2025届高三生物一轮复习：基因表达 知识清单

第19讲 基因表达 考点一　RNA的结构与功能 1、元素组成：C、H、O、N、P； 2、基本单位：核糖核苷酸（4种）； 3、种类及功能： (1)信使RNA（mRNA）： ①结构：单链结构； ②功能：转录遗传信息、作为翻译的模板； ③扩展：RNA适于作DNA的信使的原因： RNA由核糖核苷酸连接而成，可以储存遗传信息；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 (2)转移RNA（t RNA）： ①结构：三叶草形； ②功能：运载特定的氨基酸； ③注意：每一种tRNA只能识 别并转运一种氨基酸； (3)核糖体RNA（r RNA）：与蛋白质构成核糖体； 4、DNA与RNA的区别 物质组成 结构特点 五碳糖 特有碱基 DNA 脱氧核糖 T(胸腺嘧啶) 一般是双链 RNA 核糖 U(尿嘧啶) 通常是单链 注意：信使RNA、核糖体RNA、转运RNA都是转录的产物； 考点二 遗传信息的转录 1、概念：以DNA的一条链为模板，按碱基互补配对原则合成RNA的过程。 2、场所：主要是细胞核，在叶绿体、线粒体中也能发生转录过程。 3、过程： (1)解旋：DNA双链解开，DNA双链的碱基得以暴露。（注意：此时需 要RNA聚合酶，不需要解旋酶；） (2) 配对：游离的核糖核苷酸随机地与DNA链上的碱基碰撞，当核糖核 苷酸与DNA的碱基互补时，两者以氢键结合。 注意：①原则：碱基互补配对；②模板：解开的DNA的一条链； ③原料：4种游离的核糖核苷酸； (3)连接：新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA上。 注意：①酶：RNA聚合酶；②结果：形成一个mRNA； (4)释放：合成的mRNA从DNA链上释放，而后，DNA双链恢复成双螺旋结构。 注意： (1)遗传信息的转录过程不需要解旋酶。 (2)一个基因转录时以基因的一条链为模板,一个DNA分子上所有基因的模板链不一定相同。 (3)转录方向的判定方法:已合成的mRNA释放的一端为转录的起始方向。 (4)转录与DNA复制的区别：（见图） 小结：转录 场所：细胞核（主要）； 模板：DNA的一条链； 原料：A、U、C、G四种核糖核苷酸； 条件：RNA聚合酶和ATP； 过程：在细胞核中，以DNA解旋后的一条链为模板，按碱基互补配对原则，形成mRNA； 产物：一条单链的mRNA； 考点三 遗传信息的翻译 (1)概念: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。 (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个这样的碱基称为1个密码子。 ②种类:64种,正常情况下,决定氨基酸的密码子有61种,终止密码子有3种。 ③密码子与反密码子的比较。 项目 密码子 反密码子 位置 mRNA tRNA 作用 直接决定蛋白质中氨基酸的序列 识别密码子 特点 与DNA模板链上的碱基互补 与mRNA中密码子的碱基互补 ④特点： A、简并性：一种氨基酸有两种以上的密码子的情况 。在一定程度上能防止由于碱基的改变而导致的遗传信息的改变。 B、通用性：地球上几乎所有的生物共用一套密码子表。 (3)翻译过程： 第1步：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。 第2步：携带组氨酸的tRNA以同样的方式进入位点2。 第3步：甲硫氨酸通过与组氨酸形成肽键而转移到占据位点2的tRNA上。 第4步：核糖体读取下一个密码子，原占据位点1的tRNA离开核糖体，占据位点2的tRNA 进入位点1，一个新的携带氨基酸的tRNA 进入位点2，继续肽链的合成。重复步骤2、3、4，直至核糖体读取到mRNA的终止密码子。 小结：翻译 场所：细胞质的核糖体上； 模板：mRNA； 原料：20种氨基酸； 条件：需要特定的酶和ATP； 过程：在细胞质的核糖体上，以mRNA 为模板，以转运RNA为运载工具，按照碱基互补配对原则，把一定的氨基酸放在相应的位置，合成有一定的氨基酸顺序的蛋白质。 产物：具有一定氨基酸顺序的多肽（再经过盘曲折叠形成蛋白质）； 注意： (1)AUG即可以是编码甲硫氨酸又是起始密码子;GUG在原核生物中,可以作为起始密码子,此时编码甲硫氨酸,在其他情况下,它编码缬氨酸。UGA在正常情况下是终止密码子,在特殊情况下可以编码硒代半胱氨酸。 (2)tRNA含有氢键，一个tRNA分子中不是只有三个碱基。 (3)反密码子的读取方向为由氨基酸连接端开始读(由长臂向短臂读取)。 (4)从密码子表可以看出,像苯丙氨酸、亮氨酸这样,绝大多数氨基酸都有几个密码子,这一现象称作密码子的简并。你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义? 提示　这是一道开放性问题,可以从增强密码子容错性的角度来解释,当密码子中有一个碱基改变时,由于密码子的简并性,可能并不会改变其对应的氨基酸;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。 (5)起始密码子AUG决定甲硫氨酸,为什么蛋白质的第一个氨基酸往往不是甲硫氨酸?翻译过程中,核糖体是如何使肽链延伸的?从核糖体上脱落下来的是有特定功能的成熟蛋白质吗? 提示　翻译生成的多肽链往往需进行加工修饰,甲硫氨酸在此过程中往往会被剪切掉。翻译过程中,核糖体在mRNA上移动并依次读取密码子,进行肽链的合成,直到读取到mRNA上的终止密码子,合成才能终止。刚从核糖体上脱落下来的只能称之为多肽,其必须经过一定的加工才能成为具有特定功能的成熟蛋白质。 (6)转录和翻译过程的易错点 ①转录的产物不只是mRNA，还有tRNA、rRNA，但只有mRNA携带遗传信息，3种RNA都参与翻译过程，只是作用不同。 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转录和翻译过程中的碱基配对不是A－T，而是A－U。 ④并不是所有的密码子都决定氨基酸，其中终止密码子不决定氨基酸。 (７)原核生物的拟核基因表达速度往往比真核生物的核基因表达的速度要快很多，原因是什么？ [提示]原核生物没有核膜，基因表达时转录和翻译可以同步进行，真核生物有核膜，基因表达时先完成转录，再完成翻译。 (８)起始密码子AUG决定甲硫氨酸，为什么蛋白质的第一个氨基酸往往不是甲硫氨酸？ [提示]翻译生成的多肽链往往需进行加工修饰，甲硫氨酸在此过程中会被剪切掉。 考点四 补充考点 1、遗传信息、遗传密码和反密码子的辨析 遗传信息 遗传密码(密码子) 反密码子 定义不同 指DNA中能控制生物性状的脱氧核苷酸的排列顺序 指mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基 指tRNA中能识别mRNA上相应密码子的核苷酸的排列顺序 存在位置不同 DNA mRNA tRNA 作用不同 控制生物的性状 决定蛋白质中氨基酸的排列顺序 识别密码子 2、比较记忆DNA复制、转录和翻译 3、理顺基因表达中的相关数量关系：DNA碱基数∶mRNA碱基数∶氨基酸数=6∶3∶1 注意：计算中“最多”和“最少”的分析。 ①mRNA上碱基数目与蛋白质中氨基酸的数目关系：翻译时，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，因此准确地说，mRNA上的碱基数目是蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。 ②DNA上的碱基数目与蛋白质中氨基酸的数目关系：基因或DNA上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。 ③注意“最多”或“最少”：在回答有关问题时，应加上“最多”或“最少”等字，如mRNA上有n个碱基，转录产生它的基因中至少有2n个碱基，该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。 4、明确氨基酸与密码子、反密码子的数量关系 (1)一种氨基酸可对应一种或几种密码子(即密码子具有简并性)，可由一种或几种tRNA转运。 (2)除终止密码子外，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)终止密码子并非完全不能编码氨基酸，如UGA在特殊情况下，可以编码硒代半胱氨酸。 (4)在原核生物中，GUG作为起始密码子时编码甲硫氨酸。 5、构建模型分析基因表达过程 （１）图甲模型分析 　　①Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别为tRNA、核糖体、mRNA、多肽链。 ②一个核糖体与mRNA的结合部位形成2个tRNA结合位点。 ③翻译起点：起始密码子决定的是甲硫氨酸或缬氨酸。 ④翻译终点：识别到终止密码子(一般不决定氨基酸)翻译停止。 ⑤翻译进程：核糖体沿着mRNA移动，mRNA不移动。 （２）图乙模型分析 图乙表示真核细胞的翻译过程，其中①是mRNA，⑥是核糖体，②、③、④、⑤表示正在合成的4条多肽链，具体分析如下： ①数量关系：一个mRNA可同时结合多个核糖体，形成多聚核糖体。 ②意义：少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质。 ③方向：核糖体的移动方向为从右向左，判断依据是多肽链的长短，长的翻译在前，或根据mRNA的方向，核糖体沿mRNA从5′→3′移动。 ④结果：合成的仅是多肽链，要形成蛋白质往往还需要运送至内质网、高尔基体等结构中进一步加工。 ⑤形成的多条肽链氨基酸序列相同的原因：有相同的模板mRNA。 （３）图丙模型分析 图丙表示原核细胞的转录和翻译过程，图中①是DNA模板链，②、③、④、⑤表示正在合成的4条mRNA，转录的方向为从右向左，每条mRNA上多个核糖体同时进行翻译过程，即边转录边翻译。 6、“三步”判断真、原核细胞的DNA复制、转录及翻译 7、多聚核糖体 情境创设 如图表示基因表达的过程。据图分析DNA转录和翻译过程： (1)为什么说真核细胞的转录过程主要发生在细胞核中？ 提示：真核细胞中，DNA主要存在于细胞核中，线粒体和叶绿体中也存在少量的DNA，因此叶绿体和线粒体也有部分遗传信息的转录过程。 (2)图中翻译方向如何？判断依据是什么？ 提示：方向为从左向右；判断依据是多肽链的长短，长的翻译在前。 (3)图示信息显示一条mRNA可结合多个核糖体，有什么意义？ 提示：少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质。 (4)翻译过程中，核糖体是如何使肽链延伸的？从核糖体上脱落下来的是有特定功能的成熟蛋白质吗？ 提示：翻译过程中，核糖体在mRNA上沿5′→3′方向移动并依次读取密码子，进行肽链的合成，直到读取到mRNA上的终止密码子，合成才能终止。刚从核糖体上脱落下来的只能称之为多肽，其一般需要经过一定的加工才能成为具有特定功能的成熟蛋白质。 (5)一个基因的两条链都可以作为转录的模板吗？一个DNA分子上的所有基因的模板链都相同吗？ 提示：转录时只能以基因的一条链为模板；不同的基因模板链不一定相同。 考点四 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；④ RNA的复制；⑤ RNA逆转录。 3、 各类生物遗传信息的传递过程 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 注意： (1)DNA复制、转录和翻译是所有具有细胞结构的生物和DNA病毒遵循的遗传信息传递法则；RNA复制和逆转录只发生在被RNA病毒寄生的细胞中，而在其他生物体内不能发生。 (2)中心法则中每一过程都遵循碱基互补配对原则，所以每一过程都能准确进行，当然配对原则有所不同，能进行互补配对的场所有四个，即细胞核、叶绿体、线粒体、核糖体。 (3)高等动植物只有DNA复制、转录、翻译三条途径，但具体到不同细胞情况不尽相同，如根尖分生区细胞等分裂旺盛的组织细胞中三条途径都有；但叶肉细胞等高度分化的细胞无DNA复制途径，只有转录和翻译两条途径；哺乳动物成熟的红细胞无信息传递。 4、 利用图示分类剖析中心法则 (1)图中数字分别表示什么过程？　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1、8为转录过程；2、5、9为翻译过程；3、10为DNA复制过程；4、6为RNA复制，7为逆转录过程。 (2)7过程需要哪种酶？写出HIV的遗传信息传递过程。 　 逆转录酶； 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (3) 根尖成熟区细胞内可发生哪些过程？ 过程1和过程2； (4)若甲、乙、丙为病毒，则甲为DNA病毒，如噬菌体；乙为RNA病毒，如烟草花叶病毒；丙为逆转录病毒，如HIV。 5、解决中心法则问题的技巧 (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，生理过程可能是翻译、RNA复制或RNA逆转录。 (2)从原料分析 ①如果原料为脱氧核苷酸，产物一定是DNA。 ②如果原料为核糖核苷酸，产物一定是RNA。 ③如果原料为氨基酸，产物一定是蛋白质。 (3)从生物种类分析 ①如果是细胞生物，能进行DNA复制、转录和翻译过程。 ②如果是RNA病毒，分两种情况 a．RNA自我复制和翻译。 b．RNA逆转录、DNA复制、转录和翻译。 6、中心法则体现DNA的两大基本功能 (1)传递功能：Ⅰ过程体现了遗传信息的传递功能，它是通过DNA复制完成的，发生于亲代产生子代的生殖过程或细胞增殖过程中；Ⅳ过程表示以RNA作为遗传物质的生物亲代与子代之间遗传信息的传递功能。 (2)表达功能：Ⅱ(转录)、Ⅲ(翻译)过程共同体现了遗传信息的表达功能，发生在个体发育过程中；Ⅴ过程表示了部分以RNA作为遗传物质的病毒的逆转录过程，是遗传信息表达的首要步骤。此类生物专营寄生生活，必须在宿主细胞中完成其遗传物质的信息表达，所以需先通过逆转录过程形成DNA，整合在宿主细胞染色体上的DNA中，再进行Ⅱ、Ⅲ过程。 考点五 表观遗传 1、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。 2、实例：柳穿鱼Lcyc基因和小鼠Avy基因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，进而对表型产生影响。这种DNA甲基化修饰可以遗传给后代，使后代出现同样的表型。 3、表观遗传现象发生的主要因素（分子机制）有哪些? (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RNA,而形成双链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。 4、表观遗传的特点 ①可遗传：基因表达和表型可以遗传给后代。 ②不变性：基因的碱基序列保持不变。 ③可逆性：DNA的甲基化修饰可以发生可逆性变化，即被修饰的DNA可以发生去甲基化。 5、理解表观遗传注意三个问题 ①表观遗传不遵循孟德尔遗传规律； ②表观遗传可以通过有丝分裂和减数分裂传递被修饰的基因； ③表观遗传一般是影响基因的转录过程，进而影响蛋白质的合成。 考点六 基因控制性状的途径 1、直接控制途径：通过控制蛋白质的分子结构来直接影响性状。 2、间接控制途径： ①方式：基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状。 （基因__酶的合成____代谢过程__生物体的性状。） ②实例： 白化病： 豌豆粒形： 3、基因与性状的对应关系 (1)一般而言，一对等位基因决定一对相对性状。 (2)生物体的一种性状有时受多个基因的影响，如果蝇红眼的形成与多个基因有关；玉米叶绿素的形成至少与50多个不同基因有关。 (3)有时一对基因可影响多种性状，如基因1可影响B和C性状。 (4)生物的性状是基因和环境共同作用的结果。基因型相同，表现型可能不同；基因型不同，表现型可能相同。 第 2 页 第 3 页 学科网（北京）股份有限公司 $$