适用于新高考新教材浙江专版2025届高考生物一轮总复习第5单元遗传的分子基础第18讲基因控制蛋白质合成课件浙科版

第18讲基因控制蛋白质合成复习目标考情分析概述基因的概念,列举基因和DNA的功能(生命观念)本部分是命题的热点之一,常常通过新的情境进行考查,以转录、翻译为主要命题考点,难度中等,如2024年浙江1月选考T9考查表观遗传;2023年6月选考T4考查中心法则;2023年1月选考T15考查翻译知识,T5和T6考查表观遗传知识比较DNA与RNA的异同(科学思维)概述基因的概念(生命观念)概述遗传信息的转录和翻译的过程(生命观念、科学思维)说明遗传密码(生命观念、科学思维)举例说出表观遗传现象(科学思维)概述表观遗传修饰(生命观念、科学思维)考点一基因表达落实主干基础特别提醒(1)转录的产物不只有mRNA,还有tRNA、rRNA,但只有mRNA能携带遗传信息,3种RNA都参与翻译过程,只是作用不同。(2)对于一个特定基因的转录,模板链是确定的,另一条链为编码链;对于一个DNA分子的转录,两条链都可能成为模板链。不同的基因模板链不一定相同。(3)启动部位位于DNA上,与RNA聚合酶结合进行转录;起始密码子位于mRNA上,与反密码子互补配对。(4)翻译过程中mRNA并不移动,而是核糖体沿着mRNA移动。翻译时核糖体沿着mRNA运行,且负责认读mRNA上决定氨基酸种类的密码子,识别并转运氨基酸的为tRNA。一个mRNA分子上可连接多个核糖体同时合成多条相同的多肽链。一个核糖体会独立完成一条肽链的合成,并非多个核糖体配合完成一条肽链的合成。(5)并不是所有的密码子都决定氨基酸,其中终止密码子不决定氨基酸。每种氨基酸对应一种或几种密码子,可由一种或几种tRNA转运。除终止密码子外,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。(6)原核细胞与真核细胞的转录场所不同:原核细胞转录和翻译两过程同时进行,发生在细胞质中;而真核细胞先转录,发生在细胞核(主要场所)中,后翻译,发生在细胞质中。[练一练]1.判断下列说法正误。(1)染色体是DNA的主要载体,一条染色体上含有1个DNA分子,一个DNA分子上可含有多个基因,一个基因含有许多个脱氧核苷酸,基因的特异性主要由脱氧核苷酸的排列顺序决定。(

)提示

一条染色体上含有1个或2个DNA分子。(2)转录可发生在洋葱根尖分生区细胞的细胞核、线粒体和叶绿体中,转录过程中,RNA聚合酶没有解开DNA双螺旋结构的功能。(

)提示

洋葱根尖细胞中没有叶绿体。在转录过程中,RNA聚合酶兼具解旋功能。××(3)遗传信息通过复制从DNA传递给DNA,由DNA通过转录传递到RNA,然后由RNA通过翻译合成蛋白质,部分病毒能够自我复制,也能由RNA通过逆转录产生DNA。(

)(4)一个mRNA分子上的每1个核糖体都是从mRNA上的第一个起始密码子起始翻译,到第1个终止密码子终止翻译。(

)√√2.结合必修2第73页“小资料”思考:尼伦伯格和马太曾经利用蛋白质的体外合成技术进行如下实验:在每支试管中分别加入一种氨基酸,再加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液,以及人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸,结果加入了苯丙氨酸的试管中出现了多聚苯丙氨酸的肽链。此实验能证明三个相邻核苷酸决定一种氨基酸吗?细胞提取液需除去DNA的原因是什么?提示

不能。防止其转录成的RNA对实验产生干扰。

3.长句训练。中心法则中各生理过程准确进行的原因是

。

提示

精确的模板和严格有序的碱基互补配对关系保证了遗传信息的正常传递和表达突破命题视角考向一

基因的本质、结构与作用[典例1]真核细胞中,染色体是DNA的主要载体,而基因是DNA分子上具有遗传效应的片段。下列关于基因的叙述,错误的是(

)A.经测定一个由n个脱氧核苷酸构成的DNA分子中,包含了m个基因,则每个基因的平均长度为n/2m个脱氧核苷酸对B.基因中脱氧核苷酸的排列顺序蕴含遗传信息,可以通过减数分裂传递给后代C.染色体是基因的载体,但基因并非只分布在染色体上D.基因在细胞分裂前的间期会随着DNA的复制而复制A解析

基因通常是具有遗传效应的DNA片段,即DNA中还存在没有遗传效应的片段,一个由n个脱氧核苷酸构成的DNA分子中,DNA分子长度为n/2个脱氧核苷酸对,该DNA分子中包含了m个基因,故每个基因的平均长度不超过或小于n/2m个脱氧核苷酸对,A项错误;基因中脱氧核苷酸的排列顺序蕴含遗传信息,基因可以通过减数分裂形成配子传递给后代,B项正确;染色体是基因的载体,但基因并非只分布在染色体上,还有少部分位于线粒体、叶绿体等中,C项正确;基因在细胞分裂前的间期会随着DNA的复制而复制,D项正确。总结归纳基因的结构(1)基因在结构上,分为编码区和非编码区两部分。真核生物的编码区是不连续的,分为外显子和内含子,在转录过程中会修剪内含子,并拼合外显子来形成转录产物。在原核生物中,基因是连续的,也就是说无外显子和内含子之分。(2)编码区有外显子和内含子①外显子:在preRNA经过剪切或修饰后,被保留的DNA部分,并最终出现在成熟RNA的基因序列中。②内含子:在真核生物中,内含子作为阻断基因的线性表达的一段DNA序列,是在preRNA经过剪切或修饰后,被切除的DNA序列。(3)非编码区非编码区在基因的表达调控中发挥重要作用,如启动子、增强子、终止子等都位于该区域。①启动子:启动子是特定基因转录的DNA区域,启动子一般位于基因的转录起始位点,5'端上游,启动子长约100~1

000

bp。在转录过程中,RNA聚合酶与转录因子可以识别并特异性结合到启动子特有的DNA序列(一般为保守序列),从而启动转录。启动子本身并不转录而且也不控制基因活动,而是通过与转录因子结合来调控转录过程。②增强子:增强子是位于转录起始位点或下游基因1

Mbp的位置,长度为50~1

500

bp的序列,其可以被转录激活因子结合从而增加特定基因转录发生的可能性,广泛地存在于原核生物与真核生物的基因结构中。增强子能大大增强启动子的活性。增强子有别于启动子处有两点:增强子的位置不固定,能有很大的变动;它能在两个方向产生相互作用。一个增强子并不限于促进某一特殊启动子的转录,它能刺激在它附近的任一启动子。③终止子:终止子处于基因或操纵子的末端,给RNA聚合酶提供转录终止信号。终止子与终止密码子的概念区分:二者在名称上相似,但是含义是截然不同的。终止子是处于基因的非编码区的一段DNA序列,用于终止转录。而终止密码子是在翻译过程中终止肽链合成的mRNA中的三联体碱基序列,一般情况下为UAA、UAG和UGA,不编码氨基酸。[对点练]

1.下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法,错误的是(

)A.染色体是DNA的主要载体,一条染色体上含有1个或2个DNA分子B.在DNA分子结构中,与脱氧核糖直接相连的一般是一个磷酸基团和一个碱基C.基因一般是指具有遗传效应的DNA片段,一个DNA分子上可含有多个基因D.一个基因含有许多个脱氧核苷酸,基因的特异性主要由脱氧核苷酸的排列顺序决定B解析

染色体是DNA的主要载体,一条染色体上含有1个或2个DNA分子;在DNA分子结构中,与脱氧核糖直接相连的一般是两个磷酸基团和一个碱基;基因一般是指具有遗传效应的DNA片段,一个DNA分子上可含有多个基因,少数生物只含有RNA,对这些生物而言,基因是具有遗传效应的RNA片段;一个基因由许多个脱氧核苷酸组成,基因的特异性主要由脱氧核苷酸的排列顺序决定。2.下图是原核细胞的基因结构,编码区能转录出相应的mRNA,进而指导蛋白质的合成,非编码区不能转录出相应mRNA,但存在调控遗传信息表达的核苷酸序列。不同基因转录的模板链可能不位于DNA分子的同一条链。RNA聚合酶只能催化单核苷酸加接到游离3'-OH的多核苷酸链上。下列有关说法错误的是(

)A.提取细胞中mRNA,经逆转录形成的DNA中不存在启动子序列B.非编码区发生碱基对的增添、缺失或者替换不属于基因突变C.同一个DNA分子中不同基因的RNA聚合酶可能相向移动D.基因启动子的序列改变,可能导致该基因无法表达B解析

由于非编码区不能转录成mRNA,所以mRNA逆转录形成的DNA中不存在启动子序列,A项正确;非编码区也属于基因的结构,发生碱基对的增添、缺失或替换属于基因突变,B项错误;由于同一个DNA分子任意两个基因的模板链可能不同,所以转录的方向可能相向、反向或者相同,因此RNA聚合酶可能相向移动,C项正确;若启动子序列改变,可能导致无法转录,相应蛋白质就无法合成,D项正确。考向二

转录与翻译[典例2](2023浙江1月选考)核糖体是蛋白质合成的场所。某细菌进行蛋白质合成时,多个核糖体串联在一条mRNA上形成念珠状结构——多聚核糖体(如图所示)。多聚核糖体上合成同种肽链的每个核糖体都从mRNA同一位置开始翻译,移动至相同的位置结束翻译。多聚核糖体所包含的核糖体数量由mRNA的长度决定。下列叙述正确的是(

)A.图示翻译过程中,各核糖体从mRNA的3'端向5'端移动B.该过程中,mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子互补配对C.图中5个核糖体同时结合到mRNA上开始翻译,同时结束翻译D.若将细菌的某基因截短,相应的多聚核糖体上所串联的核糖体数目不会发生变化B解析

图示翻译过程中,各核糖体从mRNA的5'端向3'端移动,A项错误;该过程中,mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子互补配对,tRNA通过识别mRNA上的密码子携带相应氨基酸进入核糖体,B项正确;图中5个核糖体结合到mRNA上,从识别到起始密码子开始进行翻译,识别到终止密码子结束翻译,并非是同时开始同时结束的,C项错误;若将细菌的某基因截短,相应的多聚核糖体上所串联的核糖体数目可能会减少,D项错误。总结归纳翻译过程的三种模型图解读(1)图甲翻译模型分析①Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别为tRNA、核糖体、mRNA、多肽链。②一个核糖体与mRNA的结合部位形成2个tRNA结合位点。③翻译起点:起始密码子决定的是甲硫氨酸或缬氨酸。④翻译终点:识别到终止密码子(不决定氨基酸)翻译停止。⑤翻译进程:核糖体沿着mRNA移动,mRNA不移动。(2)图乙表示真核细胞的翻译过程,其中a是mRNA,f是核糖体,b、c、d、e表示正在合成的4条多肽链,具体内容分析如下。①数量关系:一个mRNA上可同时结合多个核糖体,形成多聚核糖体。②意义:少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的多肽链。③方向:从右向左,判断依据是多肽链的长短,长的翻译在前。④结果:合成的仅是多肽链,要形成蛋白质往往还需要运送至内质网、高尔基体等结构中进一步加工。⑤形成的多条肽链氨基酸序列相同的原因:有相同的模板。(3)图丙表示原核细胞的转录和翻译过程,图中①是DNA模板链,②③④⑤表示正在合成的4条mRNA,并结合核糖体同时进行翻译过程。[对点练]

3.(2023浙江绍兴一模)下图表示人体细胞某种生理过程,下列相关叙述正确的是(

)A.该过程中RNA聚合酶从图示的左侧向右侧移动B.RNA聚合酶将游离的脱氧核苷酸连接到RNA链末端C.该过程结束后可形成1个DNA-RNA杂交分子D.该过程得到的RNA不一定作为翻译的模板D解析

由图中RNA的延伸方向可以看出,RNA聚合酶从图示的右侧向左侧移动,A项错误;RNA聚合酶将游离的核糖核苷酸连接到RNA链末端,B项错误;该过程中可形成1个DNA-RNA杂交分子,该过程结束后RNA分子与DNA分子脱离,无杂交分子,C项错误;该过程得到的RNA可能为rRNA、tRNA等,不一定作为翻译的模板,D项正确。4.(2023浙江杭州联考)研究人员在分离大肠杆菌的多聚核糖体时,发现核糖体与DNA及一些蛋白质复合物耦连在一起,形成复合结构,其组成如下图所示。下列叙述错误的是(

)A.核糖体通过mRNA与质粒DNA发生耦连B.大肠杆菌的转录过程和翻译过程同时进行C.在mRNA上,核糖体的移动方向为a→bD.启动子和终止子决定了翻译的开始和终止D解析

由图可知,核糖体通过mRNA与质粒DNA发生耦连,A项正确;图中转录形成的mRNA没有与质粒DNA的模板链分离,就有多个核糖体与mRNA结合,说明大肠杆菌的转录过程和翻译过程同时进行,B项正确;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,且先结合的核糖体中合成的肽链最长,据此分析图示可知,在mRNA上,核糖体的移动方向为a→b,C项正确;启动子的作用是驱动基因转录出mRNA,终止子起到终止转录的作用,起始密码子和终止密码子决定了翻译的开始和终止,D项错误。考向三

基因控制生物性状[典例3]牵牛花的颜色主要是由花青素决定的,下图为花青素的合成与颜色变化途径示意图。下列叙述错误的是(

)A.图中三种基因表达的先后顺序是基因①、基因②、基因③B.花的颜色与其控制基因的关系不是简单的一一对应关系C.基因可以通过控制酶的合成来控制代谢D.生物的性状由基因决定,也受环境影响A解析

基因表达具有独立性,基因①②③可同时表达,也可不同时表达,A项错误;花青素决定花的颜色,而花青素的合成是由多对基因共同控制的,即花的颜色与其控制基因的关系不是简单的一一对应关系,B项正确;花青素的合成需要酶1、2、3的共同作用,体现了基因通过控制酶的合成从而间接控制生物的性状,C项正确;由题图可知,在酸性条件下,花青素显红色,在碱性条件下,花青素显蓝色,即pH会影响花青素的显色反应,由此说明,生物的性状由基因决定,也受环境影响,D项正确。总结归纳(1)基因控制生物性状的复杂性:一是多对基因共同控制生物的某个性状,基因之间存在复杂的相互关系。二是基因的表达受到环境的影响。生物的性状是基因与环境共同作用的结果。(2)多种功能性RNA参与性状的控制:一是tRNA、rRNA直接参与蛋白质的合成;二是一些RNA具有催化功能,即核酶;三是一些RNA具有调控基因表达的作用。[对点练]

5.苯丙酮尿症(PKU)又称苯丙氨酸羟化酶缺乏症,引起苯丙酮尿症的原因是患者的体细胞中缺少一种酶,致使体内的苯丙氨酸不能沿着正常的途径转变成酪氨酸,而只能大量累积或转变成苯丙酮酸。分析如图所示信息,下列相关叙述正确的是(

)A.图中酶2应为苯丙氨酸羟化酶B.图中酶3的活性降低会导致白化病C.图示反映基因可直接控制生物的性状D.图示反映基因与性状是一一对应关系A解析

从题干信息及题图可知,能将苯丙氨酸转化成酪氨酸的酶2就是苯丙氨酸羟化酶,A项正确;白化病患者体内黑色素合成受阻是因为体内缺乏酪氨酸酶,即图中的酶3,B项错误;图示反映基因通过控制酶的合成控制代谢过程,进而控制生物的性状,这属于间接控制,C项错误;图示反映了基因与性状不是一一对应关系,D项错误。考向四

中心法则[典例4](2023浙江北斗新盟联考)下列关于“中心法则”相关酶的叙述,错误的是(

)A.RNA聚合酶和逆转录酶催化反应时均遵循碱基互补配对原则B.逆转录酶、RNA聚合酶和DNA聚合酶均由核酸编码并在核糖体上合成C.无需解旋酶的协助,RNA聚合酶从模板单链DNA的3'端移向5'端D.烟草花叶病毒的遗传物质为RNA,病毒自身携带逆转录酶D解析

RNA聚合酶催化RNA的复制,逆转录酶以RNA为模板合成DNA,催化反应时均遵循碱基互补配对原则,A项正确;DNA聚合酶、RNA聚合酶和逆转录酶的化学本质都是蛋白质,因而都是由核酸编码并在核糖体上合成的,B项正确;RNA聚合酶具有解旋功能,故不需要解旋酶的参与,即可以单链DNA为模板转录合成多种RNA,RNA聚合酶从模板单链DNA的3'端移向5'端,C项正确;烟草花叶病毒的遗传物质是RNA,但不是逆转录病毒,没有逆转录酶,D项错误。总结归纳生物的遗传信息的传递过程分析①正常细胞生物(如动、植物):a、b、c。②DNA病毒(如T2噬菌体)侵染宿主细胞:a、b、c。③复制型RNA病毒(如烟草花叶病毒)侵染宿主细胞:d、c。④逆转录病毒(如艾滋病病毒)侵染宿主细胞:e、a、b、c。[对点练]

6.(2023浙江精诚联盟一模)下图为细胞核DNA遗传信息的传递过程,其中①和②表示过程。下列叙述正确的是(

)A.①和②过程DNA都需要解旋,都需要解旋酶催化B.②过程将整个DNA分子的遗传信息传递到RNA分子中C.细胞中进行①过程时,DNA聚合酶催化相邻核苷酸之间形成氢键D.细胞内一个DNA分子进行①和②过程的场所是相同的D解析

①和②过程DNA均需要解旋,但②过程不需要额外的解旋酶催化,A项错误;过程②为转录,不是沿着整个DNA分子进行的,而是以基因为单位进行的,B项错误;DNA聚合酶催化磷酸二酯键的形成,C项错误;细胞内一个DNA分子进行①和②过程的场所是相同的,主要发生在细胞核中,D项正确。7.(2023浙江金丽衢十二校第二次联考)春季是流感高发季节,自今年2月份以来,甲型H1N1流感流行,其为单股负链RNA(-RNA)病毒,下图为该病毒在宿主细胞内增殖的示意图,下列叙述正确的是(

)A.子代病毒中的RNA具有mRNA功能B.甲型H1N1流感病毒可在含血清的动物细胞培养液中繁殖C.甲型H1N1流感病毒与劳氏肉瘤病毒的遗传信息传递方向相同D.①③过程代表复制,催化①③过程的物质N是RNA复制酶D解析

据题图可知,子代病毒中的RNA是-RNA,以-RNA为模板复制形成的RNA才具有mRNA的功能,可翻译出结构N(RNA复制酶)和结构蛋白,A项错误;甲型H1N1流感病毒无细胞结构,必须寄生在活细胞内才能生存,不能在含血清的动物细胞培养液中繁殖,B项错误;甲型H1N1流感病毒的遗传信息的传递方向为RNA复制→翻译,劳氏肉瘤病毒属于逆转录病毒,遗传信息的传递方向为逆转录→DNA复制→转录→翻译,两者的遗传信息传递方向并不完全相同,C项错误;过程①表示以-RNA为模板合成mRNA,过程③表示以mRNA为模板合成-RNA,都表示复制,因此催化①③过程的物质N是RNA复制酶,D项正确。考点二生物体存在表观遗传现象落实主干基础特别提醒(1)表观遗传现象具有可遗传性,但不符合孟德尔遗传规律的核内遗传。(2)表观遗传机制可以使生物打破DNA变化缓慢的限制,使后代能迅速获得亲代应对环境因素做出的反应而发生的变化,这对生物种群的生存和繁衍也许是有利的。但是,通过表观遗传传递下去的性状并不总是有利的,如亲代经历的不良环境和生活习惯对后代的健康会产生不利的影响。[练一练]1.判断下列说法正误。(1)基因表达的调控包括转录水平的调控和翻译水平的调控等,DNA甲基化、组蛋白乙酰化均属于转录水平的调控。(

)(2)同卵双胞胎的DNA序列完全一致,因此不会一个患白血病或红斑狼疮而另一个表现正常。(

)提示

即使遗传信息完全一样的两个个体,也会由于基因表达修饰上的差异而表现出完全不同的性状。√×(3)父母的生活经历可以通过DNA序列以外的方式遗传给后代的现象就是表观遗传现象。(

)(4)若某基因发生了甲基化等修饰,则无法进行转录,但翻译不受影响,对性状表现的影响不大。(

)提示

若某基因发生了甲基化等修饰,则无法进行转录、翻译,最终无法合成相应的蛋白质,会影响基因的表达,导致该基因所控制的性状不能表现。√×2.结合必修2第80页和82页“小资料”思考:2005年,某科研团队将怀孕的大鼠(F0)暴露于一种杀菌剂——乙烯菌核利(对大鼠有一定的毒害作用)中。接着在无杀菌剂的环境中将它们的后代养大,一直养了4代(F4),结果几乎所有后代(F4)的精子数量、繁殖能力都有所下降。经检测大鼠的DNA序列没有发生改变,但为什么大鼠(F0)的后代(F4)精子数量和繁殖能力都下降了?提示

即使亲代传递给后代的DNA序列没有改变,亲代在生活中由于生活环境或生活习惯的改变而引起的身体状况变化,也会通过某种途径遗传给下一代,即父母的生活经历可以通过DNA序列以外的方式遗传给后代。突破命题视角考向一

表观遗传现象[典例1]父母的生活经历可以通过DNA序列以外的方式遗传给后代,这种遗传现象称为表观遗传现象,下列有关表观遗传的叙述,错误的是(

)A.表观遗传现象也遵循孟德尔遗传规律B.通过表观遗传传递下去的性状并不总是有利的C.基因组成相同的同卵双胞胎所具有的微小差异与表观遗传有关D.相同基因型的雌蜂幼虫可发育为工蜂和蜂王的现象属于表观遗传现象A总结归纳常见表观遗传现象(1)具有完全相同的基因组成的同卵双胞胎,即使在同样的环境中长大,他们的性格、健康等方面也会有较大的差异。(2)马、驴正反交的后代差别较大。(3)克隆猫的基因完全相同,但毛皮颜色不同。[对点练]

1.生物体存在表观遗传现象,下列相关叙述错误的是(

)A.基于非基因序列的改变所致表达水平的变化B.不改变DNA序列,也不影响基因表达C.基因序列不变,表型可能改变D.生活习惯也可能会遗传给下一代B解析

表观遗传现象是基于非基因序列改变所致的基因表达水平的变化,即环境变化引起的性状改变,可影响基因表达,但不改变DNA序列。2.(2023浙江七彩阳光浙南名校联盟返校考)蜂群中的蜂王和工蜂是由拥有相同基因的雌性幼虫发育而来的,只有食用充足蜂王浆的那个成为“女王”,其他的则沦为了“仆人”。下列叙述错误的是(

)A.该现象属于表观遗传,在一定条件下可遗传给后代B.蜂王和工蜂出现差异的原因可能是DNA甲基化影响表达C.幼虫发育为蜂王的根本原因是蜂王浆导致其遗传物质发生改变D.该机制可以使后代迅速获得亲代应对环境变化做出的反应C解析

蜂王和工蜂都是由拥有相同基因的雌性幼虫发育而来的,但表型不同,这属于表观遗传,在一定条件下可遗传给后代,A项正确;DNA甲基化影响表达,导致蜂王和工蜂的表型不同,B项正确;拥有相同基因的雌性幼虫发育为蜂王还是工蜂,与食用蜂王浆有关,其遗传物质未发生改变,该现象属于表观遗传,C项错误;环境会导致表观遗传,表观遗传可以遗传给下一代,该机制可以使后代迅速获得亲代应对环境变化做出的反应,D项正确。考向二

表观遗传修饰[典例2](2024浙江1月选考改编)某种蜜蜂的蜂王和工蜂具有相同的基因组。雌性工蜂幼虫主要食物是花蜜和