基因的表達【知識專講精研】 高考生物一輪復習 （新高考專用）

第18講

基因的表達第六單元基因的本質(zhì)和表達課標要求1.概述DNA上的遺傳信息通過RNA指導蛋白質(zhì)的合成，細胞分化的本質(zhì)是基因選擇性表達的結(jié)果，生物的性狀主要通過蛋白質(zhì)表現(xiàn)2.概述某些基因中堿基序列不變但表型改變的表觀遺傳現(xiàn)象

新舊內(nèi)容比較內(nèi)容要求1.概述DNA分子上的遺傳信息通過RNA指導蛋白質(zhì)的合成2.概述基因與性狀的關系與舊教材對比增:

①mRNA和tRNA的3′端和5′端；②基因的選擇性表達與細胞分化；③表觀遺傳。改:①密碼子表；②密碼子的破譯由選學變?yōu)椤翱茖W史話”。刪:細胞質(zhì)基因?？键c一

基因指導蛋白質(zhì)的合成一.RNA的結(jié)構(gòu)與功能核糖核苷酸蛋白質(zhì)密碼子核糖體遺傳物質(zhì)元素組成:C、H、O、N、PDNA與RNA在化學組成的異同二.遺傳信息的轉(zhuǎn)錄1.概念:在細胞核中，通過RNA聚合酶以______________為模板，按堿基互補配對原則合成RNA的過程。DNA的一條鏈2.場所:主要是

，在

、

中也能發(fā)生轉(zhuǎn)錄過程。細胞核葉綠體線粒體DNA的一條鏈4種核糖核苷酸3.4.產(chǎn)物:信使RNA、核糖體RNA、轉(zhuǎn)運RNARNA聚合酶【注意】真核生物的DNA轉(zhuǎn)錄形成的mRNA需要在細胞核加工處理成為成熟的mRNA后才能作為翻譯的模板。第1步:DNA雙螺旋鏈解開，堿基暴露出來。5.過程第2步:游離的核糖核苷酸與DNA模板鏈上的堿基互補配對，在RNA聚合酶的作用下開始mRNA的合成。(解旋)(配對)5.過程第3步:新結(jié)合的核糖核苷酸連接到正在合成的mRNA分子上。第4步:合成的mRNA從DNA鏈上釋放。而后，DNA雙螺旋恢復。連接釋放總結(jié):①解旋→②配對→③連接→④釋放5.過程5.過程游離的核糖核苷酸RNAmRNA【拓展】有義鏈和反義鏈有義鏈或編碼鏈:反義鏈或模板鏈:基因中具有轉(zhuǎn)錄功能的鏈,

即與有義鏈互補的鏈。基因中無轉(zhuǎn)錄功能的鏈,與轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA堿基序列相同的那條鏈(除用T代替U外)。ATTCAGCACTTAAGTCGTGA3′5′5′3′AUUCAGCACU3′5′轉(zhuǎn)錄有義鏈或編碼鏈反義鏈或模板鏈mRNA【拓展】有義鏈和反義鏈有義鏈或編碼鏈:反義鏈或模板鏈:基因中具有轉(zhuǎn)錄功能的鏈,

即與有義鏈互補的鏈。基因中無轉(zhuǎn)錄功能的鏈,與轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA堿基序列相同的那條鏈(除用T代替U外)。在一個含有若干基因的DNA分子中,各個基因的有義鏈,并不一定都在同條鏈上,也就是說,DNA雙鏈中的一條鏈對某些基因來說是有義鏈,而對另一些基因來說則是反義鏈(如下圖)?！咀⒁狻哭D(zhuǎn)錄是以基因為單位進行，在同一個細胞內(nèi)的不同基因可以選擇性轉(zhuǎn)錄。三.遺傳信息的翻譯1.概念:游離在細胞質(zhì)中的各種氨基酸，以

為模板合成

的過程。2.場所或裝配機器:mRNA具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)核糖體唯一場所5.產(chǎn)物:3.翻譯所需基本條件:模板原料能量酶搬運工具_________________氨基酸t(yī)RNAmRNAATP多種酶將________中的堿基序列翻譯為_______的氨基酸序列。4.實質(zhì):mRNA蛋白質(zhì)6.堿基與氨基酸之間的對應關系密碼子①密碼子定義:mRNA上3個相鄰的堿基決定1個氨基酸，每3個這樣的堿基叫做1個密碼子。②密碼子的種類:64(43)種3種終止密碼61種編碼20種氨基酸UAAUAGUGA→在特殊情況下可編碼第21種氨基酸:硒代半胱氨酸

AUG編碼甲硫氨酸同時作為起始密碼GUG編碼纈氨酸，在原核生物中作為起始密碼時編碼甲硫氨酸色氨酸和硒代半胱氨酸只有1個密碼子。【注意】一般情況下，一種密碼子只決定

氨基酸，但一種氨基酸可以由___________不同的密碼子決定。

一種或幾種一種【注意】有62種決定氨基酸的密碼子起始密碼真核生物:AUG(編碼甲硫氨酸)原核生物:AUG(編碼甲硫氨酸)GUG(編碼甲硫氨酸)

21種氨基酸的密碼子表

纈氨酸纈氨酸、甲硫氨酸（起始）a.簡并性含義:絕大多數(shù)氨基酸都有幾個密碼子，這一現(xiàn)象稱為密碼子的簡并性。③密碼子的特點:【思考】你認為密碼子簡并性對生物體生存發(fā)展有何意義？①當密碼子中有一個堿基改變時，由于密碼子簡并性，可能并不會改變其對應的氨基酸。增強密碼子的容錯性②當某種氨基酸使用頻率高時，幾種不同的密碼子都編碼同一種氨基酸可以保證翻譯的速度。b.通用性③密碼子的特點:幾乎一切生物共用一套遺傳密碼含義:【思考】地球上幾乎所有的生物共用一套密碼子表，依據(jù)這一事實，說明了

。說明地球上生物有共同起源7.tRNA——“搬運工”①tRNA比mRNA小得多。②RNA鏈經(jīng)過折疊，像三葉草的葉形，其一端是攜帶氨基酸的部位，另一端有3個相鄰的堿基。③每個tRNA的這3個堿基可以與mRNA上的密碼子互補配對，叫作反密碼子。④一種tRNA只能識別并轉(zhuǎn)運一種氨基酸，一種氨基酸可由一種或幾種tRNA轉(zhuǎn)運⑤密碼子與反密碼子的比較項目密碼子反密碼子位置_________________作用直接決定蛋白質(zhì)中_________的序列識別_________特點與_____________上的堿基互補與_________________的堿基互補mRNA氨基酸密碼子DNA模板鏈mRNA中密碼子tRNA核糖體核糖體核糖體UAUCGUCUGGGAUACGGCAAUACAGUCACCGGAUmRNAUACCGUGGACUG多肽鏈核糖體與mRNA的結(jié)合部位會形成2個tRNA的結(jié)合位點?！痉g的過程】4.翻譯的過程mRNAtRNAmRNAtRNA

mRNA終止密碼子6.“列表法”比較復制、轉(zhuǎn)錄和翻譯

復制轉(zhuǎn)錄翻譯場所模板原料原則結(jié)果信息傳遞模板去向主要在細胞核主要在細胞核細胞質(zhì)(核糖體)DNA的兩條鏈DNA的一條鏈mRNA4種脫氧核糖核苷酸4種核糖核苷酸21種氨基酸A－T、T－A、G－C、C－GT－A、A－U、G－C、C－GA－U、U－A、G－C、C－G兩個子代DNA分子mRNA、tRNA、rRNA蛋白質(zhì)DNA→DNADNA→mRNAmRNA→蛋白質(zhì)子代DNA分子中DNA鏈重新聚合降解成核糖核苷酸5.“圖示法”解讀復制、轉(zhuǎn)錄、翻譯的過程(1)圖甲、圖乙的過程判斷①圖甲DNA兩條鏈都作為模板

?復制。②圖乙DNA的一條鏈作為模板

?轉(zhuǎn)錄。(2)圖丙的過程解讀①一個核糖體與mRNA的結(jié)合部位形成

個tRNA結(jié)合位點。②翻譯起點:起始密碼子決定的是

。③翻譯終點:識別到

(有的不決定氨基酸)翻譯停止。④翻譯進程:

沿著

移動，

不移動。2甲硫氨酸終止密碼子核糖體mRNAmRNA(3)圖丁的過程解讀①數(shù)量關系:

一個mRNA可同時結(jié)合多個核糖體，形成多聚核糖體。②形成多聚核糖體的作用:

少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白質(zhì)。③翻譯的方向(即核糖體移動方向):

由肽鏈短的一側(cè)指向肽鏈長的一側(cè)。④結(jié)果:

合成多個氨基酸序列完全相同的多肽，因為模板mRNA相同。原核細胞:邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯真核細胞:先轉(zhuǎn)錄后翻譯注:真核細胞中線粒體DNA和葉綠體DNA也是邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯(4)判定真核細胞和原核細胞的轉(zhuǎn)錄與翻譯轉(zhuǎn)錄與翻譯在異地、先后進行轉(zhuǎn)錄與翻譯在同地、同時進行原核細胞轉(zhuǎn)錄的方向與RNA聚合酶移動的方向一致翻譯的方向(即核糖體移動方向):

由肽鏈短的一側(cè)指向肽鏈長的一側(cè)。(5)判定轉(zhuǎn)錄與翻譯的方向:【檢測】下圖為原核細胞中轉(zhuǎn)錄、翻譯的示意圖。據(jù)圖判斷，下列描述中正確的是()A.圖中表示4條多肽鏈正在合成B.轉(zhuǎn)錄尚未結(jié)束，翻譯即已開始C.多個核糖體共同完成一條多肽鏈的翻譯D.多個基因在短時間內(nèi)可表達出多條多肽鏈BC項:同一條mRNA分子能夠同時結(jié)合多個核糖體,同時合成若干條多肽鏈A項:圖中附有核糖體的四條鏈是轉(zhuǎn)錄后的mRNAB項:原核細胞由于沒有核膜的阻斷,所以可以邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯D項:結(jié)合在同一條mRNA上的核糖體就稱為多聚核糖體，這樣一個基因在短時間內(nèi)可表達出多條肽鏈結(jié)論:CGTGCACATGCACTGGTADNA谷氨酸組氨酸精氨酸氨基酸CGUGGACAUmRNAGCACUGGUAtRNA遺傳信息遺傳密碼反密碼子氨基酸序列基因的堿基：信使RNA的堿基：氨基酸=6

3

17.基因中的堿基、RNA中的堿基和蛋白質(zhì)中氨基酸的數(shù)量關系的計算（不考慮終止密碼子）【說明】因為基因中存在啟動子、內(nèi)含子等片段，實際上基因(DNA)上所含有的堿基數(shù)要大于6n,或氨基酸數(shù)目小于n。因此一般題目中帶有“至少”或“最多”字樣?！緳z測】下圖為翻譯過程中搬運原料的工具tRNA，其反密碼子的讀取方向為“3’端→5’端”，其他數(shù)字表示核苷酸的位置。下表為四種氨基酸對應的全部密碼子的表格。相關敘述正確的是()密碼子UGGGGUGGAGGGGGCACUACAACGACCCCUCCACCGCCC氨基酸色氨酸

甘氨酸

蘇氨酸

脯氨酸A.轉(zhuǎn)錄過程中也需要搬運原料的工具B.該tRNA中含有氫鍵，由一條鏈構(gòu)成C.該tRNA在翻譯過程中可搬運脯氨酸D.氨基酸與反密碼子都是一一對應的B(蘇氨酸)一種氨基酸可對應幾種密碼子,也可對應幾種反密碼子'反密碼子的讀取方向為“3’端→5’端”密碼子的讀取方向為“5’端→3’端”(3)分別寫出下列生物遺傳信息的傳遞①具有細胞結(jié)構(gòu)的生物及噬菌體等DNA病毒的遺傳信息的傳遞四.中心法則(1)提出者:

。(2)補充后的內(nèi)容圖解:克里克②煙草花葉病毒等大部分RNA病毒遺傳信息的傳遞③HIV等逆轉(zhuǎn)錄病毒的中心法則表達式④不能分裂的細胞的中心法則表達式DNARNA

蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯【檢測】中心法則概括了自然界生物的遺傳信息的流動途徑，該途徑如下圖所示。對它的相關說法，正確的是(

)A.1957年，克里克提出的中心法則內(nèi)容只包括圖中的過程①②③B.圖中過程③④均有堿基互補配對，且配對方式不完全相同C.圖中過程①和⑤中用到的酶分別是DNA聚合酶和RNA聚合酶D.在人體胚胎干細胞和心肌細胞中均存在圖中的過程①②③D項:

心肌細胞屬于高度分化的細胞,不會進行DNA復制過程B項:③tRNA和mRNA之間的堿基互補配對，④RNA和RNA之間的堿基互補配對，兩個過程的配對方式完全相同C項:圖中①和⑤過程中用到的酶分別是解旋酶、DNA聚合酶和逆轉(zhuǎn)錄酶A考點二

基因表達與性狀的關系一.基因控制性狀的途徑1.間接控制途徑(1)方式:基因通過控制_________來控制代謝過程,進而控制生物體的性狀。酶的合成(2)實例:a.豌豆種子形狀b.白化癥狀2.直接控制途徑(1)方式:基因通過控制_______________直接控制生物體的性狀。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)(2)實例:囊性纖維化缺失3個CFTR蛋白結(jié)構(gòu)

【檢測】下圖表示人體內(nèi)基因?qū)π誀畹目刂七^程，判斷如下分析:

(1)基因1和基因2一般不會出現(xiàn)在人體內(nèi)的同一個細胞中。(

)(2)圖中①過程需RNA聚合酶的催化，②過程需tRNA的協(xié)助。(

)(3)④⑤過程的結(jié)果存在差異的直接原因是血紅蛋白結(jié)構(gòu)不同。(

)(4)人體衰老引起白發(fā)的原因是圖中酪氨酸酶不能合成。(

)(5)基因控制囊性纖維病與基因2控制性狀的方式相同。(

)×√√×√二.基因的選擇性表達與細胞分化1.細胞分化的實質(zhì):___________________。2.表達的基因的類型(1)管家基因:

在所有細胞中都表達的基因,指導合成的蛋白質(zhì)是________________________________,如ATP合成酶基因。(2)奢侈基因:

只在某類細胞中特異性表達的基因,如胰島素基因。3.基因選擇性表達的原因:與基因表達的_______有關?；虻倪x擇性表達

維持細胞基本生命活動所必需的調(diào)控Lcyc基因正常植株A開花時表達Lcyc基因高度

甲基化植株B開花時不表達×（雜交）F1（自交）F2討論1:資料1:柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)①柳穿魚體內(nèi)的Lcyc基因在________時表達，在________的細胞中表達；②F1的花為什么與植株A的相似？在F2中,為什么有些植株的花與植株B的相似？開花花F1植株同時含有來自植株A和植株B的Lcyc基因。植株A的Lcyc基因能夠表達，表現(xiàn)為顯性;

植株B的Lcyc基因由于部分堿基被甲基化,基因表達受到抑制，表現(xiàn)為隱性。因此,同時含有這兩個基因的F1的花與植株A的相似。Lcyc基因正常植株A開花時表達Lcyc基因高度

甲基化植株B開花時不表達×（雜交）F1（自交）F2討論1:資料1:柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)①柳穿魚體內(nèi)的Lcyc基因在________時表達，在________的細胞中表達；②F1的花為什么與植株A的相似？在F2中,為什么有些植株的花與植株B的相似？開花花F1自交后，F(xiàn)2中有少部分植株含有兩個來自植株B的Lcyc基因,由于該基因的部分堿基被甲基化，基因表達受到抑制,因此,這部分植株的花與植株B的相似。Lcyc基因正常植株A開花時表達Lcyc基因高度

甲基化植株B開花時不表達×（雜交）F1（自交）F2討論1:資料1:柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)③F2中絕大部分植株的花與植株A相似，少部分與植株B相似？說明甲基化可能是可逆的小鼠的毛色受一對等位基因控制：Avy是顯性基因，表現(xiàn)為黃色體毛；a為隱性基因，表現(xiàn)為黑色體毛。純種黃色×純種黑色→F1:基因型為Avya，卻表現(xiàn)出不同的毛色；

介于黃色和黑色之間的一系列過渡類型。討論2:小鼠性狀改變的原因是什么？

因為Avy基因的前端有一段影響AVY基因表達的特殊的堿基序列被甲基化修飾，Avy基因表達受到抑制。且這段堿基序列的甲基化程度越高，

Avy基因的表達受到的抑制越明顯，小鼠體毛的顏色就越深。資料2:小鼠毛色的遺傳討論3:資料1和資料2展示的遺傳現(xiàn)象有什么共同點？

柳穿魚花Lcyc基因和小鼠Avy基因的堿基序列沒有變化，但部分堿基發(fā)生了甲基化修飾，抑制了基因的表達，進而對表型產(chǎn)生影響。這種DNA甲基化修飾可以遺傳給后代，使后代出現(xiàn)同樣的表型。討論4:這對你認識基因和性狀的關系有什么啟示？

基因的堿基序列保持不變，但性狀發(fā)生改變，這表明基因與性狀的關系并不是簡單的一

一對應的關系，基因的表達受到很多因素的影響，體現(xiàn)了基因與性狀之間關系的復雜性。三.表觀遺傳1.概念:生物體基因的___________保持不變,但基因表達和表型發(fā)生

_______變化的現(xiàn)象。堿基序列可遺傳2.表觀遺傳原因:

DNA甲基化,構(gòu)成染色體的組蛋白甲基化、乙?；扔绊懟虻谋磉_,即基因表達的調(diào)控直接影響性狀,如:導致表觀遺傳現(xiàn)象發(fā)生的主要因素:基因組成相同的同卵雙胞胎所具有的微小差異就與甲基化有關蜂王工蜂基因甲基化決定了蜜蜂發(fā)育成工蜂還是蜂王，二者在DNA序列方面是完全一致的3.表觀遺傳的特點(1)可遺傳:基因表達和表型可以遺傳給后代。(2)不變性:基因的堿基序列保持不變。(3)可逆性:DNA的甲基化修飾可以發(fā)生可逆性變化,即被修飾的DNA可以發(fā)生去甲基化。(4)普遍性:普遍存在于生物體的生長、發(fā)育和衰老的整個生命活動過程中。

關于表觀遺傳的幾點提醒:(1)表觀遺傳可以通過有絲分裂和減數(shù)分裂傳遞被修飾的基因。(2)表觀遺傳一般是影響基因的轉(zhuǎn)錄過程,進而影響蛋白質(zhì)的合成。(3)可遺傳變異一般是指會引起遺傳信息發(fā)生改變的變異，如基因突變、基因重組和染色體變異，但DNA甲基化等表觀遺傳，遺傳信息不變也能遺傳給后代，也屬于可遺傳變異。四.基因與性狀間的對應關系1.基因與性狀的關系四.基因與性狀間的對應關系2.生物體的性狀也不完全是由基因決定的,____對性狀也有著重要影響。3.基因與基因、基因與基因表達產(chǎn)物、基因與環(huán)境之間存在著復雜的相互作用,精細地調(diào)控著生物體的性狀。環(huán)境A.推測蜂王漿的作用可能是抑制DNA甲基轉(zhuǎn)移酶發(fā)揮作用B.DNA分子上CpG中的胞嘧啶被甲基化后會改變DNA分子堿基序列C.推測SiRNA作用可能是與目標mRNA結(jié)合導致其降解或翻譯受阻D.DNA甲基化后可能阻止RNA聚合酶對DNA分子特定區(qū)域識別與結(jié)合B表觀遺傳的調(diào)控機制①:DNA甲基化【典例】在一個蜂群中，一直以蜂王漿為食的雌性幼蟲發(fā)育成蜂王，而以花蜜為食的雌性幼蟲發(fā)育成工蜂。研究表明，DNMT3基因表達的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶能使DNA分子上的CpG島上的胞嘧啶甲基化從而導致基因轉(zhuǎn)錄失活。若向雌性幼蟲注入一種小型RNA(SiRNA)會導致DNMT3基因不表達，能模擬蜂王漿的作用使雌性幼蟲發(fā)育成蜂王。下列敘述錯誤的是()A項:取食蜂王漿的幼蟲和DNMT3基因不表達的幼蟲都會發(fā)育成蜂王,因此可推測蜂王漿可能抑制該基因的表達

表觀遺傳的調(diào)控機制②:組蛋白乙酰化【典例】已知組蛋白乙?；c去乙?；謩e是由HAT(組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶)和HDAC(去乙?；D(zhuǎn)移酶)催化的,組蛋白的乙?；龠M轉(zhuǎn)錄,而去乙?；瘎t抑制轉(zhuǎn)錄。染色質(zhì)上的組蛋白被乙?；蟪蔀榛钚匀旧|(zhì)、去乙?；蟪蔀榉腔钚匀旧|(zhì)，如圖。下列相關推測不合理的是()A.染色質(zhì)中的組蛋白乙?；c去乙?；粚儆诳赡娣磻狟.HDAC復合物使組蛋白去乙?；殡S著對基因轉(zhuǎn)錄的抑制C.激活因子、抑制因子可能改變了組蛋白的空間結(jié)構(gòu)D.活性染色質(zhì)更便于DNA聚合酶與DNA的結(jié)合DA項:催化乙?；c去乙?；拿覆煌琑NA聚合酶表觀遺傳的調(diào)控機制③:控制X染色體失活【典例】已知貓的毛色中有黑色對黃色為顯性，且由位于X染色體上的基因A、a控制。當體細胞中存在兩條X染色體時，只有一條X染色體上的基因能正常表達，另一條X染色體高度螺旋化失活成為巴氏小體(如圖所示),貓的毛色可能