2027届高三生物一轮复习课件第3讲：基因的表达

第六单元　遗传的分子基础 第3讲　基因的表达 一 、遗传信息的转录 思考以下问题： 1、转录过程通过那种酶来解旋？是否有氢键的断裂和形成？是否需要能量？这种酶的结合位点称做什么？ 2、转录时DNA两条链都可作为模板链吗？转录的方向、场所、时期？ 3、转录产物只有mRNA吗？发生的碱基互补配对与DNA复制有何区别？ RNA聚合酶 识别、结合位点 编码区 非编码区 非编码区 内含子 外显子 启动子 终止子 编码区上游 编码区下游 真核细胞的基因结构 终止转录 A－U 、T－A 、 G－C、C－G。 3 例1．利用基因工程反向导入目的基因可抑制目的基因的表达，如图为反向导入的目的基因的作用过程，下列叙述正确的是(　 ) A．过程①和②中目的基因以同一条链为模板进行转录 B．过程①和②都需要RNA聚合酶的催化并以脱氧核苷酸为原料 C．mRNA1和mRNA2上的A＋U占全部碱基的比例是相同的 D．反向导入的目的基因能抑制目的基因的转录过程 C 解析：选C　根据图解可知，两条mRNA能够互补配对，说明两条mRNA是由DNA分子不同的链转录而来的；过程①②表示转录，转录过程利用的原料为核糖核苷酸；两条mRNA是由DNA分子不同的链转录而来的，在DNA分子中每条链上的A＋T占该链碱基总数的比例是相同的，因此两条mRNA上的A＋U占全部碱基的比例也是相同的；图中显示，反向导入的目的基因没有抑制目的基因的转录过程，而是抑制翻译过程。 4 例2、TATA框是多数真核生物基因的一段DNA序列，位于基因转录起始点上游，其碱基序列为TATAATAAT，RNA聚合酶与TATA框牢固结合之后才能开始转录。相关叙述错误的是（ ） A. 含TATA框的DNA局部片段的稳定性相对较低，容易解旋 B. TATA框属于基因启动子的一部分，包含RNA聚合酶的识别位点 C. TATA框经RNA聚合酶催化转录形成的片段中含有起始密码 D. 某基因的TATA框经诱变缺失后，会影响转录的正常进行 C 6 例3（江苏卷改编） 关于基因控制蛋白质合成的过程,下列叙述正确的是（ ） A. 启动子是位于基因上的一段特殊的碱基序列，终止子是位于mRNA上的一段特殊的碱基序列 B. 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 C. DNA 聚合酶和 RNA 聚合酶的结合位点分别在 DNA 和 RNA 上 D. 在细胞周期中,mRNA 的种类和含量均不断发生变化 D 例4、基因在表达过程中如有异常mRNA就会被细胞分解，如图是S基因的表达过程，则下列有关叙述正确的是（ ） A．异常mRNA的出现是基因突变的结果 B．图中所示的①为转录，②为翻译过程 C．图中②过程使用的酶是逆转录酶 D．S基因中存在不能控制翻译成多肽链的片段 D 解析：选D　由图可以直接看出异常mRNA出现是对前体RNA剪切出现异常造成的，不是基因突变的结果；图示②为对前体RNA剪切的过程，不需要逆转录酶；S基因转录形成的RNA前体需经过剪切才能指导蛋白质合成，说明S基因中存在不能控制翻译多肽的序列。 7 1、基因、密码子，反密码子的区别和联系 二、遗传信息的翻译 一种密码子决定 氨基酸 密子码的 特性 一种氨基酸可有 密码子 密码子有 种 ，正常情况下，决定氨基酸的密码子 种 自然界中的生物都共用一套密码子 一种或多种 一种 64 61 专一性 通用性 简并性 在一定程度上能防止由于碱基的改变而导致的遗传性状的改变 密码子： （读取方向？） 10 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。 ⑶简并性：色氨酸及甲硫氨酸各只有一个密码。多数氨基酸有二个以上的密码子。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。 反密码子——位于tRNA上 反密码子 密码子 5’ 3’ 氨基酸 A A G 碱基对 一种tRNA识别并转运 氨基酸， 一种氨基酸可由 tRNA转运； 一种 一种或几种 氨基酸 tRNA 决定氨基酸密码子 一对一 一对一或一对多 一对一 一对一 一对一 一对一或一对多 （读取方向？） 11 2、翻译的过程 中心法则的提出及其发展 1957年，克里克提出了中心法则（黑线部分），遗传信息的一般传递途径。 蛋白质 DNA RNA 逆转录 转录 翻译 复制 ① ② ③ ④ ⑤ 逆转录酶 RNA复制酶 （1）正常高等动植物体内只能发生 ； （2） 只发生在RNA病毒，在病毒单独存在时不能进行； （3）DNA病毒、RNA病毒、逆转录病毒、细胞生物分别可以进行图 示哪些过程？ ①②③ ④⑤ 13 14 例1、下面是几种抗菌药物的抗菌机理以及中心法则的图解。①青霉素：抑制细菌细胞壁的合成；②环丙沙星：抑制细菌DNA解旋酶的活性；③红霉素：能与细菌细胞中的核糖体结合以阻止其发挥作用；④利福平：抑制RNA聚合酶的活性。以下有关说法错误的是（ ） A．环丙沙星会抑制a过程，利福平将会抑制b过程 B．除青霉素外，其他抗菌药物均具有抑制遗传信息传递或表达的作用 C．过程d涉及的氨基酸最多有20种、tRNA最多有64种 D．e过程需要逆转录酶 C 解析：由题干可知，环丙沙星会抑制细菌DNA解旋酶的活性，故可抑制细菌DNA的复制过程(a过程)。利福平会抑制RNA聚合酶的活性，故可抑制DNA的转录过程(b过程)。红霉素能与核糖体结合以阻止其发挥作用，故可抑制细菌的翻译过程(d过程)。只有青霉素抑制细菌细胞壁的合成，其不影响遗传信息的传递和表达过程。e过程是逆转录过程，需要逆转录酶。翻译过程涉及的氨基酸最多有20种、tRNA最多有61种。 14 例2．新型冠状病毒感染的肺炎疫情发生以来，全国人民同舟共济、众志成城，打赢了一场没有硝烟的疫情阻击战，经研究，该病毒是一种单股正链RNA病毒，其在宿主细胞内的增殖过程如图所示。下列说法中正确的是(　　) A．由图示可知，＋RNA 和－RNA上都含有决定氨基酸的密码子 B．过程②消耗的嘧啶核苷酸数等于过程④消耗的嘌呤核苷酸数 C．可利用抗生素类药物抑制新型冠状病毒在宿主细胞内的增殖 D．新型冠状病毒和HIV的增殖过程都需要RNA复制酶的作用 B B　[由过程①和③可知，＋RNA能指导蛋白质的合成，而－RNA不能，因此可判断＋RNA上有决定氨基酸的密码子，而－RNA上没有，A错误；过程②和④都要遵循碱基互补配对原则，因此过程②消耗的嘧啶核苷酸的数量与过程④消耗的嘌呤核苷酸的数量相等，B正确；抗生素类药物主要作用于细菌，不能抑制病毒的增殖，C错误；HIV是逆转录病毒，增殖过程需要逆转录酶的作用，不需要RNA复制酶的作用，D错误。] 15 多聚核糖体：一条mRNA上有多个核糖体同时翻译的现象。 ★ 提高了蛋白质合成的速度。 翻译时碱基配对方式： A U C G U A G C 真核细胞先转录后翻译 原核细胞、叶绿体、线粒体可 边转录边翻译 17 翻译过程的“三种模型图” (1)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别为 、核糖体、 （模板）、多肽链。 (2)一个核糖体与mRNA的结合部位形成__ 个tRNA结合位点。 (3)翻译起点：起始密码子决定的是 或缬氨酸。 (4)翻译终点：识别到 (不决定氨基酸)翻译停止。 (5)翻译进程： 沿着mRNA移动，mRNA不移动，原料 。 ①图甲模型分析 图丙表示 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，在_______上同时进行翻译过程。 ②图丙模型分析 游离的氨基酸 翻译员：tRNA 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 18 图乙表示真核细胞的翻译过程，其中①是 ，⑥是 ，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 ，形成多聚核糖体。 (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：核糖体的移动方向为 ，判断依据是多肽链的长短，长的翻译在前。 (4)形成的多条肽链氨基酸序列相同的原因： 。 图乙模型分析 比较项目 复制 转录 翻译 场所 模板 酶 能量，水 原料 产物 碱基配对 （主要）细胞核 （主要）细胞核 细胞质（核糖体） DNA的两条链 （完全解旋） DNA的一条链（局部解旋） mRNA（最后降解） 解旋酶，DNA聚合酶等 RNA聚合酶 多种酶 ATP，有 ATP，有 ATP，有 4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 21种氨基酸 两个DNA分子 RNA 多肽链 A-T T-A G-C C-G A-U T-A G-C C-G A-U U-A G-C C-G 三、真核细胞中复制、转录、翻译的比较 20 例1. 如图为真核细胞中蛋白质合成的部分过程示意图，②③④⑤为正在合成中的四条多肽链。下列说法错误的是（　　　） A. 图中所示过程称为翻译，需要氨基酸作为原料 B. ①上的一个密码子只决定一种氨基酸，一种氨基酸只由一种tRNA转运 C. ②③④⑤最终形成的蛋白质通常是相同的 D. 图中反映了蛋白质合成具有高效性 B 例2．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 C C　[根据图像可知，反密码子CCI可与mRNA中的GGU、GGC、GGA互补配对，说明一种反密码子可以识别不同的密码子，A项正确；密码子与反密码子的碱基互补配对，密码子与反密码子的碱基之间通过氢键结合，B项正确；tRNA分子和mRNA分子都是单链结构，C项错误；由于某些氨基酸可对应多种密码子，故mRNA中的碱基改变不一定造成所编码氨基酸的改变，D项正确 22 例3(原创)下列有关图示生理过程的描述，错误的是 (　　) A．甲、丙两个过程均有氢键的破坏也有氢键的形成 B．甲、乙、丙三个过程均能在胰岛B细胞核内进行 C．图乙表示翻译，多个核糖体最后合成出的多肽链相同 D．图甲中若复制起始点增多，细胞可在短时间内完成DNA分子的复制 B 【解析】图中甲为DNA分子的复制、乙为翻译过程、丙表示转录过程。DNA双链解旋破坏氢键，DNA双链形成及转录时形成DNA－RNA区域有氢键形成，故DNA复制和转录过程都存在氢键的破坏和氢键的形成，A正确；细胞核内进行的是DNA复制和转录过程，胰岛B细胞是高度分化的细胞，不能进行DNA复制过程，B错误；一条mRNA可以结合多个核糖体，合成多条氨基酸序列相同的肽链，C正确；若DNA复制时有多个起点，则可以在短时间内完成DNA分子的复制，D正确。 23 例4．如图是细胞内蛋白质合成过程中遗传信息流动图解，①、②、③表示相关过程。下列有关说法正确的是(　　) A．③过程表示多个核糖体共同合成一条多肽 B．①过程只发生在有丝分裂和减数分裂过程中 C．①过程、②过程和③过程可以发生在线粒体中 D．核DNA的②过程和③过程可发生在细胞周期的分裂期 C 解析：选C　图示为真核细胞蛋白质合成过程中遗传信息流动图解，其中①为DNA复制过程，②表示转录过程，③表示翻译过程。③过程表示多个核糖体共同合成多条相同的多肽；①为DNA复制过程，在各种细胞分裂过程中都能发生；线粒体中含有少量的DNA，能发生①DNA的复制过程和②转录过程，同时线粒体中还有核糖体，也能进行③翻译过程；②为转录过程，只能发生在分裂间期。 24 四、基因表达过程中相关数量的计算 DNA碱基数∶mRNA碱基数∶氨基酸数＝6∶3∶1。 【特别提醒】　实际基因表达过程中的数量关系不符合6∶3∶1的原因： (1)DNA中有的片段无遗传效应，不能转录出mRNA。 (2)在基因中，有的片段起调控作用，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。 25 例题、一个mRNA分子有m个碱基，其中G＋C有n个；由该mRNA合成的蛋白质有两条肽链。则其模板DNA分子（双链）的A＋T数、合成蛋白质时脱去的水分子数分别是(　　)（不考虑终止密码） A．m、(m/3)－1 B．m、(m/3)－2 C．2(m－n)、(m/3)－1 D．2(m－n)、(m/3)－2 D 解析： mRNA分子中有m个碱基，其中G＋C数目为n个，推出A＋U数目为m－n个，故DNA中A＋T数目为2(m－n)。根据mRNA碱基数目∶蛋白质中氨基酸数目＝3∶1可知，氨基酸数目为m/3。脱去水分子数＝氨基酸数－肽链数＝(m/3)－2。 26 (1)直接途径： 基因通过控制____________直接控制生物体的性状。 (2)间接途径： 基因通过控制________来控制代谢过程从而间接控制生物体的性状。 ①囊性纤维病 ②镰状细胞贫血 第二部分、基因表达与性状的关系 一、基因表达产物与性状的关系 蛋白质的结构 酶的合成 ①豌豆的圆粒与皱粒 ②人的白化病 基因与性状间的对应关系： 1、一个基因决定一种性状（多数情况下）； 一个基因可影响多种性状，如图中基因1可影响B和C性状 2、多个基因控制一种性状（玉米叶绿素的合成与50多个基因有关）。 3、生物的性状和基因、环境之间存在什么关系？ 基因型相同，表现型可能不同；基因型不同，表现可能相同 受基因控制。通过控制酶的合成来控制代谢过程，间接控制生物的性状来实现。 1、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（豌豆的圆粒与皱粒、人的白化病，苯丙酮尿症（教材90页），果蝇红白眼） 2、基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状（囊性纤维病、镰刀型贫血症） 27 二、表观遗传 (1)表观遗传：生物体______________保持不变，但________和____发生可遗传变化的现象（如：同卵双胞胎所具有的微小差异）。 (2)形成原因：DNA______，构成染色体的组蛋白发生_____ _等修饰，从而影响基因表达。 基因的碱基序列 基因表达 表型 甲基化 甲基化，乙酰化 问题1．教材P73资料1中，柳穿鱼植株A和植株B体内的Lcyc基因的碱基序列是否相同？为什么植株A、B的花形态结构出现差异？(必修2　P73“思考·讨论”) 柳穿鱼植株A和植株B体内的Lcyc基因的碱基序列是相同的，由于植株B体内的Lcyc基因被高度甲基化，从而抑制表达。 问题2．教材P73资料2中，F1小鼠基因型是Avya，小鼠毛色为什么不是黄色而是表现出介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型？(必修2　P73“思考·讨论”) 因为小鼠的Avy基因的前端有多个可发生甲基化的位点，当Avya基因发生甲基化后表达受抑制，并且甲基化程度越高，表达受抑制越明显，小鼠的毛色越深。 例1．柳穿鱼是一种园林花卉，它的花有两种形态结构：左右对称的(品种A)和中心对称的(品种B)，花形态结构与Lcyc基因的表达与否直接相关。已知品种A和B的Lcyc的基因相同，品种A的Lcyc基因表达，品种B的Lcyc基因由于甲基化修饰不表达。品种A与品种B杂交，F1的花左右对称，F1自交产生的F2中大部分植株的花左右对称，少部分植株的花中心对称。下列相关说法，错误的是(　　) A．Lcyc基因的DNA甲基化修饰可能阻碍了RNA聚合酶发挥作用 B．品种A与品种B的花形态结构不同是因为Lcyc基因碱基序列不同 C．F2中少部分植株的花中心对称说明甲基化修饰的Lcyc基因可以遗传 D．F1的花左右对称的原因是来自品种A的Lcyc基因表达，品种B的Lcyc基因不表达 B B　[由分析可知，Lcyc基因的DNA甲基化修饰可能阻碍了RNA聚合酶发挥作用，A正确；由题可知品种A与品种B的Lcyc基因碱基序列完全相同，只存在能否表达的差异，B错误；从A、B植株作为亲本进行杂交的F1和F2情况分析，植株B的Lcyc基因碱基与植株A相同，仅因被高度甲基化后不能表达，基因不表达会使其花的性状与植株A的出现明显差异，并且这种差异在F2中重新出现，说明细胞中基因表达与否以及表达水平的高低会导致生物的性状发生改变并遗传下去，C正确；由题“左右对称的品种A和中心对称的品种B，品种A的Lcyc基因表达，品种B的Lcyc基因由于甲基化修饰不表达”可知，F1的花左右对称的原因是来自品种A的Lcyc基因表达，品种B的Lcyc基因不表达，D正确。] 29 例2、下图为人体内基因对性状的控制过程，判断如下分析： ①基因1和基因2一般不会出现在人体内的同一个细胞中 (　　) ②基因控制囊性纤维病与基因2控制性状的方式相同 (　　) ③d、e过程的结果存在差异的直接原因是血红蛋白结构的不同 (　　) ④图中a、b过程发生的场所分别是细胞核、细胞质中的核糖体(　　) × √ √ √ 例3．眼皮肤白化病(OCA)是一种与黑色素(合成时需要酪氨酸酶)合成有关的疾病，虹膜、毛发及皮肤呈现白色症状。该病的两种类型OCA1(Ⅰ型)与OCA2(Ⅱ型)均是隐性突变造成的，有关该病的介绍如下表。有一对患病的夫妇生下了两个正常的孩子。下列说法错误的是(　　) 类型 染色体 原因 结果 性状 Ⅰ型 11号 酪氨酸酶 基因突变 酪氨酸酶含量较低 毛发均呈白色 Ⅱ型 15号 P基因 突变 黑色素细胞中pH异常，酪氨酸酶含量正常 患者症状较轻 A．OCA两种突变类型体现了基因突变具有随机性的特点 B．Ⅱ型患病原因可能是黑色素细胞中pH异常导致酪氨酸酶活性降低 C．这对夫妇的基因型可能是纯合的，但他们的两个孩子都是杂合子 D．OCA两种突变类型都体现了基因通过控制蛋白质的合成直接控制生物性状 D D　[OCA两种突变类型是不同的基因突变产生的，体现了基因突变具有随机性的特点，A项正确；Ⅱ型患病原因是基因突变造成了黑色素细胞中pH异常，导致酪氨酸酶活性降低，B项正确；该病的两种类型都是隐性突变造成的，因此这对夫妇的基因型是纯合的，他们的两个孩子是双杂合子，C项正确；OCA两种突变类型体现的都是基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物的性状，D项错误。] 31 小结：知识体系 Lavf57.83.100 Lavf57.83.100 Lavf57.83.100 mRNA 甲硫氨酸 2 终止密码子 核糖体 原核细胞 核糖体 多个核糖体 从右向左 有相同的模板mRNA mRNA 核糖体 $