专题3 基因的表达调控与组蛋白修饰-【重难点手册】2025-2026学年高中生物必修第二册（人教版）

重难点手册高中生物学必修2遗传与进化RJ 专题3基因的表边 1.基因与蛋白质之间的对应关系 基因的表达产物是蛋白质，但基因与蛋白 质之间并不是简单的一一对应，蛋白质的种类 远远多于编码蛋白质的基因的种类。大部分 高等真核生物的基因可通过可变剪接产生种 类多样的蛋白质（如图1）。 外显外显外显外显外显外显 子1 子2 子3 子4 5 子5 子6 DNA mRNA 转录 前体 4 6 可变剪接 mRNA 12456 1356 13456 翻译 翻译 翻译 蛋白质 8 蛋白质A 蛋白质B 蛋白质C 图1基因与蛋白质之间的对应关系 2.组蛋白修饰 组蛋白修饰包括组蛋白的乙酰化、甲基 化、泛素化、磷酸化等。组蛋白是核小体的中 心组成成分，每个组蛋白肽链都有氨端和碳端 两个“尾巴”，这些“尾巴”上的氨基酸可以被加 上一些化学基团，即“修饰”，修饰后会影响染 色体的结构。 组蛋白乙酰化受到组蛋白乙酰转移酶 (HAT)和组蛋白脱乙酰酶(HDAC)的调控（如 图2)。HAT催化乙酰基转移到组蛋白“尾巴” 上的目标赖氨酸上，中和赖氨酸的正电荷，使 浓缩的染色质松弛，促进RNA聚合酶与调控 序列结合，激活基因的转录。 当组蛋白乙酰化后，染色质处于松散开放 的状态，进而使基因的转录被激活，而组蛋白 去乙酰化则与基因沉默相关。 126 调控与组蛋白修饰 HAT HDAC A©④⊙ ④©④© ④9④⊙ Vv9 ©列 ©丙 图2 表观遗传调控是多水平的，不仅在转录层 面，翻译层面也存在调控。非编码RNA是指 不能翻译为蛋白质的、具有调控作用的功能性 RNA,其在调控基因表达过程中发挥着很大作 用。例如，miRNA(微RNA)通过与mRNA特 异性结合，调控靶基因的翻译过程。 例1(2024·江苏卷)图示果蝇细胞中基 因沉默蛋白(PcG)的缺失，引起染色质结构变 化，导致细胞增殖失控形成肿瘤。下列相关叙 述错误的是( )。 组蛋白 甲基 DNA P.G PcG缺失 凝集的染色体 表达 O促细胞分裂蛋白 松散的染色体 A.PcG使组蛋白甲基化和染色质凝集，抑 制了基因表达 B.细胞增殖失控可由基因突变引起，也可 由染色质结构变化引起 C.DNA和组蛋白的甲基化修饰都能影响 细胞中基因的转录 D.图示染色质结构变化也是原核细胞表 观遗传调控的一种机制 解析PcG使组蛋白甲基化和染色质凝集，影响 RNA聚合酶与DNA分子的结合，抑制了基因表达， A正确；细胞增殖失控可由基因突变（如原癌基因和 抑癌基因发生突变)引起，根据题干“基因沉默蛋白 (PcG)的缺失，引起染色质结构变化，导致细胞增殖失 控形成肿瘤”可知，细胞增殖失控也可由染色质结构 变化引起，B正确；DNA和组蛋白的甲基化修饰属于 表观遗传，都能影响细胞中基因的转录，C正确；原核 细胞没有染色质，D错误。 答案D 例2(2025·山东模拟预测)酿酒 酵母的基因GAL1、GAL7、GAL10编码 的三种酶为半乳糖转变为葡萄糖-1-磷 酸的代谢途径中的关键酶，三种基因的表达受 环境中半乳糖的调控。图1表示三种基因在 染色体上的位置，箭头方向表示转录方向。图 2表示半乳糖对三种基因表达的影响，GAL3p、 GAL80p为该过程的调控蛋白。 a链 心 3' b链 3' GAL7 GALIO GALI 5' 图1 转录复合体 细胞质 细胞核 发生 GAL4p 了转录 半乳糖 上游激活因子 序列(UAS) (A)存在半乳糖时 细胞核 GAL80p 大不发生 AL3p GAL4P 转录 上游激活因子 序列(UAS) (B)不存在半乳糖时 图2 (1)由图1可知，基因 是以a链为 模板链进行转录的，转录时 识别并结 合启动子，启动转录。 (2)存在半乳糖的情况下，GAL3p与半乳 ,第4章基因的表达通 糖、ATP结合，其 发生改变，在此状态 下GAL3p可与 结合，从而将其保留 在细胞质中。在细胞核中，GAL4p蛋白的一个 结合位点与UAS结合，另一个位点募集转录 复合体，从而使GAL基因转录。 (3)科研人员发现了一种GAL80p酿酒酵 母纯合突变体，推测该突变体上述三种基因表 达的情况是 (4)野生型酿酒酵母可根据外界环境中是 否存在半乳糖来调节基因表达情况，这种调节 机制的意义是 0 解析(1)根据图1的箭头方向，GAL7、GAL10 的转录方向是从b链的5′端到3′端，所以基因 GAL7、GAL10是以a链为模板链进行转录的，GAL1 是以b链为模板链进行转录的，转录需要酶的催化才 能进行，RNA聚合酶识别并结合启动子，启动转录。 (2)存在半乳糖的情况，根据图2，GAL3p、GAL80p为 调控蛋白，与半乳糖、ATP结合，其空间结构会发生改 变，在此状态下GAL3p可与GAL80p结合，从而将其 保留在细胞质中，从而让GALAP在细胞核内启动基 因转录。(3)科研人员发现了一种GAL80p酿酒酵母 纯合突变体，推测该突变体上述三种基因表达的情况 是不管半乳糖存在与否，三种基因都能表达，因为酿 酒酵母的基因GAL1、GAL7和GAL10的表达受环境 中半乳糖的调控，如果GAL80p发生突变，则可能会 导致其失去正常功能。由于GAL80p在无半乳糖时 会抑制GAL基因的表达，它的突变可能使这个抑制 作用失效，从而导致GAL1、GAL7、GAL10基因在无 半乳糖条件下也会表达。(4)野生型酿酒酵母可根据 外界环境中是否存在半乳糖来调节基因表达情况，这 种调节机制的意义在于能够根据环境中是否存在半 乳糖来调节这些代谢途径相关基因的表达，从而节约 资源，减少物质和能量的浪费，提高生存适应性。 答案(1)GAL7、GAL10;RNA聚合酶。(2)空 间结构；GAL80p。(3)不管半乳糖存在与否，三种 基因都能表达。(4)只有半乳糖存在时基因表达， 合成相应的酶，减少物质和能量的浪费（合理即可）。 127