2024届高三生物二轮复习：第六单元微专题四基因表达调控

微专题四 基因表达调控 基因表达调控是生物体内基因表达的调节控制，使细胞中基因表达的过程在时间、空间上处于有序状态，并对环境条件的变化作出反应的复杂过程。基因表达的调控可在多个层次上进行，主要表现包括染色质水平、转录水平、转录后水平、翻译水平和翻译后水平的调控。 1.染色质水平上的调控 基因转录前染色质结构需要发生一系列重要变化，这是基因转录的前提，真核生物的DNA与组蛋白和一些非组蛋白构成染色质结构，染色质又分为常染色质和异染色质。DNA呈现不同凝聚状态的染色质结构，表现出不同的基因表达活性状态。常染色质结构比较松散，DNA局部序列暴露，基因表达处于活性状态。异染色质结构高度致密，DNA被组蛋白结合，染色质的基因表达活性处于阻遏状态。 典例1　组蛋白是构成真核生物染色体的基本结构蛋白。用聚丙烯酰胺凝胶电泳可以区分5种不同的组蛋白：H1、H2A、H2B、H3和H4。研究发现，核心组蛋白的肽链末端受到多种化学修饰的调控，比如H4末端Lys8(Lys代表赖氨酸)和Lys16的双乙酰化能够招募转录相关蛋白，促进基因表达；而H3的N末端Lys9的甲基化会促进DNA包装蛋白的结合，压缩染色质结构，抑制基因表达。下列相关叙述中，正确的是 A.大肠杆菌中没有染色体结构，其拟核中的DNA从不与任何蛋白质结合 B.RNA聚合酶能识别DNA上的起始密码子并与之结合，启动基因的转录 C.猪的成熟红细胞在衰老时，控制其凋亡的基因开始表达产生相关蛋白 D.特定的修饰状态可以决定组蛋白的活性，从而决定基因的表达与沉默 √ 2.转录水平上的调控 该调控是最主要的基因调控方式。转录调控是指以DNA为模板合成RNA的调控，所有的细胞都具有大量序列特异的DNA结合蛋白，这些蛋白能准确地识别并结合到特异的DNA序列，在转录水平上起着开关的作用。该调控重点是在特定组织或细胞中、在特定的生长发育阶段、在特定的机体内外条件下，选择特定基因进行转录表达。 典例2　大肠杆菌可以直接利用葡萄糖，也可以通过合成β-半乳糖苷酶将乳糖分解为葡萄糖和半乳糖加以利用。如图是大肠杆菌乳糖代谢基因在转录水平上受到调控的模型。下列说法不正确的是 A.阻遏蛋白与操纵基因结合会抑制 结构基因的转录 B.基因lacZ、lacY、lacA共用一套启 动子和终止子 C.图示的2个mRNA都有1个起始密码 子和1个终止密码子 D.葡萄糖耗尽时β-半乳糖苷酶基因被诱导表达，这种调节可以减少物质和 能量的浪费 √ 3.转录后水平上的调控 转录后调控，这是指基因转录起始后对转录产物进行的一系列修饰、加工等调控行为，主要包括提前终止转录过程，对mRNA前体进行加工剪切，mRNA通过核孔和在细胞质内定位等。 典例3　真核生物的基因中含有外显子和内含子。细胞核内刚刚转录而来的RNA为前体mRNA，前体mRNA中的内含子在RNA自身以及其他蛋白复合物的作用下被剪切，形成mRNA运出细胞核。如图为前体mRNA的剪切示意图，下列相关叙述正确的是 A.图中的a、c分别为启动子和终止子转录部分 B.前体mRNA能与核糖体直接结合进行翻译过程 C.蛋白质复合物具有识别特定核糖核苷酸序列的功能 D.前体mRNA加工形成mRNA的过程发生在细胞质基质中 √ 4.翻译水平上的调控 这是基因表达调控的重要环节。翻译的速率和细胞生长的速度之间是密切协调的。在肽链合成的起始、延伸和终止三个阶段中，对翻译起始速率的调控是最重要的，而在翻译的延伸和终止阶段也存在着调控因素。 典例4　miRNA是miRNA前体经过加工之后的一类非编码的具有调控功能的小RNA分子(18～25个核苷酸)，它含有一段能够自我配对形成“茎环”结构的序列(如图所示)。某miRNA能抑制W基因控制的蛋白质(W蛋白)的合成，如图是某真核细胞内形成该miRNA及其发挥作用的过程示意图。 下列叙述错误的是 A.miRNA前体是单链RNA分子，且含有氢键 B.miRNA与W基因mRNA结合遵循碱基互补配对原则，即A与U、C与G 配对 C.在细胞质加工miRNA使其茎环消失可能与磷酸二酯键的断裂有关 D.miRNA抑制W蛋白的合成是通过miRNA直接与W基因合成的mRNA结 合所致 √ 5.翻译后水平的调控(蛋白质活性的调节) 该调控主要是控制多肽链的加工和折叠，以产生不同功能活性的蛋白质。来自mRNA的遗传信息翻译成蛋白质后，这些蛋白质如何活化并发挥其生物学功能，涉及蛋白质合成后的加工问题。翻译后的加工实际上也具有对基因表达的调控作用。蛋白质的定向与分拣应该是准确无误的，否则细胞的正常生理功能将会出现异常。 典例5　果蝇细胞中含有调控“生物钟”的per基因，表达产物为PER蛋白，PER蛋白在白天会被降解，而到晚上PER蛋白与TI