2026届高三生物二轮复习课件专题8-1 表观遗传与基因表达的调控

8-1　表观遗传与基因表达的调控 专题8 遗传的分子基础、变化、进化 一、基因表达遗传信息 1.原核生物基因表达 2.真核生物基因表达 一、基因表达遗传信息 二、表观遗传 基因什么时候表达 基因在哪种细胞中表达 基因表达水平的高低 调控 直接影响性状 二、表观遗传 1.定义： 生物体基因的碱基序列 ，但 和 发生 变化的现象。 保持不变 基因表达 表型 可遗传 2.发生时期： 普遍存在于生物体的 的整个生命活动过程中。 生长、发育和衰老 3.特点： (1) 可遗传：基因的 可以遗传给后代； (2) 不变性：基因的 保持不变； (3) 可逆性：DNA的甲基化修饰可以发生 变化，即被修饰的DNA可以发生 。 (4) 作用阶段：一般影响基因的 过程，进而影响蛋白质的合成，不影响 。 表达和表型 碱基序列 可逆性 去甲基化 转录 DNA的复制 二、表观遗传 4.常见类型（作用机制）： (1) DNA甲基化：指在DNA碱基上增加甲基基团的化学修饰，DNA甲基化会阻碍 的结合，进而 基因的 过程。 抑制 转录 RNA聚合酶与启动子 二、表观遗传 4.常见类型（作用机制）： (2) 组蛋白修饰： ①组蛋白乙酰化:一般与基因转录激活相关，而组蛋白去乙酰化则与基因沉默相关。 二、表观遗传 4.常见类型（作用机制）： (2) 组蛋白修饰： ②组蛋白甲基化:既与基因的 相关，又与 相关，这取决于被修饰的氨基酸残基所处的位置、被修饰的程度，以及甲基转移酶的性质。 转录抑制 转录激活 二、表观遗传 4.常见类型（作用机制）： (3) RNA干扰： 机制：miRNA与 互补结合，导致靶mRNA 被抑制，或靶mRNA被 。 靶基因mRNA 翻译 降解 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.图中染色质结构变化也是原核细胞表观遗传调控的一种机制 (2024·江苏，15)如图所示，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 〖练习〗 二、表观遗传 √ (2023·山东，7)某种XY型性别决定的二倍体动物，其控制毛色的等位基因G、g只位于X染色体上，仅G表达时为黑色，仅g表达时为灰色，二者均不表达时为白色。受表观遗传的影响，G、g来自父本时才表达，来自母本时不表达。某雄性与杂合子雌性个体为亲本杂交，获得4只基因型互不相同的F1。亲本与F1组成的群体中，黑色个体所占比例不可能是 A.2/3 B.1/2 C.1/3 D.0 〖练习〗 二、表观遗传 √ 模型构建 遗传印记与性状遗传 遗传印记是因亲本来源不同而导致等位基因表达差异的一种遗传现象，DNA甲基化是遗传印记的重要方式之一。印记是在配子发生和个体发育过程中获得的， 在下一代配子形成时印记重建。如图为遗传印记对转基因鼠的Igf2基因(存在有功能型A和无功能型a两种基因)表达和传递影响的示意图，被甲基化的基因不能表达。 (2025·云南卷，16)RNA干扰原理是指mRNA形成局部互补结构后阻断mRNA翻译。X菌是兼性厌氧菌，能杀伤正常细胞和处于缺氧微环境的肿瘤细胞。我国科学家基于RNA干扰原理改造X菌获得Y菌时，将厌氧启动子PT置于X菌生存必需基因asd上游，启动基因asd转录，PT启动转录效率与氧浓度成反比；同时将好氧启动子PA置于基因asd下游，启动互补链转录，PA启动转录效率与氧浓度成正比。下列说法正确的是(　　) A.Y菌存在asd基因DNA双链同时启动转录的状态 B.PT和PA分别启动转录得到的mRNA相同 C.PA的作用是防止有氧环境下Y菌死亡 D.改造X菌目的是增强无氧环境下杀伤肿瘤细胞的能力 〖练习〗 二、表观遗传 √ 解析　由题干PT启动转录效率与氧浓度成反比，PA启动效率与氧浓度成正比，则在一定氧浓度条件下，会出现PT和PA同时启动转录的状态，A正确； PT启动的是基因asd转录，PA启动的是基因asd互补链转录，所以PT和PA分别启动转录得到的mRNA是互补的，不相同，B错误； PA在有氧条件下启动转录效率高，转录得到的mRNA与PT启动转录得到的mRNA形成互补结构，阻断生存必需基因asd的翻译，从而使Y菌死亡，减少有氧条件下对正常细胞的杀伤，C错误； 改造目的是使Y菌在有氧环境下因asd基因表达被抑制而死亡，避免杀伤正常细胞。而在低氧环境下(肿瘤微环境)asd基因正常表达存活，杀伤肿瘤细胞，D错误。 三、基因表达的调控机制 1.转录水平的调控   图1 图2 无诱导物存在时(如图1) 阻遏蛋白与 结合阻止了RNA聚合酶与 的结合,使得结构基因不能正常转录 有诱导物(乳糖)存在时(如图2) 诱导物与 结合,使阻遏蛋白 ,不能与操纵基因结合,则RNA聚合酶结合到启动子上并启动结构基因的转录 操纵基因 启动子(P) 阻遏蛋白 结构改变 (1) 乳糖操纵子： 包括 以及 、 和 。 结构基因 操纵基因 启动子 调节基因 三、基因表达的调控机制 1.转录水平的调控 (2)转录因子： ①转录因子：是一类与DNA特定序列（如启动子、增强子）结合的蛋白质。调控RNA聚合酶与启动子的结合，调控基因转录。 ②转录因子激活转录的作用机制：转录因子识别启动子并与之结合→招募RNA聚合酶→形成复合体→激活转录 ①增强子：是一小段可与转录因子等蛋白质结合的DNA序列，与转录因子结合后，基因的转录作用会增强。 ②增强子的位置不固定：可位于其调控基因的上游、下游，甚至基因内部的内含子中，与目标基因的距离可远可近。无论增强子序列本身正向或反向插入基因组，都能正常发挥增强基因转录的作用。 三、基因表达的调控机制 1.转录水平的调控 (3)增强子： ③作用机制：与转录因子结合→形成DNA-蛋白质复合物→DNA链弯曲→复合物与基因启动子区域靠近→招募RNA聚合酶→增强基因的转录效率。 三、基因表达的调控机制 1.转录水平的调控 (4)沉默子： ①沉默子 是一段能抑制特定基因转录效率的 DNA 序列，是基因表达负调控的关键元件，其作用机制与增强子相反 ②位置：可位于基因的上游、下游或内含子中，与目标基因的距离不固定。 序列无方向性，正向或反向插入均能发挥抑制作用。 ③作用机制： 阻遏蛋白识别并结合到沉默子的特定序列上→阻碍 RNA 聚合酶与启动子结合→降低目标基因的转录效率。 三、基因表达的调控机制 2.翻译后水平的调控——分子伴侣 (1) 分子伴侣的定义： 分子伴侣是一类协助细胞内分子组装和帮助蛋白质折叠的蛋白质，主要分为热休克蛋白和伴侣蛋白两大类。 (2)分子伴侣的主要作用 a. 参与新生肽链的折叠与装配，帮助肽链形成正确的空间结构； b. 参与蛋白质的运输，协助蛋白质到达细胞内的特定位置； c. 修复热变性蛋白，在高温等环境下帮助变性的蛋白质恢复原有结构和功能。 〖练习〗大肠杆菌乳糖操纵子包括lacZ、lacY、lacA三个结构基因(编码参与乳糖代谢的酶,其中酶a能够水解乳糖),以及操纵基因、启动子和调节基因。培养基中无乳糖存在时,调节基因表达的阻遏蛋白和操纵基因结合,导致RNA聚合酶不能与启动子结合,使结构基因无法转录;乳糖存在时,结构基因才能正常表达,调节过程如下图所示。回答下列问题。 三、基因表达的调控机制 〖练习〗大肠杆菌乳糖操纵子包括lacZ、lacY、lacA三个结构基因(编码参与乳糖代谢的酶,其中酶a能够水解乳糖),以及操纵基因、启动子和调节基因。 三、基因表达的调控机制 (1)过程②除需mRNA提供信息指导外,还需要的RNA有　　　　　　　　　。据图分析,过程③发生时,以　　　(填“α链”或“β链”)为模板,表达出三种酶。  (2)启动子是　　　　　　　　　　　识别并结合的部位,当培养基中没有葡萄糖仅有乳糖时,乳糖与阻遏蛋白结合,使其　　　　　　　　改变而失去功能,则结构基因表达,从而使得大肠杆菌充分利用乳糖。    tRNA和rRNA β链 RNA聚合酶 空间结构 〖练习〗大肠杆菌乳糖操纵子包括lacZ、lacY、lacA三个结构基因(编码参与乳糖代谢的酶,其中酶a能够水解乳糖),以及操纵基因、启动子和调节基因。 三、基因表达的调控机制 (3)当环境中存在葡萄糖和乳糖时,大肠杆菌可以通过调控确保优先利用葡萄糖进行细胞呼吸,只有当环境中仅存在乳糖时,大肠杆菌才能利用乳糖,这种“内卷效应”也是通过乳糖操纵子模型实现的。研究发现,乳糖操纵子的表达和cAMP的含量有很大关系。cAMP含量越高,乳糖操纵子的表达越旺盛。当细菌以葡萄糖为能源时,受葡萄糖降解物的影响,cAMP的生成速率　 　,导致乳糖操纵子结构基因　　　　　　(填“表达”或“不表达”)。  降低 不表达 细菌平时优先吃葡萄糖，只有没葡萄糖、有乳糖时，才需要造分解乳糖的酶。 RNA聚合酶不能与启动子结合 阻遏蛋白结构改变 ,不能与操纵基因结合 $