第4章 基因的表达
第2节 基因表达与性状的关系
[基础巩固]
1.下列属于基因直接控制生物体性状的实例的是( )
①人类的白化病 ②囊性纤维化 ③苯丙酮尿症
A.② B.③ C.① D.①②
答案:A
2.下列有关基因与酶关系的叙述,正确的是( )
A.每个基因都控制合成一种酶
B.酶的遗传信息编码在转运RNA的碱基序列中
C.基因的转录、翻译都需要酶
D.同一生物体不同细胞的基因和酶是完全相同的
答案:C
3.细胞中存在两种类型的基因：一类是管家基因,是指在所有细胞中都表达的基因;还有一类是奢侈基因,是指只在某类细胞中特异性表达的基因。下列表述不合理的是( )
A.催化ATP合成的酶是由管家基因指导合成的
B.奢侈基因在同一个体不同细胞中一般是不同的
C.组成管家基因和奢侈基因的脱氧核苷酸种类相同
D.奢侈基因的特异性表达可赋予细胞特定的功能
答案:B
4.在甲基转移酶的催化下,DNA的胞嘧啶被选择性地添加甲基导致DNA甲基化,进而使染色质高度螺旋化,因此失去转录活性。下列相关叙述错误的是( )
A.DNA甲基化,会导致基因碱基序列的改变
B.DNA甲基化,会导致mRNA合成受阻
C.DNA甲基化,可能会影响生物体的性状
D.DNA甲基化,可能会影响细胞分化
答案:A
5.人们把大蒜和韭菜在缺乏光照的环境下培育成的蔬菜分别称为蒜黄和韭黄,对二者的形成最好的解释是 ( )
A.二者均为遗传信息改变
B.二者缺乏合成叶绿素的基因
C.黑暗中植物不进行光合作用
D.环境因素限制了有关基因的表达
答案:D
[拓展提高]
6.有人把分化细胞中表达的基因形象地分为管家基因和奢侈基因,管家基因在所有细胞中都表达,是维持细胞基本生命活动所必需的;而奢侈基因只在某类细胞中特异性表达。下列属于奢侈基因表达产物的是( )
A.ATP水解酶 B.DNA聚合酶
C.膜蛋白 D.血红蛋白
答案:D
7.甲状腺的滤泡细胞分泌甲状腺素,C细胞分泌三十二肽的降钙素,下列表述正确的是( )
A.滤泡细胞和C细胞内RNA种类不同
B.滤泡细胞和C细胞内含有不同的基因
C.控制降钙素合成的基因长度至少为192对碱基
D.在降钙素溶液中加入适量的双缩脲试剂,溶液呈橘红色
答案:A
8.下列有关基因型、性状和环境的叙述,错误的是( )
A.高茎豌豆的子代出现高茎和矮茎,说明该相对性状是由环境决定的
B.两个个体的身高不相同,二者的基因型可能相同,也可能不相同
C.某植物的绿色幼苗在黑暗中变成黄色,这种变化是由环境造成的
D.O型血夫妇的子代都是O型血,说明该性状是由遗传因素决定的
答案:A
9.玉米的基因A可控制叶绿素的合成,若无基因A或者无光照,则玉米均无法合成叶绿素。下列有关叙述错误的是( )
A.基因型为AA的个体均能合成叶绿素
B.基因型为Aa的个体在光下能合成叶绿素
C.叶绿素合成是基因A和环境条件共同作用的结果
D.在缺镁的土壤中,基因A控制合成的叶绿素的量会受影响
答案:A
[挑战创新]
10.下图为人体某致病基因控制异常蛋白质合成的过程示意图。据图回答下列问题。
(1)图中过程①需要模板、__________________________________等物质,过程②中最终形成的两条多肽链上的氨基酸序列是否相同 ,原因是____________________________________________。
(2)图中过程②保证每次只有一个氨基酸被加在多肽链上的机制:一是每个核糖体上只有 个tRNA结合位点,二是___________________________。保证某种氨基酸被加在多肽链的相应位置上而不出错的机制是_____________________________________________________________。
(3)研究发现正常基因转录链部分序列为…ATAAGCAAGACATT…,致病基因转录链部分序列为…ATAAGCATGACATT…,该致病基因的出现是因为正常基因中__________________所导致的,图中所揭示的基因控制性状的方式是___________________________________________________。
(4)图中所示的遗传信息的流动方向可表示为_______________________。
解析:(1)图中①为转录过程,该过程需要以四种游离的核糖核苷酸为原料,ATP作为能量,还需要能与基因结合的RNA聚合酶进行催化;过程②都是以同一条mRNA为模板合成的两条肽链,所以这两条肽链是完全相同的。
(2)翻译过程中,每个核糖体有两个tRNA结合位点,同时一个tRNA一次只能转运一个氨基酸,tRNA中的反密码子和mRNA中的密码子通过碱基互补配对保证了翻译过程的顺利进行。(3)该致病基因的出现是因为第8号碱基A被T代替,属于碱基对的替换,该基因发生突变后,构成细胞膜的蛋白质结构改变,说明了基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。(4)图示揭示了遗传信息流动中的转录和翻译过程,所以流动方向是DNARNA蛋白质。
答案:(1)酶(RNA聚合酶)、ATP、四种游离的核糖核苷酸 是 它们是以同一个mRNA分子为模板翻译形成的两条多肽链
(2)两 一个tRNA一次只能转运一个氨基酸 tRNA上的反密码子和mRNA上的密码子进行碱基互补配对
(3)碱基对的替换 基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状
(4)DNARNA蛋白质(共41张PPT)
第4章 基因的表达
新知一 遗传信息的转录
1.RNA的组成及分类。
结合教材第64页图4-1、第65页图4-2、图4-3,阅读RNA的相关内容,阐明RNA的种类和功能,比较与DNA的不同。
(1)基本单位及组成。
单链
比较项目 DNA RNA
组
成
单
位 基本组成
单位不同 ____________ ____________
五碳糖不同 _________ ______
碱基不同 特有的是______
_________ 特有的是______
________
结构不同 ___________ 一般为_____,能通过核孔
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
脱氧核糖
核糖
胸腺嘧啶（或T）
尿嘧啶（或U）
双螺旋结构
新知二 遗传信息的翻译
新知三 中心法则
发展内容 信息流动 举例
RNA自我复制 遗传信息从____流向____ 烟草花叶病毒
RNA逆转录合成DNA 遗传信息从____流向____ HIV
探究一 遗传信息的转录
(1)在图中方框内用“→”或“←”标出转录的方向。
答案:←
(2)a为启动上述过程必需的有机物,其名称是什么
提示:RNA聚合酶。
(3)b和c的名称分别是什么
提示:b是胞嘧啶脱氧核苷酸,c是胞嘧啶核糖核苷酸。
(4)在根尖细胞中,上述过程发生的场所在哪里
提示:细胞核,线粒体。
(5)若d中A占35%,U占19%,则d对应的DNA分子片段中T和C分别占多少
提示:d是以DNA的一条链为模板转录来的,若d中A=35%,U=19%,A+U=54%,则对应的DNA分子片段中A+T=54%,G+C=46%,故A=T=27%,G=C=23%。
比较项目 模板 原料 能量 酶 产物
DNA复制 DNA的两条链 脱氧核苷酸 ATP 解旋酶、DNA聚合酶 DNA
转录 DNA的一条链 核糖核苷酸 ATP RNA聚合酶 RNA
【例1】下列有关DNA和RNA的叙述,正确的是( )
A.由DNA转录形成的RNA的相对分子质量是该DNA
的一半
B.通过DNA转录形成的RNA分子中没有碱基对存在
C.DNA和RNA的碱基组成不完全相同
D.tRNA和rRNA不是由DNA转录形成的产物
解析:一个DNA分子有多个基因,而遗传信息的转录以基因为单位,因此由DNA转录形成的RNA的相对分子质量远小于该DNA的一半,A项错误;RNA有rRNA、tRNA、mRNA三大类,tRNA分子中存在碱基对,B项错误;DNA和RNA均有碱基A、G、C,另外DNA具有特有碱基T,RNA具有特有碱基U,C项正确;rRNA、tRNA、mRNA均是由DNA转录形成的产物,D项错误。
答案:C
【例2】下图表示在人体细胞核中进行的某一生理过程,下列说法正确的是( )
A.该过程共涉及5种核苷酸
B.在不同组织细胞中该过程的产物相同
C.该过程需要DNA聚合酶
D.该过程涉及碱基互补配对和ATP的消耗
解析:从原料看出该过程为转录。该过程涉及的核苷酸为4种脱氧核苷酸、4种核糖核苷酸;不同组织细胞中转录的mRNA不同;该过程不需要DNA聚合酶而需要RNA聚合酶;该过程涉及碱基互补配对和ATP的消耗。
答案:D
探究二 遗传信息的翻译
1.下图是基因控制蛋白质合成的示意图,请据图回答下列问题。
(1)转录出③的模板是什么 该模板的相应区段的碱基序列是什么
提示: DNA的一条链;—TAGCGAAGAAAG—。
(2)运输氨基酸的工具是图中的哪种结构 为什么说它是真正起“翻译”作用的结构
提示:运输氨基酸的工具是(①)tRNA;它一端有反密码子,能识别mRNA上的密码子,一端能携带氨基酸,是真正起“翻译”作用的结构。
(3)研究表明,少量的mRNA分子就能迅速合成大量的蛋白质,结合上图推测其作用机理。
提示:1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。
2.假设编码亮氨酸的密码子CUA中的一个碱基发生了改变,可能的变化是第1个碱基C变成了U、A或G;或第 2个碱基U变成了C、A或G;或第3个碱基A变成了U、C或G。请分析：在这9种可能的变化中,哪几种变化确实引起了氨基酸的变化 通过这个实例,你认为密码子的简并性对生物体的生存发展有什么意义
提示:可以将变化后的密码子分别写出,然后查密码子表,看看变化了的密码子分别对应哪种氨基酸。这个实例说明密码子的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信息的改变。
(1)密码子和反密码子的比较。
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,转运氨基酸
特点 与DNA模板链上的碱基互补 与mRNA中密码子的碱基互补
(2)氨基酸、密码子和反密码子的对应关系。
①每种氨基酸对应一种或几种密码子(密码子的简并性),可由一种或几种tRNA转运。
②一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氨基酸、密码子和反密码子的对应关系图
④密码子有64种(一般情况下3种终止密码子不决定氨基酸,特殊情况下UGA可以编码硒代半胱氨酸;一般情况下决定氨基酸的密码子有61种),一般情况下反密码子理论上有61种。不同生物共用一套遗传密码。
【例3】基因、遗传信息和密码子分别是指( )
①信使RNA上核苷酸的排列顺序 ②基因中脱氧核苷酸的排列顺序 ③DNA上一个氨基酸的3个相邻的碱基
④转运RNA上一端的3个碱基 ⑤信使RNA上决定氨基酸的3个相邻的碱基 ⑥通常是有遗传效应的DNA片段
A.⑤①③ B.⑥②⑤
C.⑤①② D.⑥③④
解析:基因通常是有遗传效应的DNA片段,⑥正确;遗传信息是指基因中脱氧核苷酸的排列顺序,②正确;信使RNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基称为密码子,转运RNA上一端与密码子互补配对的3个碱基称为反密码子,⑤正确。所以正确的顺序为⑥②⑤。
答案:B
【例4】下图代表人体胰岛细胞中发生的某一过程(AA代表氨基酸),下列叙述正确的是( )
A.该过程的直接模板是DNA
B.该过程合成的产物一定是酶或激素
C.有多少个密码子,就有多少个反密码子与之对应
D.每一个氨基酸都有与之对应的转运RNA来运输
解析:图示是人体胰岛细胞中发生的翻译过程,其直接模板是mRNA,A项错误;该过程合成的是多肽,经过加工成为蛋白质,而蛋白质不一定是酶或激素,B项错误;终止密码子不编码氨基酸,没有与之对应的反密码子,C项错误;一种氨基酸可由一种或几种密码子编码,因此一种氨基酸可以由一种或几种特定的转运RNA将它运输到核糖体上,D项正确。
答案:D
探究三 中心法则
下图是生物体内遗传信息的传递和表达过程,请分析并回答下列问题。
(1)正常细胞中能发生的过程是哪些
提示:①②③。
(2)请写出HIV的遗传信息传递与表达的途径。
提示:
(3)下图为一组模拟实验,假设实验能正常进行且五支试管中都有产物生成,请将此图解中A~E试管所模拟的过程与上图①~⑤过程对应起来。
A B C D E
提示:A—①;B—②;C—⑤;D—④;E—③。
中心法则与基因表达的关系
【例5】某种RNA病毒在增殖过程中,其遗传物质需要经过某种转变后整合到真核宿主细胞的基因组中。物质Y与脱氧核苷酸结构相似,可抑制该病毒的增殖,但不抑制宿主细胞的增殖,那么Y抑制该病毒增殖的机制是( )
A.抑制该病毒RNA的转录过程
B.抑制该病毒的逆转录过程
C.抑制该病毒蛋白质的翻译过程
D.抑制该病毒RNA的自我复制过程
解析:逆转录病毒遗传信息的传递没有RNA转录和RNA的自我复制过程,其RNA经过逆转录合成DNA,整合到宿主细胞的基因组后,随宿主细胞DNA的复制而复制,并通过转录、翻译过程合成新的病毒。逆转录过程是该病毒遗传信息传递特有的过程,物质Y可抑制该病毒的增殖,但不抑制宿主细胞的增殖,因此是抑制了该病毒的逆转录过程。
答案:B
【情景迁移】
科学研究表明,小分子RNA可以干扰细胞中某些基因的表达过程,从而导致基因“沉默”。
(1)使基因“沉默”的小分子RNA片段的基本组成单位是什么
提示:4种核糖核苷酸。
(2)小分子RNA干扰细胞中某些基因的表达过程,而不是影响所有基因,试推测其可能的作用机理。
提示:通过碱基互补配对与特定的mRNA结合,从而影响了该mRNA的翻译过程。
【例6】下图为中心法则示意图,相关叙述错误的是( )
A.③过程不能发生在细胞核中
B.①④的碱基配对方式不完全相同
C.⑤过程可发生在HIV侵染宿主细胞时
D.②③过程所需的原料分别是核糖核苷酸和氨基酸
答案：C
课堂建构第4章质量评估
(时间:75分钟 满分:100分)
一、选择题(本题共16小题,共40分。第1~12小题,每小题2分;第13~16小题,每小题4分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.下列有关DNA复制、转录和翻译三个过程的叙述,错误的是( )
A.三个过程的碱基互补配对方式相同
B.三个过程都属于中心法则的内容
C.三个过程都发生在细胞中
D.三个过程都需要消耗ATP
答案:A
2.下列物质中,不是由DNA的遗传信息直接控制合成的是( )
A.胃蛋白酶 B.tRNA
C.雌性激素 D.DNA
答案:C
3.真核生物基因控制性状的主要途径是 ( )
A.RNA→蛋白质(性状)
B.DNA→蛋白质(性状)
C.DNA→RNA→蛋白质(性状)
D.RNA→DNA→蛋白质(性状)
答案:C
4.在信使RNA结构中,相邻的碱基G与C之间是通过什么结构连接而成的 ( )
A.3个氢键
B.—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—
C.—核糖—磷酸—核糖—
D.—磷酸—核糖—磷酸—
答案:C
5.若DNA上某一段编码多肽链的碱基排列顺序为TACGCCCAT,而tRNA所携带的氨基酸与反密码子的关系如下表所示:
反密码子 AUG UAC CAU GUA CGG GCC
所携带的氨基酸 a b c d e f
试问:合成蛋白质时,氨基酸的排列顺序为( )
A.a—b—c B.b—f—c
C.d—e—f D.d—b—f
答案:B
6.下列关于遗传信息表达过程的叙述,正确的是( )
A.一个DNA分子转录一次,可形成一个或多个合成多肽链的模板
B.转录过程中,RNA聚合酶没有解开DNA双螺旋结构的功能
C.多个核糖体可结合在一个mRNA分子上共同合成一条多肽链
D.编码氨基酸的密码子由mRNA上3个相邻的脱氧核苷酸组成
答案:A
7.下图代表细胞中发生的某一过程,下列叙述错误的是( )
A.该过程表示的是转录过程
B.该过程合成的产物可能不是酶
C.该过程遵循碱基互补配对原则
D.该过程的模板是mRNA
答案:A
8.下列关于DNA复制、转录与翻译的叙述,错误的是( )
A.一个双链含15N的DNA在含14N的环境中复制n次,子代DNA中含15N的占
B.活细胞需要不断合成蛋白质,其细胞核中应存在有活性的RNA聚合酶
C.翻译时,一条mRNA可以结合多个核糖体同时合成多条相同的肽链
D.某基因替换了几个碱基对后,其遗传信息一定改变,其表达的蛋白质一定改变
答案:D
9.催产素和抗利尿激素是人体中的两种多肽类激素,这两种激素的氨基酸数目相同,但功能不同,最可能的原因是参与这两种激素合成的( )
A.tRNA种类不同
B.mRNA上碱基的排列顺序不同
C.核糖体成分不同
D.不同密码子决定的氨基酸相同
答案:B
10.已知AUG、GUG为起始密码子,UAA、UGA、UAG为终止密码子。某原核生物的一个信使RNA碱基排列顺序如下:A—U—U—C—G—A—U—G—A—C…(40个碱基)…C—U—C—U—A—G—A—U—C—U,此信使RNA控制合成的蛋白质含氨基酸的个数为( )
A.20 B.15 C.16 D.18
答案:C
11.喜马拉雅兔刚出生时全身毛色是白色的,随着成长身体各个末端部分的毛呈黑色,原因是机体深部温度较高导致合成黑色素相关的酶失去活性,身体末端的温度较低,合成黑色素相关的酶保持催化活性。下列相关叙述错误的是( )
A.喜马拉雅兔的毛色受环境因素影响
B.较高温度通过破坏酶的空间结构使酶失活
C.与黑色素合成相关的酶其活性对温度敏感
D.基因选择性表达导致喜马拉雅兔毛色不同
答案:D
12.脊椎动物的一些基因活性与其周围特定胞嘧啶的甲基化有关,甲基化使基因失活,相应的非甲基化能活化基因的表达,以下推测正确的是( )
A.肝细胞和胰岛B细胞中的呼吸酶基因均处于甲基化状态
B.肝细胞和胰岛B细胞中的胰岛素基因均处于非甲基化状态
C.肝细胞中的呼吸酶基因和胰岛素基因均处于非甲基化状态
D.胰岛B细胞中的呼吸酶基因和胰岛素基因均处于非甲基化状态
答案:D
13.下图为基因表达过程中相关物质间的关系,下列叙述错误的是( )
A.过程②③中均发生碱基互补配对
B.原核生物的②③过程同时进行
C.③过程一定在核糖体上完成
D.④上的密码子决定其转运的氨基酸种类
答案:D
14.下图为DNA、蛋白质与性状的关系示意图,有关说法正确的是( )
A.①过程与DNA复制的共同点:都以DNA单链为模板,在DNA聚合酶的作用下进行
B.②过程中需要多种tRNA,不同tRNA所转运的氨基酸一定不同
C.DNA上某个基因发生了基因突变,一定会导致蛋白质结构的改变
D.人的白化病体现了基因间接控制生物体的性状,囊性纤维化体现了基因直接控制生物体的性状
答案:D
15.生物体内的DNA常与蛋白质结合,以DNA—蛋白质复合物的形式存在。下列相关叙述错误的是( )
A.真核细胞染色体和染色质中都存在DNA—蛋白质复合物
B.真核细胞的细胞核中有DNA—蛋白质复合物,而原核细胞的拟核中没有
C.若复合物中的某蛋白参与DNA复制,则该蛋白可能是DNA聚合酶
D.若复合物中正在进行RNA的合成,则该复合物中含有RNA聚合酶
答案:B
16.下列关于基因、蛋白质与性状的关系的描述,正确的是( )
A.皱粒豌豆种子中,编码淀粉分支酶的基因被打乱,不能合成淀粉分支酶,淀粉含量高而蔗糖含量低
B.人类的白化症状是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状来实现的
C.基因与性状并不是简单的一一对应关系,一种性状可由一个或多个基因
控制
D.囊性纤维化是基因通过控制酶的合成来控制代谢,进而控制生物体的性状来实现的
答案:C
二、非选择题(本题共5小题,共60分)
17.(12分)下图为发生在拟南芥植株体内的某些代谢过程,请回答下列问题。
甲 乙 丙
(1)图甲中主要在细胞核中进行的过程是 (填序号)。
(2)图乙对应图甲中的过程 (填序号),参与该过程的RNA有_____________________________________________________________。
RNA适于用作DNA的信使,原因是________________________________。
(3)图丙所示的DNA若部分碱基发生了变化,但其编码的氨基酸可能不变,其原因是________________________________________________。
(4)若在体外研究miRNA的功能,需先提取拟南芥的DNA,图丙所示为拟南芥的部分DNA,若对其进行大量复制共得到128个相同的DNA片段,则至少要向试管中加入 个鸟嘌呤脱氧核苷酸。
答案:(1)①②③
(2)④ mRNA、tRNA、rRNA 能携带遗传信息,且能穿过核孔进入细胞质
(3)一个氨基酸可能对应多个密码子(或密码子具有简并性)
(4)381
18.(14分)图A表示生物界中遗传信息流动的传递方向,图B表示发生在细菌体内遗传信息的传递过程。请据图回答下列问题。
A B
(1)图A所示的遗传信息的传递规律,被命名为 。图B所示过程对应图A中的 (用图A中的数字序号表示)。
(2)图B中酶Ⅰ和酶Ⅱ的名称分别是 、 。(在a~d中选择)
a.蛋白酶 B.DNA聚合酶
C.RNA聚合酶 D.脂肪酶
(3)已知由图B中DNA片段转录形成的mRNA含有500个碱基,腺嘌呤和尿嘧啶之和占全部碱基总数的40%。若该DNA片段连续复制3次,则至少需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸 个。
(4)图中核糖体沿mRNA移动的方向是 (填“从a到b”或“从b到a”),一条mRNA上同时结合了多个核糖体,其生物学意义是 。
(5)人体不同组织细胞的相同DNA进行图A过程③时,启动的起始点 (填“都相同”“都不同”或“不完全相同”),其原因是 。
答案:(1)中心法则 ①③⑤ (2)c b (3)2 100
(4)从b到a 迅速合成大量肽链(或同时进行多条肽链的合成)
(5)不完全相同 不同组织细胞中基因进行选择性表达
19.(10分)下图表示遗传信息的传递规律,根据图示回答下列问题。
(1)图中标号①表示 过程;需要tRNA和核糖体同时参与的过程是 _______(填标号)。
(2)如果DNA一条链(a链)的碱基排列顺序是…ACGGAT…,那么在进行①过程中,以a链为模板形成的子链的碱基顺序是 ;在进行②过程中,以a链为模板形成的mRNA的碱基顺序是 ;转运这段mRNA所编码的氨基酸需要 个tRNA。
(3)在正常人体的胰岛B细胞中会进行的过程是 (填标号)。
(4)基因对性状的控制有两条途径:一是通过控制 来控制代谢过程,进而控制生物体的性状;二是通过控制 直接控制生物体的性状。
答案:(1)DNA复制 ⑤
(2)…TGCCTA… …UGCCUA… 2
(3)②⑤ (4)酶的合成 蛋白质的结构
20.(14分)为研究某病毒的致病过程,在实验室中做了如下图所示的模拟实验。
(1)从病毒中分离得到物质A。已知物质A是单链的生物大分子,其部分碱基序列为—GAACAUGUU—。将物质A加入试管甲中,反应后得到产物X。经测定产物X的部分碱基序列是—CTTGTACAA—,则试管甲中模拟的是 过程。
(2)将提纯的产物X加入试管乙中,反应后得到产物Y。产物Y是能与核糖体结合的单链的生物大分子,则产物Y是 ,试管乙中模拟的是 过程。
(3)将提纯的产物Y加入试管丙中,反应后得到产物Z。产物Z是组成该病毒外壳的化合物,则产物Z是 。
(4)若小鼠上皮细胞感染了该病毒,则组成子代病毒外壳的化合物的原料来自 ,而决定该化合物合成的遗传信息来自 。该病毒遗传信息的表达过程为 。
答案:(1)逆转录
(2)mRNA 转录
(3)多肽链(或蛋白质)
(4)小鼠上皮细胞 病毒RNA
21.(10分)下图表示人体内苯丙氨酸的代谢途径。请根据图示回答下列问题。
(1)根据苯丙氨酸代谢途径示意图,某患儿缺乏酶 (填序号)患上苯丙酮尿症,此病诊断的方法是患儿的尿液是否含有过多的 。
(2)根据该图,有人认为缺少酶①时,一定会患白化病。你认为是 (填“正确”或“错误”)的。
(3)由上述实例可以看出基因通过控制_______________________,进而控制生物体的性状。
(4)若控制酶①合成的基因发生改变,会引起多个性状改变;尿黑酸症(尿黑酸在人体内积累使人尿液中含有尿黑酸)与图中几个基因都有代谢联系。这说明_________________________________________________________。
答案:(1)① 苯丙酮酸 (2)错误
(3)酶的合成来控制代谢过程
(4)一个基因可控制多个性状,一种性状也可由多个基因控制章末整合提升
生物 术语 第1节 mRNA、tRNA、转录、翻译、RNA聚合酶、密码子、反密码子、中心法则、RNA复制、逆转录、逆转录酶
第2节 基因的选择性表达、细胞分化、表观遗传、甲基化
答题 语言 第1节 1.mRNA是以DNA的一条链为模板合成的 2.mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸 3.地球上几乎所有的生物体都共用一套密码子 4.每个tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子互补配对 5.密码子具有简并性 6.一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体,因此,少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质 7.遗传信息不能从蛋白质传递到蛋白质,也不能从蛋白质流向RNA或DNA
第2节 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 2.人的白化症状是由控制酪氨酸酶的基因异常而引起的 3.基因能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状 4.基因与性状的关系并不都是简单的一一对应关系 5.细胞分化是基因选择性表达的结果 6.表观遗传是指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
发展路径 基于遗传信息可以从DNA流向RNA,进而流向蛋白质的事实,阐明生命活动不仅需要物质和能量,也需要信息,生命是物质、能量和信息的统一体。
问题情境
1.图甲是人体内胰岛素基因控制合成胰岛素的示意图,图乙是图甲中过程②的局部放大。请据图回答下列问题。
甲 乙
(1)催化①过程的酶是 。与mRNA相比较,DNA结构最主要的特点是_______________________________________。
(2)现欲合成由51个基本单位构成的肽链,则相关的基因中与控制这些基本单位直接有关的碱基数目至少为 个。人体细胞内基因的载体有__________________________________。
(3)参与图乙过程的RNA分别是_____________________________。
(4)请以流程图的形式表示图甲中涉及的遗传信息传递方向:_________________________。
解析:(1)过程①称为转录,催化该过程的酶是RNA聚合酶;与mRNA相比较,DNA结构最主要的特点是具有独特的双螺旋结构(两条脱氧核苷酸链)。(2)由于mRNA是单链结构,且一个氨基酸的密码子含3个碱基,mRNA以DNA为模板,DNA是双链的,所以欲合成具有51个基本单位构成的肽链,则相关的基因中与控制这些基本单位直接有关的碱基数目至少为51×3×2=306(个)。人体细胞内,基因主要位于细胞核中的染色体上,此外在线粒体中也有少量基因。(3)图乙是翻译过程,该过程中,一个mRNA上结合多个核糖体同时进行翻译,核糖体由rRNA和蛋白质构成,该过程由tRNA运输氨基酸到核糖体,完成脱水缩合过程,故该过程中参与的RNA有mRNA、tRNA、rRNA。
(4)图中涉及转录和翻译过程,因此遗传信息传递方向为DNA→RNA→蛋白质。
答案:(1)RNA聚合酶 具有双螺旋结构
(2)306 染色体、线粒体
(3)mRNA、tRNA、rRNA
(4)DNA→RNA→蛋白质
素养阐释
胰岛素基因控制合成胰岛素的过程,是遗传信息从DNA流向RNA,进而流向蛋白质的事实,该过程不仅需要物质和能量,也需要遗传信息流动,胰岛素对于人体生命活动的调节具有重要作用,这体现了生命是物质、能量和信息的统一体。
发展路径 通过了解基因与性状之间关系的复杂性,认同生物学中因果关系的复杂性,学习和研究生物学需要摈弃简单机械的线性决定论的思维模式,尝试对复杂事物进行多角度、多因素的分析。
问题情境
2.下列关于基因与性状关系的说法,错误的是 ( )
A.一种性状可受一对或多对等位基因的控制
B.性状是由基因控制合成的蛋白质直接体现的
C.环境条件如光照、温度等会影响性状的表达
D.性别、年龄、营养状况等会影响性状的表达
答案:B
素养阐释
遗传学中把生物体所表现的形态结构、生理特征和行为方式等统称为性状;性状是指生物体所有特征的总和。生物的许多性状是基因和环境共同作用的结果,而不是单纯的一一对应关系。
发展路径 通过了解中心法则的提出和修正过程,以及表观遗传的发现等,认同科学是不断发展的,科学概念也是在不断更新或修正的,人们对自然界的探究永无止境。
问题情境
3.下图为HIV在人体细胞内增殖的过程。据图分析,下列叙述正确的是( )
A.①过程需要RNA聚合酶
B.②过程需要四种核糖核苷酸为原料
C.③④过程均遵循碱基互补配对原则
D.⑤过程产生的蛋白质中氨基酸的排列顺序是由tRNA来决定的
答案:C
素养阐释
(1)HIV在人体细胞内增殖的过程中,遗传信息由RNA到DNA,这是对中心法则的补充内容,这也说明中心法则是在不断完善和发展的。
(2)不仅中心法则如此,DNA双螺旋模型的构建、表观遗传的发现过程也充分体现了科学发展的特点。由此,人们要认同科学是不断发展的,科学概念也是在不断更新或修正的,科学探究永无止境。(共34张PPT)
第4章 基因的表达
新知一 基因表达产物与性状的关系
答案:①②—b;③—a。
新知二 基因的选择性表达与细胞分化
细胞基本生命活动
核糖体蛋白基因
ATP合成酶基因
卵清蛋白基因
特异性
胰岛素基因
基因选择性表达
基因表达的调控
新知三 表观遗传
讨论教材第73页“思考·讨论”,说出表观遗传的概念,分析其原因、特点及对生物体性状的影响。讨论基因与性状的关系,形成初步的遗传与进化观。
1.表观遗传。
(1)概念。
生物体基因的碱基序列_________,但__________和_____发生可遗传变化的现象,叫作表观遗传。
(2)原因。
基因的_________没有发生变化,但部分碱基发生了___________,抑制了基因的表达,进而对表型产生影响。
保持不变
基因表达
表型
碱基序列
甲基化修饰
如下图所示:
DNA的甲基化
(3)特点。
①基因的碱基序列_________。
②可遗传。可以遗传给后代,使后代出现同样的表型。
③普遍存在。普遍存在于生物体的生长、发育和衰老的整个生命活动过程中。
保持不变
2.基因与性状间的对应关系。
(1)一个性状可以受到_____基因的影响。
(2)一个基因也可以影响_____性状。
(3)生物体的性状也不完全是由基因决定的, _____对性状也有着重要影响。
多个
多个
环境
探究一 基因表达产物与性状的关系
分析下列材料,思考基因是如何控制性状的。
材料一
①豌豆粒形
②人的白化症状
材料二
囊性纤维化
编码CFTR蛋白的基因缺失3个碱基
↓
CFTR蛋白结构异常,导致功能异常
↓
患者支气管内黏液增多
↓
黏液清除困难,细菌繁殖,肺部感染
(1)材料一说明,基因通过控制____________________,
进而控制生物体的性状。
答案:酶的合成来控制代谢过程
(2)材料二说明,基因通过控制____________________
控制生物体的性状。
答案:蛋白质的结构直接
基因、蛋白质和性状的关系
(3)由材料一、二总结基因对性状的控制方式。
提示:基因控制性状的方式有两种：一种是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;另一种是通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
【例1】着色性干皮症是一种遗传病,起因于DNA损伤。深入研究后发现患者体内缺乏DNA修复酶,DNA损伤后不能修复而引起突变。这说明一些基因( )
A.是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
B.是通过控制蛋白质的结构,进而直接控制生物体的
性状
C.是通过控制酶的合成,进而直接控制生物体的性状
D.可以直接控制生物体的性状,发生改变后生物体的
性状随之改变
解析:由题意可知,着色性干皮症起因于DNA损伤,并且患者体内缺乏DNA修复酶,由此说明该基因通过控制DNA修复酶的合成来控制代谢过程,进而间接控制生物体的性状。
答案:A
【例2】人体内苯丙酮酸过多可引起苯丙酮尿症,下图表示人体内苯丙氨酸的代谢途径,据图分析错误的是( )
A.基因1不正常而缺乏酶1可能引起苯丙酮尿症
B.由苯丙氨酸合成黑色素需要多个基因控制
C.该图说明基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生
物体的性状
D.基因2突变而缺乏酶2将导致人患白化病
解析:由题图可知,基因1不正常而缺乏酶1,则苯丙氨酸只能在细胞中代谢生成苯丙酮酸,导致苯丙酮尿症,A项正确;由苯丙氨酸合成黑色素需要酶1、酶2的作用，即需要基因1、基因2的控制,B项正确;题图体现了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,C项错误;基因2突变,导致酶2不能合成,从而不能形成黑色素,使人患白化病,D项正确。
答案:C
【母题延伸】
(1)若食物中缺乏酪氨酸,人体是否会患白化病 为什么
提示:不会。因为酪氨酸属于非必需氨基酸,在人体内可以转化而来。
(2)苯丙酮尿症患者的食物中应如何控制苯丙氨酸的含量
提示:苯丙氨酸为人体的必需氨基酸,因此苯丙酮尿症患者的食物中必须含有苯丙氨酸,但应控制苯丙氨酸的量,满足机体生命活动需要即可。
探究二 基因的选择性表达与细胞分化
资料1 最早试图对细胞分化机制做出解释的学者是德国科学家魏斯曼,他提出细胞分化是由于遗传物质丢失造成的。
资料2 到了20世纪中期,很多实验证明,不仅是受精卵,甚至高度分化的动植物细胞,都含有本物种全套的遗传信息。
资料3 下表表示人体不同细胞中基因和蛋白质的存在情况。
项目 细胞中的DNA 细胞中的蛋白质
唾液淀粉酶基因 血红蛋白基因 胰岛素基因 唾液淀粉酶 血红蛋白 胰岛素
唾液腺细胞 + + + + - -
红细胞 + + + - + -
胰岛细胞 + + + - - +
注:“+”表示有,“-”表示无。
(1)资料1中“细胞分化是由于遗传物质丢失造成的”这一观点对吗 为什么
提示:不对。细胞分化不是由于遗传物质丢失造成的,是基因选择性表达的结果。
(2)结合资料2,联系有丝分裂知识,分析:为什么高度分化的动植物细胞中含有本物种全套的遗传信息
提示:所有细胞都是由受精卵有丝分裂而来,有丝分裂保证了亲代细胞和子代细胞在遗传组成上的一致性。
(3)资料3中,各细胞表达的基因有相同的吗 不同种细胞的蛋白质种类不同,直接原因是DNA不同还是RNA不同
提示:不同细胞内存在都表达的基因;不同种细胞的蛋白质种类不同,直接原因是mRNA不同。
(4)生长发育过程中,细胞的形态结构和生理功能产生了很大差异,原因是什么
提示:产生差异的原因是不同细胞的分化方向不同,根本原因是基因的选择性表达。
“管家基因”和“奢侈基因”
(1)“管家基因”: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,如呼吸酶基因。
(2)“奢侈基因”:只在某类细胞中特异性表达的基因,指导合成的蛋白质与细胞特定的功能有关,如血红蛋白基因。
【例3】下表表示三种不同细胞中的基因存在及表达情况,下列有关说法错误的是( )
项目 基因存在情况 基因表达情况
甲 乙 丙 丁 甲 乙 丙 丁
胰岛细胞 √ √ √ √ √ √
眼晶状细胞 (胚胎中) √ √ √ √ √
√
神经细胞 √ √ √ √ √
√
A.甲基因不可能是控制生长激素合成的基因
B.三种细胞不同的根本原因是细胞中的遗传信息不同
C.丁基因可能是控制ATP酶合成的基因
D.三种细胞都有甲、乙、丙、丁四种基因的根本原因
是细胞都来源于同一个受精卵
解析:甲基因在胰岛细胞中表达,所以甲基因不可能是控制生长激素合成的基因,A项正确;三种细胞不同的根本原因是基因的选择性表达,B项错误;控制ATP酶合成的基因应该在所有细胞中都表达,所以丁基因可能是控制ATP酶合成的基因,C项正确;三种细胞都有甲、乙、丙、丁四种基因的根本原因是细胞都来源于同一个受精卵,D项正确。
答案:B
【例4】下图为人体中不同细胞产生过程的模式图,据图推断肌肉细胞、未成熟红细胞和神经细胞( )
A.含有的遗传信息相同
B.含有的蛋白质完全相同
C.含有的蛋白质种类完全不相同
D.形成的原因是基因的选择性丢失
解析:肌肉细胞、未成熟红细胞和神经细胞都来自同一个受精卵,所含的遗传物质相同,A项正确;肌肉细胞、未成熟红细胞和神经细胞是细胞分化形成的,而细胞分化是基因选择性表达的结果,所以这三类细胞遗传物质转录形成的mRNA不完全相同,含有的蛋白质也不完全相同,B项错误;这三类细胞所含的蛋白质也有相同的,如呼吸酶,C项错误;这三类细胞形成的根本原因是基因的选择性表达,D项错误。
答案:A
探究三 表观遗传
分析教材第73页“思考·讨论”的相关资料,思考下列问题。
(1)资料1中,F1的花为什么与植株A相似 在F2中,为什么有些植株的花与植株B相似
提示:植株A的Lcyc基因在开花时表达,可看成为显性基因,而植株B的该基因不表达,可看成为隐性基因。两植株杂交,F1表现显性性状,F2出现类似性状分离的现象。
(2)资料2中,小鼠性状改变的原因是什么
提示:小鼠的Avy基因前端的碱基序列有多个位点发生了DNA甲基化修饰,Avy基因的表达受到抑制。
(3)资料1和资料2中展示的遗传现象有什么共同点 这对你认识基因和性状的关系有什么启示
提示:这两种遗传现象发生变化的原因都不是相应基因的碱基序列发生变化,而是部分碱基发生了甲基化修饰,抑制了基因的表达,进而对表型产生了影响。由此可知,两生物体的基因相同,其性状表现也不一定相同,即生物体的性状不完全是由基因决定的。
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,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。
【例5】黄色小鼠(AA)与黑色小鼠(aa)杂交,产生的F1(Aa)不同个体出现了不同体色。研究表明,不同体色的小鼠A基因的碱基序列相同,但A基因上二核苷酸(CpG)胞嘧啶有不同程度的甲基化(如右栏图所示)现象出现,甲基化不影响基因DNA复制。下列有关分析错误的是( )
A.F1个体体色的差异与A基因甲基化程度有关
B.甲基化可能影响RNA聚合酶与该基因的结合
C.碱基甲基化不影响碱基互补配对过程
D.基因甲基化不会遗传给子代
解析:由题意可知,F1个体的基因型都是Aa,但体色有差异,显然与A基因甲基化程度有关,A项正确;RNA聚合酶与该基因的结合属于基因表达的关键环节,而A基因甲基化会影响其表达过程,B项正确;碱基甲基化不影响DNA复制过程,而DNA复制过程有碱基互补配对过程,C项正确;基因甲基化可以遗传给子代,D项错误。
答案:D
【例6】水稻分蘖(茎基部发生分枝)受多个基因控制,水稻MADS基因家族能控制侧芽分化和分蘖过程。重力因素通过影响HSFA2D基因进而影响LAZY1基因的表达,最终调控分蘖的方向。下列相关说法错误的是( )
A.水稻分蘖过程受到多个基因的共同调控
B.每个基因可以独立控制生物的某个性状
C.MADS基因可以控制水稻分蘖等多个性状
D.LAZY1基因的表达受环境和其他基因影响
答案:B
课堂建构
谢谢观赏第4章 基因的表达
第1节 基因指导蛋白质的合成
第1课时 基因指导蛋白质的合成
[基础巩固]
1.下列关于真核细胞中转录的叙述,错误的是( )
A.细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生
B.同一细胞中两种RNA合成有可能同时发生
C.tRNA、rRNA和mRNA都从DNA转录而来
D.转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补
答案:A
2.已知某DNA的一条链上的部分碱基序列为—A—C—G—T—,那么以另一条链为模板,经转录后得到的mRNA中部分碱基序列为( )
A.—T—G—C—A— B.—A—C—G—T—
C.—U—G—C—A— D.—A—C—G—U—
答案:D
3.下图为真核细胞中多聚核糖体合成蛋白质的示意图,下列叙述错误的是 ( )
A.①只有与⑥结合后才能发挥它的作用
B.①在真核细胞中合成的场所只有细胞核
C.①上的一个密码子最多决定一种氨基酸
D.初始合成产物②③④⑤的氨基酸序列相同
答案:B
4.某转运RNA的反密码子为CAU,它所转运的氨基酸是( )
A.缬氨酸(GUA)
B.组氨酸(CAU)
C.酪氨酸(UAC)
D.甲硫氨酸(AUG)
答案:A
5.在遗传信息的传递过程中,不可能发生的是( )
A.DNA转录和翻译都进行碱基互补配对
B.mRNA穿过核孔在细胞质中进行翻译
C.复制和转录都以DNA的一条链为模板
D.核糖核苷酸和氨基酸依次参与转录和翻译
答案:C
[拓展提高]
6.甲(—A—T—G—G—)是一段单链核DNA片段,乙是该片段的转录产物,丙(A—P~P~P)是转录过程中所需的一种物质。下列叙述正确的是( )
A.甲、乙、丙的组成成分中均有核糖
B.甲在DNA酶的作用下水解,产物中有丙
C.甲、乙共有1种五碳糖、5种碱基、6种核苷酸
D.甲及其互补链复制后的子代DNA可分别位于两条姐妹染色单体上
答案:D
7.四环素、链霉素、氯霉素、红霉素等抗生素能抑制细菌的生长,它们有的能干扰细菌核糖体的形成,有的能阻止tRNA与mRNA结合,这些抗生素阻断了( )
A.翻译过程
B.DNA复制过程
C.转录过程
D.染色体活动
答案:A
8.下图所示为某生物细胞内正在进行的生理过程,下列有关叙述错误的是 ( )
A.大肠杆菌、酵母菌中都可发生如图所示的过程
B.图中方框内含有6种核苷酸
C.③沿着④的移动方向为从b到a
D.①→④和④→②过程中碱基互补配对情况不完全相同
答案:A
9.某条多肽链含n个肽键,则其合成过程中对应的mRNA及基因中碱基数至少为( )
A.3n、6n
B.3n、3n
C.3(n+1)、6n
D.3(n+1)、6(n+1)
答案:D
[挑战创新]
10.图甲为细胞内某些重要化合物的合成过程,图乙为中心法则。据图回答有关问题。
甲 乙
(1)图甲所示过程为图乙中的 (填数字),发生在 (填“真核”或“原核”)生物中。
(2)图乙中2过程的发生需要的酶是 ,此时DNA—RNA杂交区域中与A配对的碱基为 。
(3)人的神经细胞中能发生图乙中的 (填数字)过程。
(4)人类某基因经图乙2过程产生的RNA全长有4 500个碱基,而翻译成的蛋白质是由107个氨基酸组成的,这是因为____________________________。
解析:(1)图甲所示的过程表示转录和翻译同时进行,图乙中的2是转录,5是翻译;因为原核生物没有核膜,所以转录和翻译可以同时进行。(2)图乙中的2是转录,需要RNA聚合酶,此时DNA-RNA杂交区域中与A配对的碱基是U和T。(3)人的神经细胞属于高度分化的细胞,只能发生2转录和5翻译。(4)转录得到的RNA全长有4 500个碱基,理论上对应1 500个氨基酸,现在只有107个,说明产生的RNA需要通过加工修饰后才能进行翻译。
答案:(1)2、5 原核
(2)RNA聚合酶 U、T
(3)2、5
(4)转录产生的RNA要经过加工修饰后才能进行翻译
第2课时 基因表达的过程解读及应用
题型一 转录、翻译过程中有关图形解读
【典例1】下图为蛋白质的合成过程示意图,请据图回答有关问题。
甲 乙
(1)图甲中发生在细胞核中的过程是 。
(2)图甲中基因表达的最后一个阶段是在[ ] 中完成的,这一过程中还需要mRNA、tRNA、氨基酸、 和 。
(3)图甲中③称为 ,在蛋白质合成过程中将多肽链中氨基酸种类与mRNA上的遗传信息联系起来的物质是 。
(4)图乙为该细胞中多聚核糖体合成多肽链的过程。对此过程的理解错误的是( )
A.X在MN上的移动方向是从左到右,所用原料是氨基酸
B.多聚核糖体能够加速细胞内蛋白质合成速率的原因是同时合成多条多
肽链
C.该过程直接合成的T1、T2、T3三条多肽链中氨基酸的顺序相同
D.合成MN的场所在细胞核,而X一定附着在内质网上
解析:首先要识别该细胞为真核细胞,因为有核膜;其次要清楚图中数字和字母的含义;图甲中的①为RNA聚合酶,②为mRNA,③为密码子,④为氨基酸,⑤为核糖体;图乙中MN为mRNA,X为核糖体,T1、T2、T3为三条多肽链。(1)细胞核中DNA分子正在进行转录。(2)基因表达的最后一个阶段是在核糖体中完成的,这一过程称为翻译,翻译需要mRNA、氨基酸、ATP、tRNA和酶。(3)由于tRNA一端含有反密码子,另一端携带相应的氨基酸,所以tRNA是将多肽链中氨基酸种类与mRNA上的遗传信息联系起来的物质。(4)图乙表明,多聚核糖体是以mRNA为模板,以游离的氨基酸为原料合成蛋白质的,根据多肽链的长短可以判断,X在MN上是从左向右移动的;由题图可看出,同时有多条多肽链在合成,能够加速蛋白质的合成速率;由于T1、T2、T3的模板相同,都是MN,因此其上氨基酸顺序也相同;mRNA的合成场所是细胞核,而核糖体既可附着在内质网上,也可游离在细胞质中。
答案:(1)转录 (2)⑤ 核糖体 酶 ATP
(3)密码子 tRNA (4)D
【方法规律】
mRNA与核糖体数量、翻译速度的关系
(1)数量关系:一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体。
(2)目的、意义:少量的mRNA分子可以迅速合成大量的多肽链。
(3)方向:从左向右(如图所示),判断依据是多肽链的长短,肽链长的翻译在前。
(4)结果:合成的仅是多肽链,需要运送至内质网、高尔基体等结构中进一步加工。
(5)因为模板mRNA相同,所以图中4个核糖体合成了4条相同的肽链,而不是4个核糖体共同合成1条肽链,也不是合成4条不同的肽链。
迁移应用
1.下图表示人体细胞内两类物质的合成过程,结合所学知识回答下列相关问题。
A B
(1)图A中生理过程发生的主要场所是 ,以 作为单位进行,甲、乙代表的物质是 。
(2)图B中若多肽链为前胰岛素原(胰岛素的前体物质),则其合成后的去向是 (场所)。
(3)RNA除了具有图B所示生理功能外,还具有的功能是________________ (写出一项即可)。
(4)四环素等抗生素能够抑制细菌的生长,原因之一是干扰了细菌核糖体的形成,从而阻碍了图 (填“A”或“B”)中所示的生理过程。
解析:(1)图A表示转录过程,甲、乙代表的是RNA聚合酶,发生的主要场所是细胞核,转录是以基因作为单位进行的。(2)前胰岛素原(胰岛素的前体物质)合成后要去内质网进行加工。(3)RNA除了传递遗传信息外,还可以作为酶起催化作用,或者作为RNA病毒的遗传物质。(4)四环素等抗生素能够抑制细菌的生长,原因之一是干扰了细菌核糖体的形成,从而阻碍了翻译过程,即图B中所示的生理过程。
答案:(1)细胞核 基因 RNA聚合酶 (2)内质网
(3)催化化学反应(或作为遗传物质) (4)B
题型二 遗传信息、密码子和反密码子的比较
【典例2】下图为真核细胞蛋白质合成过程中必需的两种物质(甲、乙),下列有关叙述正确的是( )
甲 乙
A.遗传信息位于甲上
B.乙由3个碱基组成
C.甲的合成需要RNA聚合酶的参与
D.乙可以转运多种氨基酸
解析:由图可知,甲为mRNA,乙为tRNA。遗传信息位于DNA上;tRNA是由一条单链RNA通过折叠形成的,由多个碱基组成;一种tRNA只能转运一种氨基酸;mRNA是在RNA聚合酶催化作用下以DNA分子的一条链为模板转录形成的。
答案:C
【方法规律】
遗传信息、密码子和反密码子的比较
(1)区别。
比较项目 遗传信息 密码子 反密码子
存在位置 DNA mRNA tRNA
概念 基因中脱氧核苷酸的排列顺序 mRNA中决定一个氨基酸的3个相邻碱基 tRNA中与mRNA密码子互补配对的3个碱基
作用 控制生物的遗传性状 直接决定蛋白质中的氨基酸序列 识别密码子,转运氨基酸
种类 基因中脱氧核苷酸种类、数目和排列顺序的不同,决定了遗传信息的多样性 共64种。其中61种能翻译出氨基酸,3种终止密码子不能翻译出氨基酸。但在特殊情况下,终止密码子UGA可以编码氨基酸 一般情况下为61种(tRNA也为61种),特殊情况下为62种
(2)联系。
①遗传信息是基因中脱氧核苷酸的排列顺序,通过转录,使遗传信息传递到mRNA的核糖核苷酸的排列顺序上。
②mRNA的密码子直接控制蛋白质分子中氨基酸的排列顺序,反密码子则起到翻译的作用。
(3)对应关系。
①基因中脱氧核苷酸的序列决定mRNA中核糖核苷酸的序列。
②mRNA中的碱基序列与基因模板链中的碱基序列互补。
③密码子与相应反密码子的序列互补配对。
迁移应用
2.下图中①和②表示蓝细菌细胞内进行的生理过程。相关叙述正确的是 ( )
A.①过程的模板是b链,场所是细胞核
B.②过程的直接模板是c链,场所是核糖体
C.①②过程可以同时进行,所需能量由线粒体提供
D.决定氨基酸的密码子有64个,酪氨酸的密码子是AUG
答案:B
题型三 基因表达中相关数量计算规律
【典例3】已知一个蛋白质分子由2条多肽链组成,连接蛋白质分子中氨基酸的肽键共有198个,翻译成这个蛋白质分子的mRNA中A和G共有200个,则转录成mRNA的DNA分子中,最少应有C和T ( )
A.400个 B.200个 C.600个 D.800个
解析:一个蛋白质分子由2条多肽链组成,连接蛋白质分子中氨基酸的肽键共有198个,可得出该蛋白质存在200个氨基酸,进一步可推出mRNA的碱基数量最少为600个,其中A+G=200(个),U+C=400(个),则可推出转录成mRNA的DNA分子中,一条链中C+T=200(个),另一条链中C+T=400(个),所以可得出转录成mRNA的DNA分子中,最少应有C和T共600个。
答案:C
【方法规律】
(1)DNA(基因)、mRNA上碱基数目与氨基酸数目之间的关系。
在蛋白质的合成过程中,是以DNA(基因)的两条链中的一条为模板,合成一条mRNA单链,因此,DNA中的碱基数目是mRNA中的碱基数目的两倍;在翻译时,mRNA上每3个碱基决定一个氨基酸,彼此间的数目关系一般可表示为下图:
综上可知,蛋白质中氨基酸数目= mRNA上碱基数目= DNA(或基因)上碱基数目。
(2)计算中“最多”和“最少”的分析。
①翻译时,mRNA上的终止密码子不决定氨基酸,因此,mRNA上的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。
②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在回答有关问题时,应加上“最多”或“最少”等字。
迁移应用
3.一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽,则此mRNA分子至少含有的碱基个数及合成这段多肽需要的tRNA个数依次为 ( )
A.33、11 B.36、12 C.12、36 D.11、36
答案:B
4.一个mRNA分子中有m个碱基(不含终止密码子),其中G+C有n个。由该mRNA翻译合成的蛋白质有两条肽链,则其模板DNA分子的A+T的数量、合成蛋白质时最多脱去的水分子数分别是( )
A.m、-1 B.m、-2
C.2(m-n)、-1 D.2(m-n)、-2
答案:D
题型四 中心法则的应用
【典例4】许多病毒会使人体患病,下图是一种病毒的基本结构和该病毒进入细胞后复制繁殖的过程。据图回答下列问题。
甲 乙
(1)图甲病毒的主要成分是 。
(2)分析图乙,病毒在生命活动中的一个显著特征是 。
(3)图乙中①表示的是 过程,通过④过程形成的是 的RNA。
(4)图丙表示的是生物体内遗传信息的传递过程,在遗传学上称为 。请在图乙的①~⑦中选择恰当的序号填入图丙中的括号内。
丙
解析:(1)病毒是非细胞结构的生物,由蛋白质和核酸组成。(2)病毒自身没有能量供给和酶系统,不能独立生活,只有寄生在活细胞内才能生存。(3)由图乙信息可知,①表示由RNA合成DNA的逆转录过程,④过程是转录。逆转录形成双链DNA进入宿主细胞的细胞核,整合到宿主细胞染色体DNA上,通过宿主细胞内DNA转录形成病毒RNA。(4)图丙表示遗传信息的传递过程,称为中心法则,图中由DNA形成RNA是转录过程,由RNA形成蛋白质是翻译过程,分别对应图乙中的④和⑥。
答案:(1)蛋白质、核酸 (2)寄生性 (3)逆转录 病毒
(4)中心法则 ④ ⑥
【方法规律】
不同生物的遗传信息传递过程
甲 乙 丙
若甲、乙、丙分别代表三种生物的遗传信息传递过程,则甲代表遗传物
质为DNA的生物;乙代表RNA病毒,如烟草花叶病毒;丙为逆转录病毒,
如劳氏肉瘤病毒。
①甲遗传信息的传递可表示如下:
②乙遗传信息的传递可表示如下:
③丙遗传信息的传递可表示如下:
(2)图中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。
迁移应用
5.某病毒的遗传物质是单链RNA(-RNA),宿主细胞内病毒的增殖过程如下图所示,-RNA和+RNA的碱基序列是互补的。下列叙述正确的是( )
A.-RNA和+RNA均可与核糖体结合作为翻译的模板
B.据图推测,只有-RNA上有RNA聚合酶的结合位点
C.过程①所需的嘌呤数和过程③所需的嘧啶数相同
D.过程②需要的tRNA来自病毒,原料及场所都由宿主细胞提供
答案:C
[基础巩固]
1.下图①~③分别表示人体细胞中发生的3种生物大分子的合成过程。据图分析正确的是( )
① ② ③
A.过程①和②发生的主要场所相同且均需要解旋酶
B.当核糖体到达mRNA的终止密码子时,多肽合成就结束
C.过程③核糖体移动方向是从右到左
D.DNA复制时,亲代的2条母链有可能出现在1个子代DNA分子中
答案:B
2.下图表示生物基因的表达过程,下列叙述与该图相符的是( )
甲 乙
A.图甲翻译的结果是得到了多条氨基酸序列相同的多肽链
B.DNA-RNA杂交区域中A应与T配对
C.图甲可发生在绿藻细胞中,图乙可发生在蓝细菌细胞中
D.图乙中①②③的合成均与核仁有关
答案:A
3.下列与图示内容有关的叙述,错误的是 ( )
甲 乙
丙
A.若图甲的③中A占23%,U占25%,则相应的双链DNA片段中A占24%
B.正常情况下,图丙所示过程可在动植物细胞中发生的是⑨⑩
C.劳氏肉瘤病毒存在催化过程的酶
D.图乙所示过程相当于图丙的过程,需要RNA聚合酶的催化
答案:D
4.决定氨基酸的密码子指( )
A.DNA上的3个相邻的碱基
B.mRNA上的3个相邻的碱基
C.tRNA上的3个相邻的碱基
D.基因上的3个相邻的碱基
答案:B
5.大多数生物翻译的起始密码子为AUG或GUG。在下图所示的某mRNA部分碱基序列中,若下划线“0”表示的是一个决定谷氨酸的密码子,则该mRNA的起始密码子可能是( )
A.1 B.2
C.3 D.4
答案:C
[拓展提高]
6.根据表中的已知条件,判断苏氨酸的密码子是( )
DNA双链 T
T G
mRNA
tRNA反密码子 A
氨基酸 苏氨酸
A.TGU B.UGA
C.ACU D.UCU
答案:C
7.某蛋白质由2条多肽链组成,共含42个氨基酸,若氨基酸的平均相对分子质量为110,则形成该蛋白质时脱掉的水分子数、该蛋白质的分子质量及编码该蛋白质的mRNA的碱基数至少是( )
A.41、3 882、512 B.41、3 882、126
C.40、3 900、126 D.40、3 900、132
答案:C
8.下图是生物体内的中心法则示意图,下列有关此图的说法错误的是( )
A.大肠杆菌分裂时能发生解旋的过程是②③
B.一个DNA可转录出多个不同类型的RNA
C.劳氏肉瘤病毒在宿主细胞中能发生②③④⑤过程
D.T2噬菌体在宿主细胞中只能发生①②③过程
答案:C
9.下图表示RNA病毒M、N遗传信息传递的部分过程,下列有关叙述正确的是( )
A.过程①②所需的酶相同
B.过程③④产物的碱基序列相同
C.病毒M的遗传信息还能从DNA流向RNA
D.病毒N的遗传信息不能从RNA流向蛋白质
答案:C
[挑战创新]
10.下图表示细胞内遗传信息表达的过程,根据所学的生物学知识回答下列问题。
甲
乙
(1)图乙方框中所示结构可以相当于图甲中的 (填序号),它主要在
中合成;分析图乙中应该包含了 种核苷酸。
(2)图甲中以④为模板合成⑤物质的过程称为 ,进行的主要场所是[ ] ,所需要的原料是 。
(3)如果用32P作为放射性标记元素,则可标记在图乙中的 (填序号)处。
(4)若该多肽合成过程到图甲所示UCU决定的氨基酸后就终止,则导致合成结束的终止密码子是 。
(5)若图甲中①所示的分子中有900个碱基,则由它所控制形成的蛋白质中的氨基酸种类一般不会超过 种。
A.150 B.149 C.61 D.21
解析:(1)图乙方框中所示结构具有碱基U,因此表示RNA,主要在细胞核中转录形成,相当于图甲中的②tRNA、④mRNA;图乙中既有DNA又有RNA,根据碱基互补配对原则,由图可知应包含了6种核苷酸。(2)图甲中④为mRNA分子,⑤为肽链,以mRNA分子为模板合成肽链的过程称为翻译;翻译以氨基酸为原料,在⑥核糖体上进行。(3)用32P作为放射性标记元素,则可标记在图乙中的①④磷酸处。(4)密码子是指mRNA上决定氨基酸的三个相邻的碱基,但终止密码子没有对应的氨基酸,它终止蛋白质的合成,从mRNA中可以看出终止密码子是UAA。(5)若图甲中①所示的分子中有900个碱基,则由它所控制形成的mRNA中最多有碱基450个,密码子最多为450÷3=150(个),但在绝大多数生物体内,组成蛋白质的氨基酸有21种,所以所合成的蛋白质中氨基酸的种类一般不会超过21种。
答案:(1)②④ 细胞核 6 (2)翻译 ⑥ 核糖体 氨基酸 (3)①④ (4)UAA (5)D
11.目前发现的病毒主要有以下三种类型,它们的遗传信息的传递方式分别用下图表示。据图回答下列问题。
甲 乙 丙
(1)MERS的全称是中东呼吸综合征,MERS病毒是一种新型的冠状病毒。以正义单链RNA作为遗传物质,即遗传物质能直接进行翻译。
①MERS病毒属于 种类型病毒,感染人体后其蛋白质合成的场所是 。
②实验室研究MERS病毒时能不能用含多种营养物质的培养液来培养 ,理由是____________________________________________。
(2)图中需要逆转录酶的过程有 ,过程8需要的两种酶是 ,过程2需要的工具是 。
(3)赫尔希和蔡斯实验使用的T2噬菌体属于 种类型病毒,在实验过程中对遗传物质进行标记,一个噬菌体产生的多个子代中有两个具有放射性,这是因为DNA的复制方式为 。
解析:(1)①已知MERS病毒以正义单链RNA作为遗传物质,所以其属于乙种类型病毒,病毒不能独立代谢,感染人体后在人体细胞的核糖体上合成蛋白质。②MERS病毒没有细胞结构,必须依赖于活细胞才能繁殖,所以实验室研究MERS病毒时不能用含多种营养物质的培养液来培养。(2)图中过程6表示逆转录,需要逆转录酶。过程8表示DNA的自我复制,需要解旋酶、DNA聚合酶。过程2表示翻译,需要tRNA转运氨基酸。(3)T2噬菌体的遗传物质是DNA,属于甲种类型病毒,在实验过程中对遗传物质进行标记,由于DNA的复制方式为半保留复制,所以一个噬菌体产生的多个子代中有两个具有放射性。
答案:(1)①乙 人体细胞的核糖体 ②不能 MERS病毒没有细胞结构,必须依赖于活细胞才能繁殖
(2)6 解旋酶、DNA聚合酶 tRNA
(3)甲 半保留复制
