（    ） A．mRNA甲基化属于转录后水平上基因表达调控 B．5'帽子和polyA尾是对应基因直接转录形成的 C．帽子结构有助于核糖体对mRNA识别和结合 D．可通过对mRNA加帽，提升mRNA疫苗效能 3．下图表示某生物DNA分子上进行的部分生理过程，相关叙述错误的是（    ）    A．转录过程形成的R环，可能会使过程①停止 B．tRNA的3＇端携带氨基酸进入核糖体参与过程③ C．过程②的酶C从3＇→5＇方向阅读模板链，催化RNA沿5＇→3＇方向延伸 D．进行过程①时，需通过核孔向细胞核内运入解旋酶和DNA聚合酶等物质 4．在一个蜂群中，少数幼虫一直取食蜂王浆而发育成蜂王，而大多数幼虫以花粉和花蜜为食则发育成工蜂。DNMT3蛋白是DNMT3基因表达的一种DNA甲基化转移酶，能使DNA某些区域添加甲基基团（如下图所示）。敲除DNMT3基因后，蜜蜂幼虫将发育成蜂王，这与取食蜂王浆有相同的效果。下列有关叙述错误的是（    ）      A．胞嘧啶和5′甲基胞嘧啶在DNA分子中都可以与鸟嘌呤配对 B．DNA甲基化本质上不是一种突变，但性状会改变 C．蜂王浆可能会使蜂王细胞中DNMT3基因的表达水平下降 D．DNA甲基化可能干扰了DNA聚合酶对DNA相关区域的作用 5．某基因表达的过程如图所示，下列相关叙述错误的是（    ） A．①是DNA，转录过程中RNA聚合酶由模板链的5'端向3'端移动 B．②是mRNA，转录过程中mRNA的延伸方向为5'端→3'端 C．③是核糖体，翻译过程中由mRNA的5'端向3'端移动 D．④是tRNA，反密码子的读取方向为tRNA的3'端→5'端 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案： 1．C 【分析】1、细胞分化：在个体发育中，相同细胞的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。细胞分化过程遗传物质不变，只是基因选择性表达的结果。 2、基因表达包括转录和翻译两个过程，其中转录的条件：模板（DNA的一条链）、原料（核糖核苷酸）、酶（RNA聚合酶）和能量；翻译过程的条件：模板（mRNA）、原料（氨基酸）、酶、tRNA和能量。 【详解】AB、miRNA通过与靶mRNA结合或引起靶mRNA的降解，影响的是翻译过程，miRNA是通过转录合成的，所以可以在细胞核中产生，到细胞质影响翻译过程，AB正确； C、miRNA是非编码RNA，故不能作为模板翻译肽链，C错误； D、不同miRNA在个体发育不同阶段产生，属于基因的选择性表达，与细胞分化有关，D正确。 故选C。 2．B 【分析】图示为真核生物进行的是翻译过程，根据肽链的长度可知，翻译是从mRNA5′端开始的。 【详解】A、mRNA甲基化影响了翻译过程，则属于转录后水平上基因表达调控，A正确； B、polyA尾对应基因的尾部却没有T串序列，则polyA尾不是对应基因直接转录形成的，B错误； C、5'帽子结构可使mRNA免受抗病毒免疫机制的破坏，维持mRNA的稳定，则帽子结构有助于核糖体对mRNA识别和结合，C正确； D、5'帽子可使mRNA免受抗病毒免疫机制的破坏，则通过对mRNA加帽，可提升mRNA疫苗效能，D正确。 故选B。 3．D 【分析】据图分析，表示DNA复制、转录和翻译同时进行，酶A表示DNA聚合酶，酶B表示解旋酶，酶C表示RNA聚合酶；过程①表示DNA复制，过程②表示转录，过程③表示翻译。 【详解】A、真核细胞中mRNA可能和DNA的模板链稳定结合，而非模板链游离，三者共同形成了较为稳定的R环结构，转录过程形成的R环，可能会使过程①（DNA复制）停止，A正确； B、过程③表示翻译，tRNA的3＇端携带氨基酸进入核糖体参与翻译过程，B正确； C、过程②表示转录，酶C（RNA聚合酶）从3＇→5＇方向阅读模板链，催化RNA沿5＇→3＇方向延伸，C正确； D、该生物DNA复制、转录、翻译同时进行，说明为原核生物，不存在核膜，也不存在核孔，D错误。 故选D。 4．D 【分析】表观遗传是指DNA序列不发生变化，但基因的表达却发生了可遗传的改变，即基因型未发生变化而表型却发生了改变，如DNA的甲基化，甲基化的基因不能与RNA聚合酶结合，故无法进行转录产生mRNA，也就无法进行翻译，最终无法合成相应蛋白，从而抑制了基因的表达。 【详解】A、据图可知，胞嘧啶C和5'甲基胞嘧啶（添加了甲基的胞嘧啶）在DNA分子中都可以与鸟嘌呤G配对，A正确； B、DNA甲基化并没有改变基因的碱基序列，没有发生基因突变，故DNA甲基化本质不是一种突变，但会导致性状改变，B正确； C、敲除DNMT3 基因后，蜜蜂幼虫将发育成蜂王，这与取食蜂王浆有相同的效果，说明蜂王浆可能会使蜂王细胞中DNMT3基因的表达水平下降，C正确； D、分析题意可知，DNMT3蛋白是DNMT3基因表达的一种DNA甲基化转移酶，而基因的表达包括转录和翻译过程，据此推知，DNA甲基化后可能干扰了RNA聚合酶等对DNA部分区域的识别和结合，使得基因的表达有差异，D错误。 故选D。 5．A 【分析】1、转录过程以四种核糖核苷酸为原料，以DNA分子的一条链为模板，在RNA聚合酶的作用下消耗能量，合成RNA。 2、翻译过程以氨基酸为原料，以转录过程产生的mRNA为模板，在酶的作用下，消耗能量产生多肽链。多肽链经过折叠加工后形成具有特定功能的蛋白质。 【详解】A、由题图可知，①是DNA，转录过程中DNA的一条单链作为模板链，RNA聚合酶与模板链结合后，由模板链的3'端向5'端移动，A错误； B、②是mRNA，是由DNA模板链转录而来的，转录过程中mRNA的延伸方向为5'端→3'端，B正确； C、③核糖体是翻译的场所，结合题图可知翻译过程中由mRNA的5'端向3'端移动，C正确； D、④tRNA能识别密码子，转运氨基酸，反密码子的读取方向为tRNA的3'端→5'端，D正确。 故选A。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $$