(共82张PPT)
第4章 基因的表达
①了解RNA的种类和作用。
②结合相关图解理解转录的过程。
③结合有关图解理解翻译的过程。
④掌握密码子和反密码子等概念。
⑤结合中心法则比较DNA的复制、
转录、翻译、逆转录、RNA的自我复制等过程。
⑥结合具体实例理解基因控制生物性状的方式。
3个重点：①从模板、原料、产物、碱基互补配对方式和过程等角度掌握转录过程；
②结合图解并从模板、原料、产物、碱基互补配对方式和过程等角度掌握翻译过程；
③中心法则中的遗传信息流动过程。
2个难点：①结合图解掌握翻译的过程；
②中心法则中几种遗传信息流动过程的比较和判断。
4个考点：①RNA的种类和作用；
②转录和翻译的过程；
③转录和翻译过程中碱基数量的计算；
④中心法则中的遗传信息流动过程。
1 基因指导蛋白质的合成
课标要点 学法指导
概述DNA分子的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成 1．科学思维：掌握转录的特点，辨析三种RNA的结构和功能
2．科学思维：说明密码子、反密码子和遗传信息之间的关系
3．科学思维：掌握翻译的过程及其与转录的区别
4．科学思维、生命观念：说出中心法则的具体内容
知识导图
课前·新知导学
遗传信息的转录
1．RNA的结构和种类
核糖
U
单链
氨基酸
核糖体
真核细胞中的RNA主要分布于什么部位？RNA和DNA相比较，特有的成分是什么？
_________________________________________________。
提示：主要分布于细胞质中。RNA特有的成分是核糖和尿嘧啶(U)
微思考
判断下列叙述的正误。
(1)一个tRNA分子中只有三个碱基，可以携带多种氨基酸。( )
(2)rRNA是核糖体的组成成分，原核细胞中可由核仁参与合成。 ( )
(3)tRNA分子中的部分碱基两两配对形成氢键。 ( )
(4)有些RNA可通过降低化学反应的活化能来提高反应速率。( )
(5)若某核酸中，嘌呤占58%，嘧啶占42%，则该核酸一定不是双链DNA。 ( )
【答案】(1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)√
2．转录过程
【答案】RNA聚合酶 碱基 碱基互补配对 一条链 核糖核苷酸 RNA聚合酶 mRNA DNA链 双螺旋
3．遗传信息的传递方向：DNA→________。
RNA
转录的产物是否只有mRNA？
_________________________________________________。
提示：不是，mRNA、tRNA、rRNA都是转录的产物
微思考
判断下列叙述的正误。
(1)真核细胞中的转录过程主要发生于细胞质中。 ( )
(2)转录的模板是DNA的每一条链。 ( )
(3)转录的原料和产物分别是核糖核苷酸和RNA。 ( )
(4)转录过程中会发生A－T的碱基配对方式。 ( )
【答案】(1)× (2)× (3)√ (4)×
遗传信息的翻译
1．密码子和反密码子
(1)属于密码子的是_____(填序号)，位于[④]________ (填名称)上，其实质是决定一个氨基酸的__________的碱基(一般情况下终止密码子不决定氨基酸)。
(2)属于反密码子的是________(填序号)，位于[③]________(填名称)上，其实质是与________发生碱基互补配对的3个相邻的碱基。
②
mRNA
3个相邻
①
tRNA
密码子
(3)密码子有______种，决定21种氨基酸的密码子有______种。
(4)密码子两种特性。
①________：绝大多数氨基酸都有几个________的现象。如亮氨酸可由6种密码子决定。
②________：地球上几乎所有的生物都共用________________。
64
62
简并性
密码子
通用性
同一套密码子
2．翻译的概念
【答案】核糖体 mRNA 氨基酸 蛋白质
3．翻译的过程
【答案】mRNA 核糖体 tRNA mRNA 终止密码子 核糖体与mRNA的复合物
已知一段氨基酸序列为“甲硫氨酸－谷氨酸－丙氨酸－半胱氨酸”，控制该段氨基酸序列的mRNA的碱基序列是否唯一？
________________________________________________。
提示：不唯一，因为密码子具有简并性，即一种氨基酸可以对应多种密码子
微思考
判断下列叙述的正误。
(1)每种氨基酸仅由一种密码子编码。 ( )
(2)一个tRNA上的反密码子只能与mRNA上的一种密码子配对。 ( )
(3)mRNA上所含有的密码子均能在tRNA上找到相对应的反密码子。 ( )
(4)下图表示蓝细菌DNA上遗传信息、密码子、反密码子间的对应关系，则①是β链，完成此过程的场所是细胞核。 ( )
【答案】(1)× (2)√ (3)× (4)×
中心法则
1．提出者：____________。
2．中心法则的提出及其发展
(1)图示：
克里克
(2)根据图示，完成下表：
项目 序号 生理过程 遗传信息传递过程
最初提出 ① _______________ ________流向________
② __________ ________流向________
③ __________ ________流向________
发展补充 ④ __________ ________流向________
⑤ __________ ________流向________
DNA复制
DNA
DNA
转录
DNA
RNA
翻译
RNA
蛋白质
RNA复制
RNA
RNA
逆转录
RNA
DNA
中心法则中的五种遗传信息流动过程中的碱基互补配对方式完全相同吗？
______________________________________________。
提示：不完全相同
微思考
依据中心法则(如下图)，判断下列相关叙述的正误。
(1)生物的遗传信息储存在DNA或RNA的核苷酸序列中。 ( )
(2)核苷酸序列不同的基因可能表达出相同的蛋白质。 ( )
(3)新型冠状病毒(无逆转录酶)合成子代病毒蛋白质外壳的完整过程至少要经过d、b、c环节。 ( )
(4)HIV通过d形成的DNA可以整合到宿主细胞的染色体DNA上。 ( )
【答案】(1)√ (2)√ (3)× (4)√
课堂·重难探究
[知识归纳]
1．相关图解及分析
(1)图解：
遗传信息的转录和翻译
(2)分析：
2．DNA复制、转录和翻译的比较
项目 DNA复制 转录 翻译
场所 主要在细胞核 主要在细胞核 核糖体
模板 DNA两条链 DNA的一条链 mRNA
原料 4种
脱氧核苷酸 4种
核糖核苷酸 21种
氨基酸
条件 酶(解旋酶、DNA聚合酶)、ATP 酶(RNA聚合酶)、ATP 酶、ATP
产物 DNA RNA 多肽链
项目 DNA复制 转录 翻译
特点 边解旋边复制、半保留复制 边解旋边转录 一个mRNA上可结合多个核糖体，同时合成多条相同肽链
碱基
配对 A－T，T－A，G－C，C－G A－U，T－A，G－C，C－G A－U，U－A，G－C，C－G
遗传信息
传递 DNA→DNA DNA→RNA RNA→蛋白质
意义 传递遗传信息 表达遗传信息
仔细观察下面两图，分析回答下列问题。
(1)大肠杆菌为原核生物，只进行图______过程。
(2)两图中a～f依次为________、_________、________、________、________、________(酶)。
(3)解读图甲、图乙的过程。
①数量关系：一个mRNA可同时结合__________，形成多聚核糖体。
②意义：少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质。
③方向：图甲从左向右，图乙________，判断依据是多肽链的长短，肽链________的翻译在前。
④结果：合成________________________的多肽，因为模板mRNA相同。
提示：(1)乙 (2)mRNA 核糖体 多肽链 DNA mRNA RNA聚合酶 (3)①多个核糖体 ③从右向左 长 ④多个氨基酸序列完全相同
[对点精练]
1．下图表示某真核生物细胞内发生的一系列生理变化，Y表示某种功能的酶，下面有关叙述不正确的是 ( )
A．Y为RNA聚合酶
B．该图中最多含5种碱基、8种核苷酸
C．过程Ⅰ在细胞核内进行，过程Ⅱ在细胞质内进行
D．b部位发生的碱基配对方式可能有T－A、A－U、C－G、G－C
【答案】C
【解析】分析题图可知，该图表示真核生物转录和翻译过程，故Y为RNA聚合酶，A正确；图中有DNA和RNA分子，因此最多含有5种碱基和8种核苷酸，B正确；过程Ⅰ为转录过程，主要在细胞核内进行，此外在线粒体和叶绿体内也可进行，Ⅱ为翻译过程，在细胞质中的核糖体上进行，C错误；b部位发生DNA的转录，因此b部位发生的碱基配对方式可能有T—A、A—U、C—G、G—C，D正确。
2．(2023·广东珠海期末)下图为原核细胞与真核细胞内基因表达的过程示意图，下列叙述错误的是 ( )
A．一个mRNA上结合多个核糖体便于迅速合成大量蛋白质
B．真核细胞的初级转录产物不能直接作为合成蛋白质的模板
C．两类细胞的基因表达过程有所不同与两者结构存在差异有关
D．上图真核细胞中核糖体沿着mRNA从右向左移动合成蛋白质
【答案】D
【解析】图中多个核糖体在一条mRNA上移动可以保证翻译的快速高效，提高蛋白质合成的效率，A正确；由图可知，原核细胞的mRNA不需要加工，真核细胞的初级转录产物不是合成蛋白质的模板，初级转录产物被加工后形成的mRNA才是合成蛋白质的模板，B正确；由图可知，原核细胞的转录和翻译可以同时进行，而真核细胞的核基因的转录和表达分开进行(转录主要发生在细胞核中，表达主要发生在细胞质基质中)，显然两类细胞的基因表达过程有所不同，这与细胞的结构密切相关，C正确；根据图中多肽链的长度可推测，真核细胞中的核糖体是沿着mRNA从左向右移动合成蛋白质的 ，D错误。
【方法技巧】 “三步”判断真核、原核细胞的基因表达过程
[知识归纳]
1．遗传信息、密码子、反密码子的比较
转录、翻译过程中的有关计算
项目 遗传信息 密码子 反密码子
作用 控制生物的性状 直接决定蛋白质中的氨基酸 识别密码子，转运氨基酸
图解
2．密码子、反密码子、氨基酸的对应关系
(1)每种氨基酸对应一种或几种密码子，可由一种或几种tRNA转运。
(2)一种密码子只能决定一种氨基酸，一种tRNA只能转运一种氨基酸。
3．基因表达过程中相关数量计算
(1)DNA(基因)、mRNA上碱基数目与氨基酸数目之间的关系。
①图示：
②规律：蛋白质中氨基酸数目＝1/3 mRNA中碱基数目＝1/6 DNA(或基因)中碱基数目。
③计算公式：蛋白质中肽链数＋肽键数＝氨基酸数＝1/3 mRNA中碱基数＝1/6DNA(或基因)中碱基数。
(2)计算中“最多”和“最少”的分析。
①正常情况下，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，则mRNA上的碱基数目是蛋白质中氨基酸数目的3倍或多于3倍。
②基因或DNA中存在不编码氨基酸的碱基序列，因此其中的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多。
③在回答问题时应加上“最多”或“最少”等字，如mRNA上有n个碱基，转录产生它的基因(DNA)中最少有2n个碱基，该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。
[对点精练]
1．一条肽链有氨基酸500个，则作为合成该多肽链模板的mRNA和用来转录mRNA的DNA的碱基分别至少有 ( )
A．500个和1 000个 B．1 000个和2 000个
C．1 500个和1 500个 D．1 500个和3 000个
【答案】D
【解析】若不考虑终止密码子等因素，DNA(或基因)中碱基数∶mRNA上碱基数∶氨基酸个数＝6∶3∶1，已知一条多肽链中有500个氨基酸，则作为合成该多肽链的mRNA分子至少含有碱基数目为500 ×3＝1 500个，用来转录mRNA的DNA分子至少要有碱基500×6＝3 000个，D符合题意。
2．(2023·吉林长春期中)下列关于DNA 和RNA 分子的计算不正确的是 ( )
A．若DNA的碱基总数为m，A有n个，则转录形成的 mRNA 中A＋U的数量小于n
B．若DNA的碱基总数为m，A 有n个，DNA经三次复制，需G 的数量为(7m－14n)/2
C．若DNA的碱基总数为m，则指导合成的蛋白质最多含有m/6个氨基酸
D．若DNA的碱基总数为m，则一次转录形成的 mRNA含有m/2个密码子
【答案】D
【解析】若DNA的碱基总数为m，A 有n个，A＝T＝n，则DNA中的一条链A＋T＝n个，因为基因是有遗传效应的DNA片段，转录时以基因的一条链为模板，故转录形成的 mRNA 中A＋U的数量一般小于n，A正确；若DNA的碱基总数为m，A 有n个，则DNA分子有G＝(m－2n)/2个，DNA经三次复制，一共是8个DNA分子，除去模板DNA分子，相当于新合成了7个DNA分子，需要G的数量为(23－1) (m－2n)/2，即(7m－14n)/2，B正确；若DNA的碱基总数为m，则一次转录形成的mRNA中，含有m/6个密码子，指导合成的蛋白质最多含有m/6个氨基酸，C正确，D错误。
[知识归纳]
中心法则
1．不同生物中心法则的体现
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 不含逆转录酶 烟草花叶病毒
含逆转录酶 艾滋病病毒
注：含逆转录酶的RNA病毒逆转录得到的病毒DNA不能直接复制，只能通过整合到宿主DNA中，随着宿主DNA的复制而被复制。
2．中心法则与基因表达的关系
3．中心法则五个过程的比较
过程 模板 原料 酶 碱基配对方式 产物 实例
DNA
的复制 DNA的
两条链 脱氧核
苷酸 解旋酶、
DNA聚合酶 A－T、T－A、G－C、C－G DNA 以DNA作为遗传物质的生物
转录 DNA的
一条链 核糖核
苷酸 RNA
聚合酶 A－U、T－A、G－C、C－G RNA 除病毒外几乎所有生物
过程 模板 原料 酶 碱基配对方式 产物 实例
翻译 信使
RNA 21种
氨基酸 肽基
转移酶 A－U、U－A、G－C、C－G 多肽 除病毒外的细胞生物
RNA
的复制 RNA 核糖核苷酸 RNA聚合酶 A－U、U－A、G－C、C－G RNA 不含逆转录酶的RNA病毒(在宿主细胞内)
RNA的
逆转录 RNA 脱氧核苷酸 逆转
录酶 A－T、U－A、G－C、C－G DNA 含逆转录酶的RNA病毒(在宿主细胞内)
甲、乙、丙三种类型的病毒，它们的遗传信息的遗传方式分别如下图所示。请据图回答下列问题：
(1)HIV、噬菌体、流感病毒分别对应图中的哪个类型？
(2)说出甲、乙、丙中的数字分别表示什么过程。
(3)不管哪种病毒，其增殖都要合成自身的蛋白质外壳和核酸，该过程需要的原料都来自哪里？
提示：(1)HIV：丙；噬菌体：甲；流感病毒：乙。
(2)甲：1为转录，2为翻译，3为DNA的复制；乙：4为RNA的复制，5为翻译，6为RNA的复制；丙：7为逆转录，8为转录，9为翻译，10为DNA的复制。
(3)病毒合成蛋白质和核酸所需要的原料由宿主细胞提供。
[对点精练]
1．中心法则揭示了生物遗传信息的流动过程(如下图)，相关叙述不正确的是 ( )
A．细胞分裂间期发生的过程有a、b、c
B．需要tRNA和核糖体同时参与的过程是c
C．a和b两个过程发生的主要场所分别是细胞核和细胞质
D．健康的人体细胞内不会发生d和e过程
【答案】C
【解析】a～e过程分别为DNA复制、转录、翻译、逆转录和RNA复制过程。细胞分裂间期，主要进行DNA分子的复制和有关蛋白质的合成，即发生a、b、c过程，A正确；翻译的场所是核糖体，原料氨基酸需要tRNA运输，B正确；DNA复制和转录发生的主要场所都是细胞核，C错误；只有被某些病毒侵染的细胞才会发生逆转录或RNA复制过程，D正确。
2．(2021·广东卷)金霉素(一种抗生素)可抑制tRNA与mRNA的结合，该作用直接影响的过程是 ( )
A．DNA复制 B．转录
C．翻译 D．逆转录
【答案】C
【解析】分析题意可知，金霉素可抑制tRNA与mRNA的结合，使tRNA不能携带氨基酸进入核糖体，从而直接影响翻译的过程，C正确。
【方法技巧】 “三看法”判断中心法则各过程
课堂·延伸提分
易错易混1：转录、翻译过程中的四个易错点
(1)转录的产物不只是mRNA，还有tRNA、rRNA，但只有mRNA携带遗传信息，3种RNA都参与翻译过程，只是作用不同。
(2)翻译过程中mRNA并不移动，而是核糖体沿着mRNA移动，进而读取下一个密码子。
(3)转录和翻译过程中的碱基配对不是A－T，而是A－U。
(4)并不是所有的密码子都决定氨基酸。一般情况下，终止密码子不决定氨基酸(在正常情况下，UGA是终止密码子，不编码氨基酸，但在特殊情况下，UGA可以编码硒代半胱氨酸)。
易错易混2：氨基酸与密码子、反密码子的数量关系
(1)每种氨基酸对应一种或几种密码子(密码子的简并性)，可由一种或几种tRNA转运。
(2)一种密码子只能决定一种氨基酸，一种tRNA只能转运一种氨基酸。
(3)密码子有64种，终止密码子有3种，编码21种氨基酸的密码子有62种，反密码子理论上有62种。
例1 下图表示蓝细菌DNA上遗传信息、密码子、反密码子间的对应关系。下列说法中正确的是 ( )
A．分析题图可知①是β链，完成此过程的场所是细胞核
B．除图中所示的两种RNA之外，RNA还包括tRNA
C．图中②到③的过程需要在核糖体上进行
D．能够决定21种氨基酸的是③，其种类有61种
【答案】C
【解析】根据碱基互补配对原则，从图中②的碱基组成可以确定β链是转录模板，蓝细菌是原核生物，没有细胞核，A错误；RNA包括mRNA(图中②)、tRNA(图中③)和rRNA(核糖体RNA，图中未画出)，B错误；图中②到③的过程是翻译过程，在核糖体上进行，C正确；能够决定21种氨基酸的是②mRNA上的62种密码子，③是tRNA，D错误。
易错易混3：区分真核细胞和原核细胞的转录和翻译过程的模式图
图1
图2
(1)图1表示真核细胞的转录和翻译过程，特点是DNA主要在细胞核中转录出mRNA，mRNA通过核孔进入细胞质进行翻译(在线粒体、叶绿体中也可边转录边翻译)。图中①是双链DNA分子，②是mRNA，③是核糖体，④是tRNA。
(2)图2表示原核细胞的转录和翻译过程，特点是原核生物没有核膜，转录和翻译在同一空间进行，两个过程常紧密偶联，边转录边翻译。图中①是DNA模板链，②③④⑤表示正在合成的4条mRNA，核糖体结合到mRNA上同时进行翻译过程。
例2 下图为核糖体沿着mRNA链合成多肽链的示意图，与之相关的叙述不正确的是 ( )
A．核糖体移动的方向是从mRNA的5′－端→3′－端
B．在原核细胞内，该过程与mRNA的合成可同时进行
C．mRNA上密码子并不都能决定氨基酸
D．亲子代遗传信息的表达均是通过翻译过程实现的
【答案】D
【解析】从题图可以看出核糖体合成的多肽链，右端的最长，说明合成是从左往右进行的；在原核细胞内，转录和翻译过程可同时进行；mRNA上含有的终止密码子通常不决定氨基酸；遗传信息的表达是通过转录和翻译过程实现的。
小练·素养达成
1．(2023·广东深圳期末)下图是真核细胞中三种生命活动的示意图，关于下图的叙述正确的是 ( )
A．①②③过程都有碱基互补配对
B．①②③过程均可由同种酶催化
C．只有②过程能发生在细胞质中
D．①②③过程都伴随ATP的生成
【答案】A
【解析】①②③过程分别表示DNA复制、翻译、转录，都有碱基互补配对，A正确；①②③过程需要的酶不同，DNA复制需要解旋酶和DNA聚合酶，转录需要RNA聚合酶，翻译需要催化蛋白质合成的酶，B错误；②过程发生在细胞质中的核糖体上，①③过程主要发生在细胞核中，也可发生在细胞质的线粒体和叶绿体中，C错误；①②③过程都需要消耗ATP，都伴随着ATP的水解，D错误。
2．(2023·广东珠海期末)下图表示遗传信息的传递和表达过程，下列有关叙述错误的是 ( )
A．①～⑤过程均会发生碱基互补配对行为
B．①～⑤过程均可发生在人体健康细胞中
C．染色体上基因的表达包括②③两个先后进行的过程
D．RNA病毒的遗传信息可通过④或⑤过程进行传递
【答案】B
【解析】①～⑤过程中均会发生碱基互补配对行为，且均发生在核酸的碱基之间，A正确；①～⑤过程只有①②③可发生在人体健康细胞中，B错误； 染色体上基因的表达，即基因控制蛋白质合成的过程，包括②转录和③翻译两个先后进行的过程，C正确；RNA病毒的遗传信息可通过④RNA复制或⑤逆转录过程进行传递，且这两个过程均发生在病毒侵染的宿主细胞中，D正确。
3．右图是真核生物细胞核中某物质的合成过程图，据图判断，下列说法正确的是 ( )
A．图示过程为转录
B．图中②是以4种脱氧核苷酸为原料合成的
C．如果图中③表示酶分子，则它的名称是DNA聚合酶
D．图中的②只能是mRNA
【答案】A
【解析】分析题图，根据产物为单链可判断此过程为转录，A正确；图中②代表RNA，是以4种核糖核苷酸为原料合成的，B错误；图中③是RNA聚合酶，C错误；转录的产物包括mRNA、tRNA、rRNA三种，D错误。
4．(2023·广东名校期中)下列叙述错误的是 ( )
A．遗传密码位于基因上，核糖体中的RNA是rRNA
B．一个tRNA分子中只有一个反密码子，而且含有碱基对
C．逆转录酶催化的是RNA→DNA的过程
D．细菌的遗传物质一定是DNA
【答案】A
【解析】密码子位于mRNA上，A错误；一个tRNA中只含有一个反密码子，而且也有双链的部分，即存在碱基对，B正确；逆转录酶催化的是中心法则中RNA→DNA的过程，C正确；细菌具有细胞结构，细胞生物的遗传物质均是DNA，D正确。
5．下图表示某DNA片段遗传信息的传递过程：①～⑤表示物质或结构，a、b、c表示生理过程。请据图回答下列问题。(可能用到的密码子：AUG－甲硫氨酸，GCU－丙氨酸，AAG－赖氨酸，UUC－苯丙氨酸，UCU－丝氨酸，UAC－酪氨酸)
(1)完成遗传信息表达的是________(填字母)过程，a过程所需的酶有________________________。
(2)图中含有核糖的是________(填数字)；由②指导合成的多肽链中的氨基酸序列是_______________________________________。
(3)若①DNA片段上的某个基因片段含有600个碱基对，那么由它控制合成的蛋白质分子的氨基酸数最多为________个。
(4)若在AUG后插入三个核苷酸，合成的多肽链中除在甲硫氨酸后多一个氨基酸外，其余氨基酸序列没有变化。由此证明_____________ ____________________________________。
【答案】(1)b、c 解旋酶和DNA聚合酶 (2)②③⑤ 甲硫氨酸－丙氨酸－丝氨酸－苯丙氨酸 (3)200 (4)一个密码子由3个碱基(核糖核苷酸)组成
【解析】(1)遗传信息的表达是指转录、翻译形成蛋白质的过程，即图中的b、c；a表示DNA的复制，需要解旋酶和DNA聚合酶。(2)只有RNA中含有核糖，则含核糖的有mRNA、核糖体、tRNA。mRNA上相邻的三个碱基组成一个密码子，密码子决定氨基酸，所以由②指导合成的多肽链中氨基酸序列是甲硫氨酸－丙氨酸－丝氨酸－苯丙氨酸。
(3)DNA(基因)中碱基数目∶mRNA中碱基数目∶氨基酸数目＝6∶3∶1，因此DNA分子上的某个基因片段含有600个碱基对，则由它控制合成的蛋白质分子的氨基酸数最多为200个。(4)密码子是指mRNA上三个相邻的碱基，因此在第一个密码子后插入一个新密码子，其余氨基酸序列没有变化。(共57张PPT)
第4章 基因的表达
2 基因表达与性状的关系
课标要点 学法指导
1．概述细胞分化的本质是基因选择性表达的结果，生物的性状主要通过蛋白质表现
2．概述某些基因中碱基序列不变但表型改变的表观遗传现象 1．科学思维：阐述基因表达产物与性状的关系
2．科学思维、生命观念：理解细胞分化的本质
3．科学思维：说出表观遗传的概念及其机制
知识导图
课前·新知导学
基因表达产物与性状的关系
1．基因控制性状的两种途径
酶的合成
代谢过程
蛋白质的结构
2．基因对性状的控制实例(连线)
基因中的遗传信息发生改变，则生物的性状一定会改变吗？
_________________________________________________。
提示：不一定
微思考
下图为人体内基因对性状的控制过程，判断下列相关叙述的正误。
(1)基因1和基因2一般不会出现在人体内的同一个细胞中。 ( )
(2)图中①过程需RNA聚合酶的催化，②过程需tRNA的协助。( )
(3)④⑤过程的结果存在差异的直接原因是血红蛋白结构的不同。 ( )
(4)图中①②过程发生的场所分别是细胞核、细胞质中的核糖体。 ( )
(5)人体衰老引起白发的原因是图中酪氨酸酶不能合成。 ( )
(6)基因控制囊性纤维化与基因2控制性状的方式相同。 ( )
【答案】(1)× (2)√ (3)√ (4)√ (5)× (6)√
基因的选择性表达与细胞分化
1．生物体多种性状的形成：以__________为基础。
2．表达基因的分类(连线)
细胞分化
①核糖体蛋白基因
②ATP合成酶基因
③卵清蛋白基因
④胰岛素基因
⑤呼吸酶基因
a．在所有细胞中都表达的基因
b．只在某类细胞中特异性表达的基因
3．细胞分化的本质就是____________________。
4．基因选择性表达的原因：与基因表达的________有关。
基因的选择性表达
调控
一个人的不同种类的体细胞细胞核中所含有的基因一样吗？所表达的基因一样吗？
_________________________________________________。
提示：所含基因一样，但所表达的基因有差别
微思考
判断下列叙述的正误。
(1)肌细胞与幼红细胞中基因、mRNA、蛋白质均不同。 ( )
(2)胰岛B细胞有胰岛素基因而无抗体基因，故可以产生胰岛素而不能产生抗体。 ( )
(3)同一个体的小肠上皮细胞和平滑肌细胞所含基因不同。 ( )
(4)断尾壁虎长出新尾巴过程中发生了细胞分化。 ( )
(5)ATP合成酶基因属于奢侈基因，在不同细胞中选择性表达。 ( )
【答案】(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)×
表观遗传
1．基因表达调控的含义
基因什么时候表达、在哪种细胞中表达以及____________的高低都是受到调控的。
2．表观遗传
(1)概念：生物体基因的__________保持不变，但________________发生可遗传变化的现象。
表达水平
碱基序列
基因表达和表型
(2)实例：
①柳穿鱼花的形态结构。
【答案】①不表达 表达
②小鼠的毛色。
【答案】②黄色 黑黄之间的颜色
(3)特点：表观遗传现象________存在于生物体的生长、发育和衰老的整个生命活动过程中。
(4)作用：表观遗传能够使生物体在基因的碱基序列________的情况下发生________的性状改变。
普遍
不变
可遗传
3．基因与性状间的对应关系
(1)在大多数情况下，基因与性状的关系并不是简单的____________的关系。
(2)一个性状可以受到______个基因的影响。
(3)一个基因也可以影响______个性状。
(4)生物体的性状也不完全是由基因决定的，________对性状也有着重要影响。
一一对应
多
多
环境
基因与性状之间一定是一一对应的关系吗？
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提示：不一定
微思考
下列关于基因与性状之间关系的叙述，错误的是( )
A．很多情况下一个基因决定一个性状
B．有的情况下多个基因决定一个性状
C．有的情况下一个基因决定多个性状
D．生物体的性状不会受到环境的影响
【答案】D
【解析】生物体的性状是基因型和外界环境共同作用的结果，生物体的性状受环境的影响。
课堂·重难探究
[知识归纳]
1．基因控制生物性状的两种途径
基因表达产物与性状的关系
项目 途径1(直接控制) 途径2(间接控制)
实质 基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状 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
项目 途径1(直接控制) 途径2(间接控制)
实例
分析
2．体现生物性状的物质
(1)蛋白质是生命活动的主要承担者。部分结构蛋白直接参与生物体、细胞的结构组成，基因可通过控制结构蛋白的合成直接控制生物体的性状。
图1是豌豆的圆粒和皱粒产生的机理，图2是囊性纤维化的病因图解。请据图回答下列问题：
图1
图2
(1)图1中豌豆呈圆粒或皱粒与哪种基因和酶有关？为什么相关基因异常则为皱粒？
(2)囊性纤维化的直接病因是什么？根本病因又是什么？
(3)图1和图2分别表示基因控制性状的哪种途径？
提示：(1)与豌豆的淀粉分支酶基因及其表达的产物——淀粉分支酶有关。如果淀粉分支酶基因异常，则不能合成淀粉分支酶，也就不能合成淀粉，导致淀粉少而蔗糖多，蔗糖的吸水能力差，豌豆水分少而表现为皱粒。
(2)直接病因是CFTR蛋白结构异常，根本病因是CFTR基因缺失3个碱基。
(3)图1所示的是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，属于间接控制；图2所示的是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
[对点精练]
1．下图为基因的作用与性状的表现流程示意图。下列叙述正确的是 ( )
A．①过程是转录，它以DNA的两条链为模板、四种核糖核苷酸为原料合成mRNA
B．②过程中只需要mRNA、氨基酸、核糖体、酶、ATP即可完成
C．人的镰状细胞贫血是基因对性状的直接控制，使得蛋白结构发生变化所致
D．某段DNA上发生了基因突变，则形成的mRNA和蛋白质一定会改变
【答案】C
【解析】①过程是转录，它以DNA的一条链为模板、四种核糖核苷酸为原料合成mRNA，A错误；②过程中除了需要mRNA、氨基酸、核糖体、酶、ATP外，还需要tRNA才能完成翻译过程，B错误；人的镰状细胞贫血是基因对性状的直接控制，是通过控制血红蛋白的分子结构来直接影响性状的，C正确；某段DNA上发生了基因突变，如果参与转录，则形成的mRNA会改变，但由于密码子的简并性，合成的蛋白质不一定会改变，D错误。
2．(2023·广东佛山期中)如图表示某真核生物细胞中几个核基因的表达过程，下列说法正确的是 ( )
A．核膜的存在使图中基因的转录和翻译在不同的区域进行
B．遗传信息的复制和表达都是以基因为单位进行的
C．基因1和基因2是等位基因
D．生物性状与基因之间都存在一一对应关系
【答案】A
【解析】真核细胞具有核膜，其转录和翻译不能同步进行，转录发生在细胞核，翻译发生在核糖体，A正确；遗传信息的复制是以DNA为单位进行的，遗传信息的表达都是以基因为单位进行的，B错误；基因1和基因2位于同一条染色体上，不是等位基因，等位基因位于同源染色体的相同位置上，C错误；图中反映了不同基因对氨基酸之间的转换的作用，而生物性状主要由蛋白质决定，图中不能反映出基因与生物性状之间的关系，D错误。
[知识归纳]
1．基因选择性表达的结果
(1)细胞形态的改变：如肌细胞的梭形、哺乳动物成熟红细胞的圆饼状、神经细胞的突起状等。
(2)细胞结构的变化：细胞器的种类和数量发生变化。
(3)细胞功能的特化：执行特定的功能，如运动功能、反射功能、免疫功能等。
(4)特殊分子的合成：如合成唾液淀粉酶、抗体、胰岛素、血红蛋白和肌动蛋白等。
基因的选择性表达与表观遗传
2．表观遗传的机制
类型 图解
DNA的甲基化
基因中的碱基序列没有变化，但部分碱基发生了甲基化修饰，抑制了基因的表达，进而影响表型
类型 图解
组蛋白的甲基化和乙酰化等修饰
真核生物细胞核中的DNA与组蛋白结合形成染色体，其中带负电荷的DNA“缠绕”在带正电荷的组蛋白上，使细长的DNA卷成紧密的结构。乙酰化修饰就是用乙酰基把组蛋白的正电荷屏蔽掉。组蛋白的正电荷一旦减少，其与DNA的结合就会减弱，这部分DNA就会“松开”，激活相关基因的转录
类型 图解
RNA介导的基因沉默
RNA介导的基因沉默是正常生物体内抑制特定基因表达的一种现象。当细胞中导入或内源产生与某个特定mRNA同源的双链RNA时，该mRNA发生降解或翻译阻滞，导致基因表达沉默
3．基因与性状的关系
[对点精练]
1．(2021·广东学考)下列属于表观遗传现象的是 ( )
A．基因突变使小麦获得抗病能力
B．染色体片段位置颠倒使果蝇形成卷翅
C．碱基对替换导致人患镰状细胞贫血
D．柳穿鱼Lcyc基因高度甲基化影响其表达
【答案】D
【解析】基因突变使小麦获得抗病能力，其DNA序列发生了改变，不属于表观遗传现象，A错误；染色体片段位置颠倒使果蝇形成卷翅，其发生了染色体变异，不属于表观遗传现象，B错误；碱基对替换导致人患镰状细胞贫血，其DNA序列发生了改变，不属于表观遗传现象，C错误；柳穿鱼Lcyc基因高度甲基化影响其表达，其基因型未发生变化而表型却发生了改变，属于表观遗传现象，D正确。
2．(2023·广东深圳期末)研究证实，被良好照顾的大鼠幼崽通过下列途径，使脑内激素皮质醇的受体表达量升高。据右图分析下列说法错误的是 ( )
A．大鼠的情绪受多个基因的共同调控
B．皮质醇受体的高表达与表观遗传有关
C．组蛋白乙酰化与DNA甲基化呈正相关
D．大鼠的情绪是神经—体液调节的结果
【答案】C
【解析】由图可知，大鼠的情绪受多个基因的共同调控，如神经递质血清素基因、皮质醇受体基因等，A正确；皮质醇受体的高表达与DNA甲基化被移除有关，与表观遗传有关，B正确；据图可知，组蛋白乙酰化导致DNA甲基化被移除，故二者呈负相关，C错误；大鼠的情绪与神经递质、激素均有关，故是神经—体液调节的结果，D正确。
【归纳拓展】 细胞分化的三个关键点
(1)细胞分化的标志。
①分子水平：合成了某种细胞特有的蛋白质，如唾液淀粉酶、胰岛素等。
②细胞水平：形成不同种类的细胞。
(2)分化细胞表达的基因。
①管家基因：所有细胞均表达的一类基因，其表达产物是维持细胞基本生命活动所必需的，如呼吸酶基因、ATP水解酶基因。
②奢侈基因：不同类型细胞特异性表达的一类基因，其产物赋予不同细胞特异性的生理功能，如血红蛋白基因、胰岛素基因。
(3)细胞分化的“变”与“不变”。
①不变：DNA、tRNA、rRNA，细胞的数目。
②改变：mRNA、蛋白质的种类，细胞的形态、结构和功能。
课堂·延伸提分
易错易混：关于细胞分化的五个易错点
(1)分化的细胞不一定不再进行分裂，如B淋巴细胞等，接受抗原刺激后仍可再分裂。
(2)并非所有干细胞都要发生分化。干细胞分裂后一部分细胞发生分化，成为具有特定功能的组织细胞；还有一部分保持分裂能力，用于干细胞本身的自我更新。
(3)同一个体不同类型细胞的RNA不完全相同。同一个体的体细胞中核遗传物质相同，但由于不同细胞选择性表达的基因不完全相同，因而转录生成的RNA及翻译生成的蛋白质不完全相同。
(4)分化程度高的细胞其全能性不一定低。一般来说，细胞分化程度越高，全能性越难以表达，细胞分化程度越低，全能性越高，但卵细胞的分化程度较高，其全能性也较高。
(5)分化不会改变遗传物质。细胞分化是基因的选择性表达，不会导致遗传物质改变。已分化的细胞都含有保持该物种遗传性所需要的全套遗传物质，因而都具有全能性。
例 下列能说明人体细胞已经发生分化的是 ( )
A．存在胰岛素基因 B．产生RNA聚合酶
C．形成组织和器官 D．进行葡萄糖氧化分解
【答案】C
【解析】人体所有细胞都是由同一个受精卵经有丝分裂形成的，都具有胰岛素基因，这与细胞分化无关；人体几乎所有细胞都能合成mRNA，因此都能产生RNA聚合酶；形成组织和器官的过程中发生了细胞分化；所有细胞均会进行细胞呼吸，分解葡萄糖。
小练·素养达成
1．(2022·广东学考)同一蜜蜂种群的蜂王和工蜂都是由受精卵发育而来的，但它们在形态、结构和行为等方面截然不同，这种现象属于 ( )
A．基因突变 B．表观遗传
C．基因重组 D．染色体变异
【答案】B
2．(2023·广东佛山开学考)研究人员将某实验动物的第5号染色体上的一段DNA敲除，结果发现培育出的实验动物血浆甘油三酯极高，具有动脉硬化的倾向，并且该性状可以遗传给后代。下列有关叙述错误的是 ( )
A．敲除的DNA片段具有遗传效应
B．动脉硬化的产生可能与细胞内遗传物质的变异有关
C．控制甘油三酯合成的基因就位于第5号染色体上
D．利用DNA片段的敲除技术可以研究相关基因功能
【答案】C
【解析】敲除第5号染色体上的一段DNA后，该实验动物血浆甘油三酯极高，不能因此说明控制甘油三酯合成的基因就位于第5号染色体上，C错误。
3．(2023·广东汕头期末)研究发现，在许多表达程度很低的基因中，转录起始位点之前的碱基甲基化程度很高，而表达活跃的基因该区域的甲基化程度很低。碱基的甲基化抑制转录进而对生物的表型产生影响，且甲基化修饰可以遗传给后代，使后代出现同样表型。下列叙述错误的是 ( )
A．甲基化调控基因的表达，使细胞发生分化
B．甲基化将阻碍RNA聚合酶与转录模板链结合
C．甲基化的核基因的遗传不遵循孟德尔遗传规律
D．甲基化造成的可遗传变异现象属于表观遗传
【答案】C
【解析】甲基化的核基因在遗传时遵循孟德尔遗传规律，C错误。
4．(2023·广东佛山期中)基因控制生物体性状的方式有 ( )
①通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状 ②通过直接控制激素的合成来调节代谢过程，进而控制生物体的性状 ③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 ④通过控制全部核糖的合成控制生物体的性状
A．①② B．①③ C．②④ D．③④
【答案】B
【解析】基因对于性状的控制方式：一是直接控制，通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状；二是间接控制，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，所以①和③正确。
5．(2023·广东名校阶段练习)下图为脉孢霉菌体内精氨酸的合成途径示意图，下列说法正确的是 ( )
A．图示4种基因的遗传遵循自由组合定律
B．若基因②表达，不一定能合成精氨酸，若基因④表达，一定能合成精氨酸
C．图中代谢过程说明，基因可以通过控制蛋白质的合成直接控制生物的性状
D．图中代谢过程说明，一个基因可以影响多个性状，而一个性状可以由多个基因共同控制
【答案】D
【解析】孟德尔遗传定律适用于进行有性生殖的真核生物，霉菌不进行有性生殖，遗传不符合自由组合定律，A错误；分析图可知，精氨酸是最终产物，要合成精氨酸，需要基因①②③④同时表达，B错误；图中代谢过程可说明，基因通过控制酶的合成来控制生物的代谢过程，进而间接控制生物的性状，C错误；分析图可知，基因①可以影响鸟氨酸、瓜氨酸、精氨基琥珀酸以及精氨酸的合成，而精氨酸的合成同时受图中4个基因控制，所以图中代谢过程说明，一个基因可以影响多个性状，而一个性状可以由多个基因共同控制，D正确。
