人教生物重难强化训练：专题5 基因的本质与表达及生物的变异与进化（1）基因表达的调控（含解析）

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专题5 基因的本质与表达及生物的变异与进化
（一）基因表达的调控
一、选择题
1．蛋白质合成后，其第一个氨基酸会被氨基肽酶水解除去，然后由氨酰－tRNA蛋白转移酶把一个信号氨基酸加到多肽链的氨基端，若该信号氨基酸为丝氨酸、苏氨酸等必需氨基酸之一时，该蛋白质可长时间发挥作用；若为非必需氨基酸，则该蛋白质不久后会被多个泛素(一种小分子蛋白)结合，进而进入呈筒状的蛋白酶复合体中被水解。下列说法正确的是(　 )
A．细胞内所有酶分子中都含有一个信号氨基酸
B．氨酰－tRNA蛋白转移酶参与基因的翻译过程
C．泛素可能起到了对水解蛋白的标记作用，有利于其进入蛋白酶复合体
D．多肽链与氨基酸脱水缩合只发生在肽链的羧基和氨基酸的氨基之间
解析：选C　绝大多数酶的化学本质是蛋白质，少数酶是RNA，RNA类型的酶不含氨基酸，故并不是细胞内所有酶分子中都含有一个信号氨基酸，A错误；从题干信息可知，氨酰－tRNA蛋白转移酶参与的是蛋白质的加工过程，而不是翻译过程，B错误；若信号氨基酸为非必需氨基酸，不久后水解蛋白会被多个泛素结合，进而进入蛋白酶复合体中被水解，故泛素可能起到了标记作用，有利于水解蛋白进入蛋白酶复合体，C正确；由题意可知，氨酰－tRNA蛋白转移酶可把一个信号氨基酸加到多肽链的氨基端，这时多肽链与氨基酸脱水缩合发生在肽链的氨基和氨基酸的羧基之间，D错误。
2．miRNA是一组由核基因转录的非编码RNA，能与mRNA结合，阻断蛋白编码基因的表达。circRNA是蛋白编码基因的部分编码区转录的小型环状RNA，通过与miRNA结合调节细胞代谢。下列说法正确的是(　 )
A．miRNA可通过核孔自由扩散至细胞质基质中与mRNA结合
B．miRNA与mRNA结合形成的复合物中存在A—T碱基对
C．circRNA中的核糖分子上连接着1个或2个游离的磷酸基团
D．circRNA通过与mRNA竞争性结合miRNA而发挥作用
解析：选D　RNA分子通过核孔进入细胞质基质，不是自由扩散，A错误。miRNA与mRNA同属于RNA类，其碱基组成为A、U、C、G，两者之间不会出现A—T碱基对，B错误。circRNA是小型环状RNA，结构上首尾相接，没有游离的磷酸基团，C错误。miRNA与mRNA结合，阻断蛋白编码基因的表达；circRNA与miRNA结合，调节细胞代谢，故circRNA通过与mRNA竞争性结合miRNA而发挥作用，D正确。
3．在一个蜂群中，少数幼虫一直取食蜂王浆而发育成蜂王，而大多数幼虫以花粉和花蜜为食而发育成工蜂。DNMT3蛋白是DNMT3基因表达的一种DNA甲基化转移酶，能使DNA某些区域添加甲基基团(如图所示)。敲除DNMT3基因后，蜜蜂幼虫将发育成蜂王，这与取食蜂王浆有相同的效果。下列有关叙述错误的是(　 )
A．蜂群中蜜蜂幼虫发育成蜂王可能与体内重要基因是否甲基化有关
B．DNA甲基化后可能干扰了RNA聚合酶等对DNA部分区域的识别和结合
C．被甲基化的DNA片段中存储的遗传信息发生改变，从而使生物的性状发生改变
D．如图所示，胞嘧啶和5′甲基胞嘧啶在DNA分子中都可以与鸟嘌呤(G)配对
解析：选C　DNMT3蛋白是一种DNA甲基化转移酶，能使DNA某些区域添加甲基基团，敲除DNMT3基因后，不能翻译DNMT3蛋白，DNA某些区域不能被甲基化，蜜蜂幼虫将发育成蜂王，因此，蜂群中蜜蜂幼虫发育成蜂王可能与体内重要基因是否甲基化有关，A正确；DNA甲基化后可能干扰了RNA聚合酶等对DNA部分区域的识别和结合，导致基因表达过程受阻，使生物表现出不同的性状，B正确；分析题图可知，部分DNA甲基化并没有改变DNA内部的碱基排列顺序，未改变DNA片段的遗传信息，C错误；由题图可知，胞嘧啶和5′甲基胞嘧啶在DNA分子中都可以与鸟嘌呤配对，D正确。
4．在细菌mRNA的起始密码子(AUG)之前、与起始密码子间隔约7个碱基处，有一段碱基为5′－AGGAGG －3′的SD序列，该序列与rRNA上的相应碱基(反SD序列)配对后，开始招募核糖体并将起始密码子定位在核糖体的P位。下列说法错误的是(　 )
A．核糖体在mRNA上的定位依赖于SD序列
B．核糖体上存在5′－UCCUCC －3′的反SD序列
C．核糖体的P位是第一个携带氨基酸的tRNA进入的位置
D．SD序列发生碱基插入突变后可能导致无翻译产物
解析：选B　分析题意可知，SD序列与rRNA上的相应碱基(反SD序列)配对后，开始招募核糖体并将起始密码子定位在核糖体的P位，故核糖体在mRNA上的定位依赖于SD序列，A正确；SD序列是5′－AGGAGG －3′，该序列与核糖体上的反SD序列配对，据此可推知核糖体上存在3′－UCCUCC －5′的反SD序列，B错误；P位是起始密码子的定位点，故是第一个携带氨基酸的tRNA进入的位置，C正确；SD序列发生碱基插入突变后可能无法与反SD序列配对，进而导致核糖体无法与起始密码子定位，导致无翻译产物，D正确。
5．构成核糖体的r蛋白与rRNA结合的能力比与mRNA结合的能力强，只要有游离的rRNA，新合成的r蛋白就会与之结合装配成核糖体(如图甲)。r蛋白的量总与rRNA数量相当，这是r蛋白进行自体调控的结果(如图乙)。下列说法错误的是(　 )
A．图甲中④过程需在细胞质基质中进行
B．图甲中②过程核糖体沿mRNA由5′－端向3′－端方向移动
C．图乙中的mRNA是翻译r蛋白的模板
D．图乙过程以负反馈调节的方式避免物质与能量的浪费
解析：选A　核仁与核糖体的形成有关，图甲中④过程需在核仁中进行，A错误；图甲中②过程表示以mRNA为模板合成蛋白质的过程，翻译时，核糖体沿mRNA由5′－端向3′－端方向移动，B正确；结合图乙可知，以mRNA为模板合成了r蛋白，故图乙中的mRNA是翻译r蛋白的模板，C正确；结合题干以及图乙可知，若细胞内rRNA合成不足则会造成已经合成的r蛋白过量，进而促使r蛋白与mRNA结合阻止r蛋白的继续合成，即图乙过程以负反馈调节的方式避免物质与能量的浪费，D正确。
6．RNA特异性腺苷脱氨酶(ADAR)是常见的RNA修饰工具。转录时ADAR的一端与DNA的特定部位结合，另一端催化mRNA特定部位的腺苷基团脱去氨基转变为胸苷，胸苷易被识别为鸟苷。当该修饰作用发生在mRNA编码区时，其翻译产生的蛋白质结构和功能可能发生变化导致生物变异。下列说法正确的是(　 )
A．转录过程中游离的核糖核苷酸将被添加到已合成mRNA的5′－端
B．若修饰作用发生在终止子上，则相应蛋白质的结构和功能发生变化
C．与修饰前的mRNA相比，修饰后的mRNA逆转录形成的DNA稳定性更高
D．ADAR对RNA修饰后引发的变异会遗传给下一代
解析：选C　转录过程中，RNA链的合成方向是从5′－端到3′－端，因此游离的核糖核苷酸被添加到已合成mRNA的3′－端，A错误；终止子位于DNA上，而ADAR是常见的RNA修饰工具，修饰作用发生在mRNA编码区时，相应蛋白质的结构和功能可能发生变化，B错误；DNA稳定性与碱基对种类有关，G—C碱基对越多，DNA越稳定，ADAR可以催化mRNA特定部位的腺苷基团脱去氨基变为胸苷，胸苷易被识别为鸟苷，修饰后的mRNA逆转录时，被识别的鸟苷(G)增多，形成的DNA中G—C碱基对增多，因此稳定性更高，C正确；ADAR对转录出的mRNA进行修饰，故自然状态下ADAR对RNA修饰后引发的变异不会遗传给下一代，D错误。
7．遗传标记是在哺乳动物配子形成期，特异性对父源(来自精子)或母源(来自卵细胞)的等位基因做一个印记，使子代只表达父源或母源的等位基因，从而使子代产生不同的表型。小鼠常染色体上的W基因编码某种生长因子，对小鼠的正常发育是必需的，缺乏时(用w表示)个体矮小。现以纯合正常小鼠为母本、纯合矮小小鼠为父本杂交，F1全为矮小小鼠；反交实验中F1全为正常小鼠。下列相关分析正确的是(　 )
A．基因W、w的遗传不遵循基因的分离定律
B．正反交实验得到的子代小鼠的基因型不同
C．正反交实验结果不同的原因是F1中父源的W基因不能正常表达
D．正反交子代小鼠中W基因的表达情况不同可能与基因的甲基化有关
解析：选D　基因W、w位于常染色体上，遗传遵循基因的分离定律，A错误；正交为纯合正常小鼠(WW)为母本和纯合矮小小鼠(ww)为父本杂交，反交实验中以纯合正常小鼠(WW)为父本、纯合矮小小鼠(ww)为母本，子代基因组成均为Ww，B错误；由题意可知，正反交F1中小鼠均与父本表型相同，说明是母源的W基因不能正常表达，C错误；正反交子代小鼠中W基因的表达情况不同可能与基因的甲基化有关，甲基化修饰作为遗传标记，使子代只表达父源的W或w基因，从而使子代产生不同的表型，D正确。
8．某生物学家在果蝇中发现了两性个体间某些基因剂量(数量)不同，但表达水平相似的现象，并命名为“剂量补偿”。这一现象与Sxl基因的表达有关，如图所示。下列说法不正确的是(　 )
A．Sxl基因参与的“剂量补偿”的原理与细胞分化原理相同
B．Sxl基因通过促进msl－2的表达从而促进X染色体上基因的表达
C．雌、雄个体中X染色体数量不同，但X染色体上相关基因的表达量可能相同
D．检测超雌果蝇(XXX)相关基因的表达量可以进一步验证“剂量补偿”
解析：选B　“剂量补偿”是两性个体间某些基因剂量(数量)不同，但表达水平相似的现象，结合图示可知，该现象与Sxl基因是否表达有关，而细胞分化是基因选择性表达的结果，故Sxl基因参与的“剂量补偿”的原理与细胞分化原理相同，A正确；分析题图可知，雌性个体中Sxl基因表达后导致msl－2缺失，而雄性个体中Sxl基因不表达时会促进msl－2的表达从而促进X染色体上基因的表达，说明Sxl基因通过抑制msl－2的表达，进而使mle、msl－1和msl－3蛋白质复合体没有活性，从而使X染色体基础水平转录，B错误；分析题图可知，雌性个体有两条X染色体，但其X染色体基础水平转录，雄性个体有1条X染色体，但其染色体高水平转录，据此推测，雌、雄个体中X染色体数量不同，但X染色体上相关基因的表达量可能相同，C正确；检测超雌果蝇(XXX)相关基因的表达量可以进一步验证“剂量补偿”，若该“剂量补偿”存在，则预期其X染色体的转录水平应低于XX型，D正确。
二、非选择题
9．基因什么时候表达以及表达水平的高低受多种因素的调控，下图表示三种调控基因表达的途径，且这三种调控途径都直接影响生物的性状，并可遗传给下一代。
(1)图中属于表观遗传机制的途径有________(填序号)，理由是____________________
___________________________________________________________。
(2)途径1和途径2分别是通过干扰__________、__________来调控基因表达，正常情况下，通过这两个过程实现了遗传信息从______到________的流动。
(3)依据途径3推测，在神经细胞中，控制呼吸酶合成的基因与组蛋白结合的紧密程度______(填“高于”“低于”或“等于”)肌蛋白基因，原因是___________________________
_________________________________________________________________________________________________________________________________。
解析：(1)由图分析可知，途径1、2、3均属于表观遗传机制，其原因是在基因的DNA序列没有发生改变的情况下，基因功能发生了可遗传的变化，并最终导致了表型的变化。(2)途径1是转录启动区域DNA甲基化，导致DNA无法转录，途径2是利用RNA干扰，使mRNA被切割成片段，导致mRNA无法翻译，转录过程是遗传信息从DNA到mRNA，翻译过程是遗传信息从 mRNA到蛋白质，这两个过程实现遗传信息从DNA到蛋白质的流动。(3)依据途径3推测，在神经细胞中，呼吸酶合成基因表达而肌蛋白基因不表达，从而推出控制呼吸酶合成的基因与组蛋白结合的紧密程度低于肌蛋白基因。
答案：(1)1、2、3　基因的DNA序列没有发生改变，基因功能发生了可遗传的变化，并最终导致了表型的变化　(2)转录　翻译　DNA　蛋白质　(3)低于　呼吸酶合成基因在神经细胞中表达，而肌蛋白基因在神经细胞中不表达
10．细胞膜上转铁蛋白受体(TFR)参与Fe3＋的运输，其合成受到Fe3＋与铁调蛋白共同调节。下图(a)、(b)分别表示低Fe3＋浓度和高Fe3＋浓度条件下对TFR翻译过程的调节。(注：AUG和UAG分别代表起始密码子和终止密码子)
(1)依据磷脂分子的结构分析，Fe3＋不能自由通过细胞膜的原因是________________________________________________________________________________________________________。
(2)据图可知，TFR基因的末端富含__________碱基对，TFR的mRNA中由特殊序列(富含A—U)形成的茎环结构________(填“能”或“不能”)改变TFR的氨基酸序列，理由是__________________________________。
(3)据图可知，当细胞中Fe3＋不足时，TFR的mRNA将_____________________________，其生理意义是________________________________________________________________。
解析：(1)因为磷脂双分子层的内部为磷脂分子的疏水端，不允许亲水的物质自由扩散通过，Fe3＋是亲水的小分子(离子)所以不能自由通过。(2)TFR的mRNA末端富含A—U，所以TFR基因的对应区段富含T—A，UAG为终止密码子，由图可知，终止密码子在茎环结构的前面，所以TFR的mRNA末端形成的茎环结构不能改变TFR的氨基酸序列。(3)由题图可知，高Fe3＋浓度条件下，Fe3＋与铁调蛋白结合，使mRNA被降解，当Fe3＋不足时，TFR的mRNA将与铁调蛋白结合，使mRNA不易被降解，从而保障了翻译正常进行，指导合成更多转铁蛋白受体，来转运更多的Fe3＋进入细胞，其生理意义是有利于细胞吸收更多的Fe3＋，以满足生命活动的需要。
答案：(1)磷脂双分子层的内部为磷脂分子的疏水端，Fe3＋是亲水的小分子(离子)所以不能自由通过　(2)A—T　不能　茎环结构位于终止密码子之后　(3)与铁调蛋白结合而不易被降解，从而指导合成更多TFR　有利于细胞吸收更多的Fe3＋，以满足生命活动的需要
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