第3讲基因指导蛋白质的合成及基因表达与性状的关系

第3讲基因指导蛋白质的合成及基因表达与性状的关系考点定标1.概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成。2．细胞分化的本质是基因选择性表达的结果，生物的性状主要通过蛋白质表现。3．概述某些基因中碱基序列不变但表型改变的表观遗传现象。考情解码1.遗传信息的转录和翻译2025·重庆卷·T11;2024·湖北卷·T16;2024·贵州卷·T7、16；2024·安徽卷·T11;2024·河北卷·T4;2023·湖南卷·T12；2023·辽宁卷·T8;2023·江苏卷·T6;2023·海南卷·T13；2023·浙江6月卷·T4;2023·广东卷·T17;2023·全国乙卷·T52.中心法则的提出及其发展2022·河北卷·T9;2021·河北卷·T163.基因表达产物与性状的关系2025·云南卷·T6;2024·重庆卷·T12；4.表观遗传2025·河南卷·T14;2024·黑吉辽卷·T9;2024·甘肃卷·T6；2024·广东卷·T10;2023·福建卷·T7;2023·河北卷·T7；2023·浙江1月卷·T5、6考点一遗传信息的转录和翻译 1.任务驱动·问题引领夯双基任务一教考衔接——真题重组引领，整合建构落实教材双基一、真题重组判断类（1）（2024·贵州卷，7D）碱基序列不同的mRNA翻译得到的肽链不可能相同。（）（2）（2024·河北卷，4C）DNA复制和转录时，在能量的驱动下解旋酶将DNA双链解开。（）（3）（2024·河北卷，4D）DNA复制合成的子链和转录合成的RNA延伸方向均为由5′端向3′端。（）（4）（2023·江苏卷，6A）tRNA分子内部不发生碱基互补配对。（）（5）（2023·江苏卷，6C）mRNA的每个密码子都能结合相应的tRNA。（）（6）（河北卷，8A）所有生物基因表达过程中用到的RNA和蛋白质均由DNA编码。（）（7）（河北卷，8B）DNA双链解开，RNA聚合酶起始转录、移动到终止密码子时停止转录。（）（8）（全国卷Ⅲ，3C）tRNA分子由两条链组成，mRNA分子由单链组成。（）（9）（全国卷Ⅲ，1B）细胞中以DNA的一条单链为模板转录出的RNA均可编码多肽。（）（10）（浙江4月卷，22C）多个核糖体可结合在一个mRNA分子上共同合成一条多肽链。（）（11）（海南卷，20C）携带氨基酸的tRNA都与核糖体的同一个tRNA结合位点结合。（）二、必备整合——教材双基梳理网络化1．RNA的结构、种类和功能2．遗传信息的转录师说解惑（1）转录方向的判定方法：已合成的mRNA释放的一端（5′端）为转录的起始方向。（2）一个基因转录时以基因的一条链为模板，一个DNA分子上不同基因的模板链不一定相同。（3）转录是以基因为单位进行的，一个基因可被多次转录，形成多个相同的mRNA。3．遗传信息的翻译师说解惑转录、翻译过程中的四个易错点（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，其中终止密码子在正常情况下不决定氨基酸。4．遗传信息、密码子与反密码子之间的联系师说解惑（1）密码子有64种，几乎所有生物共用一套密码子。①有2种起始密码子：在真核生物中AUG作为起始密码子；在原核生物中，GUG也可以作为起始密码子，此时它编码甲硫氨酸。②有3种终止密码子：UAA、UAG、UGA。正常情况下，终止密码子不编码氨基酸，仅作为翻译终止的信号，但在特殊情况下，终止密码子UGA可以编码硒代半胱氨酸。（2）通常一种密码子决定一种氨基酸，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（密码子的简并），可由一种或几种tRNA转运。5．对比分析DNA复制、转录和翻译三者联系图师说解惑1．基因表达中相关计算规律（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＝13mRNA碱基数目＝162．关注计算中“最多”和“最少”问题（1）mRNA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上碱基数目是蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。（2）DNA上的碱基数目与蛋白质中的氨基酸的数目关系：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倍多。（3）不能忽略“最多”或“至少”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n3任务二教材深挖——课标概念引领，挖掘拓展深化课标重要概念一、教材隐性知识，边角知识显性化1．（必修2P67图4-6）tRNA（填“含有”或“不含有”）氢键，一个tRNA分子中（填“是”或“不是”）只有3个碱基。2．（必修2P65正文归纳）RNA聚合酶是一个多功能酶，不仅可以打开DNA双链，还可以________________________________________________________________________。3.（必修2P69楷体字及图示模型分析）（1）图中c所指的3条链最终的氨基酸序列相同，因为。（提醒：3个核糖体各合成一条肽链）（2）图中信息显示，一条mRNA分子上可结合多个核糖体，其意义是________________________________________________________________________。（3）图中核糖体移动的方向为。（提醒：从肽链短的一侧向肽链长的一侧移动）4．（必修2P67“思考·讨论”）几乎所有的生物体都共用一套密码子，这体现了密码子的通用性，说明。二、教材知识深化拓展，创设情境提素能（必修2P69“拓展应用”变式训练）不同药物的抗菌机制如表所示，下列叙述正确的是（）药物抗菌机制红霉素能与核糖体结合，抑制肽链的延伸环丙沙星抑制细菌DNA的复制利福平抑制细菌RNA聚合酶的活性万古霉素抑制细菌细胞壁的合成A.红霉素起到抗菌作用的原因是阻断和抑制了细菌蛋白质的合成B．环丙沙星可用于抑制艾滋病病毒、流感病毒在人体细胞内的增殖C．利福平抑制细菌RNA聚合酶的活性，阻断了细菌DNA的翻译过程D．万古霉素阻断了构成细菌细胞壁的几丁质合成，从而抑制细菌增殖师说拓展真、原核细胞基因的表达（1）原核生物基因的表达（2）真核生物基因的表达（3）“两看法”判断真、原核生物的基因表达过程2.过程评价·考向题组练经典考向1围绕转录和翻译，考查科学思维1．（2024·安徽卷，11）真核生物细胞中主要有3类RNA聚合酶，它们在细胞内定位和转录产物如表。此外，在线粒体和叶绿体中也发现了分子量小的RNA聚合酶。下列叙述错误的是（）种类细胞内定位转录产物RNA聚合酶Ⅰ核仁5.8SrRNA、18SrRNA、28SrRNARNA聚合酶Ⅱ核质mRNARNA聚合酶Ⅲ核质tRNA、5SrRNA注：各类rRNA均为核糖体的组成成分。A.线粒体和叶绿体中都有DNA，两者的基因转录时使用各自的RNA聚合酶B.基因的DNA发生甲基化修饰，抑制RNA聚合酶的结合，可影响基因表达C.RNA聚合酶Ⅰ和Ⅲ的转录产物都有rRNA，两种酶识别的启动子序列相同D.编码RNA聚合酶Ⅰ的基因在核内转录、细胞质中翻译，产物最终定位在核仁考向2结合对遗传信息、密码子、反密码子的分析与判断，考查科学思维2.（2024·湖北卷，16）编码某蛋白质的基因有两条链，一条是模板链（指导mRNA合成），其互补链是编码链。若编码链的一段序列为5′-ATG-3′，则该序列所对应的反密码子是（）A.5′-CAU-3′B．5′-UAC-3′C.5′-TAC-3′D．5′-AUG-3′3．（2023·辽宁卷，8）CD163蛋白是PRRSV病毒感染家畜的受体。为实时监控CD163蛋白的表达和转运过程，将红色荧光蛋白RFP基因与CD163基因拼接在一起（如图），使其表达成一条多肽。该拼接过程的关键步骤是除去（）A.CD163基因中编码起始密码子的序列B.CD163基因中编码终止密码子的序列C.RFP基因中编码起始密码子的序列D.RFP基因中编码终止密码子的序列考点二透析中心法则及基因与性状的关系 1.任务驱动·问题引领夯双基任务一教考衔接——真题重组引领，整合建构落实教材双基一、真题重组判断类（1）（2023·河北卷，7A）启动子被甲基化后，可能影响RNA聚合酶与其结合。（）（2）（2023·河北卷，7B）某些甲基化修饰可遗传给后代，使后代出现同样的表型。（）（3）（2023·天津卷，6B）癌细胞来源的某种酶，比正常细胞来源的同种酶活性较低，原因可能是酶基因启动子发生甲基化。（）（4）（2023·河北卷，6C）染色体的组蛋白被修饰造成的结构变化不影响基因表达。（）（5）（全国卷Ⅲ，1A）遗传信息可以从DNA流向RNA，也可以从RNA流向蛋白质。（）（6）（全国卷Ⅲ，1D）在真核细胞中，转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补。（）（7）生物体中，一个基因决定一种性状，一种性状由一个基因决定。（）（8）（天津卷，5A）小鼠Avy基因控制黄色体毛，该基因上游不同程度的甲基化修饰会导致其表达受不同程度抑制，使小鼠毛色发生可遗传的改变。Avy基因的碱基序列保持不变。（）二、必备整合——教材双基梳理网络化1．遗传信息的传递过程师说解惑判断中心法则各生理过程的三大依据________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2．掌握基因表达产物与性状的关系（1）镰状细胞贫血、囊性纤维化分析（2）皱粒豌豆的形成机制、白化病分析3．基因的选择性表达与细胞分化（1）细胞分化的本质：（如图所示）。（2）表达的基因类型4．表观遗传师说解惑理解表观遗传需注意的5个问题（1）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，其基因遵循孟德尔的遗传规律。（2）表观遗传一般是通过影响基因的转录过程，进而影响蛋白质的合成。（3）表观遗传中表型可能不遵循孟德尔的遗传规律。（4）性状遗传具有不稳定性（被修饰的DNA可能发生去甲基化）。（5）与表型模拟的比较相同点表观遗传与表型模拟都是由环境改变引起的性状改变，遗传物质都没有改变不同点表观遗传是可遗传的，表型模拟引起的性状改变是不可遗传的5.基因与性状间的关系任务二教材深挖——课标概念引领，挖掘拓展深化课标重要概念一、教材隐性知识，边角知识显性化1．（必修2P69图4-8拓展）根据中心法则图解，分析生物体内遗传信息的传递和表达过程，并回答下列问题。中心法则图解（虚线表示少数生物的遗传信息的流向）（1）可在正常人体细胞中发生的过程是。（2）a和b过程，碱基配对方式完全相同吗？________________________________________________________________________________________________________________________________________________。（3）HIV在其宿主细胞中可发生上述哪个过程？其宿主细胞主要是什么？进行蛋白质合成的场所是哪里？“遗传信息流”的模板及原料分别由谁提供？________________________________________________________________________________________________________________________________________________。2．（必修2P72“思考·讨论”拓展）3种细胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰岛素基因，但只检测到其中一种基因的mRNA，这一事实说明：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。3．（必修2P74“批判性思维”）对“基因决定生物体的性状”这一观点的客观评价：生物性状的形成往往是共同作用的结果。二、教材知识深化拓展，创设情境提素能（必修2P73“思考·讨论”素材分析）某种小鼠的黄体毛受显性基因Avy控制，黑体毛受隐性基因a控制。纯合的黄体毛小鼠与纯合的黑体毛小鼠杂交，F1出现了介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型。进一步研究发现，在Avy基因的前端有一段特殊的核苷酸序列（简称P序列），P序列中的碱基甲基化程度越高，小鼠体毛颜色就越深。下列有关叙述错误的是（）A．Avy基因复制时，甲基化的胞嘧啶不能与鸟嘌呤配对B.碱基甲基化不改变基因的遗传信息，但会影响生物表型C．P序列中碱基甲基化程度与Avy基因的表达水平密切相关D．F1小鼠的体毛颜色虽然不同，但相关的基因型相同师说拓展表观遗传的分子机制（1）表观遗传修饰不改变DNA序列，所以可以通过有丝分裂和减数分裂将修饰后基因的信息传递到子细胞和后代。（2）表观遗传一般影响基因的表达。①基因中启动子区域发生甲基化修饰，可影响RNA聚合酶与启动子的结合，通常会抑制基因的表达，进而影响表型。②染色体（质）中DNA与组蛋白结合在一起，组蛋白发生乙酰化修饰，利于DNA解旋。③真核细胞中存在多种miRNA（微小RNA），它能与相关基因转录出的mRNA互补，形成局部双链，抑制基因表达。2.过程评价·考向题组练经典考向1结合遗传信息传递过程的分析，考查科学思维1.（河北卷，9）与中心法则相关酶的叙述，错误的是（）A．RNA聚合酶和逆转录酶催化反应时均遵循碱基互补配对原则且形成氢键B．DNA聚合酶、RNA聚合酶和逆转录酶均由核酸编码并在核糖体上合成C．在解旋酶协助下，RNA聚合酶以单链DNA为模板转录合成多种RNAD．DNA聚合酶和RNA聚合酶均可在体外发挥催化作用考向2围绕基因表达产物与性状的关系分析，考查科学思维2.（湖南卷，13改编）细胞内不同基因的表达效率存在差异，如图所示。下列叙述不正确的是（）A．细胞能在转录和翻译水平上调控基因表达，图中基因A的表达效率高于基因BB．真核生物核基因表达的①和②过程分别发生在细胞核和细胞质中C．人的mRNA、rRNA和tRNA都是以DNA为模板进行转录的产物D．②过程中，rRNA中含有与mRNA上密码子互补配对的反密码子考向3围绕细胞分化与基因的选择性表达，考查生命观念3.（湖北卷，6）BMI1基因具有维持红系祖细胞分化为成熟红细胞的能力。体外培养实验表明，随着红系祖细胞分化为成熟红细胞，BMI1基因表达量迅速下降。在该基因过量表达的情况下，一段时间后成熟红细胞的数量是正常情况下的1012倍。根据以上研究结果，下列叙述错误的是（）A．红系祖细胞可以无限增殖分化为成熟红细胞B．BMI1基因的产物可能促进红系祖细胞的体外增殖C．该研究可为解决临床医疗血源不足的问题提供思路D．红系祖细胞分化为成熟红细胞与BMI1基因表达量有关考向4围绕表观遗传现象，考查生命观念4．（2024·海南卷，13）某种鸟的卵黄蛋白原基因的启动子部分区域存在甲基化修饰。成熟雌鸟产生的雌激素可将此甲基化去除，雄鸟因缺乏雌激素仍保持高度甲基化。下列有关叙述正确的是（）A.卵黄蛋白原基因在成熟雌鸟中可以表达，在雄鸟中表达受到抑制B．卵黄蛋白原基因转录出的mRNA中，含有甲基化区域序列的互补序列C．该种雌鸟和雄鸟交配产生的雌雄后代发育成熟后，体内均无卵黄蛋白原D．卵黄蛋白原基因的乙酰化和甲基化均可产生表观遗传现象5．（2024·黑吉辽卷，9）如图表示DNA半保留复制和甲基化修饰过程。研究发现，50岁同卵双胞胎间基因组DNA甲基化的差异普遍比3岁同卵双胞胎间的差异大。下列叙述正确的是（）A．酶E的作用是催化DNA复制B．甲基是DNA半保留复制的原料之一C．环境可能是引起DNA甲基化差异的重要因素D．DNA甲基化不改变碱基序列和生物个体表型课堂评价过教材过真题实战演练一、过教材——判断正误并找到课本原话（一）遗传信息的转录和翻译1．（必修2P65图4－3）rRNA是核糖体的组成成分，原核细胞中可由核仁参与合成。（）2．（必修2P65图4－4）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。（）3．（必修2P67图4－6）tRNA分子中的部分碱基两两配对由氢键连接。（）4．（必修2P67图4－6）tRNA分子中—OH部位是结合氨基酸的部位，与氨基酸的—NH2中的H结合。（）5．（必修2P68图4－7）一个tRNA上的反密码子只能与mRNA上的一种密码子配对。（）（二）中心法则及基因与性状的关系1．（必修2P69正文）遗传信息可以从DNA流向RNA，也可以从RNA流向DNA。（）2．（必修2P69图4－8）HIV（逆转录病毒）感染人体过程的遗传信息流向示意图：（）3．（必修2P69正文）中心法则没有体现遗传信息的表达。（）4．（必修2P71正文）豌豆粒形的形成机理体现了基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。（）5．（必修2P74正文）DNA甲基化抑制了基因的表达，进而对表型产生影响。（）6．（必修2P74正文）基因与性状是一一对应关系。（）7．（必修2P74正文）两个个体的身高相同，二者的基因型可能相同，也可能不同。（）8．（必修2P74正文）生物的性状是基因和环境共同作用的结果。基因型相同，表型可能不同；基因型不同，表型可能相同。（）二、过真题——真题真做测达标1．（2025·山东卷）关于豌豆细胞核中淀粉酶基因遗传信息传递的复制、转录和翻译三个过程，下列说法错误的是（）A．三个过程均存在碱基互补配对现象B．三个过程中只有复制和转录发生在细胞核内C．根据三个过程的产物序列均可确定其模板序列D．RNA聚合酶与核糖体沿模板链的移动方向不同2．（2025·河北卷）M和N是同一染色体上两个基因的部分序列，其转录方向如图所示。表中对M和N转录产物的碱基序列分析正确的是（）编号M的转录产物编号N的转录产物①5′-UCUACA-3′③5′-AGCUGU-3′②5′-UGUAGA-3′④5′-ACAGCU-3′A．①③B．①④C．②③D．②④3．（2025·黑吉辽内蒙古卷）下列关于基因表达及其调控的叙述错误的是（）A．转录和翻译过程中，碱基互补配对的方式不同B．转录时通过RNA聚合酶打开DNA双链C．某些DNA甲基化可通过抑制基因转录影响生物表型D．核糖体与mRNA的结合部位形成1个tRNA结合位点4．（2025·河南卷）构成染色体的组蛋白可发生乙酰化。由组蛋白基因表达到产生乙酰化的组蛋白，需经历转录、转录后加工、翻译