第31讲 基因的表达
(时间:30分钟 满分:36分)
基础强化练
选择题:1~6题,每题2分。
1.(遗传信息的翻译|2025·内蒙古高考适应性考试)UUU和UUC为苯丙氨酸(Phe)密码子,CCU、CCC、CCA和CCG为脯氨酸(Pro)密码子,AAA和AAG为赖氨酸(Lys)密码子。以下模板链中,能表达出PheProLys三肽的是( )
[A] 5′CTT CGG GAA3′
[B] 5′AAG GGC TTC3′
[C] 5′ATC CCG AAG3′
[D] 5′CAA CGG GTT3′
2.(遗传信息的传递过程|2024·曲靖二模)如图表示真核生物遗传信息的相关传递过程,下列叙述正确的是( )
[A] 过程Ⅰ需在RNA聚合酶作用下以每一条母链为模板合成子链
[B] 过程Ⅱ中合成的RNA,其碱基组成和排列顺序与非模板链相同
[C] 酶2和酶3都可作用于磷酸二酯键,酶1可催化形成氢键
[D] 在有丝分裂前的间期,既发生过程Ⅰ,也发生过程Ⅱ
3.(遗传信息的翻译|2023·全国乙卷,5)已知某种氨基酸(简称甲)是一种特殊氨基酸,迄今只在某些古菌(古细菌)中发现含有该氨基酸的蛋白质。研究发现这种情况出现的原因是,这些古菌含有特异的能够转运甲的tRNA(表示为tRNA甲)和酶E,酶E催化甲与tRNA甲结合生成携带了甲的tRNA甲(表示为甲tRNA甲),进而将甲带入核糖体参与肽链合成。已知tRNA甲可以识别大肠杆菌mRNA中特定的密码子,从而在其核糖体上参与肽链的合成。若要在大肠杆菌中合成含有甲的肽链,则下列物质或细胞器中必须转入大肠杆菌细胞内的是( )
①ATP ②甲 ③RNA聚合酶 ④古菌的核糖体 ⑤酶E的基因 ⑥tRNA甲的基因
[A] ②⑤⑥ [B] ①②⑤
[C] ③④⑥ [D] ②④⑤
4.(细胞分裂过程中的基因表达|2024·武汉模拟)细胞中的核糖体由大、小2个亚基组成。在真核细胞的核仁中,由核rDNA转录形成的rRNA与相关蛋白组装成核糖体亚基。下列说法正确的是( )
[A] 原核细胞无核仁,不能合成rRNA
[B] 真核细胞的核糖体蛋白在核糖体上合成
[C] rRNA上3个相邻的碱基构成一个密码子
[D] 细胞在有丝分裂各时期都进行核rDNA的转录
5.(遗传信息传递和表达的过程|2024·福州模拟)如图表示某生物遗传信息传递和表达的过程,相关叙述错误的是( )
[A] 酶1为解旋酶,酶2为RNA聚合酶
[B] 该图显示了提高翻译效率的方式
[C] 核糖体在mRNA上从a→b移动
[D] 决定氨基酸1的密码子是CCG
6.(中心法则及其发展|2025·德州期中)乙肝病毒(HBV)的基因组是一个有部分单链区的环状双链DNA,HBV侵入人体后其基因组DNA复制过程如图所示,过程①得到的共价闭合环状DNA(cccDNA)能在细胞核内存在数月至数年。下列说法错误的是( )
[A] HBV的环状DNA中每个脱氧核糖连接着一个或两个磷酸
[B] 过程③为逆转录过程,与过程①、④所需的原料不同
[C] 乙肝患者治愈之后再次复发可能与体内残留的cccDNA有关
[D] 用32P标记的HBV侵染未标记的肝细胞,子代HBV均不含32P
能力提升练
选择题:7~9题,每题4分。
7.(新情境·核糖体蛋白|2024·福州三模)大肠杆菌核糖体蛋白与rRNA分子亲和力较强,二者组装成核糖体。当细胞中缺乏足够的rRNA分子时,核糖体蛋白可通过结合到自身mRNA分子上的核糖体结合位点而产生翻译抑制。下列叙述错误的是( )
[A] 一个核糖体蛋白的mRNA分子上可相继结合多个核糖体,同时合成多条肽链
[B] 细胞中有足够的rRNA分子时,核糖体蛋白通常不会结合自身mRNA分子
[C] 核糖体蛋白对自身mRNA翻译的抑制维持了rRNA和核糖体蛋白数量上的平衡
[D] 编码该核糖体蛋白的基因转录完成后,mRNA才能与核糖体结合进行翻译
8.(新情境·核糖开关|2024·黄冈模拟)核糖开关是一段具有复杂结构的RNA序列,能感受环境因素的变化而改变自身的结构和功能,从而调控基因的表达。在枯草杆菌中,有些基因的mRNA上具有SAM感受型核糖开关,其调节机制如图所示。据图分析,下列叙述正确的是( )
注:RBS为mRNA上的核糖体结合位点。
[A] SAM可以抑制相关基因的翻译来调节代谢过程
[B] RBS的下游区域中存在启动子,是翻译的起始位置
[C] 环境因素的变化可改变某些基因自身的结构和功能,进而影响该基因的表达
[D] 由于核糖开关分子内部存在碱基互补配对的区域,导致基因不能表达
9.(基因表达的调控|2024·南平月考)当细胞缺乏氨基酸时,未能与氨基酸结合的空载RNA可与核糖体结合,引发核糖体上的RclA利用GDP和ATP合成ppGpp,ppGpp可作为信号分子抑制基因的表达,过程如图所示。下列分析正确的是( )
[A] 空载RNA是tRNA,tRNA在翻译过程作为原料
[B] RclA介导ppGpp合成的反应属于放能反应
[C] ppGpp促进rRNA基因的表达有利于弥补氨基酸缺乏
[D] ppGpp可从翻译水平抑制基因的表达,避免能量浪费
10.(12分)(线粒体内蛋白质合成|2024·平顶山模拟)如图为线粒体结构及线粒体内蛋白质合成的相关过程。请回答下列问题。
(1)线粒体DNA与细胞核DNA的主要区别有
(至少答出一点)。A、B是线粒体DNA上相邻的两个基因,测量发现这两个基因在线粒体DNA上的碱基序列总长度小于这两个基因的碱基序列长度之和,试分析其可能的原因:
。
(2)图中①③过程需要的酶是 。从②④过程分析,少量mRNA分子可以迅速合成出大量蛋白质的原因是 。
(3)研究线粒体基因与细胞核基因表达过程时发现,即使由线粒体DNA转录而来的mRNA和细胞核DNA转录而来的mRNA碱基序列相同,二者经翻译产生的肽链中相应氨基酸的序列却常有不同,从遗传信息的传递过程分析,其可能的原因是
。(答出一点即可)
(4)人类神经性肌肉衰弱症是一种由线粒体基因控制的遗传病,某男性为该病患者,则其下列亲属中一定为该病患者的是 (多选)。
A.父亲 B.母亲 C.儿子 D.哥哥
第31讲 基因的表达
1.A 模板链为5'CTTCGGGAA3',根据碱基互补配对原则可知mRNA序列为3'GAAGCCCUU5',翻译时核糖体沿着mRNA从5'端移向3'端,因此mRNA 5'UUC CCG AAG3'会翻译出的三肽序列为PheProLys。
2.D 过程Ⅰ为DNA复制过程,需在DNA聚合酶作用下以每一条母链为模板合成子链;过程Ⅱ中合成的RNA,其碱基组成和排列顺序与非模板链有差异,其差异表现在转录出的RNA中含有碱基U,而非模板链中含有的碱基是T;酶2为解旋酶,其作用部位是氢键,酶3为RNA聚合酶,其作用部位是磷酸二酯键,酶1是DNA聚合酶,其可催化形成磷酸二酯键;在有丝分裂前的间期,细胞中进行DNA复制和有关蛋白质的合成,即此时细胞中既发生过程Ⅰ(DNA复制),也发生过程Ⅱ(转录)。
3.A 根据题干信息“已知tRNA甲可以识别大肠杆菌mRNA中特定的密码子,从而在其核糖体上参与肽链的合成”,说明该肽链合成所需能量(ATP)、核糖体、RNA聚合酶均由大肠杆菌提供,①③④不是必须转入的;甲是一种特殊氨基酸,在大肠杆菌中不存在,所以要在大肠杆菌中合成含有甲的肽链,必须往大肠杆菌中转入②甲;古菌含有特异的能够转运甲的tRNA(表示为tRNA甲)和酶E,酶E催化甲与tRNA甲结合生成甲tRNA甲,进而将甲带入核糖体参与肽链合成,所以大肠杆菌细胞内要含有tRNA甲的基因以便合成tRNA甲,也要含有酶E的基因以便合成酶E,催化甲与tRNA甲结合,因此还应向大肠杆菌细胞内转入⑤酶E的基因和⑥tRNA甲的基因。
4.B 原核细胞无核仁,有核糖体,核糖体由rRNA和蛋白质组成,因此原核细胞能合成rRNA;核糖体是蛋白质合成的场所,真核细胞的核糖体蛋白在核糖体上合成;密码子位于mRNA上;细胞在分裂间期进行转录,在有丝分裂某些时期染色质高度螺旋化变成染色体,核rDNA无法解旋,无法转录。
5.D 题图中显示了DNA复制、转录和翻译过程,其中酶1为解旋酶,酶2为RNA聚合酶;题图显示边转录边翻译,提高了翻译的效率;核糖体在mRNA上从a→b移动,进而合成了多肽链;密码子是mRNA上的三个相邻的碱基组成的,能决定一个氨基酸,结合图示tRNA 3'端位置可以看出题图中mRNA右侧为5'端,则决定氨基酸1的密码子是GCC。
6.B 由题图可知,HBV环状DNA的两条链都不是闭合的,每条链的3'端的脱氧核糖连接着一个磷酸,其他的脱氧核糖连接着两个磷酸;过程③是由RNA合成DNA的过程,为逆转录,需要的原料是脱氧核苷酸,过程①、④是DNA复制过程,需要的原料也是脱氧核苷酸,所以过程③与过程①、④所需的原料相同;因为cccDNA能在细胞核内存在数月至数年,所以乙肝患者治愈之后再次复发可能与体内残留的cccDNA有关;用32P标记的HBV侵染未标记的肝细胞,在合成子代HBV时,原料来自肝细胞,所以子代HBV均不含32P。
7.D 一个核糖体蛋白的mRNA分子上可以相继结合多个核糖体,同时合成多条肽链,以提高翻译效率;细胞中有足够的rRNA分子时,核糖体蛋白通常不会结合自身mRNA分子,其与rRNA分子结合,二者组装成核糖体;当细胞中缺乏足够的rRNA分子时,核糖体蛋白能结合到自身mRNA分子上,导致蛋白质合成停止,核糖体蛋白对自身mRNA翻译的抑制维持了rRNA和核糖体蛋白数量上的平衡;大肠杆菌为原核生物,没有核膜,转录形成的mRNA在转录未结束时和核糖体结合,开始翻译过程。
8.A SAM是mRNA上的感受型核糖开关,RBS是核糖体结合的位点,与翻译过程有关,故SAM可以抑制相关基因的翻译来调节代谢过程;启动子是基因中RNA聚合酶识别并结合的区域,而RBS为mRNA上的核糖体结合位点,不存在启动子,启动子位于基因的上游;由题干信息可知,环境因素变化不是改变基因的结构和功能,而是改变核糖开关的结构和功能,进而影响基因的翻译过程;由题图可知,核糖开关开启时,其内部存在双链区域,故核糖开关分子内部存在的碱基互补配对区域,不影响基因的表达。
9.D 翻译的模板是mRNA,能识别并结合氨基酸的RNA是tRNA,故缺乏氨基酸导致空载的RNA属于tRNA,但不是原料;分析题图可知RclA介导ppGpp合成消耗ATP,因此RclA介导ppGpp合成的反应属于吸能反应;空载的RNA与核糖体结合,引发核糖体上的RclA利用GDP和ATP合成ppGpp增加,ppGpp抑制多肽链的形成,因此有利于弥补氨基酸缺乏;由以上分析可知,ppGpp可抑制多肽链的形成,因此ppGpp可从翻译水平抑制基因的表达,避免能量浪费。
10.【答案】 (每空2分)
(1)线粒体DNA不与蛋白质结合形成染色体、线粒体DNA为环状分子 A、B基因共用一部分碱基序列
(2)RNA聚合酶 一个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
(3)翻译的起始点不完全相同(或两种mRNA的剪切、加工过程不同)
(4)BD
【解析】 (1)线粒体DNA是环状DNA分子,且不与蛋白质结合形成染色体,细胞核中的DNA分子是链状,且与蛋白质结合形成染色体;基因通常是具有遗传效应的DNA片段,但A、B两个基因在线粒体DNA上的碱基序列总长度却小于这两个基因的碱基序列长度之和,说明A、B基因共用一部分碱基序列。(2)题图①和③都表示转录过程,①为核DNA的转录过程,③为线粒体DNA的转录过程,需要的酶是RNA聚合酶;②和④都表示翻译过程,一个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。(3)mRNA的序列虽然相同,但由于翻译的起始点可能不同,或两种mRNA的剪切、加工过程不同,会导致合成的蛋白质不同。(4)线粒体基因控制的遗传病由母亲传给子代,故该男患者的母亲一定是患者,他哥哥也是患者。第31讲 基因的表达
[课标要求]
概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成,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。
考点一 基因指导蛋白质的合成
1.RNA的结构、种类和功能
[思考] RNA分子中会形成氢键吗
2.遗传信息的转录
(1)概念:RNA是在细胞核中,通过 以DNA的一条链为模板合成的,这一过程叫作转录。
(2)场所:主要在 中,在细胞质中也能发生转录过程。
(3)过程。
(4)产物:mRNA、tRNA、rRNA。
3.遗传信息的翻译
(1)概念: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。
(2)条件
(3)过程。
①图解。
②基本步骤。
(4)产物:多肽蛋白质。
[思考] 与真核细胞的核基因转录、翻译过程相比,原核细胞的转录和翻译有何特点
4.密码子
(1)概念: 上3个相邻的碱基决定1个氨基酸,每3个这样的碱基叫作1个密码子。
(2)种类:密码子有 种,不同生物共用一套遗传密码。
①有 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 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 。
(3)密码子与氨基酸的对应关系。
通常一种密码子只能决定 氨基酸,一种tRNA只能转运一种氨基酸。一种氨基酸对应 密码子(密码子的简并),可由一种或几种tRNA转运。
1.判断正误
(1)(必修2 P65图43)rRNA是核糖体的组成成分,在原核细胞中由核仁参与合成。( )
(2)(必修2 P65图44)tRNA、mRNA、rRNA都是DNA分子转录的产物,转录的方向都是5′端→3′端。( )
(3)(必修2 P65图44)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。( )
(4)(必修2 P67表41)密码子是RNA上的3个相邻碱基,决定氨基酸的密码子最多有61种。( )
(5)(必修2 P67图46)tRNA分子中的部分碱基两两配对形成氢键。( )
(6)(必修2 P68图47)翻译时mRNA在核糖体上每次移动3个碱基的位置。( )
(7)(必修2 P68图47)翻译时,核糖体的移动方向是5′端→3′端。( )
2.规范表达
(1)(必修2 P67表41)起始密码子AUG决定甲硫氨酸,为什么蛋白质的第一个氨基酸往往不是甲硫氨酸 。
(2)(必修2 P67思考·讨论)密码子的简并有怎样的生物学意义
。
(3)(必修2 P67思考·讨论)什么是密码子的统一性 密码子的统一性说明了什么
。
(4)(必修2 P69楷体字)如图表示某高等植物细胞的翻译过程。
①图中c所指的3条链最终的氨基酸序列是否相同 为什么
②图中信息显示,一个mRNA分子上可结合多个核糖体,这有什么意义
遗传信息、密码子与反密码子之间的联系
能力1 围绕遗传信息的转录和翻译,考查理解能力
1.(2025·成都期中)大肠杆菌的RNA聚合酶功能强大,可以自主解开双链DNA,并进行RNA的合成。合成出的RNA一端,很快会结合核糖体合成多肽链。某同学绘制了一幅大肠杆菌转录和翻译的模式图。下列有关该图的叙述,正确的是( )
[A] RNA聚合酶沿模板链移动的方向应该是从5′端向3′端
[B] RNA聚合酶结合位置应该包含整个DNA的解链区
[C] 双链解开的DNA应该在RNA合成结束后恢复双螺旋
[D] 图中移动的3个核糖体上已合成的肽链长度应该相同
2.(2024·安徽芜湖模拟)如图是真核细胞遗传信息表达中某过程的示意图。某氨基酸的部分密码子(5′端→3′端)是丝氨酸UCU;亮氨酸UUA、CUA;异亮氨酸AUC、AUU;精氨酸AGA。下列叙述正确的是( )
[A] 图中①为亮氨酸
[B] 图中结构②从右向左移动
[C] 该过程中没有氢键的形成和断裂
[D] 该过程可发生在线粒体基质和细胞核基质中
能力2 通过对遗传信息、密码子、反密码子的辨析,考查科学思维能力
3.(2024·重庆摸底)1981年,我国科学家在世界上第一次用人工方法合成具有生物活性的酵母丙氨酸转移核糖核酸(用tRNAyAla表示)。在兔网织红细胞裂解液体系中加入人工合成的tRNAyAla和3H丙氨酸,不但发现人工合成的tRNAyAla能携带3H丙氨酸,而且能将所携带的丙氨酸参与到蛋白质合成中去。此外还发现另外四种天然的tRNA携带3H丙氨酸。下列相关叙述错误的是( )
[A] tRNAyAla只能识别并转运丙氨酸
[B] tRNAyAla为单链结构,不含氢键
[C] 与丙氨酸对应的密码子具有四种
[D] tRNAyAla存在能与mRNA上的丙氨酸密码子配对的反密码子
考点二 中心法则的提出及发展
1.中心法则
(1)提出者: 。
(2)补充后的内容图解。
①DNA的复制;② ;③翻译;④ ;⑤ 。
(3)不同生物中心法则表达式。
①以DNA为遗传物质的生物遗传信息的传递(DNA病毒及细胞生物)。
②具有RNA复制功能的RNA病毒(如烟草花叶病毒)。
③具有逆转录功能的RNA病毒(如HIV)。
④高度分化的细胞遗传信息的传递。
DNARNA蛋白质
(4)生命是物质、能量和信息的统一体。
①DNA、RNA是信息的 。
②蛋白质是信息的 。
③ATP为信息的流动提供 。
2.DNA复制、转录、翻译的比较
项目 DNA复制 转录 翻译
场所 主要在细胞核 主要在细胞核 核糖体
模板 DNA的两条链 DNA的一条链 mRNA
原料
酶 缩合反应的酶
能量 ATP提供
碱基互 补配对 原则 G—C、C—G
产物 两个子代DNA RNA 多肽链
信息 传递 DNA→DNA DNA→RNA mRNA→蛋白质
意义 前后代之间传递遗传信息 表达遗传信息 表达遗传信息
1.判断正误
(1)(必修2 P69正文)少数生物(如一些RNA病毒)的遗传信息可以从RNA流向RNA以及从RNA流向DNA。( )
(2)(必修2 P69正文拓展)HIV中能进行逆转录过程。( )
(3)(必修2 P69正文拓展)转录与DNA复制都遵循碱基互补配对原则,且配对方式相同。( )
(4)(必修2 P69正文拓展)中心法则涉及的全部过程均可发生在正常人体细胞内。( )
2.规范表达
(必修2 P69拓展应用)红霉素、环丙沙星、利福平等抗菌药物能够抑制细菌的生长,它们的抗菌机制如下表所示。请说明这些药物可用于治疗疾病的道理。
抗菌药物 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
能力3 通过中心法则的过程分析,培养科学思维能力
4.(2024·湖北宜昌模拟)某新型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病毒在宿主细胞内的增殖
[D] 该病毒和HIV的增殖过程都需要RNA复制酶的作用
5.(2024·四川成都模拟)如图所示为遗传信息传递的中心法则。研究发现四环素具有与细菌核糖体结合能力强的特点。下列有关说法错误的是( )
[A] 四环素通过抑制蛋白质的合成起到抗菌效果
[B] 图中涉及碱基A与U配对的过程为②③④⑤
[C] 细菌体内②和③过程可在同一区域同时发生
[D] 艾滋病病毒侵染T细胞后能发生图中所有过程
考向一 从科学思维的角度,考查基因表达的过程
1.(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′
2.(2024·贵州卷,7)如图是某基因编码区部分碱基序列,在体内其指导合成肽链的氨基酸序列为甲硫氨酸—组氨酸—脯氨酸—赖氨酸……下列叙述正确的是( )
注:AUG(起始密码子):甲硫氨酸 CAU、CAC:组氨酸 CCU:脯氨酸 AAG:赖氨酸 UCC:丝氨酸 UAA(终止密码子)
[A] ①链是转录的模板链,其左侧是5′端,右侧是3′端
[B] 若在①链5~6号碱基间插入一个碱基G,合成的肽链变长
[C] 若在①链1号碱基前插入一个碱基G,合成的肽链不变
[D] 碱基序列不同的mRNA翻译得到的肽链不可能相同
考向二 从科学思维的角度,考查中心法则有关过程的比较
3.(2024·河北卷,4)下列关于DNA复制和转录的叙述,正确的是( )
[A] DNA复制时,脱氧核苷酸通过氢键连接成子链
[B] 复制时,解旋酶使DNA双链由5′端向3′端解旋
[C] 复制和转录时,在能量的驱动下解旋酶将DNA双链解开
[D] 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.(2021·浙江6月选考,19)某单链RNA病毒的遗传物质是正链RNA(+RNA)。该病毒感染宿主后,合成相应物质的过程如图所示,其中①~④代表相应的过程。下列叙述正确的是( )
[A] +RNA复制出的子代RNA具有mRNA的功能
[B] 病毒蛋白基因以半保留复制的方式传递给子代
[C] 过程①②③的进行需要RNA聚合酶的催化
[D] 过程④在该病毒的核糖体中进行
第31讲 基因的表达
考点一 基因指导蛋白质的合成
必备知识·梳理
1.A、U、C、G 单链 细胞核 细胞质 氨基酸 密码子 核糖体
[思考] 会,如tRNA分子中,会形成部分双链区,该区域存在氢键。
2.(1)RNA聚合酶 (2)细胞核 (3)RNA聚合酶 核糖核苷酸 RNA聚合酶
3.(1)mRNA (2)氨基酸 tRNA (3)②mRNA tRNA mRNA tRNA 终止密码子 脱离
[思考] 原核细胞的转录和翻译过程可同时进行。
4.(1)mRNA (2)64 ①2 ②3 硒代半胱氨酸 (3)一种 一种或几种
深挖教材
1.(1)× 原核细胞没有核仁。
(2)√
(3)× 转录是以DNA的一条链为模板形成RNA的过程,所以细菌的一个基因转录时两条DNA链不可同时作为模板。
(4)× 密码子是mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基,在特殊情况下,UGA(终止密码子)可以编码硒代半胱氨酸,因此决定氨基酸的密码子最多有62种。
(5)√
(6)× 核糖体在mRNA上每次移动3个碱基的位置。
(7)√
2.(1)翻译生成的多肽链往往需进行加工修饰,甲硫氨酸在此过程中往往会被剪切掉
(2)从增强密码子容错性的角度看,当密码子中有一个碱基改变时,由于密码子的简并,可能并不会改变其对应的氨基酸;从密码子的使用频率来看,当某种氨基酸使用频率高时,几种不同的密码子都编码同一种氨基酸可以保证翻译的速度
(3)密码子的统一性是指地球上几乎所有的生物都共用一套密码子,这一事实说明各种生物都有一定的亲缘关系或生命本质上是统一的
(4)①3条链最终的氨基酸序列相同;因为这3条链的模板相同(均为a)。
②少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质。
关键能力·提升
能力1
1.B RNA聚合酶沿模板链移动的方向应该是从3′端向5′端;RNA聚合酶结合位置应该包含整个DNA的解链区,不只包含DNA解链区的模板链;据题图可知,左侧的DNA已恢复双螺旋;题图中移动的3个核糖体上已合成的肽链长度不同。
2.B 已知密码子的方向为5′端→3′端,由题图可知,携带①的tRNA上的反密码子为UAA,与其互补配对的mRNA上的密码子为AUU,因此氨基酸①为异亮氨酸;翻译是从mRNA的5′端→3′端进行的,故结构②核糖体移动并读取密码子的方向为从右向左;互补配对的碱基之间通过氢键连接,题图过程中,tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子互补配对时有氢键的形成,tRNA离开核糖体时有氢键的断裂;细胞核内不存在核糖体,细胞核基质中不会发生图示的翻译过程。
能力2
3.B 每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸,所以tRNAyAla只能识别并转运丙氨酸;tRNAyAla为单链结构,tRNA链经折叠呈三叶草形,部分区域碱基配对存在氢键;由题干可知,发现四种天然的tRNA携带3H丙氨酸,所以与丙氨酸对应的密码子具有四种;tRNAyAla能携带3H丙氨酸,所以存在能与mRNA上的丙氨酸密码子配对的反密码子。
考点二 中心法则的提出及发展
必备知识·梳理
1.(1)克里克 (2)转录 RNA的复制 逆转录 (4)①载体
②表达产物 ③能量
2.4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 21种氨基酸 解旋酶、
DNA聚合酶 RNA聚合酶 A—T、T—A A—U、T—A
A—U、U—A
深挖教材
1.(1)√
(2)× HIV在宿主细胞中能进行逆转录过程。
(3)× DNA的复制和转录所遵循的碱基互补配对方式不完全相同,DNA复制过程中,存在A—T、T—A、G—C、C—G;转录过程中存在A—U、T—A、G—C、C—G。
(4)× 正常人体细胞中不会发生RNA复制和逆转录过程。
2.红霉素影响翻译过程,环丙沙星影响DNA复制过程,利福平影响转录过程,可见三种抗生素都是通过阻止遗传信息的传递和表达,来干扰细菌蛋白质的合成,进而抑制细菌生长的。
关键能力·提升
能力3
4.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;过程②和④都遵循碱基互补配对原则,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;抗生素类药物主要作用于细菌,不能抑制病毒的增殖;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。
5.D 根据题干信息“四环素具有与细菌核糖体结合能力强的特点”可知,四环素通过抑制蛋白质的合成起到抗菌效果;根据题图分析可知,图中涉及碱基A与U配对的过程为②③④⑤;细菌没有以核膜为界限的细胞核,所以细菌体内②和③过程可在同一区域同时发生;艾滋病病毒是逆转录病毒,不会发生④过程。
研练真题·感悟高考
考向一
1.A 编码链的一段序列为5′—ATG—3′,则模板链的一段序列为3′—TAC—5′,则mRNA碱基序列为5′—AUG—3′,该序列所对应的反密码子是5′—CAU—3′。
2.C 转录是以DNA的一条链为模板,按照碱基互补配对原则合成RNA的过程,由于起始密码子是AUG,故①链是转录的模板链,转录时子链延伸方向是5′→3′,可知模板链读取的方向是3′→5′,即左侧是3′端,右侧是5′端;在①链5~6号碱基间插入一个碱基G,将会导致终止密码子提前出现,故合成的肽链变短;若在①链1号碱基前插入一个碱基G,在起始密码子之前加了一个碱基,不影响起始密码子和终止密码子之间的序列,故合成的肽链不变;mRNA是翻译模板,但由于密码子具有简并性,故碱基序列不同的mRNA翻译得到的肽链也可能相同。
考向二
3.D DNA复制时,脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接成子链;复制时,解旋酶使得DNA双链从复制起点开始,以双向进行的方式解旋,并不是从5′端到3′端的单向解旋;转录时不需要解旋酶,RNA聚合酶即可完成解旋;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.A 结合题图可以看出,以+RNA为模板复制出的子代+RNA可以控制蛋白质的合成,因此+RNA复制出的子代RNA具有mRNA的功能;病毒蛋白基因是RNA,为单链结构,通过两次复制过程将基因传递给子代,而不是通过半保留复制传递给子代;过程①②是RNA复制,原料是4种核糖核苷酸,需要RNA聚合酶的催化,而过程③是翻译,原料是氨基酸,不需要RNA聚合酶的催化;病毒不具有细胞结构,没有核糖体,过程④在宿主细胞的核糖体中进行。(共76张PPT)
第31讲
基因的表达
[课标要求]
概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成,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。
基因指导蛋白质的合成
考点一
1.RNA的结构、种类和功能
A、U、C、G
细胞核
细胞质
氨基酸
密码子
核糖体
单链
[思考] RNA分子中会形成氢键吗
【提示】 会,如tRNA分子中,会形成部分双链区,该区域存在氢键。
2.遗传信息的转录
(1)概念:RNA是在细胞核中,通过 以DNA的一条链为模板合成的,这一过程叫作转录。
(2)场所:主要在 中,在细胞质中也能发生转录过程。
RNA聚合酶
细胞核
(3)过程。
RNA聚合酶
核糖核苷酸
RNA聚合酶
(4)产物:mRNA、tRNA、rRNA。
3.遗传信息的翻译
(1)概念: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。
mRNA
氨基酸
tRNA
(3)过程。
①图解。
②基本步骤。
mRNA
tRNA
mRNA
tRNA
终止
密码子
脱离
[思考] 与真核细胞的核基因转录、翻译过程相比,原核细胞的转录和翻译有何特点
【提示】 原核细胞的转录和翻译过程可同时进行。
4.密码子
(1)概念: 上3个相邻的碱基决定1个氨基酸,每3个这样的碱基叫作1个密码子。
(2)种类:密码子有 种,不同生物共用一套遗传密码。
①有 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 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 。
mRNA
64
2
3
硒代半胱氨酸
(3)密码子与氨基酸的对应关系。
通常一种密码子只能决定 氨基酸,一种tRNA只能转运一种氨基酸。一种氨基酸对应 密码子(密码子的简并),可由一种或几种tRNA转运。
一种
一种或几种
深挖教材
1.判断正误
(1)(必修2 P65图4-3)rRNA是核糖体的组成成分,在原核细胞中由核仁参与合成。( )
×
【提示】 原核细胞没有核仁。
(2)(必修2 P65图4-4)tRNA、mRNA、rRNA都是DNA分子转录的产物,转录的方向都是5′端→3′端。( )
√
【提示】 转录是以DNA的一条链为模板形成RNA的过程,所以细菌的一个基因转录时两条DNA链不可同时作为模板。
(3)(必修2 P65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。( )
×
(4)(必修2 P67表4-1)密码子是RNA上的3个相邻碱基,决定氨基酸的密码子最多有61种。( )
×
【提示】 密码子是mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基,在特殊情况下,
UGA(终止密码子)可以编码硒代半胱氨酸,因此决定氨基酸的密码子最多有62种。
(5)(必修2 P67图4-6)tRNA分子中的部分碱基两两配对形成氢键。( )
√
(6)(必修2 P68图4-7)翻译时mRNA在核糖体上每次移动3个碱基的位置。
( )
×
【提示】 核糖体在mRNA上每次移动3个碱基的位置。
(7)(必修2 P68图4-7)翻译时,核糖体的移动方向是5′端→3′端。( )
√
2.规范表达
(1)(必修2 P67表4-1)起始密码子AUG决定甲硫氨酸,为什么蛋白质的第一个氨基酸往往不是甲硫氨酸
。
翻译生成的多肽链往往需进行加工修饰,甲硫
氨酸在此过程中往往会被剪切掉
(2)(必修2 P67思考·讨论)密码子的简并有怎样的生物学意义
。
从增强密码子
容错性的角度看,当密码子中有一个碱基改变时,由于密码子的简并,可能并不会改变其对应的氨基酸;从密码子的使用频率来看,当某种氨基酸使用频率高时,几种不同的密码子都编码同一种氨基酸可以保证翻译的速度
(3)(必修2 P67思考·讨论)什么是密码子的统一性 密码子的统一性说明了什么
。
密码子的统一性是指地球上几乎所有的生物都共用一套密码子,这一
事实说明各种生物都有一定的亲缘关系或生命本质上是统一的
(4)(必修2 P69楷体字)如图表示某高等植物细胞的翻译过程。
①图中c所指的3条链最终的氨基酸序列是否相同 为什么
【提示】 3条链最终的氨基酸序列相同;因为这3条链的模板相同(均为a)。
②图中信息显示,一个mRNA分子上可结合多个核糖体,这有什么意义
【提示】 少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质。
遗传信息、密码子与反密码子之间的联系
能力1 围绕遗传信息的转录和翻译,考查理解能力
1.(2025·成都期中)大肠杆菌的RNA聚合酶功能强大,可以自主解开双链DNA,并进行RNA的合成。合成出的RNA一端,很快会结合核糖体合成多肽链。某同学绘制了一幅大肠杆菌转录和翻译的模式图。下列有关该图的叙述,正确的是( )
[A] RNA聚合酶沿模板链移动的方向应该是从5′端向3′端
[B] RNA聚合酶结合位置应该包含整个DNA的解链区
[C] 双链解开的DNA应该在RNA合成结束后恢复双螺旋
[D] 图中移动的3个核糖体上已合成的肽链长度应该相同
B
【解析】 RNA聚合酶沿模板链移动的方向应该是从3′端向5′端;RNA聚合酶结合位置应该包含整个DNA的解链区,不只包含DNA解链区的模板链;据题图可知,左侧的DNA已恢复双螺旋;题图中移动的3个核糖体上已合成的肽链长度不同。
2.(2024·安徽芜湖模拟)如图是真核细胞遗传信息表达中某过程的示意图。某氨基酸的部分密码子(5′端→3′端)是丝氨酸UCU;亮氨酸UUA、CUA;异亮氨酸AUC、AUU;精氨酸AGA。下列叙述正确的是( )
[A] 图中①为亮氨酸
[B] 图中结构②从右向左移动
[C] 该过程中没有氢键的形成和断裂
[D] 该过程可发生在线粒体基质和细胞核基质中
B
【解析】 已知密码子的方向为5′端→3′端,由题图可知,携带①的tRNA上的反密码子为UAA,与其互补配对的mRNA上的密码子为AUU,因此氨基酸①为异亮氨酸;翻译是从mRNA的5′端→3′端进行的,故结构②核糖体移动并读取密码子的方向为从右向左;互补配对的碱基之间通过氢键连接,题图过程中,tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子互补配对时有氢键的形成,
tRNA离开核糖体时有氢键的断裂;细胞核内不存在核糖体,细胞核基质中不会发生图示的翻译过程。
能力2 通过对遗传信息、密码子、反密码子的辨析,考查科学思维能力
3.(2024·重庆摸底)1981年,我国科学家在世界上第一次用人工方法合成具有生物活性的酵母丙氨酸转移核糖核酸(用tRNAyAla表示)。在兔网织红细胞裂解液体系中加入人工合成的tRNAyAla和3H-丙氨酸,不但发现人工合成的tRNAyAla能携带3H-丙氨酸,而且能将所携带的丙氨酸参与到蛋白质合成中去。此外还发现另外四种天然的tRNA携带3H-丙氨酸。下列相关叙述错误的是( )
[A] tRNAyAla只能识别并转运丙氨酸
[B] tRNAyAla为单链结构,不含氢键
[C] 与丙氨酸对应的密码子具有四种
[D] tRNAyAla存在能与mRNA上的丙氨酸密码子配对的反密码子
B
【解析】 每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸,所以tRNAyAla只能识别并转运丙氨酸;tRNAyAla为单链结构,tRNA链经折叠呈三叶草形,部分区域碱基配对存在氢键;由题干可知,发现四种天然的tRNA携带3H-丙氨酸,所以与丙氨酸对应的密码子具有四种;tRNAyAla能携带3H-丙氨酸,所以存在能与mRNA上的丙氨酸密码子配对的反密码子。
中心法则的提出及发展
考点二
1.中心法则
(1)提出者: 。
(2)补充后的内容图解。
克里克
①DNA的复制;② ;③翻译;④ ;⑤ 。
转录
RNA的复制
逆转录
(3)不同生物中心法则表达式。
①以DNA为遗传物质的生物遗传信息的传递(DNA病毒及细胞生物)。
②具有RNA复制功能的RNA病毒(如烟草花叶病毒)。
③具有逆转录功能的RNA病毒(如HIV)。
④高度分化的细胞遗传信息的传递。
(4)生命是物质、能量和信息的统一体。
①DNA、RNA是信息的 。
②蛋白质是信息的 。
③ATP为信息的流动提供 。
载体
表达产物
能量
2.DNA复制、转录、翻译的比较
项目 DNA复制 转录 翻译
场所 主要在细胞核 主要在细胞核 核糖体
模板 DNA的两条链 DNA的一条链 mRNA
原料
酶 缩合反应的酶
4种脱氧核苷酸
4种核糖核苷酸
21种氨基酸
解旋酶、DNA聚合酶
RNA聚合酶
能量 ATP提供
碱基互补配对 原则 G—C、C—G
产物 两个子代DNA RNA 多肽链
信息传递 DNA→DNA DNA→RNA mRNA→蛋白质
意义 前后代之间传递遗传信息 表达遗传 信息 表达遗传信息
A—T、T—A
A—U、T—A
A—U、U—A
深挖教材
1.判断正误
(1)(必修2 P69正文)少数生物(如一些RNA病毒)的遗传信息可以从RNA流向RNA以及从RNA流向DNA。( )
√
【提示】 HIV在宿主细胞中能进行逆转录过程。
(2)(必修2 P69正文拓展)HIV中能进行逆转录过程。( )
×
(3)(必修2 P69正文拓展)转录与DNA复制都遵循碱基互补配对原则,且配对方式相同。( )
×
【提示】 DNA的复制和转录所遵循的碱基互补配对方式不完全相同,DNA复制过程中,存在A—T、T—A、G—C、C—G;转录过程中存在A—U、T—A、G—C、C—G。
(4)(必修2 P69正文拓展)中心法则涉及的全部过程均可发生在正常人体细胞内。( )
×
【提示】 正常人体细胞中不会发生RNA复制和逆转录过程。
2.规范表达
(必修2 P69拓展应用)红霉素、环丙沙星、利福平等抗菌药物能够抑制细菌的生长,它们的抗菌机制如下表所示。请说明这些药物可用于治疗疾病的道理。
抗菌药物 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
【提示】 红霉素影响翻译过程,环丙沙星影响DNA复制过程,利福平影响转录过程,可见三种抗生素都是通过阻止遗传信息的传递和表达,来干扰细菌蛋白质的合成,进而抑制细菌生长的。
能力3 通过中心法则的过程分析,培养科学思维能力
4.(2024·湖北宜昌模拟)某新型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病毒在宿主细胞内的增殖
[D] 该病毒和HIV的增殖过程都需要RNA复制酶的作用
B
【解析】 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;过程②和④都遵循碱基互补配对原则,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;抗生素类药物主要作用于细菌,不能抑制病毒的增殖;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。
5.(2024·四川成都模拟)如图所示为遗传信息传递的中心法则。研究发现四环素具有与细菌核糖体结合能力强的特点。下列有关说法错误的是( )
[A] 四环素通过抑制蛋白质的合成起到抗菌效果
[B] 图中涉及碱基A与U配对的过程为②③④⑤
[C] 细菌体内②和③过程可在同一区域同时发生
[D] 艾滋病病毒侵染T细胞后能发生图中所有过程
D
【解析】 根据题干信息“四环素具有与细菌核糖体结合能力强的特点”可知,四环素通过抑制蛋白质的合成起到抗菌效果;根据题图分析可知,图中涉及碱基A与U配对的过程为②③④⑤;细菌没有以核膜为界限的细胞核,所以细菌体内②和③过程可在同一区域同时发生;艾滋病病毒是逆转录病毒,不会发生④过程。
考向一 从科学思维的角度,考查基因表达的过程
1.(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′
研练真题·感悟高考
A
【解析】 编码链的一段序列为5′—ATG—3′,则模板链的一段序列为
3′—TAC—5′,则mRNA碱基序列为5′—AUG—3′,该序列所对应的反密码子是5′—CAU—3′。
2.(2024·贵州卷,7)如图是某基因编码区部分碱基序列,在体内其指导合成肽链的氨基酸序列为甲硫氨酸—组氨酸—脯氨酸—赖氨酸……下列叙述正确的是( )
C
注:AUG(起始密码子):甲硫氨酸 CAU、CAC:组氨酸 CCU:脯氨酸 AAG:赖氨酸 UCC:丝氨酸 UAA(终止密码子)
[A] ①链是转录的模板链,其左侧是5′端,右侧是3′端
[B] 若在①链5～6号碱基间插入一个碱基G,合成的肽链变长
[C] 若在①链1号碱基前插入一个碱基G,合成的肽链不变
[D] 碱基序列不同的mRNA翻译得到的肽链不可能相同
【解析】 转录是以DNA的一条链为模板,按照碱基互补配对原则合成RNA的过程,由于起始密码子是AUG,故①链是转录的模板链,转录时子链延伸方向是5′→3′,可知模板链读取的方向是3′→5′,即左侧是3′端,右侧是5′端;在①链5～6号碱基间插入一个碱基G,将会导致终止密码子提前出现,故合成的肽链变短;若在①链1号碱基前插入一个碱基G,在起始密码子之前加了一个碱基,不影响起始密码子和终止密码子之间的序列,故合成的肽链不变;mRNA是翻译模板,但由于密码子具有简并性,故碱基序列不同的mRNA翻译得到的肽链也可能相同。
考向二 从科学思维的角度,考查中心法则有关过程的比较
3.(2024·河北卷,4)下列关于DNA复制和转录的叙述,正确的是( )
[A] DNA复制时,脱氧核苷酸通过氢键连接成子链
[B] 复制时,解旋酶使DNA双链由5′端向3′端解旋
[C] 复制和转录时,在能量的驱动下解旋酶将DNA双链解开
[D] 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
D
【解析】 DNA复制时,脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接成子链;复制时,解旋酶使得DNA双链从复制起点开始,以双向进行的方式解旋,并不是从5′端到3′端的单向解旋;转录时不需要解旋酶,RNA聚合酶即可完成解旋;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.(2021·浙江6月选考,19)某单链RNA病毒的遗传物质是正链RNA(+RNA)。该病毒感染宿主后,合成相应物质的过程如图所示,其中①～④代表相应的过程。下列叙述正确的是( )
[A] +RNA复制出的子代RNA具有mRNA的功能
[B] 病毒蛋白基因以半保留复制的方式传递给子代
[C] 过程①②③的进行需要RNA聚合酶的催化
[D] 过程④在该病毒的核糖体中进行
A
【解析】 结合题图可以看出,以+RNA为模板复制出的子代+RNA可以控制蛋白质的合成,因此+RNA复制出的子代RNA具有mRNA的功能;病毒蛋白基因是RNA,为单链结构,通过两次复制过程将基因传递给子代,而不是通过半保留复制传递给子代;过程①②是RNA复制,原料是4种核糖核苷酸,需要RNA聚合酶的催化,而过程③是翻译,原料是氨基酸,不需要RNA聚合酶的催化;病毒不具有细胞结构,没有核糖体,过程④在宿主细胞的核糖体中进行。
(时间:30分钟 满分:36分)
基础强化练
选择题:1～6题,每题2分。
1.(遗传信息的翻译|2025·内蒙古高考适应性考试)UUU和UUC为苯丙氨酸(Phe)密码子,
CCU、CCC、CCA和CCG为脯氨酸(Pro)密码子,AAA和AAG为赖氨酸(Lys)密码子。以下模板链中,能表达出Phe-Pro-Lys三肽的是( )
[A] 5′-CTT CGG GAA-3′
[B] 5′-AAG GGC TTC-3′
[C] 5′-ATC CCG AAG-3′
[D] 5′-CAA CGG GTT-3′
A
【解析】 模板链为5′-CTTCGGGAA-3′,根据碱基互补配对原则可知mRNA序列为3′-GAAGCCCUU-5′,翻译时核糖体沿着mRNA从5′端移向3′端,因此mRNA 5′-UUC CCG AAG-3′会翻译出的三肽序列为Phe-Pro-Lys。
2.(遗传信息的传递过程|2024·曲靖二模)如图表示真核生物遗传信息的相关传递过程,下列叙述正确的是( )
[A] 过程Ⅰ需在RNA聚合酶作用下以每一条母链为模板合成子链
[B] 过程Ⅱ中合成的RNA,其碱基组成和排列顺序与非模板链相同
[C] 酶2和酶3都可作用于磷酸二酯键,酶1可催化形成氢键
[D] 在有丝分裂前的间期,既发生过程Ⅰ,也发生过程Ⅱ
D
【解析】 过程Ⅰ为DNA复制过程,需在DNA聚合酶作用下以每一条母链为模板合成子链;过程Ⅱ中合成的RNA,其碱基组成和排列顺序与非模板链有差异,其差异表现在转录出的RNA中含有碱基U,而非模板链中含有的碱基是T;酶2为解旋酶,其作用部位是氢键,酶3为RNA聚合酶,其作用部位是磷酸二酯键,酶1是DNA聚合酶,其可催化形成磷酸二酯键;在有丝分裂前的间期,细胞中进行DNA复制和有关蛋白质的合成,即此时细胞中既发生过程Ⅰ(DNA复制),也发生过程Ⅱ(转录)。
3.(遗传信息的翻译|2023·全国乙卷,5)已知某种氨基酸(简称甲)是一种特殊氨基酸,迄今只在某些古菌(古细菌)中发现含有该氨基酸的蛋白质。研究发现这种情况出现的原因是,这些古菌含有特异的能够转运甲的tRNA(表示为tRNA甲)和酶E,酶E催化甲与tRNA甲结合生成携带了甲的tRNA甲(表示为甲-tRNA甲),进而将甲带入核糖体参与肽链合成。已知tRNA甲可以识别大肠杆菌mRNA中特定的密码子,从而在其核糖体上参与肽链的合成。若要在大肠杆菌中合成含有甲的肽链,则下列物质或细胞器中必须转入大肠杆菌细胞内的是( )
①ATP ②甲 ③RNA聚合酶 ④古菌的核糖体 ⑤酶E的基因 ⑥tRNA甲的基因
[A] ②⑤⑥ [B] ①②⑤
[C] ③④⑥ [D] ②④⑤
A
【解析】 根据题干信息“已知tRNA甲可以识别大肠杆菌mRNA中特定的密码子,从而在其核糖体上参与肽链的合成”,说明该肽链合成所需能量(ATP)、核糖体、RNA聚合酶均由大肠杆菌提供,①③④不是必须转入的;甲是一种特殊氨基酸,在大肠杆菌中不存在,所以要在大肠杆菌中合成含有甲的肽链,必须往大肠杆菌中转入②甲;古菌含有特异的能够转运甲的tRNA(表示为tRNA甲)和酶E,酶E催化甲与tRNA甲结合生成甲-tRNA甲,进而将甲带入核糖体参与肽链合成,所以大肠杆菌细胞内要含有tRNA甲的基因以便合成tRNA甲,也要含有酶E的基因以便合成酶E,催化甲与tRNA甲结合,因此还应向大肠杆菌细胞内转入⑤酶E的基因和⑥tRNA甲的基因。
4.(细胞分裂过程中的基因表达|2024·武汉模拟)细胞中的核糖体由大、小2个亚基组成。在真核细胞的核仁中,由核rDNA转录形成的rRNA与相关蛋白组装成核糖体亚基。下列说法正确的是( )
[A] 原核细胞无核仁,不能合成rRNA
[B] 真核细胞的核糖体蛋白在核糖体上合成
[C] rRNA上3个相邻的碱基构成一个密码子
[D] 细胞在有丝分裂各时期都进行核rDNA的转录
B
【解析】 原核细胞无核仁,有核糖体,核糖体由rRNA和蛋白质组成,因此原核细胞能合成rRNA;核糖体是蛋白质合成的场所,真核细胞的核糖体蛋白在核糖体上合成;密码子位于mRNA上;细胞在分裂间期进行转录,在有丝分裂某些时期染色质高度螺旋化变成染色体,核rDNA无法解旋,无法转录。
5.(遗传信息传递和表达的过程|2024·福州模拟)如图表示某生物遗传信息传递和表达的过程,相关叙述错误的是( )
[A] 酶1为解旋酶,酶2为RNA聚合酶
[B] 该图显示了提高翻译效率的方式
[C] 核糖体在mRNA上从a→b移动
[D] 决定氨基酸1的密码子是CCG
D
【解析】 题图中显示了DNA复制、转录和翻译过程,其中酶1为解旋酶,酶2为RNA聚合酶;题图显示边转录边翻译,提高了翻译的效率;核糖体在mRNA上从a→b移动,进而合成了多肽链;密码子是mRNA上的三个相邻的碱基组成的,能决定一个氨基酸,结合图示tRNA 3′端位置可以看出题图中mRNA右侧为5′端,则决定氨基酸1的密码子是GCC。
6.(中心法则及其发展|2025·德州期中)乙肝病毒(HBV)的基因组是一个有部分单链区的环状双链DNA,HBV侵入人体后其基因组DNA复制过程如图所示,过程①得到的共价闭合环状DNA(cccDNA)能在细胞核内存在数月至数年。下列说法错误的是( )
[A] HBV的环状DNA中每个脱氧核糖连接着一个或两个磷酸
[B] 过程③为逆转录过程,与过程①、④所需的原料不同
[C] 乙肝患者治愈之后再次复发可能与体内残留的cccDNA有关
[D] 用32P标记的HBV侵染未标记的肝细胞,子代HBV均不含32P
B
【解析】 由题图可知,HBV环状DNA的两条链都不是闭合的,每条链的3′端的脱氧核糖连接着一个磷酸,其他的脱氧核糖连接着两个磷酸;过程③是由RNA合成DNA的过程,为逆转录,需要的原料是脱氧核苷酸,过程①、④是DNA复制过程,需要的原料也是脱氧核苷酸,所以过程③与过程①、④所需的原料相同;因为cccDNA能在细胞核内存在数月至数年,所以乙肝患者治愈之后再次复发可能与体内残留的cccDNA有关;用32P标记的HBV侵染未标记的肝细胞,在合成子代HBV时,原料来自肝细胞,所以子代HBV均不含32P。
选择题:7～9题,每题4分。
7.(新情境·核糖体蛋白|2024·福州三模)大肠杆菌核糖体蛋白与rRNA分子亲和力较强,二者组装成核糖体。当细胞中缺乏足够的rRNA分子时,核糖体蛋白可通过结合到自身mRNA分子上的核糖体结合位点而产生翻译抑制。下列叙述错误的是( )
[A] 一个核糖体蛋白的mRNA分子上可相继结合多个核糖体,同时合成多条肽链
[B] 细胞中有足够的rRNA分子时,核糖体蛋白通常不会结合自身mRNA分子
[C] 核糖体蛋白对自身mRNA翻译的抑制维持了rRNA和核糖体蛋白数量上的平衡
[D] 编码该核糖体蛋白的基因转录完成后,mRNA才能与核糖体结合进行翻译
能力提升练
D
【解析】 一个核糖体蛋白的mRNA分子上可以相继结合多个核糖体,同时合成多条肽链,以提高翻译效率;细胞中有足够的rRNA分子时,核糖体蛋白通常不会结合自身mRNA分子,其与rRNA分子结合,二者组装成核糖体;当细胞中缺乏足够的rRNA分子时,核糖体蛋白能结合到自身mRNA分子上,导致蛋白质合成停止,核糖体蛋白对自身mRNA翻译的抑制维持了rRNA和核糖体蛋白数量上的平衡;大肠杆菌为原核生物,没有核膜,转录形成的mRNA在转录未结束时和核糖体结合,开始翻译过程。
8.(新情境·核糖开关|2024·黄冈模拟)核糖开关是一段具有复杂结构的RNA序列,能感受环境因素的变化而改变自身的结构和功能,从而调控基因的表达。在枯草杆菌中,有些基因的mRNA上具有SAM感受型核糖开关,其调节机制如图所示。据图分析,下列叙述正确的是( )
注:RBS为mRNA上的核糖体结合位点。
[A] SAM可以抑制相关基因的翻译来调节代谢过程
[B] RBS的下游区域中存在启动子,是翻译的起始位置
[C] 环境因素的变化可改变某些基因自身的结构和功能,进而影响该基因的表达
[D] 由于核糖开关分子内部存在碱基互补配对的区域,导致基因不能表达
A
【解析】 SAM是mRNA上的感受型核糖开关,RBS是核糖体结合的位点,与翻译过程有关,故SAM可以抑制相关基因的翻译来调节代谢过程;启动子是基因中RNA聚合酶识别并结合的区域,而RBS为mRNA上的核糖体结合位点,不存在启动子,启动子位于基因的上游;由题干信息可知,环境因素变化不是改变基因的结构和功能,而是改变核糖开关的结构和功能,进而影响基因的翻译过程;由题图可知,核糖开关开启时,其内部存在双链区域,故核糖开关分子内部存在的碱基互补配对区域,不影响基因的表达。
9.(基因表达的调控|2024·南平月考)当细胞缺乏氨基酸时,未能与氨基酸结合的空载RNA可与核糖体结合,引发核糖体上的RclA利用GDP和ATP合成ppGpp,ppGpp可作为信号分子抑制基因的表达,过程如图所示。下列分析正确的是( )
[A] 空载RNA是tRNA,tRNA在翻译过程作为原料
[B] RclA介导ppGpp合成的反应属于放能反应
[C] ppGpp促进rRNA基因的表达有利于弥补氨基酸缺乏
[D] ppGpp可从翻译水平抑制基因的表达,避免能量浪费
D
【解析】 翻译的模板是mRNA,能识别并结合氨基酸的RNA是tRNA,故缺乏氨基酸导致空载的RNA属于tRNA,但不是原料;分析题图可知RclA介导ppGpp合成消耗ATP,因此RclA介导ppGpp合成的反应属于吸能反应;空载的RNA与核糖体结合,引发核糖体上的RclA利用GDP和ATP合成ppGpp增加,ppGpp抑制多肽链的形成,因此有利于弥补氨基酸缺乏;由以上分析可知,
ppGpp可抑制多肽链的形成,因此ppGpp可从翻译水平抑制基因的表达,避免能量浪费。
10.(12分)(线粒体内蛋白质合成|2024·平顶山模拟)如图为线粒体结构及线粒体内蛋白质合成的相关过程。请回答下列问题。
(1)线粒体DNA与细胞核DNA的主要区别有
(至少答出一点)。A、B是线粒体DNA上相邻的两个基因,测量发现这两个基因在线粒体DNA上的碱基序列总长度小于这两个基因的碱基序列长度之和,试分析其可能的原因:
。
线粒体DNA不与蛋白质结合形
成染色体、线粒体DNA为环状分子
A、B基因共用一部分碱基序列
【解析】 (1)线粒体DNA是环状DNA分子,且不与蛋白质结合形成染色体,细胞核中的DNA分子是链状,且与蛋白质结合形成染色体;基因通常是具有遗传效应的DNA片段,但A、B两个基因在线粒体DNA上的碱基序列总长度却小于这两个基因的碱基序列长度之和,说明A、B基因共用一部分碱基序列。
(2)图中①③过程需要的酶是 。从②④过程分析,少量mRNA分子可以迅速合成出大量蛋白质的原因是
。
RNA聚合酶
一个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
【解析】 (2)题图①和③都表示转录过程,①为核DNA的转录过程,③为线粒体DNA的转录过程,需要的酶是RNA聚合酶;②和④都表示翻译过程,一个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。
(3)研究线粒体基因与细胞核基因表达过程时发现,即使由线粒体DNA转录而来的mRNA和细胞核DNA转录而来的mRNA碱基序列相同,二者经翻译产生的肽链中相应氨基酸的序列却常有不同,从遗传信息的传递过程分析,其可能的原因是 。(答出一点即可)
翻译的起始点不完全相同(或两种mRNA的剪切、加工过程不同)
【解析】 (3)mRNA的序列虽然相同,但由于翻译的起始点可能不同,或两种mRNA的剪切、加工过程不同,会导致合成的蛋白质不同。
(4)人类神经性肌肉衰弱症是一种由线粒体基因控制的遗传病,某男性为该病患者,则其下列亲属中一定为该病患者的是 (多选)。
A.父亲 B.母亲 C.儿子 D.哥哥
BD
【解析】 (4)线粒体基因控制的遗传病由母亲传给子代,故该男患者的母亲一定是患者,他哥哥也是患者。
