第4章　
基因的表达
考点一　遗传信息的转录和翻译
【核心知识通关】
1.RNA的结构与分类：
(1)RNA与DNA的区别：
T(胸腺嘧啶)
核糖
单链
(2)基本单位：___________。
(3)种类及功能。
蛋白质
识别并转运氨基酸
核糖体
核糖核苷酸
2.遗传信息的转录和翻译：
(1)图中①②过程的比较：
转录
翻译
细胞核
核糖体
DNA的一条链
mRNA
核糖核苷酸
20种氨基酸
RNA
多肽链
(2)图中③④的比较：
mRNA
tRNA
氨基酸
密码子
DNA模板链
mRNA中密码子
【特别提醒】
(1)DNA与RNA的结构比较：DNA一般为双链，RNA一般为单链，但RNA在部分区段可能出现双链结构，碱基之间以氢键相连接。
(2)tRNA的结构：含有几十个至上百个核糖核苷酸(碱基)，不是仅由3个核糖核苷酸(碱基)构成。
(3)tRNA和氨基酸之间的对应关系：一种tRNA只能转运一种氨基酸，但一种氨基酸可以由多种tRNA转运。
(4)密码子和氨基酸之间的对应关系。
①密码子共有64种，但其中有3种终止密码，不编码任何氨基酸，编码氨基酸的密码子共有61种。
②一种密码子只决定一种氨基酸，但一种氨基酸可能对应多种密码子。
(5)转录产物：并不只有mRNA，还有tRNA和rRNA，但只有mRNA携带遗传信息。
【深化探究】
下图为蛋白质的合成图示，请据图思考：
(1)图中显示1个mRNA上结合多个核糖体，这种数量关
系的意义是_____________________________________
_____。
(2)图中所示核糖体移动方向是_________，判断依据
是多肽链的长短，越接近终止密码子处，肽链_____。
(3)图中显示__条肽链正在合成，这些肽链的氨基酸序
列_____(填“相同”或“不同”)。
少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋
白质
从左向右
越长
4
相同
(4)图中合成的仅是多肽链，要形成蛋白质需要运至
_________________等结构中进一步加工。
内质网和高尔基体
【典题技法归纳】
(2014·江苏高考)关于基因控制蛋白质合成的过程，下列叙述正确的是(　　)
A.一个含n个碱基的DNA分子，转录的mRNA分子的碱基数是n/2个
B.细菌的一个基因转录时两条DNA链可同时作为模板，提高转录效率
C.DNA聚合酶和RNA聚合酶的结合位点分别在DNA和RNA上
D.在细胞周期中，mRNA的种类和含量均不断发生变化
【解题指南】(1)隐含信息：DNA分子由具有遗传效应的基因和无遗传效应的片段组成。
(2)关键知识：转录的概念和转录的特点。
【解析】选D。本题考查DNA复制、基因转录的相关知识。不具有遗传效应的DNA片段不发生转录，不会形成mRNA，所以mRNA分子的碱基数小于n/2个，故A错误；转录是指以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成RNA的过程，故B错误；RNA聚合酶的结合位点也在DNA上，故C错误；在细胞周期中，由于基因的选择性表达，mRNA的种类和含量均不断发生变化，故D正确。
【母题变式】
(1)B项中，该基因控制蛋白质合成时，需要的氨基酸
种类数最多为___种。
(2)D项，细胞周期中碱基T和U首先被大量消耗的是__。
原因是________________________________________。
20
U
细胞分裂间期首先需要通过转录形成三种RNA
【方法规律】转录和翻译过程中相关数量计算方法
(1)理顺相关数量关系：DNA碱基数∶mRNA碱基数∶氨基酸数=6∶3∶1。
(2)关注计算中“最多”和“最少”问题：
①mRNA上碱基数目与蛋白质中氨基酸的数目关系：翻译时，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，因此准确地说，mRNA上的碱基数目是蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。
②DNA上的碱基数目与蛋白质中氨基酸的数目关系：基因或DNA上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。
③不能忽略“最多”或“最少”等字：如mRNA上有n个碱基，转录产生它的基因中至少有2n个碱基，该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。
【高考模拟精练】
1.(2015·全国卷Ⅰ)人或动物PrP基因编码一种蛋白(PrPc)，该蛋白无致病性。PrPc的空间结构改变后成为PrPsc(朊粒)，就具有了致病性。PrPsc可以诱导更多PrPc转变为PrPsc，实现朊粒的增殖可以引起疯牛病。据此判断下列叙述正确的是(　　)
A.朊粒侵入机体后可整合到宿主的基因组中
B.朊粒的增殖方式与肺炎双球菌的增殖方式相同
C.蛋白质空间结构的改变可以使其功能发生变化
D.PrPc转变为PrPsc的过程属于遗传信息的翻译过程
【解题指南】(1)题干关键词：PrPc无致病性、PrPsc有致病性。
(2)关键知识：蛋白质的结构和功能及基因控制蛋白质的合成。
【解析】选C。A项，基因是有遗传效应的DNA片段，而
朊粒为蛋白质，不能整合到宿主细胞的基因组中，故
错误；B项，朊粒通过诱导正常的蛋白质转变为PrPsc
(朊粒)而实现朊粒的增殖，而肺炎双球菌的增殖方式
是二分裂，故错误；C项，“PrPc的空间结构改变后成
为PrPsc(朊粒)，就具有了致病性”，说明蛋白质的空
间结构改变导致其功能发生了变化，故正确；D项，
PrPc转变为PrPsc的过程是在某些因素的作用下导致的蛋白质空间结构的变化，遗传信息存在于基因上，它通过转录和翻译两个过程才能形成相应的蛋白质，故错误。
2.(2015·江苏高考)下图是起始甲硫氨酸和相邻氨基酸形成肽键的示意图，下列叙述正确的是(　　)
A.图中结构含有核糖体RNA
B.甲硫氨酸处于图中ⓐ的位置
C.密码子位于tRNA的环状结构上
D.mRNA上碱基改变即可改变肽链中氨基酸的种类
【解析】选A。本题主要考查翻译过程。图中结构包括
核糖体、mRNA、tRNA，核糖体由RNA和蛋白质构成，故
A项正确。ⓐ是起始甲硫氨酸后相邻位置的氨基酸，故
B项错误。tRNA的环状结构上有反密码子，密码子位于
mRNA上，故C项错误。由于密码子的简并性，mRNA上碱
基改变，肽链中氨基酸的种类不一定改变，故D项错误。
3.(2013·全国卷Ⅰ)关于蛋白质生物合成的叙述，正确的是(　　)
A.一种tRNA可以携带多种氨基酸
B.DNA聚合酶是在细胞核内合成的
C.反密码子是位于mRNA上相邻的3个碱基
D.线粒体中的DNA能控制某些蛋白质的合成
【解题指南】解题时应注意以下两点：
(1)密码子具有简并性，一种氨基酸可由多种tRNA携带，但一种tRNA只能携带一种氨基酸。
(2)细胞核、细胞质中的DNA都可以控制蛋白质的合成，从而控制生物的性状。
【解析】选D。本题以蛋白质的生物合成为命题线索，综合考查转录、翻译和细胞质遗传等知识。一种tRNA只能携带一种氨基酸，A项错误；DNA聚合酶是蛋白质，在细胞质中的核糖体上合成，B项错误；反密码子位于tRNA上，C项错误；线粒体是半自主性细胞器，能控制某些蛋白质的合成，D项正确。
【加固训练】
1.下列关于DNA和RNA特点的比较，正确的是(　　)
A.在细胞内存在的主要部位相同
B.构成的五碳糖不同
C.核苷酸之间的连接方式不同
D.构成的碱基相同
【解析】选B。DNA主要存在于细胞核中，RNA主要存在于细胞质中；二者核苷酸之间的连接方式相同，都是靠磷酸二酯键连接；构成DNA和RNA的碱基不完全相同。
2.甲、乙图是真核细胞内两种物质的合成过程，下列叙述正确的是(　　)
A.甲、乙所示过程通过半保留方式进行，合成的产物是双链核酸分子
B.甲所示过程在细胞核内进行，乙所示过程在细胞质基质中进行
C.DNA分子解旋时，甲所示过程不需要解旋酶，乙所示过程需要解旋酶
D.一个细胞周期中，甲所示过程在每个起点只起始一次，乙可起始多次
【解析】选D。甲过程表示多起点的DNA半保留复制，合成的产物是双链DNA分子，该过程主要发生在细胞核内，在一个细胞周期中，DNA只复制一次；乙过程为转录，合成的产物为单链RNA分子，该过程主要发生在细胞核内，在一个细胞周期中，乙可进行多次；DNA复制和转录均需解旋，甲过程利用解旋酶，乙过程利用RNA聚合酶解旋。
3.(2013·江苏高考)图①～③分别表示人体细胞中发生的3种生物大分子的合成过程。请回答下列问题：
(1)细胞中过程②发生的主要场所是__________。
(2)已知过程②的α链中鸟嘌呤与尿嘧啶之和占碱基总数的54%，α链及其模板链对应区段的碱基中鸟嘌呤分别占29%、19%，则与α链对应的DNA区段中腺嘌呤所占的碱基比例为____________。
(3)由于基因中一个碱基对发生替换，而导致过程③合成的肽链中第8位氨基酸由异亮氨酸(密码子有AUU、AUC、AUA)变成苏氨酸(密码子有ACU、ACC、ACA、ACG)，则该基因的这个碱基对替换情况是_________。
(4)在人体内成熟红细胞、浆细胞、记忆细胞、效应T细胞中，能发生过程②③而不能发生过程①的细胞是____________。
(5)人体不同组织细胞的相同DNA进行过程②时启用的起始点____________(填“都相同”“都不同”或“不完全相同”)，其原因是_________________________
_____________________________________________。
【解题指南】解答本题，需要注意以下两点：
(1)明确DNA复制以两条链为模板，转录以一条链为模板。
(2)明确发生碱基对替换时，最可能是一个碱基对替换，两个碱基对同时替换的几率较小。
【解析】本题考查DNA分子结构、基因的表达。
(1)过程①以DNA两条链为模板，是DNA复制过程，过程②以DNA一条链为模板，是转录过程。
(2)如图：

　
据图分析，与α链对应的DNA区段中腺嘌呤(A)所占的碱基比例为(27%+25%)/2=26%。
(3)密码子最可能的变化是一个碱基发生改变：AUU→ACU、AUC→ACC、AUA→ACA，对应的DNA碱基对的变化为T//A替换为C//G或A//T替换为G//C。
(4)没有分裂能力的细胞不进行DNA复制，成熟红细胞、浆细胞、效应T细胞三者都不能进行DNA复制。人体内成熟红细胞中没有细胞核，不能进行转录和翻译过程，而浆细胞和效应T细胞能进行转录和翻译过程。
(5)②是转录过程，不同细胞基因选择性表达，转录的基因不完全相同。
答案：(1)细胞核　(2)26%
(3)T//A替换为C//G(A//T替换为G//C)
(4)浆细胞和效应T细胞　(5)不完全相同　不同组织细胞中基因进行选择性表达
【方法技巧】转录过程碱基计算技巧
(1)依据：转录时，以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，产生一条单链mRNA。
(2)关系：mRNA分子中碱基数目是对应DNA分子中碱基数目的一半，而且模板链中A+T(或C+G)与mRNA分子中U+A(或G+C)相等。
考点二　中心法则及基因与性状的关系　　　
【核心知识通关】
1.中心法则图解与解读：
(1)中心法则图解：
(2)各种生物遗传信息传递。
①能分裂的细胞和噬菌体等DNA病毒：

_________________________。
②烟草花叶病毒等大部分RNA病毒：

__________________。
③HIV等逆转录病毒：

__________________________________。
④高度分化的细胞：

______________________。
2.基因控制生物性状的途径：
(1)直接途径。
蛋白质结构
(2)间接途径。
酶的合成
细胞代谢
【特别提醒】
基因与性状的关系
(1)一般而言，一个基因决定一种性状。
(2)生物体的一种性状有时受多个基因的影响，如玉米叶绿素的形成至少与50多个不同基因有关。
(3)有些基因可影响多种性状，如
基因1可影响B和C性状。
(4)生物的性状是基因和环境共同作用的结果。基因型相同，表现型可能不同；基因型不同，表现型可能相同。
【高考模拟精练】
1.(2015·全国卷Ⅱ)端粒酶由RNA和蛋白质组成，该酶能结合到端粒上，以自身的RNA为模板合成端粒DNA的一条链。下列叙述正确的是(　　)
A.大肠杆菌拟核的DNA中含有端粒
B.端粒酶中的蛋白质为RNA聚合酶
C.正常人细胞的每条染色体两端都含有端粒DNA
D.正常体细胞的端粒DNA随细胞分裂次数增加而变长
【解题指南】(1)题干关键信息：“以自身的RNA为模板”“合成端粒DNA的一条链”。
(2)关键知识：端粒酶与RNA聚合酶的成分区别；端粒DNA与细胞分裂的关系。
【解析】选C。本题考查染色体的结构及端粒酶的作用。每条染色体的两端都有一段特殊序列的DNA，称为端粒，故A错误，C正确。在细胞中端粒酶是负责端粒的延长的一种酶，是基本的核蛋白逆转录酶，可将端粒DNA加至真核细胞染色体末端，故B错误。端粒DNA序列在每次细胞分裂后会缩短一截，随着细胞分裂次数的增加，截短的部分会逐渐向内延伸，故D错误。
2.(2015·重庆高考)结合下图分析，下列叙述错误的是(　　)
A.生物的遗传信息储存在DNA或RNA的核苷酸序列中
B.核苷酸序列不同的基因可表达出相同的蛋白质
C.遗传信息传递到蛋白质是表现型实现的基础
D.编码蛋白质的基因含遗传信息相同的两条单链
【解题指南】(1)图示信息：DNA可复制及转录、翻译产生蛋白质，RNA可复制及逆转录产生DNA。
(2)关键知识：遗传信息的概念、密码子的简并性和蛋白质的功能。
【解析】选D。本题考查遗传的物质基础和遗传信息的
表达。A项，生物的遗传物质是DNA或RNA，即遗传信息
储存在DNA或RNA的核苷酸序列中，故该叙述正确。B
项，因为密码子的简并性，转录形成的mRNA碱基序列
不同，最终翻译出的蛋白质可能相同，故该叙述正确。
C项，蛋白质是生命活动的主要承担者，即生物的表现
型是通过蛋白质体现的，故该叙述正确。D项，遗传信
息是由碱基序列决定的，DNA上基因两条链的碱基互补配对，含遗传信息不同，故该叙述错误。
【知识总结】不同生物遗传信息传递的途径
(1)动植物只有DNA复制、转录、翻译三条途径，但具体到不同细胞情况不尽相同，如根尖分生区细胞等分裂旺盛的组织细胞中三条途径都有；叶肉细胞等高度分化的细胞无DNA复制途径，只有转录和翻译两条途径；哺乳动物成熟的红细胞无信息传递。
(2)DNA病毒只有DNA复制、转录、翻译三条途径，但这三个过程发生在宿主细胞内。
(3)RNA复制和逆转录只发生在RNA病毒侵染宿主细胞过程中，是后来发现的，是对中心法则的补充和完善。
3.(2015·安徽高考)Qβ噬菌体的遗传物质(QβRNA)是一条单链RNA，当噬菌体侵染大肠杆菌后，QβRNA立即作为模板翻译出成熟蛋白、外壳蛋白和RNA复制酶(如图所示)，然后利用该复制酶复制QβRNA。下列叙述正确的是(　　)
A.QβRNA的复制需经历一个逆转录过程
B.QβRNA的复制需经历形成双链RNA的过程
C.一条QβRNA模板只能翻译出一条肽链
D.QβRNA复制后，复制酶基因才能进行表达
【解题指南】(1)题干关键信息：“一条单链RNA”
“QβRNA立即作为模板翻译出成熟蛋白”“然后利用
该复制酶复制QβRNA”。
(2)图示信息：噬菌体的遗传物质QβRNA作为模板的翻
译过程。
【解析】选B。本题主要考查中心法则的有关知识。
QβRNA复制的产物为RNA，而逆转录的产物为DNA，故A
项错误。QβRNA的复制要遵循碱基互补配对原则，以
QβRNA为模板，产物RNA与模板之间会形成双链RNA，
故B项正确。题图中一条QβRNA作为模板翻译出了成熟
蛋白、外壳蛋白和RNA复制酶等三种蛋白质，每个蛋白
质至少是由一条肽链形成的，故C项错误。由题干信息
“当噬菌体侵染大肠杆菌后”“QβRNA立即作为模板翻译出……RNA复制酶，然后……复制QβRNA”可知，复制酶基因表达在先，QβRNA复制在后，故D项错误。
【方法技巧】“三看法”判断中心法则的过程
(1)一看模板。
①如果模板是DNA，生理过程可能是DNA复制或转录。
②如果模板是RNA，生理过程可能是RNA复制或逆转录或翻译。
(2)二看原料。
①如果原料为脱氧核苷酸，产物一定是DNA，生理过程可能是DNA复制或逆转录。
②如果原料为核糖核苷酸，产物一定是RNA，生理过程可能是转录或RNA复制。
③如果原料为氨基酸，产物一定是蛋白质(或多肽)，生理过程是翻译。
(3)三看产物。
①如果产物为DNA，生理过程可能是DNA复制或逆转录。
②如果产物为RNA，生理过程可能是RNA复制或转录。
③如果产物是蛋白质(或多肽)，生理过程是翻译。
4.(2016·洛阳模拟)下列有关人体细胞中基因与性状关系的叙述，错误的是(　　)
A.基因分布于细胞核、线粒体中，只有核中的基因能决定性状
B.环境也能影响性状表现，性状是基因与环境共同作用的结果
C.有些性状是由多个基因共同决定的，有的基因可决定和影响多种性状
D.一条染色体上分布有许多基因，可决定和影响人体的多种性状表现
【解析】选A。基因分布于人体的细胞核、线粒体中，核基因和线粒体基因均能控制生物性状，A错误。性状是由环境和基因共同决定的，B正确。性状可由一个或多个基因共同决定，有些基因可决定和影响多种性状，C正确。一条染色体上含一个或两个DNA，一个DNA上含有多种基因，可决定和影响人体多种性状，D正确。
【加固训练】
1.青霉素、环丙沙星、红霉素、利福平对细菌的作用
部位或作用原理分别对应图乙中的⑥⑧⑨⑦，图甲为
遗传信息的传递和表达过程。下列叙述正确的是(　　)
A.环丙沙星和红霉素都能抑制②③过程
B.青霉素和利福平都能抑制细菌的①过程
C.结核杆菌的④⑤过程都发生在细胞质中
D.①～③过程可发生在人体的健康细胞中
【解析】选D。由图乙知，环丙沙星可抑制⑧DNA的复制，对应图甲中①。青霉素抑制细菌细胞壁的形成；红霉素阻止翻译的进行，对应③；利福平抑制转录的进行，对应②。结核杆菌与人均为细胞生物，不会发生④⑤过程。
2.如图为有关遗传信息传递和表达的模拟实验，下列相关叙述合理的是(　　)
A.若X是mRNA，Y是多肽，则试管内必须加入氨基酸
B.若X是DNA，Y含有U，则试管内必须加入逆转录酶
C.若X是tRNA，Y是多肽，则试管内必须加入脱氧核苷酸
D.若X是HIV的RNA，Y是DNA，则试管内必须加入DNA酶
【解析】选A。若X是mRNA，Y是多肽，则试管内发生的是翻译过程，因此试管内必须加入氨基酸；若X是DNA，Y含有U，即Y为RNA，则试管内发生的是转录过程，不需要加入逆转录酶，需要加入RNA聚合酶等；若X是tRNA，Y是多肽，则试管内发生的是翻译过程，不需要加入脱氧核苷酸；若X是HIV的RNA，Y是DNA，则试管内发生的是逆转录过程，需要加入逆转录酶，而不是DNA酶。
阅卷案例10 基因的本质和表达
【找错·纠错】
——请找出题目中的错误答案并纠正
错答1：序号______
正答：_______
错答2：序号______
正答：_________________________________________
________________________________________________
①
1/6
③
显性基因表达，隐性基因不转录，或隐性基
因不翻译，或隐性基因编码的蛋白质无活性或活性低
错答3：序号______
正答：_______
错答4：序号______
正答：__________________________
错答5：序号______
正答：________________
④
SⅢ
⑤
碱基对排列顺序的多样性
⑥
碱基互补配对
【全国卷题型特训】简答式
(1)研究发现r基因的碱基序列比R基因多了800个碱基
对，但r基因编码的蛋白质(无酶活性)比R基因编码的
淀粉支酶少了末端61个氨基酸，推测r基因转录的mRNA
提前出现_________________，判断的依据是________
______________________________________________
___________________________。
终止密码(子)
r基因
编码的蛋白质比R基因编码的淀粉支酶少了末端61个
氨基酸，说明翻译提前终止
(2)格里菲思用于转化实验的肺炎双球菌中，S型菌有
SⅠ、SⅡ、SⅢ等多种类型，R型菌是由SⅡ型突变产生。
利用加热杀死的SⅢ与R型菌混合培养，出现了S型菌，
若S型菌出现是由于R型菌突变产生，则出现的S型菌为
_____________，判断的依据是___________________
____________________________。
多种类型
基因突变具有不定
向性，会产生多种类型的S型菌
【满分答题规则】
【解析】(1)在孟德尔豌豆杂交实验中纯合的黄色圆粒
(YYRR)与绿色皱粒(yyrr)豌豆杂交，则其F2中的黄色
皱粒的基因型为1/3YYrr和2/3Yyrr，则它们自交，其
子代中表现型为绿色皱粒豌豆的概率为2/3×1/4yy×
1rr=1/6yyrr。虽然r基因的碱基序列比R基因多800个
碱基对，但r基因编码的蛋白质(无酶活性)比R基因编
码的淀粉支酶少了末端61个氨基酸，由此可以推测r基
因转录的mRNA提前出现了终止密码(子)。从基因表达的角度，隐性性状不体现的原因可以是显性基因表达，而隐性基因不转录，或隐性基因不翻译，或隐性基因编码的蛋白质无活性或活性低。
(2)由于基因突变是不定向的，若是基因突变造成的，则加热杀死的SⅢ与R型菌混合培养，出现的S型菌应是各种类型的。若不是基因突变造成的，则加热杀死的SⅢ与R型菌混合培养，出现的S型菌应全为SⅢ型。所以该实验中出现的S型菌全为SⅢ，就说明不是突变产生的，从而否定了前面的说法。
(3)DNA双螺旋结构模型用碱基对排列顺序的多样性解释DNA分子的多样性。DNA遗传信息稳定传递的原因有两个方面，一方面是DNA分子规则的双螺旋结构提供了精确的模板，另一方面，碱基互补配对的高度精确性保证了DNA遗传信息的稳定传递。