第19講基因的表達

［新高考復習目標］

1.生命觀念：通過掌握遺傳信息的傳遞過程，能夠從分子水平闡述生命的延續性，從而

理解生命的延續和發展規律。

2.科學思維：通過掌握遺傳信息傳遞過程中堿基數目、氨基酸數目等數量關系，提升分

析與計算能力。

3.科學探究：能夠利用現有材料設計實驗方案，證明假設是否正確。

4.社會責任：通過掌握某藥物的作用機理，及有關中心法則的內容，形成關注社會，關

注人類健康的理念。

授課提示：對應學生用書第142頁

考點一遺傳信息的轉錄和翻譯

1.RNA的結構與功能

2.遺傳信息的轉錄

(1)概念：以DNA的一條鏈為模板,按堿基互補配對原則合成RNA的過程。

(2)過程(見下圖)

3.遺傳信息的翻譯

(1)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

蛋白質的過程。

(2)場所或裝配機器：核糖體。

⑶條件

模板原料能量酶搬運工具

mRNA氨基酸ATP多種酶tRNA

(4)過程

(5)產物：多肽盤皿蛋白質

4.密碼子與反密碼子

項目密碼子反密碼子

位置mRNAtRNA

作用直接決定蛋白質中氨基酸的序列識別密碼子,轉運氨基酸

特點與DNA模板鏈上的堿基互補與mRNA中密碼子的堿基互補

1.教材必修2P63“文字信息”：轉錄過程中DNA雙鏈解開，需要解旋酶嗎？

提示：不需要，RNA聚合酶有解旋的作用。

2.教材必修2P65"思考與討論”：密碼子的簡并性有怎樣的生物學意義？

提示：可以增強密碼容錯性，當密碼子中有一個堿基改變時，由于密碼子的簡并性，可

能并不會改變其對應的氨基酸；也可以從密碼子使用頻率來考慮，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度。

1.rRNA是核糖體的組成成分，原核細胞中可由核仁參與合成。（X）

2.在翻譯過程中，tRNA分子的一OH端與相應的氨基酸結合。（J）

3.mRNA上所含有的密碼子均能在tRNA上找到相對應的反密碼子。（X）

4.每種氨基酸僅由一種密碼子編碼。（X）

5.細菌的一個基因轉錄時兩條DNA鏈可同時作為模板，提高轉錄效率。（X）

1.明辨遺傳信息、密碼子與反密碼子也創

（1）界定遺傳信息、密碼子（遺傳密碼）、反密碼子

（2）明確氨基酸與密碼子、反密碼子的數量關系

①一種氨基酸可對應一種或幾種密碼子（即密碼子具有簡并性），可由一種或幾種tRNA轉

運。

②除終止密碼子外，一種密碼子只能決定一種氨基酸；一種tRNA只能轉運一種氨基酸。

③密碼子有64種（3種終止密碼子；61種決定氨基酸的密碼子）。

2.比較遺傳信息的復制、轉錄和翻譯

遺傳信息的傳遞遺傳信息的表達

復制轉錄翻譯

場所主要是細胞核主要是細胞核細胞質

親代DNA的

模板DNA的一條鏈mRNA

兩條鏈

4種游離的4種游離的

原料20種氨基酸

脫氧核甘酸核糖核甘酸

模板

子代DNA分子中DNA鏈重新聚合降解成核糖核甘酸

去向

完全相同的

產物RNA蛋白質（多肽）

兩個DNA分子

堿基A—T、T—A、A—U、T—A、A—U、U—A、

配對C—G、G—CC—G、G—CC—G、G—C

一條mRNA上可相繼

①半保留復制

特點邊解旋邊轉錄結合多個核糖體，同時

②邊解旋邊復制

合成多條肽鏈

信息

DNA-DNADNAfRNAmRNAf蛋白質

傳遞

科學

(l)DNA模板鏈中A+T(或C+G)與mRNA中A+U(或C+G)相等，則(A+T),%=(A+

U)mRNA%。

(2)DNA(基因)、mRNA上堿基數目與氨基酸數目之間的關系，如下圖所示：

可見，蛋白質中氨基酸數目=l/3mRNA堿基數目=1/6DNA(或基因)堿基數目。

1.觀察下面的圖示，回答相關問題：

［設計意圖：主要生命觀念和科學思維］

(1)兩圖顯示的是何種生理過程？它們有何差異？

提示：圖示過程為轉錄和翻譯，兩圖的區別在于圖1所示轉錄、翻譯過程有“時空”差

異，即轉錄在細胞核，時間在前；翻譯在核糖體，時間在后。圖2所示轉錄、翻譯同時進行。

(2)大腸桿菌可進行上述圖1還是圖2?判斷依據是什么？

提示：圖2；大腸桿菌為原核生物，其轉錄與翻譯是同時進行的，只能進行圖2過程不能

進行圖1過程(圖1在細胞核中轉錄，在細胞質中翻譯)。

(3)兩圖中a?f分別是什么物質或結構？

提示：a~f依次為mRNA、核糖體、多肽鏈、DNA、mRNA、RNA聚合酶。

2.某研究小組查閱資料發現，在蛙未受精的卵細胞質中貯存大量mRNA,該小組推測：

受精卵早期分裂過程中(20小時內)，蛋白質合成所需要的mRNA來源于卵細胞中原本就存在

的mRNA。已知物質甲能抑制mRNA的合成，請幫助該小組設計實驗方案探究上述推測是否

正確(以蛋白質合成量為檢測指標)。

實驗材料：蛙受精卵(剛完成受精)、物質甲溶液、生理鹽水等必備的實驗用品。

(1)實驗思路：_______________________________________________________________

(2)結果分析：當實驗結果為時，該小組的推測正確。

提示：⑴設計兩組實驗，取蛙的受精卵平均分為A、B兩組，其中A組加入適量的物質

甲溶液，B組加入等量的生理鹽水。置于適宜的恒溫條件下培養，20小時后分別測定兩組早

期胚胎的蛋白質的合成量，并進行比較

(2)兩組的蛋白質合成量基本相同

命題點1以轉錄與翻譯為依托考查理解及信息獲取能力

1.(2020?高考全國卷HI)細胞內有些tRNA分子的反密碼子中含有稀有堿基次黃喋吟⑴。

含有I的反密碼子在與mRNA中的密碼子互補配對時，存在如圖所示的配對方式(Gly表示甘

氨酸)。下列說法錯誤的是()

A.一種反密碼子可以識別不同的密碼子

B.密碼子與反密碼子的堿基之間通過氫鍵結合

C.tRNA分子由兩條鏈組成，mRNA分子由單鏈組成

D.mRNA中的堿基改變不一定造成所編碼氨基酸的改變

解析：由于某些tRNA分子的反密碼子中含有I,可使一種反密碼子識別不同的密碼子，

例如題圖中的一種反密碼子可以識別三種不同的密碼子小項正確。密碼子與反密碼子的結合

是遵循堿基互補配對原則的，堿基之間通過氫鍵連接,B項正確。tRNA和mRNA都是單鏈的,

tRNA分子可通過盤曲折疊形成三葉草形結構,C項錯誤。由于密碼子具有簡并性，所以mRNA

中堿基改變前后所編碼的可能是同一種氨基酸，不一定造成所編碼氨基酸的改變，圖中信息

也可以說明，雖然密碼子不同，但是對應的都是甘氨酸，D項正確。

答案：C

2.如圖為基因表達過程的示意圖，下列敘述正確的是()

A.①是DNA,其雙鏈均可作為②的轉錄模板

B.②上有〃個堿基，則新形成的肽鏈含有〃一1個肽鍵

C.③是核糖體，翻譯過程將由3'向5'方向移動

D.④是tRNA,能識別mRNA上的密碼子

解析：①是DNA,只有一條鏈作為②的轉錄模板，A項錯誤；②上有n個堿基，則新形

成的肽鏈最多含有〃/3-1個肽鍵，B項錯誤；③是核糖體，翻譯過程將由5，向3，方向移動，

C項錯誤；④是tRNA,能識別mRNA上的密碼子并轉運相應的氨基酸，D項正確。

答案：D

(1)轉錄成的RNA的堿基序列與作為模板的DNA單鏈的堿基序列有哪些異同？

提示：轉錄成的RNA的堿基序列與作為模板的DNA單鏈的堿基序列之間的堿基是互補

配對的關系，與DNA雙鏈間堿基互補配對不同的是，RNA鏈中與DNA鏈的A配對的是U

不是T。

(2)遺傳信息翻譯時，一個mRNA結合多個核糖體，其生物學意義是什么？

提示：少量mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白質，大大提高了翻譯的效率。

(3)如何判斷核糖體在mRNA上的移動方向？

提示：依據多肽鏈的長短，長的翻譯在前。

命題點2與基因表達有關的計算

3.甲、乙兩個DNA分子的蛋白質編碼序列的堿基對數量相同，其轉錄模板鏈中的堿基

(A+T)/(G+C)值如下表。下列敘述錯誤的是()

DNA分子的蛋白質編碼序列甲乙

轉錄模板鏈中(A+T)/(G+C)0.81.25

A.甲比乙的結構穩定性更高

B.甲、乙中(A+C)/(G+T)的值相同

C.甲轉錄形成的mRNA中(A+U)/(G+C)=0.8

D.乙的非模板鏈中(A+T)/(G+C)=0.8

解析：DNA分子中，A//T有2個氫鍵，G//C有3個氫鍵，氫鍵越多DNA分子越穩定，

而根據表格分析可知，甲的G//C對比乙多，因此甲比乙的結構穩定性更高,A正確；雙鏈DNA

分子中，A與T相等，G與C相等，所以甲、乙中(A+C)/(G+T)的值都等于1,B正確；轉

錄過程中，A與U配對，T與A配對，G與C互配，因此甲轉錄形成的mRNA中(A+U)/(G

+C)=0.8,C正確；(A+T)/(G+C)的值在兩條單鏈中是相等的，因此乙的非模板鏈中(A+T)/(G

+C)=1.25,D錯誤。

答案：D

4.一個mRNA分子有機個堿基，其中G+C有〃個；由該mRNA合成的蛋白質有兩條

肽鏈，則其模板DNA分子的A+T數、合成蛋白質時脫去的水分子數分別是()

A.nt、。％/3)—1B.加、(""3)—2

C.2(機一九)、(m/3)—1D.2(楊一〃)、(M3)—2

解析：mRNA分子中有m個堿基，其中G+C數目為"個，推出A+U數目為(加-”)個,

故DNA中A+T數目為2(機-〃)。根據mRNA中堿基數目：蛋白質中氨基酸數目=3：1可知，

氨基酸數目為＞n/3,脫去水分子數=氨基酸數-肽鏈數=(〃?/3)-2。

答案：D

命題點3以基因表達為依托考查科學思維和科學探究

5.科學家通過化學方法處理萌動的擬南芥種子可獲得大量突變體，探明了野生型擬南芥

中乙烯的作用途徑，其簡圖如下。據圖分析，以下敘述錯誤的是()

A.R蛋白分布于內質網膜上，是乙烯的受體，同時調節酶T的活性

B.E蛋白被剪切后的產物可進入細胞核影響基因的表達

C.無乙烯與R蛋白結合時，酶T有活性，使E蛋白磷酸化

D.酶T活性喪失的純合突變體也能出現無乙烯生理反應

解析：從題圖中可以看出，R蛋白可以和乙烯結合，也可以和酶結合，R蛋白分布于內質

網膜上，是乙端的受體，同時調節酶T的活性，A正確；在有乙烯的存在下，E蛋白被剪切后

的產物可進入細胞核影響基因的表達，有乙烯生理反應，B正確；從圖中可以看出，無乙烯與

R蛋白結合時，酶T有活性，使E蛋白磷酸化，C正確；無乙烯條件下，酶T與R蛋白結合,

使得E蛋白磷酸化，出現無乙烯生理反應，酶T活性喪失的純合突變體不會出現無乙烯生理

反應，D錯誤。

答案：D

6.以下是有關基因表達的實驗探索，請根據實驗分析以下問題。

實驗一：用RNA酶分解細胞中的RNA,蛋白質的合成停止，再加入酵母RNA,蛋白質

合成有所恢復。

實驗二：用紅綠色染料分別標記DNA和新合成的RNA,發現綠色總是先出現在紅色存

在的部位。

實驗三：SP8噬菌體實驗：從宿主細胞中分離出SP8的RNA,分別與噬菌體的2條DNA

單鏈混合，發現只有一條DNA單鏈可與RNA形成雜交分子，如圖所示。

實驗四：a-鵝膏蕈堿實驗：a-鵝膏蕈堿是一種可抑制RNA聚合酶活性的物質，且隨著a-

鵝膏蕈堿濃度和處理時間的增加，轉錄進程逐漸被抑制。

請分析以上實驗：

(1)實驗一說明蛋白質的合成可能與有關。

(2)實驗二得出的結論是_________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________O

(3)實驗三中雜交分子形成的原理是,由此可知RNA合成的模板是

o利用分子雜交技術可鑒定物種親緣關系遠近，原因是

0

(4)實驗四說明了轉錄過程所需的酶是。已知酵母菌的核基因

和線粒體中的質基因均能編碼蛋白質的合成，用a-鵝膏蕈堿處理細胞后發現，細胞質基質中

RNA含量顯著減少，那么推測a-鵝膏蕈堿抑制的是(填“核基因”或“質基因”)

的轉錄過程。

(5)四環素、鏈霉素等抗生素能抑制細菌的生長，它們有的能干擾細菌核糖體的形成，有

的能阻止tRNA和mRNA的結合，請據以上事實說明這些抗生素可用于一些疾病治療的原理：

解析：⑴由實驗一可知，RNA分解，蛋白質合成停止，RNA合成，蛋白質合成恢復，則

說明蛋白質的合成可能與mRNA(或RNA或酵母RNA)有關。

(2)RNA總是出現在DNA附近，說明RNA合成(轉錄)場所在細胞核內［RNA合成(轉錄)

場所在DNA附近］。

(3)實驗三中雜交分子形成的原理是堿基互補配對原則(A-U,G-C,T-A,C-G).DNA

單鏈可與RNA形成雜交分子的是b鏈，與RNA堿基互補配對，因此RNA合成的模板是b鏈。

形成的雜合雙鏈區的部位越多，DNA堿基序列的一致性越高，說明在生物進化過程中，DNA

堿基序列發生的變化越小，說明物種之間關系越近。

(4)加入抑制RNA聚合酶的物質，轉錄進程逐漸被抑制，說明轉錄過程需要RNA聚合酶。

用a-鵝膏蕈堿處理細胞后發現，細胞質基質中RNA含量顯著減少，說明a-鵝膏蕈堿抑制的是

核基因的轉錄，核內形成的mRNA通過核孔進入細胞質基質的RNA含量才顯著減少。

(5)核糖體、tRNA和mRNA的結合都是蛋白質合成所不可缺少的。抗生素通過干擾細菌

核糖體的形成，或阻止tRNA和mRNA的結合，來干擾細菌蛋白質的合成，抑制細菌的生長，

因此可用于治療細菌感染引起的疾病。

答案：(1)mRNA(或RNA或酵母RNA)(2)RNA合成(轉錄)場所在細胞核內［RNA合成(轉

錄)場所在DNA附近］(3)堿基互補配對原則b鏈形成的雜合雙鏈區的部位越多，DNA堿基序

列的一致性越高，說明物種之間關系越近(4)RNA聚合酶核基因(5)抗生素通過干擾細菌核

糖體的形成，或阻止tRNA和mRNA的結合，來干擾細菌蛋白質的合成，抑制細菌的生長，

因此可用于治療細菌感染引起的疾病

考點二中心法則及基因與性狀的關系

1.中心法則

(1)提出者：克里克。

(2)補充后的內容圖解

①DNA的復制；②轉錄;③翻譯；④RNA的復制;⑤RNA逆轉錄。

(3)分別寫出下列生物中心法則表達式

生物種類--------------W1-----------遺---傳桔息的傳遞宣程

RNA病毒煙草花葉病毒S：RNA—蛆一鍬白質

逆轉錄病毒艾滋病病毒皿空5跑咤￡刎竺啪*

復公八包生*RNA?*蛋白及

細胞生物動物、植物、細菌、真菌等制

2.基因控制性狀的途徑

（1）直接控制途徑

①途徑：基因上螞蛋白質的結構艙控^生物體的性狀

②實例：

（2）間接控制途徑

①途徑：基因上虬酶的合成」皿代謝過程i崢W生物體的性狀（完善實例分析如下）

②實例：a.白化病致病機理

b.豌豆的圓粒和皺粒的形成機理

1.教材必修2P70“批判性思維”：如何客觀評價基因決定生物體的性狀？

提示：生物性狀的形成往往是內因（基因）與外因（環境因素等）相互作用的結果。

2.教材必修2P70"文字信息”：細胞質基因有怎樣的遺傳特點？

提示：只能通過母方傳給后代。

3.教材必修2P7I”拓展題1”：分析紅眼的形成與紅眼基因的關系。

提示：紅眼基因正常是形成紅眼的必要而非充分條件。紅眼基因正常，并且其他涉及紅

眼形成的基因也正常時，果蠅的紅眼才能形成；如果紅眼基因不正常，即使所有其他涉及紅

眼形成的基因都正常，果蠅的紅眼也不能形成。

1.DNA病毒中沒有RNA,其遺傳信息的傳遞不遵循中心法則。（X）

2.原核生物的tRNA合成無需基因指導。（義）

3.核甘酸序列不同的基因不能表達出相同的蛋白質。（X）

4.科學家可以研發特異性抑制逆轉錄酶的藥物來治療艾滋病。（J）

1.中心法則與基因表達關系的模型構建0^］

2.理清基因與性狀關系ISIS

1.油菜植物體內的中間代謝產物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）運向種子后有兩條轉變途徑，如

圖甲所示，其中酶a和酶b分別由基因A和基因B控制合成。

［設計意圖：主要考查科學思維］

（1）據圖甲分析，寫出提高油菜產油量的基本思路。

提示：抑制酶b合成（活性），促進酶a合成（活性）。

（2）圖乙表示基因B,a鏈是轉錄鏈，經誘導0鏈也能轉錄，從而形成雙鏈mRNA,轉錄

出的雙鏈mRNA與圖乙基因在化學組成上的區別是什么？

提示：mRNA中不含T含U,五碳糖為核糖。

（3）為什么基因B經誘導后轉錄出mRNA就能提高產油量？

提示：雙鏈mRNA不能翻譯（不能與核糖體結合）形成酶b,而細胞能正常合成酶a,故生

成的油脂比例高。

2.人們通過研究發現，有些抗生素能阻斷細菌細胞內蛋白質的合成，從而抑制細菌的繁

殖。現發現一種新型抗生素，利用上述模擬實驗的方法，探究新型抗生素能否阻斷細菌DNA

的轉錄過程。備用藥品：某種細菌DNA、新型抗生素溶液、生理鹽水等。

［設計意圖：主要考查科學探究］

（1）寫出實驗思路；（2）預期實驗結果并得出實驗結論。

提示：⑴實驗思路：取A、B兩支試管，各加入足量的ATP、核糖核甘酸、相關酶的混

合溶液；A試管中加入適量生理鹽水，B試管中加入等量的新型抗生素溶液；分別在A、B試

管中加入等量某種細菌DNA,在相同且適宜的條件下培養一段時間，再分別檢測試管中是否

有DNA或RNA生成。

⑵預期實驗結果并得出實驗結論：如果A試管中含有RNA,B試管中不含有RNA,則

說明該抗生素能阻斷細菌DNA的轉錄；如果A、B兩試管都含有RNA,則說明該抗生素不能

阻斷細菌DNA的轉錄。

命題點1以中心法則為依托考查理解與信息獲取能力

1.（2020?高考全國卷HI）關于真核生物的遺傳信息及其傳遞的敘述，錯誤的是（）

A.遺傳信息可以從DNA流向RNA,也可以從RNA流向蛋白質

B.細胞中以DNA的一條單鏈為模板轉錄出的RNA均可編碼多肽

C.細胞中DNA分子的堿基總數與所有基因的堿基數之和不相等

D.染色體DNA分子中的一條單鏈可以轉錄出不同的RNA分子

解析:根據中心法則可知QNA可以經過轉錄形成RNA，即遺傳信息從DNA流向了RNA,

RNA可以作為模板進行翻譯，即遺傳信息從RNA流向了蛋白質,A項正確。轉錄形成的RNA

有三種：mRNA、tRNA和rRNA,其中可以編碼多肽的只有mRNA,B項錯誤。基因是有遺

傳效應的DNA片段，所以細胞中DNA分子的堿基總數大于所有基因的堿基數之和，兩者不

相等，C項正確。轉錄是以基因為單位進行的，一個DNA分子中含有多個基因，所以染色體

DNA分子中的一條單鏈，可以轉錄出不同的RNA分子，D項正確。

答案：B

2.新型冠狀病毒（2019-nCoV）為有包膜病毒，其遺傳物質是一種單股正鏈RNA,以

ss（+）RNA表示。ss（+）RNA可直接作為mRNA翻譯成蛋白質，如圖是病毒的增殖過程示意

圖。有關該病毒說法正確的是（）

A.該病毒的遺傳物質徹底水解會得到四種核糖核甘酸

B.（+）RNA的嗜嚏堿基數與（一）RNA的嚏咤堿基數相等

C.RNA復制酶在宿主細胞內可催化磷酸二酯鍵的形成

D.由于沒有核糖體，所以病毒包膜上不存在蛋白質

解析：該病毒的遺傳物質是RNA,若初步水解會得到四種核糖核昔酸，A錯誤；圖中的

（+）RNA與（-）RNA之間為互補關系，因此二者中的喀咤堿基數和瞟吟堿基數相等，B錯誤；

RNA復制酶在宿主細胞內可催化RNA的合成，顯然RNA復制酶能催化核糖核苦酸之間磷酸

二酯鍵的形成，C正確；病毒是非細胞生物，沒有核糖體，但病毒包膜上存在在宿主細胞中合

成的蛋白質，D錯誤。

答案：C

命題點2以中心法則為依托考查社會責任與科學探究

3.下面是幾種抗菌藥物的抗菌機理以及中心法則的圖解。

①青霉素：抑制細菌細胞壁的合成；②環丙沙星：抑制細菌DNA解旋酶的活性；③紅霉

素：能與細菌細胞中的核糖體結合以阻止其發揮作用：④利福平：抑制RNA聚合酶的活性。

以下有關說法錯誤的是（）

A.環丙沙星會抑制a過程，利福平將會抑制b過程

B.除青霉素外，其他抗菌藥物均具有抑制遺傳信息傳遞和表達的作用

C.過程d涉及的氨基酸最多有20種、tRNA最多有64種

D.e過程需要逆轉錄酶

解析：由題干可知，環丙沙星會抑制細菌DNA解旋酶的活性，故可抑制細菌DNA的復

制過程（a過程）。利福平會抑制RNA聚合酶的活性，故可抑制DNA的轉錄過程（b過程）。紅

霉素能與核糖體結合以阻止其發揮作用，故可抑制細菌的翻譯過程（d過程）。青霉素抑制細菌

細胞壁的合成，其不影響遺傳信息的傳遞和表達過程。e過程是逆轉錄過程，需要逆轉錄酶。

翻譯過程涉及的氨基酸最多有20種、tRNA理論上最多有61種。

答案：C

4.科學家把等量的小白鼠敗血癥病毒（一種RNA病毒）顆粒加入甲、乙兩支試管中，其中

甲試管中含有帶放射性標記的脫氧核糖核甘三磷酸緩沖溶液，乙試管中含有帶放射性標記的

核糖核昔三磷酸緩沖溶液。一段時間后，甲試管中能檢測到含有放射性的核酸，乙試管中不

能檢測到含有放射性的核酸。下列敘述錯誤的是（）

A.甲、乙試管中都不能檢測