1、第第 11 课时课时 遗传信息的表达遗传信息的表达() 目标导读 1.阅读教材，结合实例概述基因表达的调控机理。2.分析图 312，归纳“中心 法则”的主要内容。 重难点击 1.原核生物基因表达的调控。2.中心法则的主要内容。 一 基因表达的调控 在生命活动中，基因表达是严格有序的，它受调节基因和其他调节因素的控制与影响。阅读 教材 P4042内容，结合材料，试归纳基因表达调控的规律。 1基因表达调控的概念及意义 (1)概念：对基因表达过程的调节作用就称为基因表达的调控。 (2)意义：每个细胞都有复杂的基因调控系统，使各种蛋白质只有在需要时才被合成，这样就 能使生物适应多变的环境，防止生命活动
2、中的浪费现象和有害后果的发生，保持体内代谢过 程的正常状态。 (3)不同的生物或同一种生物细胞分化发育的不同时期，其调控机制是不同的。 2原核生物基因表达的调控 阅读教材 P4041内容， 以乳糖分解代谢基因表达调控(如图)为例， 探讨原核生物基因表达的调 控原理。 (1)发生时间：主要发生在转录过程中。 (2)调控原理：大肠杆菌染色体上存在着乳糖操纵子，它由一个操纵基因(O)、三个结构基因、 启动子(P)和调节基因(I)组成，三个结构基因分别是 LacZ(编码半乳糖苷酶)、LacY(编码半乳 糖苷透过酶)和 LacA(编码半乳糖苷转乙酰酶)。 培养基中乳糖的存在与否， 直接影响三个结构 基因
3、的表达。 (3)调控过程 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基因结合，从而阻碍 RNA 聚 合酶与启动子的结合，使三个结构基因无法转录，也就不能合成分解乳糖的半乳糖苷酶。 当培养基中只有乳糖存在时，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 (能，不能)与操纵基因结合，从而使 RNA 聚合酶顺利地与启动子结合，促进三个结构基因的 转录，也就促进了半乳糖苷酶的合成，使乳糖被分解为葡萄糖和半乳糖，供给大肠杆菌生长 的需要。 3真核生物基因的表达调控 阅读教材 P4142内容，归纳真核生物基因表达调控的特点： (1)真核生物基因表达的调控机制与原核生物有相似之处，但比原核
4、生物的调控机制复杂得多。 (2)调控特点：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。在调节因素的作 用下，随着生物体的生长发育，遗传信息有序地表达。一般在胚胎时期，基因表达的数量最 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，即真核 生物的基因表达具有选择性。 归纳提炼 基因表达的调控是生物体生存必不可少的。尤其是当周围的营养、温度、湿度及 pH 等条件 发生变化时，生物体就要在调节因素的作用下，调整自身的基因表达，产生相应功能的蛋白 质，通过改变生物体自身的代谢以适应环境。 活学活用 1下列关于基因表达调控的叙述中，错误的是( ) A基因表达的调控是
5、生物体必不可少的 B原核生物的基因表达调控机制和真核生物的完全一样 C乳糖操纵子由操纵基因、结构基因、启动子和调节基因组成 D当调节基因的表达产物与操纵基因结合以后，结构基因无法表达 答案 B 解析 基因表达的调控对生物体的生长和发育非常重要，使生物体能适应复杂多变的环境。 乳糖能否被利用与乳糖操纵子关系密切，乳糖操纵子由操纵基因、结构基因、启动子和调节 基因四部分组成。只要调节基因的表达产物不与操纵基因结合，则结构基因可以表达。原核 生物的基因表达调控机制与真核生物的相似，但真核生物的基因表达调控机制比原核生物的 复杂得多。 二 中心法则 1对中心法则的早期认识 中心法则表示的是生物体内遗传
6、信息的主要流动方向，是由克里克首先提出来的，当时对中 心法则的认识如图所示，据图回答： 由中心法则可以看出，遗传信息可以由 DNA 流向 DNA，完成 DNA 的自我复制；也可以由 DNA 流向 RNA， 完成遗传信息的转录， 然后由 RNA 流向蛋白质， 完成遗传信息的翻译过程。 2中心法则的发展 伴随着科学的发展，中心法则得到了补充和发展。结合材料，完成下面的思考： 材料 1 1965 年，科学家发现，很多 RNA 病毒在感染宿主细胞后，它们的 RNA 在宿主细胞 内进行复制，这种复制是以导入的 RNA 为模板，而不是通过 DNA。 材料 2 1970 年，巴尔的摩和梯明在致癌的 RNA
7、病毒中，发现一种酶，能以 RNA 为模板合 成 DNA。他们称这种酶为依赖 RNA 的 DNA 多聚酶，现在一般称为逆转录酶。这说明，遗 传信息流也可以反过来，即从 RNADNA。这是一项重要的发现。巴尔的摩和梯明于 1975 年荣获诺贝尔奖。 (1)材料 1 说明遗传信息还可以从 RNA 流向 RNA。 (2)材料 2 说明遗传信息还可以从 RNA 流向 DNA。 (3)结合以上内容试着完善下面的中心法则，并思考遗传信息传递的 5 个途径： DNADNA(或基因到基因)：是 DNA 的复制过程，表示遗传信息的传递。 DNARNA：遗传信息的转录过程。 RNA蛋白质：发生在细胞质核糖体上的翻译
8、过程，其中共同完成遗传信息的表达。 RNADNA：少数 RNA 病毒(如 HIV)等在宿主细胞内的逆转录过程。 RNARNA：大多数以 RNA 作为遗传物质的生物的 RNA 自我复制过程。 小贴士 1实线表示的、途径在自然界中普遍存在，发生在以 DNA 为遗传物质的 生物体内；虚线表示的、途径是后来发现的，是对中心法则的补充，发生在以 RNA 为 遗传物质的生物体内。 2逆转录需要逆转录酶催化。逆转录酶在基因工程中是一种很重要的酶，它能以已知的 mRNA 为模板合成目的基因。这是获得目的基因的重要手段。 3中心法则的 5 条信息传递途径都遵循碱基互补配对原则。 4中心法则体现了 DNA 的两大
9、基本功能,传递功能：图中体现了遗传信息的传递功能，通 过 DNA 复制完成，发生在细胞增殖过程或亲代产生子代的生殖过程中。 表达功能：图中共同体现了遗传信息的表达功能，通过转录和翻译完成，发生在个体发 育过程中。 归纳提炼 中心法则中几个过程的比较 项目 模板 原料 碱基互补 产物 实例 DNA 复制 (DNADNA) DNA 两条链 含 A、T、G、 C 的四种脱氧 核糖核苷酸 AT GC DNA 绝大多数生物 DNA 转录 (DNARNA) DNA 一条链 含 A、U、G、 C 的四种核糖 核苷酸 AU TA GC RNA 绝大多数生物 RNA 复制 (RNARNA) RNA 含 A、U、
10、G、 C 的四种核糖 核苷酸 AU GC RNA 错误错误! ! RNA 逆转录 (RNADNA) RNA 含 A、T、G、 C 的四种脱氧 核糖核苷酸 AT UA GC DNA 某些致癌病 毒、艾滋病病 毒等 翻译 (RNA多肽) 信使 RNA 20 种氨基酸 AU GC 多肽 所有生物 活学活用 2中心法则揭示了生物遗传信息由 DNA 向蛋白质传递与表达的过程。下列说法不正确的是 ( ) Aa、b、c、d 所表示的四个过程依次分别是 DNA 复制、转录、翻译、逆转录 B需要 tRNA 和核糖体同时参与的过程是 c，需要逆转录酶参与的过程是 d Ca、b、c 过程只发生在真核细胞中，d、e
11、过程只发生在原核细胞和一些病毒中 D在真核细胞中，a 和 b 两个过程发生的主要场所相同，但需要的关键酶种类不同 问题导析 (1)中心法则中涉及的生理过程有 DNA 的复制、 转录、 翻译、 RNA 的逆转录、 RNA 的复制。 (2)翻译过程中三种 RNA 都用到，逆转录过程会用到逆转录酶。 (3)细胞生物的遗传物质为 DNA，这样的生物能够发生 DNA 复制、转录和翻译。 (4)真核生物中能够进行 DNA 复制的场所为细胞核、线粒体、叶绿体。 答案 C 解析 图解中 a、b、c、d、e 分别表示 DNA 的复制、转录、翻译、逆转录、RNA 的复制， 其中 c 过程进行的场所是核糖体，在合成
12、蛋白质时需要 tRNA 运载氨基酸，a、b、c 在细胞生 物中均能发生，d、e 只发生在 RNA 病毒中。在真核细胞中，a 和 b 两个过程发生的主要场所 都是细胞核，但所需的关键酶不同，前者需要 DNA 聚合酶，而后者需要 RNA 聚合酶，两者 都需要解旋酶。 1下列关于中心法则的叙述中，不正确的是( ) A它是指遗传信息在生物大分子间的传递过程 B它首先由英国科学家克里克提出 C遗传信息的传递方向不可能从 RNA 传向 DNA D遗传信息最终要流向蛋白质，使其表达 答案 C 解析 遗传信息可以从 RNA 传递给 DNA，故此题的答案为 C。 2某种 RNA 病毒在增殖过程中，其遗传物质需要
13、经过某种转变后整合到真核宿主的基因组 中。物质 Y 与脱氧核糖核苷酸结构相似，可抑制该病毒的增殖，但不抑制宿主细胞的增殖， 那么 Y 抑制该病毒增殖的机制是( ) A抑制该病毒 RNA 的转录过程 B抑制该病毒蛋白质的翻译过程 C抑制该 RNA 病毒的逆转录过程 D抑制该病毒 RNA 的自我复制过程 答案 C 解析 RNA 病毒的遗传物质需要经逆转录过程形成 DNA， 然后整合到真核宿主的基因组中， Y 物质与脱氧核糖核苷酸结构相似，应抑制该病毒的逆转录过程。 3下列不是真核生物基因表达调控结果的是( ) A使生物更好地适应变化的环境 B使细胞分裂，数量增加 C使细胞分化 D使开花植物先营养生
14、长后生殖生长 答案 B 4如图所示，在 a、b 试管内加入的 DNA 都含有 30 对碱基。四支试管内都有产物生成，请 据图回答下列问题： (1)a、d 两试管内的产物是相同的，但 a 试管内模拟的是_过程，d 试管内模拟 的是_过程。 (2)b、c 两试管内的产物都是_，但 b 试管内模拟的是_过程，c 试管内模拟的是 _过程；b 试管的产物中最多含有_个碱基，有_个密码子。 (3)d 试管中加入的酶比 a 试管中加入的酶多了_。 (4)若要在 b 试管中继续获得多肽链，则至少还应加入_。 答案 (1)DNA 复制 逆转录 (2)RNA 转录 RNA 复制 30 10 (3)逆转录酶 (4)
15、各种氨基酸、tRNA、有关的酶 解析 (1)因为 a 与 d 两试管中加入的原料都是脱氧核糖核苷酸，所以其产物相同，该产物是 DNA，而 a 试管中加入的模板是 DNA，故模拟的是 DNA 复制过程；d 试管内加入的模板是 RNA，故模拟的是逆转录过程。(2)因为 b 与 c 两试管中加入的原料都是核糖核苷酸，所以两 试管中的产物都是 RNA。而 b 与 c 试管中加入的模板分别是 DNA 与 RNA，因此，b 试管内 模拟的是以DNA为模板合成RNA的转录过程； 由于转录是以DNA的一条链为模板进行的， RNA 含有的碱基应为 DNA 的一半，即 30 个，每 3 个相邻碱基为一个密码子，所以有 10 个 密码子。c 试管表示的是 RNA 的复制。(3)逆转录时需要逆转录酶的催化。(4)若要在 b 试管 内继续得到多肽链，则需满足翻译过程所需的条件，所以至少还应加入各种氨基酸和 tRNA 以及与多肽链合成有关的酶。