2020年领军高考生物一轮复习 专题17 基因的表达（含解析）

专题17 基因的表达【考纲解读】考点分布考纲要求备考指南1.RNA的结构和种类2.遗传信息的转录3.遗传信息的翻译4.中心法则5.基因控制性状的途径6.基因与性状的对应关系1.遗传信息的转录和翻译()2.基因与性状的关系()理解并掌握RNA的结构和种类。理解掌握遗传信息的转录。理解并掌握遗传信息的翻译过程。理解掌握中心法则的过程。熟记基因控制性状的途径明确基因与性状的对应关系【知识梳理】1RNA的基本单位：_。2.RNA的组成成分包括_、_、含氮碱基。含氮碱基有_、_、_、_四种。3.RNA一般是_链，能通过_从细胞核转移到细胞质中。4.RNA的种类：_、_、_。5.转录是指以_为模板，按_原则合成RNA的过程。6.转录过程需要_酶。7.遗传信息的翻译：游离在细胞质中的各种氨基酸，以_为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。8.密码子：_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。密码子有_种，其中决定氨基酸的密码子有_种，终止密码子有_种。9.中心法则的内容_。10基因控制性状的途径有_，_。【考点精讲】遗传信息的转录和翻译1RNA的结构与功能DNA和RNA的区分(1)DNA和RNA的判断含有碱基T或脱氧核糖DNA；含有碱基U或核糖RNA。(2)单链DNA和双链DNA的判断若一般为双链DNA；若嘌呤数嘧啶数单链DNA。(3)DNA和RNA合成的判断：用放射性同位素标记T或U可判断DNA和RNA的合成。若大量消耗T，可推断正在发生DNA的合成；若大量利用U，可推断正在进行RNA的合成。2转录(1)场所：主要是细胞核，在叶绿体、线粒体中也能发生转录过程。(2)条件(3)过程(4)产物：信使RNA、核糖体RNA、转运RNA。3翻译(1)场所或装配机器：核糖体。(2)条件(3)过程(4)产物：多肽蛋白质。典例1.(2019德州模拟)果蝇的“生物钟”受某些细胞中X染色体上的Per基因和2号染色体上的Tim基因调控。研究发现，夜间PER蛋白积累，而过多的PER蛋白与TiM蛋白结合能入核抑制基因的活性，使白天PER蛋白水平降低，实现昼夜节律。下列分析错误的是()A“生物钟”的形成过程存在反馈调节B“生物钟”的形成与基因的选择性表达有关CTim基因表达障碍时，PER蛋白会发生持续性积累DPer基因和Tim基因遗传时相对独立，表达时互不干扰【答案】D【解析】夜间PER蛋白积累，而过多的PER蛋白与TiM蛋白结合能入核抑制基因的活性，使白天PER蛋白水平降低，实现昼夜节律，说明“生物钟”的形成过程存在反馈调节，A正确；果蝇的“生物钟”受某些细胞中X染色体上的Per基因和2号染色体上的Tim基因调控，说明“生物钟”的形成与基因的选择性表达有关，B正确；过多的PER蛋白与TiM蛋白结合能入核抑制基因的活性，则Tim基因表达障碍时，PER蛋白会发生持续性积累，C正确；Per基因和Tim基因是位于非同源染色体上的基因，遗传时相对独立，但是表达时并不是互不干扰的，D错误。【归纳总结】复制、转录和翻译的比较项目复制转录翻译场所主要在细胞核主要在细胞核细胞质(核糖体)模板DNA的两条链DNA的一条链mRNA原料4种脱氧核糖核苷酸4种核糖核苷酸20种氨基酸原则AT、GCTA、AU、GCAU、GC结果两个子代DNA分子mRNA、tRNA、rRNA多肽链信息传递DNADNADNAmRNAmRNA蛋白质意义传递遗传信息表达遗传信息典例2.(2018武汉调研)apoB基因在肠上皮细胞中表达时，由于mRNA中某碱基C通过脱氨基作用发生了替换，使密码子CAA变成了终止密码子UAA，最终合成的蛋白质缺少了羧基端的部分氨基酸序列。下列叙述正确的是()A该蛋白质结构异常的根本原因是基因突变BmRNA与RNA聚合酶结合后完成翻译过程C该mRNA翻译时先合成羧基端的氨基酸序列D脱氨基作用未改变该mRNA中嘧啶碱基比例【答案】D【解析】该蛋白质结构异常的根本原因是mRNA中某碱基C通过脱氨基作用发生了替换，A项错误；RNA聚合酶催化RNA的形成，B项错误；根据题干分析可知，该mRNA翻译到CAA之后才合成羧基端的氨基酸序列，C项错误；由于mRNA中某碱基C通过脱氨基作用发生了替换，使密码子CAA变成了终止密码UAA，因此脱氨基作用未改变该mRNA中嘧啶碱基比例，D项正确。【思路点拨】“三步”判断真、原核细胞的DNA复制、转录及翻译典例3.(2019北京市海淀区模拟)科研人员从肿瘤细胞中发现了蛋白S，为了研究其功能做了如下实验：将DNA模板和RNA聚合酶混合一段时间后加入原料，其中鸟嘌呤核糖核苷酸用32P标记，一起保温一段时间后加入肝素(可以与RNA聚合酶结合)，然后再加入蛋白S，结果如图所示。下列叙述不正确的是()A对照组应加入不含蛋白S的缓冲液 B曲线反映的是模板DNA的复制过程C加入肝素后没有新的mRNA合成 D蛋白S能解除肝素抑制转录的作用【答案】B【解析】对照组应加入不含蛋白S的缓冲液，保证其他生理过程不受影响，A正确；以DNA为模板，在RNA聚合酶的作用下发生的是DNA转录的过程，而不是DNA复制过程，由此判断B错误；分析曲线知，加入肝素之前，产物的合成量在增加，而加入肝素后两曲线表示的产物的放射性基本没有变化，在大约2.5 min时加入蛋白S后，一段时间后产物的放射性开始增强，说明蛋白S能解除肝素抑制转录的作用，C、D正确。【易错辨析】有关转录和翻译的7点易错点(1)转录的产物不只是mRNA，还有tRNA、rRNA，但只有mRNA携带遗传信息和起始密码，3种RNA都参与翻译过程，只是作用不同。(2)tRNA并非仅由 3个核糖核苷酸(碱基)构成，而是含有几十个至上百个核糖核苷酸(碱基)。(3)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；但是一种氨基酸可对应一种或几种密码子，可由一种或几种tRNA转运。(4)并不是所有的密码子都决定氨基酸，其中终止密码不决定氨基酸。(5)转录和翻译过程中A不是与T配对，而是与U配对。(6)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。(7)真核生物首先在细胞核转录，后在细胞质中翻译，异地、先后进行；原核细胞是边转录、边翻译，同地、同时进行。DNA分子结构的相关计算1.“三步法”解答关于基因表达中的计算题第一步：作图。通常只需画出下图甲，但当涉及转录、逆转录、翻译时还要画出图乙。上述图甲代表的是一个DNA分子，、代表它的两条脱氧核苷酸链；图乙代表的是以该DNA分子的链为模板转录出的一个RNA分子。上述图甲中的A、G、C、T代表4种脱氧核苷酸(或碱基)，x、y、z、w代表数量；图乙中的U、C、G、A代表4种核糖核苷酸(或碱基)，x、y、z、w代表数量。第二步：转换。即根据第一步做出的图，把题干给出的条件转换成数学等式。第三步：计算。即根据题干的要求，结合第二步中的数学等式，求出相应的数值。2.关注计算中“最多”和“最少”问题。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上的碱基数目是蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。DNA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。不能忽略“最多”或“最少”等字(忽略终止密码子)：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。典例1.(2019泰安质检)一个mRNA分子有m个碱基，其中GC有n个；由该mRNA合成的蛋白质有两条肽链。则其模板DNA分子的AT数、合成蛋白质时脱去的水分子数分别是()Am、(m/3)1 Bm、(m/3)2 C2(mn)、(m/3)1 D2(mn)、(m/3)2【答案】D【解析】mRNA分子中有m个碱基，其中GC的数目为n个，则AU的数目为(mn)个，故模板DNA中AT数目为2(mn)个。根据mRNA碱基数目蛋白质中氨基酸数目31可知，氨基酸数目为m/3个。脱去水分子数氨基酸数肽链数(m/3)2。典例2.(2018天津模拟)一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽，则此mRNA分子含有的碱基个数、合成这段多肽需要的tRNA个数及转录此mRNA的DNA中碱基个数至少依次为()A331166 B361272 C123672 D113666【答案】B【解析】一条含有11个肽键的多肽，含有12个氨基酸。mRNA中每3个相邻的碱基决定一个氨基酸；一个氨基酸需要一个tRNA来转运。因此，mRNA中至少含有36个碱基，至少需要12个tRNA，DNA中至少含有72个碱基。中心法则及基因与性状的关系1中心法则(1)提出者：克里克。(2)补充后的内容图解(3)不同类型生物遗传信息的传递能分裂的细胞生物及噬菌体等DNA病毒遗传信息的传递具有RNA复制功能的RNA病毒(如烟草花叶病毒)具有逆转录功能的RNA病毒(如艾滋病病毒)高度分化的细胞DNARNA蛋白质2基因控制性状的途径(1)直接控制途径(用文字和箭头表示)基因蛋白质的结构生物体的性状(完善实例分析如下)(2)间接控制途径(用文字和箭头表示)基因酶的合成代谢过程生物体的性状(完善实例分析如下)白化病致病机理图解豌豆的圆粒和皱粒的形成机理图解3.基因与性状的联系典例1.下列关于中心法则的内容，叙述不正确的是（）A.不是所有细胞内都有DNADNA过程B.RNA蛋白质过程，只涉及两种RNAC.正常细胞内没有RNADNA以及RNARNA过程D.DNARNA过程与DNADNA过程碱基互补配对不完全相同【答案】B【解析】A、只有能进行分裂的细胞才有DNADNA过程，A正确；B、RNA蛋白质过程，涉及三种RNA（mRNA、tRNA和rRNA），其中mRNA作为翻译的模板，tRNA识别并转运相应的氨基酸，rRNA是组成核糖体的重要成分，而核糖体是翻译的场所，B错误；C、RNADNA和RNARNA过程只发生在少数被病毒侵染的细胞中，C正确；D、DNARNA过程的碱基配对方式为A-U、T-A、C-G、G-C，而DNADNA过程的碱基配对方式为A-T、T-A、C-G、G-C，可见这两个过程的碱基互补配对不完全相同，D正确【归纳总结】“三看法”判断中心法则各过程典例2.(2018菏泽一模)中心法则是指遗传信息的流向所遵循的法则，下列相关叙述错误的是()ADNA复制不一定伴随着染色体的复制B转录产生的RNA上的碱基序列都能编码氨基酸C核糖体与mRNA的结合部位会形成2个tRNA结合位点D感染HIV的T细胞在HIV提供的逆转录酶作用下完成RNADNA【答案】B【解析】转录产生的tRNA和rRNA不编码氨基酸，mRNA上的终止密码也不编码氨基酸。【易错辨析】有关中心法则及基因与性状关系的4点注意(1)不同细胞中的中心法则途径：高等动植物只有DNA复制、转录、翻译三条途径，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中无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中无信息传递。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)RNA复制酶、逆转录酶均来自病毒自身，但是该酶起初应在寄主细胞核糖体上，由寄主细胞提供原料合成。(3)体现某性状的物质并不一定是“蛋白质”：如甲状腺激素、黑色素、淀粉等，该类性状往往是通过基因控制性状的间接途径实现的，即基因酶的合成产生该非蛋白质类物质的代谢过程控制性状。(4)基因与性状的关系并不都是简单的一一对应关系：基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用，这种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。总之，生物体的性状是基因和环境共同作用的结果。典例3.(2018银川九中第三次月考)图甲所示为基因表达过程，图乙为中心法则，表示生理过程。下列叙述正确的是()A图甲所示为染色体DNA上的基因表达过程，需要多种酶参与B红霉素影响核糖体在mRNA上的移动，故影响基因的转录过程C图甲所示过程为图乙中的过程D图乙中涉及碱基A与U配对的过程为【答案】D【解析】图甲中，转录和翻译同时进行，属于原核生物的基因表达过程，而原核生物没有染色体，A项错误；红霉素影响核糖体在mRNA上的移动，所以影响基因的翻译过程，B项错误；图乙中是DNA复制、是转录过程、是翻译过程、是RNA的复制、是逆转录过程，图甲是基因控制蛋白质的合成过程，即转录和翻译，为图乙中的过程，C项错误；图乙中涉及碱基A与U配对的过程为，过程中只有A与T配对，D项正确。【归纳总结】(1)利用图示分类剖析中心法则图示中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复制过程；7为逆转录过程。(2)联系中心法则与基因表达的关系典例4.(2018潍坊期中)下列有关基因、蛋白质和性状的叙述，正确的是()A基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状，如人类白化病B基因中发生碱基对的改变，则生物体的性状一定发生改变C线粒体中的蛋白质都是由线粒体内部的基因控制合成的D基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间存在相互作用【答案】D【解析】白化病是由于基因突变造成酪氨酸酶不能合成，说明基因可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，A项错误；由于密码子的简并性，基因中发生碱基对的改变，所编码的氨基酸不一定改变，则生物体的性状不一定发生改变，B项错误；线粒体中的蛋白质一部分是由线粒体内部的基因控制合成的，另一部分是细胞核基因控制合成的，C错误；基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间存在相互作用，D项正确。【真题与模拟速递】1.(2017全国卷)下列关于真核细胞中转录的叙述，错误的是()AtRNA、rRNA和mRNA都从DNA转录而来B同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生C细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生D转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补【答案】C【解析】本题考查遗传信息的转录。A对：tRNA、rRNA和mRNA均由DNA转录而来。B对：RNA的合成以DNA的一条链为模板，边解旋边转录，同一细胞中可能有多个DNA分子同时发生转录，故两种RNA可同时合成。C错：RNA的合成主要发生在细胞核中，另外在线粒体、叶绿体中也可发生。D对：转录时遵循碱基互补配对原则，故转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补。2.(2017海南高考)下列关于生物体内基因表达的叙述，正确的是()A每种氨基酸都至少有两种相应的密码子BHIV的遗传物质可以作为合成DNA的模板C真核生物基因表达的过程即是蛋白质合成的过程D一个基因的两条DNA链可转录出两条相同的RNA【答案】B【解析】除了甲硫氨酸和色氨酸外，每一个氨基酸都至少有两个相应的密码子，A错误；HIV的遗传物质为RNA，可以作为合成DNA的模板，B正确；tRNA和rRNA的合成过程也是基因表达，只包括转录过程。蛋白质合成的过程包括转录和翻译，C错误；转录是以DNA的一条链作为模板，D错误。3.(2018海南高考)关于复制、转录和逆转录的叙述，下列说法错误的是()A逆转录和DNA复制的产物都是DNAB转录需要RNA聚合酶，逆转录需要逆转录酶C转录和逆转录所需要的反应物都是核糖核苷酸D细胞核中的DNA复制和转录都以DNA为模板【答案】C【解析】逆转录所需要的反应物是脱氧核苷酸。4.(2018江苏，3)下列关于DNA和RNA的叙述，正确的是()A原核细胞内DNA的合成都需要DNA片段作为引物B真核细胞内DNA和RNA的合成都在细胞核内完成C肺炎双球菌转化实验证实了细胞内的DNA和RNA都是遗传物质D原核细胞和真核细胞中基因表达出蛋白质都需要DNA和RNA的参与【答案】D【解析】原核细胞内DNA的合成需要RNA片段作为引物，A错误；真核细胞的线粒体DNA和叶绿体DNA的合成不在细胞核内完成，B错误；肺炎双球菌转化实验证实了DNA是遗传物质，C错误；基因表达出蛋白质是遗传信息转录、翻译(DNARNA蛋白质)的过程，需要DNA和RNA的参与，D正确。5.(2017江苏，23改编)在体外用14C 标记半胱氨酸tRNA复合物中的半胱氨酸(Cys)，得到*CystRNACys，再用无机催化剂镍将其中的半胱氨酸还原成丙氨酸(Ala)，得到*AlatRNACys(见下图，tRNA不变)。如果该*AlatRNACys参与翻译过程，那么下列说法正确的是()A在一个mRNA 分子上只能合成一条被14C 标记的多肽链B反密码子与密码子的配对由tRNA 上结合的氨基酸决定C新合成的肽链中，原来Cys 的位置会被替换为14C 标记的AlaD新合成的肽链中，原来Ala 的位置会被替换为14C 标记的Cys【答案】C【解析】一个mRNA分子上可结合多个核糖体，同时合成多条肽链，A错误；反密码子与密码子按碱基互补配对原则配对，不是由结合的氨基酸决定，B错误；由于Cys转化为Ala时并未改变反密码子碱基序列，故新合成的肽链中原来Cys的位置，被替换为14C标记的Ala，C正确、D错误。6.(2019惠州模拟)下图是真核细胞内某基因的表达过程示意图。有关叙述正确的是()A基因的转录需要DNA聚合酶的催化B翻译过程需要成熟mRNA、tRNA、氨基酸、ATP、核糖体等C说明基因与多肽链是一一对应的关系D成熟mRNA上具有启动子、终止子【答案】B【解析】基因的转录需要RNA聚合酶的催化，A项错误；翻译过程中需要加工成熟的mRNA、tRNA、氨基酸、ATP、核糖体等，B项正确；图中一个基因控制合成两种多肽链，C项错误；成熟mRNA上具有起始密码子和终止密码子，D项错误。7.(2018成都一模)放线菌素D是链霉菌产生的一种多肽类抗生素，它能插入到双链DNA中，妨碍RNA聚合酶沿DNA分子前进，但对DNA的复制没有影响。放线菌素D进入细胞后将直接影响()A核糖体沿着信使RNA向前移动B信使RNA与tRNA的碱基配对C遗传信息从DNA流向信使RNAD以信使RNA为模板合成多肽链【答案】C【解析】由题干可知，放线菌素D能插入到双链DNA中，妨碍RNA聚合酶沿DNA分子前进，但对DNA的复制没有影响。RNA聚合酶是转录所需的酶，故放线菌素D进入细胞后将直接影响的是转录过程，即影响的是遗传信息从DNA流向信使RNA。8.（2016大连重点中学联考）下列有关基因表达的叙述中，不正确的是（）A.tRNA识别其转运的氨基酸是通过碱基互补配对实现的B.真核生物大部分mRNA在细胞核中合成C.人体不同组织细胞的相同DNA进行转录时启用的起始点不完全相同D.并不是所有的RNA分子都可以翻译成蛋白质【答案】A【解析】tRNA的一端是反密码子，通过碱基互补配对原则与密码子配对，另一端是携带氨基酸的部位，不通过碱基互补配对来识别氨基酸，A错误；真核生物的DNA转录主要发生在细胞核中，还可以发生在线粒体和叶绿体中，转录的产物之一是mRNA，B正确；由于基因的选择性表达，人体不同组织细胞中合成的蛋白质不完全相同，所以相同的DNA进行转录的起始点也不完全相同，C正确；mRNA可以作为翻译的直接模板，tRNA是运输氨基酸的工具，rRNA是核糖体的重要组成成分之一，D正确。9.(2018秦皇岛模拟)miRNA是真核细胞中一类不编码蛋白质的短序列RNA，其主要功能是调控其他基因的表达，在细胞分化、凋亡、个体发育和疾病发生等方面起着重要作用。研究发现，BCL2是一个抗凋亡基因，其编码的蛋白质有抑制细胞凋亡的作用。该基因的表达受MIR15a基因控制合成的miRNA调控，如图所示。请分析回答：(1)A过程是_，需要_的催化。(2)B过程中能与发生碱基互补配对的是_，物质是指_。(3)据图分析可知，miRNA调控BCL2基因表达的机理是_。(4)若MIR15a基因缺失，则细胞发生癌变的可能性_(填“上升”“不变”或“下降”)，理由是_。【答案】(1)转录RNA聚合酶(2)tRNA(或反密码子)多肽(或多肽链)(3)miRNA能与BCL2基因转录生成的mRNA发生碱基互补配对，形成双链，阻断翻译过程(4)上升MIR15a基因缺失，无法合成miRNA，无法调控BCL2基因的表达，使BCL2基因表达产物增加，抑制细胞凋亡，细胞癌变的可能性增加【解析】(1)A过程是转录，需要RNA聚合酶的催化。(2)B过程表示翻译，mRNA与tRNA(或反密码子)发生碱基互补配对；物质表示翻译形成的多肽(或多肽链)。(3)据图分析可知，miRNA调控BCL2基因表达的机理是miRNA能与BCL2基因转录生成的mRNA发生碱基互补配对，形成双链，阻断翻译过程。(4)若MIR15a基因缺失，则细胞发生癌变的可能性上升，理由是MIR15a基因缺失，无法合成miRNA，无法调控BCL2基因的表达，使BCL2基因表达产物增加，抑制细胞凋亡，细胞癌变的可能性增加。10(2018海南高考)生物的有些性状受单基因控制，有些性状受多基因控制。回答下列问题：(1)假设某作物的A性状(如小麦的有芒/无芒) 受单基因控制，B性状(如小麦的产量)受多基因控制，则_性状更容易受到环境的影响。(2)若要通过实验探究B性状的表现与环境的关系，则该实验的自变量应该是_，在设置自变量时，应该注意的事项有_(答出两点即可)。(3)根据上述两类性状的遗传特点，对于人类白化病的控制来说，一般应设法降低人群中_；对于哮喘病的预防来说，一般可从改善其所处的_入手。【答案】(1)B(2)环境不同组间环境有足够的差异；同一组内的环境尽量保持一致(3)致病基因的基因频率环境【解析】多基因控制的性状由于每对基因都受环境影响，因此受环境影响比较大。探究性状与环境的关系的实验探究中，不同的实验组之间应有明显的差别， 同一实验组中环境要相同。白化病是单基因遗传病。哮喘病是多基因遗传病。16