2019-2020学年高中生物 第3章 遗传信息的复制与表达 第2节 遗传信息的表达 第2课时 基因表达的调控与中心法则学案 北师大版必修2

第2课时基因表达的调控与中心法则1概述原核生物与真核生物基因表达的调控。(难点)2阐述中心法则。(重点)一、基因表达的调控1原核生物基因表达的调控(1)原核生物基因表达的调控主要发生在转录过程中。(2)调节乳糖分解代谢的根本原因是大肠杆菌染色体上存在乳糖操纵子，它是由一个操纵基因、三个结构基因、启动子和调节基因组成的。2真核生物基因表达的调控(1)真核生物的受精卵含有发育成一个成熟个体的全部遗传信息。(2)在调节因素的作用下，随生物体的生长发育，遗传信息有序地表达。二、中心法则1中心法则的提出(1)提出者：克里克。(2)内容遗传信息可以从DNA流向DNA，完成DNA的自我复制。遗传信息也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译。2中心法则的发展(1)RNA自我复制：遗传信息从RNA流向RNA。(2)RNA逆转录：遗传信息在逆转录酶作用下由RNA流向DNA。3图解 判一判(1)中心法则表示的是遗传信息的流动过程。()分析：中心法则包含多个不同过程，但表示的都是遗传信息的流动过程。(2)遗传信息只能从DNA流向RNA，进而流向蛋白质。()分析：在克里克提出的中心法则中，遗传信息只能从DNA流向RNA，进而流向蛋白质。随着科学的发展，中心法则不断得到完善，遗传信息流动的过程更多，例如RNA的自我复制、逆转录等。 想一想(1)高等动物基因表达数量最多的时期是发育的什么时期？提示：胚胎期。(2)在正常人的体细胞中不能进行的遗传信息的流动过程有哪些？提示：逆转录、RNA的复制。基因表达的调控1原核细胞与真核细胞基因结构的比较原核细胞基因结构真核细胞基因结构非编码区位置均位于编码区的上游和下游功能有调控遗传信息表达的核苷酸序列编码区结构连续的，不存在内含子与外显子间隔的、不连续的，有内含子与外显子功能编码蛋白质外显子编码蛋白质转录产物成熟的mRNA初级转录产物，需切割掉内含子的转录部分才成为成熟的mRNA2大肠杆菌对乳糖分解代谢的调节(1)当培养基中没有乳糖时，调节基因的产物调节蛋白会与操纵基因结合，从而阻碍RNA聚合酶与启动子的结合，使三个结构基因无法转录，也就不能合成分解乳糖的半乳糖苷酶。(2)当培养基只有乳糖存在时，乳糖可以与调节基因的产物调节蛋白结合，使调节蛋白不能与操纵基因结合，从而使RNA聚合酶顺利与启动子结合，促使三个结构基因的转录，促进了半乳糖苷酶的合成，使乳糖被分解为葡萄糖和半乳糖，供大肠杆菌生长的需要。3真核生物基因表达的特点(1)真核生物基因的表达一般在胚胎时期基因表达的数量最多，但在以后的生长发育过程中，有些基因表达增强，有些基因表达减弱或被抑制。(2)当环境条件发生变化时，生物体在调节因素作用下，调整自身的基因表达，产生相应功能的蛋白质，通过改变生物体自身的代谢以适应环境。1以下关于基因结构中“与RNA聚合酶结合位点”的说法，错误的是()A“与RNA聚合酶结合位点”即是起始密码B“与RNA聚合酶结合位点”是转录RNA时与RNA聚合酶的一个结合点C“与RNA聚合酶结合位点”能够使酶准确地识别转录的起始点并开始转录D“与RNA聚合酶结合位点”在转录mRNA时，起调控作用解析：选A。起始密码属于密码子，位于mRNA上，故A项是错误的。2下列有关原核细胞基因的叙述，正确的是()A主要位于染色体上B基因的非编码区位于编码区的上游C上游有与RNA聚合酶结合的位点D上游有与RNA聚合酶结合的起始密码解析：选C。原核细胞中无染色体，DNA是裸露的，所以原核细胞的基因位于核区的大型环状DNA以及质粒上；编码区的上游和下游都有非编码区，上游的非编码区上有与RNA聚合酶结合的位点，它是mRNA开始转录的起始点，而起始密码位于信使RNA上，是翻译的起点。中心法则1内容图解(1)以DNA为遗传物质的生物的遗传信息传递(2)以RNA为遗传物质的生物的遗传信息传递2几个过程的比较模板原料原则产物实例DNA复制DNA两条链含A、T、G、C的四种脱氧核苷酸TAATGCCGDNA绝大多数生物DNA转录DNA一条链含A、U、G、C的四种核糖核苷酸AUTAGCCGRNA绝大多数生物RNA复制RNA含A、U、G、C的四种核糖核苷酸UAAUGCCGRNA以RNA为遗传物质的生物，如烟草花叶病毒等RNA逆转录RNA含A、T、G、C的四种脱氧核苷酸ATUAGCCGDNA某些致癌病毒、艾滋病病毒、SARS病毒等翻译信使RNA20种氨基酸UAAUGCCG多肽所有生物(1)在细胞结构的生物中只能进行DNA的复制、转录和翻译过程，在RNA病毒中可以进行RNA的复制和逆转录。(2)RNA逆转录需要逆转录酶，在基因工程中常用到逆转录酶。1如图所示，甲、乙、丙三图代表着生物的三种遗传和表达方式，据此分析错误的是()A需要tRNA和核糖体同时参与的过程有2、5、9B上述三种方式的遗传信息流动可总结为：C原核生物遗传信息的传递方式用甲表示D可与模板链上的碱基A发生AT配对的过程是3、7解析：选B。甲图中1、2分别是转录和翻译过程，3是DNA的复制；乙图中4和6是RNA复制，5为翻译过程；丙图中7为逆转录产生DNA的过程，8和9分别是转录和翻译过程。结合选项分析，2、5、9都是翻译过程，需tRNA转运氨基酸，场所是核糖体，A项正确；图中过程包括DNA复制、RNA复制、转录、翻译以及RNA逆转录过程，B项错误；原核生物以DNA为遗传物质，进行DNA复制、转录和翻译过程，C项正确；3和7过程分别为DNA复制和逆转录，发生AT的配对，其余过程发生的是AU配对，不存在AT配对，D项正确。2如图表示某种生理过程，下列与此图相关的叙述中不正确的是()A图中的“能量”直接来源于ATP水解B若X、Y均表示DNA，则图中的酶为DNA聚合酶和解旋酶C若X是RNA，则Y只能是蛋白质，图中“原料”为氨基酸D若X是DNA，Y是RNA，则此过程要以X为模板，酶是RNA聚合酶解析：选C。ATP是生命活动的直接能源物质，图中的“能量”直接来源于ATP水解，A正确；若X、Y均表示DNA，该过程为DNA的复制过程，则图中的酶为DNA聚合酶和解旋酶，B正确；若X是RNA，则Y是蛋白质、RNA或DNA，该过程为翻译、RNA的复制或逆转录过程，C错误；若X是DNA，Y是RNA，则此过程是转录过程，要以DNA为模板，酶是RNA聚合酶，D正确。分析中心法则问题的技巧(1)从模板分析如果模板是DNA，生理过程可能是DNA复制或DNA转录；如果模板是RNA，生理过程可能是翻译或RNA复制或RNA逆转录。(2)从原料分析如果原料为脱氧核苷酸，产物一定是DNA；如果原料为核糖核苷酸，产物一定是RNA；如果原料为氨基酸，产物一定是蛋白质。(3)从生物种类分析如果是细胞生物，能进行DNA复制、转录和翻译过程；如果是RNA病毒，分两种情况：aRNA自我复制和翻译；bRNA逆转录、DNA复制、转录和翻译。 核心知识小结要点回眸规范答题1乳糖操纵子由一个操纵基因、三个结构基因、启动子和调节基因组成。2真核生物在生长过程中，基因有序地表达。3中心法则由克里克提出，经发展如下图：随堂检测1真核生物编码蛋白质的基因经转录产生有功能的、成熟的信使RNA的过程是()A转录后直接产生信使RNAB将内含子转录部分剪掉，外显子转录部分拼接而成C将外显子转录部分剪掉，内含子转录部分拼接而成DA、B、C三种情况都有答案：B2原核细胞的基因结构和真核细胞基因结构的不同之处是()A原核细胞的基因结构没有编码区B原核细胞的基因结构没有调控遗传信息表达的核苷酸序列C原核细胞的基因结构没有RNA聚合酶的结合位点D原核细胞的基因结构中没有外显子和内含子之分解析：选D。原核细胞基因的编码区是连续的，无外显子和内含子之分。3下列能正确表示DNA复制过程的是()解析：选B。模板链中含有U，是RNA，属于逆转录，A错误；模板链中不含有U，子链中含有T，是DNA，可属于DNA复制，B正确；模板链中不含有U，子链中含有U，属于RNA复制或转录，C错误；模板链和子链中都含有U，是RNA，属于RNA复制，D错误。4下图是人胰岛素基因的遗传信息流动情况，下列有关叙述正确的是()A过程以核糖核苷酸为主要原料B胰岛B细胞中存在图中过程C皮肤生发层细胞中只存在图示的过程D参与过程的氨基酸和tRNA种类数相同答案：C51983年科学家证实，引起艾滋病的人类免疫缺陷病病毒(HIV)是一种逆转录病毒。下列能正确表示HIV感染人体过程的“遗传信息流”示意图的是()解析：选D。 HIV病毒是以RNA为遗传物质的病毒，能控制宿主细胞合成逆转录酶，以RNA为模板逆转录合成DNA，该DNA又和人体细胞核内的DNA整合在一起，整合后的HIV的DNA分子在人体细胞内又可以复制，还可以转录出RNA，以RNA为模板翻译成病毒的蛋白质。该DNA转录而来的RNA可作为HIV的遗传物质。该病毒无法控制宿主细胞合成RNA复制酶，故HIV的RNA不能复制，所以A、B、C错误。6如图为一组模拟实验，假设实验能正常进行且五支试管中都有产物生成，回答下面的问题：(1)A、D试管中的产物是_，但A试管模拟的是_过程，D试管模拟的是_过程。(2)B、C试管中的产物是_，但B试管模拟是_，C试管模拟的是_。(3)假如B试管中加入的DNA含有306个碱基，那么产物最多含有_个碱基，有_个密码子。(4)E过程称_，在细胞中进行的场所是_，图中的原料为_，工具是_，产物是_。(5)生物遗传信息传递的全过程可用下图表示：请将此图解中ae过程与上图AE各试管所模拟的内容对应起来：a对应_，b对应_，c对应_，d对应_，e对应_。此图解中在正常生物体内常发生的过程是_(填字母)，极少发生的是_(填字母)，人体内不能发生_(填字母)过程。图解中的c过程必须有_酶参与，烟草花叶病毒、噬菌体、艾滋病病毒中可进行c过程的是_。解析：依据各试管加入的物质及原料可推断模拟的过程，依据加入DNA中的碱基数可推断各产物中碱基数或密码子数。答案：(1)DNADNA复制逆转录(2)RNA转录RNA复制(3)15351(4)翻译核糖体氨基酸转运RNA多肽(或蛋白质)(5)ABDCEa、b、ed、cd、c逆转录艾滋病病毒课时作业一、选择题1下列有关中心法则的叙述，不正确的是()A是由克里克最早提出来的B它表明了遗传信息的主要流动方向C逆转录和RNA的复制是对中心法则的发展和补充D此法则中的有些过程不遵循碱基互补配对原则解析：选D。中心法则中的每一步过程都遵循碱基互补配对原则，故D是错误的。2下列各项过程中，遵循碱基互补配对原则的有()DNA复制RNA复制转录翻译逆转录ABC D解析：选A。正是碱基互补配对原则的存在，才使遗传信息的传递能准确地进行，这些过程包括：DNA的复制过程；以DNA的一条链为模板转录合成信使RNA的过程；以RNA为遗传物质的生物中RNA的复制过程；在逆转录酶的作用下，以RNA为模板逆转录合成DNA的过程；以信使RNA为模板，翻译合成蛋白质，从而表达性状的过程。3在生物体内遗传信息的流动一般遵循“DNARNA蛋白质”的过程，下列说法不正确的是()A人体神经细胞与肝脏细胞中DNA碱基序列相同，信使RNA不同B人体神经细胞与肝脏细胞中核糖体与tRNA相同C人体神经细胞与肝脏细胞中蛋白质种类与数目不同D人体神经细胞与肝脏细胞中A与U配对只发生在核糖体上解析：选D。同一个体的体细胞来自于同一受精卵的有丝分裂，所含DNA相同；细胞分裂后会进一步分化，基因有选择性地表达，其DNA转录出来的mRNA种类与数量有差异，所含的蛋白质也不同。A与U配对可能发生在转录过程中，也可能发生在翻译过程中，场所分别是细胞核与细胞质。4尿嘧啶核糖核苷(简称尿苷)在细胞内可以转化为尿嘧啶核糖核苷酸。如果选用含有3H尿嘧啶核糖核苷的营养液，处理活的小肠黏膜层，几小时后检测小肠绒毛，发现整个小肠黏膜层上均有放射性出现。推测与之密切相关的过程是图中的()A BC D解析：选B。小肠黏膜层上均有放射性出现是3H尿嘧啶核糖核苷被利用，说明合成了mRNA，发生了转录过程。5如图所示为自然界中遗传信息在三种生物大分子间的流动，下列说法正确的是()A1、2、4途径常见，其他从未被认识B2、4、9途径常见，其他从未被认识C2、3途径常见，1、4很少见D1、2、4途径常见，3、7较少见，6已在实验室实现解析：选D。DNA复制、转录、翻译在自然界普遍存在，RNA的复制、RNA逆转录在某些病毒的遗传信息传递中被发现；在实验室条件下，可以直接以DNA的一条链为模板，合成蛋白质(多肽)。6在生物体内性状的表达一般遵循“DNARNA蛋白质”的原则，下面是几种与此有关的说法，不正确的是()A在细胞的不同阶段，DNA一般是不变的，RNA和蛋白质分子是变化的B在真核生物中，DNARNA是在细胞核中完成的，RNA蛋白质是在细胞质中完成的C在同一个体不同的体细胞中，DNA相同，RNA和蛋白质不一定相同D在细胞的不同阶段，DNA、RNA和蛋白质的种类和数量是不变的解析：选D。DNA是细胞中的遗传物质，一般是不变的；由于同一个体不同的体细胞中的基因存在着选择性表达，因此不同细胞中的DNA相同，而RNA和蛋白质却不一定相同。7微RNA(miRNA)是真核生物中广泛存在的一类重要的基因表达调控因子。如图表示线虫细胞中微RNA(lin4)调控基因lin14表达的相关作用机制。下列叙述不正确的是()Alin4基因转录形成的PremiRNA，必须通过核孔到细胞质中切割、组装后才能发挥作用BRISCmiRNA复合物直接抑制翻译过程，让lin14蛋白质编码基因沉默C核糖体在mRNA上的移动方向是ab，和的氨基酸序列完全相同D是实现核质之间信息交流的通道，DNA和RNA从进入细胞质要消耗ATP解析：选D。lin4基因转录形成前体PremiRNA，通过核孔运至细胞质中，通过核酸酶的切割、组装形成成熟的miRNA，最终形成RISCmiRNA复合物来调节翻译过程；RISCmiRNA复合物可抑制翻译过程，让lin14蛋白质编码基因不表达而沉默；从肽链的合成长度可以看出lin14蛋白质编码基因转录的mRNA上核糖体的移动方向是ab，和都是以同一模板翻译的，因此得到的蛋白质的氨基酸序列完全相同；核孔是实现核质之间信息交流的通道，但DNA不能从进入细胞质中。二、非选择题8如图表示真核细胞内合成某种分泌蛋白过程中由DNA到蛋白质的信息流动过程，表示相关过程。请据图回答下列问题：(1)过程发生在_期。催化过程的酶是_。(2)过程进行的场所有_。(3)一个mRNA上连接多个核糖体叫做多聚核糖体，多聚核糖体形成的意义是_。在原核细胞中分离的多聚核糖体常与DNA结合在一起，这说明_。答案：(1)有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间RNA聚合酶(2)内质网和高尔基体(3)短时间内能合成较多的肽链原核细胞中的转录和翻译是同时间同地点进行的9如图为某种真菌线粒体中蛋白质的生物合成示意图，请据图回答下列问题：(1)完成过程需要_等物质从细胞质进入细胞核。(2)从图中分析，核糖体的分布场所有_。(3)已知溴化乙啶、氯霉素分别抑制图中过程，将某真菌分别接种到含溴化乙啶、氯霉素的培养基上培养，发现线粒体中RNA聚合酶均保持很高活性。由此可推测该RNA聚合酶由_中的基因指导合成。(4)用鹅膏蕈碱处理细胞后发现，细胞质中RNA含量显著减少，那么推测鹅膏蕈碱抑制的过程是_(填序号)，线粒体功能_(填“会”或“不会”)受到影响。解析：(1)主要涉及转录的条件，转录需要模板、能量、酶、原料等。(2)涉及核糖体分布的场所，核糖体主要由细胞核中的基因指导合成、线粒体、叶绿体、核被膜等处，据题意分析可知分布在细胞质和线粒体。(3)主要涉及基因分布在细胞核与线粒体中，题意中指出溴化乙啶、氯霉素主要影响线粒体中的转录与翻译，而线粒体中RNA聚合酶活性仍很高，说明与线粒体中的DNA无关，从而分析得出RNA聚合酶由细胞核中的基因指导合成。(4)分析题干给出的信息，结合图形，即可得出答案。答案：(1)ATP、核糖核苷酸、酶(2)细胞质和线粒体(3)核DNA(细胞核)(4)会12