主题2 高考热点(2) 遗传前沿科技-【步步高】2024年高考生物大二轮专题复习与增分策略（新高考，粤渝闽鄂京津琼黑晋皖云新赣甘豫桂贵）

遗传前沿科技 生物科学技术的迅猛发展对社会和经济的发展日益显现巨大的推动作用，也影响到社会和个人生活的方方面面。因此，在高考生物试题中也会出现以诺贝尔奖、最新科研成果等为信息载体，考查对相关生物学知识的理解、应用能力及获取信息能力，这也是对“生命观念、社会责任”等生物学科核心素养考查的具体体现，本专题主要围绕如下遗传方面的前沿科技展开探讨。 1．乳糖操纵子 乳糖操纵子是细菌中参与乳糖分解的一个基因群，由乳糖系统的阻遏物和操纵序列组成，使得一组与乳糖代谢相关的基因受到同步的调控，科学家提出了著名的操纵子学说。乳糖操纵子是调节基因(lacI)、启动子(lacP)、操纵基因(lacO)和结构基因(lacZ、lacY、lacA)组成的，具体功能如图所示。 lacI会编码阻遏蛋白，lacZ、lacY、lacA分别编码β-半乳糖苷酶、β-半乳糖苷透性酶、β-半乳糖苷转乙酰基酶。当培养基中没有乳糖时，阻遏蛋白结合到操纵子中的操纵基因上，因此RNA聚合酶就不能与启动子结合，结构基因不表达。当培养基中有乳糖时，乳糖分子与阻遏蛋白结合，引起阻遏蛋白构象发生改变，不能结合到操纵基因上，使RNA聚合酶能正常催化转录操纵子上的结构基因，即操纵子被诱导表达。细胞质中有了β-半乳糖苷酶后，便催化分解乳糖为半乳糖和葡萄糖，乳糖被分解后，又造成了阻遏蛋白与操纵基因结合，使结构基因关闭。 2．RNA干扰技术——沉默基因的钥匙 近几年来RNA干扰(简称RNAi)研究取得了突破性进展。RNA干扰的机制是：双链RNA进入细胞内被一个称为Dicer的特定的酶切割成21～23个核苷酸长的小分子RNA的片段(简称siRNA)。Dicer能特异性识别双链RNA，切割产生的siRNA片段解开变成单链，和某些蛋白质形成复合物(简称RISC)。RISC能结合到细胞内与siRNA互补的mRNA上，并切割该mRNA，使其被降解，造成蛋白质无法合成，产生基因“沉默”现象(如图所示)。 1．如图所示，乳糖操纵子是存在于大肠杆菌DNA上调控乳糖相关代谢过程的片段。当大肠杆菌的生存环境中无葡萄糖有乳糖时，阻遏蛋白会与乳糖结合，导致该蛋白构象发生改变而不能与操纵序列结合，使β-半乳糖苷酶基因和β-半乳糖苷透性酶基因能正常表达，从而促进大肠杆菌吸收并分解利用乳糖。下列相关叙述错误的是(　　) A．该调控过程可以使大肠杆菌更加合理地利用生存环境中的营养物质 B．环境中的乳糖通过影响阻遏蛋白的表达调节乳糖代谢相关酶的合成 C．若阻遏蛋白因基因突变而失活，大肠杆菌在无乳糖的环境中也能表达β-半乳糖苷酶 D．环境中乳糖浓度不同时，β-半乳糖苷酶和β-半乳糖苷透性酶表达量的比例无显著差异 答案　B 解析　根据题意可知，环境中的乳糖通过影响阻遏蛋白的结构来调节乳糖代谢相关酶的合成，乳糖代谢的这种调节机制使大肠杆菌更加合理地利用生存环境中的营养物质，A正确，B错误；若阻遏蛋白因基因突变而失活，则阻遏蛋白不能表达，也不能与操纵序列结合，使β-半乳糖苷酶基因和β-半乳糖苷透性酶基因能正常表达，因此大肠杆菌在无乳糖的环境中也能表达β-半乳糖苷酶，C正确；据图分析可知，阻遏蛋白不能与操纵序列结合时，lacZ和lacY片段同时转录，进而翻译形成β-半乳糖苷酶和β-半乳糖苷透性酶，因此环境中乳糖浓度不同时，β-半乳糖苷酶和β-半乳糖苷透性酶表达量的比例无显著差异，D正确。 2．大肠杆菌的乳糖操纵子是由调节基因(I)、启动子(P，与RNA聚合酶结合并能起始mRNA合成的序列)、操纵基因(O，不编码蛋白质)、结构基因(lacZ、lacY、lacA)等部分组成，结构基因所表达的蛋白质是与乳糖代谢有关的酶，其中lacZ编码的β-半乳糖苷酶可水解乳糖，其调节机制如图甲、乙所示。下列叙述错误的是(　　) A．图甲中阻遏蛋白与操纵基因的结合使结构基因“关闭” B．图乙中mRNA Ⅱ是以DNA分子的一条链为模板转录而来的 C．当环境中以乳糖作为唯一能源物质时，结构基因“开放” D．每个结构基因的首、尾端都存在起始密码子和终止密码子 答案　D 解析　由图甲可知，阻遏蛋白与操纵基因结合阻碍RNA聚合酶与启动子结合，结构基因无法表达，处于“关闭”状态，A正确；mRNA是转录的产物之一，转录是以DNA的一条链为模板，故图乙中mRNAⅡ是以DNA分子的一条链为模板转录而来的，B正确；乳糖属于二糖，不能被直接吸收利用，当环境中以乳糖作为唯一能源物质时，结构基因“开放”进行表达产生β-半乳糖苷酶，其可水解乳糖产生葡萄糖和半乳糖被细胞利用，C正确；基因的首、尾端存在启动子和终止子，而起始密码子和终止密码子位于mRNA上，D错误。 3．大肠杆菌细胞内调控编码乳糖代谢所需酶的相关基因结构中，有调节基因、启动子、操纵基因和结构基因等部分。直接编码三种酶的基因是其中的结构基因，包括lacZ、lacY和lacA。操纵基因对结构基因起到“开关”作用，而调节基因能够调节操纵基因的状态。据图分析下列叙述错误的是(　　) A．调节基因指导阻遏蛋白通过与操纵基因结合来阻止RNA聚合酶催化结构基因的转录 B．图中的mRNAⅡ应该有三个起始密码子 C．当细胞中存在乳糖时，乳糖可以与阻遏蛋白特异性结合，阻止阻遏蛋白与操纵基因结合，使操纵基因和结构基因得以顺利表达 D．RNA聚合酶通过碱基互补配对原则与基因的启动子部位准确结合 答案　D 解析　据题图可知，调节基因控制阻遏蛋白合成，阻遏蛋白通过与操纵基因结合来阻止RNA聚合酶催化结构基因的转录，在转录水平上抑制结构基因的表达，A正确；据题图可知，图中的结构基因转录形成的mRNAⅡ可翻译出三类不同的蛋白质，故推测一个mRNAⅡ上应该有3个起始密码子，B正确；RNA聚合酶的化学本质为蛋白质，其上无碱基，故其与基因的启动子准确结合不是通过碱基互补配对来实现的，D错误。 4．MMP－9是一种能促进癌细胞浸润和转移的酶。科研人员合成与MMP－9基因互补的双链RNA，将其转入胃腺癌细胞中，干扰MMP－9基因表达，从而达到一定的疗效，部分过程如图所示。下列叙述错误的是(　　) A．核糖与磷酸交替连接构成了双链RNA分子的基本骨架 B．沉默复合体中蛋白质的作用与双链RNA解旋为单链有关 C．过程①和过程③都会出现腺嘌呤和尿嘧啶的碱基互补配对 D．人造RNA干扰了MMP－9基因的转录和翻译，使MMP－9含量降低 答案　D 解析　核糖核苷酸脱水缩合形成RNA，核糖与磷酸交替连接构成了双链RNA分子的基本骨架，A正确；据题图可知，人造双链RNA与沉默复合体结合后变为单链RNA，故推测沉默复合体中蛋白质的作用与双链RNA解旋为单链有关，B正确；过程①是以DNA的一条链为模板合成RNA的转录过程，碱基配对方式有T－A、A－U、C－G、G－C，过程③表示单链RNA与mRNA碱基互补配对，碱基配对方式有U－A、A－U、C－G、G－C，因此过程①和过程③都会出现腺嘌呤和尿嘧啶的碱基互补配对，C正确；MMP－9基因的转录正常，过程③表示单链RNA与mRNA互补配对，形成的双链RNA干扰了MMP－9的翻译过程，使MMP－9含量降低，D错误。 5．(2023·徐州高三月考)天使综合征(简称AS)是与15号染色体上的UBE3A和SNRPN基因有关的表观遗传现象，某AS患儿从父亲获得的UBE3A基因DNA序列正常，但邻近的SNRPN基因产生了一段RNA(UBE3A—ATS)，干扰了父源UBE3A基因合成蛋白质。下列分析错误的是(　　) A．SNRPN基因与UBE3A基因的部分碱基序列相同 B．反义RNA会抑制UBE3A基因的翻译 C．双链RNA会被细胞内聚合酶识别后降解 D．开发可抑制SNRPN基因表达药物可治疗AS 答案　C 解析　据题意“邻近的SNRPN基因产生了一段RNA(UBE3A—ATS)，干扰了父源UBE3A基因合成蛋白质”，并结合题图可知，SNRPN基因转录形成的mRNA(反义RNA，即UBE3A－ATS)能与UBE3A基因转录形成的mRNA部分碱基互补配对，使UBE3A基因的翻译受阻，故SNRPN基因与UBE3A基因的部分碱基序列相同，A、B正确；由题图可知，由SNRPN基因转录形成的反义RNA与UBE3A基因的mRNA互补结合形成的双链RNA，能被细胞内RNA水解酶识别后降解，从而使UBE3A基因无法表达，因此，开发可抑制SNRPN基因表达的药物有望治疗AS，C错误，D正确。 6．真核细胞特有的“基因沉默”机制可抵抗外来病毒的入侵。病毒的外源性RNA进入细胞后，在形成双链RNA(dsRNA)时会被细胞中的Dicer酶剪切形成小干扰RNA(简称siRNA)。siRNA能与某种特殊蛋白质结合形成siRNA诱导干扰复合体(简称RISC)。RISC中的siRNA能与病毒产生的mRNA以碱基互补配对的形式结合，其中的蛋白质催化该mRNA水解，过程如图所示。下列相关叙述错误的是(　　) A．真核细胞内出现dsRNA分子时，说明病毒RNA正在进行复制 B．siRNA和rRNA分子中的嘌呤数量等于嘧啶数量 C．RISC中的蛋白质可破坏磷酸二酯键，具有RNA 酶的作用 D．“基因沉默”是在翻译水平上对RNA病毒的基因表达造成抑制 答案　B 解析　真核细胞内的RNA分子一般为单链结构，当细胞中出现异常的双链RNA分子时说明RNA病毒的RNA分子(单链)正在进行复制，复制状态下的RNA分子具有双链结构，A正确；siRNA是双链RNA分子，其中的嘌呤数量等于嘧啶数量，rRNA是单链结构，其中的嘌呤数量不一定等于嘧啶数量，B错误；RISC中的特殊蛋白能水解病毒的RNA分子说明其具有RNA酶的作用，能破坏RNA分子中的磷酸二酯键，C正确；“基因沉默”最终导致病毒的mRNA被水解，属于在翻译水平上对RNA病毒的基因表达造成抑制，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$