2023版高三一輪總復習生物（浙科版）教案：必修2 第5單元 第17講基因控制蛋白質(zhì)合成生物體存在表觀遺傳現(xiàn)象

第17講基因控制蛋白質(zhì)合成生物體存在表觀遺傳現(xiàn)象遺傳信息的表達①DNA的功能(a)；②DNA與RNA的異同(b)；③轉(zhuǎn)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(zhuǎn)錄和翻譯的異同(b)一、基因控制蛋白質(zhì)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(yīng)的DNA片段(包括部分病毒的RNA片斷)，是遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)錄傳遞給RNA(1)轉(zhuǎn)錄的概念轉(zhuǎn)錄是以DNA的一條鏈為模板，依據(jù)堿基互補配對原則，合成RNA的過程。通過轉(zhuǎn)錄，遺傳信息由DNA傳遞給RNA。(2)轉(zhuǎn)錄的過程①結(jié)合：RNA聚合酶與DNA分子的某一啟動部位相結(jié)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(yīng)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(zhì)；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(qū)段為模板轉(zhuǎn)錄而來的。在真核生物中，細胞核內(nèi)轉(zhuǎn)錄而來的RNA產(chǎn)物經(jīng)過加工才能成為成熟的mRNA，然后轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)中，用于蛋白質(zhì)合成。3．遺傳信息通過翻譯指導蛋白質(zhì)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(zhì)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(lián)體，決定一種氨基酸。②特點a．除少數(shù)密碼子外，生物界的遺傳密碼是統(tǒng)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(shù)氨基酸只有一種遺傳密碼子外，大多數(shù)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(yīng)的氨基酸，由對應(yīng)的tRNA轉(zhuǎn)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(jié)束，核糖體脫離mRNA并進入下一個循環(huán)。4．基因控制生物性狀(1)基因控制生物性狀表現(xiàn)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(huán)境的影響。(2)基因發(fā)生作用的途徑①基因?qū)π誀畹目刂瓶赡苁峭ㄟ^酶的作用來實現(xiàn)的。②由基因控制合成的蛋白質(zhì)還可以決定生物體特定的組織或器官的結(jié)構(gòu)，進而影響其功能。5．遺傳信息流從DNA→RNA→蛋白質(zhì)二、生物體存在表觀遺傳現(xiàn)象1．基因序列不變，表型可能改變(1)表觀遺傳現(xiàn)象的概念可以通過DNA序列以外的方式遺傳給后代的現(xiàn)象稱為表觀遺傳現(xiàn)象。(2)表觀遺傳學與遺傳學的區(qū)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(huán)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(nèi)存儲的信息能否被讀取，還與DNA甲基化的狀況和組蛋白乙?；某潭扔嘘P(guān)。人們的生活經(jīng)驗，無論是精神上還是身體上的，都能改變組蛋白乙?；虳NA甲基化的程度，從而對人們的精神生活和身體狀況產(chǎn)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(fā)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(xiàn)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(yīng)對環(huán)境因素做出的反應(yīng)而發(fā)生的變化，這對生物種群的生存和繁衍也許是有利的?？键c1基因的表達1．基因通常是有遺傳效應(yīng)的DNA片段2．DNA復制、轉(zhuǎn)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(zhì)區(qū)別聯(lián)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(zhuǎn)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(zhì)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(yīng)密碼子互補配對的三個相鄰堿基轉(zhuǎn)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(yīng)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(yīng)，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(xiàn)差錯，則控制合成的血紅蛋白結(jié)構(gòu)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(xiàn)差錯，則其控制合成的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)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(diào)控的示意圖，基因2轉(zhuǎn)錄生成的起始轉(zhuǎn)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(guān)敘述錯誤的是()A．同種基因控制合成的蛋白質(zhì)可能不止一種B．不同水平的調(diào)控使真核生物細胞功能復雜化C．轉(zhuǎn)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(jù)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(diào)控機制，因此同種基因控制合成的蛋白質(zhì)可能不止一種，A正確；圖中體現(xiàn)了轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控和翻譯水平的調(diào)控，不同水平的調(diào)控使真核生物細胞功能復雜化，B正確；轉(zhuǎn)錄的啟動取決于基因上啟動部位與RNA聚合酶的結(jié)合，但不存在堿基互補配對，C錯誤；據(jù)圖推測，加工后的mRNA可能和抑制子結(jié)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(jié)合部位形成2個tRNA結(jié)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(shù)量關(guān)系：一個mRNA可同時結(jié)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(zhì)。d.方向：核糖體的移動方向為從右向左，判斷依據(jù)是多肽鏈的長短，長的翻譯在前。3模型圖丙原核細胞的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(nèi)含子，轉(zhuǎn)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(nèi)不是以整體的形式存在，而是在產(chǎn)生mRNA后，構(gòu)成核糖體的兩個亞基直接結(jié)合在mRNA上，形成完整的核糖體，進行蛋白質(zhì)的合成。下列相關(guān)敘述錯誤的是()A．細胞內(nèi)的RNA可由DNA轉(zhuǎn)錄而來，只有mRNA攜帶控制蛋白質(zhì)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(jié)合多個核糖體C．核糖體結(jié)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(xiàn)一次D．核糖體與mRNA的結(jié)合處有兩個tRNA的結(jié)合位點，且一個tRNA可先后結(jié)合兩個位點C[細胞內(nèi)的RNA可由DNA轉(zhuǎn)錄而來，包括tRNA、rRNA、mRNA等，但只有mRNA攜帶控制蛋白質(zhì)合成的信息，A正確；在原核細胞中及線粒體、葉綠體中，轉(zhuǎn)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(jié)合多個核糖體，短時間內(nèi)翻譯出大量的蛋白質(zhì)，提高翻譯效率，B正確；mRNA上核糖體結(jié)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(xiàn)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(jié)合的位置有兩個tRNA的結(jié)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(jié)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(yīng)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(huán)丙沙星能與細菌核糖體中的tRNA結(jié)合部位結(jié)合紅霉素能與敏感型的結(jié)核桿菌的RNA聚合酶結(jié)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(huán)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(jié)合，從而抑制轉(zhuǎn)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(huán)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(jié)合部位結(jié)合，會影響tRNA與相應(yīng)的位點結(jié)合從而抑制細菌翻譯過程中肽鏈的延伸，C正確；轉(zhuǎn)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?qū)π誀畹目刂?．中心法則(1)提出者：克里克。(2)補充后的內(nèi)容圖解：。(3)不同類型生物的中心法則①以DNA為遺傳物質(zhì)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(zhuǎn)錄功能的RNA病毒(如艾滋病病毒)2．基因?qū)π誀畹目刂品绞?1)基因通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)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(guān)敘述，錯誤的是()A．過程a會發(fā)生在有絲分裂間期和減數(shù)第一次分裂前的間期B．人體漿細胞中只能發(fā)生過程b和cC．過程a、b、c、d、e都能發(fā)生堿基互補配對D．過程d只能發(fā)生在逆轉(zhuǎn)錄病毒中D[過程a是DNA復制，會發(fā)生在有絲分裂間期和減數(shù)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(fā)生過程b和c(轉(zhuǎn)錄和翻譯)，B正確；過程a、b、c、d、e都能發(fā)生堿基互補配對，C正確；逆轉(zhuǎn)錄病毒能發(fā)生逆轉(zhuǎn)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(xiàn)流程示意圖，關(guān)于該流程的敘述正確的是()A．①過程是轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)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(xiàn)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(yīng)該含有153個堿基對C[①過程是轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變成黑色素，所以該病體現(xiàn)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(qū)，這些片段無法進行轉(zhuǎn)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(xiàn)象生物表觀遺傳現(xiàn)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(fā)生了甲基化修飾，抑制了基因的表達，進而影響表型。2．構(gòu)成染色體的組蛋白的乙?；揎椪婧松锛毎酥械腄NA分子與一些蛋白質(zhì)結(jié)合在一起，帶負電荷的DNA分子纏繞在帶正電荷的蛋白質(zhì)(如組蛋白)分子上，使原來細長的DNA分子盤繞成緊密的結(jié)構(gòu)。乙?；揎椌褪怯靡阴；呀M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(jié)合就會減弱，這部分的DNA就會“松開”，激活相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。3．RNA干擾RNA干擾是正常生物體內(nèi)抑制特定基因表達的一種現(xiàn)象。當細胞中導入或內(nèi)源產(chǎn)生與某個特定mRNA同源的雙鏈RNA時，該mRNA發(fā)生降解或者翻譯阻滯，導致基因表達沉默。這種現(xiàn)象發(fā)生在轉(zhuǎn)錄后水平，又稱為轉(zhuǎn)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(fā)生可遺傳變化的現(xiàn)象。其形成途徑之一是DNA分子內(nèi)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(fā)生改變C．基因表達時，需要RNA聚合酶參與轉(zhuǎn)錄D．表觀遺傳現(xiàn)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(fā)生改變，B錯誤；基因表達包含轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個過程時，轉(zhuǎn)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(xiàn)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(xiàn)為突變型。研究發(fā)現(xiàn)，此現(xiàn)象是由基因的甲基化導致的。下列分析，合理的是()A．此現(xiàn)象是小鼠精子中的A基因被甲基化導致的B．此現(xiàn)象是小鼠精子中的a基因被甲基化導致的C．此現(xiàn)象是小鼠卵細胞中的A基因被甲基化導致的D．此現(xiàn)象是小鼠卵細胞中的a基因被甲基化導致的C[據(jù)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(xiàn)為突變型，說明體內(nèi)的A基因未表達，可能是A基因發(fā)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(jié)構(gòu)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(fā)生在線粒體基質(zhì)和細胞核基質(zhì)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(jié)構(gòu)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(nèi)不存在核糖體，細胞核基質(zhì)中不會發(fā)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(zhì)是正鏈RNA(＋RNA)。該病毒感染宿主后，合成相應(yīng)物質(zhì)的過程如圖所示，其中①～④代表相應(yīng)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(jié)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(zhì)，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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，沒有核糖體，過程④