高中生物 第3章 遗传信息的复制与表达 第11课时 遗传信息的表达(ⅲ)教学案 北师大版必修2

第11课时遗传信息的表达()目标导读1.阅读教材，结合实例概述基因表达的调控机理。2.分析图312，归纳“中心法则”的主要内容。重难点击1.原核生物基因表达的调控。2.中心法则的主要内容。一基因表达的调控在生命活动中，基因表达是严格有序的，它受调节基因和其他调节因素的控制与影响。阅读教材P4042内容，结合材料，试归纳基因表达调控的规律。1基因表达调控的概念及意义(1)概念：对基因表达过程的调节作用就称为基因表达的调控。(2)意义：每个细胞都有复杂的基因调控系统，使各种蛋白质只有在需要时才被合成，这样就能使生物适应多变的环境，防止生命活动中的浪费现象和有害后果的发生，保持体内代谢过程的正常状态。(3)不同的生物或同一种生物细胞分化发育的不同时期，其调控机制是不同的。2原核生物基因表达的调控阅读教材P4041内容，以乳糖分解代谢基因表达调控(如图)为例，探讨原核生物基因表达的调控原理。(1)发生时间：主要发生在转录过程中。(2)调控原理：大肠杆菌染色体上存在着乳糖操纵子，它由一个操纵基因(O)、三个结构基因、启动子(P)和调节基因(I)组成，三个结构基因分别是LacZ(编码半乳糖苷酶)、LacY(编码半乳糖苷透过酶)和LacA(编码半乳糖苷转乙酰酶)。培养基中乳糖的存在与否，直接影响三个结构基因的表达。(3)调控过程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。当培养基中只有乳糖存在时，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(能，不能)与操纵基因结合，从而使RNA聚合酶顺利地与启动子结合，促进三个结构基因的转录，也就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，供给大肠杆菌生长的需要。3真核生物基因的表达调控阅读教材P4142内容，归纳真核生物基因表达调控的特点：(1)真核生物基因表达的调控机制与原核生物有相似之处，但比原核生物的调控机制复杂得多。(2)调控特点：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。在调节因素的作用下，随着生物体的生长发育，遗传信息有序地表达。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，即真核生物的基因表达具有选择性。归纳提炼基因表达的调控是生物体生存必不可少的。尤其是当周围的营养、温度、湿度及pH等条件发生变化时，生物体就要在调节因素的作用下，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。活学活用1下列关于基因表达调控的叙述中，错误的是()A基因表达的调控是生物体必不可少的B原核生物的基因表达调控机制和真核生物的完全一样C乳糖操纵子由操纵基因、结构基因、启动子和调节基因组成D当调节基因的表达产物与操纵基因结合以后，结构基因无法表达答案B解析基因表达的调控对生物体的生长和发育非常重要，使生物体能适应复杂多变的环境。乳糖能否被利用与乳糖操纵子关系密切，乳糖操纵子由操纵基因、结构基因、启动子和调节基因四部分组成。只要调节基因的表达产物不与操纵基因结合，则结构基因可以表达。原核生物的基因表达调控机制与真核生物的相似，但真核生物的基因表达调控机制比原核生物的复杂得多。二中心法则1对中心法则的早期认识中心法则表示的是生物体内遗传信息的主要流动方向，是由克里克首先提出来的，当时对中心法则的认识如图所示，据图回答：由中心法则可以看出，遗传信息可以由DNA流向DNA，完成DNA的自我复制；也可以由DNA流向RNA，完成遗传信息的转录，然后由RNA流向蛋白质，完成遗传信息的翻译过程。2中心法则的发展伴随着科学的发展，中心法则得到了补充和发展。结合材料，完成下面的思考：材料11965年，科学家发现，很多RNA病毒在感染宿主细胞后，它们的RNA在宿主细胞内进行复制，这种复制是以导入的RNA为模板，而不是通过DNA。材料21970年，巴尔的摩和梯明在致癌的RNA病毒中，发现一种酶，能以RNA为模板合成DNA。他们称这种酶为依赖RNA的DNA多聚酶，现在一般称为逆转录酶。这说明，遗传信息流也可以反过来，即从RNADNA。这是一项重要的发现。巴尔的摩和梯明于1975年荣获诺贝尔奖。(1)材料1说明遗传信息还可以从RNA流向RNA。(2)材料2说明遗传信息还可以从RNA流向DNA。(3)结合以上内容试着完善下面的中心法则，并思考遗传信息传递的5个途径：DNADNA(或基因到基因)：是DNA的复制过程，表示遗传信息的传递。DNARNA：遗传信息的转录过程。RNA蛋白质：发生在细胞质核糖体上的翻译过程，其中共同完成遗传信息的表达。RNADNA：少数RNA病毒(如HIV)等在宿主细胞内的逆转录过程。RNARNA：大多数以RNA作为遗传物质的生物的RNA自我复制过程。小贴士(1)实线表示的、途径在自然界中普遍存在，发生在以DNA为遗传物质的生物体内；虚线表示的、途径是后来发现的，是对中心法则的补充，发生在以RNA为遗传物质的生物体内。(2)逆转录需要逆转录酶催化。逆转录酶在基因工程中是一种很重要的酶，它能以已知的mRNA为模板合成目的基因。这是获得目的基因的重要手段。(3)中心法则的5条信息传递途径都遵循碱基互补配对原则。(4)中心法则体现了DNA的两大基本功能,传递功能：图中体现了遗传信息的传递功能，通过DNA复制完成，发生在细胞增殖过程或亲代产生子代的生殖过程中。表达功能：图中共同体现了遗传信息的表达功能，通过转录和翻译完成，发生在个体发育过程中。归纳提炼中心法则中几个过程的比较项目模板原料碱基互补产物实例DNA复制(DNADNA)DNA两条链含A、T、G、C的四种脱氧核糖核苷酸ATGCDNA绝大多数生物DNA转录(DNARNA)DNA一条链含A、U、G、C的四种核糖核苷酸AUTAGCRNA绝大多数生物RNA复制(RNARNA)RNA含A、U、G、C的四种核糖核苷酸AUGCRNARNA逆转录(RNADNA)RNA含A、T、G、C的四种脱氧核糖核苷酸ATUAGCDNA翻译(RNA多肽)信使RNA20种氨基酸AUGC多肽所有生物活学活用2中心法则揭示了生物遗传信息由DNA向蛋白质传递与表达的过程。下列说法不正确的是()Aa、b、c、d所表示的四个过程依次分别是DNA复制、转录、翻译、逆转录B需要tRNA和核糖体同时参与的过程是c，需要逆转录酶参与的过程是dCa、b、c过程只发生在真核细胞中，d、e过程只发生在原核细胞和一些病毒中D在真核细胞中，a和b两个过程发生的主要场所相同，但需要的关键酶种类不同问题导析(1)中心法则中涉及的生理过程有DNA的复制、转录、翻译、RNA的逆转录、RNA的复制。(2)翻译过程中三种RNA都用到，逆转录过程会用到逆转录酶。(3)细胞生物的遗传物质为DNA，这样的生物能够发生DNA复制、转录和翻译。(4)真核生物中能够进行DNA复制的场所为细胞核、线粒体、叶绿体。答案C解析图解中a、b、c、d、e分别表示DNA的复制、转录、翻译、逆转录、RNA的复制，其中c过程进行的场所是核糖体，在合成蛋白质时需要tRNA运载氨基酸，a、b、c在细胞生物中均能发生，d、e只发生在RNA病毒中。在真核细胞中，a和b两个过程发生的主要场所都是细胞核，但所需的关键酶不同，前者需要DNA聚合酶，而后者需要RNA聚合酶，两者都需要解旋酶。 当堂检测1下列关于中心法则的叙述中，不正确的是()A它是指遗传信息在生物大分子间的传递过程B它首先由英国科学家克里克提出C遗传信息的传递方向不可能从RNA传向DNAD遗传信息最终要流向蛋白质，使其表达答案C解析遗传信息可以从RNA传递给DNA，故此题的答案为C。2某种RNA病毒在增殖过程中，其遗传物质需要经过某种转变后整合到真核宿主的基因组中。物质Y与脱氧核糖核苷酸结构相似，可抑制该病毒的增殖，但不抑制宿主细胞的增殖，那么Y抑制该病毒增殖的机制是()A抑制该病毒RNA的转录过程B抑制该病毒蛋白质的翻译过程C抑制该RNA病毒的逆转录过程D抑制该病毒RNA的自我复制过程答案C解析RNA病毒的遗传物质需要经逆转录过程形成DNA，然后整合到真核宿主的基因组中，Y物质与脱氧核糖核苷酸结构相似，应抑制该病毒的逆转录过程。3下列不是真核生物基因表达调控结果的是()A使生物更好地适应变化的环境B使细胞分裂，数量增加C使细胞分化D使开花植物先营养生长后生殖生长答案B4如图所示，在a、b试管内加入的DNA都含有30对碱基。四支试管内都有产物生成，请据图回答下列问题：(1)a、d两试管内的产物是相同的，但a试管内模拟的是_过程，d试管内模拟的是_过程。(2)b、c两试管内的产物都是_，但b试管内模拟的是_过程，c试管内模拟的是_过程；b试管的产物中最多含有_个碱基，有_个密码子。(3)d试管中加入的酶比a试管中加入的酶多了_。(4)若要在b试管中继续获得多肽链，则至少还应加入_。答案(1)DNA复制逆转录 (2)RNA转录RNA复制3010(3)逆转录酶 (4)各种氨基酸、tRNA、有关的酶解析(1)因为a与d两试管中加入的原料都是脱氧核糖核苷酸，所以其产物相同，该产物是DNA，而a试管中加入的模板是DNA，故模拟的是DNA复制过程；d试管内加入的模板是RNA，故模拟的是逆转录过程。(2)因为b与c两试管中加入的原料都是核糖核苷酸，所以两试管中的产物都是RNA。而b与c试管中加入的模板分别是DNA与RNA，因此，b试管内模拟的是以DNA为模板合成RNA的转录过程；由于转录是以DNA的一条链为模板进行的，RNA含有的碱基应为DNA的一半，即30个，每3个相邻碱基为一个密码子，所以有10个密码子。c试管表示的是RNA的复制。(3)逆转录时需要逆转录酶的催化。(4)若要在b试管内继续得到多肽链，则需满足翻译过程所需的条件，所以至少还应加入各种氨基酸和tRNA以及与多肽链合成有关的酶。课时作业基础过关知识点一基因表达的调控1原核生物基因表达的调控主要发生在()ADNA复制过程中 B转录过程中C翻译过程中 D基因表达过程中答案B2下图所示喜马拉雅兔在受到低温作用后毛色的变化，这种变化最可能是()A遗传对基因表达的作用B环境对基因表达的作用C同源染色体上基因的重排D环境引起DNA贮存的遗传信息改变答案B解析冰块(低温)处理后毛色变化，其部位的基因没有变化，最可能是环境对基因表达的影响作用。3分化中的两栖类细胞核中，RNA的合成非常旺盛，但移植到去核卵细胞中后，RNA的合成立即停止。下列对这一实验现象的分析中，合理的是()A移植的核基因结构改变了B卵细胞内含有阻止基因表达的物质C卵细胞内缺少合成RNA聚合酶的细胞器D实验过程中丢失了RNA合成的模板答案B4蚕的丝腺细胞能产生大量的蛋白质，这种蛋白质叫做丝蛋白，但这些细胞不能产生其血液中的蛋白质。因此推测丝腺细胞中()A只有丝蛋白基因B丝蛋白基因表达而血液蛋白基因不表达C比受精卵的基因少D有丝蛋白基因和其他基因，但没有血液蛋白基因答案B解析生物的体细胞最初来源于同一受精卵的有丝分裂，所含有的核基因是相同的。在个体发育中，不同细胞中选择表达的基因不同，因而分化成了不同的组织细胞。知识点二中心法则5下图表示自然界中遗传信息在三种大分子间的流动(如箭头2代表转录)，相关说法正确的是()A1、2、4常见，3、7少见，其他尚未被证实B2、4、6常见，其他几乎从未被证实C5、8、9未被证实，3、7少见，其他常见D3、7少见，其他常见答案A解析图中1表示DNA复制，2表示转录，3表示RNA复制，4表示翻译，5表示蛋白质复制，6表示由蛋白质DNA,7表示逆转录，8表示由蛋白质RNA,9表示由DNA蛋白质，中心法则及其补充包含的是1、2、3、4、7的内容，其中1、2、4是常见途径，3、7途径为中心法则的补充，在某些病毒中出现；5、6、8、9目前还没有证实其在生物体中是否存在。61983年科学家证实，引起艾滋病的人类免疫缺陷病毒(HIV)是一种逆转录病毒。下列正确表示HIV感染人体过程的“遗传信息流”示意图是()答案D解析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分子在人体细胞中又可以复制，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复制所需要的酶，故HIV的RNA不能复制。7下列过程中，由逆转录酶催化的是()ADNARNA BRNADNAC蛋白质蛋白质 DRNA蛋白质答案B解析DNARNA是转录过程，需RNA聚合酶催化，A不符合题意；RNADNA是逆转录过程，需逆转录酶催化，B符合题意；C、D均不是逆转录过程。8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A BC D答案A解析正是由于碱基互补配对原则的存在，才能够使遗传信息准确地进行传递，这些过程包括：(1)DNA的复制过程；(2)以DNA的一条链为模板转录形成信使RNA的过程；(3)以RNA为遗传物质的生物，RNA的复制过程；(4)在逆转录酶的作用下，以RNA为模板逆转录合成DNA的过程；(5)以信使RNA为模板，翻译合成蛋白质，从而表达性状的过程。能力提升9蒜黄和韭黄是在缺乏光照的环境中培育的蔬菜，对形成这种现象的最好解释是()A环境因素限制了有关基因的表达B都是遗传物质改变引起的C叶子中缺乏形成叶绿素的基因D黑暗中植物不进行光合作用答案A解析蒜黄与韭黄的形成是由于缺乏光照，叶绿素不能合成，不是遗传物质发生改变引起的。10某病毒的基因组为双链DNA，其一条链上的局部序列为ACGCAT，以该链的互补链为模板转录出相应的mRNA，后者又在宿主细胞中逆转录成单链DNA(称为cDNA)。由这条cDNA链为模板复制出的DNA单链上，相应的局部序列应为()AACGCAT BATGCGTCTACGCA DTGCGTA答案A解析ACGCAT的互补链为TGCGTA，以此为模板转录出相应的mRNA为ACGCAU，它在宿主细胞中逆转录成单链DNA(称为cDNA)为TGCGTA，由这条cDNA链为模板复制出的DNA单链就是ACGCAT，故选A。11遗传信息从RNARNA途径是对中心法则的补充，下列能够发生该传递途径的生物是()A烟草 B烟草花叶病毒C噬菌体 D大肠杆菌答案B解析由RNARNA说明发生了RNA的复制，该过程只发生在RNA病毒中。烟草、噬菌体以及大肠杆菌都是以DNA为遗传物质的生物。12下列有关生物体内基因与酶关系的叙述，正确的是()A绝大多数酶是基因转录的重要产物B酶和基因都是细胞内染色体的组成成分C基因控制生物性状有些是通过控制酶的合成来控制相应代谢过程实现的D只要含有某种酶的基因，细胞中就有相应的酶答案C解析大多数酶是基因表达的产物，只有少数酶(RNA)才是转录的产物。染色体的主要成分是蛋白质和DNA，此处的蛋白质是结构蛋白。基因表达具有选择性，有某种基因不一定表达出相应的蛋白质。13如图表示生物体内遗传信息的传递过程，请据图回答下列问题。(1)过程需要的原料是_，模板是亲代DNA的_条链。(2)过程表示_，主要是在_中进行的。(3)逆转录酶催化_(填序号)过程，能进行该过程的生物的遗传物质是_；需要解旋酶的过程包括图中的_(填序号)过程。(4)真核细胞中遗传信息表达的最后阶段为图中的_(填序号)过程，场所是_。(5)在实验室中，科学家用链霉素可使核糖体与单链DNA结合来合成多肽，请用虚线在图中表示这一过程。答案(1)脱氧核糖核苷酸两(2)转录细胞核(3)RNA(4)核糖体(5)图中加一条虚线由DNA指向蛋白质解析(1)是DNA的复制，模板是亲代DNA的两条链，原料是4种游离的脱氧核糖核苷酸。(2)是转录，主要在细胞核中进行，在线粒体、叶绿体中也可进行。(3)逆转录酶催化逆转录反应，即过程，只发生于RNA病毒中，DNA的复制需要解旋酶催化DNA解旋。(4)遗传信息表达的最后阶段是翻译，场所是核糖体。(5)若单链DNA也可指导蛋白质合成，则遗传信息也可由DNA蛋白质。14下图表示真核细胞中遗传信息的传递过程，请据图回答下列问题：(1)科学家克里克提出的中心法则包括图中_所示的遗传信息的传递过程。A过程发生在_的间期，B过程需要的原料是_，图中需要解旋酶的过程有_。(2)D过程表示tRNA运输氨基酸参与翻译，已知甲硫氨酸和酪氨酸的密码子分别是AUG、UAC，某tRNA上的反密码子是AUG，则该tRNA所携带的氨基酸是_。(3)图中a、b为mRNA的两端，核糖体在mRNA上的移动方向是_。图中的不同核糖体最终形成的肽链_(填“相同”或“不同”)。答案(1)A、B、C有丝分裂和减数分裂前游离的4种核糖核苷酸A(2)酪氨酸(3)由a到b相同解析克里克提出的中心法则包括DNA的复制、转录和翻译，即图中A、B、C，DNA的复制发生在有丝分裂和减数分裂前的间期；转录原料是游离的4种核糖核苷酸，解旋发生在DNA复制过程中；tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子互补，所以当tRNA上的反密码子是AUG时，它所对应的氨基酸密码子是UAC，即氨基酸为酪氨酸；由图可知核糖体在mRNA上的移动方向是由a到b，由于模板相同，所以图中的不同核糖体最终形成的肽链是相同的。个性拓展15操纵元是原核细胞基因表达调控的一种组织形式，它由启动子、结构基因(编码蛋白基因)、终止子等部分组成。如图表示大肠杆菌细胞中核糖体蛋白(RP)合成及调控过程，图中表示相关生理过程，mRNA上的RBS是核糖体结合位点。请回答下列问题。(1)启动子的基本组成单位是_，终止子的功能是