資源簡介

第1節(jié)　基因指導蛋白質的合成
課標要求
概述DNA分子上的遺傳信息通過RNA指導蛋白質的合成。
核心素養(yǎng)
1．從化學組成、結構、分布、功能等方面，概括說明DNA和RNA分子的異同。(科學思維)
2．結合圖示圖解，概述DNA分子上的遺傳信息通過RNA指導蛋白質的合成。(科學思維、生命觀念)
3．從存在位置、作用等方面，概括說明遺傳信息、密碼子、反密碼子的區(qū)別。(科學思維)
一、遺傳信息的轉錄
基礎知識·雙基夯實
1．RNA的組成、結構和種類
基本單位 _核糖核苷酸__
組成成分
結構 一般是_單鏈__，長度比DNA_短__
種類 _mRNA、tRNA和rRNA__
2．遺傳信息的轉錄：
(1)概念
(2)過程
活|學|巧|練
1．核糖核酸是組成RNA的基本單位，一共有4種。( × )
2．RNA是某些病毒的遺傳物質。( √ )
3．RNA一般是單鏈，所以所有的RNA都不含有氫鍵。( × )
4．轉錄只發(fā)生在細胞核內。( × )
5．遺傳信息轉錄的產物只有mRNA。( × )
6．轉錄以DNA的兩條鏈作為模板，以4種核糖核苷酸為原料。( × )
合|作|探|究
1．如下所示為一段DNA分子，如果以β 鏈為模板進行轉錄，試回答下列問題：
DNAα 鏈：……ATGATAGGGAAAC……
β 鏈：……TACTATCCCTTTG……
(1)寫出對應的mRNA的堿基序列。
(2)轉錄成的RNA的堿基序列與DNA的另一條鏈的堿基序列相比有哪些異同？
提示：(1)……AUGAUAGGGAAAC……
(2)相同點：a.堿基數目相等；b.都含有A、G、C 3 種堿基。不同點：RNA中含有U 堿基，DNA中含有T 堿基。
2．圖甲表示的是轉錄過程，圖乙表示的是DNA復制過程，請結合下列有關圖解，回答相關問題。
(1)DNA的遺傳信息通過哪種方式遺傳給子代DNA？是通過哪種方式傳遞給mRNA的？
(2)圖示兩過程有何相同之處？堿基互補配對原則對遺傳信息的傳遞有什么意義？
(3)圖示兩過程有何不同之處？
提示：(1)DNA的遺傳信息通過DNA復制(乙方式)遺傳給子代DNA。DNA的遺傳信息通過轉錄(甲方式)傳遞給mRNA。
(2)轉錄與復制都需要模板、原料、酶等，都遵循堿基互補配對原則，在真核細胞中主要發(fā)生在細胞核內。堿基互補配對原則能夠保證遺傳信息傳遞的準確性。
(3)①DNA復制中A 與T 配對，轉錄中會有A 與U 配對。②DNA復制時，一個DNA分子完整復制，以DNA兩條鏈為模板，形成兩個DNA分子；轉錄是以基因為單位進行的，在DNA分子中，只有處于表達狀態(tài)的片段(基因)才會被轉錄，且以DNA的一條鏈為模板轉錄形成一條單鏈RNA。
歸|納|提|升
1．DNA與RNA的比較
核酸種類比較項目 DNA RNA
化學組成 基本單位 脫氧核苷酸 核糖核苷酸
堿基 A、G、C、T A、G、C、U
五碳糖 脫氧核糖 核糖
無機酸 磷酸 磷酸
空間結構 規(guī)則的雙螺旋結構 通常呈單鏈結構
分類 通常只有一類 分mRNA、tRNA、rRNA三類
功能 主要的遺傳物質，儲存和傳遞遺傳信息 是某些RNA病毒的遺傳物質；mRNA指導蛋白質的合成；tRNA識別并轉運氨基酸；rRNA是核糖體的組成成分；少數RNA有催化作用
存在(真核生物) 主要存在于細胞核中的染色體上 主要存在于細胞質中
2．三種RNA的比較
mRNA tRNA rRNA
分布部位 常與核糖體結合 細胞質中 與蛋白質結合形成核糖體
結構
功能 翻譯時作模板 翻譯時作搬運氨基酸的工具 參與核糖體的組成
聯系 ①組成相同：4種核糖核苷酸；②來源相同：都經轉錄產生；③功能協同：都與翻譯有關
3．RNA適于作為DNA信使的原因
(1)RNA的基本組成單位是核苷酸，含有4種堿基，可以儲存遺傳信息。
(2)RNA一般是單鏈，比DNA短，能通過核孔，從細胞核進入細胞質。
(3)組成RNA的堿基也嚴格遵循堿基互補配對原則。
[特別提醒]　(1)轉錄的基本單位是基因，而不是整個DNA。
(2)在真核細胞內，轉錄出來的RNA需經過加工才具有生物活性。
4．轉錄與DNA分子復制的區(qū)別
復制 轉錄
時間 有絲分裂前的間期和減數分裂Ⅰ前的間期 生長發(fā)育過程中
場所 主要在細胞核，少部分在線粒體和葉綠體
原料 4種脫氧核苷酸 4種核糖核苷酸
模板 DNA的兩條鏈 DNA中的一條鏈
條件 特定的酶和ATP
過程 DNA解旋，以兩條鏈為模板，按堿基互補配對原則，合成兩條子鏈，子鏈與對應母鏈螺旋化 DNA解旋，以一條鏈為模板，按堿基互補配對原則，形成mRNA(單鏈)，進入細胞質與核糖體結合
模板去向 分別進入兩個子代DNA分子中 模板鏈與非模板鏈重新組成雙螺旋結構
特點 邊解旋邊復制，半保留復制 邊解旋邊轉錄，DNA雙鏈全保留
產物 兩個雙鏈DNA分子 mRNA、tRNA、rRNA
意義 復制遺傳信息，使遺傳信息從親代傳給子代 傳遞遺傳信息，為翻譯做準備
典例1 如圖為真核生物細胞核內轉錄過程的示意圖，下列說法正確的是( B )
A．①鏈的堿基A與②鏈的堿基T互補配對
B．②是以4種核糖核苷酸為原料合成的
C．如果③表示酶分子，則它的名稱是DNA聚合酶
D．轉錄完成后，②需要通過兩層生物膜才能與核糖體結合
解析： 圖中①鏈為模板鏈，②鏈為RNA，①鏈中的堿基A與②鏈中的堿基U互補配對；③表示RNA聚合酶；轉錄完成后，②通過核孔進入細胞質，穿過0層膜。
變式訓練 對于下列圖解，正確的說法有( C )
①表示DNA復制過程
②表示轉錄過程
③共有5種堿基
④共有8種核苷酸
⑤共有5種核苷酸
⑥A 均代表同一種核苷酸
A．①②③ B．④⑤⑥
C．②③④ D．①③⑤
解析： 由圖可知，此過程是遺傳信息的轉錄過程，整個過程涉及5種堿基——A、T、G、C、U，但由于組成DNA鏈的是4種脫氧核苷酸，組成RNA鏈的是4種核糖核苷酸，因此圖解中共有8種核苷酸，C正確。
二、遺傳信息的翻譯
基礎知識·雙基夯實
1．密碼子和反密碼子的比較
項目 位置 實質 種類
密碼子 mRNA 決定氨基酸的_3個__相鄰的堿基 共有_64__種，決定氨基酸的有_61__(特殊情況62種)種
反密碼子 _tRNA__ 與_mRNA__上的密碼子互補配對的_3個__相鄰堿基 共有_61__種
2．翻譯過程
起始：mRNA與_核糖體__結合
　↓
運輸：_tRNA__攜帶氨基酸置于特定位置
　↓
延伸：核糖體沿_mRNA__移動，讀取下一個密碼子，由對應_tRNA__運輸相應的氨基酸加到延伸中的肽鏈上
　↓
終止：當核糖體到達mRNA上的_終止密碼子__時，合成停止
　↓
脫離：肽鏈合成后從核糖體與mRNA的復合物上脫離，盤曲折疊成具有特定_空間結構__和_功能__的蛋白質分子
活|學|巧|練
1．tRNA由三個堿基構成。( × )
2．密碼子位于mRNA上，ATC一定不是密碼子。( √ )
3．mRNA在核糖體上移動翻譯出蛋白質。( × )
4．每種轉運RNA能識別并轉運一種或多種氨基酸。( × )
5．每種氨基酸僅由一種密碼子編碼。( × )
6．tRNA由單鏈構成，因此不含氫鍵。( × )
合|作|探|究
1．結合教材P67表4－121種氨基酸的密碼子表，思考下列問題：
(1)密碼子有多少種？在蛋白質合成過程中都決定氨基酸嗎？
(2)一種氨基酸可能對應幾種密碼子，這一現象稱作密碼子的簡并性，密碼子的簡并性對生物體的生存發(fā)展有什么意義？
提示：(1)密碼子共有64種，正常情況下3種為終止密碼子不決定氨基酸，決定氨基酸的密碼子共有61種。
(2)密碼子的簡并性在遺傳的穩(wěn)定性和提高翻譯速率上有一定的意義。具體如下：①當密碼子中有一個堿基改變時，由于密碼子的簡并性，可能不會改變對應的氨基酸。②當某種氨基酸使用頻率高時，幾種不同的密碼子都編碼一種氨基酸，可以保證翻譯的速率。
2．下圖是翻譯過程的示意圖，請據圖分析：
(1)圖甲中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分別是哪種分子或結構？
(2)Ⅲ是mRNA，其中的起始密碼子和終止密碼子分別是什么？他們都能決定氨基酸嗎？
(3)圖乙中的①、⑥是什么分子或結構？核糖體的移動方向是怎樣的？
(4)最終合成的多肽鏈②、③、④、⑤的氨基酸序列相同嗎？為什么？
提示：(1)Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分別是tRNA、核糖體、多肽鏈。
(2)起始密碼子：AUG，編碼甲硫氨酸；終止密碼子：UAA，不編碼氨基酸。
(3)①、⑥分別是mRNA、核糖體；核糖體移動的方向是由右向左。
(4)相同；因為它們的模板鏈是同一條mRNA。
歸|納|提|升
1．翻譯的概念
游離在細胞質中的各種氨基酸，以mRNA為模板合成具有一定氨基酸順序的蛋白質，這一過程叫翻譯。
(1)部位：細胞質。
(2)原料：各種游離氨基酸。
(3)模板：mRNA。
(4)結果：一定氨基酸順序的蛋白質。
(5)實質：將mRNA中的堿基序列(攜帶遺傳信息)翻譯為蛋白質的氨基酸序列(具體性狀)。
2．氨基酸的“搬運工”——tRNA
tRNA的基本結構單位為核糖核苷酸，是RNA的一種。tRNA種類眾多，但每一種tRNA只能識別并轉運一種氨基酸。tRNA呈三葉草形，其一端為攜帶氨基酸的部位，另一端有3個堿基。每個tRNA上的這3個堿基可以與mRNA上的密碼子互補配對，稱反密碼子。
3．轉錄與翻譯的比較
4．遺傳信息、密碼子、反密碼子的比較
項目 遺傳信息 密碼子 反密碼子
作用 控制生物的性狀 直接決定蛋白質中的氨基酸排列序列 識別密碼子，轉運氨基酸
圖解
5．翻譯過程中多聚核糖體模式圖解讀
(1)圖1表示翻譯過程，其中①是mRNA，⑥是核糖體，②、③、④、⑤表示正在合成的4條多肽鏈，具體內容分析如下：
①數量關系：一個mRNA可同時結合多個核糖體，形成多聚核糖體。
②意義：少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白質。
③方向：從右向左(見圖1)，判斷依據是多肽鏈的長短，長的翻譯在前。
④形成的多條肽鏈氨基酸序列相同：其原因是有相同的模板mRNA。
(2)圖2表示原核細胞的轉錄和翻譯過程同時進行，圖中①是DNA，②、③、④、⑤表示正在合成的4條mRNA，核糖體沿著mRNA移動同時進行翻譯過程。
典例2 (2023·河北五縣一中高三上聯考改編)如圖代表人體胰島細胞中合成胰島素的某一過程(AA代表氨基酸)，下列敘述正確的是( C )
A．所示過程的模板是DNA的一條鏈
B．圖中所示過程只有兩種RNA參與
C．該過程形成的是多肽，要經過加工才能形成胰島素
D．運輸氨基酸的工具是rRNA，其中也含堿基對和氫鍵
解析： 題圖中所示的過程是翻譯，其模板是mRNA，A錯誤；翻譯過程三種RNA都要參與，其中mRNA在翻譯過程中作模板，tRNA識別并轉運氨基酸，rRNA參與構成的核糖體是翻譯的場所，B錯誤；胰島素屬于分泌蛋白，翻譯的結果是形成多肽，多肽經過內質網和高爾基體的加工才能得到具有一定結構和功能的蛋白質，C正確；運輸氨基酸的工具是tRNA，D錯誤。
變式訓練 (2023·山東省聊城市高一下學期期末)關于密碼子、tRNA和氨基酸的關系的敘述，正確的是( C )
A．一種密碼子可以決定多種氨基酸
B．一種氨基酸只由一種密碼子決定
C．密碼子是mRNA上3個相鄰的堿基
D．一種tRNA可以轉運多種氨基酸
解析： 一種密碼子可以決定一種氨基酸，且終止密碼子不編碼氨基酸，A錯誤；一種氨基酸可能由一種或多種密碼子編碼，B錯誤；mRNA上決定一種氨基酸的每3個相鄰的堿基構成一個密碼子，C正確；tRNA具有專一性，即每種tRNA只能識別并轉運一種氨基酸，D錯誤。故選C。
三、中心法則
基礎知識·雙基夯實
1．提出者：_克里克__。
2．完善后的內容
①DNA的復制：遺傳信息從_DNA__流向_DNA__。
②_轉錄__：遺傳信息從_DNA__流向_RNA__。
③翻譯：遺傳信息從_RNA__流向_蛋白質__。
④_RNA的復制__：遺傳信息從_RNA__流向_RNA__。
⑤_逆轉錄__：遺傳信息從_RNA__流向_DNA__。
3．生命是物質、能量和信息的統(tǒng)一體
(1)DNA、RNA是_信息__的載體。
(2)蛋白質是信息的_表達產物__。
(3)_ATP__為信息的流動提供能量。
活|學|巧|練
1．中心法則表示的是遺傳信息的流動過程。( √ )
2．遺傳信息只能從DNA流向RNA，進而流向蛋白質。( × )
3．線粒體中遺傳信息的傳遞也遵循中心法則。( √ )
4．DNA病毒中沒有RNA，其遺傳信息的傳遞不遵循中心法則。( × )
合|作|探|究
中心法則揭示了生物遺傳信息傳遞的規(guī)律，據圖回答下列問題：
1．②表示_轉錄__過程，需要_RNA聚合__酶；④表示_逆轉錄__過程，需要_逆轉錄__酶的參與。
2．正常情況下，在人體細胞內能進行的過程是_①②③__。
3．圖中遵循堿基互補配對原則的過程是_①②③④⑤__。
4．任意一個人體細胞均能發(fā)生①②③過程嗎？
提示：高度分化的細胞不再進行細胞分裂，因而不能發(fā)生①過程。
5．請寫出流感病毒(一種RNA復制病毒)遺傳信息傳遞的過程及發(fā)生場所。
提示：，場所是宿主活細胞內。
歸|納|提|升
1．中心法則內容及其發(fā)展圖解
2．不同生物的遺傳信息傳遞過程
(1)以DNA為遺傳物質的生物
主要包括細胞生物(原核生物、真菌、動植物和人類)以及大多數病毒，它們能發(fā)生的過程如下：
(2)以RNA為遺傳物質的生物
①不含逆轉錄酶的RNA病毒，如煙草花葉病毒，它們能發(fā)生的過程如下：
②含逆轉錄酶的RNA病毒，如艾滋病病毒，它們能發(fā)生的過程如下：
3．中心法則5個過程的比較
過程 模板 原料 產物 實例
DNA的復制 DNA的兩條鏈 脫氧核苷酸 DNA 以DNA作遺傳物質的生物
轉錄 DNA的一條鏈 核糖核苷酸 RNA 除病毒外幾乎所有生物
翻譯 信使RNA 21種氨基酸 多肽 除病毒外的細胞生物
RNA的復制 RNA 核糖核苷酸 RNA 以RNA作遺傳物質的生物
RNA的逆轉錄 RNA 脫氧核苷酸 DNA 某些致癌的RNA病毒等
4．“三看法”判斷中心法則各過程
一看模板：
(1)若是DNA，則為DNA復制或轉錄。
(2)若是RNA，則為RNA復制或逆轉錄或翻譯。
二看原料：
(1)若是脫氧核苷酸，則為DNA復制或逆轉錄。
(2)若是核糖核苷酸，則為轉錄或RNA復制。
(3)若是氨基酸，則為翻譯。
三看產物：
(1)若是DNA，則為DNA復制或逆轉錄。
(2)若是RNA，則為RNA復制或轉錄。
(3)若是蛋白質(或多肽)，則為翻譯。
典例3 如圖是基因表達的示意圖，下列有關敘述正確的是( C )
A．過程①是轉錄，在植物細胞中只能發(fā)生在細胞核中
B．過程②在核糖體上進行，需要的原料是4種核糖核苷酸
C．過程①②在原核生物體內可以同時進行
D．過程①②中的堿基配對方式完全相同
解析： 圖中過程①表示轉錄，在植物細胞中，主要發(fā)生在細胞核內，也可發(fā)生在葉綠體或線粒體中，A錯誤；過程②表示翻譯，在核糖體上進行，以21種氨基酸為原料，B錯誤；原核生物沒有以核膜為界限的細胞核，轉錄和翻譯在時間和空間上可以同時進行，C正確；過程①②中的堿基配對方式不完全相同，過程①中有T—A配對，而過程②中沒有，D錯誤。
變式訓練 (2023·山東省濰坊市諸城市高一期中)中心法則概括了自然界生物遺傳信息的流動途徑，如圖所示。相關說法錯誤的是( D )
A．1957年克里克提出的中心法則內容只包括圖中的①②③
B．圖中①～⑤過程都要進行堿基互補配對
C．遺傳信息傳遞到蛋白質是表型實現的基礎
D．④過程需要逆轉錄酶參與
解析： 1957年克里克提出的中心法則內容只包括圖中的①②③，④⑤兩個過程是后來對中心法則的補充，A正確；圖中①～⑤過程都要進行堿基互補配對，但配對方式不完全相同，B正確；蛋白質是生命活動的體現者，遺傳信息傳遞到蛋白質是表型實現的基礎，C正確；④過程需要RNA復制酶的參與，只有⑤過程需要逆轉錄酶參與，D錯誤。故選D。
一、基因表達中有關的數量計算
轉錄、翻譯過程中DNA(基因)堿基個數∶mRNA堿基個數∶肽鏈(蛋白質)中氨基酸個數＝6∶3∶1，可參考下圖理解。
1．翻譯時，mRNA上的終止密碼子一般不決定氨基酸，因此準確地說，mRNA上的堿基數目比蛋白質中氨基酸數目的3倍還要多一些。
2．DNA中有的片段無遺傳效應，不能轉錄出mRNA；在基因片段中，有的片段起調控作用，也不轉錄。因此，基因或DNA上的堿基數目比對應的蛋白質中氨基酸數目的6倍還要多一些。
3．在回答有關問題時，應加上“最多”或“最少”等字。
如mRNA上有n個堿基，轉錄產生它的基因中至少有2n個堿基，該mRNA指導合成的蛋白質中最多有n/3個氨基酸。
典例4 已知一個蛋白質分子由2條肽鏈組成，共含有198個肽鍵，翻譯形成該蛋白質分子的mRNA中有A和G共200個，則轉錄形成該mRNA的基因中最少應含有C和T的個數是( C )
A．200 B．400
C．600 D．800
解析：
二、真核生物DNA復制、轉錄和翻譯的比較
項目 DNA復制 轉錄 翻譯
時間 有絲分裂前的間期和減數分裂Ⅰ前的間期 生長發(fā)育的整個過程中
場所 主要在細胞核中，小部分在線粒體和葉綠體中 主要在細胞核中，小部分在線粒體和葉綠體中 細胞質中的核糖體上
原料 4種脫氧核苷酸 4種核糖核苷酸 21種氨基酸
模板 DNA的兩條鏈 DNA的一條鏈 mRNA
條件 特定的酶和ATP等
模板去向 分別進入兩個子代DNA分子中 模板鏈與非模板鏈重新組成雙螺旋結構 分解成單個核糖核苷酸
特點 邊解旋邊復制，半保留復制 邊解旋邊轉錄，DNA雙鏈全保留 一個mRNA上可相繼結合多個核糖體，依次合成多條肽鏈
產物 兩個雙鏈DNA分子 RNA 肽鏈
意義 復制遺傳信息，使遺傳信息從親代傳給子代 表達遺傳信息，使生物體表現出各種遺傳性狀
典例5 (2023·湖南省株洲二中高一測試)如圖甲、乙、丙表示真核生物遺傳信息傳遞的過程，以下分析正確的是( C )
A．圖中酶1和酶2表示同一種酶
B．圖甲、乙、丙所示過程在高度分化的細胞中均會發(fā)生
C．圖丙過程需要tRNA，每種tRNA只能識別并轉運一種氨基酸；而某些氨基酸可以由不同tRNA轉運
D．圖丙中最終合成的四條肽鏈各不相同
解析：圖中酶1和酶2分別是催化DNA復制和轉錄的酶，不是同一種酶，A錯誤；圖甲所示過程在高度分化的細胞中不會發(fā)生，但是圖乙和丙可以發(fā)生，B錯誤；翻譯過程需要tRNA搬運氨基酸，每種tRNA只能識別并轉運一種氨基酸；某些氨基酸有多個密碼子，可以由多個不同tRNA轉運，C正確；圖丙中以同一條mRNA為模板，最終合成的四條肽鏈上的氨基酸的種類、數目和排列順序是相同的，D錯誤。故選C。
1．下列關于遺傳信息的傳遞和表達敘述正確的是( B )
A．中心法則總結了遺傳信息在細胞內的傳遞規(guī)律，病毒的增殖過程不遵循中心法則
B．性狀是基因與環(huán)境共同作用的結果
C．在細胞分裂過程中，DNA的復制都是隨著染色體的復制而完成的
D．有的抗生素能夠阻止tRNA和mRNA的結合，從而阻止基因表達的轉錄過程
解析： 中心法則總結了遺傳信息在細胞內的傳遞規(guī)律，病毒的增殖過程也遵循中心法則，A錯誤；性狀是由基因和環(huán)境共同作用的結果，B正確；在真核細胞分裂過程中，DNA的復制都是隨著染色體的復制而完成的，原核生物無染色體，C錯誤；有的抗生素能夠阻止tRNA和mRNA的結合，從而阻止基因表達的翻譯過程，D錯誤。故選B。
2．下列關于密碼子和反密碼子的敘述，正確的是( C )
A．密碼子位于mRNA上，反密碼子位于rRNA上
B．密碼子和反密碼子都可以發(fā)生堿基配對，所以它們的種類相同
C．密碼子和反密碼子中都不含胸腺嘧啶
D．密碼子和反密碼子都具有簡并性
解析： 密碼子位于mRNA上，反密碼子位于tRNA上，A項錯誤；密碼子有64種，反密碼子有61種，因此反密碼子種類要少于密碼子種類，B項錯誤；密碼子和反密碼子中都不含胸腺嘧啶，C項正確；密碼子具有簡并性，反密碼子不具有簡并性，D項錯誤。
3．下圖為中心法則示意圖，下列相關敘述正確的是( D )
A．①②③發(fā)生在細胞核和線粒體中
B．①④的堿基配對方式完全相同
C．細胞中的tRNA通過④過程復制
D．⑤在逆轉錄酶的催化作用下完成
解析： ③為翻譯過程，發(fā)生在核糖體上，A項錯誤；①④的堿基配對方式不完全相同，前者含有A—T堿基對，后者含有A—U堿基對，B項錯誤；細胞中的tRNA通過②轉錄過程形成，④RNA復制發(fā)生在某些RNA病毒遺傳信息流動過程中，C項錯誤；⑤為逆轉錄過程，在逆轉錄酶的催化作用下完成，D項正確。
學|霸|記|憶
1．RNA有三種：信使RNA(mRNA)、轉運RNA(tRNA)和核糖體RNA(rRNA)。
2．轉錄的主要場所是細胞核，條件是模板(DNA的一條鏈)、原料(4種核糖核苷酸)、酶(RNA聚合酶)和能量。
3．翻譯的場所是核糖體，條件是模板(mRNA)、“搬運工”(tRNA)、原料(21種氨基酸)、酶和能量。
4．mRNA上3個相鄰的堿基決定1個氨基酸，每3個這樣的堿基叫作1個密碼子。
5．每個tRNA的3個堿基可以與mRNA上的密碼子互補配對，叫作反密碼子。
6．中心法則圖解：第2節(jié)　基因表達與性狀的關系
課標要求
1．概述DNA分子上的遺傳信息通過RNA指導蛋白質的合成，細胞分化的本質是基因的選擇性表達，生物的性狀主要通過蛋白質表現。
2．概述某些基因堿基序列不變但基因表達和表型改變的表觀遺傳現象。
核心素養(yǎng)
1．結合豌豆皺粒、白化病和囊性纖維化產生機理，理解生物的性狀是由基因決定的。(生命觀念)
2．通過分析不同類型細胞中DNA和RNA的檢測結果，理解細胞分化的本質是基因的選擇性表達。(科學探究)
3．結合柳穿魚花的形態(tài)結構和小鼠的毛色的遺傳，理解某些基因序列不變但表型改變的表觀遺傳現象。(科學思維)
一、基因表達產物與性狀的關系
基礎知識·雙基夯實
1．間接途徑：基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物體的性狀。
(1)途徑：基因_酶__的合成_代謝__過程生物體的性狀。
(2)舉例
①豌豆的圓粒與皺粒
圓粒豌豆：_淀粉__含量高→成熟時吸水脹大；
皺粒豌豆：編碼淀粉分支酶的基因被插入的DNA序列打亂→_淀粉分支酶__異常，活性大大降低→淀粉合成受阻，含量降低→成熟時失水皺縮。
②人_白化病__的形成：編碼_酪氨酸酶__的基因異常→不能合成_酪氨酸酶__→酪氨酸不能轉變?yōu)開黑色素__→表現出白化癥狀。
2．直接途徑：基因還能通過控制蛋白質的結構直接控制生物體的性狀。
(1)途徑：基因_蛋白質__的結構生物體的性狀。
(2)舉例
_囊性纖維化__：編碼CFTR蛋白(一種轉運蛋白)的基因缺失了_3個堿基__→CFTR蛋白在第508位缺少_苯丙氨酸__→CFTR蛋白結構與功能異常→支氣管中黏液增多，管腔受阻，細菌在肺部大量繁殖，最終使肺功能嚴重受損。
活|學|巧|練
1．基因只能通過控制蛋白質的結構直接控制生物體的性狀。( × )
2．基因是通過控制蛋白質的合成來控制生物性狀的。( √ )
3．基因都是通過控制酶的合成來控制性狀的。( × )
4．豌豆的皺粒和圓粒這對相對性狀的形成說明基因可以通過控制酶的合成控制代謝過程，進而控制生物體的性狀。( √ )
合|作|探|究
粒豌豆的形成原因是編碼淀粉分支酶的基因異常；人的白化癥狀形成的原因是編碼酪氨酸酶的基因異常；囊性纖維化的病因是編碼CFTR 蛋白的基因異常。
1．結合皺粒豌豆的形成原因，用文字和箭頭總結基因、酶與性狀之間的關系。
提示：
2．結合囊性纖維化的病因，用流程圖表述基因、蛋白質與性狀之間的關系。
提示：
3．結合上面的三則實例，總結基因、基因表達產物與性狀之間的關系。
提示：
歸|納|提|升
基因與性狀的關系
1．基因與性狀的關系并非簡單的一一對應的線性關系，可以是多個基因決定一個性狀，也可以是一個基因與多個性狀有關，一個性狀可受多個基因影響。
2．生物的性狀不僅由基因決定，還受環(huán)境條件的影響，是基因和環(huán)境條件共同作用的結果，即表型＝基因型＋環(huán)境條件。
3．生物的性狀是通過基因與基因、基因與基因產物、基因與環(huán)境之間的相互作用來精確控制的。
基因表達的產物對性狀控制的兩種方式
典例1 如圖為人體內基因對性狀的控制過程，下列敘述錯誤的是( D )
A．圖中①②過程的場所分別是細胞核、核糖體
B．患鐮狀細胞貧血的直接原因是血紅蛋白分子結構的改變
C．人體衰老產生白發(fā)的主要原因是圖中的酪氨酸酶活性下降
D．該圖反映了基因對性狀的控制是通過控制蛋白質的結構直接控制生物體的性狀
解析： 圖中①表示轉錄，場所是細胞核，②表示翻譯，場所是核糖體，A正確；鐮狀細胞貧血是由于控制合成血紅蛋白分子的DNA的堿基序列發(fā)生了改變而使血紅蛋白的結構改變，B正確；人體衰老產生白發(fā)的主要原因是酪氨酸酶活性降低，C正確；題圖反映了基因控制性狀的方式有兩種，一種是通過控制蛋白質的結構直接控制生物體的性狀，另一種是通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物體的性狀，D錯誤。
變式訓練 (2023·安徽省宿州市高一期末)在豌豆粒中，由于控制合成淀粉分支酶的基因中插入外來的DNA片段而不能合成淀粉分支酶，使得豌豆粒變得皺縮。此事實說明了( C )
A．基因是生物體性狀的載體
B．基因能直接控制生物體的性狀
C．基因可以通過控制酶的合成來控制生物體的性狀
D．基因可以通過控制蛋白質的結構來控制生物體的性狀
解析：控制合成淀粉分支酶的基因中插入外來的DNA片段而不能合成淀粉分支酶，淀粉分支酶的缺乏導致細胞內淀粉含量降低，成熟時失水多，使得豌豆粒皺縮，此事實說明基因可以通過控制酶的合成來控制生物體的性狀，故選C。
二、基因的選擇性表達與細胞分化及表觀遺傳
基礎知識·雙基夯實
1．基因的選擇性表達與細胞分化
(1)細胞分化的本質是_基因的選擇性表達__。
(2)基因的選擇性表達與基因表達的_調控__有關。
2．表觀遺傳
(1)概念：生物體基因的堿基序列保持_不變__，但基因表達和表型發(fā)生_可遺傳變化__的現象，叫作表觀遺傳。
(2)特點：表觀遺傳現象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。
3．基因與性狀的對應關系
(1)基因與性狀的關系并不是簡單的_一一對應__的關系，一個性狀可以受_多個基因__的影響，一個基因也可以影響_多個性狀__。
(2)生物體的性狀不完全是由基因決定的，_環(huán)境__對性狀也有著重要影響。
活|學|巧|練
1．生物有些性狀可以由多個基因決定，但一個基因不會與多個性狀有關。( × )
2．表觀遺傳現象中，生物表型發(fā)生變化是由于基因的堿基序列改變。( × )
3．表觀遺傳的分子生物學基礎是DNA的甲基化等。( √ )
4．吸煙會導致精子中DNA的甲基化水平升高，從而影響基因的表達。( √ )
5．表觀遺傳現象比較少見，不能普遍存在于生物體整個生命活動過程中。( × )
合|作|探|究
1．科學家提取了雞的輸卵管細胞、紅細胞和胰島細胞，對這3種細胞的DNA和mRNA進行了檢測，結果如下表。
檢測的3種細胞 卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰島素基因 卵清蛋白mRNA 珠蛋白mRNA 胰島素mRNA
輸卵管細胞 ＋＋＋ ＋ － －
紅細胞 ＋＋＋ － ＋ －
胰島細胞 ＋＋＋ － － ＋
說明：“＋”表示檢測到相應的分子，“－”表示未檢測到相應的分子。
(1)這三種細胞中的基因組成是否相同？它們合成的蛋白質種類是否相同？
(2)三種細胞中都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰島素基因，但是每種細胞只檢測到了其中一種基因的mRNA，這說明什么問題？
(3)細胞分化的分子水平標志是_基因選擇性表達，合成了某種細胞特有的蛋白質__；細胞水平標志是_形成不同種類的細胞__。
提示：(1)這三種細胞都屬于雞的體細胞，經有絲分裂而來，因此基因組成相同，但是這三種細胞合成的蛋白質種類不同。
(2)在高度分化的體細胞中，基因是選擇性表達的。同一個體不同種類的體細胞中，DNA(基因)相同，而RNA、蛋白質的種類不同。
2．細胞分化哪些“變”與哪些“不變”？
提示：①改變：mRNA、蛋白質的種類，細胞的形態(tài)、結構和功能。
②不變：DNA、tRNA、rRNA、細胞的數目。
3．在教材的P73的“思考·討論”中，介紹了柳穿魚花的形態(tài)結構和小鼠毛色的遺傳。請根據資料1和資料2中相關內容，回答下列問題：
(1)資料中，柳穿魚花和小鼠毛色改變的原因是什么？
(2)分析資料1，F1的花為什么與植株A的相似？在F1自交的F2中，為什么有些植株的花與植株B的相似？
(3)資料1和資料2展示的遺傳現象有什么共同點？這對你認識基因和性狀的關系有什么啟示？
提示：(1)柳穿魚花的形態(tài)改變是因為Lcyc基因的部分堿基被高度甲基化，小鼠毛色的改變是因為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。發(fā)生在基因或基因前端的甲基化修飾均導致相關基因的表達受到抑制，進而影響性狀。
(2)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，表現為隱性。因此，同時含有這兩個基因的F1中，F1的花與植株A的相似。F1自交，F2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。
(3)資料1和資料2展示的遺傳現象都表現為基因的堿基序列保持不變，但部分堿基發(fā)生了甲基化修飾，抑制了基因的表達，進而對表型產生影響。這種DNA的甲基化修飾可以遺傳給后代，使后代出現同樣的表型。
歸|納|提|升
1．不同基因在不同細胞中的表達
類型 合成蛋白質的類型 舉例
所有細胞中都表達 維持細胞基本生命活動所必需的 核糖體蛋白基因、ATP合成酶基因
某類細胞中特異性表達 不是維持細胞基本生命活動所必需的 卵清蛋白基因、胰島素基因
2．細胞分化的本質：基因的選擇性表達。
[易錯提醒]　細胞分化結果的兩點警示
(1)細胞分化后遺傳物質不變，mRNA和蛋白質的種類和數量不同，細胞器的種類和數量也會不同。
(2)不同的細胞中也可能含有相同的mRNA，如細胞基本生命活動所必需的ATP合成酶基因轉錄的mRNA等。
3．表觀遺傳
(1)概念：生物體基因的堿基序列保持不變，但基因表達和表型發(fā)生可遺傳變化的現象。
(2)兩個實例
實例 柳穿魚花的形態(tài)結構的遺傳 某實驗小鼠毛色的遺傳
現象 植株A與植株B雜交，F1的花與植株A相似，F1自交，F2花的形態(tài)結構有兩種 純種的黃色體毛的小鼠(AvyAvy)與純種的黑色體毛的小鼠(aa)雜交，子代出現了多種毛色的Avya小鼠
原因 F1中含有能表達的Lcyc基因，因此F1的花與植株A相似；依據基因分離定律，得出F2中大約3/4植株含有能表達的Lcyc基因，因此大部分植株的花與植株A相同，大約1/4的植株含有不能表達的甲基化Lcyc基因，這部分植株的花與植株B相似 Avy基因的前端有多個可發(fā)生DNA甲基化修飾的位點，這些位點甲基化后，Avy基因表達受到抑制。甲基化程度越高，Avy基因表達受抑制越明顯，小鼠體毛的顏色就越深
基因型相同的生物體，性狀不一定相同的原因分析
(1)表觀遺傳：影響了基因的表達過程，進而影響生物性狀，可遺傳。
(2)環(huán)境影響：影響酶的活性進而影響代謝過程，從而影響生物性狀，不可遺傳。
典例2 有人取同種生物的7種不同類型細胞(a～g)，檢測其基因1～8的表達情況，結果如圖。下列有關圖示的分析，正確的是( C )
A．在基因1～8中，控制核糖體蛋白質合成的基因最有可能是基因5
B．若基因1～8中有一個是控制細胞呼吸酶合成的基因，則最可能是基因7
C．功能最為近似和差異最大的細胞分別是a與f、e與g
D．細胞分化使不同細胞中RNA完全不同，導致細胞的形態(tài)和功能各不相同
解析： 所有細胞中都含有核糖體，而基因2在每種細胞中都表達，所以控制核糖體蛋白質合成的基因最有可能是基因2，A項錯誤；細胞呼吸酶基因在每種細胞中都表達，最有可能是基因2，B項錯誤；據圖分析，細胞a表達基因1～5，細胞f表達基因2～5，表達的相同基因最多，表達的差異基因最少，則細胞a和f功能最為近似，同理功能差異最大的是細胞e和g，C項正確；細胞分化是基因選擇性表達的結果，細胞分化使不同細胞中RNA不完全相同，但有的基因在每個細胞中都表達，如呼吸酶基因等，D項錯誤。
變式訓練 (2023·山東省臨沂市羅莊區(qū)高一下學期期末)DNA甲基化是在相關酶的作用下將甲基選擇性地添加到DNA上的過程，能夠在不改變DNA序列的前提下，改變生物的遺傳表現，是化學修飾的一種形式。DNA甲基化與很多疾病的發(fā)生有關，下列說法正確的是( D )
A．若胞嘧啶經過甲基化和脫去氨基后成為胸腺嘧啶使所在DNA的穩(wěn)定性增強
B．DNA甲基化一定會使生物的性狀發(fā)生改變
C．DNA甲基化會改變DNA中堿基的數量
D．若甲基化發(fā)生在原癌基因中，細胞周期可能會受到影響
解析： 由于A—T之間有2個氫鍵，C—G之間有3個氫鍵，因此添加甲基并脫氨基后的嘧啶胞會轉化為胸腺嘧啶使所在DNA的穩(wěn)定性降低，A錯誤；DNA甲基化不一定會使生物的性狀發(fā)生改變，B錯誤；DNA甲基化是在相關酶的作用下將甲基選擇性地添加到DNA上的過程，這不會改變DNA中堿基的數量，C錯誤；因此若DNA甲基化發(fā)生在原癌基因中，細胞周期可能會受到影響，D正確。故選D。
一、根據“圖示法”理解基因表達的作用
1．基因控制著生物的性狀
生物的某種性狀可能由一個基因控制，也可能由多個基因同時控制；基因是遺傳的基本單位，具有一定的獨立性，一個基因的表達可以不受其他基因的影響。
(1)性狀C受基因A和B的控制，如圖：
(2)基因A控制性狀B和性狀C，如圖：
2．基因表達決定了細胞的分化
有的基因在組成個體的全部細胞中不是都表達，其只在特定的細胞中表達，即細胞分化的實質是基因的選擇性表達。
(1)圖示
(2)說明：C基因在A細胞和B細胞中都表達，而A基因只在A細胞中表達，B基因只在B細胞中表達。
典例3 如圖表示同一個體的5種細胞中5種基因的表達情況，下列分析錯誤的是( B )
A．據圖可知，有的基因是侈奢基因，有的基因是管家基因
B．據圖可知，這5種細胞的遺傳物質各不相同
C．若細胞3為胰島細胞，則5種基因中最可能為胰島素基因的是基因e
D．此圖能說明細胞分化的實質
解析： 在所有細胞內能表達的基因稱為管家基因，如b，存在選擇性表達的為侈奢基因，如a、c、d、e，A正確；同一生物體內不同細胞都是由同一個受精卵分裂分化形成的，都含有相同的基因，因此圖示5種細胞的遺傳物質相同，B錯誤；胰島素基因只在胰島B細胞中表達，題圖中基因e只在細胞3中表達，而其他基因至少在2種不同細胞中表達，若細胞3為胰島細胞，則5種基因中最可能為胰島素基因的是基因e，C正確；同一個體的5種細胞中表達的基因不完全相同，說明基因在不同的細胞中選擇性表達，體現了細胞分化的實質，D正確。
二、表觀遺傳的理解和解題方法
1．比較表觀遺傳與基因控制生物性狀遺傳
項目 表觀遺傳 基因控制的遺傳
控制性狀方式 甲基化等影響基因表達 是否含有相應的基因
堿基序列 不變 改變
傳遞給下一代 可以 可以
2．表觀遺傳的解題方法
(1)為了區(qū)分甲基化的基因和正常基因，可以做個標注，如正常基因為A，甲基化的基因用A°等方式表示。然后就可以按照正常的遺傳解題方式進行解題。
(2)當甲基化的基因和正常基因都存在時，生物性狀表現出正常基因控制的性狀。
典例4 基因上游序列的胞嘧啶被甲基化后轉變成5－甲基胞嘧啶，導致相應的基因失活而不能轉錄；未被甲基化的基因仍可以控制合成相應的蛋白質。DNA的甲基化可調控基因的表達，調控簡圖如下，下列分析正確的是( D )
A．甲基化直接抑制基因的翻譯從而使基因無法控制合成相應的蛋白質
B．甲基化的基因片段不能解開雙鏈并與DNA聚合酶結合
C．甲基化改變了DNA分子的化學元素組成和堿基中嘌呤的比例
D．人體肌細胞中與血紅蛋白合成有關的基因可能被甲基化
解析： DNA的甲基化起到調控基因表達的作用，其主要的機制是影響基因的轉錄過程，DNA甲基化細胞仍然可能進行增殖，DNA仍可進行復制，因此甲基化的基因片段可解開雙鏈并與DNA聚合酶結合，A、B兩項錯誤；甲基化不能改變DNA分子的化學元素組成(C、H、O、N、P)和堿基中嘌呤的比例(仍為全部堿基的1/2)，C項錯誤；人體肌細胞中不能合成血紅蛋白，可能是肌細胞中與血紅蛋白合成有關的基因被甲基化而無法表達，D項正確。
1．下圖是人體內苯丙氨酸與酪氨酸代謝的部分途徑，下列相關敘述正確的是( C )
A．基因①②③一般不會同時出現在人體內的同一個細胞中
B．苯丙酮尿癥的患者一定會因為黑色素不能合成同時患上白化病
C．當人體衰老時，酶2的活性降低導致頭發(fā)變白
D．基因①②③的功能說明基因通過控制酶的合成從而控制生物的性狀
解析： 同一個體體細胞中所含基因一般相同，A項錯誤；苯丙酮尿癥患者可以從外界攝取酪氨酸，酪氨酸在酶2的催化作用下轉變成黑色素，因此苯丙酮尿癥的患者不一定患白化病，B項錯誤；人體衰老時，酶2活性降低，酪氨酸轉化成黑色素的效率變低，導致老年人的頭發(fā)變白，C項正確；基因①②的功能說明基因通過控制酶的合成從而控制生物的性狀，基因③的功能說明基因通過控制蛋白質的結構直接控制生物的性狀，D項錯誤。
2．在甲基轉移酶的催化下，DNA的胞嘧啶被選擇性地添加甲基導致DNA甲基化，進而使染色質高度螺旋化，失去轉錄活性。下列相關敘述不正確的是( A )
A．DNA甲基化，會導致基因堿基序列的改變
B．DNA甲基化，會導致mRNA合成受阻
C．DNA甲基化，可能會影響生物的性狀
D．DNA甲基化，可能會影響細胞分化
解析： 由題干信息可知，DNA甲基化是指DNA的胞嘧啶被選擇性地添加甲基，這不會導致基因堿基序列的改變，A項錯誤；DNA甲基化，會使染色質高度螺旋化，失去轉錄活性，導致mRNA合成受阻，進而導致蛋白質合成受阻，這樣可能會影響生物的性狀，B、C兩項正確；細胞分化是基因選擇性表達的結果，而DNA甲基化會導致mRNA合成受阻，即會影響基因的表達，因此DNA甲基化可能會影響細胞分化，D項正確。
3．表觀遺傳現象產生的原因不包括( B )
A．DNA中基因的甲基化
B．DNA中基因的堿基序列改變
C．構成染色體的組蛋白發(fā)生甲基化
D．構成染色體的組蛋白發(fā)生乙酰化
解析： 除了DNA甲基化，構成染色體的組蛋白發(fā)生甲基化、乙酰化等修飾也會影響基因的表達而產生表觀遺傳現象。但表觀遺傳時基因的堿基序列沒有變化。
學|霸|記|憶
1０基因控制生物體性狀的途徑：①基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物體的性狀；②基因通過控制蛋白質的結構直接控制生物體的性狀。
2．細胞分化的本質是基因的選擇性表達。
3．生物體基因的堿基序列保持不變，但基因表達和表型發(fā)生可遺傳變化的現象，叫作表觀遺傳。
4．基因與性狀的關系并不是簡單的一一對應的關系，一個性狀可以受多個基因的影響，一個基因也可以影響多個性狀，同時環(huán)境對性狀也有重要影響。

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