【課件】2024屆高三生物二輪復(fù)習(xí)：微專題四基因表達(dá)調(diào)控

微專題四基因表達(dá)調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控是生物體內(nèi)基因表達(dá)的調(diào)節(jié)控制，使細(xì)胞中基因表達(dá)的過程在時(shí)間、空間上處于有序狀態(tài)，并對(duì)環(huán)境條件的變化作出反應(yīng)的復(fù)雜過程?；虮磉_(dá)的調(diào)控可在多個(gè)層次上進(jìn)行，主要表現(xiàn)包括染色質(zhì)水平、轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后水平、翻譯水平和翻譯后水平的調(diào)控。1.染色質(zhì)水平上的調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄前染色質(zhì)結(jié)構(gòu)需要發(fā)生一系列重要變化，這是基因轉(zhuǎn)錄的前提，真核生物的DNA與組蛋白和一些非組蛋白構(gòu)成染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，染色質(zhì)又分為常染色質(zhì)和異染色質(zhì)。DNA呈現(xiàn)不同凝聚狀態(tài)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出不同的基因表達(dá)活性狀態(tài)。常染色質(zhì)結(jié)構(gòu)比較松散，DNA局部序列暴露，基因表達(dá)處于活性狀態(tài)。異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)高度致密，DNA被組蛋白結(jié)合，染色質(zhì)的基因表達(dá)活性處于阻遏狀態(tài)。典例1

組蛋白是構(gòu)成真核生物染色體的基本結(jié)構(gòu)蛋白。用聚丙烯酰胺凝膠電泳可以區(qū)分5種不同的組蛋白：H1、H2A、H2B、H3和H4。研究發(fā)現(xiàn)，核心組蛋白的肽鏈末端受到多種化學(xué)修飾的調(diào)控，比如H4末端Lys8(Lys代表賴氨酸)和Lys16的雙乙?；軌蛘心嫁D(zhuǎn)錄相關(guān)蛋白，促進(jìn)基因表達(dá)；而H3的N末端Lys9的甲基化會(huì)促進(jìn)DNA包裝蛋白的結(jié)合，壓縮染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，抑制基因表達(dá)。下列相關(guān)敘述中，正確的是A.大腸桿菌中沒有染色體結(jié)構(gòu)，其擬核中的DNA從不與任何蛋白質(zhì)結(jié)合B.RNA聚合酶能識(shí)別DNA上的起始密碼子并與之結(jié)合，啟動(dòng)基因的轉(zhuǎn)錄C.豬的成熟紅細(xì)胞在衰老時(shí)，控制其凋亡的基因開始表達(dá)產(chǎn)生相關(guān)蛋白D.特定的修飾狀態(tài)可以決定組蛋白的活性，從而決定基因的表達(dá)與沉默√2.轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控該調(diào)控是最主要的基因調(diào)控方式。轉(zhuǎn)錄調(diào)控是指以DNA為模板合成RNA的調(diào)控，所有的細(xì)胞都具有大量序列特異的DNA結(jié)合蛋白，這些蛋白能準(zhǔn)確地識(shí)別并結(jié)合到特異的DNA序列，在轉(zhuǎn)錄水平上起著開關(guān)的作用。該調(diào)控重點(diǎn)是在特定組織或細(xì)胞中、在特定的生長發(fā)育階段、在特定的機(jī)體內(nèi)外條件下，選擇特定基因進(jìn)行轉(zhuǎn)錄表達(dá)。典例2

大腸桿菌可以直接利用葡萄糖，也可以通過合成β-半乳糖苷酶將乳糖分解為葡萄糖和半乳糖加以利用。如圖是大腸桿菌乳糖代謝基因在轉(zhuǎn)錄水平上受到調(diào)控的模型。下列說法不正確的是A.阻遏蛋白與操縱基因結(jié)合會(huì)抑制

結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄B.基因lacZ、lacY、lacA共用一套啟

動(dòng)子和終止子C.圖示的2個(gè)mRNA都有1個(gè)起始密碼

子和1個(gè)終止密碼子D.葡萄糖耗盡時(shí)β-半乳糖苷酶基因被誘導(dǎo)表達(dá)，這種調(diào)節(jié)可以減少物質(zhì)和

能量的浪費(fèi)√3.轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，這是指基因轉(zhuǎn)錄起始后對(duì)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物進(jìn)行的一系列修飾、加工等調(diào)控行為，主要包括提前終止轉(zhuǎn)錄過程，對(duì)mRNA前體進(jìn)行加工剪切，mRNA通過核孔和在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)定位等。典例3

真核生物的基因中含有外顯子和內(nèi)含子。細(xì)胞核內(nèi)剛剛轉(zhuǎn)錄而來的RNA為前體mRNA，前體mRNA中的內(nèi)含子在RNA自身以及其他蛋白復(fù)合物的作用下被剪切，形成mRNA運(yùn)出細(xì)胞核。如圖為前體mRNA的剪切示意圖，下列相關(guān)敘述正確的是A.圖中的a、c分別為啟動(dòng)子和終止子轉(zhuǎn)錄部分B.前體mRNA能與核糖體直接結(jié)合進(jìn)行翻譯過程C.蛋白質(zhì)復(fù)合物具有識(shí)別特定核糖核苷酸序列的功能D.前體mRNA加工形成mRNA的過程發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中√4.翻譯水平上的調(diào)控這是基因表達(dá)調(diào)控的重要環(huán)節(jié)。翻譯的速率和細(xì)胞生長的速度之間是密切協(xié)調(diào)的。在肽鏈合成的起始、延伸和終止三個(gè)階段中，對(duì)翻譯起始速率的調(diào)控是最重要的，而在翻譯的延伸和終止階段也存在著調(diào)控因素。典例4

miRNA是miRNA前體經(jīng)過加工之后的一類非編碼的具有調(diào)控功能的小RNA分子(18～25個(gè)核苷酸)，它含有一段能夠自我配對(duì)形成“莖環(huán)”結(jié)構(gòu)的序列(如圖所示)。某miRNA能抑制W基因控制的蛋白質(zhì)(W蛋白)的合成，如圖是某真核細(xì)胞內(nèi)形成該miRNA及其發(fā)揮作用的過程示意圖。下列敘述錯(cuò)誤的是A.miRNA前體是單鏈RNA分子，且含有氫鍵B.miRNA與W基因mRNA結(jié)合遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，即A與U、C與G

配對(duì)C.在細(xì)胞質(zhì)加工miRNA使其莖環(huán)消失可能與磷酸二酯鍵的斷裂有關(guān)D.miRNA抑制W蛋白的合成是通過miRNA直接與W基因合成的mRNA結(jié)

合所致√5.翻譯后水平的調(diào)控(蛋白質(zhì)活性的調(diào)節(jié))該調(diào)控主要是控制多肽鏈的加工和折疊，以產(chǎn)生不同功能活性的蛋白質(zhì)。來自mRNA的遺傳信息翻譯成蛋白質(zhì)后，這些蛋白質(zhì)如何活化并發(fā)揮其生物學(xué)功能，涉及蛋白質(zhì)合成后的加工問題。翻譯后的加工實(shí)際上也具有對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控作用。蛋白質(zhì)的定向與分揀應(yīng)該是準(zhǔn)確無誤的，否則細(xì)胞的正常生理功能將會(huì)出現(xiàn)異常。典例5

果蠅細(xì)胞中含有調(diào)控“生物鐘”的per基因，表達(dá)產(chǎn)物為PER蛋白，PER蛋白在白天會(huì)被降解，而到晚上PER蛋白與TIM蛋白綁定后被運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞核中積累，從而抑制per基因的表達(dá)。通過這樣的機(jī)制，PER蛋白持續(xù)而周期性地調(diào)控著果蠅的“生物鐘”。據(jù)圖分析，下列有關(guān)敘述正確的是A.圖中mRNA從右向左在核糖體中移動(dòng)B.per基因能持續(xù)地進(jìn)行復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯

以補(bǔ)充被降解的PER蛋白C.果蠅“生物鐘”的調(diào)節(jié)過程體現(xiàn)了per基

因與基因產(chǎn)物之間的相互作用D.PER－TIM蛋白復(fù)合物對(duì)per基因表達(dá)的調(diào)

控屬于翻譯水平的調(diào)控√方法總結(jié)(1)識(shí)圖：對(duì)題干中出現(xiàn)的圖形認(rèn)真分析，并找出與教材知識(shí)及已有知識(shí)之間的聯(lián)系。仔細(xì)辨別DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯的圖解，回憶有關(guān)過程的結(jié)構(gòu)、場所與條件等。(2)譯圖：比較熟練地把圖形信息轉(zhuǎn)化為文字或數(shù)據(jù)信息，或把文字、數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為圖形信息，從而得出正確結(jié)論。(3)挖掘：注意挖掘隱含條件。隱含條件往往是容易忽視的內(nèi)容，也是造成解題失誤的原因之一。只有捕捉到信息，才能處理信息，從而運(yùn)用正確的信息解決問題。1.miRNA是一類由基因編碼的，長約22個(gè)核苷酸的單鏈RNA分子。在線蟲中，Lin－4基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物經(jīng)加工后形成miRNA－miRNA*雙鏈，其中miRNA與Lin－14mRNA部分配對(duì)，使其翻譯受阻，進(jìn)而調(diào)控幼蟲的正常發(fā)育模式。Lin－4miRNA的形成過程及其對(duì)Lin－14基因的調(diào)控如圖所示。對(duì)位訓(xùn)練下列有關(guān)敘述正確的是A.轉(zhuǎn)錄miRNA的模板鏈堿基序列與

miRNA*的堿基序列相同B.用抗原－抗體雜交技術(shù)可檢測到

線蟲內(nèi)Lin－4基因表達(dá)的蛋白質(zhì)C.圖中過程①、過程②分別需要RNA

聚合酶、限制性內(nèi)切核酸酶D.Lin－4基因調(diào)控Lin－14基因選擇性表達(dá)的結(jié)果是Lin－14基因翻譯水平

降低對(duì)位訓(xùn)練√2.如圖表示真核生物在不同水平上對(duì)基因的表達(dá)進(jìn)行了調(diào)控，基因2轉(zhuǎn)錄生成的起始轉(zhuǎn)錄物中1、2、3、4部分重新連接后再出核孔，下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是A.同種基因控制合成的蛋白質(zhì)可能不止一種B.不同水平的調(diào)控使真核生物細(xì)胞功能復(fù)雜化C.轉(zhuǎn)錄的啟動(dòng)取決于基因上啟動(dòng)部位與RNA聚

合酶是否堿基互補(bǔ)配對(duì)D.據(jù)圖推測，加工后的mRNA可能不翻譯，同一mRNA翻譯的新生多肽

鏈只有1種對(duì)位訓(xùn)練√3.在遺傳信息的表達(dá)過程中，蛋白質(zhì)與核酸的合成相依賴。在生命起源之初，究竟是先有核酸還是先有蛋白質(zhì)，科學(xué)家提出了以下假說：最早出現(xiàn)的生物大分子很可能是RNA，它兼具了DNA和蛋白質(zhì)的功能，既可以像DNA一樣儲(chǔ)存遺傳信息，又可以像蛋白質(zhì)一樣催化反應(yīng)，DNA和蛋白質(zhì)則是進(jìn)化的產(chǎn)物。下列事實(shí)不支持該假說的是A.構(gòu)成核糖體的rRNA具有催化肽鍵形成的功能B.細(xì)胞核內(nèi)的DNA必須有RNA作為引物才能完成復(fù)制C.mRNA是在RNA聚合酶的催化下以DNA的一條鏈為模板轉(zhuǎn)錄形成的D.四膜蟲rRNA的前體物能在沒有蛋白質(zhì)參與下進(jìn)行自我加工、剪切對(duì)位訓(xùn)練√4.(2023·江蘇泰州中學(xué)高三開學(xué)考試)果蠅的晝夜節(jié)律與PER蛋白濃度的變化有關(guān)。如圖表示PER蛋白作用的部分過程。下列相關(guān)敘述正確的是A.PER蛋白可反饋抑制Per基因的轉(zhuǎn)錄B.permRNA的合成過程在細(xì)胞核外發(fā)生C.PER蛋白與TIM蛋白結(jié)合后穿過核膜進(jìn)入細(xì)胞核D.一個(gè)permRNA分子上可結(jié)合多個(gè)核糖體同時(shí)進(jìn)

行多條不同肽鏈的合成對(duì)位訓(xùn)練√5.(2023·海南?？诟呷M)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)細(xì)胞中缺乏氨基酸時(shí)，負(fù)載tRNA(攜帶氨基酸的tRNA)會(huì)轉(zhuǎn)化為空載tRNA(沒有攜帶氨基酸的tRNA)參與基因表達(dá)的調(diào)控。圖示為缺乏氨基酸時(shí)，tRNA調(diào)控基因表達(dá)的相關(guān)過對(duì)位訓(xùn)練程，圖中的①②③④表示過程，a、b、c、d表示合成的多肽鏈。利用該圖作用的機(jī)理分析饑餓療法治療癌癥的方法和原理(饑餓療法是指通過微導(dǎo)管向腫瘤供血?jiǎng)用}內(nèi)注入栓塞劑，阻斷腫瘤的血液供應(yīng)，使腫瘤細(xì)胞缺血、缺氧死亡)，回答相關(guān)問題：(1)癌細(xì)胞被稱為不死細(xì)胞，能夠進(jìn)行無限增殖，在增殖過程中需要不斷合成需要的蛋白質(zhì)，DNA控制合成蛋白質(zhì)的過程包括_____(填數(shù)字編號(hào))，參與此過程的RNA有______________________。對(duì)位訓(xùn)練①②mRNA、tRNA、rRNA

(2)完成過程需要的物質(zhì)是從細(xì)胞質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞核的，它們是_______________________________。核糖核苷酸、RNA聚合酶、ATP對(duì)位訓(xùn)練(3)根據(jù)圖中多肽合成的過程，判斷核糖體的移動(dòng)方向?yàn)開________(填“從左向右”或“從右向左”)，多肽鏈a、b、c、d上的氨基酸序列_______(填“相同”或“不同”)。從圖可知合成蛋白質(zhì)的速度非?？斓脑蚴莀__________________________________________________________________________________________________________________。從右向左相同

一個(gè)mRNA分子上可以相繼結(jié)合多個(gè)核糖體，同時(shí)進(jìn)行多條肽鏈的合成，因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白質(zhì)(4)結(jié)合饑餓療法治療癌癥的方法，利用如圖展示的調(diào)控過程，從兩個(gè)方面說明如何通過抑制蛋白質(zhì)的合成，來控制癌細(xì)胞的分裂：__________________