2026届高三一轮复习生物课件：基因的表达

该高中生物学高考复习课件聚焦“基因的表达”核心模块，覆盖RNA结构与种类、转录翻译、中心法则、表观遗传等高考高频考点，依据新课标生命观念和科学思维要求，通过真题分析（如2020全国卷Ⅲ）、考点权重归纳（翻译过程占比30%）及表格对比（DNA复制与转录）等，构建系统备考体系。 课件亮点在于“真题实战+素养渗透”，如以2019全国卷Ⅰ体外合成多肽题为例，用科学思维建模遗传信息传递（6:3:1关系及例外），结合探究实践分析克里克实验，总结易错点（tRNA单链结构）。助力学生掌握答题技巧，教师可精准定位学情，提升复习效率。

1 必修二 第4章 ——基因的表达 考点一：RNA的结构与种类 RNA的结构 (1)基本组成单位： 核糖核苷酸 腺嘌呤核糖核苷酸 鸟嘌呤核糖核苷酸 胞嘧啶核糖核苷酸 尿嘧啶核糖核苷酸 (2)结构： 一般是单链、比DNA短 RNA与DNA结构相似，使RNA具备准确传递遗传信息的可能。 RNA是单链，比DNA短，能够通过核孔转移到细胞质中。 考点一：RNA的结构与种类 RNA的种类 mRNA tRNA rRNA 分布 结构 主要在细胞质中 主要在细胞质中 与蛋白质构成核糖体 单链 单链（局部双链）三叶草形，有碱基互补配对。 单链 小试牛刀 1.tRNA分子由两条链组成，mRNA分子由单链组成。(2020·全国卷Ⅲ，3C)( ) 提示　二者都是单链结构。 2.细胞中以DNA的一条单链为模板转录出的RNA均可编码多肽。(2020·全国卷Ⅲ，1B)( ) 提示　转录可产生mRNA、tRNA、rRNA等，其中tRNA和rRNA不能编码多肽。 × × 考点一：RNA的结构与种类 基因指导 蛋白质的合成 主要在细胞核 在细胞质进行 通过信使RNA 为什么RNA适于作DNA的信使？ 考点一：RNA的结构与种类 RNA适于作DNA信使的原因 RNA组成与DNA的很相似: 它也是由基本单位——核苷酸连接而成的，核苷酸也含有4种碱基，这些特点使得RNA具备准确传递遗传信息的可能。 RNA一般为单链，比DNA短，能通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。 RNA与DNA的关系中，也遵循碱基互补配对原则。 （mRNA是DNA的信使，它是遗传信息的传递者，所以叫做信使RNA。） DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的呢？ ——转录 RNA是在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的，这一过程叫做转录。 注意： mRNA、rRNA和tRNA 都是转录而来的。 联系细胞分化： 不是所有基因都会转录，转录是有选择的。细胞分化时基因选择性表达源于基因的选择性转录。 所有基因都会转录吗？ 考点二：遗传信息的转录 考点二：遗传信息的转录 U A A G U C C C T T G G A A A 游离的核糖核苷酸 RNA聚合酶 mRNA 1. 解旋 DNA双链解开，碱基暴露出来。 游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对，在RNA聚合酶的作用下开始mRNA的合成。 新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。 4. 释放 3. 连接 2. 配对 合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复。 考点二：遗传信息的转录 2、基因的两条链中只有一条链是转录的模板链，不同的基因中到底哪条链是模板链不是固定不变的。 1、转录的基本单位只是DNA链中的某个片段——基因； 关于模板链 考点二：遗传信息的转录 转录 （mRNA释放，DNA双链恢复） DNA 碱基互补配对 主要在细胞核 四种核糖核苷酸 DNA的一条链（供转录的那一条） DNA→mRNA 场所： 原则： 模板： 条件： 遗传信息流动： mRNA 转 录 翻 译 蛋白质 DNA mRNA 基因 产物： RNA（mRNA、tRNA、rRNA） 在线粒体、叶绿体中也能发生 考点二：遗传信息的转录 思考·讨论：DNA复制和转录的比较 DNA复制 转录 时间 场所 模板 原料 酶 配对方式 特点 方向 产物 意义 细胞分裂间期 生长发育过程 DNA的两条链均为模板 DNA的一条链 四种脱氧核苷酸 四种核糖核苷酸 解旋酶、 DNA聚合酶等 RNA聚合酶等 A-T、 T-A 、C-G 、G-C A-U 、T-A、 C-G 、G-C 半保留复制，边解旋边复制 边解旋边转录 2个子代DNA分子 mRNA、tRNA、rRNA 使遗传信息从亲代传递给子代，从而保持了遗传信息的连续性 遗传信息从DNA传递到RNA（mRNA）上，为翻译做准备 主要在细胞核或拟核，少部分在线粒体、叶绿体、质粒 新链从5’端-3’端延伸 新链从5’端-3’端延伸 小试牛刀 甲、乙图示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 D 考点三：遗传信息的翻译 讨论：4种碱基怎么决定21种不同的氨基酸？ 1个碱基决定1个氨基酸 2个碱基决定1个氨基酸 3个碱基决定1个氨基酸 决定4种氨基酸 决定16种氨基酸 氨基酸组合64种 G U G C A U C G A mRNA 5' 3' 密码子 缬氨酸 密码子 组氨酸 密码子 精氨酸 密码子：mRNA上决定氨基酸的三个相邻的碱基。 碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的？ DNA和RNA都只有四种碱基，而在绝大多数生物体内，组成蛋白质的氨基酸有21种 考点三：遗传信息的翻译 遗传密码子的破译 (必修二P70) 克里克实验 实验材料：T4噬菌体 实验思路：研究其中某个基因的碱基增加或减少对其编码蛋白质的影响 实验过程：增加或删除1个/2个/3个碱基，观察是否能正常产生蛋白质。 实验结果： ①增加或删除1个/2个碱基，无法正常产生蛋白质； ②增加或删除3个碱基，可以正常产生蛋白质。 实验结论：遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸。遗传密码从一个固定的起点开始，以非重叠的方式阅读，密码子之间没有分隔符。 蛋白质的体外合成实验 科学家：尼伦伯格、马太 实验技术：蛋白质的体外合成技术 实验过程： ①在每个试管中分别加入1种氨基酸； ②在每个试管中加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液； ③在每个试管中加入人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸。 实验结果：加入苯丙氨酸的试管中，出现了多聚苯丙氨酸的肽链。 考点三：遗传信息的翻译 除去DNA和mRNA的细胞提取液 人工合成的RNA 多聚尿嘧啶核苷酸 肽链 实验结论： 与苯丙氨酸对应的密码子是UUU（第一个被破译的密码子）。 在多位科学家的不断实验下，终于破译了全部64密码子，并编制出密码子表。 遗传密码子的破译 小试牛刀 （2019全国卷Ⅰ）用体外实验的方法可合成多肽链。已知苯丙氨酸的密码子是UUU，若要在体外合成同位素标记的多肽链，所需的材料组合是（ ） ①同位素标记的tRNA ②蛋白质合成所需的酶 ③同位素标记的苯丙氨酸 ④人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸 ⑤除去了DNA和mRNA的细胞裂解液 A．①②④ B．②③④ C．③④⑤ D．①③⑤ C 考点三：遗传信息的翻译 (1) 起始密码子： (3) 其他密码子： (2) 终止密码子： 3种，UAA、UGA、UAG 不编码氨基酸 2种，AUG、GUG， 编码氨基酸 59种，只编码氨基酸 注: ①在正常情况下，UGA是终止密码子，但在特殊情况下，UGA可以编码硒代半胱氨酸。 ②在原核生物中，GUG也可以作起始密码子，此时它编码甲硫氨酸。 特点: 一种密码子只决定一种氨基酸 一种氨基酸可以有1或几种密码子 密码子（共64个） 考点三：遗传信息的翻译 1.从密码子表可以看出，像苯丙氨酸，亮氨酸这样，绝大多数氨基酸都有几个密码子，这一现象称作密码子的简并性。你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？ 分析密码子的特点 思考·讨论： ① 当密码子中有一个碱基改变时，由于密码的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸，增强容错性。 ② 当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码一种氨基酸，可保证翻译的速度。 2.几乎所有的生物体都共用上述密码子，根据这一事实，你能想到什么？ 地球上几乎所有的生物共用一套密码子表。说明所有生物可能有共同的起源或生命在本质上是统一的。 U G A 考点三：遗传信息的翻译 3' 5' 结合氨基酸的部位 碱基配对 （通过氢键） mRNA 5' 3' A C U 密码子 反密码子 tRNA (1)结构： RNA链经过折叠，形成三叶草形 (2)功能特点： 每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸 每种氨基酸可能对应一种或多种密码子/tRNA 反密码子 位于tRNA上，其实质是与密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基。 (2020·全国卷Ⅲ，3)细胞内有些tRNA分子的反密码子中含有稀有碱基次黄嘌呤(I)。含有I的反密码子在与mRNA中的密码子互补配对时，存在如图所示的配对方式(Gly表示甘氨酸)。下列说法错误的是(　　) 小试牛刀 C A.一种反密码子可以识别不同的密码子 B.密码子与反密码子的碱基之间通过氢键结合 C.tRNA分子由两条链组成，mRNA分子由单链组成 D.mRNA中的碱基改变不一定造成所编码氨基酸的改变 小试牛刀 图为翻译过程中搬运原料的工具tRNA，其反密码子的读取方向为“3′端→5′端”，其他数字表示核苷酸的位置．下表为四种氨基酸对应的全部密码子的表格．相关叙述正确的是（ ） A．转录过程中也需要搬运原料的工具 B．该tRNA中含有氢键，由两条链构成 C．该tRNA在翻译过程中可搬运苏氨酸 D．氨基酸与反密码子都是一一对应的 密码子 UGG GGU、GGA GGG、GGC ACU、ACA ACG、ACC CCU、CCA CCG、CCC 氨基酸 色氨酸 甘氨酸 苏氨酸 脯氨酸 C 反密码子UGG 补充：反密码子读取方向 小试牛刀 氨基酸 密码子 色氨酸 UGG 谷氨酸 GAA GAG 酪氨酸 UAC UAU 组氨酸 CAU CAC 2020全国2：大豆蛋白在人体内经消化道中酶的作用后，可形成小肽（短的肽链）。回答下列问题： （2）大豆细胞中大多数mRNA和RNA聚合酶从合成部位到执行功能部位需要经过核孔。就细胞核和细胞质这两个部位来说，作为mRNA合成部位的是____________，作为mRNA执行功能部位的是______________；作为RNA聚合酶合成部位的是______________，作为RNA聚合酶执行功能部位的是______________。 （3）部分氨基酸的密码子如表所示。若来自大豆的某小肽对应的编码序列为UACGAACAUUGG，则该小肽的氨基酸序列是______________。 若该小肽对应的DNA序列有3处碱基发生了替换，但小肽的氨基酸序列不变，则此时编码小肽的RNA序列为______________。 细胞核 细胞核 细胞质 细胞质 酪氨酸-谷氨酸-组氨酸-色氨酸 UAUGAGCACUGG 考点三：遗传信息的翻译 A G U C C A U A A G G U U A C 甲硫氨酸 组氨酸 G U G 色氨酸 A C C mRNA进入细胞质，与核糖体结合。 翻译过程 考点三：遗传信息的翻译 翻译过程 A G U C C A U A A G G U 组氨酸 G U G 色氨酸 A C C U A C 甲硫氨酸 携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1 考点三：遗传信息的翻译 翻译过程 A G U C C A U A A G G U 组氨酸 G U G 色氨酸 A C C U A C 甲硫氨酸 携带某个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2 考点三：遗传信息的翻译 翻译过程 A G U C C A U A A G G U 组氨酸 G U G 色氨酸 A C C U A C 肽键 甲硫氨酸 甲硫氨酸与这个氨基酸形成肽键，从而转移到位点2的tRNA上 考点三：遗传信息的翻译 翻译过程 A G U C C A U A A G G U G U G 组氨酸 色氨酸 A C C U A C 甲硫氨酸 甲硫氨酸与这个氨基酸形成肽键，从而转移到位点2的tRNA上 考点三：遗传信息的翻译 翻译过程 A G U C C A U A A G G U 组氨酸 G U G 色氨酸 A C C 甲硫氨酸 核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子。原位点1的tRNA离开核糖体，原位点2的tRNA进入位点1,一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成 考点三：遗传信息的翻译 翻译过程 A G U C C A U A A G G U 组氨酸 G U G 色氨酸 A C C 甲硫氨酸 核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子。原位点1的tRNA离开核糖体，原位点2的tRNA进入位点1,一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成 考点三：遗传信息的翻译 翻译过程 A G U C C A U A A G G U 组氨酸 G U G 色氨酸 A C C 甲硫氨酸 考点三：遗传信息的翻译 翻译过程 A G U C C A U A A G G U 组氨酸 G U G 色氨酸 A C C 甲硫氨酸 A G U C C A U A A G G U 组氨酸 色氨酸 A C C 甲硫氨酸 考点三：遗传信息的翻译 翻译过程 考点三：遗传信息的翻译 翻译过程 A G U C C A U A A G G U 组氨酸 色氨酸 X X X 甲硫氨酸 XXX 考点三：遗传信息的翻译 翻译过程 A G U C C A U A A G G U 甲硫氨酸 组氨酸 色氨酸 XXXX 随着核糖体的移动，tRNA以上述方式将携带的氨基酸输送过来，以合成肽链。直到核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成才告终止 考点三：遗传信息的翻译 图中M表示甲硫氨酸，H和W表示其他不同的氨基酸 总结翻译过程 第1步 mRNA进入细胞质，与核糖体结合。携带甲硫氨酸的tRNA ，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1。 第2步 携带某个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2 第3步 甲硫氨酸与这个氨基酸形成肽键，从而转移到位点2的tRNA上。 考点三：遗传信息的翻译 第4步 核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子，原占位点1的tRNA离开核糖体，原位点2的tRNA进入位点1，一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成 就这样，随着核糖体的移动，tRNA以上述方式将携带的氨基酸输送过来，以合成肽链。直到核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成才告终止 总结翻译过程 考点三：遗传信息的翻译 翻译 碱基互补配对 细胞质的核糖体 mRNA mRNA→蛋白质 场所： 原则： 模板： 条件： 遗传信息流动： 蛋白质 转 录 mRNA 翻 译 蛋白质 DNA mRNA 基因 21种游离氨基酸、 能量、酶 tRNA 产物： 肽链 在细胞质中，翻译是一个____________的过程。通常，一个mRNA分子上可以相继结合________核糖体，同时进行_____条肽链的合成，因此，_______的mRNA分子就可以迅速合成_______的蛋白质。 考点三：遗传信息的翻译 快速高效 多个 多 少量 大量 翻译进程：核糖体沿着mRNA移动， mRNA不移动。 考点三：遗传信息的翻译 真核生物 先转录，后翻译 边转录边翻译 原核生物 补充：真核细胞和原核细胞转录和翻译的时间地点区别 小试牛刀 1.多个核糖体可结合在一个mRNA分子上共同合成一条多肽链。(2019·浙江4月选考，22C)( ) 提示　合成多条多肽链。 × 2.携带氨基酸的tRNA都与核糖体的同一个tRNA结合位点结合。 (2019·海南卷，20C)( ) 提示　携带第一个氨基酸的tRNA与核糖体的位点1结合，其他都与核糖体的位点2结合。 3.细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生。(2017·全国卷Ⅲ，1C)( ) 提示　线粒体和叶绿体中也可合成RNA。 × × 小试牛刀 A.该图所示的生物细胞无真正的细胞核 B.mRNA上所含有的密码子均能在tRNA上找到相对应的反密码子 C.该图表示的是转录和翻译 D.该图所示的生理过程所需要的能量主要由线粒体提供 原核细胞！ 关于图示生理过程的说法，正确的是 ( 双选 ) AC 小试牛刀 （08江苏）下图为原核细胞中转录、翻译的示意图。据图判断，下列描述中正确的是（双选） A．图中表示4条多肽链正在合成 B．转录尚未结束，翻译即已开始 C．多个核糖体共同完成一条多肽链的翻译 D．一个基因在短时间内可表达出多条多肽链 BD 考点三：遗传信息的翻译 DNA上遗传信息、密码子、反密码子的对应关系 比较项目 实质 联系 遗传信息 ______________________________   遗传信息是基因中脱氧核苷酸的排列顺序。通过转录，使遗传信息传递到mRNA的核糖核苷酸的排列顺序上； 密码子直接控制蛋白质分子中氨基酸的排列顺序，反密码子可识别密码子 密码子 ______________________________________ 反密码子 ________________________________________________________ DNA中脱氧核苷酸的排列顺序 mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基 位于tRNA上的能与mRNA上对应密码子互补配对的三个相邻碱基 考点三：遗传信息的翻译 DNA上遗传信息、密码子、反密码子的对应关系 DNA碱基总数：mRNA碱基数： 多肽链氨基酸数= 6：3：1 实际基因表达过程中的数量关系不符合6∶3∶1的原因 (1)在基因中，有的片段(非编码区)起调控作用，不转录。 (2)真核生物基因的编码区中，内含子（非编码DNA片段）转录后被剪切。 (3)转录出的mRNA中有非翻译区（不编码蛋白质，有调控翻译功能），还有终止密码子，终止密码子不编码氨基酸。 (4)合成的肽链在加工过程中可能会被剪切掉部分氨基酸。 考点三：遗传信息的翻译 真核细胞中复制、转录、翻译的比较 DNA复制 转录 翻译 肽链 时间 场所 模板 原料 条件 原则 特点 产物 信息传递 细胞分裂间期 主要是细胞核 DNA的两条链 4种脱氧核苷酸 解旋酶，DNA聚合酶等 A-T、T-A、C-G、G-C 半保留复制、边解旋边复制 2个子代DNA分子 生长发育过程 主要是细胞核 DNA的一条链 4种核糖核苷酸 RNA聚合酶等 边解旋边转录 RNA 生长发育过程 细胞质 mRNA 21种氨基酸 tRNA、酶等 多核糖体翻译蛋白质 DNA→DNA DNA→mRNA mRNA→蛋白质 A-U、T-A、C-G、G-C A-U、U-A、C-G、G-C 考点四：中心法则 中心法则：遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA 的复制；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。 DNA RNA 蛋白质 转录 翻译 复制 DNA RNA 蛋白质 转录 翻译 复制 中心法则的完善（少数生物） 逆转录 复制 1957年克里克提出了中心法则 考点四：中心法则 不同生物遗传信息传递途径 考点四：中心法则 蛋白质是信息的表达产物 DNA、RNA是信息的载体 ATP等为信息的流动提供能量 生命是物质、能量和信息的统一体 小试牛刀 1.遗传信息可以从DNA流向RNA，也可以从RNA流向蛋白质。 (2020·全国卷Ⅲ，1A)( ) 2.某复合物中的某蛋白参与DNA复制，则该蛋白可能是DNA聚合酶。(2018·全国卷Ⅰ，2C)( ) 3.在真核细胞中，转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补。 (2017·全国卷Ⅲ，1D)( ) √ √ √ 4.生物体中，一个基因决定一种性状，一种性状由一个基因决定。 (2017·海南卷，23D)( ) 提示　基因与性状间存在一对一，一对多、多对一等关系。 (5)HIV的遗传物质可以作为合成DNA的模板。(2017·海南卷，25B)( ) × √ 01 基因 控制 蛋白质 体现 性状 蛋白质是生命活动的主要承担者 怎样控制？ 考点五：基因表达产物与性状的关系 01 考点五：基因表达产物与性状的关系 实例1：豌豆的圆粒与皱粒 基因 酶 代谢 过程 性状 编码淀粉分支酶的基因正常 淀粉分支酶正常合成 蔗糖合成为淀粉，淀粉含量升高 淀粉含量高，有效保持水分 打乱了编码淀粉分支酶的基因 淀粉分支酶不能正常合成 蔗糖不能合成为淀粉，淀粉含量降低 淀粉含量低，失水皱缩 编码淀粉分支酶的基因 外来DNA 插入 考点五：基因表达产物与性状的关系 实例2：人的白化病 基因 酶 代谢 过程 性状 控制酪氨酸酶的基因异常 酪氨酸酶不能正常合成 酪氨酸不能正常转化为黑色素 缺乏黑色素而表现为白化病 控制酪氨酸酶的基因正常 酪氨酸酶正常合成 酪氨酸正常转化为黑色素 含黑色素而表现正常 考点五：基因表达产物与性状的关系 基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状！ 基因 酶 细胞代谢 生物性状 蛋白质 间接作用 考点五：基因表达产物与性状的关系 囊性纤维化是北美白种人常见的一种遗传病，每1800个人中就有一个患者，每25个人中就有一个致病基因携带者。该病的病因是基因的碱基序列缺失了3个碱基，使得所编码的氯离子载体蛋白中少了一个氨基酸，导致细胞对氯离子的转运发生异常，造成黏液分泌过多，堵塞呼吸道，诱发感染。 正常气管 囊性纤维化气管 考点五：基因表达产物与性状的关系 编码CFTR蛋白的基因正常 CFTR蛋白正常 CFTR转运氯离子的功能正常 渗透压正常，表现正常 编码CFTR蛋白的基因缺失3个碱基 CFTR蛋白异常，缺少苯丙氨酸 CFTR转运氯离子的功能异常 黏液清除困难，细菌繁殖，肺部感染 基因 蛋白质结构 功能 性状 实例3：囊性纤维病 考点五：基因表达产物与性状的关系 实例4：镰刀型细胞贫血病 控制血红蛋白的基因正常 血红蛋白结构正常 正常红细胞 血红蛋白基因碱基序列发生改变 血红蛋白蛋白结构异常 红细胞形状变为镰刀状，易破裂 基因 蛋白质结构 功能 性状 表现正常 使人患溶血性贫血 考点五：基因表达产物与性状的关系 基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状！ 基因 酶 细胞代谢 生物性状 结构蛋白 生物性状 蛋白质 间接作用 直接作用 基因与性状是严格的一一对应关系么？ 考点五：基因表达产物与性状的关系 ① 一个基因可以影响多个性状 实例：水稻中的 Ghd7 基因编码的蛋白质不仅参与开花的调控，而且对水稻生长、发育、产量都有重要作用。 ② 一个性状可受多基因影响 实例：人的身高是多个基因决定的。 基因控制性状存在复杂性 考点五：基因表达产物与性状的关系 1、基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状。 实例一豌豆的圆粒和皱粒、实例二白化病 2、基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。 实例三囊性纤维化、实例四镰状细胞贫血 性 状 控制 控制 酶的合成 细胞代谢 蛋白质结构 间接 直接 基 因 考点六：基因的选择性表达与细胞分化 检测的3种细胞 卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素基因 卵清蛋白mRNA 珠蛋白mRNA 胰岛素mRNA 输卵管细胞 + + + + - 红细胞 + + + - + - 胰岛细胞 + + + - - + 科学家提取了鸡的输卵管细胞、红细胞（有细胞核）和胰岛细胞，对这三种细胞中的DNA和mRNA进行了检测，结果如下表所示： 说明：“+”表示检测发现相应的分子，“-”表示检测未发现相应的分子。 分析不同类型细胞中的DNA和mRNA的检测结果 细胞分化是基因选择性表达的结果，即在个体发育过程中，不同种类细胞中遗传信息的表达情况不同。 细胞分化的“不变”与“变” DNA、tRNA、rRNA ①不变 ② 变 mRNA、蛋白质的种类 细胞的形态、结构和功能 考点六：基因的选择性表达与细胞分化 考点六：基因的选择性表达与细胞分化 科学家研究发现，细胞中的基因有些表达，有些不表达。在不同类型的细胞中，表达的基因大致可以分为两类：一类是在所有细胞中都表达的基因，指导合成的蛋白质是维持细胞基本生命活动所必需的，如核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因； 另一类是只在某类细胞中特异性表达的基因，如卵清蛋白基因、胰岛素基因。细胞分化的本质就是基因的选择性表达。基因的选择性表达与基因表达的调控有关。 红细胞 胰岛细胞 某基因 --ATGCATGCAT…… CCATGCTAGCCA …… TCCCTAAGGATAG CCATCCCAGATG …… CATGCATCCATGC--- --TACGTACGTA ……GGTACGATCGGT…… AGGGATTCCTATC GGTAGGGTCTAC …… GTACGTAGGTACG--- 对应的mRNA 转录 翻译 蛋白质 酶 代谢 性状 性状 结构 性状是由基因决定的！ 但是不是只由基因决定呢？ 考点七：表观遗传 Lcyc基因 正常 植株A 开花时表达 Lcyc基因 植株B 开花时不表达 × （杂交） F1 （自交） F2 绝大部分植株的花与植株A相似 少部分植株的花与植株B相似 柳穿鱼花的形态结构 考点七：表观遗传 Lcyc基因 植株A Lcyc基因 表达 Lcyc基因 植株B Lcyc基因 不表达 F1植株同时含有来自植株A 和植株B的Lcyc基因； 植株A的Lcyc基因能够表达，表现为显性； 植株B的Lcyc基因由于部分碱基被甲基化,基因表达受到抑制，表现为隐性； F1的花为什么与植株A相似？ 甲基化 Lcyc基因 正常 植株A 开花时表达 Lcyc基因 高度 甲基化 植株B 开花时不表达 × 考点七：表观遗传 F1 （自交） F2 绝大部分植株的花与植株A相似 少部分植株的花与植株B相似 Lcyc基因 Lcyc基因 Lcyc基因 Lcyc基因 甲基化的Lcyc的基因可遗传， 并控制生物的性状 在F2中，为什么有些植株的花与植株B的相似？ 考点七：表观遗传 小鼠毛色的遗传 某种实验小鼠的毛色受一对等位基因Avy和a的控制，Avy为显性基因，表现为黄色体毛，a为隐性基因，表现为黑色体毛； 将纯种黄色体毛的小鼠与纯种黑色体毛的小鼠杂交，子一代小鼠的基因型都是Avya，却表现出不同的毛色： 介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型 研究表明，在Avy基因的前端（或称上游）有一段特殊的碱基序列决定着该基因的表达水平，这段碱基序列具有多个可___________________的位点，当这些位点___________时， Avy基因_________，小鼠表现为黄色；当这些位点_______后， Avy基因的表达就_________； 这段序列的甲基化程度越高， Avy基因的表达受到的抑制越_____，小鼠体毛的颜色就越____； 发生DNA甲基化修饰 没有甲基化 正常表达 甲基化 受到抑制 深 明显 考点七：表观遗传 表观遗传：生物体基因的碱基序列保持不变，但基因表达和表型发生可遗传变化的现象，叫作表观遗传。 发生时间：普遍存在于生物体的生长、发育和衰老的整个生命活动过程中。 基因组成相同的同卵双胞胎所具有的微小差异就与甲基化有关 基因甲基化决定了蜜蜂发育成工蜂还是蜂王， 二者在DNA序列方面是完全一致的 考点七：表观遗传 DNA甲基化是在甲基转移酶的催化下，DNA的CG两个核苷酸中的胞嘧啶，被选择性地添加甲基，形成5-甲基胞嘧啶，这常见于基因的5'-CG-3'序列。 DNA的甲基化可以引起基因的失活，基因不能表达。 ① DNA甲基化修饰 启动子：是RNA聚合酶识别和结合的位点 （主要抑制转录） DNA甲基化 考点七：表观遗传 ②染色体组蛋白甲基化、乙酰化等修饰也会影响基因表达（教材P74，相关信息） DNA 组蛋白 甲基化 乙酰化 磷酸化 考点七：表观遗传 ③非编码RNA 非编码RNA：不编码蛋白质的RNA。(除tRNA和rRNA) DNA DNA mRNA 非编码RNA 蛋白质 阻止翻译(抑制基因表达) 互补配对 如下图所示的一种非编码RNA （主要抑制翻译） 考点七：表观遗传 理解表观遗传应注意的三个问题 ①表观遗传不遵循孟德尔遗传规律。 ②表观遗传可以通过有丝分裂和减数分裂传递被修饰的基因。 ③表观遗传一般是影响到基因的转录过程，进而影响蛋白质的合成。 (2022·广东深圳模拟)黄色小鼠(AA)与黑色小鼠(aa)杂交，产生的F1(Aa)不同个体出现了不同体色。研究表明，不同体色的小鼠A基因的碱基序列相同，但A基因中二核苷酸(CpG)的胞嘧啶有不同程度的甲基化(如图)，已知甲基化不影响DNA复制。下列有关分析错误的是(　　) D A.F1体色的差异可能与A基因甲基化程度有关 B.碱基甲基化可能影响RNA聚合酶与该基因的结合 C.碱基甲基化的基因可以传递给后代 D.A基因中的碱基甲基化引起了基因中碱基序列的改变 小试牛刀 (2017·全国3,6)下列有关基因型、性状和环境的叙述,错误的是(　　) A.两个个体的身高不相同，二者的基因型可能相同，也可能不相同 B.某植物的绿色幼苗在黑暗中变成黄色，这种变化是由环境造成的 C.O型血夫妇的子代都是O型血，说明该性状是由遗传因素决定的 D.高茎豌豆的子代出现高茎和矮茎，说明该相对性状是由环境决定的 解析高茎豌豆的子代出现高茎和矮茎,往往是由于亲代都是杂合子Dd,子代出现DD、Dd、dd三种基因型,高茎、矮茎两种表现型,属于性状分离,是由遗传因素决定的,不是由环境决定的,D项错误。 D 小试牛刀 (2017·海南,23)下列关于真核生物遗传物质和性状的叙述,正确的是( 　) A.细胞中染色体的数目始终等于DNA的数目 B.有丝分裂有利于保持亲代细胞和子代细胞间遗传性状的稳定 C.细胞中DNA分子的碱基对数等于所有基因的碱基对数之和 D.生物体中,一个基因决定一种性状,一种性状由一个基因决定 解析真核生物细胞的DNA不仅存在于染色体中,还存在于线粒体、叶绿体中,细胞中染色体的数目不等于DNA的数目,A项错误;有丝分裂的重要意义在于,亲代细胞的染色体经过复制后,精确地平均分配到两个子细胞中,有利于保持亲代细胞和子代细胞间遗传性状的稳定,B项正确;基因是有遗传效应的DNA片段,即有些DNA片段不是基因,故细胞中DNA分子的碱基对数远大于所有基因的碱基对数之和,C项错误;生物体中基因与性状之间存在“多因一效、一因多效”的关系,故D项错误。 B 小试牛刀 考点八：基因表达调控（拓展） DNA mRNA 蛋白质 1. 原核基因的表达 考点八：基因表达调控（拓展） ① 转录水平上的调控 例1.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 考点八：基因表达调控（拓展） ① 转录水平上的调控 例2.（2024·山西·模拟预测）大肠杆菌中的β-半乳糖苷酶（Z）、半乳糖苷透性酶（Y）和转乙酰基酶（A）的编码基因lacZ、lacY、lacA依次连接在一起，这三个基因称为结构基因。操纵子学说主张转录是从启动子（P）开始，并受操纵基因（O）和调节基因（I）控制的。依次排列的P、O、Z、Y、A序列片段便构成了乳糖操纵子，结构如图所示，×代表抑制。分析并回答下列问题： 阻遏物 考点八：基因表达调控（拓展） ① 转录水平上的调控 (1)图中①过程主要发生在______中，②过程中参与的RNA至少有____种。基因I表达生成的阻遏物会在______（填“转录”或“翻译”）水平上抑制结构基因的表达。 (2)mRNAⅡ上核糖体移动的方向是从______（填“a→b”或“b→a”）。 阻遏物 (3)乳糖可作为大肠杆菌的能源物质，lacZ编码的β半乳糖苷酶可水解乳糖。当环境中存在乳糖时，大肠杆菌的乳糖操纵子 的调节机制可维持细胞中结构基因 表达产物水平的相对稳定，据图 分析，该调节过程可表述为_____。 该过程属于_______（填“正反馈” 或“负反馈”）调节。 拟核 3 转录 a→b 乳糖与阻遏物结合，改变其构象，使之不能与操纵基因结合，从而使结构基因能够表达，生成三种相关酶；β-半乳糖苷酶促进乳糖水解后，又使上述过程减弱 负反馈 考点八：基因表达调控（拓展） ① 转录水平上的调控 例3.（2021·江苏·二模）原核生物中，大多数基因表达的调控是通过操纵子机制实现的。如大肠杆菌中，结构基因E、D、C、B、A直接编码色氨酸合成所需酶类，这些基因的上游有若干对这些基因起调控作用的序列，其中操纵基因对这些基因起着“开关”的作用，直接控制它们的表达，调节基因能够对“开关”起着控制作用。图1表示环境中没有色氨酸时，阻遏蛋白无活性，操纵子开启；图2表示有色氨酸时，阻遏蛋白与之结合到操纵基因上，操纵子关闭。请回答下列问题： 考点八：基因表达调控（拓展） ① 转录水平上的调控 （1）在大肠杆菌中①②过程能同时发生，其原因是_______________________ ___________________________________。 （2）启动子是一段特殊结构的DNA片段，它是_________________________部位，当培养基中存在色氨酸时，色氨酸与阻遏蛋白结合，使其___________发生改变，从而功能被激活，被激活的阻遏蛋白与__________结合，使得RNA聚合酶的移动停止，结构基因__________（填“表达”或“不表达”）。 大肠杆菌无核膜包被 的细胞核 RNA聚合酶的识别和结合 空间结构 操纵基因 不表达 考点八：基因表达调控（拓展） ① 转录水平上的调控 （3）研究发现，当敲除调节基因后，无论有无色氨酸，色氨酸合成酶的合成速率都达不到100%，敲除前后相关酶的合成量与色氨酸的浓度关系如下图3所示。 ①随着研究的深入，发现色氨酸合成酶相关基因转录后形成的mRNA的____端有一段“前导序列”。“前导序列”包含具有一定反向重复特征的4个区域，其中富含色氨酸密码子，所以在翻译的初期需要消耗较多的色氨酸。当细胞中色氨酸含量较低时，核糖体mRNA上移动速度较慢并停止于1区，此时2、3区配对，操纵基因继续转录；当色氨酸充足时，核糖体覆盖于1-2区，则3、4区配对形成一个阻止mRNA继续合成的茎-环结构（图4），阻止转录。推测“前导序列”的作用是___________________________________。 5’ 响应细胞内色氨酸的浓度变化，进一 步调控色氨酸合成酶相关 基因的转录 考点八：基因表达调控（拓展） ① 转录水平上的调控 ②由上述研究分析可知，图2中阻遏蛋白的抑制作用是____________（填“完全的”或“不完全的”），细胞通过阻遏蛋白和“前导序列”精密、高效地进行基因表达调控，其意义是_________________________。 ③“前导序列”在代谢过程中起到了一种“RNA开关”功能，这种调控机制在癌症治疗领域也有广阔的应用前景，其原理是______________________________________________。 不完全的 避免了物质和能量的浪费 将这种“RNA开关”类似的调控序列导入到癌细胞中，令其在营养充分时也不能正常表达基因从而抑制生长 考点八：基因表达调控（拓展） ① 转录水平上的调控 DNA mRNA 蛋白质 1. 原核基因的表达 对以DNA为模板合成RNA的过程进行调控 a.转录起始阶段调控 b.转录终止阶段调控 考点八：基因表达调控（拓展） ② 转录后水平上的调控 例1.某基因的mRNA上具有SAM感受型核糖开关，SAM通过与mRNA结合来进行调节机制如图所示，RBS为mRNA上的核糖体结合位点。下列相关叙述错误的是（       ） A．核糖开关的本质是RNA，RBS段与1段的碱基序列互补 B．核糖开关的构象发生改变的过程涉及了氢键的断裂和形成 C．SAM与核糖开关的结合，可能会抑制基因表达的翻译过程 D．SAM阻止RBS与核糖体结合，使核糖体无法向mRNA的5’端移动 考点八：基因表达调控（拓展） ② 转录后水平上的调控 例2.(2023·湖南卷)细菌glg基因编码的UDPG焦磷酸化酶在糖原合成中起关键作用。细菌糖原合成的平衡受到CsrAB系统的调节。CsrA蛋白可以结合glgmRNA分子，也可结合非编码RNA分子CsrB，如图所示。下列叙述错误的是 A. 细菌glg基因转录时，RNA聚合酶识别和结合glg基因的启动子并驱动转录 B. 细菌合成UDPG焦磷酸化酶的肽链时，核糖体沿glg mRNA从5'-端向3'-端移动 C. 抑制CsrB基因的转录能促进细菌糖原合成 D. CsrA蛋白都结合到CsrB上，有利于细菌糖原合成 mRNA稳定性 考点八：基因表达调控（拓展） ① 转录水平上的调控 DNA mRNA 蛋白质 1. 原核基因的表达 对以DNA为模板合成RNA的过程进行调控 a.转录起始阶段调控 b.转录终止阶段调控 ② 转录后水平上的调控 a.mRNA加工成熟水平上的调控 b.翻译水平上的调控 考点八：基因表达调控（拓展） DNA 染色质 前体mRNA 成熟mRNA 蛋白质 2. 真核基因的表达 考点八：基因表达调控（拓展） ① 染色质水平上的调控 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 考点八：基因表达调控（拓展） ① 染色质水平上的调控 例2.雌性杂合玳瑁猫的毛皮上有黑色和黄色随机镶嵌的斑块，由位于X染色体上的一对等位基因B（黑色）和b（黄色）控制。该现象产生的原因是正常雌性哺乳动物在胚胎发育早期，细胞中的一条X染色体随机高度螺旋化失活形成巴氏小体，且该细胞分裂产生的后代细胞中这条X染色体均处于失活状态，产生配子时又恢复正常。下列相关叙述错误的是（　　） A．用黑猫和黄猫杂交，正交和反交出现玳瑁猫的概率不同 B．玳瑁雌猫的子代雄猫中黄色和黑色两种毛色大约各占一半 C．若偶然出现黑黄相间的雄性玳瑁猫，则其基因型可能是XBXbY D．巴氏小体上的基因不能表达可能因为染色体高度螺旋化导致转录过程受阻 考点八：基因表达调控（拓展） DNA 染色质 前体mRNA 成熟mRNA 蛋白质 2. 真核基因的表达 ① 染色质水平上的调控 考点八：基因表达调控（拓展） ②转录水平上的调控 例1.（2024·北京卷）学习以下材料，回答（1）～（4）题。 筛选组织特异表达的基因 筛选组织特异表达的基因，对研究细胞分化和组织、器官的形成机制非常重要。“增强子捕获”是筛选组织特异表达基因的一种有效方法。 真核生物的基本启动子位于基因5'端附近，没有组织特异性，本身不足以启动基因表达。增强子位于基因上游或下游，与基本启动子共同组成基因表达的调控序列。基因工程所用表达载体中的启动子，实际上包含增强子和基本启动子。 考点八：基因表达调控（拓展） ②转录水平上的调控 很多增强子具有组织特异的活性，它们与特定蛋白结合后激活基本启动子，驱动相应基因在特定组织中表达（图A）。基于上述调控机理，研究者构建了由基本启动子和报告基因组成的“增强子捕获载体”（图B），并转入受精卵。捕获载体会随机插入基因组中，如果插入位点附近存在有活性的增强子，则会激活报告基因的表达（图C）。 考点八：基因表达调控（拓展） ②转录水平上的调控 获得了一系列分别在不同组织中特异表达报告基因的个体后，研究者提取每个个体的基因组DNA，通过PCR扩增含有捕获载体序列的DNA片段。对PCR产物进行测序后，与相应的基因组序列比对，即可确定载体的插入位点，进而鉴定出相应的基因。 研究者利用各种遗传学手段，对筛选得到的基因进行突变、干扰或过表达，检测个体表型的改变，研究其在细胞分化和个体发育中的作用，从而揭示组织和器官形成的机理。 考点八：基因表达调控（拓展） ②转录水平上的调控 (1)在个体发育中，来源相同的细胞在形态、结构和功能上发生___________的过程称为细胞分化，分化是基因___________的结果。 (2)对文中“增强子”的理解，错误的是________。 A．增强子是含有特定碱基序列的DNA片段 B．增强子、基本启动子和它们调控的基因位于同一条染色体上 C．一个增强子只能作用于一个基本启动子 D．很多增强子在不同组织中的活性不同 稳定性差异 选择性表达 C (3)研究者将增强子捕获技术应用于斑马鱼，观察到报告基因在某幼体的心脏中特异表达。鉴定出捕获载体的插入位点后，发现位点附近有两个基因G和H，为了确定这两个基因是否为心脏特异表达的基因，应检测______________________________________。 考点八：基因表达调控（拓展） ②转录水平上的调控 各组织器官中G和H的mRNA 考点八：基因表达调控（拓展） DNA 染色质 前体mRNA 成熟mRNA 蛋白质 2. 真核基因的表达 ① 染色质水平上的调控 ② 转录水平上的调控 考点八：基因表达调控（拓展） ③转录后水平上的调控 例1.(2021·江苏模拟)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，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 考点八：基因表达调控（拓展） DNA 染色质 前体mRNA 成熟mRNA 蛋白质 2. 真核基因的表达 ① 染色质水平上的调控 ② 转录水平上的调控 ③ RNA加工的调控 考点八：基因表达调控（拓展） ④ 翻译水平上的调控 例1.(2018·浙江4月选考)miRNA是一种小分子RNA，某miRNA能抑制W基因控制的蛋白质(W蛋白)的合成。某真核细胞内形成该miRNA及其发挥作用的过程示意图如下。 下列叙述正确的是(　　) A.miRNA基因转录时，RNA聚合酶与该基因的起始密码相结合 B.W基因转录形成的mRNA在细胞核内加工后，进入细胞质用于翻译 C.miRNA与W基因mRNA结合遵循碱基互补配对原则，即A与T、C与G配对 D.miRNA抑制W蛋白的合成是通过双链结构的miRNA直接与W基因的mRNA结合所致 考点八：基因表达调控（拓展） DNA 染色质 前体mRNA 成熟mRNA 蛋白质 2. 真核基因的表达 ① 染色质水平上的调控 ② 转录水平上的调控 ③ RNA加工的调控 ④ 翻译水平上的调控 考点八：基因表达调控（拓展） ⑤ 蛋白质活性调控 例1.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TIM蛋白绑定后被运输到细胞核中积累，从而抑制per基因的表达。通过这样的机制，PER蛋白持续而周期性地调控着果蝇的“生物钟”。据图分析，下列有关叙述正确的是 A.图中mRNA从右向左在核糖体中移动 B.per基因能持续地进行复制、转录、翻译以补充被降解的PER蛋白 C.果蝇“生物钟”的调节过程体现了per基因与基因产物之间的相互作用 D.PER－TIM蛋白复合物对per基因表达的调控属于翻译水平的调控 考点八：基因表达调控（拓展） DNA 染色质 前体mRNA 成熟mRNA 蛋白质 2. 真核基因的表达 ① 染色质水平上的调控 ② 转录水平上的调控 ③ RNA加工的调控 ④ 翻译水平上的调控 ⑤ 蛋白质活性调控 考点八：基因表达调控（拓展） 例2.(2018·江苏卷)长链非编码RNA（lncRNA）是长度大于200个碱基，具有多种调控功能的一类RNA分子。下图表示细胞中lncRNA的产生及发挥调控功能的几种方式，请回答下列问题： 考点八：基因表达调控（拓展） （1）细胞核内各种RNA的合成都以______________为原料，催化该反应的酶是_________________。 （2）转录产生的RNA中，提供信息指导氨基酸分子合成多肽链的是________，此过程中还需要的RNA有____________________。 （3）lncRNA前体加工成熟后，有的与核内______（图示①）中的DNA结合，有的能穿过_______（图示②）与细胞质中的蛋白质或RNA分子结合，发挥相应的调控作用。 四种核糖核苷酸 RNA聚合酶 mRNA tRNA 和 rRNA 染色质 核孔 生物种类 举例 遗传信息的传递过程 DNA病毒 T2噬菌体 RNA病毒 烟草花叶病毒 逆转录病毒 艾滋病病毒 细胞生物 动物、植物、细菌、 真菌等 $