2011高考生物一轮复习知识搜索与探究归纳：7—2 基因的结构和表达

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2011高考生物一轮复习知识搜索与探究归纳
7—2　基因的结构和表达
自助式复习板块
知识搜索
一、基因的概念?
基因是决定______的基本单位，是有遗传效应的______片段。基因在______上呈直线排列。基因中四种______的不同的排列顺序（碱基顺序）代表了不同的______。??
答案：生物性状　DNA　染色体　脱氧核苷酸　遗传信息?
二、基因的结构?
1.原核细胞的基因结构
结构 功能
编码区 能够转录为相应的______，进而指导______的合成，即能够编码______
非编码区 不能编码______，但具有调控______表达的核苷酸序列。最重要的是编码区上游有与______结合位点
答案：mRNA　蛋白质　蛋白质　蛋白质　遗传信息　RNA聚合酶 ?
2.真核细胞的基因结构
结构 功能 特点
编码区 能够编码蛋白质序列的叫做______。一般不能够编码蛋白质序列的叫做______ 编码区是______、______；不同基因所含的______和______的数目是不同的；编码区外显子的碱基对占的比例较______
非编码区 与原核细胞的基因结构相似
答案：外显子　内含子　间隔的　不连续的　外显子　内含子　小?
三、人类基因组研究?
1.人类基因组概念：人类基因组是指人体DNA分子所携带的全部______。?
答案：遗传信息　?
2.人类基因组组成：人的单倍体基因组由______条双链DNA分子组成（包括1～22号染色体DNA与______染色体DNA），上边有______亿个碱基对，估计有______万个基因。?
答案：24　X、Y　30　3万～3.5?
3.人类基因组计划：分析测定人类基因组的______，其主要内容包括绘制人类基因组的四张图，即______、______、______和转录图。
答案：核苷酸序列　遗传图　物理图　序列图?
4.意义：诊断、治疗各种______；进一步了解基因表达的______、细胞生长、分化和个体发育的机制，以及生物的______。??
答案：遗传病　调控机制　进化?
四、基因的表达?
1.核酸种类?
（1）结构：RNA与DNA的比较
项目核酸 结构 基本单位 碱基 五碳糖
DNA _____ _____ _____ 脱氧核酸
RNA 通常单链 核糖核苷酸 A、G、C、U 核糖
答案：（1）双链　脱氧核糖核苷酸　A、G、C、T　（2）遗传信息　核糖体　蛋白质　信使RNA　3　密码子　64　61?
2.基因控制蛋白质的合成?
（1）转录：在______中以DNA的______为模板，按照碱基互补配对原则合成______的过程。通过转录，DNA分子上的遗传信息传递到______上。?
（2）翻译：在细胞质的______上，以______为模板，以______为运载工具，按照______，合成具有一定______顺序的有一定功能的蛋白质。?
答案：（1）细胞核　一条链　蛋白质　信使RNA　（2）核糖体　信使RNA　转移RNA　碱基互补配对原则　氨基酸?
3.基因对性状的控制?
（1）通过控制______的结构来控制代谢过程，从而控制生物的性状。?
（2）通过控制______的分子结构来直接影响性状。 ?
答案：(1)酶　(2)蛋白质?
4.中心法则?
遗传信息的传递过程：遗传信息可以由DNA传向DNA，这是______，也可以由DNA传向RNA，叫______，由RNA控制合成蛋白质叫______。还发现在某些病毒中，RNA也可以自我复制，RNA也可以在______的作用下合成DNA，这叫______。?
用箭头表示遗传信息的传递过程，图示如下：?
答案：DNA复制　转录　翻译　逆转录酶　逆转录
探究归纳
要点1　染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸之间的关系
【例1】某生物体的体细胞中，有10对同源染色体。生殖细胞里的DNA总计约有7×109个脱氧核苷酸对。假设每个基因中平均含有脱氧核苷酸1.4×104个。
（1）该生物的生殖细胞中，平均每条染色体上最多含有的基因数目是______。
（2）该生物的体细胞中，全部DNA共有的碱基或脱氧核糖的数目是______。
解析：（1）体细胞中有10对同源染色体（20条染色体），是生殖细胞中的2倍，即生殖细胞中有10条染色体（内有10个DNA分子），则每条染色体上含有7×109×2÷10=1.4×109个脱氧核苷酸，所以每条染色体上含有的基因数目是1.4×109÷（1.4×104）=105个。?
（2）因为该生物体细胞中的DNA分子数是生殖细胞中的2倍，所以体细胞中含脱氧核苷酸数目为7×109×2×2=2.8×1010个，而每个脱氧核苷酸中含有1个碱基、1个磷酸和1个脱氧核糖。即该生物的体细胞中，全部DNA共有的碱基或脱氧核糖的数目是2.8×1010个。
答案：（1）105个　（2）2.8×1010个
归纳迁移
　　染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸之间的关系可用图7-2-1表示：
图7-2-1
要点2　原核细胞和真核细胞基因结构的比较
【例2】在一个真核细胞基因的编码区中，有两个外显子和一个内含子，测得一个外显子有126个碱基，另一个外显子有180个碱基，内含子有36个碱基，那么这个编码区的碱基编码序列最多能编码的蛋白质的氨基酸个数是(　　)
A.114个
B.57个
C.171个
D.51个
解析：真核细胞基因的编码区与原核细胞基因的编码区不同，它是间隔的、不连续的，其中外显子能够编码蛋白质的序列，内含子一般不能编码蛋白质的序列，因此在计算蛋白质的氨基酸个数时，只考虑外显子的碱基。根据题意可知，两个外显子包含206个碱基，最多可编码的蛋白质的氨基酸数为306÷6＝51个。
答案：D
归纳迁移
　　原核细胞基因结构和真核细胞基因结构既有相同点，又有不同点。理解时不仅要从结构示意图上比较，而且还要能够列表比较两者的不同特点。?
图7-2-2　原核细胞的基因结构示意图
图7-2-3　真核细胞的基因结构示意图
比较 核细胞的基因 真核细胞的基因
不同点 结构较简单，编码区是连续的，无外显子和内含子之分 结构较复杂，编码区是间隔的、不连续的，常含有若干个外显子和内含子
相同点 都由编码区和非编码区构成，在非编码区都有调控遗传信息表达的核苷酸序列，在编码区上游都有与RNA聚合酶结合的位点
注意：在真核生物中，DNA、mRNA的碱基数及蛋白质的氨基酸数之间是6∶3∶1的数量关系，DNA片段的碱基数其实是该基因片段中外显子所含碱基数目。
要点3　人类基因组计划
【例3】 （经典回放）“人类基因组计划”中的基因测序工作是指测定(　　)
A.DNA的碱基对排列顺序
B.mRNA的碱基排列顺序
C.蛋白质的氨基酸排列顺序
D.DNA的基因排列顺序
解析：人类基因组是指人体DNA分子所携带的全部遗传信息。人类基因组计划就是分析测定人类基因组的核苷酸序列，核苷酸在组成上大致相同，不同之处在于碱基不同，因此测定人类基因组的核苷酸序列实质上是测定碱基的序列。
答案：A
归纳迁移
　　目前有关国家正在联合实施一项“人类基因组计划”。?
这项计划的目标是绘制四张图,每张图均涉及人类一个染色体组的常染色体和性染色体。具体情况如下：两张图的染色体上都标明人类全部的大约3万～3.5万个基因的位置(其中一张图用遗传单位表示基因间的距离,即遗传图。另一张图用核苷酸数目表示基因间的距离，即物理图)；一张图显示染色体上全部DNA约30亿个碱基对的排列顺序，即序列图；还有一张是基因转录图。人类基因组计划所提供的四张“图”，组成了不同层次的、最终为分子水平的人类“解剖图”，它揭开了决定人类生、老、病、死的所有遗传信息——基因组之谜，将成为人类认识自我的用之不竭的知识源泉。?
参加这项计划的有美、英、日、法、德和中国的科学家。参加这项计划的英国科学家不久前宣布,已在人类第22号染色体上定位679个基因,其中55%是新发现的。这些基因主要与人类的先天性心脏病、免疫功能低下和多种恶性肿瘤等有关。此外还发现第22号染色体上约有160个基因与鼠的基因具有相似的碱基顺序。参加这项计划的中国科学家宣布,在完成基因组计划之后,将重点转向研究中国人的基因,特别是与疾病相关的基因；同时还将应用人类基因组大规模测定碱基顺序的技术,测定出猪、牛等哺乳动物基因组的全部碱基顺序。 ?
“人类基因组计划”需要测定人类的24条染色体（22条常染色体和X、Y两条性染色体）的基因和碱基顺序。?
完成“人类基因组计划”有极其重要的意义：有利于疾病的诊断和治疗；有利于研究生物进化；有利于培育优良的高等动植物品种；有利于研究基因表达的调控机制。
要点4　DNA与RNA的比较
【例4】 （经典回放）在DNA中含有而在RNA中没有的物质是 (　　)
A.脱氧核糖、胸腺嘧啶
B.脱氧核糖、尿嘧啶
C.磷酸、胞嘧啶
D.磷酸、腺嘌呤
解析：本题考查的是DNA与RNA在化学组成成分上的区别。组成DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸，每一分子的脱氧核苷酸中含有一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子的含氮碱基。其中含氮碱基有A（腺嘌呤）、G（鸟嘌呤）、C（胞嘧啶）、T（胸腺嘧啶）。组成RNA分子的基本单位是核糖核苷酸，每一分子的核糖核苷酸中含有一分子磷酸、一分子核糖和一分子的含氮碱基。其中含氮碱基有A（腺嘌呤）、G（鸟嘌呤）、C（胞嘧啶）和U（尿嘧啶）。
答案：A
归纳迁移
核酸种类项目 DNA RNA
化学组成 基本单位 脱氧核苷酸（4种） 核糖核苷酸（4种）
五碳糖 脱氧核糖（C5H10O4） 核糖（C5H10O5）
碱基 A、G、C、T A、G、C、U
无机酸 磷　酸 磷　酸
结构 双链 单链 分类
通常只有一种类型 分mRNA、tRNA、rRNA三类 存在场所 主要存在细胞核中，少量在线粒体和叶绿体中
主要存在细胞质中，少量在细胞核中 功能 传递和表达遗传信息 在不存在DNA的生物里是遗传物质，在存在DNA的生物里有辅助DNA完成其功能的作用
结构 双链 单链 分类
要点5　基因控制蛋白质的合成
【例5】 （经典回放）（多选）科学家将含人的α-抗胰蛋白酶基因的DNA片段注射到羊的受精卵中，该受精卵发育成的羊能分泌含α-抗胰蛋白酶的奶。这一过程涉及
(　　)
A.DNA按照碱基互补配对原则自我复制
B.DNA以其一条链为模板合成RNA
C.RNA以自身为模板自我复制
D.按照RNA密码子的排列顺序合成蛋白质
解析：本题考查了基因控制蛋白质合成过程中所涉及到的复制、转录和翻译等步骤。受精卵发育成羊，需要经过有丝分裂过程，其中就涉及DNA按照碱基互补配对原则自我复制的过程。羊分泌含α-抗胰蛋白酶的奶，这涉及蛋白质的合成过程，需要经过转录和翻译。而RNA以自身为模板自我复制的过程，是遗传物质为RNA的病毒所具有的。
答案：ABD
归纳迁移
复制 转录 翻译
时间 有丝分裂间期和减数第一次分裂间期 生长发育的连续过程中
场所 主要在细胞核，少部分在线粒体和叶绿体 细胞核 核糖体
原料 4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 20种氨基酸
模板 DNA的两条链 DNA中的一条链 mRNA
条件 特定的酶和ATP等
过程 DNA解旋，以两条链为模板，按碱基互补配对原则，合成两条子链，子链与对应链螺旋化 DNA解旋，以其一条链为模板，按碱基互补配对原则，形成mRNA单链，进入细胞质与核糖体结合 以mRNA为模板，合成有一定氨基酸序列的蛋白质
模板去向 分别进入两个子代DNA分子中 恢复原样，与非模板链重新组成双螺旋结构 分解成单个核苷酸
特点 边解旋边复制，半保留复制 边解旋边转录，DNA双链全保留 一个mRNA上可连续结合多个核糖体，顺次合成多肽链
产物 两个双链DNA分子 mRNA等 蛋白质 （多肽链）
意义 复制遗传信息，使遗传信息从亲代传给子代 表达遗传信息，使生物体表现出各种遗传性状
要点6　有关中心法则及与其相联系问题的计算
【例6】 新课标渗透
（经典回放）由n个碱基组成的基因，控制合成由1条多肽链组成的蛋白质，氨基酸的平均分子量为a，则该蛋白质的分子量最大为（　　）
A.na/6
B.na/3-18(n/3-1)
C.na-18(n-1)
D.na/6-18(n/6-1)
解析：根据中心法则，蛋白质合成过程：首先以DNA分子的1条链为模板，转录形成mRNA，mRNA中3个碱基决定1个氨基酸，所以三者之间的数量关系为：DNA分子中碱基数∶mRNA碱基数∶氨基酸个数=6∶3∶1。已知该基因中有n个碱基，则对应到氨基酸为n/6，氨基酸经脱水缩合形成蛋白质，形成蛋白质的过程中，脱去的水分子数为氨基酸总数-1；水的相对分子质量为18，形成该蛋白质脱去的水分子量为18(n/6-1)，又知氨基酸的平均分子量为a，所以该蛋白质的分子量最大为na/6-18(n/6-1)。
答案：D
归纳迁移
　　1.中心法则实际上是对DNA的两个基本功能的概括（即传递遗传信息和表达遗传信息）。后来，某些病毒的逆转录过程及RNA的自我复制的发现，又补充和发展了中心法则。?
上述中心法则图解中包括五个方面的含义，而且都表现出碱基互补配对原则。①DNA的复制；②遗传信息从DNA传递给信使RNA的转录；③在逆转录酶的作用下，以RNA为模板合成DNA的逆转录；④以信使RNA为模板合成蛋白质的翻译；⑤以RNA为模板复制RNA（如某些只有RNA的病毒）。
2.如何解决与中心法则相联系的计算，需要理解以下问题。?
（1）氨基酸是构成蛋白质的基本单位，在氨基酸分子缩合形成蛋白质的过程中，要会运用数学方法及化学反应式计算：?
m个氨基酸若形成n条肽链，则脱去m-n个水分子，形成m-n个肽键。?
氨基酸的平均相对分子质量×氨基酸的数目=蛋白质的平均相对分子质量+（氨基酸的数目-蛋白质中肽链的条数）×水的相对分子质量18。?
（2）蛋白质的合成受基因控制，是通过转录和翻译来进行的。基因是双链，而其中只有一条链能转录形成信使RNA，所以基因中碱基数目与信使RNA上的碱基数目的比为2∶1。又因为信使RNA上三个相邻的碱基决定一个氨基酸，因此蛋白质中氨基酸的数目与信使RNA上的碱基数目的比为1∶3。这样，蛋白质中的氨基酸的数目与基因中碱基数目的比则为1∶6。在合成蛋白质时，需要转移RNA作为运载氨基酸的工具，每个转移RNA每次只能运载一个特定的氨基酸，因此一个蛋白质中有多少个氨基酸，就有多少个转移RNA参与了转运。综上所述，可将相关的知识总结成以下关系式：?
蛋白质中氨基酸的数目∶信使RNA上碱基数目∶DNA（基因）上的碱基数目=1∶3∶6。?
蛋白质中氨基酸的数目=信使RNA上的遗传密码（密码子）的数目=转移RNA上反密码子的数目。
要点7　基因的选择性表达
【例7】2005全国高考理综Ⅱ 人体神经细胞与肝细胞的形态结构和功能不同，其根本原因是这两种细胞的(　　)
A.DNA碱基排列顺序不同
B.核糖体不同
C.转运RNA不同
D.信使RNA不同
解析：人体神经细胞和肝细胞都是由受精卵细胞分化而来的，因此这种细胞中的遗传物质或基因及核糖体是相同的，但在人体不同部位的细胞表现出的性状不同，主要原因是DNA分子上的基因选择性表达的结果，即在两类细胞中，虽含有相同基因，但不同的细胞表达不同的基因，因而通过转录形成的信使RNA也不同。
答案：D
归纳迁移
　　1.遗传信息的传递与表达是DNA分子的基本功能，它们分别与生物的生殖和发育有关?
遗传信息的传递发生在传种接代过程中，通过复制实现遗传信息由亲代到子代的传递。遗传信息的表达发生在生物个体发育过程中，是通过转录和翻译控制蛋白质合成的过程，通过遗传信息的表达控制个体发育过程。
2.基因表达与个体发育间的关系?
（1）个体发育是从受精卵的有丝分裂开始到性成熟个体形成的过程，在这一过程中，生物个体的各种性状（或表现型）得以逐渐表现。个体发育过程是受遗传物质控制的，发育过程是细胞内基因表达的结果。?
（2）个体发育过程中产生的众多体细胞均来自同一受精卵的有丝分裂，因而含有相同的遗传物质或基因，但生物体不同部位细胞表现出的性状不同，而且不同性状是在个体发育的不同时期表现的，这是因为：
①虽然不同的细胞含有相同的基因，但不同的细胞表达不同的基因，即基因存在选择性表达。如胰岛细胞能表达胰岛素基因，但不表达血红蛋白基因。②细胞内基因顺序表达的结果。
要点8　基因对性状的控制
【例8】2005江苏模拟 红色面包霉是一种真菌，能通过一系列酶将原料合成它所需要的氨基酸，图7-2-4是该过程的图解。请问以下叙述正确的是(　　)
图7-2-4
A.若基因A被破坏，则向培养基中加入鸟氨酸，面包霉仍能存活
B.若基因B被破坏，则向培养基中加入鸟氨酸，面包霉仍能存活
C.若基因B不存在，则瓜氨酸仍可由鸟氨酸合成
D.基因C不能控制酶C的合成
解析：生物的性状是受基因控制的，但是基因对性状的控制往往要经过一系列的代谢过程，而代谢过程中的每一步化学反应都需要酶来催化。本题中三种酶分别受三个不同基因的控制，三种酶又分别催化三步化学反应。任何一种基因被破坏，都将导致相关的酶不能合成，进而影响相关氨基酸的生成。
答案：A
归纳迁移
　　基因对性状的控制可归纳为：?
图7-2-5
汗老师讲方法
1.理解基因表达过程中遗传信息的传递情况?
图7-2-6
2.遗传信息、遗传密码、密码子和反密码子的区别?
遗传信息：是指基因中的脱氧核苷酸排列顺序或碱基的排列序列，位置在DNA分子上。一般认为遗传信息在有遗传效应的一段DNA分子的一条链上，称为信息链。信息链是指与模板链互补的这条链，模板链上的碱基序列不代表遗传信息。?
遗传密码：以DNA模板转录成的mRNA上的碱基排列顺序称为遗传密码。经过转录后，遗传信息就转化成遗传密码。遗传密码的位置在mRNA。?
密码子：mRNA上相邻的3个碱基决定一个氨基酸，这3个相邻的碱基称为密码子。遗传密码现已查明，共有64个密码子，其中有61个有效密码子，代表着20种氨基酸。每种氨基酸的密码子数目差别很大，有些氨基酸有几种密码子，如亮氨酸一共有6个密码子(UUA、UUG、CUU、CUG、CUA、CUC)，而甲硫氨酸只有一个密码子（AUG）。在地球上，除极少数的生物（如某些原核生物有小部分不同）外，遗传密码是通用的，这说明地球上的所有生物都是由共同的祖先进化而来的。?
反密码子：每个tRNA分子一端大环上有与mRNA上的密码子配对的3个相邻的碱基。　　
遗传信息与遗传“密码子”的区别：?
（1）存在的位置不同。遗传信息是基因中的脱氧核苷酸的排列顺序，密码子是信使RNA上核苷酸的排列顺序；?
（2）作用不同。遗传信息决定着氨基酸的排列顺序，仅是间接作用，而密码子则是直接控制蛋白质的氨基酸的排列顺序。?
氨基酸、密码子和反密码子三者之间存在如下关系：同一种氨基酸由一种或几种密码子决定，亦可由一种或几种转移RNA搬运；而一种密码子只决定一种氨基酸，一种转移RNA只能搬运一种氨基酸。

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