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高中生物高考第18讲 基因的表达
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这是一份高中生物高考第18讲 基因的表达，共25页。试卷主要包含了RNA的结构与功能，翻译，用体外实验的方法可合成多肽链等内容，欢迎下载使用。
第18讲 基因的表达
内容比较——知考向
核心素养——提考能
内容要求
1.概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成
2.概述基因与性状的关系
生命观念
结合DNA双螺旋结构模型，阐明基因表达过程
科学思维
运用中心法则，建立模型
科学探究
模拟中心法则各过程的实验，提升对实验结果的分析能力
社会责任
结合实例分析基因表达异常情况，形成关注社会、关注人体健康的理念
与旧教
材对比
增：①mRNA和tRNA的3′端和5′端；②基因的选择性表达与细胞分化；③表观遗传。
改：①密码子表；②密码子的破译由选学变为“科学史话”。
删：细胞质基因。
考点一 遗传信息的转录和翻译
1.RNA的结构与功能
提醒 DNA和RNA的区别
(1)正确判断DNA和RNA
①含有碱基T或脱氧核糖⇒DNA；
②含有碱基U或核糖⇒RNA。
(2)DNA和RNA合成的判断：用放射性同位素标记T或U可判断DNA和RNA的合成。若大量消耗T，可推断正在进行DNA的合成；若大量利用U，可推断正在进行RNA的合成。
2.转录 以基因为单位进行，在同一个细胞内的不同基因可
以选择性转录。
(1)概念：在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板，按碱基互补配对原则合成RNA的过程。
(2)场所：主要是细胞核，在叶绿体、线粒体中也能发生转录过程。
(3)过程
提醒 (1)一个DNA分子上有许多个基因，其中某个基因进行转录时，其他基因可能转录也可能不转录，它们之间互不影响。
(2)真核生物的DNA转录形成的mRNA需要在细胞核加工处理成为成熟的mRNA后才能作为翻译的模板。
(3)转录完成后，RNA从DNA上释放，原DNA恢复双螺旋结构。
3.翻译
(1)概念：游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
(2)场所或装配机器：核糖体。 唯一场所
(3)过程
(4)产物：多肽蛋白质
4.遗传信息、密码子、反密码子及与氨基酸的关系
(1)遗传信息、密码子与反密码子之间的联系
(2)密码子、tRNA和氨基酸之间的对应关系
①密码子有64种
a.有2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，此时编码甲硫氨酸。
b.有3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可以编码硒代半胱氨酸；不同生物共用一套遗传密码。
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。
必修② P67“表4－1密码子表拓展”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？翻译过程中，核糖体是如何使肽链延伸的？从核糖体上脱落下来的是有特定功能的成熟蛋白质吗？
提示 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。
翻译过程中，核糖体在mRNA上移动并依次读取密码子进行肽链的合成，直到读取到mRNA上的终止密码子，合成才能终止。刚从核糖体上脱落下来的只能称之为多肽，其通常经过一定的加工才能成为具有特定功能的成熟蛋白质。
2.密码子的简并性有怎样的生物学意义？
提示 可以从增强密码容错性的角度来解释，当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸；也可以从密码子使用频率来考虑，当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码一种氨基酸可以保证翻译的速度。
1.(科学思维)RNA和DNA在化学组成上的区别在于：RNA中含有核糖和尿嘧啶，DNA中含有脱氧核糖和胸腺嘧啶。
2.(科学思维)真核生物翻译时少量的mRNA可迅速合成大量的蛋白质的原因是：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。
1.常考图示解读
2.基因表达中的相关数量关系
DNA碱基数∶mRNA碱基数∶氨基酸数＝6∶3∶1。
提醒 实际基因表达过程中的数量关系不符合6∶3∶1的原因
①DNA中有的片段无遗传效应，不能转录出mRNA。
②在基因片段中，有的片段(如非编码区)起调控作用，不转录。
③合成的肽链在加工过程中可能会被剪切掉部分氨基酸。
④转录出的mRNA中有终止密码子，正常情况下，终止密码子不编码氨基酸。
3.真核细胞和原核细胞基因表达过程的判断方法
考向1 结合转录和翻译过程分析，考查科学思维能力
1.(2021·河南名校联盟质检)下图表示发生在某哺乳动物细胞内的遗传信息传递过程，下列叙述错误的是( )
A.a、b过程可发生在细胞核和细胞质中，a、b、c过程都能产生水
B.b过程不需要专门的解旋酶，因为RNA聚合酶具有解旋作用
C.c过程所需的模板来自b过程，c过程可以迅速合成大量相同肽链
D.造血干细胞中a、b、c过程都能进行，胰岛B细胞中都不能进行
答案 D
解析 a是DNA复制，b是转录，c是翻译，a、b过程可发生在细胞核和细胞质中，a、b、c过程都是小分子单体脱水形成大分子多聚体的过程，都能产生水，A正确；转录过程不需要专门的解旋酶，因为RNA聚合酶具有解旋作用，B正确；翻译的模板是mRNA，来自转录过程，一个mRNA可结合多个核糖体，可同时进行多条相同肽链的合成，C正确；造血干细胞能进行有丝分裂，三个过程都能进行，胰岛B细胞不能分裂，但能进行蛋白质的合成，D错误。
“三步”判断真、原核细胞的DNA复制、转录及翻译
2.(2020·全国卷Ⅱ，29)大豆蛋白在人体内经消化道中酶的作用后，可形成小肽(短的肽链)。回答下列问题：
(1)在大豆细胞中，以mRNA为模板合成蛋白质时，除mRNA外还需要其他种类的核酸分子参与，它们是_______________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)大豆细胞中大多数mRNA和RNA聚合酶从合成部位到执行功能部位需要经过核孔。就细胞核和细胞质这两个部位来说，作为mRNA合成部位的是________，作为mRNA执行功能部位的是________；作为RNA聚合酶合成部位的是________，作为RNA聚合酶执行功能部位的是________。
(3)部分氨基酸的密码子如表所示。若来自大豆的某小肽对应的编码序列为UACGAACAUUGG，则该小肽的氨基酸序列是____________________________________。若该小肽对应的DNA序列有3处碱基发生了替换，但小肽的氨基酸序列不变，则此时编码小肽的RNA序列为____________________________________________________________
________________________________________________________________________。
氨基酸
密码子
色氨酸
UGG
谷氨酸
GAA GAG
酪氨酸
UAC UAU
组氨酸
CAU CAC
答案 (1)rRNA、tRNA (2)细胞核 细胞质 细胞质 细胞核 (3)酪氨酸—谷氨酸—组氨酸—色氨酸 UAUGAGCACUGG
解析 (1)在大豆细胞中，以mRNA为模板合成蛋白质时，还需要rRNA参与构成核糖体、tRNA参与氨基酸的转运。(2)大豆细胞中，仅考虑细胞核和细胞质这两个部位，mRNA的合成部位是细胞核，mRNA合成以后通过核孔进入细胞质，与核糖体结合起来进行翻译过程；RNA聚合酶在细胞质中的核糖体上合成，经加工后，通过核孔进入细胞核，与DNA结合起来进行转录过程。(3)根据该小肽对应的编码序列，结合表格中部分氨基酸的密码子可知，该小肽的氨基酸序列是酪氨酸－谷氨酸－组氨酸－色氨酸。若该小肽对应的DNA序列有3处碱基发生了替换，但小肽的氨基酸序列不变，结合表格中部分氨基酸的密码子可知，谷氨酸、酪氨酸和组氨酸的密码子均有两个，且均为最后一个碱基不同，因此应该是这三种氨基酸分别对应的密码子的最后一个碱基发生了替换，此时编码小肽的RNA序列为UAUGAGCACUGG。
考向2 结合DNA复制、转录与翻译的关系，考查科学思维能力
3.(2020·湖南名校联盟)图中a、b、c表示生物体内三种生理过程。下列叙述正确的是( )
A.a过程需要的原料为四种核糖核苷酸
B.在不同功能细胞中b过程的产物存在差异
C.转运1号氨基酸的RNA含有起始密码子序列
D.分生区细胞能进行b和c过程，不能进行a过程
答案 B
解析 分析题图可知，a过程表示DNA复制，b过程表示转录，c过程表示翻译。a过程为DNA复制，需要的原料为4种脱氧核糖核苷酸，A错误；在不同功能细胞中b转录过程由于基因的选择性表达，形成的产物存在差异，B正确；转运氨基酸的是tRNA，含有反密码子，密码子在mRNA上，C错误；分生区的细胞通过有丝分裂进行增殖，故能进行b和c过程以及a过程，D错误。
4.(2021·湖北荆州调研)如图为蛋白质的合成过程，有关叙述正确的是( )
A.若抗生素可干扰核糖体的形成，则可以影响过程②
B.①②③过程中都存在碱基互补配对
C.DNA与RNA的化学组成相同
D.③过程的进行一定需要经过内质网与高尔基体的加工
答案 A
解析 若抗生素可干扰核糖体的形成，则影响翻译过程，即②过程，A正确；③过程是多肽链经过盘曲、折叠形成具有一定空间结构的蛋白质，不存在碱基互补配对，B错误；DNA与RNA在化学组成上五碳糖不同(前者是脱氧核糖，后者是核糖)和碱基种类不同(前者是A、C、G、T，后者是A、C、G、U)，C错误；真核生物细胞的分泌蛋白在核糖体合成，需要通过内质网与高尔基体的加工与运输，而胞内蛋白一般不需要，D错误。
考点二 中心法则及基因表达与性状的关系
1.中心法则
(1)提出者：克里克。
(2)补充后的内容图解：
①DNA的复制；②转录；③翻译；④RNA的复制；⑤RNA逆转录。
(3)分别写出下列生物中心法则表达式
生物种类
举例
遗传信息的传递过程
DNA病毒
T2噬菌体
RNA病毒
烟草花叶病毒
逆转录病毒
艾滋病病毒
RNARNA蛋白质
细胞生物
动物、植物、细菌、真菌等
(4)请写出洋葱表皮细胞内遗传信息传递情况
高度分化的细胞
DNARNA蛋白质。
(5)请写出洋葱根尖分生区细胞内的遗传信息传递情况
RNA蛋白质。
“三看法”判断中心法则各过程
都遵循碱基互补配对的原则
2.基因表达产物与性状的关系
(1)直接控制途径
①方式：基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状
②实例：镰状细胞贫血、囊性纤维病等
(2)间接控制途径
①方式：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实例：
a.白化病：
b.豌豆粒形：
3.基因与性状的关系
(1)一个基因一种性状(多数性状受单基因控制)
(2)一个基因多种性状(如基因间相互作用)
(3)多个基因一种性状(如身高、体重等)
(4)生物的性状是基因和环境共同作用的结果。基因型相同，表型可能不同，基因型不同，表型也可能相同。
4.表观遗传
考向1 结合中心法则过程分析，考查科学思维能力
1.(2020·华大新高考联盟)新型冠状病毒感染的肺炎疫情发生以来，全国人民同舟共济、众志成城，打赢了一场没有硝烟的疫情阻击战。经研究，该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。下列说法中正确的是( )
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冠状病毒在宿主细胞内的增殖
D.新型冠状病毒和HIV的增殖过程都需要RNA复制酶的作用
答案 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，A错误；过程②和④都要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，B正确；抗生素类药物主要作用于细菌，不能抑制病毒的增殖，C错误；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，D错误。
2.(2021·辽宁鞍山调研)下图表示中心法则，下列有关叙述正确的是( )
A.过程①～⑦都会在人体的遗传信息传递时发生
B.人体细胞内的过程③主要发生在细胞核中，产物都是mRNA
C.过程③存在A—U、C—G、T—A三种碱基配对方式
D.过程⑤有半保留复制的特点，过程⑥发生在核糖体上
答案 C
解析 过程①为DNA的复制，⑦②为逆转录，③为转录，④⑤均为RNA的复制，⑥为翻译。会在人体的遗传信息传递时发生的为①③⑥，A错误；人体细胞内的过程③转录主要发生在细胞核中，产物是mRNA、rRNA、tRNA，B错误；过程③为转录，即DNA转录为RNA，存在A—U、C—G、T—A三种碱基配对方式，C正确；由于RNA一般为单链，过程⑤RNA的复制没有半保留复制的特点，DNA的复制有半保留复制的特点，过程⑥翻译发生在核糖体上，D错误。
考向2 围绕表观遗传，考查科学思维能力
3.(2021·华师一附中调研)下列有关表观遗传的说法不正确的是( )
A.表观遗传可以在个体间遗传
B.某些RNA可干扰基因的表达
C.染色体组蛋白的乙酰化能激活基因的转录
D.DNA的甲基化程度与基因的表达无关
答案 D
解析 表观遗传可以在个体间遗传，A正确；某些RNA可使mRNA发生降解或者翻译阻滞，从而干扰基因的表达，B正确；乙酰化修饰可以将组蛋白中的正电荷屏蔽掉，使组蛋白与带负电荷的DNA缠绕的力量减弱，激活基因的转录，C正确；DNA的甲基化程度与基因的表达有关，D错误。
4.(2021·哈师大附中调研)下列关于表观遗传的说法不正确的是( )
A.表观遗传的分子生物学基础是DNA的甲基化等
B.表观遗传现象中，生物表型发生变化是由于基因的碱基序列改变
C.表观遗传现象与外界环境关系密切
D.DNA甲基化的修饰可以遗传给后代，使后代出现同样的表型
答案 B
解析 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。这一现象出现的原因是DNA的甲基化，染色体上的组蛋白发生甲基化、乙酰化等，A正确，B错误；外界环境会引起细胞中DNA甲基化水平变化，从而引起表观遗传现象的出现，C正确；DNA甲基化的修饰可以通过配子传递给后代，使后代出现同样的表型，D正确。
重温真题 经典再现
1.经典重组 判断正误
(1)细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生(2017·全国卷Ⅲ，1C)( )
(2)每种氨基酸都至少有两种相应的密码子(2017·海南卷，25A)( )
(3)转录和逆转录所需要的反应物都是核糖核苷酸(2018·海南卷，13C)( )
(4)一个tRNA分子中只有一个反密码子(2015·全国卷Ⅰ，1B)( )
(5)mRNA从细胞核到细胞质的过程不属于胞吐作用(2015·全国卷Ⅱ，3B)( )
提示 (1)× 线粒体和叶绿体中也能合成RNA。
(2)× 色氨酸只有一种密码子与之对应。
(3)× 逆转录所需要的原料是脱氧核苷酸。
(4)√ (5)√
2.(2020·天津等级考，3)对于基因如何指导蛋白质合成，克里克认为要实现碱基序列向氨基酸序列的转换，一定存在一种既能识别碱基序列，又能运载特定氨基酸的分子。该种分子后来被发现是( )
A.DNA B.mRNA C.tRNA D.rRNA
答案 C
解析 DNA通过转录和翻译可合成蛋白质，A错误；mRNA是蛋白质合成的直接模板，不能运载特定氨基酸分子，B错误；tRNA主要是将其携带的氨基酸运送到核糖体上，在mRNA指导下合成蛋白质，tRNA与mRNA是通过反密码子与密码子相互作用而发生关系的，C正确；rRNA是组成核糖体的重要组成成分，D错误。
3.(2020·全国卷Ⅲ，3)细胞内有些tRNA分子的反密码子中含有稀有碱基次黄嘌呤(I)。含有I的反密码子在与mRNA中的密码子互补配对时，存在如图所示的配对方式(Gly表示甘氨酸)。下列说法错误的是( )
A.一种反密码子可以识别不同的密码子
B.密码子与反密码子的碱基之间通过氢键结合
C.tRNA分子由两条链组成，mRNA分子由单链组成
D.mRNA中的碱基改变不一定造成所编码氨基酸的改变
答案 C
解析 根据图象可知，反密码子CCI可与mRNA中的GGU、GGC、GGA互补配对，说明一种反密码子可以识别不同的密码子，A正确；密码子与反密码子的碱基互补配对，密码子与反密码子的碱基之间通过氢键结合，B正确；tRNA分子和mRNA分子都是单链结构，C错误；由于某些氨基酸可对应多种密码子，故mRNA中的碱基改变不一定造成所编码氨基酸的改变，D正确。
4.(2020·全国卷Ⅲ，1)关于真核生物的遗传信息及其传递的叙述，错误的是( )
A.遗传信息可以从DNA流向RNA，也可以从RNA流向蛋白质
B.细胞中以DNA的一条单链为模板转录出的RNA均可编码多肽
C.细胞中DNA分子的碱基总数与所有基因的碱基数之和不相等
D.染色体DNA分子中的一条单链可以转录出不同的RNA分子
答案 B
解析 在真核生物中，遗传信息可以从DNA流向DNA，也可以从DNA流向RNA，还可以从RNA流向蛋白质，A正确；细胞中以DNA的一条单链为模板转录出的RNA包括mRNA、tRNA、rRNA等，其中tRNA、rRNA不能编码多肽，B错误；基因是有遗传效应的DNA片段，由于真核细胞中的DNA分子中还存在非基因片段，故真核细胞中DNA分子的碱基总数大于所有基因的碱基数之和，C正确；基因在染色体上呈线性排列，一个DNA分子上有许多个基因，转录是以基因为单位进行的，因此染色体DNA分子中的一条单链可以转录出不同的RNA分子，D正确。
5.(2020·天津等级考，8)完整的核糖体由大、小两个亚基组成。如图为真核细胞核糖体大、小亚基的合成、装配及运输的过程示意图，相关叙述正确的是( )
A.如图所示过程可发生在有丝分裂中期
B.细胞的遗传信息主要储存于rDNA中
C.核仁是合成rRNA和核糖体蛋白的场所
D.核糖体亚基在细胞核中装配完成后由核孔运出
答案 D
解析 有丝分裂中期无核膜和核仁，A错误；细胞的遗传信息储存于DNA分子中，而不是主要储存于核仁中的rDNA中，B错误；据图可知，核仁是合成rRNA的场所，但核糖体蛋白的合成是在细胞质中的核糖体上，C错误；据图分析可知，核糖体亚基的组装部位是细胞核，核孔是细胞核和细胞质之间大分子物质交换的通道，核糖体亚基装配完成后由核孔运出，D正确。
6.(2019·全国卷Ⅰ，2)用体外实验的方法可合成多肽链。已知苯丙氨酸的密码子是UUU，若要在体外合成同位素标记的多肽链，所需的材料组合是( )
①同位素标记的tRNA ②蛋白质合成所需的酶 ③同位素标记的苯丙氨酸 ④人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸
⑤除去了DNA和mRNA的细胞裂解液
A.①②④ B.②③④ C.③④⑤ D.①③⑤
答案 C
解析 蛋白质合成需要mRNA模板、游离的氨基酸、核糖体、tRNA以及相关酶等。人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸可作为合成多肽链的模板；要获得同位素标记的多肽链，需要使用同位素标记的氨基酸；除去了DNA和mRNA的细胞裂解液中含有核糖体、tRNA以及相关酶等，所以C符合题意。
课后·分层训练
(时间：35分钟)
1.(2021·重庆巴蜀中学检测)下列关于RNA分子的叙述，正确的是( )
A.线粒体中含有mRNA、tRNA和rRNA
B.ATP中的“A”在RNA分子中不存在
C.RNA分子中不含氢键，有的RNA具有催化功能
D.RNA可以在细胞内运输某种物质，还可以作为细菌的遗传物质
答案 A
解析 线粒体中含有少量的DNA和核糖体，能进行转录和翻译，通过转录可以形成mRNA、tRNA和rRNA，A正确；ATP中的“A”是腺苷，是由腺嘌呤与核糖构成的，RNA分子中也存在腺苷，B错误；tRNA中存在部分双链区域，双链区域含有氢键，C错误；tRNA在翻译过程中运输氨基酸，细菌的遗传物质是DNA，D错误。
2.(2021·安阳市调研)生命是物质、能量和信息的统一体。下列物质的生物合成不需要信息分子作为合成模板的是( )
A.DNA和mRNA
B.mRNA和血红蛋白
C.胃蛋白酶和胃蛋白酶基因
D.ATP和NADPH
答案 D
解析 DNA、mRNA和蛋白质(胃蛋白酶也是蛋白质)的合成都需要核酸作为模板；胃蛋白酶基因是具有遗传效应的DNA片段，其合成同样需要模板。ATP和NADPH的合成则不需要模板。
3.(2021·河南天一大联考)下列有关基因表达的说法，正确的是( )
A.同一DNA分子在细胞发育的不同阶段转录形成的RNA可能不同
B.基因中部分碱基对的替换，都不会改变其控制合成的肽链的长度
C.RNA分子上都含有密码子，不同的密码子可能决定相同的氨基酸
D.胰岛素基因和RNA聚合酶基因不能在同一细胞中表达
答案 A
解析 由于基因的选择性表达，同一DNA分子在细胞发育的不同阶段表达的基因是不完全相同的，因此转录得到的mRNA可能不同，A正确；基因中部分碱基对的替换，可能改变mRNA上终止密码子的位置，导致其控制合成的肽链的长度发生改变，B错误；只有mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基才能构成一个密码子(终止密码子不决定氨基酸)，C错误；胰岛素基因在胰岛B细胞中表达，RNA聚合酶基因在所有细胞中均可表达，因此它们可在同一细胞中表达，D错误。
4.(2021·河北衡水金卷)如表是人体内的红细胞(未成熟)、胰岛B细胞、浆细胞内所含有的部分核基因及这些基因表达的情况(“＋”表示该基因表达，“－”表示该基因未表达)。下列有关说法正确的是( )
项目
血红蛋白基因
胰岛素基因
抗体基因
有氧呼吸有关酶基因
红细胞
＋
－
－
＋
胰岛B细胞
－
①
－
＋
浆细胞
－
－
＋
②
A.①②均表示“＋”
B.此表说明细胞分化导致基因的选择性表达
C.三种细胞中mRNA和蛋白质种类完全不同
D.三种细胞的形态、结构和生理功能不同的根本原因是核基因种类不完全相同
答案 A
解析 血红蛋白基因只在未成熟的红细胞中表达，胰岛素基因只在胰岛B细胞中表达，抗体基因只在浆细胞中表达，有氧呼吸有关酶基因在三种细胞中均表达，则①②均表示“＋”，A正确；此表说明基因的选择性表达导致细胞分化，B错误；三种细胞中mRNA和蛋白质种类不完全相同，C错误；三种体细胞中都含有表中所列的四种基因，是因为人体细胞都来源于同一个受精卵，含有相同的遗传信息，三种细胞的形态、结构和生理功能不同的根本原因是基因的选择性表达，D错误。
5.(2021·四川成都双流中学入学检测)结合图表分析，下列有关说法正确的是( )
抗菌药物
抗菌机理
青霉素
抑制细菌细胞壁的合成
环丙沙星
抑制细菌DNA旋转酶(DNA旋转酶可促进DNA形成负超螺旋，以利于双链打开)的活性
红霉素
能与核糖体结合
利福平
抑制RNA聚合酶的活性
A.环丙沙星和红霉素分别抑制细菌的①和③
B.青霉素和利福平能抑制DNA的复制
C.结核杆菌的④和⑤都发生在细胞质中
D.①～⑤可发生在人体健康细胞中
答案 A
解析 首先判定出图中各个过程的名称：①为DNA复制，②为转录，③为翻译，④为RNA复制，⑤为逆转录。然后根据表格中抗菌药物的抗菌机理来分析各选项。青霉素的作用对象是细胞壁，与DNA复制无关；环丙沙星可抑制DNA形成负超螺旋，不利于DNA复制；红霉素能与核糖体结合，抑制翻译过程；利福平抑制RNA聚合酶的活性，进而抑制转录和RNA复制；④和⑤只有某些RNA病毒在增殖过程中才能进行。
6.(2021·长沙一中调研)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，失去转录活性。下列相关叙述不正确的是( )
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的性状
D.DNA甲基化可能会影响细胞分化
答案 A
解析 DNA的胞嘧啶被选择性地添加甲基不会导致基因碱基序列的改变，A错误；DNA甲基化会使染色质高度螺旋化，失去转录活性，因此DNA甲基化会导致mRNA合成受阻，B正确；DNA甲基化会导致mRNA合成受阻，进而导致蛋白质合成受阻，这样可能会影响生物的性状，C正确；细胞分化的本质是基因的选择性表达，而DNA甲基化会导致mRNA合成受阻，这会影响基因表达，因此DNA甲基化可能会影响细胞分化，D正确。
7.(2021·宁夏银川一中调研)豌豆的圆粒和皱粒是由等位基因R、r控制的相对性状，当R基因插入一段800个碱基对的DNA片段时就成为r基因。豌豆种子圆粒性状的产生机制如图所示。下列分析错误的是( )
A.a过程被称为转录，需要用RNA聚合酶
B.R基因插入一段800个碱基对的DNA片段属于基因重组
C.若淀粉分支酶含有350个氨基酸，则过程b最多会有61种tRNA参与
D.蔗糖甜度比淀粉高，所以新鲜豌豆选择皱粒豌豆口味更佳
答案 B
解析 图中a表示以DNA一条链为模板合成mRNA的转录过程，需要用RNA聚合酶，A正确；根据题意可知，当R基因插入一段800个碱基对的DNA片段时就成为r基因，该变异为基因突变，B错误；tRNA上的反密码子是与mRNA上的密码子互补的，mRNA上决定氨基酸的密码子有61种，则tRNA也有61种。因此，若淀粉分支酶含有350个氨基酸，则过程b(翻译过程)最多会有61种tRNA参与，C正确；由题图可知，蔗糖转化成淀粉后，淀粉吸收水分，豌豆种子表现为圆粒，因此皱粒豌豆种子蔗糖含量高，口感好，D正确。
8.(2021·南昌市摸底考试)如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：
(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________(填场所)。
(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(作为遗传物质) (4)B
解析 (1)图A表示基因表达中的转录过程，主要发生于细胞核中；转录是以基因为单位进行的。转录需要RNA聚合酶参与，图A中甲、乙代表的物质是RNA聚合酶。(2)胰岛素是分泌蛋白，胰岛素的前体物质——前胰岛素原在核糖体上合成后，需要先进入内质网中进行加工。(3)图B表示翻译过程，这一过程中mRNA可作为翻译的模板，tRNA可以转运氨基酸，此外某些酶的化学本质是RNA，故某些RNA具有催化作用。(4)核糖体是蛋白质合成的场所(即翻译的场所)，图B表示翻译过程。由题中信息可知，四环素等抗生素可干扰细菌核糖体的形成，故四环素等抗生素阻碍了图B中所示过程。
9.(2019·海南卷，20)下列关于蛋白质合成的叙述错误的是( )
A.蛋白质合成通常从起始密码子开始到终止密码子结束
B.携带肽链的tRNA会先后占据核糖体的2个tRNA结合位点
C.携带氨基酸的tRNA都与核糖体的同一个tRNA结合位点结合
D.最先进入核糖体的携带氨基酸的tRNA在肽键形成时脱掉氨基酸
答案 C
解析 蛋白质合成中，翻译的模板是mRNA，从起始密码子开始到终止密码子结束，A正确；核糖体同时占据两个密码子位点，携带肽链的tRNA会先后占据核糖体的2个tRNA结合位点，通过反密码子与密码子进行互补配对，B正确；携带第一个氨基酸的tRNA与核糖体的位点1结合，其他都与核糖体的位点2结合，C错误；最先进入核糖体的携带氨基酸的tRNA在肽键形成时脱掉氨基酸，继续运输其他氨基酸，D正确。
10.(2021·苏州市联考)下图为逆转录病毒的遗传信息的传递过程示意图，下列叙述不正确的是( )
A.逆转录酶是在逆转录病毒的核糖体上合成的
B.逆转录得到的双链DNA整合到宿主细胞DNA上属于基因重组
C.逆转录病毒的遗传信息的传递过程有逆转录酶、RNA聚合酶等参与
D.逆转录病毒遗传信息的传递与真核生物的不完全相同
答案 A
解析 逆转录病毒没有细胞结构，没有核糖体，A错误；逆转录得到的双链DNA整合到宿主细胞DNA上，是控制不同性状基因的重新组合，属于基因重组，B正确；据图可知，逆转录病毒遗传信息的传递过程包括逆转录、转录等过程，需要逆转录酶、RNA聚合酶等参与，C正确；逆转录病毒遗传信息的传递包含逆转录过程，真核生物没有逆转录过程，D正确。
11.(2020·广深珠三校联考)HIV是逆转录病毒，其RNA可在逆转录酶的作用下合成cDNA。AZT(叠氮胸苷)是碱基T的类似物，能取代T参与碱基配对，并且AZT是逆转录酶的底物，可阻断新病毒的形成，但不是细胞中DNA聚合酶的合适底物。下列说法错误的是( )
A.AZT可作为治疗艾滋病的药物
B.AZT可与碱基A发生互补配对
C.AZT不会抑制细胞中DNA的复制
D.AZT可参与细胞中DNA的转录过程
答案 D
解析 由题干信息HIV为逆转录病毒，其RNA可在逆转录酶的作用下合成cDNA，AZT是逆转录酶的底物，能阻断新病毒的形成，推测AZT可作为治疗艾滋病的药物，A正确；据题干信息“AZT(叠氮胸苷)是碱基T的类似物，能取代T参与碱基配对”，可知AZT能够和碱基A配对，B正确；据题干信息AZT不是细胞中DNA聚合酶的合适底物，可知AZT不会抑制细胞中DNA的复制，C正确；DNA转录过程中需要A、U、G、C四种游离的碱基作为原料，而AZT是碱基T的类似物，故AZT不参与细胞中DNA的转录过程，D错误。
12.(2021·中原名校联盟)研究发现，当在细胞外人工合成多肽时，起始密码子的功能并非使翻译开始，而是充当定位翻译起始的位置信号。现有编码含5个氨基酸的一条肽链的mRNA，有人测得其序列为AUGUUUAAAUUUAA(AUG为甲硫氨酸密码子和起始密码子)。以下说法错误的是( )
A.可判断测得的这段mRNA序列是错误的
B.该多肽链合成过程最多涉及5种密码子
C.当在细胞外人工合成多肽时，mRNA若无起始密码子，翻译的起始点是不固定的
D.细胞外的翻译系统中需加入酶、mRNA、ATP、tRNA、核糖体、氨基酸等
答案 B
解析 因为生物决定每个氨基酸的碱基序列为三联密码子，所以基因转录的mRNA序列应为3的整数倍，A正确；编码含5个氨基酸的一条肽链的mRNA，还应该有一个终止密码子，B错误；由题干“当在细胞外人工合成多肽时，起始密码子的功能并非使翻译开始，而是充当定位翻译起始的位置信号”推知，当在细胞外人工合成多肽时，若mRNA序列没有起始密码子，其上的碱基序列随机翻译，说明翻译的起始点是不固定的，C正确；翻译是在细胞质中的核糖体上进行的，需要以酶作为催化剂、mRNA为模板、ATP提供能量、21种氨基酸为原料，还需要tRNA运输氨基酸到核糖体，D正确。
13.(2021·广东深圳模拟)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基因中二核苷酸(CpG)的胞嘧啶有不同程度的甲基化(如图)，已知甲基化不影响DNA复制。下列有关分析错误的是( )
A.F1体色的差异可能与A基因甲基化程度有关
B.碱基甲基化可能影响RNA聚合酶与该基因的结合
C.碱基甲基化不影响遗传信息的传递
D.A基因中的碱基甲基化引起了基因中碱基序列的改变
答案 D
解析 F1(Aa)不同个体出现了不同体色，不同体色的小鼠A基因的碱基序列相同，A基因中二核苷酸(CpG)的胞嘧啶有不同程度的甲基化，这表明F1体色的差异可能与A基因甲基化程度有关，A正确；甲基化的CpG可能会影响RNA聚合酶与该基因的结合，B正确；碱基甲基化不影响DNA复制过程，故碱基甲基化不影响遗传信息的传递，A基因中的碱基甲基化也不会引起基因中碱基序列的改变，C正确、D错误。
14.(2021·安徽安庆模拟)真核细胞在执行功能时会形成很多“核酸—蛋白质”复合体。回答下列问题：
(1)核糖体和染色体是真核细胞内典型的两种“核酸—蛋白质”复合体，其组成成分中的不同点主要在于____________________________________________________。
(2)清华大学施一公教授研究团队通过冷冻电镜技术得到“剪接体”的三维结构，“剪接体”是由RNA和蛋白质组成的复合物。很多疾病是由“剪接体”工作异常，导致正常基因表达出不正常的蛋白质。进一步研究发现，在异常“剪接体”和正常“剪接体”分别参与的基因表达过程中，初始mRNA相同，但作为翻译的模板mRNA却不同。推测“剪接体”的功能可能是____________________________________________________。
(3)有人认为核糖体是原核细胞执行功能时唯一的“核酸—蛋白质”复合体。你是否赞同这种说法？________(填“是”或“否”)，理由是________________________________________。
答案 (1)核糖体具有RNA，染色体具有DNA
(2)对转录的初始产物进行加工处理(使之成为成熟的mRNA)
(3)否 原核细胞在DNA复制过程中会形成“DNA—DNA聚合酶”复合体，转录过程中会形成“DNA—RNA聚合酶”复合体(其他合理答案也可)
解析 (1)核糖体主要由rRNA和蛋白质组成，染色体主要由DNA和蛋白质组成。(2)基因的表达包括转录和转录后的加工、翻译及翻译后多肽的加工等过程。由“很多疾病是由‘剪接体’工作异常，导致正常基因表达出不正常的蛋白质。进一步研究发现……但作为翻译的模板mRNA却不同”可推测出“剪接体”的功能可能是对转录的产物进行加工处理，使之成为成熟的mRNA。(3)在原核细胞中“核酸—蛋白质”复合体有多种，如DNA复制过程中出现的“DNA—DNA聚合酶”复合体、转录过程中形成的“DNA—RNA聚合酶”复合体等。
第18讲 基因的表达
内容比较——知考向
核心素养——提考能
内容要求
1.概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成
2.概述基因与性状的关系
生命观念
结合DNA双螺旋结构模型，阐明基因表达过程
科学思维
运用中心法则，建立模型
科学探究
模拟中心法则各过程的实验，提升对实验结果的分析能力
社会责任
结合实例分析基因表达异常情况，形成关注社会、关注人体健康的理念
与旧教
材对比
增：①mRNA和tRNA的3′端和5′端；②基因的选择性表达与细胞分化；③表观遗传。
改：①密码子表；②密码子的破译由选学变为“科学史话”。
删：细胞质基因。
考点一 遗传信息的转录和翻译
1.RNA的结构与功能
提醒 DNA和RNA的区别
(1)正确判断DNA和RNA
①含有碱基T或脱氧核糖⇒DNA；
②含有碱基U或核糖⇒RNA。
(2)DNA和RNA合成的判断：用放射性同位素标记T或U可判断DNA和RNA的合成。若大量消耗T，可推断正在进行DNA的合成；若大量利用U，可推断正在进行RNA的合成。
2.转录 以基因为单位进行，在同一个细胞内的不同基因可
以选择性转录。
(1)概念：在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板，按碱基互补配对原则合成RNA的过程。
(2)场所：主要是细胞核，在叶绿体、线粒体中也能发生转录过程。
(3)过程
提醒 (1)一个DNA分子上有许多个基因，其中某个基因进行转录时，其他基因可能转录也可能不转录，它们之间互不影响。
(2)真核生物的DNA转录形成的mRNA需要在细胞核加工处理成为成熟的mRNA后才能作为翻译的模板。
(3)转录完成后，RNA从DNA上释放，原DNA恢复双螺旋结构。
3.翻译
(1)概念：游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
(2)场所或装配机器：核糖体。 唯一场所
(3)过程
(4)产物：多肽蛋白质
4.遗传信息、密码子、反密码子及与氨基酸的关系
(1)遗传信息、密码子与反密码子之间的联系
(2)密码子、tRNA和氨基酸之间的对应关系
①密码子有64种
a.有2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，此时编码甲硫氨酸。
b.有3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可以编码硒代半胱氨酸；不同生物共用一套遗传密码。
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。
必修② P67“表4－1密码子表拓展”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？翻译过程中，核糖体是如何使肽链延伸的？从核糖体上脱落下来的是有特定功能的成熟蛋白质吗？
提示 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。
翻译过程中，核糖体在mRNA上移动并依次读取密码子进行肽链的合成，直到读取到mRNA上的终止密码子，合成才能终止。刚从核糖体上脱落下来的只能称之为多肽，其通常经过一定的加工才能成为具有特定功能的成熟蛋白质。
2.密码子的简并性有怎样的生物学意义？
提示 可以从增强密码容错性的角度来解释，当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸；也可以从密码子使用频率来考虑，当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码一种氨基酸可以保证翻译的速度。
1.(科学思维)RNA和DNA在化学组成上的区别在于：RNA中含有核糖和尿嘧啶，DNA中含有脱氧核糖和胸腺嘧啶。
2.(科学思维)真核生物翻译时少量的mRNA可迅速合成大量的蛋白质的原因是：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。
1.常考图示解读
2.基因表达中的相关数量关系
DNA碱基数∶mRNA碱基数∶氨基酸数＝6∶3∶1。
提醒 实际基因表达过程中的数量关系不符合6∶3∶1的原因
①DNA中有的片段无遗传效应，不能转录出mRNA。
②在基因片段中，有的片段(如非编码区)起调控作用，不转录。
③合成的肽链在加工过程中可能会被剪切掉部分氨基酸。
④转录出的mRNA中有终止密码子，正常情况下，终止密码子不编码氨基酸。
3.真核细胞和原核细胞基因表达过程的判断方法
考向1 结合转录和翻译过程分析，考查科学思维能力
1.(2021·河南名校联盟质检)下图表示发生在某哺乳动物细胞内的遗传信息传递过程，下列叙述错误的是( )
A.a、b过程可发生在细胞核和细胞质中，a、b、c过程都能产生水
B.b过程不需要专门的解旋酶，因为RNA聚合酶具有解旋作用
C.c过程所需的模板来自b过程，c过程可以迅速合成大量相同肽链
D.造血干细胞中a、b、c过程都能进行，胰岛B细胞中都不能进行
答案 D
解析 a是DNA复制，b是转录，c是翻译，a、b过程可发生在细胞核和细胞质中，a、b、c过程都是小分子单体脱水形成大分子多聚体的过程，都能产生水，A正确；转录过程不需要专门的解旋酶，因为RNA聚合酶具有解旋作用，B正确；翻译的模板是mRNA，来自转录过程，一个mRNA可结合多个核糖体，可同时进行多条相同肽链的合成，C正确；造血干细胞能进行有丝分裂，三个过程都能进行，胰岛B细胞不能分裂，但能进行蛋白质的合成，D错误。
“三步”判断真、原核细胞的DNA复制、转录及翻译
2.(2020·全国卷Ⅱ，29)大豆蛋白在人体内经消化道中酶的作用后，可形成小肽(短的肽链)。回答下列问题：
(1)在大豆细胞中，以mRNA为模板合成蛋白质时，除mRNA外还需要其他种类的核酸分子参与，它们是_______________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)大豆细胞中大多数mRNA和RNA聚合酶从合成部位到执行功能部位需要经过核孔。就细胞核和细胞质这两个部位来说，作为mRNA合成部位的是________，作为mRNA执行功能部位的是________；作为RNA聚合酶合成部位的是________，作为RNA聚合酶执行功能部位的是________。
(3)部分氨基酸的密码子如表所示。若来自大豆的某小肽对应的编码序列为UACGAACAUUGG，则该小肽的氨基酸序列是____________________________________。若该小肽对应的DNA序列有3处碱基发生了替换，但小肽的氨基酸序列不变，则此时编码小肽的RNA序列为____________________________________________________________
________________________________________________________________________。
氨基酸
密码子
色氨酸
UGG
谷氨酸
GAA GAG
酪氨酸
UAC UAU
组氨酸
CAU CAC
答案 (1)rRNA、tRNA (2)细胞核 细胞质 细胞质 细胞核 (3)酪氨酸—谷氨酸—组氨酸—色氨酸 UAUGAGCACUGG
解析 (1)在大豆细胞中，以mRNA为模板合成蛋白质时，还需要rRNA参与构成核糖体、tRNA参与氨基酸的转运。(2)大豆细胞中，仅考虑细胞核和细胞质这两个部位，mRNA的合成部位是细胞核，mRNA合成以后通过核孔进入细胞质，与核糖体结合起来进行翻译过程；RNA聚合酶在细胞质中的核糖体上合成，经加工后，通过核孔进入细胞核，与DNA结合起来进行转录过程。(3)根据该小肽对应的编码序列，结合表格中部分氨基酸的密码子可知，该小肽的氨基酸序列是酪氨酸－谷氨酸－组氨酸－色氨酸。若该小肽对应的DNA序列有3处碱基发生了替换，但小肽的氨基酸序列不变，结合表格中部分氨基酸的密码子可知，谷氨酸、酪氨酸和组氨酸的密码子均有两个，且均为最后一个碱基不同，因此应该是这三种氨基酸分别对应的密码子的最后一个碱基发生了替换，此时编码小肽的RNA序列为UAUGAGCACUGG。
考向2 结合DNA复制、转录与翻译的关系，考查科学思维能力
3.(2020·湖南名校联盟)图中a、b、c表示生物体内三种生理过程。下列叙述正确的是( )
A.a过程需要的原料为四种核糖核苷酸
B.在不同功能细胞中b过程的产物存在差异
C.转运1号氨基酸的RNA含有起始密码子序列
D.分生区细胞能进行b和c过程，不能进行a过程
答案 B
解析 分析题图可知，a过程表示DNA复制，b过程表示转录，c过程表示翻译。a过程为DNA复制，需要的原料为4种脱氧核糖核苷酸，A错误；在不同功能细胞中b转录过程由于基因的选择性表达，形成的产物存在差异，B正确；转运氨基酸的是tRNA，含有反密码子，密码子在mRNA上，C错误；分生区的细胞通过有丝分裂进行增殖，故能进行b和c过程以及a过程，D错误。
4.(2021·湖北荆州调研)如图为蛋白质的合成过程，有关叙述正确的是( )
A.若抗生素可干扰核糖体的形成，则可以影响过程②
B.①②③过程中都存在碱基互补配对
C.DNA与RNA的化学组成相同
D.③过程的进行一定需要经过内质网与高尔基体的加工
答案 A
解析 若抗生素可干扰核糖体的形成，则影响翻译过程，即②过程，A正确；③过程是多肽链经过盘曲、折叠形成具有一定空间结构的蛋白质，不存在碱基互补配对，B错误；DNA与RNA在化学组成上五碳糖不同(前者是脱氧核糖，后者是核糖)和碱基种类不同(前者是A、C、G、T，后者是A、C、G、U)，C错误；真核生物细胞的分泌蛋白在核糖体合成，需要通过内质网与高尔基体的加工与运输，而胞内蛋白一般不需要，D错误。
考点二 中心法则及基因表达与性状的关系
1.中心法则
(1)提出者：克里克。
(2)补充后的内容图解：
①DNA的复制；②转录；③翻译；④RNA的复制；⑤RNA逆转录。
(3)分别写出下列生物中心法则表达式
生物种类
举例
遗传信息的传递过程
DNA病毒
T2噬菌体
RNA病毒
烟草花叶病毒
逆转录病毒
艾滋病病毒
RNARNA蛋白质
细胞生物
动物、植物、细菌、真菌等
(4)请写出洋葱表皮细胞内遗传信息传递情况
高度分化的细胞
DNARNA蛋白质。
(5)请写出洋葱根尖分生区细胞内的遗传信息传递情况
RNA蛋白质。
“三看法”判断中心法则各过程
都遵循碱基互补配对的原则
2.基因表达产物与性状的关系
(1)直接控制途径
①方式：基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状
②实例：镰状细胞贫血、囊性纤维病等
(2)间接控制途径
①方式：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实例：
a.白化病：
b.豌豆粒形：
3.基因与性状的关系
(1)一个基因一种性状(多数性状受单基因控制)
(2)一个基因多种性状(如基因间相互作用)
(3)多个基因一种性状(如身高、体重等)
(4)生物的性状是基因和环境共同作用的结果。基因型相同，表型可能不同，基因型不同，表型也可能相同。
4.表观遗传
考向1 结合中心法则过程分析，考查科学思维能力
1.(2020·华大新高考联盟)新型冠状病毒感染的肺炎疫情发生以来，全国人民同舟共济、众志成城，打赢了一场没有硝烟的疫情阻击战。经研究，该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。下列说法中正确的是( )
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冠状病毒在宿主细胞内的增殖
D.新型冠状病毒和HIV的增殖过程都需要RNA复制酶的作用
答案 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，A错误；过程②和④都要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，B正确；抗生素类药物主要作用于细菌，不能抑制病毒的增殖，C错误；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，D错误。
2.(2021·辽宁鞍山调研)下图表示中心法则，下列有关叙述正确的是( )
A.过程①～⑦都会在人体的遗传信息传递时发生
B.人体细胞内的过程③主要发生在细胞核中，产物都是mRNA
C.过程③存在A—U、C—G、T—A三种碱基配对方式
D.过程⑤有半保留复制的特点，过程⑥发生在核糖体上
答案 C
解析 过程①为DNA的复制，⑦②为逆转录，③为转录，④⑤均为RNA的复制，⑥为翻译。会在人体的遗传信息传递时发生的为①③⑥，A错误；人体细胞内的过程③转录主要发生在细胞核中，产物是mRNA、rRNA、tRNA，B错误；过程③为转录，即DNA转录为RNA，存在A—U、C—G、T—A三种碱基配对方式，C正确；由于RNA一般为单链，过程⑤RNA的复制没有半保留复制的特点，DNA的复制有半保留复制的特点，过程⑥翻译发生在核糖体上，D错误。
考向2 围绕表观遗传，考查科学思维能力
3.(2021·华师一附中调研)下列有关表观遗传的说法不正确的是( )
A.表观遗传可以在个体间遗传
B.某些RNA可干扰基因的表达
C.染色体组蛋白的乙酰化能激活基因的转录
D.DNA的甲基化程度与基因的表达无关
答案 D
解析 表观遗传可以在个体间遗传，A正确；某些RNA可使mRNA发生降解或者翻译阻滞，从而干扰基因的表达，B正确；乙酰化修饰可以将组蛋白中的正电荷屏蔽掉，使组蛋白与带负电荷的DNA缠绕的力量减弱，激活基因的转录，C正确；DNA的甲基化程度与基因的表达有关，D错误。
4.(2021·哈师大附中调研)下列关于表观遗传的说法不正确的是( )
A.表观遗传的分子生物学基础是DNA的甲基化等
B.表观遗传现象中，生物表型发生变化是由于基因的碱基序列改变
C.表观遗传现象与外界环境关系密切
D.DNA甲基化的修饰可以遗传给后代，使后代出现同样的表型
答案 B
解析 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。这一现象出现的原因是DNA的甲基化，染色体上的组蛋白发生甲基化、乙酰化等，A正确，B错误；外界环境会引起细胞中DNA甲基化水平变化，从而引起表观遗传现象的出现，C正确；DNA甲基化的修饰可以通过配子传递给后代，使后代出现同样的表型，D正确。
重温真题 经典再现
1.经典重组 判断正误
(1)细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生(2017·全国卷Ⅲ，1C)( )
(2)每种氨基酸都至少有两种相应的密码子(2017·海南卷，25A)( )
(3)转录和逆转录所需要的反应物都是核糖核苷酸(2018·海南卷，13C)( )
(4)一个tRNA分子中只有一个反密码子(2015·全国卷Ⅰ，1B)( )
(5)mRNA从细胞核到细胞质的过程不属于胞吐作用(2015·全国卷Ⅱ，3B)( )
提示 (1)× 线粒体和叶绿体中也能合成RNA。
(2)× 色氨酸只有一种密码子与之对应。
(3)× 逆转录所需要的原料是脱氧核苷酸。
(4)√ (5)√
2.(2020·天津等级考，3)对于基因如何指导蛋白质合成，克里克认为要实现碱基序列向氨基酸序列的转换，一定存在一种既能识别碱基序列，又能运载特定氨基酸的分子。该种分子后来被发现是( )
A.DNA B.mRNA C.tRNA D.rRNA
答案 C
解析 DNA通过转录和翻译可合成蛋白质，A错误；mRNA是蛋白质合成的直接模板，不能运载特定氨基酸分子，B错误；tRNA主要是将其携带的氨基酸运送到核糖体上，在mRNA指导下合成蛋白质，tRNA与mRNA是通过反密码子与密码子相互作用而发生关系的，C正确；rRNA是组成核糖体的重要组成成分，D错误。
3.(2020·全国卷Ⅲ，3)细胞内有些tRNA分子的反密码子中含有稀有碱基次黄嘌呤(I)。含有I的反密码子在与mRNA中的密码子互补配对时，存在如图所示的配对方式(Gly表示甘氨酸)。下列说法错误的是( )
A.一种反密码子可以识别不同的密码子
B.密码子与反密码子的碱基之间通过氢键结合
C.tRNA分子由两条链组成，mRNA分子由单链组成
D.mRNA中的碱基改变不一定造成所编码氨基酸的改变
答案 C
解析 根据图象可知，反密码子CCI可与mRNA中的GGU、GGC、GGA互补配对，说明一种反密码子可以识别不同的密码子，A正确；密码子与反密码子的碱基互补配对，密码子与反密码子的碱基之间通过氢键结合，B正确；tRNA分子和mRNA分子都是单链结构，C错误；由于某些氨基酸可对应多种密码子，故mRNA中的碱基改变不一定造成所编码氨基酸的改变，D正确。
4.(2020·全国卷Ⅲ，1)关于真核生物的遗传信息及其传递的叙述，错误的是( )
A.遗传信息可以从DNA流向RNA，也可以从RNA流向蛋白质
B.细胞中以DNA的一条单链为模板转录出的RNA均可编码多肽
C.细胞中DNA分子的碱基总数与所有基因的碱基数之和不相等
D.染色体DNA分子中的一条单链可以转录出不同的RNA分子
答案 B
解析 在真核生物中，遗传信息可以从DNA流向DNA，也可以从DNA流向RNA，还可以从RNA流向蛋白质，A正确；细胞中以DNA的一条单链为模板转录出的RNA包括mRNA、tRNA、rRNA等，其中tRNA、rRNA不能编码多肽，B错误；基因是有遗传效应的DNA片段，由于真核细胞中的DNA分子中还存在非基因片段，故真核细胞中DNA分子的碱基总数大于所有基因的碱基数之和，C正确；基因在染色体上呈线性排列，一个DNA分子上有许多个基因，转录是以基因为单位进行的，因此染色体DNA分子中的一条单链可以转录出不同的RNA分子，D正确。
5.(2020·天津等级考，8)完整的核糖体由大、小两个亚基组成。如图为真核细胞核糖体大、小亚基的合成、装配及运输的过程示意图，相关叙述正确的是( )
A.如图所示过程可发生在有丝分裂中期
B.细胞的遗传信息主要储存于rDNA中
C.核仁是合成rRNA和核糖体蛋白的场所
D.核糖体亚基在细胞核中装配完成后由核孔运出
答案 D
解析 有丝分裂中期无核膜和核仁，A错误；细胞的遗传信息储存于DNA分子中，而不是主要储存于核仁中的rDNA中，B错误；据图可知，核仁是合成rRNA的场所，但核糖体蛋白的合成是在细胞质中的核糖体上，C错误；据图分析可知，核糖体亚基的组装部位是细胞核，核孔是细胞核和细胞质之间大分子物质交换的通道，核糖体亚基装配完成后由核孔运出，D正确。
6.(2019·全国卷Ⅰ，2)用体外实验的方法可合成多肽链。已知苯丙氨酸的密码子是UUU，若要在体外合成同位素标记的多肽链，所需的材料组合是( )
①同位素标记的tRNA ②蛋白质合成所需的酶 ③同位素标记的苯丙氨酸 ④人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸
⑤除去了DNA和mRNA的细胞裂解液
A.①②④ B.②③④ C.③④⑤ D.①③⑤
答案 C
解析 蛋白质合成需要mRNA模板、游离的氨基酸、核糖体、tRNA以及相关酶等。人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸可作为合成多肽链的模板；要获得同位素标记的多肽链，需要使用同位素标记的氨基酸；除去了DNA和mRNA的细胞裂解液中含有核糖体、tRNA以及相关酶等，所以C符合题意。
课后·分层训练
(时间：35分钟)
1.(2021·重庆巴蜀中学检测)下列关于RNA分子的叙述，正确的是( )
A.线粒体中含有mRNA、tRNA和rRNA
B.ATP中的“A”在RNA分子中不存在
C.RNA分子中不含氢键，有的RNA具有催化功能
D.RNA可以在细胞内运输某种物质，还可以作为细菌的遗传物质
答案 A
解析 线粒体中含有少量的DNA和核糖体，能进行转录和翻译，通过转录可以形成mRNA、tRNA和rRNA，A正确；ATP中的“A”是腺苷，是由腺嘌呤与核糖构成的，RNA分子中也存在腺苷，B错误；tRNA中存在部分双链区域，双链区域含有氢键，C错误；tRNA在翻译过程中运输氨基酸，细菌的遗传物质是DNA，D错误。
2.(2021·安阳市调研)生命是物质、能量和信息的统一体。下列物质的生物合成不需要信息分子作为合成模板的是( )
A.DNA和mRNA
B.mRNA和血红蛋白
C.胃蛋白酶和胃蛋白酶基因
D.ATP和NADPH
答案 D
解析 DNA、mRNA和蛋白质(胃蛋白酶也是蛋白质)的合成都需要核酸作为模板；胃蛋白酶基因是具有遗传效应的DNA片段，其合成同样需要模板。ATP和NADPH的合成则不需要模板。
3.(2021·河南天一大联考)下列有关基因表达的说法，正确的是( )
A.同一DNA分子在细胞发育的不同阶段转录形成的RNA可能不同
B.基因中部分碱基对的替换，都不会改变其控制合成的肽链的长度
C.RNA分子上都含有密码子，不同的密码子可能决定相同的氨基酸
D.胰岛素基因和RNA聚合酶基因不能在同一细胞中表达
答案 A
解析 由于基因的选择性表达，同一DNA分子在细胞发育的不同阶段表达的基因是不完全相同的，因此转录得到的mRNA可能不同，A正确；基因中部分碱基对的替换，可能改变mRNA上终止密码子的位置，导致其控制合成的肽链的长度发生改变，B错误；只有mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基才能构成一个密码子(终止密码子不决定氨基酸)，C错误；胰岛素基因在胰岛B细胞中表达，RNA聚合酶基因在所有细胞中均可表达，因此它们可在同一细胞中表达，D错误。
4.(2021·河北衡水金卷)如表是人体内的红细胞(未成熟)、胰岛B细胞、浆细胞内所含有的部分核基因及这些基因表达的情况(“＋”表示该基因表达，“－”表示该基因未表达)。下列有关说法正确的是( )
项目
血红蛋白基因
胰岛素基因
抗体基因
有氧呼吸有关酶基因
红细胞
＋
－
－
＋
胰岛B细胞
－
①
－
＋
浆细胞
－
－
＋
②
A.①②均表示“＋”
B.此表说明细胞分化导致基因的选择性表达
C.三种细胞中mRNA和蛋白质种类完全不同
D.三种细胞的形态、结构和生理功能不同的根本原因是核基因种类不完全相同
答案 A
解析 血红蛋白基因只在未成熟的红细胞中表达，胰岛素基因只在胰岛B细胞中表达，抗体基因只在浆细胞中表达，有氧呼吸有关酶基因在三种细胞中均表达，则①②均表示“＋”，A正确；此表说明基因的选择性表达导致细胞分化，B错误；三种细胞中mRNA和蛋白质种类不完全相同，C错误；三种体细胞中都含有表中所列的四种基因，是因为人体细胞都来源于同一个受精卵，含有相同的遗传信息，三种细胞的形态、结构和生理功能不同的根本原因是基因的选择性表达，D错误。
5.(2021·四川成都双流中学入学检测)结合图表分析，下列有关说法正确的是( )
抗菌药物
抗菌机理
青霉素
抑制细菌细胞壁的合成
环丙沙星
抑制细菌DNA旋转酶(DNA旋转酶可促进DNA形成负超螺旋，以利于双链打开)的活性
红霉素
能与核糖体结合
利福平
抑制RNA聚合酶的活性
A.环丙沙星和红霉素分别抑制细菌的①和③
B.青霉素和利福平能抑制DNA的复制
C.结核杆菌的④和⑤都发生在细胞质中
D.①～⑤可发生在人体健康细胞中
答案 A
解析 首先判定出图中各个过程的名称：①为DNA复制，②为转录，③为翻译，④为RNA复制，⑤为逆转录。然后根据表格中抗菌药物的抗菌机理来分析各选项。青霉素的作用对象是细胞壁，与DNA复制无关；环丙沙星可抑制DNA形成负超螺旋，不利于DNA复制；红霉素能与核糖体结合，抑制翻译过程；利福平抑制RNA聚合酶的活性，进而抑制转录和RNA复制；④和⑤只有某些RNA病毒在增殖过程中才能进行。
6.(2021·长沙一中调研)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，失去转录活性。下列相关叙述不正确的是( )
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的性状
D.DNA甲基化可能会影响细胞分化
答案 A
解析 DNA的胞嘧啶被选择性地添加甲基不会导致基因碱基序列的改变，A错误；DNA甲基化会使染色质高度螺旋化，失去转录活性，因此DNA甲基化会导致mRNA合成受阻，B正确；DNA甲基化会导致mRNA合成受阻，进而导致蛋白质合成受阻，这样可能会影响生物的性状，C正确；细胞分化的本质是基因的选择性表达，而DNA甲基化会导致mRNA合成受阻，这会影响基因表达，因此DNA甲基化可能会影响细胞分化，D正确。
7.(2021·宁夏银川一中调研)豌豆的圆粒和皱粒是由等位基因R、r控制的相对性状，当R基因插入一段800个碱基对的DNA片段时就成为r基因。豌豆种子圆粒性状的产生机制如图所示。下列分析错误的是( )
A.a过程被称为转录，需要用RNA聚合酶
B.R基因插入一段800个碱基对的DNA片段属于基因重组
C.若淀粉分支酶含有350个氨基酸，则过程b最多会有61种tRNA参与
D.蔗糖甜度比淀粉高，所以新鲜豌豆选择皱粒豌豆口味更佳
答案 B
解析 图中a表示以DNA一条链为模板合成mRNA的转录过程，需要用RNA聚合酶，A正确；根据题意可知，当R基因插入一段800个碱基对的DNA片段时就成为r基因，该变异为基因突变，B错误；tRNA上的反密码子是与mRNA上的密码子互补的，mRNA上决定氨基酸的密码子有61种，则tRNA也有61种。因此，若淀粉分支酶含有350个氨基酸，则过程b(翻译过程)最多会有61种tRNA参与，C正确；由题图可知，蔗糖转化成淀粉后，淀粉吸收水分，豌豆种子表现为圆粒，因此皱粒豌豆种子蔗糖含量高，口感好，D正确。
8.(2021·南昌市摸底考试)如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：
(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________(填场所)。
(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(作为遗传物质) (4)B
解析 (1)图A表示基因表达中的转录过程，主要发生于细胞核中；转录是以基因为单位进行的。转录需要RNA聚合酶参与，图A中甲、乙代表的物质是RNA聚合酶。(2)胰岛素是分泌蛋白，胰岛素的前体物质——前胰岛素原在核糖体上合成后，需要先进入内质网中进行加工。(3)图B表示翻译过程，这一过程中mRNA可作为翻译的模板，tRNA可以转运氨基酸，此外某些酶的化学本质是RNA，故某些RNA具有催化作用。(4)核糖体是蛋白质合成的场所(即翻译的场所)，图B表示翻译过程。由题中信息可知，四环素等抗生素可干扰细菌核糖体的形成，故四环素等抗生素阻碍了图B中所示过程。
9.(2019·海南卷，20)下列关于蛋白质合成的叙述错误的是( )
A.蛋白质合成通常从起始密码子开始到终止密码子结束
B.携带肽链的tRNA会先后占据核糖体的2个tRNA结合位点
C.携带氨基酸的tRNA都与核糖体的同一个tRNA结合位点结合
D.最先进入核糖体的携带氨基酸的tRNA在肽键形成时脱掉氨基酸
答案 C
解析 蛋白质合成中，翻译的模板是mRNA，从起始密码子开始到终止密码子结束，A正确；核糖体同时占据两个密码子位点，携带肽链的tRNA会先后占据核糖体的2个tRNA结合位点，通过反密码子与密码子进行互补配对，B正确；携带第一个氨基酸的tRNA与核糖体的位点1结合，其他都与核糖体的位点2结合，C错误；最先进入核糖体的携带氨基酸的tRNA在肽键形成时脱掉氨基酸，继续运输其他氨基酸，D正确。
10.(2021·苏州市联考)下图为逆转录病毒的遗传信息的传递过程示意图，下列叙述不正确的是( )
A.逆转录酶是在逆转录病毒的核糖体上合成的
B.逆转录得到的双链DNA整合到宿主细胞DNA上属于基因重组
C.逆转录病毒的遗传信息的传递过程有逆转录酶、RNA聚合酶等参与
D.逆转录病毒遗传信息的传递与真核生物的不完全相同
答案 A
解析 逆转录病毒没有细胞结构，没有核糖体，A错误；逆转录得到的双链DNA整合到宿主细胞DNA上，是控制不同性状基因的重新组合，属于基因重组，B正确；据图可知，逆转录病毒遗传信息的传递过程包括逆转录、转录等过程，需要逆转录酶、RNA聚合酶等参与，C正确；逆转录病毒遗传信息的传递包含逆转录过程，真核生物没有逆转录过程，D正确。
11.(2020·广深珠三校联考)HIV是逆转录病毒，其RNA可在逆转录酶的作用下合成cDNA。AZT(叠氮胸苷)是碱基T的类似物，能取代T参与碱基配对，并且AZT是逆转录酶的底物，可阻断新病毒的形成，但不是细胞中DNA聚合酶的合适底物。下列说法错误的是( )
A.AZT可作为治疗艾滋病的药物
B.AZT可与碱基A发生互补配对
C.AZT不会抑制细胞中DNA的复制
D.AZT可参与细胞中DNA的转录过程
答案 D
解析 由题干信息HIV为逆转录病毒，其RNA可在逆转录酶的作用下合成cDNA，AZT是逆转录酶的底物，能阻断新病毒的形成，推测AZT可作为治疗艾滋病的药物，A正确；据题干信息“AZT(叠氮胸苷)是碱基T的类似物，能取代T参与碱基配对”，可知AZT能够和碱基A配对，B正确；据题干信息AZT不是细胞中DNA聚合酶的合适底物，可知AZT不会抑制细胞中DNA的复制，C正确；DNA转录过程中需要A、U、G、C四种游离的碱基作为原料，而AZT是碱基T的类似物，故AZT不参与细胞中DNA的转录过程，D错误。
12.(2021·中原名校联盟)研究发现，当在细胞外人工合成多肽时，起始密码子的功能并非使翻译开始，而是充当定位翻译起始的位置信号。现有编码含5个氨基酸的一条肽链的mRNA，有人测得其序列为AUGUUUAAAUUUAA(AUG为甲硫氨酸密码子和起始密码子)。以下说法错误的是( )
A.可判断测得的这段mRNA序列是错误的
B.该多肽链合成过程最多涉及5种密码子
C.当在细胞外人工合成多肽时，mRNA若无起始密码子，翻译的起始点是不固定的
D.细胞外的翻译系统中需加入酶、mRNA、ATP、tRNA、核糖体、氨基酸等
答案 B
解析 因为生物决定每个氨基酸的碱基序列为三联密码子，所以基因转录的mRNA序列应为3的整数倍，A正确；编码含5个氨基酸的一条肽链的mRNA，还应该有一个终止密码子，B错误；由题干“当在细胞外人工合成多肽时，起始密码子的功能并非使翻译开始，而是充当定位翻译起始的位置信号”推知，当在细胞外人工合成多肽时，若mRNA序列没有起始密码子，其上的碱基序列随机翻译，说明翻译的起始点是不固定的，C正确；翻译是在细胞质中的核糖体上进行的，需要以酶作为催化剂、mRNA为模板、ATP提供能量、21种氨基酸为原料，还需要tRNA运输氨基酸到核糖体，D正确。
13.(2021·广东深圳模拟)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基因中二核苷酸(CpG)的胞嘧啶有不同程度的甲基化(如图)，已知甲基化不影响DNA复制。下列有关分析错误的是( )
A.F1体色的差异可能与A基因甲基化程度有关
B.碱基甲基化可能影响RNA聚合酶与该基因的结合
C.碱基甲基化不影响遗传信息的传递
D.A基因中的碱基甲基化引起了基因中碱基序列的改变
答案 D
解析 F1(Aa)不同个体出现了不同体色，不同体色的小鼠A基因的碱基序列相同，A基因中二核苷酸(CpG)的胞嘧啶有不同程度的甲基化，这表明F1体色的差异可能与A基因甲基化程度有关，A正确；甲基化的CpG可能会影响RNA聚合酶与该基因的结合，B正确；碱基甲基化不影响DNA复制过程，故碱基甲基化不影响遗传信息的传递，A基因中的碱基甲基化也不会引起基因中碱基序列的改变，C正确、D错误。
14.(2021·安徽安庆模拟)真核细胞在执行功能时会形成很多“核酸—蛋白质”复合体。回答下列问题：
(1)核糖体和染色体是真核细胞内典型的两种“核酸—蛋白质”复合体，其组成成分中的不同点主要在于____________________________________________________。
(2)清华大学施一公教授研究团队通过冷冻电镜技术得到“剪接体”的三维结构，“剪接体”是由RNA和蛋白质组成的复合物。很多疾病是由“剪接体”工作异常，导致正常基因表达出不正常的蛋白质。进一步研究发现，在异常“剪接体”和正常“剪接体”分别参与的基因表达过程中，初始mRNA相同，但作为翻译的模板mRNA却不同。推测“剪接体”的功能可能是____________________________________________________。
(3)有人认为核糖体是原核细胞执行功能时唯一的“核酸—蛋白质”复合体。你是否赞同这种说法？________(填“是”或“否”)，理由是________________________________________。
答案 (1)核糖体具有RNA，染色体具有DNA
(2)对转录的初始产物进行加工处理(使之成为成熟的mRNA)
(3)否 原核细胞在DNA复制过程中会形成“DNA—DNA聚合酶”复合体，转录过程中会形成“DNA—RNA聚合酶”复合体(其他合理答案也可)
解析 (1)核糖体主要由rRNA和蛋白质组成，染色体主要由DNA和蛋白质组成。(2)基因的表达包括转录和转录后的加工、翻译及翻译后多肽的加工等过程。由“很多疾病是由‘剪接体’工作异常，导致正常基因表达出不正常的蛋白质。进一步研究发现……但作为翻译的模板mRNA却不同”可推测出“剪接体”的功能可能是对转录的产物进行加工处理，使之成为成熟的mRNA。(3)在原核细胞中“核酸—蛋白质”复合体有多种，如DNA复制过程中出现的“DNA—DNA聚合酶”复合体、转录过程中形成的“DNA—RNA聚合酶”复合体等。
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