高中北师大版生物必修二教学案第3章 第2节 第二课时 基因表达的调控与中心法则含答案.docx

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高中北师大版生物必修二教学案第3章第2节第二课时基因表达的调控与中心法则含答案

2019-2020年高中北师大版生物必修二教学案：

第3章第2节第二课时基因表达的调控与中心法则（含答案）

1．对基因表达过程的调节作用称为基因表达的调控，起调节作用是调节基因和其他调节因素。

2．乳糖操纵子由一个操纵基因、三个结构基因、启动子和调节基因组成。

3．真核生物基因表达的调控机制比原核生物的复杂的多。

基因表达的调控是生物体生存必不可少的。

4．遗传信息的流动方向，可以用中心法则来表示。

[自读教材·夯基础]

（1）基因表达的调控是指对基因表达过程的调节作用。

（2）原核生物基因表达的调控主要发生在转录过程。

（3）调节乳糖分解代谢的根本原因是大肠杆菌染色体上存在乳糖操纵子，它是由一个操纵基因、三个结构基因、启动子和调节基因组成的。

[跟随名师·解疑难]

1．原核细胞与真核细胞基因结构的比较

原核细胞基因结构

真核细胞基因结构

非编码区

位置

均位于编码区的上游和下游

功能

有调控遗传信息表达的核苷酸序列

编

码

区

结构

连续的，不存在内含子与外显子

间隔的、不连续的，有内含子与外显子

功能

编码蛋白质

外显子编码蛋白质

转录

产物

成熟的mRNA

初级转录产物，需切割掉内含子的转录部分才成为成熟的mRNA

2．大肠杆菌对乳糖分解代谢的调节

（1）当培养基中没有乳糖时，调节基因的产物调节蛋白会与操纵子结合，从而阻碍RNA聚合酶与启动子的结合，使结构基因无法转录，也就不能合成分解乳糖的半乳糖苷酶。

（2）当培养基只有乳糖存在时，乳糖可以与调节基因的产物调节蛋白结合，使调节蛋白不能与操纵基因结合，从而使RNA聚合酶顺利与启动子结合，促使三个结构基因的转录，促进了半乳糖苷酶的合成，乳糖被分解成单糖，供给大肠杆菌生长的需要。

1．以下关于基因结构中“与RNA聚合酶结合位点”的说法错误的是（　　）

A．“与RNA聚合酶结合位点”即是起始密码

B．“与RNA聚合酶结合位点”是转录RNA时与RNA聚合酶的一个结合点

C．“与RNA聚合酶结合位点”能够使酶准确地识别转录的起始点并开始转录

D．“与RNA聚合酶结合位点”在转录mRNA时，起调控作用

解析：

起始密码是密码子，位于mRNA上。

答案：

A

[自读教材·夯基础]

（1）真核生物的受精卵含有发育成一个成熟个体的全部遗传信息。

（2）在调节因素的作用下，随生物体的生长发育遗传信息有序地表达。

[跟随名师·解疑难]

真核生物基因表达的特点

（1）真核生物基因的表达在胚胎时期，基因表达数量最多，但在以后的生长发育过程中，有些基因表达增强，有些基因表达减弱或被抑制。

（2）当环境条件发生变化时，生物体在调节因素作用下，调整自身的基因表达，产生相应功能蛋白质，通过改变生物自身的代谢以适应环境。

2．真核生物编码蛋白质的基因经转录产生有功能的成熟的信使RNA的过程是（　　）

A．转录后直接产生信使RNA

B．将内含子转录部分剪掉，外显子转录部分拼接而成

C．将外显子转录部分剪掉，内含子转录部分拼接而成

D．A、B、C三种情况都有

答案：

B

[自读教材·夯基础]

1．中心法则的提出

（1）提出人：

克里克。

（2）基本内容：

遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的自我复制；也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译。

（如下图所示）

2．发展

（1）遗传信息由RNA流向DNA，即逆转录。

（2）遗传信息由RNA流向RNA，即RNA的复制。

3．完善后的中心法则内容（如图所示）

[跟随名师·解疑难]

1．中心法则中各过程分析

过程

模板

原料

配对

原则

产物

实例

DNA

复制

DNA

→DNA

DNA的

两条链

含A、T、G、

C的四种脱

氧核苷酸

A—T

G—C

DNA

绝大多数

生物

DNA

转录

DNA

→RNA

DNA的

一条链

含A、U、G、

C的四种核

糖核苷酸

A—U

T—A

G—C

RNA

绝大多数

生物

RNA

复制

RNA

→RNA

RNA

含A、U、G、

C的四种核

糖核苷酸

A—U

G—C

RNA

以RNA为

遗传物质的

生物，如烟

草花叶病毒

RNA

逆转录

RNA

→DNA

RNA

含A、T、G、

C的四种脱

氧核苷酸

A—T

U—A

G—C

DNA

艾滋病病毒

翻译

RNA

→多肽

信使

RNA

20种

氨基酸

A—U

G—C

多肽

所有生物

2．中心法则中各过程的适用范围

[关键一点]　RNA病毒体内虽然有RNA复制酶和逆转录酶，但必须在宿主细胞内完成RNA复制和逆转录，自身不能单独完成复制和转录。

3．中心法则（如下图所示）揭示了生物遗传信息由DNA向蛋白质传递与表达的过程。

请回答下列问题。

（1）a、b、c、d所表示的四个过程依次分别是________、________、________和________。

（2）需要tRNA和核糖体同时参与的过程是________（用图中的字母回答）。

（3）a过程发生在真核细胞分裂的________期。

（4）在真核细胞中，a和b两个过程发生的主要场所是__________。

（5）能特异性识别mRNA上密码子的分子是________，其所携带的分子是__________。

（6）RNA病毒的遗传信息传递与表达的途径有（用类似本题图中的形式表述）：

①________________________________________________________________________；

②________________________________________________________________________。

解析：

遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的自我复制（a过程）；也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录（b过程）和翻译（c过程）。

遗传信息还可从RNA流向RNA（e过程）及在逆转录酶的作用下从RNA流向DNA（d过程）。

在翻译过程中需要tRNA和核糖体同时参与。

DNA复制过程发生在真核细胞分裂的间期。

真核细胞中，转录的主要场所是细胞核。

tRNA能特异性识别mRNA分子并转运氨基酸。

RNA病毒的遗传信息传递与表达的途径：

RNA自我复制形成RNA，RNA翻译成蛋白质；RNA在逆转录酶的作用下形成DNA，DNA通过转录和翻译形成蛋白质，从而表现出特定的生物性状。

答案：

（1）DNA复制　转录　翻译　逆转录　

（2）c

（3）间　（4）细胞核　（5）tRNA（转运RNA）　氨基酸

（6）①

　②RNADNARNA蛋白质

[例1]　下列有关原核基因的叙述正确的是（　　）

A．主要位于染色体上

B．基因的非编码区位于编码区的上游

C．上游有与RNA聚合酶结合的位点

D．上游有与RNA聚合酶结合的起始密码

[解析]　原核细胞中无染色体，DNA是裸露的，所以原核细胞的基因位于核区的大型环状DNA以及质粒上；编码区的上游和下游都有非编码区，上游的非编码区上有与RNA聚合酶结合的位点，它是mRNA开始转录的起始点，而起始密码位于mRNA上，是翻译的起点。

[答案]　C

1．原核细胞的基因结构和真核细胞基因结构的不同之处是（　　）

A．原核细胞的基因结构没有编码区

B．原核细胞的基因结构没有调控遗传信息表达的核苷酸序列

C．原核细胞的基因结构没有RNA聚合酶的结合位点

D．原核细胞的基因结构中没有外显子和内含子

解析：

原核细胞基因的编码区是连续的，无外显子和内含子之分。

答案：

D

[例2]　在烟草和烟草花叶病毒中，遗传信息的传递情况分别是（　　）

A．①②⑤和③②④⑤　　　　B．①②⑤和④⑤

C．②④⑤和③④⑤⑥D．②⑥⑦和②④⑤⑥

[解析]　烟草为高等植物，其遗传信息的传递情况有两条途径，一是通过DNA的复制使遗传信息从亲代DNA传递到子代DNA，二是通过转录和翻译使遗传信息从DNA传到RNA，再由RNA流向蛋白质。

烟草花叶病毒是RNA病毒，但不具有逆转录功能，其遗传信息的传递是，由RNA到RNA的RNA复制和由RNA到蛋白质的翻译两条途径。

[答案]　B

2．有关中心法则的叙述，不正确的是（　　）

A．是由克里克最早提出来的

B．它表明了遗传信息的主要流动方向

C．逆转录和RNA的复制是对中心法则的发展和补充

D．此法则中的有些过程不遵循碱基互补配对原则

解析：

中心法则中的每一个过程均遵循碱基互补配对原则。

答案：

D

归纳拓展

（一）知识整合

（二）重点关注

1．本节课的主要内容是原核生物基因表达调控与真核生物基因表达的调控，重点关注原核生物基因表达的调控。

2．遗传信息的传递过程可用中心法则统一起来，因此理解基因表达相关的知识要点，把握转录与翻译、基因与性状、遗传信息与遗传密码等的区别与联系，是十分重要的。

3．近几年试题中，以中心法则为核心和纽带的基因知识有很强的“生长能力”，可以结合遗传规律这一重点内容，又可以结合基因工程、转基因食品等热点问题进行命题，说明该知识具有重要的基础地位。

一、选择题

1．下列关于基因结构的认识中，正确的是（　　）

A．玉米细胞基因的编码区中存在非编码序列

B．鼠细胞基因结构中内含子存在于编码区，是能够编码蛋白质的序列

C．蓝藻基因转录出的mRNA链上有与RNA聚合酶结合的位点

D．乳酸菌与酵母菌的基因结构中都存在外显子和内含子

解析：

真核细胞（玉米细胞、鼠细胞、酵母菌）基因的编码区中有外显子、内含子，内含子属非编码序列，不编码蛋白质；原核细胞（乳酸菌、蓝藻细胞）基因的编码区是连续的，无外显子和内含子之分。

RNA聚合酶结合位点存在于DNA的非编码区，不在mRNA上。

答案：

A

2．关于中心法则及其发展的叙述错误的是（　　）

A．表示遗传信息的传递方向

B．表示基因控制蛋白质合成的过程

C．DNA只能来自DNA的复制

D．遗传信息可以从RNA流向DNA

解析：

中心法则及其发展中还包含以RNA为模板合成DNA的逆转录过程，所以DNA不仅仅来自DNA的复制。

答案：

C

3．中心法则包括下列遗传信息的传递过程，其中揭示生物遗传实质的是（　　）

A．从DNA→DNA的复制过程

B．从DNA→RNA的转录过程

C．从RNA→蛋白质的翻译过程

D．从RNA→DNA的逆转录过程

解析：

中心法则包括DNA的复制、转录和翻译，通过复制，使遗传信息在亲子代个体或细胞间传递，揭示生物遗传实质。

答案：

A

4．如图所示，下列的有关叙述中，不正确的是（　　）

A．甲是DNA，乙为RNA，此过程要以甲为模板，酶为RNA聚合酶

B．甲是DNA，乙为DNA，此过程要以甲为模板，酶为DNA聚合酶

C．甲是RNA，乙为DNA，此过程为转录，原料为脱氧核苷酸

D．甲是RNA，乙为蛋白质，此过程为翻译，原料为氨基酸

解析：

要判断容器内发生的具体反应过程，必须先明确模板、原料和产物中的两项，再根据中心法则内容进行逐项分析。

答案：

C

5.右图所示是生物mRNA合成过程图，请根据图判断下列说法正确的是（　　）

A．R所示的节段①正处于解旋状态，与之有关的酶是解旋酶、DNA聚合酶

B．图中②上一定有密码子

C．合成②的过程中涉及碱基互补配对原则，A与T、T与A、G与C、C与G配对

D．图中遗传信息的流动方向为：

解析：

图中所示的R节段处于解旋状态，需解旋酶，mRNA合成过程中需RNA聚合酶，不需DNA聚合酶；图中②表示mRNA，其上一定有密码子；转录时涉及的碱基互补配对关系是A—U、T—A、G—C、C—G；图中仅表示信息从DNA→mRNA。

答案：

B

6．下图所示的过程，正常情况下在动植物细胞中都不可能发生的是（　　）

A．①②B．③④⑥

C．⑤⑥D．②④

解析：

该表达式中的①②⑤过程都能在动植物细胞中发生；③④只能发生在RNA病毒体内；⑥过程迄今为止尚未发现。

答案：

B

7．正常情况下，动物细胞中不具有的酶是（　　）

A．复制DNA所需的酶

B．转录合成RNA所需的酶

C．翻译合成蛋白质所需的酶

D．逆转录合成DNA所需的酶

解析：

逆转录酶又称RNA指导的DNA聚合酶，是催化以RNA为模板合成DNA的酶；逆转录酶只存在于某些RNA病毒中，正常动物细胞的遗传物质都是DNA，其遗传信息的流动过程不存在逆转录，因而也就不存在逆转录酶。

答案：

D

8．下面为脉孢霉体内精氨酸的合成途径示意图：

从图中得出的结论不正确的是（　　）

A．精氨酸的合成是由多对基因共同控制的

B．基因可通过控制酶的合成来控制代谢

C．若基因②不表达，则基因③和④也不表达

D．若产生鸟氨酸依赖突变型脉孢霉，则可能是基因①结构发生变化

解析：

从图解中可以看出：

精氨酸的合成需要在4个基因控制形成的4种酶的作用下一步步地完成，这说明基因可以通过控制酶的合成来控制代谢活动。

基因具有一定的独立性，基因②不表达时，基因③④仍可表达。

答案：

C

9．克里克提出的中心法则是指（　　）

A．遗传信息的转录、翻译过程

B．遗传信息的转录、翻译及表达过程

C．DNA复制及转录、翻译过程中的碱基互补原则

D．遗传信息通过DNA复制、转录及翻译的传递过程

解析：

克里克提出的中心法则的假说主要包括遗传信息从DNA传递到DNA的自我复制过程以及从DNA流向RNA进而流向蛋白质的转录和翻译过程。

答案：

D

10．如图所示，红色面包霉（一种真菌）通过一系列酶将原料合成它所需要的氨基酸。

据图分析，以下叙述正确的是（　　）

A．若基因a被破坏，则向培养基中加入鸟氨酸，面包霉仍能存活

B．若基因b被破坏，则向培养基中加入鸟氨酸，面包霉不能存活

C．若基因b不存在，则瓜氨酸仍可以由鸟氨酸合成

D．基因c不能控制酶c的合成

解析：

基因可以通过控制酶的合成来控制代谢，从而控制生物性状。

从上图可知，基因a、b、c分别控制酶a、b、c的合成，进而控制三个连续的化学反应。

基因a被破坏，由原料→鸟氨酸的途径被切断，但如果加入鸟氨酸，则面包霉仍能存活。

若基因b被破坏，则向培养基中加入瓜氨酸，面包霉才可存活；若基因b不存在，则酶b不能合成，由鸟氨酸→瓜氨酸途径不能进行。

答案：

A

二、非选择题

11．遗传学的发展史可以说是人类对基因的认识史，随着研究的深入，人们对基因又有了新的认识。

请阅读下列材料，回答有关问题。

材料1：

真核生物（如人）的基因是一个嵌合体，包含着可转录遗传信息的区段（称为外显子）和不能转录遗传信息的区段（称为内含子），外显子被内含子一一隔开。

材料2：

由基因指导合成的信使RNA开始也带有内含子转录出的片断，称为前体信使RNA，其内含子转录片断被切下后，再重新将外显子转录片断拼接起来，才成为信使RNA，释放到细胞质中去指导蛋白质合成。

材料3：

内含子转录片断的切除和外显子转录片断的拼接都需要能量和酶。

材料4：

科学家们用嗜热四膜虫作为实验对象进行了拼接实验。

他们惊奇地发现：

在不含任何蛋白质成分的四膜虫前体信使RNA提取物中加入ATP，结果前体信使RNA成功地完成了拼接。

（1）外显子的基本组成单位是_______________________________________________。

（2）若某人的某基因中有N个碱基，其内含子中有M个磷酸基，则由它指导合成的信使RNA中有______个脱氧核糖，该基因指导合成的蛋白质中最多有________个氨基酸分子。

（3）根据材料3和材料4，可以得出什么结论？

________________________________________________________________________

（4）下图表示的是遗传信息在生物体内各种物质之间的传递过程。

⑤过程表示________，进行的场所是________，③过程是________，需要________的参与。

解析：

DNA（基因）的基本组成单位是脱氧核苷酸，某基因有N个碱基，其内含子中有M个磷酸基，则外显子共有脱氧核苷酸N－M个，由它指导合成的信使RNA中有核糖而无脱氧核糖，合成的蛋白质中最多有（N－M）/6个氨基酸分子，由RNA片断的拼接需要酶而在只供能量的条件下信使RNA完成拼接，可知有些酶是RNA。

答案：

（1）脱氧核苷酸

（2）0　（N－M）/6

（3）有的酶可能不是蛋白质（或有的酶是RNA）

（4）翻译　核糖体　逆转录　逆转录酶

12．下图为一组模拟实验，假设实验能正常进行且五支试管中都有产物生成，回答：

（1）A、D试管中的产物是____________，但A试管模拟的是________过程，D试管模拟的是________过程。

（2）B、C试管中的产物是________，但B试管模拟是____________，C试管模拟的是________。

（3）假如B试管中加入的DNA含有306个碱基，那么产物中最多含有________个碱基，有________个密码子。

（4）E过程称________，在细胞中进行的场所是____________，图中的原料为________，工具是________，产物是________。

（5）生物遗传信息传递的全过程可用下图表示：

①请将此图解中a～e过程与上图A～E各试管所模拟的内容对应起来：

a对应__________，b对应________，c对应________，d对应________，e对应__________。

②此图解中在生物体内常发生的过程是________，极少发生的是________，人体正常细胞内不能发生________过程。

③图解中的c过程必须有________酶参与，烟草花叶病毒、噬菌体、艾滋病病毒中可进行c过程的是________。

（6）美国科学家把人的胰岛素基因通过基因工程拼接到大肠杆菌的DNA分子中，通过大肠杆菌发酵生产胰岛素，这说明：

①胰岛素的生物合成受________控制。

②不同生物间基因“移植”的成活，并能指导胰岛素的合成，这说明这些生物共用一套________；从进化的角度看：

这些生物具有________，彼此间存在一定的________。

③DNA分子中，“拼接”上某个基因或“剪切”去掉某个基因，并不影响DNA分子中各基因的功能，这说明________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

依据各试管加入的物质及原料可推断模拟的过程，依据加入DNA中的碱基数可推断各产物中碱基数或密码子数。

所有生物的遗传密码是通用的，DNA的结构也基本相同，这是转基因成功的分子基础，也是生物间有亲缘关系的分子生物学证据。

答案：

（1）DNA　DNA复制　逆转录　

（2）RNA　转录　RNA复制　（3）153　51　（4）翻译　核糖体　氨基酸　转运RNA　多肽（蛋白质）　（5）①A　B　D　C　E　②a、b、e　d、c　d、c　③逆转录　艾滋病病毒

（6）①基因　②密码子　共同的祖先　亲缘关系

③基因是遗传的基本结构和功能单位

13．下面为基因与性状的关系示意图，据图回答：

（1）通过①过程合成mRNA，在遗传学上称为______，与合成DNA不同，这一过程的特点是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）②过程称为________，需要的物质和结构有_______________________________

________________________________________________________________________。

（3）基因对性状的控制是通过控制蛋白质的合成来实现的。

白化病是由于缺乏合成黑色素的酶所致，这属于基因对性状的________（直接/间接）控制。

（4）某人欲探究抗生素对细菌蛋白质合成的影响，设计如下实验：

①提出问题：

抗生素能杀死细菌等病原体，原因可能是抗生素能够有效地阻断细菌细胞内蛋白质合成的某一过程。

②作出假设：

抗生素能阻断细菌转运RNA的功能。

③请写出实验的基本思路。

④预期实验结果并得出结论。

⑤若上述假设不成立，请你再提出一种假说。

解析：

（1）①为转录，与DNA的复制相比，模板、原料、产物等都不相同。

（2）②为翻译，其场所是核糖体，模板是mRNA，原料是氨基酸，条件有tRNA、酶、ATP等。

（3）白化病是由于缺乏酶而引起的，即基因通过控制酶的合成来控制性状，属于对性状的间接控制。

（4）要注意实验步骤的设置中要有对照实验，只有对照才使实验更有说服力。

根据假设可以分析得出：

设计实验的关键有两个方面，一方面要模拟细菌的翻译过程，另一方面实验组中的转运RNA用抗生素处理，而对照组中的转运RNA不用抗生素处理。

答案：

（1）转录　以DNA的一条链为模板，以U替代T与A配对

（2）翻译　mRNA、氨基酸、tRNA、酶、ATP、核糖体

（3）间接

（4）③设置甲、乙两组实验，进行体外模拟细菌的翻译过程。

甲组加入用抗生素处理后的各种转运RNA，乙组加入等量未用抗生素处理的各种转运RNA，其余条件相同且适宜。

最后检测两组实验中蛋白质的生成量。

④若甲、乙两组中蛋白质的生成量相等，则抗生素不阻断细菌转运RNA的功能；若甲组中蛋白质的生成量少于乙组中蛋白质的生成量，则抗生素能阻断细菌转运RNA的功能。

⑤抗生素能阻断细菌DNA的转录过程或抗生素能阻断细菌内核糖体的功能。