第28講基因的表達【課標要求】概述DNA分子上的遺傳信息通過RNA指導蛋白質(zhì)的合成?？键c1遺傳信息的轉(zhuǎn)錄考點透析知識1RNA的種類和功能1.RNA的種類和功能與基因表達有關的RNA主要包括mRNA、tRNA和rRNA三類，它們是由核糖核苷酸聚合而成的單鏈核酸，其結(jié)構(gòu)和功能如下圖所示：深度指津除了以上三種功能，RNA還有什么功能？請列舉出來。提示：還有少部分RNA具有催化功能；RNA還是某些病毒的遺傳物質(zhì)；此外，細胞中還有部分非編碼RNA具有調(diào)節(jié)功能，如參與基因表達的調(diào)控。2.RNA與DNA的鑒別知識2遺傳信息的轉(zhuǎn)錄1.概念：以DNA中基因的一條鏈為模板，按堿基互補配對原則合成RNA的過程。2.過程深度指津(1)真核生物的DNA轉(zhuǎn)錄形成的mRNA需要在細胞核中加工處理成為成熟的mRNA后，才能通過核孔進入細胞質(zhì)中作為翻譯的模板。(2)轉(zhuǎn)錄是以基因為單位進行的，而DNA分子中的基因是不連續(xù)的，即基因間存在非基因片段，因此一個DNA分子轉(zhuǎn)錄能生成多個RNA分子。而DNA復制的對象是整個DNA分子。(3)一個DNA分子上的不同基因，在轉(zhuǎn)錄時模板鏈不一定是DNA分子的同一條鏈(與基因的本身結(jié)構(gòu)有關，如啟動子的方向性)。(4)與DNA聚合酶相比，RNA聚合酶可以從頭合成RNA，因此細胞內(nèi)DNA復制常用RNA為引物。思辨小練1.判斷下列說法的正誤：(1)細胞內(nèi)基因在轉(zhuǎn)錄時兩條鏈均作模板。(×)提示：基因在轉(zhuǎn)錄時只以其中一條鏈作模板。(2)細胞內(nèi)mRNA是轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物，tRNA不是轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。(×)提示：RNA都是轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物。(3)基因轉(zhuǎn)錄時需要RNA聚合酶，不需要解旋酶。(√)(4)一個DNA分子上的不同基因的模板鏈相同。(×)2.結(jié)合RNA的特點，思考：mRNA為何適于作DNA的信使？提示：①它的分子結(jié)構(gòu)與DNA很相似，也是由基本單位核苷酸連接而成的，也能儲存遺傳信息；②在RNA與DNA的關系中，也遵循“堿基互補配對原則”，但U與A配對；③RNA一般是單鏈，且比DNA短，能夠通過核孔轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)中傳遞信息。典題說法考向1RNA相關問題分析例1(多選)(2024·南通三調(diào))單個基因的前體mRNA既可能有外顯子被跳過的可變剪切，也可能有內(nèi)含子被保留的可變剪切，從而產(chǎn)生多種成熟的mRNA。馬鈴薯的St－RS31前體mRNA可剪切出如下3種mRNA，在黑暗條件下mRNA1的含量顯著下降，mRNA3的含量顯著上升。下列敘述正確的是(CD)A.mRNA上的起始密碼子是由DNA上的啟動子轉(zhuǎn)錄而來的B.mRNA3編碼的多肽鏈的長度長于mRNA1和mRNA2C.外界環(huán)境因素會影響mRNA的可變剪切，從而影響生物的性狀D.內(nèi)含子、外顯子的突變都可能改變基因的表達，改變生物的性狀【解析】啟動子不轉(zhuǎn)錄，屬于非編碼區(qū)，起始密碼子是由基因的編碼區(qū)轉(zhuǎn)錄而來的，A錯誤；由圖知，mRNA2和mRNA3翻譯都提前終止了，所以mRNA3編碼的多肽鏈的長度短于mRNA1，B錯誤。深度指津真、原核細胞基因的結(jié)構(gòu)考向2遺傳信息的轉(zhuǎn)錄例2下圖為真核生物細胞核內(nèi)RNA的合成示意圖，下列相關敘述正確的是(C)A.圖中示意解旋酶沿著DNA自左向右移動催化轉(zhuǎn)錄過程B.③可以轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)中直接作為翻譯過程的模板C.一個DNA分子可以轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生多個、多種RNA分子D.圖示過程也可能發(fā)生在線粒體、葉綠體和核糖體中【解析】參與轉(zhuǎn)錄過程的酶是RNA聚合酶，⑤為RNA聚合酶，根據(jù)合成的mRNA長短判斷，它移動方向是自左向右，A錯誤；③是mRNA，需要經(jīng)過加工編輯才可以轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)中作為翻譯過程的模板，B錯誤；基因通常是有遺傳效應的DNA片段，一個DNA分子上含有多個基因，因此一個DNA分子可以轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生多個、多種RNA分子，C正確；核糖體中沒有DNA，圖示合成RNA過程也可能發(fā)生在線粒體、葉綠體中，D錯誤?？键c2遺傳信息的翻譯考點透析1.翻譯的概念游離在細胞質(zhì)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(zhì)(肽鏈)的過程。2.密碼子和反密碼子的比較項目密碼子反密碼子位置mRNA上3個相鄰的堿基tRNA上的3個相鄰堿基(一個tRNA一般含70～90個核苷酸)作用直接決定蛋白質(zhì)中氨基酸的序列識別密碼子，轉(zhuǎn)運氨基酸種類64種，其中一般有3種終止密碼子(UAA、UAG、UGA)不決定氨基酸由于密碼子的第3位堿基與反密碼子的第1位堿基之間的配對有一定的擺動性，故tRNA種類小于61種，且具有物種差異性特點與DNA模板鏈互補，具有簡并性、通用性、專一性與mRNA中密碼子互補解疑釋惑(1)遺傳信息、密碼子和反密碼子的關系遺傳信息一般存在于DNA分子中，DNA分子中脫氧核苷酸的排列順序蘊藏著遺傳信息。密碼子存在于mRNA分子中，密碼子的排列順序直接決定蛋白質(zhì)分子中氨基酸的排列順序。反密碼子存在于tRNA分子中，決定tRNA攜帶的氨基酸放在核糖體的位置。(2)密碼子和氨基酸之間的關系一般情況下，一種密碼子(終止密碼子除外)決定一種氨基酸，一種氨基酸可由一種或多種密碼子決定。密碼子的簡并性，即幾種密碼子決定同一種氨基酸的現(xiàn)象，保證了翻譯的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及遺傳性狀的穩(wěn)定性，即提高了容錯性；密碼子的簡并性不僅可以提高翻譯速度，也可以提供進化優(yōu)勢，因為基因組可以在不改變蛋白質(zhì)(氨基酸)序列的情況下進行變異，從而增加了基因組的多樣性。(3)區(qū)分復制原點、啟動子與起始密碼子、終止子與終止密碼子復制原點位于DNA上，復制時需要解旋，相應序列富含堿基對A—T(便于解旋)。啟動子與終止子存在于基因(DNA)中，是與基因轉(zhuǎn)錄開始與結(jié)束有關的結(jié)構(gòu)，但啟動子本身不轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄起始位點在基因下游；起始密碼子與終止密碼子存在于mRNA上，是翻譯開始與結(jié)束的信號，終止密碼子一般不翻譯，核糖體遇到它會脫落。3.翻譯過程(1)示意圖(2)過程歸納總結(jié)DNA復制、轉(zhuǎn)錄和翻譯的比較項目遺傳信息的傳遞遺傳信息的表達復制(DNA→DNA)轉(zhuǎn)錄(DNA→RNA)翻譯(mRNA→蛋白質(zhì))范圍/時間只有分裂的細胞才在分裂間期進行核DNA分子的復制，如分生區(qū)細胞幾乎所有活細胞中(主要發(fā)生在分裂間期)場所主要是細胞核，葉綠體、線粒體、擬核也會發(fā)生細胞質(zhì)(核糖體)模板親代DNA的兩條鏈分別作模板DNA(基因)的一條鏈mRNA模板去向子代DNA分子中DNA鏈恢復雙螺旋降解成核糖核苷酸原料4種游離的脫氧核苷酸4種游離的核糖核苷酸氨基酸產(chǎn)物子代DNA分子3大類RNA蛋白質(zhì)(多肽)和水酶解旋酶、DNA聚合酶等RNA聚合酶特定的酶過程DNA解旋，以兩條鏈為模板，按堿基互補配對原則，合成兩條子鏈，子鏈與對應模板鏈螺旋化DNA解旋，以其中一條鏈為模板，按堿基互補配對原則，形成RNAmRNA與核糖體結(jié)合，以mRNA為模板，以tRNA為搬運相應氨基酸的工具，合成有一定氨基酸序列的蛋白質(zhì)關鍵調(diào)控序列復制原點啟動子(不轉(zhuǎn)錄)、終止子起始密碼子、終止密碼子(一般不翻譯)堿基配對A—T、T—A、C—G、G—CA—U、T—A、C—G、G—CA—U、U—A、C—G、G—C特點半保留復制；邊解旋邊復制等邊解旋邊轉(zhuǎn)錄一條mRNA上可相繼結(jié)合多個核糖體，同時合成多條相同的多肽鏈意義復制遺傳信息，使遺傳信息由親代傳給子代表達遺傳信息，使生物體表現(xiàn)出各種遺傳性狀思辨小練1.判斷下列說法的正誤：(1)RNA具有作為遺傳物質(zhì)、催化、運輸?shù)榷喾N功能。(√)(2)翻譯時，每種氨基酸僅由一種密碼子決定。(×)提示：一般一種密碼子決定一種氨基酸，而一種氨基酸可由一種或多種密碼子決定。(3)基因表達的數(shù)量關系(不考慮終止密碼子等情況)可表示為DNA(基因)中堿基數(shù)∶mRNA堿基數(shù)∶蛋白質(zhì)中氨基酸殘基數(shù)＝6∶3∶1。(×)提示：基因中存在不轉(zhuǎn)錄序列、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的前體RNA需要經(jīng)過剪切才能變成mRNA、mRNA中存在不翻譯序列、翻譯產(chǎn)生的肽鏈需要經(jīng)過剪切加工才能變成有活性的蛋白質(zhì)，即基因表達涉及基因的轉(zhuǎn)錄后加工和翻譯后加工。(4)與終止密碼子UAG配對的反密碼子是AUC。(×)提示：終止密碼子UAG不對應氨基酸，無對應的反密碼子，且密碼子為5′－UAG－3′，配對的堿基順序應為5′－CUA－3′。未標注時默認左側(cè)為5′，右側(cè)為3′。2.與轉(zhuǎn)錄過程相比，翻譯過程中特有的堿基配對方式是U—A。3.密碼子的通用性是指地球上幾乎所有生物都共用一套遺傳密碼。這對你有何啟示？提示：生物界具有統(tǒng)一性，地球上的生物可能有著共同的起源。典題說法考向1密碼子和反密碼子例1(2024·湖北卷)編碼某蛋白質(zhì)的基因有兩條鏈，一條是模板鏈(指導mRNA合成)，其互補鏈是編碼鏈。若編碼鏈的一段序列為5′－ATG－3′，則該序列所對應的反密碼子是(A)A.5′－CAU－3′ B．5′－UAC－3′C.5′－TAC－3′ D．5′－AUG－3′【解析】若編碼鏈的一段序列為5′－ATG－3′，則mRNA上對應堿基序列為5′－AUG－3′，該序列所對應的反密碼子是5′－CAU－3′。考向2翻譯的過程例2(2023·江蘇卷)翻譯過程如圖所示，其中反密碼子第1位堿基常為次黃嘌呤(I)，與密碼子第3位堿基A、U、C皆可配對。下列相關敘述正確的是(D)A.tRNA分子內(nèi)部不發(fā)生堿基互補配對B.反密碼子為5′－CAU－3′的tRNA可轉(zhuǎn)運多種氨基酸C.mRNA的每個密碼子都能結(jié)合相應的tRNAD.堿基I與密碼子中堿基配對的特點，有利于保持物種遺傳的穩(wěn)定性【解析】tRNA分子中存在局部雙鏈，即存在堿基互補配對，A錯誤；一種tRNA只能轉(zhuǎn)運一種氨基酸，B錯誤；終止密碼子不決定氨基酸，不能結(jié)合相應的tRNA，C錯誤；次黃嘌呤(I)與密碼子第3位堿基A、U、C皆可配對，使得當基因發(fā)生堿基對替換時，可能不會導致翻譯的蛋白質(zhì)發(fā)生改變，有利于保持物種遺傳的穩(wěn)定性，D正確。變式1(2024·南京六校期中)下圖為大腸桿菌的蛋白質(zhì)翻譯延伸示意圖，其中30S和50S表示核糖體兩個亞基蛋白。下列說法錯誤的是(A)A.蛋白質(zhì)翻譯延伸時，攜帶氨基酸的tRNA先進入E位點，后從A位點脫離B.丙氨酸(Ala)的密碼子為5′－GCC－3′C.若I(次黃嘌呤)與A、U、C皆可配對，則有利于提高翻譯的效率D.當核糖體移動到終止密碼子時，30S和50S從mRNA上分離，翻譯終止【解析】由圖可知，mRNA的翻譯方向是從左到右，因此蛋白質(zhì)翻譯延伸時，tRNA會依次進入A位點、P位點、E位點，即攜帶氨基酸的tRNA先進入A位點，后從E位點脫離，A錯誤；mRNA的翻譯是沿5′→3′方向進行的，mRNA的翻譯方向是從左到右，據(jù)圖可知，丙氨酸(Ala)的密碼子應該是5′－GCC－3′，B正確；若I(次黃嘌呤)均可與A、U、C配對，則提高了密碼子的簡并，使得堿基配對的效率更高，有利于提高翻譯的效率，C正確；30S和50S表示核糖體兩個亞基蛋白，當核糖體移動到終止密碼子時，30S和50S從mRNA上分離，翻譯終止，D正確?？枷?基因的表達例3(2023·浙江1月卷)核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所。某細菌進行蛋白質(zhì)合成時，多個核糖體串聯(lián)在一條mRNA上形成念珠狀結(jié)構(gòu)——多聚核糖體(如圖所示)。多聚核糖體上合成同種肽鏈的每個核糖體都從mRNA同一位置開始翻譯，移動至相同的位置結(jié)束翻譯。多聚核糖體所包含的核糖體數(shù)量由mRNA的長度決定。下列敘述正確的是(B)A.圖示翻譯過程中，各核糖體從mRNA的3′端向5′端移動B.該過程中，mRNA上的密碼子與tRNA上的反密碼子互補配對C.圖中5個核糖體同時結(jié)合到mRNA上開始翻譯，同時結(jié)束翻譯D.若將細菌的某基因截短，相應的多聚核糖體上所串聯(lián)的核糖體數(shù)目不會發(fā)生變化【解析】圖示翻譯過程中，各核糖體從mRNA的5′端向3′端移動，A錯誤；該過程中，mRNA上的密碼子與tRNA上的反密碼子互補配對，tRNA通過識別mRNA上的密碼子攜帶相應氨基酸進入核糖體，B正確；圖中5個核糖體結(jié)合到mRNA上開始翻譯，從識別到起始密碼子開始進行翻譯，識別到終止密碼子結(jié)束翻譯，并非同時開始、同時結(jié)束，C錯誤；若將細菌的某基因截短，相應的多聚核糖體上所串聯(lián)的核糖體數(shù)目可能會減少，D錯誤。深度指津原核細胞和真核細胞基因表達的不同圖1表示原核細胞的基因表達。由于沒有核膜的存在，擬核和細胞質(zhì)之間沒有界限，且轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的RNA即可充當翻譯的模板，一般不需要經(jīng)過轉(zhuǎn)錄后加工處理(原核生物基因無內(nèi)含子)，因此原核細胞的轉(zhuǎn)錄和翻譯同時進行。圖1中核糖體的移動方向是從下到上(判斷依據(jù)是肽鏈的長度)；一個mRNA上可結(jié)合多個核糖體形成多聚核糖體，同時合成多條相同的肽鏈(這一特點適用于各種生物)的意義是提高了翻譯的效率。圖2表示真核細胞的核基因表達。由于有核膜的存在，且轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物需要經(jīng)過加工處理(如將內(nèi)含子所對應的部分RNA序列切除)后才能變?yōu)槌墒斓膍RNA用于翻譯，細胞核內(nèi)轉(zhuǎn)錄生成的mRNA通過核孔出來，與細胞質(zhì)中的核糖體結(jié)合，參與翻譯過程，因此真核細胞的轉(zhuǎn)錄和翻譯在時間上不同時進行。(注：真核細胞中也通過形成多聚核糖體來提高翻譯效率。)變式2(2024·貴州卷)如圖是某基因編碼區(qū)部分堿基序列，在體內(nèi)其指導合成肽鏈的氨基酸序列為：甲硫氨酸—組氨酸—脯氨酸—賴氨酸……下列敘述正確的是(C)注：AUG(起始密碼子)：甲硫氨酸CAU、CAC：組氨酸CCU：脯氨酸AAG：賴氨酸UCC：絲氨酸UAA(終止密碼子)A.①鏈是轉(zhuǎn)錄的模板鏈，其左側(cè)是5′端，右側(cè)是3′端B.若在①鏈5～6號堿基間插入一個堿基G，合成的肽鏈變長C.若在①鏈1號堿基前插入一個堿基G，合成的肽鏈不變D.堿基序列不同的mRNA翻譯得到的肽鏈不可能相同【解析】由于起始密碼子是AUG，根據(jù)堿基互補配對，①鏈是轉(zhuǎn)錄的模板鏈，轉(zhuǎn)錄時模板鏈讀取的方向是3′→5′，即左側(cè)是3′端，右側(cè)是5′端，A錯誤；在①鏈5～6號堿基間插入一個堿基G，則mRNA的5～6號堿基間插入一個C，變?yōu)?′－AUGCACUCCUAAG－3′，第4個密碼子為終子密碼子UAA，終止密碼子提前出現(xiàn)，故合成的肽鏈變短，B錯誤；若在①鏈1號堿基前插入一個堿基G，在起始密碼子之前加了一個堿基，不影響起始密碼子和終止密碼子之間的序列，故合成的肽鏈不變，C正確；由于密碼子的簡并性，故堿基序列不同的mRNA翻譯得到的肽鏈也可能相同，D錯誤?？枷?DNA復制、轉(zhuǎn)錄和翻譯的綜合例4(2024·淮安淮陰中學)下列關于DNA復制、基因表達的敘述，正確的是(A)A.在特殊情況下，終止密碼子UGA可以編碼硒代半胱氨酸B.游離的核糖核苷酸在DNA聚合酶的作用下合成子鏈C.雙鏈DNA多起點復制過程中只有一條鏈的復制是不連續(xù)的D.與密碼子5′－AGC－3′配對的反密碼子為5′－UCG－3′【解析】UGA通常為終止密碼子，但在特殊情況下，UGA可以編碼硒代半胱氨酸，A正確；DNA的基本單位是脫氧核苷酸，游離的脫氧核糖核苷酸在DNA聚合酶的作用下合成子鏈，B錯誤；雙鏈DNA多起點復制過程中由于有復制叉的存在，其不連續(xù)復制的子鏈可能不同，即兩條鏈可能都是不連續(xù)復制的，C錯誤；密碼子與反密碼子遵循堿基互補配對原則，與密碼子5′－AGC－3′配對的反密碼子為5′－GCU－3′，D錯誤。大題考向3基因表達的調(diào)控情境剖析基因表達調(diào)控使細胞中基因表達的過程在時間、空間上處于有序狀態(tài)，并對環(huán)境條件的變化作出反應的復雜過程，是生物體內(nèi)細胞分化、形態(tài)發(fā)生和個體發(fā)育的分子基礎?；虮磉_的調(diào)控可在多個層次上進行，包括轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后水平、翻譯水平和翻譯后水平等。轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控：真核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控包括多種形式，例如DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質(zhì)乙酰化與去乙?；?、轉(zhuǎn)錄因子等。原核生物中比較經(jīng)典的調(diào)控機理如乳糖操縱子、色氨酸操縱子。轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控：真核生物基因轉(zhuǎn)錄在細胞核內(nèi)進行，而翻譯則在細胞質(zhì)中進行，因此轉(zhuǎn)錄后調(diào)控是基因表達調(diào)控的另一個重要方面，主要包括RNA可變剪接、RNA甲基化以及多種調(diào)控RNA(miRNA、lncRNA、circRNA)參與的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控等。翻譯水平調(diào)控：如RNA干擾。RNA干擾是有效沉默或抑制目標基因表達的過程，指內(nèi)源性或外源性雙鏈RNA(dsRNA)介導的細胞內(nèi)mRNA發(fā)生特異性降解，從而導致靶基因的表達沉默，產(chǎn)生相應的功能表型缺失的現(xiàn)象。RNA干擾由轉(zhuǎn)運到細胞質(zhì)中的雙鏈RNA激活，沉默機制可導致由小干擾RNA(siRNA)或短發(fā)夾RNA(shRNA)誘導實現(xiàn)靶mRNA的降解，或者通過小RNA(miRNA)誘導特定mRNA翻譯的抑制。典題體驗命題1基因表達調(diào)控的機理例1(2024·泰州興化模擬)大腸桿菌部分基因表達受環(huán)境因素影響，研究者通過麥芽糖操縱子模型(如圖1所示)解釋大腸桿菌對麥芽糖降解相關基因表達的調(diào)節(jié)，請讀圖回答下列問題：圖1圖2圖3(1)圖1中①過程的原料是四種游離的核糖核苷酸，啟動子片段在①過程為RNA聚合酶提供識別和結(jié)合的位點，結(jié)構(gòu)基因在進行①過程時，模板鏈是a鏈，②過程進行的場所是核糖體。(2)操縱基因本身不表達，在操縱基因上結(jié)合激活蛋白時，結(jié)構(gòu)基因才可以表達，激活蛋白在結(jié)合麥芽糖時(填“不結(jié)合麥芽糖時”或“結(jié)合麥芽糖時”)才可以與操縱基因結(jié)合，這種調(diào)節(jié)方式的意義是使大腸桿菌更加適應環(huán)境，同時避免資源的浪費。(3)圖1中的基因全部正常表達，至少需要2段啟動子序列，圖示全部mRNA上至少需要有3個起始密碼子。(4)麥芽糖操縱子模型提出后，實踐中發(fā)現(xiàn)，僅當環(huán)境中葡萄糖缺乏時，大腸桿菌才可能表達麥芽糖降解相關基因，稱為“葡萄糖效應”，研究者在啟動子上游發(fā)現(xiàn)了CAP位點來解釋這一現(xiàn)象。讀圖2分析“葡萄糖效應”出現(xiàn)的原因是葡萄糖缺乏時，cAMP濃度上升，可與CAP蛋白結(jié)合形成cAMP－CAP，后者與CAP位點結(jié)合激活RNA聚合酶開始轉(zhuǎn)錄，從而翻譯出激活蛋白，與麥芽糖操縱基因結(jié)合使之表達。(5)若將大腸桿菌培養(yǎng)在既有葡萄糖又有麥芽糖的培養(yǎng)基中，其生長曲線如圖3所示，結(jié)構(gòu)基因會在圖3中的僅B時段(填“僅A時段”“僅B時段”“A時段和B時段”)表達?！窘馕觥?1)圖1中①過程表示轉(zhuǎn)錄，其產(chǎn)物時RNA，原料是四種游離的核糖核苷酸，啟動子是RNA聚合酶的識別和結(jié)合位點，轉(zhuǎn)錄是方向沿著模板鏈3′→5′進行，根據(jù)圖中RNA聚合酶的移動方向可知，結(jié)構(gòu)基因在進行①過程時，模板鏈是a鏈。②過程表示翻譯，該過程進行的場所是核糖體。(2)當激活蛋白結(jié)合麥芽糖時，才可以與操縱基因結(jié)合，才能表達出結(jié)構(gòu)基因，從而產(chǎn)生相應的酶催化麥芽糖水解，這種調(diào)節(jié)方式可使大腸桿菌更加適應環(huán)境，同時避免資源的浪費。(3)圖1中涉及調(diào)節(jié)基因、操縱基因、結(jié)構(gòu)基因，由圖可知，激活蛋白與操縱基因結(jié)合可使得結(jié)構(gòu)基因表達，所以至少需要2段啟動子序列，即調(diào)節(jié)基因前的啟動子和操縱基因前的啟動子，圖示全部mRNA翻譯出3種蛋白質(zhì)，所以至少需要3個起始密碼子。(4)由圖2可知，葡萄糖缺乏時，cAMP濃度上升，可與CAP蛋白結(jié)合形成cAMP－CAP，后者與CAP位點結(jié)合激活RNA聚合酶開始轉(zhuǎn)錄，從而翻譯出激活蛋白，與麥芽糖操縱基因結(jié)合使之表達。cAMP含量愈高，麥芽糖操縱基因的表達愈旺盛。(5)由(3)(4)可知，當葡萄糖缺乏，激活蛋白結(jié)合麥芽糖時，才可以與操縱基因結(jié)合，從而使結(jié)構(gòu)基因表達催化麥芽糖水解相關的酶，即大腸桿菌會先利用葡萄糖，當葡萄糖缺乏時(圖中B時段)結(jié)構(gòu)基因才會表達。例2(2020·江蘇卷節(jié)選)研究發(fā)現(xiàn)，線粒體內(nèi)的部分代謝產(chǎn)物可參與調(diào)控核內(nèi)基因的表達，進而調(diào)控細胞的功能。下圖為T細胞中發(fā)生上述情況的示意圖，請據(jù)圖回答下列問題：(1)丙酮酸進入線粒體后先經(jīng)氧化脫羧形成乙酰輔酶A，再徹底分解成CO2和[H]。[H]經(jīng)一系列復雜反應與O2結(jié)合，產(chǎn)生水和大量的能量，同時產(chǎn)生自由基。(2)線粒體中產(chǎn)生的乙酰輔酶A可以進入細胞核，使染色質(zhì)中與DNA結(jié)合的蛋白質(zhì)乙酰化，激活干擾素基因的轉(zhuǎn)錄。(3)線粒體內(nèi)產(chǎn)生的自由基穿過線粒體膜到細胞質(zhì)基質(zhì)中，激活NFAT等調(diào)控轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)分子，激活的NFAT可穿過核孔進入細胞核，促進白細胞介素基因的轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄后形成的mRNA分子與核糖體結(jié)合，經(jīng)翻譯過程合成白細胞介素?！窘馕觥烤€粒體內(nèi)進行有氧呼吸的第二、三階段，丙酮酸進入線粒體后先分解成CO2和[H]，[H]再與O2結(jié)合產(chǎn)生水和大量的能量。染色質(zhì)的主要成分是蛋白質(zhì)和DNA。從圖中可以看出，線粒體內(nèi)產(chǎn)生的自由基可以穿過線粒體膜到細胞質(zhì)基質(zhì)中，再激活NFAT等調(diào)控轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)分子，激活的NFAT是大分子蛋白質(zhì)，進入細胞核需穿過核孔。命題2基因表達調(diào)控的應用例3(2022·江蘇卷節(jié)選)科學家研發(fā)了多種RNA藥物用于疾病治療和預防。圖中①～④示意4種RNA藥物的作用機制。請回答下列問題：(1)細胞核內(nèi)RNA轉(zhuǎn)錄合成以DNA的一條鏈為模板，需要RNA聚合酶的催化。前體mRNA需加工為成熟的mRNA，才能轉(zhuǎn)運到細胞質(zhì)中發(fā)揮作用，說明核孔對大分子物質(zhì)的轉(zhuǎn)運具有選擇性。(2)機制①：有些杜興氏肌營養(yǎng)不良癥患者DMD蛋白基因的51外顯子片段中發(fā)生(基因)突變(或：堿基的增添、減少或替換)，提前產(chǎn)生終止密碼子，從而不能合成DMD蛋白。為治療該疾病，將反義RNA藥物導入細胞核，使其與51外顯子轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物結(jié)合形成雙鏈_RNA(雜交RNA片段)，DMD前體mRNA剪接時，異常區(qū)段被剔除，從而合成有功能的小DMD蛋白，減輕癥狀。(3)機制②：有些高膽固醇血癥患者的PCSK9蛋白可促進低密度脂蛋白的內(nèi)吞受體降解，血液中膽固醇含量偏高。轉(zhuǎn)入與PCSK9mRNA特異性結(jié)合的siRNA，導致PCSK9mRNA被剪斷，從而抑制細胞內(nèi)PCSK9蛋白的合成，治療高膽固醇血癥。(4)機制③：mRNA藥物進入患者細胞內(nèi)可表達正常的功能蛋白，替代變異蛋白發(fā)揮治療作用。通常將mRNA藥物包裝成脂質(zhì)體納米顆粒，目的是保護并把mRNA送入細胞內(nèi)(使mRNA通過胞吞進入受體細胞)，使之能夠表達正常的功能蛋白?！窘馕觥?2)基因突變，即堿基的增添、替換或缺失，會引起mRNA上的堿基發(fā)生改變，而可能導致終止密碼子提前出現(xiàn)。圖中可見，反義RNA是單鏈的，可與轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物單鏈mRNA發(fā)生堿基互補配對，雜交形成雙鏈RNA。(3)PCSK9蛋白可促進低密度脂蛋白的內(nèi)吞受體降解，PCSK9mRNA是基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，其被剪斷，則不能作為模板翻譯出PCSK9蛋白，使低密度脂蛋白的內(nèi)吞受體降解減慢，從而使膽固醇含量正常。(4)脂質(zhì)體與細胞膜的基本結(jié)構(gòu)類似，將mRNA藥物包裝成脂質(zhì)體納米顆粒，有利于mRNA藥物進入組織細胞，從而表達出正常的功能蛋白。配套精練第28講基因的表達一、單項選擇題1.(2024·淮安清河中學)下列有關DNA和RNA的敘述，正確的是(D)A．DNA和RNA成分上的區(qū)別在于4種堿基的不同B．DNA都是復制而來的，RNA都是轉(zhuǎn)錄而來的C．AGCTGA既可能是DNA的堿基序列，也可能是RNA的堿基序列D．mRNA的堿基序列取決于DNA的堿基序列，同時又決定蛋白質(zhì)中氨基酸的序列【解析】DNA和RNA成分上的區(qū)別在于堿基T、U和五碳糖的不同，A錯誤；DNA可通過復制和逆轉(zhuǎn)錄形成，RNA可通過DNA轉(zhuǎn)錄和RNA復制形成，B錯誤；AGCTGA含T，只能是DNA的堿基序列，C錯誤。2.(2024·河北卷)下列關于DNA復制和轉(zhuǎn)錄的敘述，正確的是(D)A.DNA復制時，脫氧核苷酸通過氫鍵連接成子鏈B．復制時，解旋酶使DNA雙鏈由5′端向3′端解旋C．復制和轉(zhuǎn)錄時，在能量的驅(qū)動下解旋酶將DNA雙鏈解開D．DNA復制合成的子鏈和轉(zhuǎn)錄合成的RNA延伸方向均為由5′端向3′端【解析】DNA復制時，脫氧核苷酸通過磷酸二酯鍵連接成子鏈，A錯誤；復制時，解旋酶使得DNA雙鏈從復制起點開始，以雙向進行的方式解旋，并不是從5′端到3′端的單向解旋，B錯誤；轉(zhuǎn)錄時不需要解旋酶，RNA聚合酶即可完成解旋，C錯誤。3.(2024·南京六校聯(lián)合調(diào)研)如圖表示細胞內(nèi)的兩種生理過程，下列敘述錯誤的是(A)圖1圖2A．圖2表示翻譯，mRNA上每個密碼子均能結(jié)合相應的tRNAB．圖1所示過程與圖2所示過程中發(fā)生的堿基配對方式不完全相同C．圖1所示過程中酶的移動方向與圖2所示過程中核糖體的移動方向均為從左向右D．圖1表示轉(zhuǎn)錄，該過程發(fā)生時模板與產(chǎn)物間有氫鍵的形成與斷裂【解析】圖2表示翻譯，mRNA上的終止密碼子沒有相應的tRNA結(jié)合，A錯誤。圖1所示過程堿基配對關系是A—U、G—C、T—A、C—G，圖2過程的堿基配對關系是A—U、U—A、G—C、C—G，故不完全相同，B正確。圖1中RNA單鏈左側(cè)脫離，右側(cè)仍結(jié)合，說明從左側(cè)起始轉(zhuǎn)錄；圖2中tRNA從右側(cè)進入，說明核糖體從左向右移動，所以轉(zhuǎn)錄和翻譯都是從左側(cè)開始，C正確。圖1表示轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄過程中mRNA上的堿基與DNA模板鏈的堿基互補配對，有氫鍵形成；轉(zhuǎn)錄結(jié)束，RNA鏈脫離模板，有氫鍵的斷裂，D正確。4.(2024·常州聯(lián)盟調(diào)研)下圖是真核細胞染色體上基因的表達過程示意圖。有關敘述不正確的是(C)A．基因的轉(zhuǎn)錄需要RNA聚合酶的催化B．“拼接”時在核糖和磷酸之間形成化學鍵C．成熟mRNA上具有翻譯的啟動子、終止子D．翻譯過程需要成熟mRNA、tRNA、氨基酸、ATP、核糖體等【解析】RNA聚合酶與基因的特殊序列相結(jié)合，調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的起始，起催化作用，A正確；“拼接”時是由一個RNA片段末端的核糖和另一個RNA片段末端的磷酸之間形成化學鍵，將兩個片段連接起來，B正確；成熟mRNA上具有翻譯的起始密碼子和終止密碼子，啟動子和終止子在DNA上，C錯誤；翻譯過程需要成熟mRNA作為翻譯的模板、tRNA作為轉(zhuǎn)運氨基酸的工具、氨基酸作為翻譯的原料、核糖體作為翻譯的場所，還需要ATP為翻譯提供能量，D正確。5.(2023·山東卷)細胞中的核糖體由大、小2個亞基組成。在真核細胞的核仁中，由核rDNA轉(zhuǎn)錄形成的rRNA與相關蛋白組裝成核糖體亞基。下列說法正確的是(B)A．原核細胞無核仁，不能合成rRNAB．真核細胞的核糖體蛋白在核糖體上合成C．rRNA上3個相鄰的堿基構(gòu)成一個密碼子D．細胞在有絲分裂各時期都進行核DNA的轉(zhuǎn)錄【解析】原核細胞無核仁，有核糖體，核糖體由rRNA和蛋白質(zhì)組成，可見原核細胞能合成rRNA，A錯誤；核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所，真核細胞的核糖體蛋白在核糖體上合成，B正確；mRNA上3個相鄰的堿基構(gòu)成一個密碼子，C錯誤；在有絲分裂的分裂期，細胞中的染色質(zhì)變成染色體，此時核DNA無法解旋，無法轉(zhuǎn)錄，D錯誤。6.(2024·泰州一模)環(huán)狀RNA是一類特殊的RNA，其翻譯過程不同于鏈狀RNA，核糖體與環(huán)狀RNA結(jié)合后，可能會在RNA上移動一圈以上。如圖為一個由220個核苷酸組成的環(huán)狀RNA，核糖體移動方向如箭頭所示[可能用到的密碼子：起始密碼子為AUG(甲硫氨酸)，終止密碼子有UAA、UAG、UGA]。若核糖體從A處開始翻譯過程，相關敘述錯誤的是(D)A．環(huán)狀RNA比鏈狀RNA具有更高的穩(wěn)定性B．該RNA編碼的蛋白質(zhì)所含氨基酸數(shù)可能多于73個C．若B→A間不存在終止密碼子，核糖體再移動至A時不能讀取到“AUG”密碼子D．當核糖體第一次到達B時翻譯過程可能會終止，也可能繼續(xù)向下翻譯【解析】環(huán)狀RNA具有特殊的環(huán)形結(jié)構(gòu)，與鏈狀RNA相比，環(huán)狀RNA具有更高的穩(wěn)定性，A正確；根據(jù)題干信息，核糖體在環(huán)狀RNA上可能進行一圈以上的翻譯，因此翻譯成的蛋白質(zhì)所含的氨基酸數(shù)可能大于73(即220÷3)個，B正確；220不是3的整倍數(shù)，因此當核糖體再次移動至A時，讀取的不會是AUG，C正確；A處(AUG)和B處(UAG)之間的堿基數(shù)量為13個，不是3的倍數(shù)，因此核糖體第一次移動到B時，讀取的是CUA，而不是UAG，因此不會終止翻譯過程，D錯誤。7.(2024·蘇州三模)DNA與由之轉(zhuǎn)錄得到的RNA可以雜交，圖示為某基因與該基因轉(zhuǎn)錄得到的RNA雜交模式圖，其中A、B、C為非互補序列突出形成的環(huán)(R環(huán))。下列有關敘述錯誤的是(C)A．ssDNA很可能是經(jīng)過高溫變性得到的DNA單鏈B．A、B、C片段很可能是基因的內(nèi)含子序列C．RNA的所有堿基都能與DNA堿基配對D．由該RNA得到的cDNA與ssDNA雜交后也會出現(xiàn)R環(huán)【解析】高溫可破壞DNA中的氫鍵，ssDNA很可能是經(jīng)過高溫變性得到的DNA單鏈，A正確；內(nèi)含子為無編碼作用的片段，在成熟mRNA中被切除，A、B、C片段含有非互補序列，很可能是基因的內(nèi)含子序列，B正確；該RNA不一定所有堿基都能與DNA堿基配對，C錯誤；由該RNA得到cDNA過程是按堿基互補配對原則逆轉(zhuǎn)錄得到的，與ssDNA也存在非互補區(qū)，故該cDNA與ssDNA雜交后也會出現(xiàn)R環(huán)，D正確。8.(2024·張家港測試)核糖體由大、小兩個亞基組成，其上有3個供tRNA結(jié)合的位點，其中A位點是新進入的tRNA結(jié)合位點，P位點是肽鏈延伸過程中的tRNA結(jié)合位點，E位點是空載的tRNA釋放位點，如下圖所示。下列敘述錯誤的是(D)A．翻譯過程中，tRNA的移動順序是A位點→P位點→E位點B．核糖體與mRNA的結(jié)合部位通常會形成2個tRNA的結(jié)合位點C．P位點結(jié)合的tRNA上的反密碼子是5′CUG3′D．反密碼子與終止密碼子的堿基互補配對使得肽鏈的延伸終止【解析】根據(jù)題干信息，A位點是新進入的tRNA結(jié)合位點，P位點是延伸中的tRNA結(jié)合位點，E位點是空載tRNA結(jié)合位點，tRNA的移動順序是A位點→P位點→E位點，A正確；核糖體由大、小兩個亞基組成，其上有3個供tRNA結(jié)合的位點，E位點是空載的tRNA釋放位點，故核糖體與mRNA的結(jié)合部位通常會形成2個tRNA的結(jié)合位點，B正確；P位點的密碼子是5′CAG3′，故結(jié)合的tRNA上的反密碼子是5′CUG3′，C正確；由于終止密碼子不決定氨基酸，當核糖體遇到終止密碼子時，翻譯過程會終止，無反密碼子與終止密碼子堿基互補配對，D錯誤。9.(2024·安徽卷)真核生物細胞中主要有3類RNA聚合酶，它們在細胞內(nèi)的定位和轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物見下表。此外，在線粒體和葉綠體中也發(fā)現(xiàn)了相對分子質(zhì)量小的RNA聚合酶。下列敘述錯誤的是(C)種類細胞內(nèi)定位轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA聚合酶Ⅰ核仁5.8SrRNA、18SrRNA、28SrRNARNA聚合酶Ⅱ核質(zhì)mRNARNA聚合酶Ⅲ核質(zhì)tRNA、5SrRNA注：各類rRNA均為核糖體的組成成分。A.線粒體和葉綠體中都有DNA，兩者的基因轉(zhuǎn)錄時使用各自的RNA聚合酶B．基因的DNA發(fā)生甲基化修飾，抑制RNA聚合酶的結(jié)合，可影響基因表達C．RNA聚合酶Ⅰ和Ⅲ的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物都有rRNA，兩種酶識別的啟動子序列相同D．編碼RNA聚合酶Ⅰ的基因在核內(nèi)轉(zhuǎn)錄、細胞質(zhì)中翻譯，產(chǎn)物最終定位在核仁【解析】線粒體和葉綠體中都有DNA，二者均是半自主細胞器，其基因轉(zhuǎn)錄時使用各自的RNA聚合酶，A正確；基因的DNA發(fā)生甲基化修飾，抑制RNA聚合酶的結(jié)合，從而影響基因的轉(zhuǎn)錄，可影響基因表達，B正確；由表可知，RNA聚合酶Ⅰ和Ⅲ的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物都有rRNA，但種類不同，說明兩種酶識別的啟動子序列不同，C錯誤；RNA聚合酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，編碼RNA聚合酶Ⅰ的基因?qū)儆诤嘶颍诤藘?nèi)轉(zhuǎn)錄、細胞質(zhì)(核糖體)中翻譯，產(chǎn)物最終定位在核仁發(fā)揮作用，D正確。10.(2024·徐州期中)人體肝臟和小腸細胞中合成載脂蛋白的方式如圖所示，下列敘述正確的是(C)A．mRNA與核糖體的結(jié)合依靠密碼子與反密碼子的相互配對B．翻譯過程中核糖體沿著mRNA移動，遇到終止密碼子時翻譯自行停止C．圖示編輯具有組織或細胞特異性，表明同一基因可指導合成不同的蛋白質(zhì)D．小腸中合成小蛋白的根本原因是基因突變導致終止密碼子(UAA)提前出現(xiàn)【解析】mRNA與tRNA的結(jié)合依靠密碼子與反密碼子的相互配對，A錯誤；翻譯過程中核糖體沿著mRNA移動，直至核糖體讀取到mRNA上終止密碼子時釋放因子進入該位置，多肽鏈合成停止并被釋放，B錯誤；據(jù)圖可知，同一基因可以指導合成不同的蛋白質(zhì)，C正確；小腸細胞中控制合成蛋白質(zhì)的氨基酸數(shù)減少是由于mRNA編輯后終止密碼子UAA提前出現(xiàn)，而不是因為基因突變，D錯誤。二、多項選擇題11.(2024·如皋二模)空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)可測定特定細胞在某一功能狀態(tài)下轉(zhuǎn)錄出來的所有mRNA。該技術(shù)設計了一種標簽TIVA－tag(包括一段尿嘧啶序列和蛋白質(zhì))，該標簽進入活細胞后與mRNA的腺嘌呤序列尾(真核細胞mRNA均具有)結(jié)合得到產(chǎn)物TIVA－tag－mRNA，回收并純化該產(chǎn)物之后，將mRNA洗脫下來用于轉(zhuǎn)錄組分析。下列敘述錯誤的是(ACD)A．TIVA－tag與染色體、ATP含有的五碳糖相同B．推測TIVA－tag與mRNA結(jié)合的場所在細胞質(zhì)基質(zhì)C．上述過程涉及氫鍵和磷酸二酯鍵的形成和斷裂D．同一生物的不同活細胞利用該技術(shù)獲得的TIVA－tag－mRNA種類相同【解析】染色體含有脫氧核糖，ATP含有核糖，TIVA－tag含有尿嘧啶序列，說明含有核糖，它們的五碳糖不完全相同，A錯誤；TIVA－tag與mRNA的腺嘌呤序列尾結(jié)合形成的是氫鍵，洗脫斷裂的也是氫鍵，不涉及磷酸二酯鍵的形成和斷裂，C錯誤；同一生物的不同活細胞基因選擇性表達的情況不同，產(chǎn)生的mRNA不完全相同，利用該技術(shù)獲得的TIVA－tag－mRNA種類不相同，D錯誤。12.(2024·南京二模)研究發(fā)現(xiàn)，RNA聚合酶(RNAP)沿模板DNA轉(zhuǎn)錄過程中，會感知DNA損傷，繼而啟動修復，相關機制如圖所示。下列敘述正確的有(AD)A.RNAP－S修復對基因組的完整性和穩(wěn)定性具有重要作用B．RNA聚合酶沿著DNA的模板鏈從5′端移動到3′端合成RNA分子C．推測DNA雙鏈產(chǎn)生損傷時，轉(zhuǎn)錄模板鏈的修復程度要低于編碼鏈D．A－規(guī)則修復方式將導致轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA中相對損傷的位點突變【解析】RNAP－S修復DNA損傷，能夠避免突變的積累，并保持基因組的完整性和穩(wěn)定性，A正確；由于核酸鏈的合成都是從5′→3′端，RNA聚合酶應是沿著DNA的模板鏈從3′端移動到5′端合成RNA分子，B錯誤；當轉(zhuǎn)錄中的DNA雙鏈產(chǎn)生誘變損傷時，轉(zhuǎn)錄模板鏈的修復程度要高于編碼鏈，C錯誤；A－規(guī)則修復方式是RNAP緩慢經(jīng)過損傷位點，并發(fā)生不依賴于模板的AMP優(yōu)先的堿基錯誤摻入，導致轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA中相對損傷的位點突變，D正確。13.(2024·蘇錫常鎮(zhèn)二調(diào))如圖，在大腸桿菌基因轉(zhuǎn)錄起始后，ρ因子結(jié)合到c鏈上