資源簡介

第4章 基因的表達
解讀章首圖文
培養學習志向·勇擔社會責任
章引言第一段承接第3章，首先說明DNA結構和基因本質的揭示極大地促進了生物學的研究，并提出“基因又是如何起作用的呢？”的問題，以此激發我們繼續探究的興趣，而這個問題既是本章的中心問題，也是理解基因的本質后會產生的疑問。接下來，章引言以轉入蘇云金桿菌抗蟲蛋白基因的轉基因棉創設情境，并說明轉入的是基因，得到的卻是蛋白質，簡單回答了基因如何起作用的問題。然后，章引言給出了基因的表達的概念，呼應了本章標題。最后，章引言繼續設問，3個問題分別指向本章的重要概念和學科核心素養。例如，“基因的表達過程是怎樣的？”指向本章的重要概念；“為什么一種生物的基因能在另一種生物中表達呢？”“各種生物的基因表達過程有什么共同點呢？”則指向了生物進化觀。由此可見，章引言圍繞著重要概念和學科核心素養創設情境、設計問題，而層層遞進的問題設計引導我們思考，進一步激發我們學習新知識的欲望。
與章引言凸顯基因的表達相呼應的，是一幅呈現基因表達全過程(包括轉錄和翻譯過程)的章題圖。這幅圖展示了分別發生在細胞核和細胞質中的轉錄和翻譯過程，以及正在通過核孔的mRNA、正在運輸氨基酸的tRNA。不僅顯示了基因表達的動態過程，還滲透了結構與功能相適應的生命觀念。構圖設計與深邃的星空相似，增加了分子水平上基因表達的神秘感，有利于激發同學們學習的興趣和展開豐富的想象。
章首頁的小詩言簡意賅地闡明了基因表達的意義和特點，提示我們思考生命為什么如此和諧與統一，為形成生命是物質、能量和信息的統一體的生命觀念作鋪墊。通過閱讀章首頁，同學們可以初步建立遺傳信息的傳遞和表達是一個動態過程的基本認識。
理清本章架構
初識概念體系·具備系統思維
第1節　基因指導蛋白質的合成
學有目標——課標要求必明 記在平時——核心語句必背
1.比較DNA與RNA的區別，說明RNA適于作DNA信使的原因。2.概述遺傳信息的轉錄和翻譯的過程及特點。3.計算DNA堿基數目、RNA堿基數目與氨基酸數目之間的對應關系。4.闡明中心法則的具體內容。5.基于地球上幾乎所有的生物共用一套遺傳密碼的事實，認同當今生物可能有著共同的起源。 1.RNA有三種：信使RNA(mRNA)、轉運RNA(tRNA)和核糖體RNA(rRNA)。2.轉錄的主要場所是細胞核，條件是模板(DNA的一條鏈)、原料(4種核糖核苷酸)、酶(RNA聚合酶)和能量。3.翻譯的場所是核糖體，條件是模板(mRNA)、“搬運工”(tRNA)、原料(21種氨基酸)、酶和能量。4.中心法則圖解：
【主干知識梳理】
一、RNA的結構與種類
1．RNA的結構
2．RNA與DNA的比較
比較項目 DNA RNA
組成單位基本組成 單位不同 脫氧核苷酸 核糖核苷酸
五碳糖不同 脫氧核糖 核糖
堿基不同 特有的是胸腺嘧啶(T) 特有的是尿嘧啶(U)
結構不同 規則的雙螺旋結構 一般為單鏈
3．RNA的種類及其作用
(1)
(2)
(3)
二、遺傳信息的轉錄
1．概念圖解
2．過程
三、遺傳信息的翻譯
1．密碼子
(1)概念：mRNA上決定1個氨基酸的個相鄰的堿基。
(2)
2．tRNA：RNA鏈經過折疊，看上去像三葉草的葉形，其一端是攜帶氨基酸的部位，另一端有3個相鄰的堿基可以與mRNA上的密碼子互補配對，叫作反密碼子。
3．翻譯
(1)概念圖解：
(2)過程：
四、中心法則
1．提出者：克里克。
2．圖解：
3．中心法則的發展
補充后的中心法則圖解
4．生命是物質、能量和信息的統一體
在遺傳信息的流動過程中，DNA、RNA是信息的載體，蛋白質是信息的表達產物，而ATP為信息的流動提供能量。
【教材微點發掘】
1.如圖為tRNA的結構示意圖(教材第67頁圖46變式)，據圖回答有關問題：
(1)圖中的tRNA攜帶的氨基酸是甲硫氨酸，判斷依據是圖中tRNA的反密碼子是UAC，其對應的密碼子是AUG，根據密碼子表可以確定AUG是甲硫氨酸的密碼子。
(2)在tRNA中是否只有反密碼子這3個堿基？是否存在氫鍵？
提示：tRNA是RNA鏈經折疊形成的，除一端的反密碼子外，還有其他堿基。在折疊區域堿基配對，存在氫鍵。
(3)每種tRNA只能識別并轉運種氨基酸，每種氨基酸可能由一種或幾種tRNA轉運。
(4)為什么說tRNA是真正起“翻譯”作用的結構？
提示：運輸氨基酸的工具是tRNA，它一端有反密碼子，能和mRNA上的密碼子相識別，一端能攜帶氨基酸，因此tRNA是真正起“翻譯”作用的結構。
2．下圖表示一個mRNA分子上結合多個核糖體，同時合成多條多肽鏈的現象(教材第69頁旁欄圖)。請回答有關問題：
(1)圖中每個核糖體是共同合成一條多肽鏈，還是分別合成一條完整的多肽鏈？
提示：每個核糖體分別合成一條完整的多肽鏈。
(2)圖中合成的4條多肽鏈是否相同？判斷依據是什么？
提示：相同，因為它們結合的模板mRNA相同。
(3)圖中翻譯的方向是從左向右，判斷的依據是多肽鏈的長短，長的翻譯在前。
(4)圖中所示的翻譯特點，其意義是少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白質。
教材問題提示
思考·討論1(教材第66頁)
1．可以從所需條件、過程中的具體步驟所表現出的規律等角度進行分析。例如，轉錄與復制都需要模板，都遵循堿基互補配對原則，等等。其中，堿基互補配對原則能夠保證遺傳信息傳遞的準確性。
2．DNA復制所需要的原料是4種游離的脫氧核苷酸，所需要的酶是解旋酶和DNA聚合酶等；轉錄所需要的原料是4種游離的核糖核苷酸，所需要的酶是RNA聚合酶。
3．轉錄時，游離的核糖核苷酸與DNA模板鏈上的堿基互補配對。因此，轉錄成的RNA的堿基與DNA模板鏈的堿基是互補配對的關系。該RNA的堿基序列與DNA另一條鏈(非模板鏈)的堿基序列的區別是RNA鏈上的堿基U，對應在非模板鏈上的堿基是T。
思考·討論2(教材第67頁)
1．這是一道開放性問題，可以從增強密碼子容錯性的角度來解釋，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；也可以從密碼子的使用頻率來考慮，當某種氨基酸使用頻率高時，幾種不同的密碼子都編碼同一種氨基酸可以保證翻譯的速度。
2．這是一道開放性問題，根據這一事實能想到地球上幾乎所有的生物都共用一套遺傳密碼，說明當今生物可能有著共同的起源，或生命在本質上是統一的，等等。
新知探究(一)　遺傳信息的轉錄
【拓展·深化】
1．轉錄的場所、條件和產物
場所 真核生物主要發生在細胞核，線粒體和葉綠體也可以發生
條件 ①模板：以DNA的一條單鏈為模板鏈(另一條單鏈為非模板鏈)②原料：四種核糖核苷酸③能量：ATP④酶：RNA聚合酶
堿基配對情況 T與A配對(形成兩個氫鍵)，G與C配對(形成三個氫鍵)，A與U配對(形成兩個氫鍵)，C與G配對(形成三個氫鍵)。如圖：
產物 RNA(mRNA、tRNA、rRNA)
2．轉錄有關問題分析
(1)轉錄不是轉錄整個DNA，而是轉錄其中的基因。不同種類的細胞，由于基因的選擇性表達，mRNA的種類和數量不同，但tRNA和rRNA的種類沒有差異。
(2)細胞核中轉錄形成的RNA通過核孔進入細胞質，穿過0層膜，需要能量。
(3)完成正常使命的mRNA易迅速降解，保證生命活動的有序進行。
(4)質基因(線粒體和葉綠體中的基因)控制蛋白質合成過程時也進行轉錄。
(5)mRNA與DNA模板鏈堿基互補，但與非模板鏈堿基序列基本相同，只是用U代替T。
(6)轉錄時，邊解旋邊轉錄，單鏈轉錄。
3．三類核糖核酸的比較
種類 mRNA tRNA rRNA
結構 單鏈 單鏈，呈三葉草形 單鏈
特點 攜帶從DNA上轉錄來的遺傳信息 一端攜帶特定的氨基酸，另一端特定的三個相鄰堿基可與mRNA上的密碼子互補配對，叫反密碼子 核糖體的組成成分
功能 作為翻譯的模板 識別密碼子，轉運特定的氨基酸 參與構成
圖示
共同點 都是經過轉錄產生的，基本單位都相同，都與翻譯的過程有關
[思考·探究]
(1)RNA為什么適合做DNA的信使？
提示：①RNA一般為單鏈，比DNA短，可以通過核孔從細胞核進入細胞質。②RNA是另一種核酸，也是由四種核苷酸組成的，也可以儲存大量的遺傳信息。③RNA與DNA之間也遵循堿基互補配對原則。
(2)轉錄成的RNA的堿基序列，與作為模板的DNA單鏈的堿基序列有何關系？與DNA的另一條鏈的堿基序列相比有哪些異同？
提示：①轉錄成的RNA的堿基序列，與作為模板的DNA單鏈的堿基序列互補配對。②相同點：a.堿基數目相等；b.都含A、G、C 3種堿基。不同點：RNA中含有U，DNA中含有T。
【典題·例析】
[例1]　下列關于洋蔥根尖細胞遺傳信息轉錄過程的敘述，正確的是(　　)
A．一個DNA可轉錄出多個不同類型的RNA
B．以完全解開螺旋的一條脫氧核苷酸鏈為模板
C．轉錄終止時成熟的RNA從模板鏈上脫離下來
D．可發生在該細胞的細胞核、線粒體和葉綠體中
[解析]　基因是有遺傳效應的DNA片段，一個DNA分子上有多個基因，不同基因轉錄形成的RNA不同，因此一個DNA分子經過轉錄可以形成多個不同類型的RNA分子，A正確；一個DNA分子上有多個基因，轉錄時不會完全解開螺旋，且轉錄過程中邊解旋邊轉錄，B錯誤；真核生物細胞核內轉錄出的RNA，需要在核中加工后形成成熟的RNA，C錯誤；洋蔥根尖細胞無葉綠體，D錯誤。
[答案]　A
[例2]　下圖表示細胞核中所完成的mRNA的形成過程示意圖，有關敘述正確的是(　　)
A．圖中RNA聚合酶的移動方向是從左向右
B．圖中RNA與a鏈堿基互補
C．圖示RNADNA雜交區域中DNA上的A與RNA上的T配對
D．DNA雙螺旋解開需要解旋酶的參與，同時消耗能量
[解析]　依圖示可知，RNA聚合酶的移動方向是從左向右，A正確；RNA與a鏈上堿基除U與T不同外，其他堿基相同，不能互補，B錯誤；圖示RNADNA雜交區域中DNA上的A與RNA上的U配對，C錯誤；RNA聚合酶本身具有解旋功能，轉錄不需要解旋酶的參與，D錯誤。
[答案]　A
易錯提醒—————————————————————————————————
與轉錄有關的兩個注意點
(1)轉錄時，需要解旋，但不需要解旋酶參與。因為RNA聚合酶本身就兼有解旋的作用。
(2)轉錄時，RNA子鏈的延伸方向為5′端→3′端，與RNA聚合酶的移動方向一致。
—————————————————————————————————————
【應用·體驗】
1．如圖表示在人體細胞核中進行的某一生命過程，據圖分析，下列說法錯誤的是(　　)
A．該過程可發生在線粒體內
B．該過程與DNA復制時堿基互補配對方式完全相同
C．該過程涉及ATP的消耗
D．游離的核糖核苷酸隨機地與DNA鏈上的堿基相撞
解析：選B　題圖所示為人體細胞中發生的轉錄過程。該過程主要發生在細胞核中，還可以發生在線粒體中，A正確；該過程的堿基互補配對方式有A—U，而DNA復制過程沒有，B錯誤；轉錄過程需要消耗ATP，C正確；在轉錄過程中，游離的核糖核苷酸隨機地與DNA鏈上的堿基相撞，D正確。
2．下列關于真核細胞中轉錄的敘述，錯誤的是(　　)
A．tRNA、rRNA和mRNA都從DNA轉錄而來
B．同一細胞中兩種RNA的合成有可能同時發生
C．細胞中的RNA合成過程不會在細胞核外發生
D．轉錄出的RNA鏈與模板鏈的相應區域堿基互補
解析：選C　轉錄是以DNA的一條鏈為模板合成RNA的過程，產物包括tRNA、rRNA和mRNA，A正確；三種RNA對應的基因不同，同一細胞中兩種RNA的合成有可能同時發生，B正確；真核細胞的線粒體、葉綠體中含有DNA，也可以通過轉錄合成RNA，C錯誤；轉錄過程遵循堿基互補配對原則，轉錄出的RNA鏈與模板鏈的相應區域堿基互補，D正確。
新知探究(二)　遺傳信息的翻譯
【探究·深化】
[問題驅動]　
如圖是翻譯過程的示意圖，請據圖回答下列問題：
(1)圖甲中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分別是哪種分子或結構？
提示：Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分別是tRNA、核糖體、多肽鏈。
(2)Ⅲ是mRNA，其中的起始密碼子和終止密碼子分別是什么？它們都能決定氨基酸嗎？
提示：起始密碼子：AUG，編碼甲硫氨酸；終止密碼子：UAA，不編碼氨基酸。
(3)圖乙中①⑥分別是什么分子或結構？核糖體移動的方向是怎樣的？
提示：①⑥分別是mRNA、核糖體；核糖體移動的方向是由右向左。
(4)最終合成的多肽鏈②③④⑤的氨基酸序列相同嗎？為什么？
提示：相同；因為它們的模板是同一條mRNA。
[重難點撥]　
(一)轉錄與翻譯的比較
(二)遺傳信息、密碼子、反密碼子的比較
項目 遺傳信息 密碼子 反密碼子
概念 DNA分子中脫氧核苷酸的排列順序 mRNA上決定1個氨基酸的3個相鄰堿基 tRNA上與密碼子互補的3個堿基
作用 控制生物的性狀 直接決定蛋白質中的氨基酸序列 識別密碼子，轉運氨基酸
種類 多樣性 64種 61種
圖解
(三)轉錄、翻譯過程中的四個易錯點
(1)轉錄的產物不只是mRNA，還有tRNA、rRNA，但只有mRNA攜帶遺傳信息，3種RNA都參與翻譯過程，只是作用不同。
(2)翻譯過程中mRNA并不移動，而是核糖體沿著mRNA移動，進而讀取下一個密碼子。
(3)轉錄和翻譯過程中的堿基配對不是A—T，而是A—U。
(4)并不是所有的密碼子都決定氨基酸，其中終止密碼子不決定氨基酸。
(四)原核生物與真核生物基因轉錄和翻譯的辨別
(1)真核細胞的轉錄主要發生在細胞核中，翻譯發生在細胞質中，在空間和時間上被分隔開進行，即先轉錄后翻譯。
(2)原核細胞的轉錄和翻譯沒有分隔，可以同時進行，即邊轉錄邊翻譯。過程如圖所示：
圖中①是DNA模板鏈，②③④⑤表示正在合成的4條mRNA，每條mRNA上有多個核糖體同時進行翻譯，翻譯的方向是從下到上。
【典題·例析】
[例1]　下圖表示某細胞內發生的一系列生理變化，X 表示某種酶。據圖分析，下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．X為RNA聚合酶，該酶主要在細胞核中發揮作用
B．該圖中最多含5 種堿基、8種核苷酸
C．過程Ⅰ僅在細胞核內進行，過程Ⅱ僅在細胞質內進行，圖中X 和核糖體的移動方向相同
D．b部位發生的堿基配對方式可有T—A、A—U、C—G、G—C
[解析]　圖中過程Ⅰ表示轉錄，其中a為DNA分子，b為DNA模板鏈，X為RNA聚合酶。轉錄主要在細胞核內進行，因此RNA聚合酶主要存在于細胞核，A正確。該圖中含有DNA分子和RNA分子，因此最多含5種堿基(A、C、G、T、U)和8種核苷酸，B正確。過程Ⅰ為轉錄，主要在真核生物的細胞核內進行；過程Ⅱ為翻譯，在細胞質中的核糖體上進行，圖示中X 和核糖體的移動方向相同，C錯誤。b部位表示以DNA的一條鏈為模板形成mRNA的過程，發生的堿基配對方式可有T—A、A—U、C—G、G—C，D正確。
[答案]　C
[例2]　已知AUG、GUG為起始密碼子，UAA、UGA、UAG為終止密碼子。某原核生物的一個信使RNA堿基排列順序如下：A—U—U—C—G—A—U—G—A—C……(40個堿基)……C—U—C—U—A—G—A—U—C—U，此信使RNA控制合成的一條多肽鏈失去的水分子的個數為(　　)
A．20個　　　　　　　 B．15個
C．16個 D．18個
[解析]　該信使RNA堿基序列為A—U—U—C—G—A—U—G—A—C……(40個堿基)……—C—U—C—U—A—G—A—U—C—U，已知AUG、GUG為起始密碼子，UAA、UGA、UAG為終止密碼子，則該序列的第6、7、8三個堿基構成起始密碼子(AUG)，倒數第5、6、7三個堿基構成終止密碼子(UAG)，即編碼氨基酸的堿基個數為5＋40＋3＝48，則此信使RNA控制合成的蛋白質含氨基酸的個數為48÷3＝16。該肽鏈在脫水縮合過程中產生的水分子數＝氨基酸數－肽鏈數＝16－1＝15。故選B。
[答案]　B
方法規律—————————————————————————————————
基因表達過程中的相關數量計算
由上圖可知，在不考慮終止密碼子等條件下，基因中堿基數目∶mRNA堿基數目∶蛋白質中氨基酸數目＝6∶3∶1。
由于在一段多肽鏈對應的mRNA中含有不編碼氨基酸的序列(如終止密碼子)，在其對應的DNA中，還含有一些不能轉錄為mRNA 的DNA片段。因此，如果蛋白質中的氨基酸數為n，則對應的mRNA分子中的堿基數最少為3n，DNA(基因)中的堿基數最少為6n。
—————————————————————————————————————
【應用·體驗】
1．(2023·全國乙卷)已知某種氨基酸(簡稱甲)是一種特殊氨基酸，迄今只在某些古菌(古細菌)中發現含有該氨基酸的蛋白質。研究發現這種情況出現的原因是，這些古菌含有特異的能夠轉運甲的tRNA(表示為tRNA甲)和酶E。酶E催化甲與tRNA甲結合生成攜帶了甲的tRNA甲(表示為甲tRNA甲)，進而將甲帶入核糖體參與肽鏈合成。已知tRNA甲可以識別大腸桿菌mRNA中特定的密碼子，從而在其核糖體上參與肽鏈的合成。若要在大腸桿菌中合成含有甲的肽鏈，則下列物質或細胞器中必須轉入大腸桿菌細胞內的是(　　)
①ATP　②甲　③RNA聚合酶　④古菌的核糖體　⑤酶E的基因　⑥tRNA甲的基因
A．②⑤⑥ B．①②⑤ C．③④⑥ D．②④⑤
解析：選A　據題意可知，若要在大腸桿菌中合成含有甲的肽鏈，需要加入特殊的氨基酸——甲作為合成肽鏈的原料；需要加入tRNA甲的基因，該基因經轉錄后可產生轉運甲的tRNA；還需要加入酶E的基因，酶E的基因經表達后可產生酶E，酶E可催化甲與tRNA甲結合生成甲-tRNA甲，進而將甲帶入核糖體參與肽鏈合成；合成肽鏈過程中所需的能量(ATP)、RNA聚合酶、核糖體均由大腸桿菌提供，故必須加入②⑤⑥，A符合題意。
2．如圖表示某DNA片段遺傳信息的傳遞過程，①～⑤表示物質或結構，a、b、c表示生理過程。請據圖回答下列問題(可能用到的密碼子：AUG甲硫氨酸、GCU丙氨酸、AAG賴氨酸、UUC苯丙氨酸、UCU絲氨酸、UAC酪氨酸)：
(1)完成遺傳信息表達的是________(填字母)過程，a過程所需的酶有_________________
_______________________。
(2)圖中含有核糖的是________(填數字)。由②指導合成的多肽鏈中氨基酸序列是____________________________________________________________。
(3)若在AUG后插入三個核苷酸，合成的多肽鏈中除在甲硫氨酸后多一個氨基酸外，其余氨基酸序列沒有變化。由此證明_________________________________________________。
解析：分析圖示過程可知，a為DNA復制，b為轉錄，c為翻譯。(1)完成遺傳信息表達的是轉錄和翻譯過程，即圖中b和c，DNA復制需要在解旋酶的作用下解開雙鏈，然后在DNA聚合酶的作用下合成DNA子鏈。(2)RNA中含有核糖，圖中含有核糖的結構包括mRNA、tRNA、rRNA。根據②mRNA上的堿基順序組成的密碼子，指導合成的多肽鏈中氨基酸序列是甲硫氨酸丙氨酸絲氨酸苯丙氨酸。(3)三個核苷酸對應一個氨基酸，由此證明一個密碼子由三個相鄰的堿基組成。
答案：(1)b、c　解旋酶和DNA聚合酶
(2)②③⑤　甲硫氨酸丙氨酸絲氨酸苯丙氨酸
(3)一個密碼子由三個相鄰的堿基組成
新知探究(三)　中心法則及其發展
【探究·深化】
[問題驅動]　
由中心法則可知，遺傳信息可以從DNA流向DNA，也可以從DNA流向RNA，進而流向蛋白質。據此思考下列問題：
(1)據中心法則推測DNA、RNA產生的途徑有哪些？
提示：DNA產生途徑有DNA的復制及逆轉錄，RNA的產生途徑有RNA的復制及轉錄。
(2)線粒體和葉綠體中的DNA是否遵循中心法則？
提示：遵循，在線粒體和葉綠體中也有DNA的復制及基因的表達過程。
(3)正常的人體細胞中可以發生哪些遺傳信息的流動途徑？
提示：DNA的復制、轉錄、翻譯過程。
(4)下圖為一組模擬實驗，假設實驗能正常進行且5支試管中都有產物生成，請分析此圖解中A～E試管所模擬的過程分別是什么？
提示：A—DNA復制，B—轉錄，C—RNA復制，D—逆轉錄，E—翻譯。
[重難點撥]　
1．中心法則體現了DNA的兩大基本功能
(1)傳遞遺傳信息：通過DNA復制完成的，發生在親代產生子代的生殖過程或細胞增殖過程中。
(2)表達遺傳信息：通過轉錄和翻譯完成的，發生在個體發育過程中。
2．不同生物的遺傳信息傳遞過程
(1)以DNA為遺傳物質的生物
主要包括細胞生物(原核生物、真菌、動植物和人類)以及大多數病毒，它們能發生的過程如下：
(2)以RNA為遺傳物質的生物
①不含逆轉錄酶的RNA病毒，如煙草花葉病毒，它們能發生的過程如下：
②含逆轉錄酶的RNA病毒，如艾滋病病毒，它們能發生的過程如下：
【典題·例析】
[例1]　如圖為中心法則圖解，下列有關敘述正確的是(　　)
A．過程③發生在含有逆轉錄酶的病毒體中
B．正常植物細胞中能夠體現①～⑤過程
C．①～⑤過程中都能發生堿基互補配對
D．③過程中堿基互補配對時，遵循A—U、U—A、C—G、G—C的原則
[解析]　由圖可知，①是DNA復制、②是轉錄、③是逆轉錄、④是RNA復制、⑤是翻譯。逆轉錄過程發生在寄主細胞中；正常植物細胞中能夠體現DNA復制、轉錄、翻譯過程，沒有逆轉錄、RNA復制過程；DNA復制、轉錄、逆轉錄、RNA復制、翻譯都能發生堿基互補配對；逆轉錄過程中堿基互補配對時，遵循A—T、U—A、C—G、G—C的原則。故選C。
[答案]　C
[例2]　如圖為有關遺傳信息傳遞和表達的模擬實驗。下列相關敘述合理的是(　　)
A．若X是mRNA，Y是多肽，則管內必須加入氨基酸
B．若X是DNA，Y含有U，則管內必須加入逆轉錄酶
C．若X是tRNA，Y是多肽，則管內必須加入脫氧核苷酸
D．若X是HIV的RNA，Y是DNA，則管內必須加入DNA酶
[解析]　若X是mRNA，Y 是多肽，則管內發生的是翻譯過程，因此管內必須加入氨基酸，A符合題意；若X是DNA，Y含有U，則Y為RNA，管內發生的是轉錄過程，因此不需要加入逆轉錄酶，而需要加入RNA聚合酶等，B不符合題意；若X是tRNA，Y是多肽，則管內發生的是翻譯過程，因此不需要加入脫氧核苷酸，C不符合題意；若X是HIV的RNA，Y是DNA，則管內發生的是逆轉錄過程，因此需要加入逆轉錄酶，D不符合題意。
[答案]　A
方法規律—————————————————————————————————
“三看法”判斷中心法則各過程
—————————————————————————————————————
【應用·體驗】
1．(2022·浙江6月選考) “中心法則”反映了遺傳信息的傳遞方向，其中某過程的示意圖如下。下列敘述正確的是(　　)
A．催化該過程的酶為RNA聚合酶
B．a鏈上任意3個堿基組成一個密碼子
C．b鏈的脫氧核苷酸之間通過磷酸二酯鍵相連
D．該過程中遺傳信息從DNA向RNA傳遞
解析：選C　圖示為逆轉錄過程，催化該過程的酶為逆轉錄酶，A錯誤；a(RNA)鏈上能決定一個氨基酸的3個相鄰堿基，組成一個密碼子，B錯誤；b為單鏈DNA，相鄰的兩個脫氧核苷酸之間通過磷酸二酯鍵連接，C正確；該過程為逆轉錄，遺傳信息從RNA向DNA傳遞，D錯誤。
2．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。下列有關說法錯誤的是(　　)
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：選C　由題干信息可知，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21種、tRNA最多有61種。故選C。
科學視野——RNA干擾技術
RNA干擾是指小分子雙鏈RNA可以特異性地降解或抑制同源mRNA表達，從而抑制或關閉特定基因表達的現象(如圖)。
人們只要知道了某種疾病的致病基因，就可以設計出針對該基因mRNA的小分子干擾RNA(siRNA)，抑制或封閉該致病基因的表達，從而達到治療疾病的目的。在理論上，通過siRNA幾乎可以治療所有的疾病，包括腫瘤、傳染病、遺傳性疾病等，因而siRNA受到學術界普遍的關注，是目前最為熱門的生命科學研究領域，也是未來最有發展前途的新藥開發領域。
【素養評價】
1．反義RNA是在大腸桿菌中發現的，它能與特定mRNA相結合從而抑制相關基因表達，許多實驗證明真核生物中也存在反義RNA。下列有關反義RNA的敘述，不合理的是
(　　)
A．反義RNA分子中，每個核糖均連接兩個磷酸基團
B．反義RNA可能是相應基因中的互補鏈轉錄的產物
C．反義RNA和mRNA相結合后，導致mRNA不能和核糖體結合
D．對反義RNA的研究成果，最終可應用于腫瘤的治療
解析：選A　反義RNA分子中大多數核糖都與兩個磷酸相連，只有鏈的末端的核糖只連接一個磷酸，A錯誤；反義RNA能與特定mRNA相結合，說明其可能是相應基因中的互補鏈轉錄的產物，B正確；反義RNA和mRNA相結合后，導致mRNA不能和核糖體結合，從而抑制翻譯過程，C正確；對反義RNA的研究成果，最終可應用于腫瘤的治療，抑制腫瘤細胞的代謝和繁殖，D正確。
2．微RNA(miRNA)是真核生物中廣泛存在的一類重要的基因表達調控因子。如圖表示線蟲細胞中微RNA(lin 4)調控lin 14基因表達的相關作用機制，請回答下列問題：
(1)過程A需要以________________為原料，該過程還能發生在線蟲細胞內的____________中；在過程B中能與①發生堿基互補配對的分子是________，①上同時結合多個核糖體的意義是____________________________________。
(2)圖中最終形成的②③上氨基酸序列________(填“相同”或“不同”)。圖中涉及的遺傳信息的傳遞方向為__________________________。
(3)由圖可知，微RNA(lin 4)調控基因lin 14表達的機制是RISC miRNA復合物抑制________過程。
解析：(1)過程A是轉錄，轉錄過程除了需要酶的催化作用外，還需要四種游離的核糖核苷酸為原料，以及由ATP提供的能量等；線蟲細胞是真核細胞，且是動物細胞，DNA存在于細胞核和線粒體中，因此轉錄過程發生的場所是細胞核和線粒體；過程B是翻譯，翻譯過程中mRNA上的密碼子與tRNA上的反密碼子進行堿基互補配對。①mRNA上同時結合多個核糖體的意義是利用少量的mRNA在短時間內合成大量的蛋白質。(2)②③是以同一條mRNA為模板合成的，因此最終形成的肽鏈②③上氨基酸序列相同。圖中包含了轉錄和翻譯過程，故涉及的遺傳信息的傳遞方向為DNA→RNA→蛋白質。(3)分析題圖可知，微RNA(lin 4)形成RISC miRNA復合物抑制翻譯過程進而調控基因lin 14的表達。
答案：(1)核糖核苷酸　線粒體　tRNA　能在短時間內合成大量的蛋白質　(2)相同　DNA→RNA→蛋白質　(3)翻譯
[課時跟蹤檢測]
[理解·鞏固·落實]
1．判斷下列敘述的正誤，對的打“√”，錯的打“×”。
(1)遺傳信息轉錄的產物只有mRNA。(×)
(2)轉錄可以在細胞核中進行，也可以發生在線粒體和葉綠體中。(√)
(3)翻譯過程不需要酶的催化，但需要消耗ATP。(×)
(4)一個mRNA上可同時結合多個核糖體，共同完成一條肽鏈的合成。(×)
(5)正常情況下，真核生物細胞內可發生中心法則的每個過程。(×)
(6)DNA病毒中沒有RNA，其遺傳信息的傳遞不遵循中心法則。(×)
2．下列關于轉錄的敘述，正確的是(　　)
A．基因的兩條鏈都作為轉錄的模板
B．遇到終止密碼子時轉錄過程就停止
C．轉錄過程只可能發生在細胞核中
D．轉錄過程所需原料是核糖核苷酸
解析：選D　轉錄過程中，一個基因只有一條鏈可作為模板，A錯誤；遇到終止密碼子時翻譯過程就停止，B錯誤；基因的轉錄主要發生在細胞核中，也發生在線粒體和葉綠體中，C錯誤；轉錄合成RNA，所需原料是核糖核苷酸，D正確。
3.轉運RNA即tRNA，是一種由70～80個核苷酸組成的短鏈RNA，通常呈獨特的三葉草結構(如圖所示)。下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．tRNA含有氫鍵，且是單鏈核酸分子
B．tRNA結合氨基酸的位點在其3′ 端
C．tRNA上的反密碼子是由mRNA轉錄而來
D．tRNA參與蛋白質的合成過程，其自身不會翻譯為蛋白質
解析：選C　tRNA分子為單鏈核酸分子，通常呈三葉草結構，單鏈之間有部分堿基通過氫鍵配對，A正確；tRNA結合氨基酸的位點在含有—OH的一端即圖中的3′ 端，B正確；tRNA上的反密碼子是由DNA的一條鏈轉錄而來的，C錯誤；tRNA參與蛋白質的合成過程，它可以識別密碼子并轉運氨基酸，但其自身不會翻譯為蛋白質，D正確。
4．基因、遺傳信息和密碼子分別是指(　　)
①mRNA上核苷酸的排列順序　②基因中脫氧核苷酸的排列順序　③DNA上決定氨基酸的3個相鄰的堿基　④tRNA上一端的3個堿基　⑤mRNA上決定1個氨基酸的3個相鄰的堿基　⑥有遺傳效應的DNA片段
A．⑤①③　　　　　　 B．⑥②⑤
C．⑤①② D．⑥③④
解析：選B　基因通常是有遺傳效應的DNA片段；遺傳信息是基因中脫氧核苷酸的排列順序；密碼子是位于mRNA上決定1個氨基酸的3個相鄰堿基。故選B。
5．HIV病毒入侵人體后，主要攻擊人體的T細胞，使人體免疫能力下降。下圖為HIV病毒在人體細胞內增殖的過程。據圖分析，下列敘述正確的是(　　)
A．①過程需要的原料是四種核糖核苷酸
B．④過程需遵循堿基互補配對原則
C．②③過程均需要RNA聚合酶
D．⑤過程產生的蛋白質中氨基酸的排列順序是由rRNA決定的
解析：選B　①過程是逆轉錄，即以RNA為模板合成DNA，所需原料是四種脫氧核苷酸，A錯誤；③④為轉錄過程，需遵循堿基互補配對原則，B正確；②為DNA分子復制需要DNA聚合酶，③過程為轉錄需要RNA聚合酶，C錯誤；⑤過程產生的蛋白質中氨基酸的排列順序是由mRNA中的核糖核苷酸序列決定的，D錯誤。
6．(2020·全國卷Ⅲ)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：選B　遺傳信息的表達過程包括DNA轉錄成mRNA，mRNA進行翻譯合成蛋白質，A正確；以DNA的一條單鏈為模板可以轉錄出mRNA、tRNA、rRNA等，mRNA可以編碼多肽，而tRNA的功能是轉運氨基酸，rRNA是構成核糖體的組成物質，B錯誤；基因是有遺傳效應的DNA片段，而DNA分子上還含有不具遺傳效應的片段，因此DNA分子的堿基總數大于所有基因的堿基數之和，C正確；染色體DNA分子上含有多個基因，由于基因的選擇性表達，一條單鏈可以轉錄出不同的RNA分子，D正確。
7．(2022·海南高考)大腸桿菌核糖體蛋白與rRNA分子親和力較強，二者組裝成核糖體。當細胞中缺乏足夠的rRNA分子時，核糖體蛋白可通過結合到自身mRNA分子上的核糖體結合位點而產生翻譯抑制。下列敘述錯誤的是(　　)
A．一個核糖體蛋白的mRNA分子上可相繼結合多個核糖體，同時合成多條肽鏈
B．細胞中有足夠的rRNA分子時，核糖體蛋白通常不會結合自身mRNA分子
C．核糖體蛋白對自身mRNA翻譯的抑制維持了RNA和核糖體蛋白數量上的平衡
D．編碼該核糖體蛋白的基因轉錄完成后，mRNA才能與核糖體結合進行翻譯
解析：選D　一個核糖體蛋白的mRNA分子上可相繼結合多個核糖體，同時合成多條肽鏈，以提高翻譯效率，A正確；細胞中有足夠的rRNA分子時，核糖體蛋白通常不會結合自身mRNA分子，而是與rRNA分子結合，二者組裝成核糖體，B正確；當細胞中缺乏足夠的rRNA分子時，核糖體蛋白只能結合到自身mRNA分子上，導致蛋白質合成停止，核糖體蛋白對自身mRNA翻譯的抑制維持了rRNA和核糖體蛋白數量上的平衡，C正確；大腸桿菌為原核生物，沒有核膜，轉錄形成的mRNA在轉錄未結束時即和核糖體結合，開始翻譯過程，D錯誤。
8．某研究人員利用酵母菌成功合成了氨基酸序列為PheProLys的三肽。三種氨基酸的密碼子見表：
氨基酸 密碼子
苯丙氨酸(Phe) UUU、UUC
脯氨酸(Pro) CCU、CCC、CCA、CCG
賴氨酸(Lys) AAA、AAG
據此分析，下列敘述正確的是(　　)
A．一種氨基酸可以由多種密碼子編碼，但只能由一種tRNA轉運
B．控制該三肽合成的基因只有9對脫氧核苷酸
C．合成該三肽過程中需要mRNA、tRNA和rRNA參與
D．mRNA上編碼該三肽的核苷酸序列可能為AAGGGAUUC
解析：選C　由于密碼子的簡并性，一種氨基酸可以由一種或多種密碼子決定，因此也可以由一種或多種tRNA轉運，A錯誤；控制該三肽合成的mRNA中對應氨基酸的密碼子有3個，還有不編碼氨基酸的終止密碼子，因此根據堿基互補配對的原則，該基因中至少含有12個堿基對，B錯誤；合成該三肽過程中，需要以mRNA為模板，以tRNA為搬運工具，以rRNA參與組成的核糖體為翻譯場所，C正確；mRNA上編碼三肽的核苷酸序列為AAGGGAUUC時，AAG編碼賴氨酸，GGA不清楚編碼氨基酸的種類，但不能編碼脯氨酸，UUC編碼苯丙氨酸，與題干信息中的氨基酸序列不符，D錯誤。
9．MMP 9是一種能促進癌細胞浸潤和轉移的酶。科研人員合成與MMP 9基因互補的雙鏈RNA，將其轉入胃腺癌細胞中，干擾MMP 9基因表達，從而達到一定的療效，部分過程如下圖所示。下列敘述錯誤的是(　　)
A．核糖與磷酸交替連接構成了雙鏈RNA分子的基本骨架
B．沉默復合體中蛋白質的作用與雙鏈RNA解旋為單鏈有關
C．與過程①相比，過程③特有的堿基互補配對方式是U—A
D．人造RNA干擾了MMP 9基因的轉錄和翻譯，使MMP 9含量降低
解析：選D　核糖核苷酸脫水縮合形成RNA，核糖與磷酸交替連接構成了雙鏈RNA分子的基本骨架，A正確；據圖所知，人造雙鏈RNA與沉默復合體結合后變為單鏈RNA，故推測沉默復合體中蛋白質的作用與雙鏈RNA解旋為單鏈有關，B正確；過程①是以DNA的一條鏈為模板合成RNA的轉錄過程，堿基配對方式有T—A、A—U、C—G、G—C，過程③表示單鏈RNA與mRNA堿基互補配對，堿基配對方式有U—A、A—U、C—G、G—C，因此與①相比，過程③特有的堿基互補配對方式是U—A，C正確；據圖可知，MMP 9基因的轉錄正常，過程③表示單鏈RNA與mRNA互補配對，形成的雙鏈RNA干擾了MMP 9基因的翻譯過程，使MMP 9含量降低，D錯誤。
10．如圖表示真核生物核DNA遺傳信息傳遞的部分過程。據圖回答問題：
(1)①、③表示的遺傳信息傳遞過程依次是_______、________。
(2)②過程發生的場所是______________________，③過程中可能存在的堿基互補配對方式是______________________________。
(3)DNA與RNA分子在組成上，除堿基不同外，另一個主要區別是___________________
_________________________________________________________。
(4)若②過程形成的mRNA含有1 000個堿基，其中鳥嘌呤和胞嘧啶之和占全部堿基總數的60%，則該DNA片段至少含有腺嘌呤和胸腺嘧啶的堿基對________個。
解析：(1)據圖分析可知，①是DNA復制，②是由DNA到RNA的轉錄過程，③是由RNA到蛋白質的翻譯過程。(2)②轉錄發生的場所是細胞核、葉綠體、線粒體，在翻譯過程中存在的堿基互補配對方式是A與U，G與C。(3)DNA中含有脫氧核糖和特有的含氮堿基T，RNA中含有的是核糖和特有的含氮堿基U，所以除了堿基不同外，就是五碳糖不同，DNA中是脫氧核糖，RNA中是核糖。(4)如果mRNA中含有1 000個堿基，鳥嘌呤和胞嘧啶之和占全部堿基總數的60%，那么A和U占該鏈的40%，即400個，根據堿基互補配對原則，在其模板鏈中A和T占該鏈的40%，即400個，在另一條鏈中也是400個，在整個DNA片段中至少有400對。
答案：(1)復制　翻譯　(2)細胞核、葉綠體、線粒體
A與U配對(A—U)，G與C配對(C—G)　(3)五碳糖不同(DNA中是脫氧核糖，RNA中是核糖)　(4)400
[遷移·應用·發展]
11．(2023·湖南高考)細菌glg基因編碼的UDPG焦磷酸化酶在糖原合成中起關鍵作用。細菌糖原合成的平衡受到CsrAB系統的調節。CsrA蛋白可以結合glg mRNA分子，也可結合非編碼RNA分子CsrB，如圖所示。下列敘述錯誤的是(　　)
A．細菌glg基因轉錄時，RNA聚合酶識別和結合glg基因的啟動子并驅動轉錄
B．細菌合成UDPG焦磷酸化酶的肽鏈時，核糖體沿glg mRNA從5′端向3′端移動
C．抑制CsrB基因的轉錄能促進細菌糖原合成
D．CsrA蛋白都結合到CsrB上，有利于細菌糖原合成
解析：選C　基因轉錄時，RNA聚合酶識別并結合到基因的啟動子區域從而驅動轉錄，A正確；翻譯過程中，核糖體沿著mRNA從5′端向3′端移動，B正確；由題圖可知，抑制CsrB基因轉錄會使非編碼RNA分子CsrB減少，使CsrA更多地與glg mRNA結合形成不穩定構象，最終核糖核酸酶會降解glg mRNA，而glg基因編碼的UDPG焦磷酸化酶在糖原合成中起關鍵作用，故抑制CsrB基因的轉錄能抑制細菌糖原合成，C錯誤；由題圖及以上分析可知，若CsrA都結合到CsrB上，則CsrA不能與glg mRNA結合，從而使glg mRNA不被降解而正常進行翻譯，有利于細菌糖原的合成，D正確。
12．如圖表示生物細胞中基因的表達過程，下列相關判斷錯誤的是(　　)
A．圖示現象不可能發生在人體細胞的核基因表達過程中
B．一個基因可在較短時間內合成多條肽鏈
C．一條多肽鏈的合成需要多個核糖體的共同參與
D．圖示過程中既有DNARNA之間的堿基配對，也有RNARNA之間的堿基配對
解析：選C　圖示為轉錄和翻譯過程同時發生，表示原核細胞基因表達的過程，而人體細胞的細胞核具有核膜，核基因轉錄發生在細胞核，翻譯發生在細胞質中的核糖體上，A正確；由圖可知，一個mRNA分子可相繼與多個核糖體結合，加快了翻譯的速度，因此一個基因可在較短時間內合成多條肽鏈，B正確；一條多肽鏈的合成只需要一個核糖體的參與，C錯誤；圖示為轉錄和翻譯過程，該過程中既有DNARNA之間的堿基配對，也有RNARNA之間的堿基配對，D正確。
13．SXL 基因在雌雄果蠅某些細胞中的表達情況不同，決定了這些細胞分化為卵原細胞還是精原細胞，從而影響了果蠅的性別發育(如圖所示)。下列敘述錯誤的是(　　)
A．SXL蛋白參與了自身mRNA 的剪切、加工，會使細胞中積累大量的 SXL蛋白
B．外顯子可能含有編碼終止密碼子序列，導致翻譯提前終止
C．充足的 SXL蛋白可以促進原始生殖細胞分化為卵原細胞，若缺乏 SXL蛋白，則分化為精原細胞
D．相同基因在不同的細胞中表達情況均不同
解析：選D　分析題圖可知，SXL多肽加工后形成的SXL蛋白參與了自身mRNA的剪切、加工，最終導致細胞中積累了大量的SXL蛋白，A正確；XY胚胎比XX胚胎的mRNA多了序列，XY胚胎的SXL多肽比XX胚胎的短，推測外顯子可能含有編碼終止密碼子的序列，導致翻譯提前終止，B正確；分析題圖可知，XX胚胎細胞中含有較多SXL蛋白，XY胚胎細胞中SXL蛋白缺乏，據此判斷，當細胞中SXL蛋白含量較多時，可促進原始生殖細胞分化為卵原細胞，若缺乏 SXL蛋白，則分化為精原細胞，C正確；由題意可判斷，SXL基因在果蠅某些細胞中表達情況不同，但并非所有基因在不同的細胞中表達情況均不同，D錯誤。
14．人們通過對青霉素、鏈霉素、四環素、氯霉素等抗生素研究發現，抗生素之所以能夠殺死細菌等病原體而對人體無害，其原因是抗生素能夠有效地阻斷細菌細胞內的蛋白質合成，而不影響人體細胞內蛋白質的合成。于是人們對此現象提出了以下兩點假設：
Ⅰ.抗生素能阻斷細菌DNA的轉錄過程，而不影響人體DNA的轉錄過程；
Ⅱ.抗生素能阻斷細菌轉運RNA的功能，而不影響人體轉運RNA的功能。
接下來需要對這些假設逐一進行實驗驗證。請寫出你的驗證性實驗的基本思路，并對實驗結果和結論進行預測。(不要求寫具體的實驗步驟)
(1)驗證抗生素是否阻斷細菌轉錄過程的實驗。
①基本實驗思路：設置甲、乙兩組實驗，進行體外模擬________________過程，甲組滴加適量的、一定濃度的______________________，乙組滴加等量的蒸餾水，其余條件__________。最后檢測兩組實驗中__________的生成量。
②實驗結果、結論：若甲、乙兩組中RNA的生成量相等，則__________________________
______；若甲組中RNA生成量少于乙組中的RNA生成量，則_______________________。
(2)驗證抗生素是否阻斷細菌轉運RNA功能的實驗。
①實驗基本思路：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②實驗結果、結論：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：本實驗為探究實驗，采用對照法，實驗中注意遵循單一變量原則和等量原則。由題干信息可知，抗生素能阻斷細菌細胞內蛋白質的合成過程，可能發生在轉錄、翻譯、tRNA的運輸等過程中。(1)設置甲、乙兩組實驗，進行體外模擬細菌DNA的轉錄過程。甲組滴加適量的、一定濃度的抗生素的水溶液，乙組滴加等量的蒸餾水，其余條件相同且適宜。最后檢測兩組實驗中RNA的生成量。若甲、乙兩組中RNA的生成量相等，則抗生素不阻斷細菌DNA的轉錄過程；若甲組中RNA的生成量少于乙組RNA的生成量，則抗生素能阻斷細菌DNA的轉錄過程。(2)設置甲、乙兩組實驗，進行體外模擬細菌的翻譯過程。甲組加入用抗生素處理后的各種轉運RNA，乙組加入等量的未用抗生素處理的各種轉運RNA。其余條件相同且適宜，最后檢測兩組實驗中蛋白質的生成量。若甲、乙兩組中蛋白質的生成量相等，則抗生素不阻斷細菌轉運RNA的功能；若甲組蛋白質的生成量少于乙組蛋白質的生成量，則抗生素能阻斷細菌轉運RNA的功能。
答案：(1)①細菌DNA的轉錄　抗生素的水溶液　相同且適宜　RNA　②抗生素不阻斷細菌DNA的轉錄　抗生素能阻斷細菌DNA的轉錄
(2)①設置甲、乙兩組實驗，進行體外模擬細菌的翻譯過程。甲組加入用抗生素處理后的各種轉運RNA，乙組加入等量的未用抗生素處理的各種轉運RNA。其余條件相同且適宜。最后檢測兩組實驗中蛋白質的生成量
②若甲、乙兩組中蛋白質的生成量相等，則抗生素不阻斷細菌轉運RNA的功能；若甲組中蛋白質生成量少于乙組中蛋白質的生成量，則抗生素能阻斷細菌轉運RNA的功能第2節　基因表達與性狀的關系
學有目標——課標要求必明 記在平時——核心語句必背
1.舉例說明基因通過控制酶的合成和蛋白質的結構控制生物體的性狀。2.說明細胞分化是基因選擇性表達的結果。3.概述生物體的表觀遺傳現象。 1.基因控制生物體性狀的途徑：①基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物體的性狀；②基因通過控制蛋白質的結構直接控制生物體的性狀。2.細胞分化的本質是基因的選擇性表達。3.生物體基因的堿基序列保持不變，但基因表達和表型發生可遺傳變化的現象，叫作表觀遺傳。4.基因與性狀的關系并不是簡單的一一對應的關系，一個性狀可以受多個基因的影響，一個基因也可以影響多個性狀。
【主干知識梳理】
一、基因表達產物與性狀的關系
1．基因對生物性狀的間接控制
(1)實質：基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物體的性狀。
(2)舉例：
皺粒豌豆的形成 人的白化病的形成
↓↓淀粉合成受阻，含量降低↓ ↓不能合成酪氨酸酶↓酪氨酸不能轉變為黑色素↓表現出白化癥狀
2．基因對生物性狀的直接控制
(1)實質：基因通過控制蛋白質的結構直接控制生物體的性狀。
(2)實例：囊性纖維化的形成
↓　　　　
↓　　　　
↓　　　　
導致患者支氣管中黏液增多，管腔受阻，細菌在肺部
大量生長繁殖，最終使肺功能嚴重受損
二、基因的選擇性表達與細胞分化
1．生物體多種性狀的形成，都是以細胞分化為基礎的。
2．細胞分化的本質：基因的選擇性表達。
3．表達的基因的類型
(1)在所有細胞中都能表達的基因，指導合成的蛋白質是維持細胞基本生命活動所必需的，如核糖體蛋白基因、ATP合成酶基因。
(2)只在某類細胞中特異性表達的基因，如卵清蛋白基因、胰島素基因。
4．基因選擇性表達的原因：與基因表達的調控有關。
三、表觀遺傳
1．概念：生物體基因的堿基序列保持不變，但基因表達和表型發生可遺傳變化的現象。
2．實例：柳穿魚Lcyc基因和小鼠Avy基因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，進而對表型產生影響。這種DNA甲基化修飾可以遺傳給后代，使后代出現同樣的表型。
3．基因與性狀的關系
在大多數情況下，基因與性狀的關系并不是簡單的一一對應的關系。
(1)一個性狀可以受到多個基因的影響。
(2)一個基因也可以影響多個性狀。
(3)生物體的性狀也不完全是由基因決定的，環境對性狀也有著重要影響。
【教材微點發掘】
1．結合教材第71頁圖49分析：豌豆表現為皺粒的直接原因是淀粉合成受阻，含量降低，根本原因是編碼淀粉分支酶的基因結構改變，控制淀粉合成的淀粉分支酶異常。
2．科學家提取了雞的輸卵管細胞、紅細胞(有細胞核)和胰島細胞，對這3種細胞中的DNA和mRNA進行了檢測，結果如下表所示(教材第72頁“思考·討論”)。回答有關問題：
檢測的3種細胞 卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰島素基因 卵清蛋白mRNA 珠蛋白mRNA 胰島素mRNA
輸卵管細胞 ＋＋＋ ＋ － －
紅細胞 ＋＋＋ － ＋ －
胰島細胞 ＋＋＋ － － ＋
注：“＋”表示檢測發現相應的分子，“－”表示檢測未發現相應的分子。
(1)雞的輸卵管細胞、紅細胞和胰島細胞都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰島素基因的原因是三種細胞都是由受精卵經有絲分裂和細胞分化形成的。
(2)雞的輸卵管細胞、紅細胞和胰島細胞中都只檢測到一種mRNA的原因是基因的選擇性表達。
(3)雞的輸卵管細胞、紅細胞和胰島細胞中含有的mRNA和蛋白質不完全相同(填“相同”“不同”或“不完全相同”)。
3．男性吸煙會把某些不良性狀遺傳給后代的原因是吸煙會使精子中DNA的甲基化水平明顯升高，精子活力下降。
教材問題提示
(一)思考·討論1(教材第72頁)
1．3種基因轉錄的mRNA分別出現在3種細胞中，表明每種細胞只合成3種蛋白質中的一種。因此，這3種細胞中合成的蛋白質種類不完全相同，雖然有些蛋白質在所有的細胞中都合成，但也有一些特定功能的蛋白質只在特定的細胞中合成。
2．這一事實說明，細胞中并不是所有的基因都表達，基因的表達存在選擇性。
(二)思考·討論2(教材第73頁)
1．略。
2．F1植株同時含有來自植株A和植株B的Lcyc基因。植株A的Lcyc基因能夠表達，表現為顯性；植株B的Lcyc基因由于部分堿基被甲基化，基因表達受到抑制，表現為隱性。因此，同時含有這兩個基因的F1中，F1的花與植株A的相似。F1自交后，F2中有少部分植株含有兩個來自植株B的Lcyc基因，由于該基因的部分堿基被甲基化，基因表達受到抑制，因此，這部分植株的花與植株B的相似。
3．略。
(三)批判性思維(教材第74頁)
此問題旨在引導學生客觀全面地評價基因決定生物體的性狀的觀點，性狀的形成往往是內因(基因)與外因(環境)相互作用的結果，并且環境能夠通過對基因或染色體上其他成分的修飾，調控基因的表達，進而影響性狀。
(四)思維訓練(教材第75頁)
果蠅翅的發育需要經過酶催化的反應，而酶是在基因控制下合成的，酶的活性受溫度、pH等條件的影響。有些同學可能會在表觀遺傳方面思考，教師應提醒學生表觀遺傳是能夠遺傳的，而此段文字中表述的現象并未發生遺傳。
新知探究(一)　基因表達產物與性狀的關系
【探究·深化】
[問題驅動]　
牽牛花的顏色主要是由花青素決定的。如圖為花青素的合成與顏色變化途徑示意圖：
(1)圖中反映了基因控制生物體性狀的哪種途徑？另一條途徑是什么？
提示：圖中反映了基因對性狀的間接控制，即基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物體的性狀。另一條途徑是直接控制，即基因通過控制蛋白質的結構直接控制生物體的性狀。
(2)牽牛花的顏色只受一對基因控制嗎？
提示：不是。牽牛花的顏色主要由花青素決定，而花青素的合成是由多對基因共同控制的。
(3)牽牛花的顏色還與細胞中的pH有關，這說明了什么？
提示：說明環境因素也會影響生物體的性狀。
(4)牽牛花的葉肉細胞是否也含有基因①②③？也能全部表達嗎？
提示：牽牛花的葉肉細胞也含有基因①②③，但不能全部表達。
[重難點撥]　
一、基因對性狀控制的兩種途徑
二、基因與性狀的關系
1．基因與性狀的關系
2．基因控制性狀還受到環境的影響，生物性狀是基因和環境共同作用的結果。
3．基因與基因、基因與基因表達產物、基因與環境之間存在著復雜的相互作用，這種相互作用形成了一個錯綜復雜的網絡，精細地調控著生物體的性狀。
【典題·例析】
[例1]　下圖為人體內基因對性狀的控制過程，分析可知(　　)
A．基因1和基因2一般不會出現在人體內的同一個細胞中
B．圖中①過程需要RNA聚合酶的催化，②過程不需要tRNA的協助
C．④⑤過程的結果存在差異的根本原因是血紅蛋白結構的不同
D．過程①②③表明基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物體的性狀
[解析]　人體細胞由同一個受精卵增殖、分化而來，基因1和基因2可出現在同一細胞中，A錯誤；圖中①過程為轉錄，需要RNA聚合酶的催化，②過程為翻譯，需要tRNA的協助，B錯誤；④⑤過程的結果存在差異的根本原因是基因結構的不同，C錯誤。故選D。
[答案]　D
[例2]　下面為脈孢霉體內精氨酸的合成途徑示意圖，從圖中可得出(　　)
A．一種物質的合成只受一個基因的控制
B．基因可通過控制酶的合成來控制代謝
C．若基因②不表達，則基因③和④也不表達
D．若基因③不存在，則瓜氨酸仍可合成精氨酸琥珀酸
[解析]　由示意圖可知，精氨酸的合成需要酶①②③④的參與，而它們分別受基因①②③④的控制；基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，從而控制生物體的性狀；基因具有一定的獨立性，基因②不表達時， 基因③④仍可表達，只是無法合成精氨酸；若基因③不存在，酶③不能合成，則瓜氨酸→精氨酸琥珀酸的途徑不能進行。故選B。
[答案]　B
方法規律—————————————————————————————————
基因控制生物性狀的途徑的判斷
(1)若生物性狀直接由蛋白質體現，則應為基因控制蛋白質的結構直接控制生物性狀。
(2)若體現生物性狀所涉及的物質并非蛋白質(如植物激素)，則基因對其的控制往往是通過“控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物體的性狀”這一間接途徑實現的。
—————————————————————————————————————
【應用·體驗】
1．研究表明，遺傳引起近視的因素占40%，不良用眼習慣因素占60%。遺傳性高度近視受染色體上一對基因(A、a)控制，如果父母都是遺傳性高度近視，子代100%高度近視；如果父母視力正常但都攜帶高度近視的基因，子代患高度近視的概率約為1/4，且男女患病概率相同。下列分析不合理的是(　　)
A．遺傳性高度近視的兩人的基因型不一定相同
B．遺傳性高度近視受常染色體上隱性基因控制
C．高度近視的表現是基因和環境共同作用的結果
D．高度近視基因控制近視是通過控制蛋白質合成實現的
解析：選A　如果父母視力正常但都攜帶高度近視的基因，子代患高度近視的概率約為1/4。說明視力正常對遺傳性高度近視為顯性，男女患病概率相同，故遺傳性高度近視基因位于常染色體上，遺傳性高度近視人的基因型一定是aa，A不合理，B合理；遺傳引起近視的因素占40%，不良用眼習慣因素占60%，說明高度近視的表現是基因和環境共同作用的結果，C合理；基因通過控制蛋白質合成控制生物性狀，所以高度近視基因控制近視是通過控制蛋白質合成實現的，D合理。
2．如圖表示基因的作用與性狀的表現之間的關系，下列相關敘述正確的是(　　)
A．①過程與DNA復制的共同點是都以DNA的一條鏈為模板，在DNA聚合酶的作用下進行
B．③過程直接需要的物質或結構有mRNA、氨基酸、tRNA、核糖體、酶、ATP
C．人的囊性纖維化癥和苯丙酮尿癥都是基因通過控制蛋白質結構直接影響表現性狀的
D．HIV、大腸桿菌及T2噬菌體都可以在人體細胞內進行①③這兩個基本過程
解析：選B　①過程是轉錄，是以DNA的一條鏈為模板，在RNA聚合酶的作用下進行的；DNA復制以DNA雙鏈為模板，需要DNA聚合酶和解旋酶的參與，A錯誤。苯丙酮尿癥是患者體內某種酶的合成受阻導致的，是基因通過控制酶的合成來控制代謝過程進而控制生物體的性狀的，C錯誤。T2噬菌體的宿主細胞是大腸桿菌細胞，不能侵染人體細胞，D錯誤。
新知探究(二)　基因的選擇性表達與細胞分化
【探究·深化】
[問題驅動]　
(1)如圖表示同一個體的5種細胞中5種基因的表達情況，根據細胞的結構和功能可以判斷，5種細胞中除RNA聚合酶基因均需表達外，還可能有哪些基因均需要表達？
提示：ATP合成酶基因、呼吸酶基因、解旋酶基因和核糖體蛋白基因等。
(2)同一個體不同的體細胞由于分化形成了不同的形態、結構，不同細胞形態、結構不同的根本原因和直接原因分別是什么？
提示：不同細胞形態、結構不同的根本原因是基因的選擇性表達，直接原因是合成了特定的蛋白質。
(3)細胞中的基因能否表達，受到精確的調控。基因表達的調控，可能發生在基因表達的哪些環節？
提示：轉錄和翻譯。
[重難點撥]　
(一)細胞分化
1．細胞分化的標志
①分子水平：基因選擇性表達，合成了某種細胞特有的蛋白質，如卵清蛋白、胰島素。
②細胞水平：形成不同種類的細胞。
(2)分化細胞表達的基因：所有管家基因和部分奢侈基因。
(3)細胞分化的“變”與“不變”
①不變：DNA、tRNA、rRNA、細胞的數目。
②改變：mRNA、蛋白質的種類，細胞的形態、結構和功能。
(二)表觀遺傳
(1)表觀遺傳的原因：DNA甲基化，構成染色體的組蛋白發生甲基化、乙酰化等修飾。
(2)表觀遺傳的特點
①可遺傳：基因表達和表型可以遺傳給后代。
②不變性：基因的堿基序列保持不變。
③可逆性：DNA的甲基化修飾可以發生可逆性變化，即被修飾的DNA可以發生去甲基化。
(3)理解表觀遺傳注意三個問題
①表觀遺傳不遵循孟德爾遺傳規律。
②表觀遺傳可以通過有絲分裂和減數分裂傳遞被修飾的基因。
③表觀遺傳一般是影響到基因的轉錄過程，進而影響蛋白質的合成。
【典題·例析】
[例1]　分別用β 珠蛋白基因、卵清蛋白基因和丙酮酸激酶(與細胞呼吸相關的酶)基因的片段為探針，與雞的紅細胞、輸卵管細胞和胰島細胞中提取的總RNA進行分子雜交，結果見表。下列敘述錯誤的是(　　)
探針 β珠蛋白基因 卵清蛋白基因 丙酮酸激酶基因
紅細胞 ＋ － ＋
輸卵管細胞 － ＋ ＋
胰島細胞 － － ＋
　注：“＋”表示陽性，“－”表示陰性。
A．在紅細胞中，β珠蛋白基因處于活動狀態，卵清蛋白基因處于關閉狀態
B．輸卵管細胞的基因組DNA中存在卵清蛋白基因，缺少β珠蛋白基因
C．丙酮酸激酶基因的表達產物對維持雞細胞的基本生命活動很重要
D．上述不同類型細胞的生理功能差異與基因的選擇性表達有關
[解析]　根據題意和表中內容分析可知，β珠蛋白基因在紅細胞中表達，卵清蛋白基因在輸卵管細胞中表達，丙酮酸激酶基因在三種細胞中都能表達，說明在紅細胞中β珠蛋白基因處于活動狀態，卵清蛋白基因處于關閉狀態，A正確。由于雞的體細胞是由一個受精卵分裂、分化而來的，體細胞中的遺傳物質相同，因此，輸卵管細胞的基因組DNA中既有卵清蛋白基因，又有β珠蛋白基因，但β珠蛋白基因在輸卵管細胞中因關閉而無法表達，B錯誤。由于丙酮酸激酶基因控制丙酮酸激酶的合成，與細胞呼吸有關，所以該基因的表達產物能夠保障雞的正常細胞呼吸，對維持雞的基本生命活動中能量的供應起重要作用，C正確。同一生物體不同的體細胞中基因組成相同，功能不同是細胞中基因選擇性表達的結果，D正確。
[答案]　B
[例2]　研究證實，被良好照顧的大鼠幼崽通過下列途徑，使腦內激素皮質醇的受體表達量升高。據下圖分析，下列說法錯誤的是(　　)
A．大鼠的情緒受多個基因的共同調控
B．皮質醇受體的高表達與表觀遺傳有關
C．據圖可知DNA乙酰化與甲基化呈正相關
D．HAT能夠與皮質醇受體基因結合并不改變其堿基序列
[解析]　由題意可知，大鼠的情緒受多個基因的共同調控，如神經遞質血清素基因、皮質醇受體基因等，A正確；皮質醇受體的高表達與DNA甲基化被移除有關，與表觀遺傳有關，B正確；由題圖可知，DNA乙酰化導致DNA甲基化被移除，故二者不是呈正相關，C錯誤；HAT能夠與皮質醇受體基因結合會影響該基因的表觀修飾但并不改變其堿基序列，D正確。
[答案]　C
易錯提醒—————————————————————————————————
表觀遺傳與表型模擬辨析
(1)相同點：表觀遺傳與表型模擬都是由環境改變引起的性狀改變，遺傳物質都沒有改變。
(2)不同點：表觀遺傳是可以遺傳的，表型模擬引起的性狀改變是不可以遺傳的。
—————————————————————————————————————
【應用·體驗】
1．(2021·廣東高考)下列屬于表觀遺傳現象的是(　　)
A．基因突變使小麥獲得抗病能力
B．染色體片段位置顛倒使果蠅形成卷翅
C．堿基對替換導致人患鐮狀細胞貧血癥
D．柳穿魚Lcyc基因高度甲基化影響其表達
解析：選D　生物體基因的堿基序列保持不變，但基因表達和表型發生可遺傳變化的現象，叫作表觀遺傳。A、B、C項的堿基序列發生了變化，不屬于表觀遺傳；柳穿魚Lcyc基因高度甲基化影響其表達，堿基序列沒有變化，基因表達發生變化，屬于表觀遺傳，D正確。
2．研究表明，吸煙會使人的體細胞內DNA的甲基化水平升高，對染色體上的組蛋白也會產生影響。男性吸煙者的精子活力下降，精子中的DNA甲基化水平明顯升高。下列敘述錯誤的是(　　)
A．吸煙男性細胞內的基因序列即使保持不變，但基因表達也會受到抑制，影響性狀
B．吸煙者后代也可以出現上述變化，該現象屬于表觀遺傳
C．吸煙導致相關基因堿基對的種類和數目改變引起的肺癌也屬于表觀遺傳現象
D．DNA甲基化以及組蛋白變化都會影響基因選擇性表達
解析：選C　相關基因堿基對的種類和數目改變導致DNA序列改變，不屬于表觀遺傳，C錯誤。
科學視野——細胞質基因控制的性狀
科學家用電子顯微鏡觀察衣藻、玉米等植物葉綠體的超薄切片，發現在葉綠體的基質中有長度為20.5 nm左右的細纖維存在。用DNA酶處理，這種細纖維就消失。由此證明，這種細纖維就是葉綠體DNA。后來，科學家用生物化學的方法，證明了細胞的線粒體中也含有DNA。線粒體和葉綠體中的DNA，都能夠進行半自主自我復制，并通過轉錄和翻譯控制某些蛋白質的合成。為了與細胞核的基因相區別，將線粒體和葉綠體中的基因稱作細胞質基因。,對人的線粒體DNA的研究表明，線粒體DNA的缺陷與數十種人類遺傳病有關。這些疾病很多是與腦部和肌肉有關的。例如，線粒體肌病和神經性肌肉衰弱、運動失調及眼視網膜炎等。這些遺傳病都只能通過母親遺傳給后代。
【素養評價】
1．下列關于線粒體DNA所控制的遺傳過程的描述，錯誤的是(　　)
A．線粒體DNA所控制的性狀不遵循孟德爾分離定律
B．線粒體DNA是由卵細胞傳遞給子代的
C．線粒體DNA所控制的性狀不能遺傳給兒子
D．線粒體DNA在細胞分裂時隨機地分配到子細胞中
解析：選C　線粒體DNA所控制的性狀不遵循孟德爾分離定律，A正確；線粒體DNA是由卵細胞傳遞給子代的，B正確；線粒體DNA所控制的性狀能遺傳給兒子，C錯誤；線粒體DNA在細胞分裂時隨機地分配到子細胞中，D正確。
2．楊柳枝條顏色可呈現兩種不同的相對性狀，有的呈花斑綠色(一塊白，一塊綠)，有的呈全綠色。現以一株花斑綠色的楊柳作為母本，與一株全綠色楊柳雜交，雜交后代(F1)全部呈花斑綠色，下列說法肯定錯誤的是(　　)
A．母本可能為顯性純合個體
B．該性狀可能由細胞質基因控制
C．該性狀不可能為多對基因控制
D．F2中性狀分離比有多種可能
解析：選C　子代與母本相同，說明母本可能是顯性純合子；該性狀可能由細胞質基質控制，A、B正確；該性狀可能由多對等位基因控制，C錯誤；由于不能確定該性狀是由幾對基因控制的，因此F2性狀分離比有多種可能，D正確。
3．光敏色素在植物個體發育的過程中能促進種子的萌發、調節幼苗的生長和葉綠體的發育等。如圖為光敏色素調節相關蛋白質合成的過程，請分析回答有關問題：
(1)圖中活性調節蛋白的作用是____________________________________。若cab基因發生突變，則可能會影響光合作用的____________階段。
(2)需要氨基酸作為原料的過程是圖中__________(填序號)。該過程的開始和終止分別與mRNA上的________________________________有關。
(3)由圖可知，遺傳信息的轉錄過程發生在______________，葉綠體的發育受________________________中的遺傳物質控制。
(4)葉綠體中植物吸收紅光的色素主要是______________________________。葉綠體中的DNA復制需要DNA聚合酶的催化，若要探究該酶的合成是受細胞核基因還是細胞質基因編碼，請你寫出實驗設計思路：_____________________________________________________。
解析：(1)由圖可知，圖中活性調節蛋白進入細胞核后促進rbcS基因和cab基因的轉錄。cab基因控制合成的蛋白質是類囊體薄膜的組成成分，而類囊體是光反應的場所，因此cab基因發生突變不能表達，則直接影響光合作用的光反應階段。(2)需要氨基酸作為原料的是翻譯過程，即圖中②④過程。翻譯過程的開始和終止分別與mRNA上的起始密碼子和終止密碼子有關。(3)由圖可知，遺傳信息的轉錄過程發生在細胞核和葉綠體中；葉綠體的發育受細胞核和細胞質(或細胞核和葉綠體)中的遺傳物質共同控制。(4)葉綠體中的色素包括葉綠素和類胡蘿卜素，其中葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光。葉綠體中的DNA復制需要DNA聚合酶的催化，若要探究該酶的合成是受細胞核基因還是細胞質基因編碼，可用藥物抑制核基因的表達，再檢測葉綠體中是否有DNA聚合酶的合成。
答案：(1)促進rbcS基因和cab基因的轉錄　光反應
(2)②④　起始密碼子和終止密碼子　(3)細胞核、葉綠體　細胞核和細胞質　(4)葉綠素(或葉綠素a和葉綠素b)　用藥物抑制核基因的表達，檢測葉綠體中是否有DNA聚合酶的合成

展開更多......

收起↑