考點(diǎn)一　遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯
【精梳·攻教材】一、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄1.RNA的結(jié)構(gòu)與功能:
【名師點(diǎn)睛】　RNA其他的功能除以上種類及功能外,RNA還是RNA病毒的遺傳物質(zhì);部分酶的化學(xué)本質(zhì)也是RNA。
2.遺傳信息的轉(zhuǎn)錄:(1)概念:以______________為模板,按堿基互補(bǔ)配對原則合成______的過程。(2)過程(如圖):(3)意義:將DNA 的遺傳信息傳遞給________。
【名師點(diǎn)睛】　模板鏈與編碼鏈在轉(zhuǎn)錄的時候,會以DNA的一條鏈為模板,稱為模板鏈,而另一條鏈稱為編碼鏈。DNA上含有多個基因,轉(zhuǎn)錄時可以以不同的鏈作為模板鏈,即就雙鏈DNA分子中的一條鏈來說,既是某些基因的模板鏈,又是另一些基因的編碼鏈。
二、遺傳信息的翻譯1.場所或裝配機(jī)器:________。2.條件:
3.密碼子與反密碼子的比較:
【名師點(diǎn)睛】　密碼子的簡并多種密碼子編碼同一種氨基酸的現(xiàn)象稱為密碼子的簡并。密碼子的簡并既可以增強(qiáng)密碼容錯性,也可以保證使用頻率高的氨基酸的運(yùn)輸效率,從而保證翻譯的速度。
三、中心法則1.提出者:克里克。2.中心法則的內(nèi)容:①DNA的復(fù)制;②______;③翻譯;④__________;⑤________。
3.不同生物遺傳信息的傳遞過程:
【辨·清易錯】1.遺傳信息轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物只有mRNA。( )分析:遺傳信息轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物有mRNA、tRNA、rRNA等。2.原核生物可以邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯。( )3.轉(zhuǎn)錄過程中DNA雙鏈解開,需要解旋酶。( )分析:轉(zhuǎn)錄過程中DNA雙鏈解開,需要RNA聚合酶。4.終止密碼子一定不編碼氨基酸。( )分析:特殊情況下,終止密碼子UGA可以編碼硒代半胱氨酸。5.每種氨基酸都對應(yīng)多個密碼子,每個密碼子都決定一種氨基酸。( )分析:每種氨基酸可對應(yīng)一個或多個密碼子,并非每個密碼子都決定一種氨基酸,如終止密碼子一般不決定氨基酸。
【寫·練表達(dá)】1.(必修2 P65正文歸納)RNA聚合酶是一個多功能酶,不僅可以打開DNA雙鏈,還可以__________________________________。2.(必修2 P67表4—1拓展)起始密碼子AUG決定甲硫氨酸,但是成熟蛋白質(zhì)的第一個氨基酸往往不是甲硫氨酸的原因:翻譯生成的多肽鏈往往需進(jìn)行加工修飾,甲硫氨酸______________________。
把核糖核苷酸依次連接,形成RNA分子
【精研·破疑難】【命題研究】【典例】圖甲為某真核細(xì)胞中蛋白質(zhì)的生物合成示意圖,圖乙為其中一個生理過程的模式圖。請回答下列問題:(1)與圖乙相同的生理過程是圖甲中的　　(填序號),這個過程叫　　　　　;圖乙中的b和d二者在化學(xué)組成上的區(qū)別是______________________________;?圖乙中a是一種酶分子,它能促進(jìn)c的合成,其名稱為　　　　　　　。?
b中含有脫氧核糖而d中含有核糖
【解析】(1)圖乙是以DNA的一條鏈為模板合成RNA的過程,表示轉(zhuǎn)錄,可對應(yīng)圖甲中的①;分析圖乙可知,b是脫氧核糖核苷酸,d是核糖核苷酸,二者的差別是前者為脫氧核糖,后者為核糖;圖中a酶促進(jìn)轉(zhuǎn)錄過程,因此a酶是RNA聚合酶。
【典例】圖甲為某真核細(xì)胞中蛋白質(zhì)的生物合成示意圖,圖乙為其中一個生理過程的模式圖。請回答下列問題:(2)遺傳學(xué)上的“密碼子”是指　　　　　　　　上決定1個氨基酸的　　　個相鄰堿基。?【解析】(2)遺傳學(xué)上的“密碼子”是指mRNA上決定1個氨基酸的3個相鄰堿基。
【典例】圖甲為某真核細(xì)胞中蛋白質(zhì)的生物合成示意圖,圖乙為其中一個生理過程的模式圖。請回答下列問題:(3)圖甲中Ⅲ為　　　　　　　　,攜帶的氨基酸是　　　　　　　　。?聚焦考查點(diǎn):轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程。
【解析】(3)圖甲中的Ⅲ是tRNA(轉(zhuǎn)運(yùn)RNA),Ⅲ上的反密碼子是UGA,根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則可知,對應(yīng)的mRNA上密碼子是ACU,Ⅲ攜帶的氨基酸是蘇氨酸。
【破解策略】1.圖示法分析復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程:(1)復(fù)制與轉(zhuǎn)錄:
解讀:圖一反映出:一個核糖體與mRNA的結(jié)合位點(diǎn)形成2個tRNA結(jié)合位點(diǎn),核糖體沿著mRNA移動的方向是由左往右。圖二反映出:①mRNA與核糖體存在的數(shù)量關(guān)系是一個mRNA分子上可以相繼結(jié)合多個核糖體;②核糖體移動的方向是由左向右;③多聚核糖體形成的意義是少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白質(zhì)。
2.遺傳信息、密碼子(遺傳密碼)、反密碼子:(1)相關(guān)概念辨析:
(2)明確氨基酸與密碼子、反密碼子的數(shù)量關(guān)系。①一種氨基酸可對應(yīng)一種或幾種密碼子(即密碼子具有簡并的特點(diǎn)),可由一種或幾種tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)。②除終止密碼子外,一種密碼子只能決定一種氨基酸。
3.基因表達(dá)中的相關(guān)數(shù)量關(guān)系:可見,蛋白質(zhì)中氨基酸數(shù)目=1/3 mRNA堿基數(shù)目=1/6 DNA堿基數(shù)目。
高考警示鐘實(shí)際基因表達(dá)過程中的數(shù)量關(guān)系不符合6∶3∶1(1)基因中的內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄后被剪切。(2)在基因中,有的片段(非編碼區(qū))起調(diào)控作用,不轉(zhuǎn)錄。(3)合成的肽鏈在加工過程中可能會被剪切掉部分氨基酸。(4)轉(zhuǎn)錄出的mRNA中有終止密碼子,終止密碼子不編碼氨基酸。
【精練·提能力】1.轉(zhuǎn)錄是DNA的遺傳信息被拷貝成RNA的遺傳信息的過程,如圖表示真核生物轉(zhuǎn)錄過程模式圖。下列敘述正確的是(　　)A.RNA聚合酶在模板DNA鏈上的移動方向?yàn)?5'→3'B.RNA聚合酶識別并結(jié)合的DNA片段可轉(zhuǎn)錄為RNAC.轉(zhuǎn)錄過程中游離的核糖核苷酸有序地與模板DNA鏈上的堿基碰撞并配對D.轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的堿基順序與非模板鏈DNA的堿基序列一致(不考慮堿基種類)
【解析】選D。RNA聚合酶與DNA的模板鏈結(jié)合,并沿著DNA模板鏈移動,圖中的模板鏈為解開雙鏈中的下面一條鏈,則RNA聚合酶在模板DNA鏈上的移動方向?yàn)?'→5',A錯誤;RNA聚合酶識別的DNA區(qū)域?yàn)榉蔷幋a區(qū),不轉(zhuǎn)錄RNA,B錯誤;轉(zhuǎn)錄過程中游離的核糖核苷酸的堿基無序地與DNA鏈上的堿基碰撞后并配對,C錯誤;轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的堿基順序與DNA的模板鏈堿基互補(bǔ)配對,DNA的模板鏈與DNA的非模板鏈也遵循堿基互補(bǔ)配對,則轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的堿基順序與非模板鏈DNA的堿基序列一致(不考慮堿基種類),D正確。
【知識縱橫】DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯的聯(lián)系
2.(多選)(2024·石家莊模擬)研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)細(xì)胞中缺乏氨基酸時,負(fù)載tRNA(攜帶氨基酸的tRNA)會轉(zhuǎn)化為空載tRNA(沒有攜帶氨基酸的tRNA),進(jìn)而調(diào)控相關(guān)基因的表達(dá),過程如圖所示。下列敘述正確的是(　　)A.過程①與過程②中涉及的堿基互補(bǔ)配對方式相同B.空載tRNA的3'端結(jié)合特定氨基酸后轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)載tRNAC.過程②中終止密碼子與a距離最近,d結(jié)合過的tRNA最少D.當(dāng)缺乏氨基酸時,空載tRNA只能通過抑制轉(zhuǎn)錄來抑制基因表達(dá)
【解析】選B、C。分析題圖:圖中①為轉(zhuǎn)錄過程,②為翻譯過程,③④表示缺乏氨基酸時,tRNA調(diào)控基因表達(dá)的相關(guān)過程。圖中過程①表示轉(zhuǎn)錄,過程②表示翻譯,轉(zhuǎn)錄特有的堿基配對方式為T-A,翻譯特有的堿基配對方式為U-A,故兩個過程中堿基互補(bǔ)配對的方式不完全相同,A錯誤;據(jù)題意可知,負(fù)載tRNA是攜帶氨基酸的tRNA,空載tRNA是沒有攜帶氨基酸的tRNA,空載tRNA的3'端結(jié)合特定氨基酸后轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)載tRNA,B正確;根據(jù)肽鏈的長度可知,翻譯的方向是從右向左,因此終止密碼子與a距離最近,d上的肽鏈最短,其結(jié)合過的tRNA最少,C正確;由圖可知,細(xì)胞缺乏氨基酸時,空載tRNA既抑制細(xì)胞核中的①轉(zhuǎn)錄過程,又通過激活蛋白激酶來抑制②翻譯過程,D錯誤。
3.(2024·唐山模擬)在真核生物中,甲硫氨酸、賴氨酸、蘇氨酸、精氨酸對應(yīng)密碼子各有1、2、4、6種,終止密碼子有3種。假設(shè)某真核生物的一條多肽鏈氨基酸序列為:甲硫氨酸—蘇氨酸—賴氨酸—精氨酸,下列敘述正確的是(　　)A.從密碼子簡并角度分析,多肽鏈中賴氨酸發(fā)生變化的可能性大于蘇氨酸B.合成該條多肽時,tRNA可讀取mRNA上的全部堿基C.該條多肽翻譯過程中最多有13種tRNA參與D.理論上,該多肽的模板mRNA最多有16種
【解析】選A。mRNA是以DNA的一條鏈為模板轉(zhuǎn)錄形成的,而翻譯過程中,mRNA中每3個堿基決定一個氨基酸,稱為密碼子。密碼子的簡并性是指一種氨基酸可能由多個密碼子決定,分析題意可知,蘇氨酸對應(yīng)的密碼子有4種,而賴氨酸對應(yīng)的密碼子有2種,故從密碼子簡并角度分析,多肽鏈中賴氨酸發(fā)生變化的可能性大于蘇氨酸,A正確;一般而言,終止密碼子不能編碼氨基酸,而且核糖體沿著mRNA移動,碰到終止密碼子翻譯立即停止,故tRNA不能讀取mRNA上的全部堿基,B錯誤;tRNA上的反密碼子可通過與密碼子堿基互補(bǔ)配對轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸,該多肽鏈氨基酸序列為甲硫氨酸—蘇氨酸—賴氨酸—精氨酸,共有4個氨基酸,故該條多肽翻譯過程中最多有4種tRNA參與,C錯誤;由于甲硫氨酸、賴氨酸、蘇氨酸、精氨酸對應(yīng)的密碼子各有1、2、4、6種,理論上該多肽的模板mRNA最多有1×2×4×6=48種,D錯誤。
4.(多選)20世紀(jì)末人們發(fā)現(xiàn)的一種能誘發(fā)羊瘙癢癥的朊粒,對下圖所示的中心法則提出了挑戰(zhàn)。研究發(fā)現(xiàn),羊細(xì)胞核中的基因編碼產(chǎn)生的正常糖蛋白PrPC一旦遇到PrPSC(朊粒),其構(gòu)象就會轉(zhuǎn)變?yōu)镻rPSC,從而使朊粒增殖。而PrPSC在神經(jīng)細(xì)胞中沉積,最終就會引發(fā)羊瘙癢癥。下列相關(guān)敘述錯誤的是(　　)A.圖中表示的5個遺傳信息流動方向遵循了相同的堿基互補(bǔ)配對原則B.不能獨(dú)立進(jìn)行“氨基酸→蛋白質(zhì)”這個過程的生物,其遺傳物質(zhì)可能是RNAC.羊心肌細(xì)胞中的遺傳信息流動過程可表示為 D.朊粒的發(fā)現(xiàn),使中心法則可修正為 　
【解析】選A、C、D。分析題圖可知,DNA復(fù)制的堿基配對方式為A—T、T—A、G—C和C—G,轉(zhuǎn)錄的堿基配對方式為A—U、T—A、G—C和C—G,所以中心法則所示的5個遺傳信息流動方向的堿基互補(bǔ)配對原則不同,A錯誤;病毒不能獨(dú)立代謝,必須寄生在宿主活細(xì)胞內(nèi)才能生存和繁殖,即不能獨(dú)立進(jìn)行“氨基酸→蛋白質(zhì)”這個過程,而且病毒的遺傳物質(zhì)可能是DNA或RNA,B正確;羊心肌細(xì)胞為高度分化的細(xì)胞,其通常不具有細(xì)胞分裂的能力,一般不再進(jìn)行DNA復(fù)制,所以羊心肌細(xì)胞的遺傳信息流動過程為DNA轉(zhuǎn)錄形成RNA,RNA翻譯形成蛋白質(zhì),C錯誤;分析題意可知,朊粒是一類不含核酸而僅由蛋白質(zhì)構(gòu)成的具有感染性的因子,且朊粒是正常蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象發(fā)生變異而形成的,而中心法則是對生物遺傳物質(zhì)和性狀關(guān)系的概括,所以朊粒的發(fā)現(xiàn)并未使中心法則有任何調(diào)整,D錯誤。
【加固訓(xùn)練】1.如圖是人體某細(xì)胞中遺傳信息的傳遞及表達(dá)過程示意圖。據(jù)圖分析,以下描述正確的是(　　)A.①②過程中兩種酶的結(jié)合位點(diǎn)分別位于DNA和RNA分子上B.②過程生成的mRNA長度與DNA分子的每一條鏈都不同C.b中具有tRNA的結(jié)合位點(diǎn),翻譯時mRNA從右往左移動D.該圖可表示胰島B細(xì)胞中胰島素基因指導(dǎo)胰島素的合成過程
【解析】選B。①過程是DNA復(fù)制,②過程是轉(zhuǎn)錄,③過程是翻譯,a是mRNA,b是核糖體,c是肽鏈。圖中①DNA復(fù)制和②轉(zhuǎn)錄兩個過程中兩種酶分別是DNA聚合酶和RNA聚合酶,兩種酶的結(jié)合位點(diǎn)都位于DNA分子上,A錯誤;②轉(zhuǎn)錄是以基因?yàn)閱挝贿M(jìn)行的,而基因是具有遺傳效應(yīng)的DNA片段,因此轉(zhuǎn)錄生成的mRNA長度應(yīng)小于DNA分子的每一條鏈的長度,B正確;b為核糖體,翻譯過程中核糖體沿著mRNA從左向右移動,C錯誤;胰島B細(xì)胞已經(jīng)高度分化,不再分裂,DNA不再復(fù)制,D錯誤。
2.如圖為某染色體上的基因內(nèi)部和周圍DNA片段,長度為8千堿基對(單位:kb)。人為劃分a～g七個區(qū)間,轉(zhuǎn)錄生成的RNA中d區(qū)間所對應(yīng)的區(qū)域會被加工切除。下列說法錯誤的是(　　)A.在a、d、g中發(fā)生的堿基對改變不一定影響蛋白質(zhì)產(chǎn)物B.轉(zhuǎn)錄一次需要消耗6 300個游離的核糖核苷酸C.核糖體會從b移動到c,讀取c、d、e區(qū)間的密碼子D.該基因的轉(zhuǎn)錄發(fā)生在細(xì)胞核,翻譯發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)
【解析】選C。在a、d、g中發(fā)生的堿基對改變不影響轉(zhuǎn)錄形成的成熟的mRNA的堿基序列,因此不影響蛋白質(zhì)產(chǎn)物,A正確;由題圖可知,轉(zhuǎn)錄形成的mRNA的長度為7.5-1.2=6.3 kb,即轉(zhuǎn)錄一次需要消耗6 300個游離的核糖核苷酸,B正確;核糖體在mRNA上移動,不能直接讀取基因上的堿基序列,C錯誤;該基因?yàn)槿旧w上的基因,是真核細(xì)胞的核基因,其轉(zhuǎn)錄發(fā)生在細(xì)胞核,翻譯發(fā)生在細(xì)胞質(zhì),D正確。
3.圖1中Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ表示哺乳動物一條染色體上相鄰的三個基因,a、b為基因的間隔序列;圖2為Ⅰ基因進(jìn)行的某種生理過程。下列敘述錯誤的是(　　)A.Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ基因在不同的細(xì)胞中表達(dá)的情況可能不同B.圖2中甲為RNA聚合酶,丙中所含的五碳糖是核糖C.若丙中A+U占36%,則丙對應(yīng)的乙片段中G占32%D.圖2為Ⅰ基因轉(zhuǎn)錄過程,其方向是由右向左進(jìn)行
【解析】選C。不同細(xì)胞的形成是細(xì)胞分化的結(jié)果,而細(xì)胞分化的根本原因是基因的選擇性表達(dá),因此Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ基因在不同的細(xì)胞中表達(dá)情況可能不同,A正確;圖2表示轉(zhuǎn)錄過程,甲為RNA聚合酶,丙為轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物mRNA,mRNA中所含的五碳糖是核糖,B正確;若丙中A+U占36%,則丙對應(yīng)的乙片段中A+T也占36%,則C+G占64%,但乙片段中G的含量無法確定,C錯誤;根據(jù)圖2丙的脫落方向可知,轉(zhuǎn)錄的方向是從右向左,D正確。
考點(diǎn)二　基因表達(dá)與性狀的關(guān)系
【精梳·攻教材】一、基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系1.直接控制途徑(用文字和箭頭表示):(1)過程:基因 ______________ 生物體的性狀(2)實(shí)例:囊性纖維化等。
②豌豆的圓粒和皺粒的形成機(jī)理圖解:
二、基因的選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化1.不同基因在不同細(xì)胞中的表達(dá):
2.細(xì)胞分化的本質(zhì):__________________。3.細(xì)胞分化的結(jié)果:(1)分子水平變化:同一個體的體細(xì)胞中________和________不完全相同。(2)細(xì)胞水平變化:細(xì)胞具有不同的____________。
四、基因與性狀的關(guān)系1.在大多數(shù)情況下,基因與性狀的關(guān)系并不是簡單的一一對應(yīng)的關(guān)系:(1)一個性狀可以受______基因的影響,例如人的身高。(2)一個基因也可以影響______性狀,例如水稻中的Ghd7基因。2.生物體的性狀不完全由基因決定,______對性狀也有著重要影響。例如后天的營養(yǎng)和體育鍛煉等對人的身高也有重要作用。3.總結(jié):基因與基因、基因與______________、基因與環(huán)境之間存在著復(fù)雜的相互作用,這種相互作用形成了一個錯綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò),精細(xì)地調(diào)控著生物體的性狀。
【名師點(diǎn)睛】　決定生物性狀的因素生物的性狀是基因和環(huán)境共同作用的結(jié)果:基因型相同,表型可能不同,基因型不同,表型也可能相同。
【辨·清易錯】1.基因通過控制酶的合成直接控制生物性狀。( )分析:基因通過控制酶的合成間接控制生物性狀。2.白化病是酪氨酸酶活性降低造成的。( )分析:白化病是缺乏酪氨酸酶造成的。3.胰島B細(xì)胞有胰島素基因而無胰高血糖素基因,故可以產(chǎn)生胰島素而不能產(chǎn)生胰高血糖素。( )分析:胰島B細(xì)胞也有胰高血糖素基因,只是沒有表達(dá)。4.柳穿魚Lcyc基因的部分堿基發(fā)生甲基化修飾,抑制了基因的表達(dá)。( )5.生物體中,一個基因決定一種性狀,一種性狀由一個基因決定。( )分析:基因與性狀間存在一對一、一對多、多對一等關(guān)系。
【寫·練表達(dá)】1.(必修2 P72“思考·討論”拓展)3種細(xì)胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰島素基因,但只檢測到其中一種基因的mRNA,這一事實(shí)說明:___________________________________________________。2.(必修2 P74“批判性思維”)對“基因決定生物體的性狀這一觀點(diǎn)”的客觀評價是:生物性狀的形成往往是____________________________共同作用的結(jié)果。
并不是所有的基因都表達(dá),基因的表達(dá)存在選擇性
內(nèi)因(基因)與外因(環(huán)境因素等)
【精研·破疑難】【命題研究】【典例】(2023·海南等級考)某植物的葉形與R基因的表達(dá)直接相關(guān)。現(xiàn)有該植物的植株甲和乙,二者R基因的序列相同。植株甲R基因未甲基化,能正常表達(dá);植株乙R基因高度甲基化,不能表達(dá)。下列有關(guān)敘述正確的是(　　)A.植株甲和乙的R基因的堿基種類不同B.植株甲和乙的R基因的序列相同,故葉形相同C.植株乙自交,子一代的R基因不會出現(xiàn)高度甲基化D.植株甲和乙雜交,子一代與植株乙的葉形不同聚焦考查點(diǎn):甲基化對性狀的影響。
【解析】選D。植株甲和乙的R基因的序列相同,所含的堿基種類也相同,A錯誤。植株甲R基因能正常表達(dá),植株乙R基因不能表達(dá),因而葉形不同,B錯誤。甲基化相關(guān)的性狀可以遺傳,若植株乙自交,子一代的R基因仍會出現(xiàn)高度甲基化,C錯誤。植株甲含有未甲基化的R基因,植株甲和乙雜交,子一代與植株乙的葉形不同,與植株甲的葉形相同,D正確。
【破解策略】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(dá),進(jìn)而影響表型。2.構(gòu)成染色體的組蛋白的乙酰化修飾:真核生物細(xì)胞核中的DNA與一些蛋白質(zhì)結(jié)合在一起,帶負(fù)電荷的DNA“纏繞”在帶正電荷的蛋白質(zhì)(如組蛋白)上,使細(xì)長的DNA卷成緊密的結(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(dá)的一種現(xiàn)象。當(dāng)細(xì)胞中導(dǎo)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)生降解或翻譯阻滯,導(dǎo)致基因表達(dá)沉默。這種現(xiàn)象發(fā)生在轉(zhuǎn)錄后,又稱為轉(zhuǎn)錄后基因沉默,是表觀遺傳的重要機(jī)制之一。
【精練·提能力】1.某植物花色的遺傳受兩對等位基因控制,且遵循基因自由組合定律,只有兩個顯性基因(A和B)同時存在才能合成紫色素,否則均為白色。下列敘述正確的是(　　)A.性狀與基因是一一對應(yīng)的關(guān)系B.每種性狀都由兩個基因控制C.基因與基因之間可以相互作用D.基因在控制生物性狀時互不影響
【解析】選C。某植物花色的遺傳受兩對等位基因控制,說明性狀與基因不是一一對應(yīng)的關(guān)系,A錯誤;某植物花色的遺傳受兩對等位基因控制,但不能確定每種性狀都由兩個基因控制,B錯誤;某植物花色的遺傳受兩對等位基因控制,只有兩個顯性基因同時存在才能合成紫色素,說明基因與基因之間可以相互作用,C正確;某植物花色的遺傳受兩對等位基因控制,只有兩個顯性基因同時存在才能合成紫色素,說明基因在控制生物性狀時可以相互影響,D錯誤。
2.黃色小鼠(AA)與黑色小鼠(aa)雜交,產(chǎn)生的F1(Aa)的不同個體出現(xiàn)了不同體色。研究表明,不同體色的小鼠A基因的堿基序列相同,但A基因上二核苷酸(CpG)胞嘧啶有不同程度的甲基化(如圖)現(xiàn)象出現(xiàn),甲基化不影響基因復(fù)制。有關(guān)分析錯誤的是(　　)A.F1個體體色的差異與A基因甲基化程度有關(guān)B.甲基化可能影響RNA聚合酶與該基因的結(jié)合C.堿基甲基化不影響堿基互補(bǔ)配對過程D.甲基化是引起基因突變的常見方式
【解析】選D。F1個體的基因型都是Aa,但體色有差異,與A基因甲基化程度有關(guān),A正確;RNA聚合酶與該基因的特定部位的結(jié)合屬于基因表達(dá)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),特定部位甲基化可能會影響其表達(dá)過程,B正確;甲基化不改變堿基序列,故不影響堿基互補(bǔ)配對過程,C正確;基因突變是基因中堿基的增添、缺失或替換導(dǎo)致基因結(jié)構(gòu)的改變,而基因中堿基甲基化后該基因結(jié)構(gòu)未發(fā)生改變,所以不屬于基因突變,D錯誤。
3.(多選)(2024·唐山模擬)圖1為某生物基因的表達(dá)情況,a、b代表同一種酶。圖2表示該基因啟動子堿基序列發(fā)生甲基化修飾。下列說法錯誤的是(　　)A.圖1可表示人體細(xì)胞核基因的表達(dá)過程,a、b為RNA聚合酶B.核糖體的移動方向?yàn)橛上碌缴?核糖體內(nèi)堿基配對規(guī)律是A與U配對、G與C配對C.啟動子序列的甲基化修飾可能干擾RNA聚合酶與基因的結(jié)合,導(dǎo)致基因無法轉(zhuǎn)錄D.啟動子堿基序列甲基化導(dǎo)致的變異屬于基因突變
【解析】選A、D。根據(jù)題意和圖示分析可知:圖1為遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程,其中轉(zhuǎn)錄是以DNA的一條鏈為模板合成RNA的過程;翻譯是以mRNA為模板合成蛋白質(zhì)的過程,圖示轉(zhuǎn)錄和翻譯過程在同一時間和空間進(jìn)行,發(fā)生在原核生物細(xì)胞中,其中a、b代表RNA聚合酶,不能表示人體細(xì)胞核基因的表達(dá)過程,A錯誤。根據(jù)核糖體合成的肽鏈的長度可以推知,核糖體移動的方向?yàn)閺南碌缴?核糖體內(nèi)存在密碼子和反密碼子的配對,堿基配對規(guī)律是A與U配對、G與C配對,B正確。啟動子是RNA 聚合酶識別、結(jié)合和開始轉(zhuǎn)錄的一段DNA 序列,啟動子序列的甲基化修飾可能干擾RNA聚合酶與基因的結(jié)合,導(dǎo)致基因無法轉(zhuǎn)錄,C正確?；蛲蛔兪侵窪NA分子中發(fā)生堿基的替換、增添和缺失,而引起的基因堿基序列的改變,啟動子堿基序列甲基化屬于表觀遺傳,堿基序列并沒有發(fā)生改變,其導(dǎo)致的變異不屬于基因突變,D錯誤。
【從教材走向高考】4.(必修2 P75思維訓(xùn)練改編)已知果蠅的長翅與殘翅是一對相對性狀,且長翅(V)對殘翅(v)為顯性,但遺傳學(xué)家在不同溫度下培養(yǎng)長翅果蠅幼蟲,得到不同的結(jié)果,如下表。請結(jié)合所學(xué)知識回答問題:(1)這個實(shí)驗(yàn)說明基因與性狀是什么關(guān)系? __________________________________________。
基因控制生物的性狀,且性狀的形成同時還受環(huán)境的影響
【解析】(1)由于兩果蠅均為長翅果蠅幼蟲,而所處的溫度不同,導(dǎo)致表型不同,這個實(shí)驗(yàn)說明基因與性狀的關(guān)系為基因控制生物的性狀,且性狀的形成同時還受環(huán)境的影響。
4.(必修2 P75思維訓(xùn)練改編)已知果蠅的長翅與殘翅是一對相對性狀,且長翅(V)對殘翅(v)為顯性,但遺傳學(xué)家在不同溫度下培養(yǎng)長翅果蠅幼蟲,得到不同的結(jié)果,如下表。請結(jié)合所學(xué)知識回答問題:(2)某實(shí)驗(yàn)小組將長翅(VV)紅眼(Dd)灰體(Hh)雌雄果蠅交配產(chǎn)生的幼蟲放在35～37 ℃的環(huán)境中處理6～24 h后,得到了一些殘翅的果蠅,這些殘翅果蠅在正常溫度下產(chǎn)生的后代仍然是長翅,請推測這些殘翅果蠅的基因型有　　　(考慮三對性狀)種,其后代仍表現(xiàn)為長翅的原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________。?這些果蠅的殘翅性狀能否遺傳?　　　　　　　　　。?
環(huán)境變化引起的性狀改變,基因型未變(或基因通過控制酶的合成來控制代謝過程,進(jìn)而控制果蠅翅形,溫度過高影響相關(guān)酶的活性從而影響翅的形成,但并不影響其基因型)
【解析】(2)基因通過控制酶的合成來控制代謝過程,進(jìn)而控制果蠅翅形,溫度過高影響相關(guān)酶的活性從而影響翅的形成,但并不影響其基因型,屬于不可遺傳變異,因此長翅紅眼灰體VVDdHh雌雄果蠅交配產(chǎn)生的基因型有1×3×3=9種。
4.(必修2 P75思維訓(xùn)練改編)已知果蠅的長翅與殘翅是一對相對性狀,且長翅(V)對殘翅(v)為顯性,但遺傳學(xué)家在不同溫度下培養(yǎng)長翅果蠅幼蟲,得到不同的結(jié)果,如下表。請結(jié)合所學(xué)知識回答問題:(3)人們將果蠅B的殘翅性狀稱為表型模擬,若現(xiàn)有一殘翅果蠅,如何判斷它是否是表型模擬?請設(shè)計鑒定方案。①方法步驟:__________________________________________。答案: (3)①讓這只殘翅果蠅與在正常溫度條件下(25 ℃)發(fā)育成的異性殘翅果蠅(基因型為vv)交配;讓其后代在25 ℃條件下發(fā)育②結(jié)果分析:A. ____________________________________________。?B. ____________________________________________。?
若后代均為殘翅果蠅,則該果蠅基因型為vv
若后代有長翅果蠅出現(xiàn),則說明該果蠅屬于表型模擬
【解析】(3)這只殘翅果蠅的基因型有兩種可能:表型模擬的V_和隱性純合的vv。用該未知基因型的殘翅果蠅與正常溫度條件下(25 ℃)發(fā)育成的異性殘翅果蠅vv正常交配,并將孵化出的幼蟲放在25 ℃條件下培養(yǎng),如果后代出現(xiàn)長翅果蠅,則該殘翅果蠅的基因型為V_,屬于表型模擬;如果后代全為殘翅果蠅,則該殘翅果蠅的基因型為vv。
【加固訓(xùn)練】1.下圖為人體內(nèi)苯丙氨酸代謝的途徑示意圖(基因①和基因②位于非同源染色體上)。下列相關(guān)敘述正確的是(　　)A.苯丙酮尿癥的發(fā)病原因說明基因可以控制蛋白質(zhì)的合成,從而直接控制性狀B.苯丙酮尿癥患者的細(xì)胞中tRNA與氨基酸的對應(yīng)關(guān)系與健康人相同C.基因①和基因②都參與控制黑色素形成,它們不遵循基因自由組合定律D.老人頭發(fā)變白是基因②不進(jìn)行選擇性表達(dá)的結(jié)果
【解析】選B?；颌偻ㄟ^控制酶①的合成來控制代謝,其異常會引起苯丙酮尿癥,說明基因可控制酶的合成,從而控制新陳代謝,進(jìn)而間接控制生物性狀,A錯誤;苯丙酮尿癥患者細(xì)胞基因發(fā)生變化,tRNA與氨基酸的對應(yīng)關(guān)系沒有變化,B正確;基因①和基因②都參與控制黑色素形成,但它們位于非同源染色體上,所以兩者遵循基因自由組合定律,C錯誤;老人頭發(fā)變白的原因是酶②活性降低,黑色素合成減少,D錯誤。
2.果蠅細(xì)胞中含有調(diào)控“生物鐘”的per基因,表達(dá)產(chǎn)物為PER蛋白,PER蛋白在白天會被降解,而到晚上PER蛋白與TIM蛋白綁定后被運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞核中積累,從而抑制per基因的表達(dá)。通過這樣的機(jī)制,PER蛋白持續(xù)而周期性地調(diào)控著果蠅的“生物鐘”。據(jù)圖分析,下列有關(guān)描述正確的是(　　)A.圖中mRNA從右向左在核糖體中移動B.per基因能持續(xù)地進(jìn)行復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯以補(bǔ)充被降解的PER蛋白C.果蠅“生物鐘”的調(diào)節(jié)過程體現(xiàn)了per基因與基因產(chǎn)物之間的相互作用D.PER-TIM蛋白復(fù)合物對per基因表達(dá)的調(diào)控屬于翻譯水平的調(diào)控
【解析】選C。翻譯過程是核糖體沿mRNA移動,A錯誤;per基因通過轉(zhuǎn)錄、翻譯以補(bǔ)充被降解的PER蛋白,不涉及per基因的復(fù)制,B錯誤;該過程體現(xiàn)了per基因與基因產(chǎn)物之間的相互作用,C正確;從圖中看出,PER-TIM蛋白復(fù)合物對per基因表達(dá)的調(diào)控屬于轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控,D錯誤。
【解析】選A。DNA甲基化水平降低沒有使Dnmt3基因的堿基序列發(fā)生改變,因此其遺傳信息沒有發(fā)生改變,但會影響基因的表達(dá),A錯誤;抑制Dnmt3基因表達(dá)(使基因不能表達(dá)或表達(dá)減少),也屬于基因的選擇性表達(dá),是細(xì)胞分化過程,B正確;Dnmt3基因大量表達(dá)可使DNA甲基化增多,抑制蜂王的形成,受精卵很可能發(fā)育成工蜂,C正確;蜂王漿是食物,通過抑制Dnmt3基因表達(dá),DNA甲基化減少,使受精卵發(fā)育成蜂王,即食物可通過影響基因的表達(dá)而引起表型的改變,D正確。
4.DNA甲基化是指在DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶(如DNMT3蛋白)的作用下,在DNA某些區(qū)域結(jié)合一個甲基基團(tuán)(如圖所示)。大量研究表明,DNA甲基化能引起DNA與蛋白質(zhì)相互作用方式的改變,從而影響基因表達(dá)。這種DNA甲基化修飾可以遺傳給后代。下列說法錯誤的是(　　)A.DNA片段甲基化不影響堿基的排列順序,但可能影響生物的性狀B.同卵雙胞胎性狀的微小差異,可能與他們體內(nèi)某些DNA的甲基化程度不同有關(guān)C.DNA甲基化不會影響DNA的半保留復(fù)制D.DNA片段甲基化導(dǎo)致相關(guān)的基因發(fā)生突變
【解析】選D。DNA片段甲基化后堿基對的排列順序沒有發(fā)生變化,但是會引起DNA與蛋白質(zhì)相互作用方式的改變,從而影響基因表達(dá),影響性狀表現(xiàn),A正確。據(jù)題意可知,DNA甲基化會影響基因表達(dá),引起性狀的改變。同卵雙胞胎的遺傳物質(zhì)相同,他們體內(nèi)某些DNA的甲基化程度的不同可能導(dǎo)致了性狀的微小差異,B正確。DNA甲基化修飾可以遺傳給后代,說明DNA甲基化不會影響DNA的半保留復(fù)制,C正確。甲基化是指在DNA某些區(qū)域的堿基上結(jié)合一個甲基基團(tuán),故不會發(fā)生堿基的缺失、增添或替換,DNA片段甲基化不會使基因發(fā)生突變,D錯誤。
【感悟高考】1.(2023·浙江6月選考)疊氮脫氧胸苷(AZT)可與逆轉(zhuǎn)錄酶結(jié)合并抑制其功能。下列過程可直接被AZT阻斷的是(　　)A.復(fù)制B.轉(zhuǎn)錄C.翻譯D.逆轉(zhuǎn)錄【解析】選D。本題考查逆轉(zhuǎn)錄酶的作用。題中顯示,疊氮脫氧胸苷(AZT)可與逆轉(zhuǎn)錄酶結(jié)合并抑制其功能,而逆轉(zhuǎn)錄過程需要逆轉(zhuǎn)錄酶的催化,因而疊氮脫氧胸苷(AZT)可直接阻斷逆轉(zhuǎn)錄過程,而復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯過程均不需要逆轉(zhuǎn)錄酶,D正確。
2.(2021·河北選擇考)關(guān)于基因表達(dá)的敘述,正確的是(　　)A.所有生物基因表達(dá)過程中用到的RNA和蛋白質(zhì)均由DNA編碼B.DNA雙鏈解開,RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄、移動到終止密碼子時停止轉(zhuǎn)錄C.翻譯過程中,核酸之間的相互識別保證了遺傳信息傳遞的準(zhǔn)確性D.多肽鏈的合成過程中,tRNA讀取mRNA上全部堿基序列信息
【解析】選C。本題主要考查遺傳信息的傳遞,即基因表達(dá)過程。某些RNA病毒的遺傳物質(zhì)是RNA,且具有翻譯功能,A錯誤;終止密碼子位于mRNA上,DNA上使轉(zhuǎn)錄終止的序列是終止子,B錯誤;翻譯過程mRNA和tRNA兩種核酸之間的相互識別保證了遺傳信息傳遞的準(zhǔn)確性,C正確;多肽鏈的合成過程中,是由核糖體來讀取mRNA的密碼子,而不是tRNA,D錯誤。
3.(2022·河北選擇考)關(guān)于中心法則相關(guān)酶的敘述,錯誤的是(　　)A.RNA聚合酶和逆轉(zhuǎn)錄酶催化反應(yīng)時均遵循堿基互補(bǔ)配對原則且形成氫鍵B.DNA聚合酶、RNA聚合酶和逆轉(zhuǎn)錄酶均由核酸編碼并在核糖體上合成C.在解旋酶協(xié)助下,RNA聚合酶以單鏈DNA為模板轉(zhuǎn)錄合成多種RNAD.DNA聚合酶和RNA聚合酶均可在體外發(fā)揮催化作用
【解析】選C。RNA聚合酶和逆轉(zhuǎn)錄酶催化反應(yīng)時均遵循堿基互補(bǔ)配對原則,在轉(zhuǎn)錄和逆轉(zhuǎn)錄的過程中會與模板鏈形成氫鍵,A正確;DNA聚合酶、RNA聚合酶和逆轉(zhuǎn)錄酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)由核酸編碼并在核糖體上合成,B正確;轉(zhuǎn)錄時,RNA聚合酶催化DNA雙鏈解開,并以單鏈DNA為模板轉(zhuǎn)錄合成多種RNA,C錯誤;DNA聚合酶和RNA聚合酶在生物體內(nèi)和體外均能發(fā)揮催化作用,D正確。
【預(yù)測高考】鎖定新情境:運(yùn)動和咖啡因也會改變你的DNA　　一般人可能會認(rèn)為,不管做什么事情,自己的遺傳物質(zhì)DNA是不會改變的,但有科學(xué)研究發(fā)現(xiàn),在身體處于健康狀態(tài)時,平時不怎么運(yùn)動的人在鍛煉幾分鐘后,他們體內(nèi)的DNA分子會瞬間出現(xiàn)變化。更令人驚奇的是,我們早晨喝的咖啡中的咖啡因也可能會以相同的方式影響肌肉細(xì)胞中的DNA。這里所說的DNA變化事實(shí)上就是表觀遺傳修飾,它主要涉及DNA分子中CpG島上的C所發(fā)生的甲基化修飾,進(jìn)而影響到修飾位點(diǎn)附近的基因表達(dá)。涉及的基因主要是編碼參與調(diào)節(jié)機(jī)體能量代謝有關(guān)的酶或蛋白質(zhì),如PGC-1α、PDK4,既然甲基化修飾一般抑制基因的表達(dá),這就意味著肌肉中DNA的這些變化參與了肌肉適應(yīng)運(yùn)動所需要基因的“開啟”過程。
基于核心素養(yǎng)的新考向:1.(批判性思維)本文提到的運(yùn)動不會改變DNA分子的　　　　　　　　　　　　　　　　　,而是對DNA分子特定位置堿基進(jìn)行化學(xué)修飾,這種改變　　　(填“能”或“不能”)遺傳給后代。?2.(分析與綜合)下列哪些現(xiàn)象能夠作為證據(jù)支持文中畫線句子的結(jié)論　　　　　(多選)。?A.刺激小鼠的骨骼肌,檢測到PGC-1α基因甲基化減少B.刺激小鼠的骨骼肌,檢測到PGC-1α基因甲基化增多C.刺激小鼠的骨骼肌,檢測到PDK4的mRNA水平上升D.刺激小鼠的骨骼肌,檢測到 PGC-1α、PDK4的基因數(shù)量增加E.將咖啡因滴到分離出的肌肉組織上,也有與運(yùn)動類似的現(xiàn)象
堿基排列順序(遺傳信息)
【解析】1.運(yùn)動后骨骼肌細(xì)胞中的DNA甲基化修飾程度改變,但不改變DNA分子的堿基序列。修飾后的DNA分子會隨著細(xì)胞分裂遺傳給后代。2.經(jīng)過運(yùn)動后骨骼肌細(xì)胞中的DNA甲基化修飾程度會發(fā)生改變,涉及的基因主要是編碼參與調(diào)節(jié)機(jī)體能量代謝有關(guān)的酶或蛋白質(zhì),如PGC-1α、PDK4,甲基化修飾一般抑制基因的表達(dá),刺激小鼠的骨骼肌,檢測到PGC-1α基因甲基化減少,從而促進(jìn)PGC-1α基因表達(dá),A符合題意,B不符合題意;PDK4基因表達(dá)增強(qiáng),轉(zhuǎn)錄出的mRNA水平上升,C符合題意;表觀遺傳修飾不改變基因序列,也不改變基因數(shù)量,D不符合題意;咖啡因可能會和運(yùn)動以相同的方式影響肌肉細(xì)胞中的DNA,E符合題意。

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