高三生物一轮复习课件 情境突破课6　基因的结构与基因表达的调控(共19张PPT)

(共19张PPT)
情境突破课6 基因的结构与基因表达的调控
命题情境阅读
1.基因结构
(1)原核细胞的基因结构
(2)真核细胞的基因结构
2.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
3.基因表达的调控
(1)转录水平的调控(以乳糖操纵子为例)
图1 图2 无诱导物存在时(如图1) 阻遏蛋白与操纵基因结合阻止了RNA聚合酶与启动子的结合,使得结构基因不能正常转录
有诱导物(乳糖)存在时(如图2) 诱导物与阻遏蛋白结合,使阻遏蛋白结构改变,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
(2)翻译水平的调控——RNA干扰
RNA干扰(RNAi)的机制:RNA干扰是有效沉默或抑制目标基因表达的过程,指内源性或外源性双链RNA(dsRNA)介导的细胞内mRNA发生特异性降解,从而导致靶基因的表达沉默,产生相应的功能表型缺失的现象。RNA干扰由转运到细胞质中的双链RNA激活,沉默机制可导致由小干扰RNA(siRNA)或短发夹RNA(shRNA)诱导实现靶mRNA的降解,或者通过小RNA(miRNA)诱导特定mRNA翻译的抑制。
情境突破训练
1.(2024·辽宁沈阳模拟)基因表达过程中的可变剪切是指在前体mRNA到成熟mRNA的过程当中,不同的剪切方式使得同一个基因可以转录出多个不同的成熟mRNA,最终合成不同的蛋白质,如下图所示。a、b、c代表过程,外显子是真核生物基因编码区中编码蛋白质的序列。下列叙述正确的是(　　)
A.b过程需要限制酶和DNA连接酶提供活化能
B.c过程中成熟mRNA沿着核糖体移动方向是3'端至5'端
C.图示过程可体现一个基因可以控制不同蛋白质的合成
D.以前体mRNA、成熟mRNA为模板逆转录所得DNA的碱基序列完全不同
答案 C　
解析 b过程需要限制酶和DNA连接酶降低活化能,A项错误;c过程为翻译过程,此过程核糖体沿着成熟mRNA移动方向是5'端至3'端,B项错误;由题干信息可知,可变剪切是指在前体mRNA到成熟mRNA的过程当中,不同的剪切方式使得同一个基因可以转录出多个不同的成熟mRNA,最终合成不同的蛋白质,所以图示过程可体现一个基因可以控制不同蛋白质的合成,C项正确;由图可知,前体mRNA经过不同的剪切方式使得同一个基因可以转录出多个不同的成熟mRNA,所以以前体mRNA、成熟mRNA为模板逆转录所得DNA的碱基序列不完全相同,D项错误。
2.(2025·湖南长沙模拟)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。
(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。
(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”)。
tRNA和rRNA
β链
RNA聚合酶
空间结构
降低
不表达
解析 (1)过程②(翻译)需要mRNA作模板,tRNA运输氨基酸,rRNA参与核糖体的组成;在转录过程中,DNA模板被转录方向是从3'端向5'端,过程③表示转录,转录方向是从左向右,β链从左向右是3'端到5'端,因此过程③发生时,以β链为模板,表达出三种酶。
(2)启动子是RNA聚合酶识别并结合的位点,可驱动基因的转录;当环境中无乳糖时,阻遏蛋白会与操纵基因结合,当环境中仅有乳糖时,乳糖与阻遏蛋白结合,使其空间结构改变而失去功能,则结构基因表达,从而使得大肠杆菌充分利用乳糖。
(3)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,ATP生成增加,cAMP的生成速率降低,导致乳糖操纵子结构基因不表达。
3.(2024·吉林模拟)RNA干扰技术是利用dsRNA(双链核糖核酸)阻断靶基因表达的技术。将dsCYP305M2注入细胞可有效阻止细胞中CYP305M2基因的表达。如图是研究者利用RNA干扰技术对蝗虫体内苯乙腈合成途径的研究结果。回答下列问题。
(1)dsRNA来源主要有三种途径:一是细胞内产生的mRNA在　　 　　酶的作用下,以一条单链的RNA为模板合成一条双链RNA;二是人工体外合成,原理类似于途径一;三是有一些长的RNA具有反向互补序列,发生自身互补,产生一个茎环结构,这个结构很容易被内切核酸酶切割,使得互补的双链RNA被保留下来,由此可推测内切核酸酶的特点是　　　　　　 　　　。
RNA聚合
识别并切割具有茎环结构的RNA
(2)用氘标记苯丙氨酸和苯乙醛肟来研究物质合成的方法,称为　　　　　　。根据图中组1、2、4、5实验结果,可推测群居型蝗虫的苯乙腈合成途径是苯丙氨酸 苯乙醛肟 苯乙腈。根据组4、5的结果可知,群居型蝗虫细胞内存在途径:苯乙醛肟 苯乙腈。据此推测:CYP305M2基因表达产物不是酶B的依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。结合上述结论和组1、2的结果可知,群居型蝗虫相关代谢途径中CYP305M2基因的表达产物是酶A,依据是______________________________________________
　　　　　　　　　　　　　　 。从群居型蝗虫苯乙腈的合成途径可看出,基因对性状的控制方式是　 。
(3)根据图中组1、3、4、6的结果可知,散居型蝗虫不能产生苯乙腈的原因主要是缺乏　　 　　(填“苯丙氨酸”或“苯乙醛肟”)。
同位素标记法
向组5的细胞中注入了dsCYP305M2,但苯乙醛肟仍然能转化为苯乙腈
当注入dsCYP305M2后,苯丙氨酸不能转化为苯乙醛肟,
但苯乙醛肟仍然能转化为苯乙腈
通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物的性状
苯乙醛肟
解析 (1)dsRNA(双链核糖核酸)的来源主要有三种途径。一是细胞内产生的mRNA在RNA聚合酶的作用下,以一条单链的RNA为模板合成一条双链RNA。二是dsRNA也可以人工体外合成,其原理类似于第一种途径。三是有一些长的RNA具有反向互补序列,它们可以发生自身互补,形成一个茎环结构。这个结构很容易被内切核酸酶切割,使得互补的双链RNA被保留下来。由此可以推测,内切核酸酶的特点是识别并切割具有茎环结构的RNA。
(2)用氘标记苯丙氨酸和苯乙醛肟来研究物质合成的方法称为同位素标记法。根据图中组1、2、4、5的实验结果,可以推测群居型蝗虫的苯乙腈合成途径是:苯丙氨酸 苯乙醛肟 苯乙腈。同时,根据组4、5的结果可知,群居型蝗虫细胞内存在途径:苯乙醛肟 苯乙腈。由于向组5的细胞中注入了dsCYP305M2,但苯乙醛肟仍然能转化为苯乙腈,这说明CYP305M2基因的表达产物不是酶B。结合上述结论和组1、2的结果,可以推断群居型蝗虫相关代谢途径中CYP305M2基因的表达产物是酶A,因为当注入dsCYP305M2后,苯丙氨酸不能转化为苯乙醛肟,但苯乙醛肟仍然能转化为苯乙腈。从群居型蝗虫苯乙腈的合成途径可以看出,基因对性状的控制方式是基因通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物的性状。
(3)根据图中组1、3、4、6的结果可知,散居型蝗虫不能产生苯乙腈的原因主要是缺乏苯乙醛肟。因为无论是注入苯丙氨酸还是苯乙醛肟,散居型蝗虫都不能合成苯乙腈,而群居型蝗虫在注入苯乙醛肟后可以合成苯乙腈,说明苯乙醛肟是苯乙腈合成的关键物质。