第17講基因控制蛋白質合成生物體存在表觀遺傳現象遺傳信息的表達①DNA的功能(a)；②DNA與RNA的異同(b)；③轉錄、翻譯的概念和過程(b)；④遺傳密碼、中心法則(b)；⑤基因的概念(b)；⑥復制、轉錄和翻譯的異同(b)一、基因控制蛋白質合成1．基因通常是DNA分子的功能片段(1)基因的概念基因是具有遺傳效應的DNA片段(包括部分病毒的RNA片斷)，是遺傳物質結構和功能的基本單位，是DNA(部分生物是RNA)分子上含特定遺傳信息的核苷酸序列的總稱。(2)DNA的雙重功能DNA具有攜帶遺傳信息和表達遺傳信息的雙重功能。2．DNA分子上的遺傳信息通過轉錄傳遞給RNA(1)轉錄的概念轉錄是以DNA的一條鏈為模板，依據堿基互補配對原則，合成RNA的過程。通過轉錄，遺傳信息由DNA傳遞給RNA。(2)轉錄的過程①結合：RNA聚合酶與DNA分子的某一啟動部位相結合。②解開螺旋：DNA片段的雙螺旋解開，以其中一條鏈為模板。③配對：游離的核苷酸堿基與DNA模板鏈上的堿基互補配對。④連接：游離的核糖核苷酸通過磷酸二酯鍵聚合成與該片段DNA相對應的RNA分子。(3)RNA的種類與功能、來源與去向①RNA的種類與功能a．mRNA是行使傳達DNA上遺傳信息功能的；b．tRNA的功能是把氨基酸運送到核糖體上，使之按照mRNA的信息指令連接起來，形成蛋白質；c．rRNA是核糖體的重要成分，是核糖體行使其功能所必需的。②來源與去向RNA分子都是以DNA上的基因區段為模板轉錄而來的。在真核生物中，細胞核內轉錄而來的RNA產物經過加工才能成為成熟的mRNA，然后轉移到細胞質中，用于蛋白質合成。3．遺傳信息通過翻譯指導蛋白質的合成(1)翻譯的概念以mRNA為模板，合成具有一定的氨基酸順序的蛋白質的過程稱為翻譯。(2)遺傳密碼①概念：是指在mRNA上每3個相鄰的核苷酸排列成的三聯體，決定一種氨基酸。②特點a．除少數密碼子外，生物界的遺傳密碼是統一的，所有的生物都使用相同的遺傳密碼。這也說明，地球上所有的生物都來自共同的祖先。b．除少數氨基酸只有一種遺傳密碼子外，大多數氨基酸有兩種以上的遺傳密碼子。c．起始密碼子是翻譯第一個氨基酸的密碼子，一般是AUG。終止密碼子不編碼氨基酸，是翻譯終止的信號。(3)翻譯的過程核糖體認讀mRNA上決定氨基酸種類的密碼，選擇相應的氨基酸，由對應的tRNA轉運，加到延伸中的肽鏈上。當核糖體到達mRNA的終止密碼子時，多肽合成結束，核糖體脫離mRNA并進入下一個循環。4．基因控制生物性狀(1)基因控制生物性狀表現一方面，多對基因共同控制生物的某個性狀，基因之間存在復雜的相互作用；另一方面，基因的表達受到環境的影響。(2)基因發生作用的途徑①基因對性狀的控制可能是通過酶的作用來實現的。②由基因控制合成的蛋白質還可以決定生物體特定的組織或器官的結構，進而影響其功能。5．遺傳信息流從DNA→RNA→蛋白質二、生物體存在表觀遺傳現象1．基因序列不變，表型可能改變(1)表觀遺傳現象的概念可以通過DNA序列以外的方式遺傳給后代的現象稱為表觀遺傳現象。(2)表觀遺傳學與遺傳學的區別遺傳學是指基于基因序列改變所致基因表達水平的變化，如基因突變等；表觀遺傳學則是指基于非基因序列改變所致基因表達水平的變化，即環境變化引起的性狀改變，影響基因表達，但不改變DNA序列。2．改變了的表型有些可以遺傳(1)表觀遺傳修飾DNA內存儲的信息能否被讀取，還與DNA甲基化的狀況和組蛋白乙酰化的程度有關。人們的生活經驗，無論是精神上還是身體上的，都能改變組蛋白乙酰化和DNA甲基化的程度，從而對人們的精神生活和身體狀況產生影響。這些不通過DNA序列改變而影響身體的性狀有時能遺傳給后代，這樣的變化稱為表觀遺傳修飾，即發生在DNA序列外的變化。(2)表觀遺傳的特點表觀遺傳修飾對身體的影響很大。即使遺傳信息完全一樣的兩個個體，由于表達修飾上的差異，也會表現出完全不同的性狀。(3)表觀遺傳的意義表觀遺傳機制可以使生物打破DNA變化緩慢的限制，使后代能迅速獲得親代應對環境因素做出的反應而發生的變化，這對生物種群的生存和繁衍也許是有利的。考點1基因的表達1．基因通常是有遺傳效應的DNA片段2．DNA復制、轉錄和翻譯的比較3．遺傳信息、密碼子與反密碼子的辨析比較項目實質區別聯系遺傳信息DNA中脫氧核苷酸的排列順序①遺傳信息是基因中脫氧核苷酸的排列順序。通過轉錄，使遺傳信息傳遞到mRNA的核糖核苷酸的排列順序上②密碼子直接控制蛋白質分子中氨基酸的排列順序，反密碼子則起到翻譯的作用密碼子mRNA上決定一個氨基酸的三個相鄰的堿基反密碼子位于tRNA上的能與mRNA上對應密碼子互補配對的三個相鄰堿基轉錄和翻譯1．圖1中A、b、C表示人體一條染色體上相鄰的三個基因，其中基因C控制血紅蛋白的合成，m、n為基因的間隔序列；圖2為C基因進行的某種生理過程。下列分析正確的是()圖1圖2A．該細胞應為紅細胞，圖1中的A基因在細胞成熟后可能進行表達B．m、n片段不具有遺傳效應，可進行復制C．圖2中甲移動方向是從右向左，丙可作為翻譯的直接模板D．圖2中若丙攜帶的遺傳信息出現差錯，則控制合成的血紅蛋白結構一定會改變B[人成熟的紅細胞中無細胞核，故紅細胞成熟后將不能進行基因的表達，A錯誤；DNA上基因間的序列可隨著DNA進行復制，B正確；圖2中甲(RNA聚合酶)移動方向是從左向右，其合成的丙(RNA)需加工后才能作為翻譯的模板，C錯誤；密碼子具有簡并性，若丙攜帶的遺傳信息出現差錯，則其控制合成的蛋白質結構可能不變，D錯誤。]2．如圖表示真核生物在不同水平上對基因的表達進行調控的示意圖，基因2轉錄生成的起始轉錄物中1、2、3、4部分重新連接后再出核孔復合體，下列相關敘述錯誤的是()A．同種基因控制合成的蛋白質可能不止一種B．不同水平的調控使真核生物細胞功能復雜化C．轉錄的啟動取決于基因上啟動部位與RNA聚合酶是否堿基互補配對D．據圖推測，加工后的mRNA可能不翻譯，同一成熟mRNA翻譯的新生多肽鏈只有1種C[真核生物在不同水平上對基因的表達存在調控機制，因此同種基因控制合成的蛋白質可能不止一種，A正確；圖中體現了轉錄水平的調控和翻譯水平的調控，不同水平的調控使真核生物細胞功能復雜化，B正確；轉錄的啟動取決于基因上啟動部位與RNA聚合酶的結合，但不存在堿基互補配對，C錯誤；據圖推測，加工后的mRNA可能和抑制子結合不能翻譯，而同一mRNA翻譯的新生多肽鏈只有1種(因為模板相同)，D正確。]翻譯過程的三種模型圖解讀甲乙丙1模型圖甲核糖體放大圖a.識圖：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分別為tRNA、核糖體、mRNA、多肽鏈。b.核糖體與mRNA的結合部位形成2個tRNA結合位點。c.翻譯起點：起始密碼子決定的是甲硫氨酸或纈氨酸。d.翻譯終點：識別到終止密碼子一般不決定氨基酸翻譯停止。e.翻譯進程：核糖體沿著mRNA移動，mRNA不移動。2模型圖乙多聚核糖體a.識圖：①是mRNA，⑥是核糖體，②、③、④、⑤表示正在合成的4條多肽鏈。b.數量關系：一個mRNA可同時結合多個核糖體，形成多聚核糖體。c.意義：少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白質。d.方向：核糖體的移動方向為從右向左，判斷依據是多肽鏈的長短，長的翻譯在前。3模型圖丙原核細胞的轉錄和翻譯a.識圖：①是DNA模板鏈，②、③、④、⑤表示正在合成的4條mRNA。b.特點：轉錄和翻譯同時進行。c.與真核細胞不同的原因：①原核細胞無以核膜包被的細胞核，②原核細胞的基因中無內含子，轉錄形成的mRNA不需要加工即可作為翻譯的模板。遺傳信息、遺傳密碼、反密碼子3．研究表明，核糖體在細胞內不是以整體的形式存在，而是在產生mRNA后，構成核糖體的兩個亞基直接結合在mRNA上，形成完整的核糖體，進行蛋白質的合成。下列相關敘述錯誤的是()A．細胞內的RNA可由DNA轉錄而來，只有mRNA攜帶控制蛋白質合成的信息B．mRNA的合成可與核糖體的組裝同步進行，且一個mRNA上可結合多個核糖體C．核糖體結合在mRNA上的初始位置是起始密碼，且與起始密碼相同的密碼子只出現一次D．核糖體與mRNA的結合處有兩個tRNA的結合位點，且一個tRNA可先后結合兩個位點C[細胞內的RNA可由DNA轉錄而來，包括tRNA、rRNA、mRNA等，但只有mRNA攜帶控制蛋白質合成的信息，A正確；在原核細胞中及線粒體、葉綠體中，轉錄和翻譯可以同時進行，即mRNA的合成可與核糖體的組裝同步進行，一個mRNA上可結合多個核糖體，短時間內翻譯出大量的蛋白質，提高翻譯效率，B正確；mRNA上核糖體結合的初始位置是起始密碼，一個mRNA上與起始密碼相同的密碼子可出現多次，只是在mRNA的其他位置為普通的密碼子，C錯誤；核糖體與mRNA結合的位置有兩個tRNA的結合位點，在翻譯的過程中，處在第二個位點的tRNA在與前面的氨基酸結合后，隨著核糖體的移動，移到第一個位點，D正確。]4．抗生素是在臨床上應用極其廣泛的特效抗菌藥物，其抗菌作用的常見作用機理如表所示：抗菌機理藥物舉例抑制細菌細胞壁的合成青霉素抑制細菌DNA解旋酶的活性環丙沙星能與細菌核糖體中的tRNA結合部位結合紅霉素能與敏感型的結核桿菌的RNA聚合酶結合利福平以下分析錯誤的是()A．青霉素作用后可能會使細菌因吸水過多而破裂死亡B．環丙沙星能抑制細菌DNA解旋，進而抑制細菌增殖C．紅霉素能抑制細菌翻譯過程中肽鏈的延伸D．利福平可能使RNA聚合酶不能與模板鏈上的起始密碼子結合，從而抑制轉錄過程D[青霉素抑制細菌細胞壁的合成，青霉素作用后使細菌失去細胞壁的保護，可能會使細菌因吸水過多而破裂死亡，A正確；環丙沙星抑制細菌DNA解旋酶的活性，使其DNA不能解旋，即不能完成DNA復制，抑制細菌增殖，B正確；紅霉素能與細菌核糖體中的tRNA結合部位結合，會影響tRNA與相應的位點結合從而抑制細菌翻譯過程中肽鏈的延伸，C正確；轉錄的模板鏈是DNA鏈，而起始密碼子位于mRNA上，D錯誤。]考點2基因對性狀的控制1．中心法則(1)提出者：克里克。(2)補充后的內容圖解：。(3)不同類型生物的中心法則①以DNA為遺傳物質的生物遺傳信息的傳遞②具有RNA復制功能的RNA病毒(如煙草花葉病毒)③具有逆轉錄功能的RNA病毒(如艾滋病病毒)2．基因對性狀的控制方式(1)基因通過控制蛋白質的結構直接控制生物體的性狀。(2)基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，從而間接控制生物體的性狀。1．如圖為中心法則圖解。下列有關敘述，錯誤的是()A．過程a會發生在有絲分裂間期和減數第一次分裂前的間期B．人體漿細胞中只能發生過程b和cC．過程a、b、c、d、e都能發生堿基互補配對D．過程d只能發生在逆轉錄病毒中D[過程a是DNA復制，會發生在有絲分裂間期和減數第一次分裂前的間期，A正確；人體漿細胞已高度分化，只能發生過程b和c(轉錄和翻譯)，B正確；過程a、b、c、d、e都能發生堿基互補配對，C正確；逆轉錄病毒能發生逆轉錄，但場所是在宿主細胞中，D錯誤。]2．下圖為基因的作用與性狀的表現流程示意圖，關于該流程的敘述正確的是()A．①過程是轉錄，轉錄終止時，RNA從模板鏈上的終止密碼子處脫離下來B．②過程中只需要mRNA、氨基酸、核糖體、酶、ATP即可完成C．人類白化病的根本原因是基因突變，該病體現了基因通過控制酶的合成來控制性狀D．胰島素含有51個氨基酸，所以胰島素基因應該含有153個堿基對C[①過程是轉錄，轉錄終止時，RNA不是從模板鏈上的終止密碼子處脫離下來，A錯誤；②過程還需要tRNA運輸氨基酸，B錯誤；人類白化病的根本原因是基因突變導致酪氨酸酶不能合成，因酪氨酸匱乏不能轉變成黑色素，所以該病體現了基因通過控制酶的合成來控制生物的性狀，C正確；基因中存在非編碼區，這些片段無法進行轉錄，因此51個氨基酸至少需要基因中含有51×6＝306個堿基，153個堿基對，D錯誤。]考點3表觀遺傳現象生物表觀遺傳現象的分析1．DNA的甲基化基因中的堿基序列沒有變化，但部分堿基發生了甲基化修飾，抑制了基因的表達，進而影響表型。2．構成染色體的組蛋白的乙酰化修飾真核生物細胞核中的DNA分子與一些蛋白質結合在一起，帶負電荷的DNA分子纏繞在帶正電荷的蛋白質(如組蛋白)分子上，使原來細長的DNA分子盤繞成緊密的結構。乙酰化修飾就是用乙酰基把組蛋白的正電荷屏蔽掉。組蛋白的正電荷一旦減少，其與DNA的結合就會減弱，這部分的DNA就會“松開”，激活相關基因的轉錄。3．RNA干擾RNA干擾是正常生物體內抑制特定基因表達的一種現象。當細胞中導入或內源產生與某個特定mRNA同源的雙鏈RNA時，該mRNA發生降解或者翻譯阻滯，導致基因表達沉默。這種現象發生在轉錄后水平，又稱為轉錄后基因沉默，是表觀遺傳的重要機制之一。1．表觀遺傳是指生物體基因的堿基序列不變，而基因表達與表型發生可遺傳變化的現象。其形成途徑之一是DNA分子內部分堿基甲基化，從而影響基因的表達。下列敘述正確的是()A．DNA分子甲基化改變了基因儲存的遺傳信息B．DNA復制時會使子代DNA的堿基序列發生改變C．基因表達時，需要RNA聚合酶參與轉錄D．表觀遺傳現象是基因重組引起的可遺傳變異C[DNA分子甲基化不改變基因儲存的遺傳信息，A錯誤；DNA的半保留復制保證了親子代DNA的一致性，不會使子代DNA的堿基序列發生改變，B錯誤；基因表達包含轉錄和翻譯兩個過程時，轉錄過程中需要RNA聚合酶，C正確；表觀遺傳中，DNA分子被甲基化，但不改變遺傳信息，不是基因重組，D錯誤。]2．DNA甲基化可導致基因沉默(不能表達)，DNA甲基化還能保存和遺傳給子代。小鼠常染色體上的A/a基因控制某種性狀，用純合野生型(AA)與純合突變型(aa)小鼠進行雜交實驗，純合野生型雄鼠與純合突變型雌鼠雜交得到的子代表現為野生型，而純合突變型雄鼠與純合野生型雌鼠雜交得到的子代表現為突變型。研究發現，此現象是由基因的甲基化導致的。下列分析，合理的是()A．此現象是小鼠精子中的A基因被甲基化導致的B．此現象是小鼠精子中的a基因被甲基化導致的C．此現象是小鼠卵細胞中的A基因被甲基化導致的D．此現象是小鼠卵細胞中的a基因被甲基化導致的C[據分析可知，用純合野生型(AA)與純合突變型(aa)小鼠進行雜交實驗，得到的子代基因型為Aa，但當純合突變型雄鼠與純合野生型雌鼠雜交得到的子代表現為突變型，說明體內的A基因未表達，可能是A基因發生甲基化導致的，而A基因來自親本卵細胞，所以是小鼠卵細胞中的A基因被甲基化導致的，C正確，ABD錯誤。]1．(2021·浙江1月選考)下圖是真核細胞遺傳信息表達中某過程的示意圖。某些氨基酸的部分密碼子(5′→3′)是：絲氨酸UCU；亮氨酸UUA、CUA；異亮氨酸AUC、AUU；精氨酸AGA。下列敘述正確的是()A．圖中①為亮氨酸B．圖中結構②從右向左移動C．該過程中沒有氫鍵的形成和斷裂D．該過程可發生在線粒體基質和細胞核基質中B[已知密碼子的方向為5′→3′，由題圖可知，攜帶①的tRNA上的反密碼子為UAA，與其互補配對的mRNA上的密碼子為AUU，因此①為異亮氨酸，A錯誤；由圖示可知，結構②核糖體移動并讀取密碼子的方向為從右向左，B正確；互補配對的堿基之間通過氫鍵連接，題圖所示過程中，tRNA上的反密碼子與mRNA上的密碼子互補配對時有氫鍵的形成，tRNA離開核糖體時有氫鍵的斷裂，C錯誤；細胞核內不存在核糖體，細胞核基質中不會發生題圖所示的翻譯過程，D錯誤。]2．(2021·浙江6月選考)某單鏈RNA病毒的遺傳物質是正鏈RNA(＋RNA)。該病毒感染宿主后，合成相應物質的過程如圖所示，其中①～④代表相應的過程。下列敘述正確的是()A．＋RNA復制出的子代RNA具有mRNA的功能B．病毒蛋白基因以半保留復制的方式傳遞給子代C．過程①②③的進行需RNA聚合酶的催化D．過程④在該病毒的核糖體中進行A[結合圖示可以看出，以＋RNA復制出的子代RNA為模板合成了蛋白質，因此＋RNA復制出的子代RNA具有mRNA的功能，A正確；病毒蛋白基因是RNA為單鏈結構，通過兩次復制過程將基因傳遞給子代，而不是通過半保留復制傳遞給子代，B錯誤；①②過程是RNA復制，原料是4種核糖核苷酸，需要RNA聚合酶；而③過程是翻譯，原料是氨基酸，不需要RNA聚合酶催化，C錯誤；病毒不具有細胞結構，沒有核糖體，過程④