学年高中生物第4章基因的表达第2节基因对性状的控制学案.docx
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学年高中生物第4章基因的表达第2节基因对性状的控制学案
第2节基因对性状的控制
1.生物遗传信息流动表示为：
2．逆转录和RNA复制只发生在某些病毒中。
3．基因控制生物性状的两条途径：
（1）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。
（2）通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
4．一个基因可能影响多种性状，一种性状也可能由多个基因控制。
5．线粒体DNA和叶绿体DNA也能进行复制、转录和翻译，并控制生物体的性状。
中心法则及其发展
[自读教材·夯基础]
1．中心法则的提出
（1）提出者：
克里克。
（2）
（3）图解：
。
2．中心法则的发展
发展内容
信息流动
举例
RNA自我复制
遗传信息从RNA流向RNA
RNA病毒
RNA逆转录合成DNA
遗传信息从RNA流向DNA
HIV、致癌的RNA病毒
1．以中心法则为基础，写出发展后的中心法则图解。
提示：
2．在人体细胞中能否进行RNA复制和逆转录？
在人体细胞内遗传信息是如何流动的？
提示：
①不能。
②其过程为：
[跟随名师·解疑难]
1．中心法则及其与生物种类的关系
（1）中心法则内容及其发展图解：
（2）中心法则与生物种类的关系：
①细胞生物：
原核生物、真核生物。
②病毒：
a．DNA病毒：
b．RNA病毒：
2．中心法则体现了DNA的两大基本功能
（1）传递遗传信息：
它是通过DNA复制完成的，发生于亲代产生子代的生殖过程或细胞增殖过程中。
（2）表达遗传信息：
它是通过转录和翻译完成的，发生在个体发育过程中。
[特别提醒]
（1）逆转录需要逆转录酶。
（2）逆转录和RNA复制只有某些病毒才能进行。
基因、蛋白质与性状的关系
[自读教材·夯基础]
1．基因控制性状的途径
（1）基因对性状的间接控制：
①实质：
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。
②举例：
皱粒豌豆的形成
人白化病的形成
（2）基因对生物体性状的直接控制：
①实质：
基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
②举例：
囊性纤维病。
编码CFTR蛋白的基因缺失了3个碱基
CFTR蛋白缺少苯丙氨酸，引起CFTR蛋白结构和功能异常。
2．基因与性状的关系[判断]
（1）基因与性状的关系是一对一的线性关系。
（×）
（2）生物性状是由基因型和环境共同控制的。
（√）
3．细胞质基因
（1）分布：
线粒体和叶绿体中。
（2）功能：
①进行半自主自我复制。
②通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成。
（3）遗传方式：
只能通过母亲遗传给后代。
1．基因型相同的不同个体，其表现型是否相同？
基因型不同的个体表现型能否相同？
提示：
①不一定，若环境不同，则表现型可能不同。
②可能相同。
2．细胞质遗传又称为母系遗传，在遗传方式上有什么特点？
是否遵循孟德尔遗传规律？
提示：
①子代性状总是与母亲相同，杂交后代无一定的性状分离比。
②不遵循。
[跟随名师·解疑难]
1．基因对性状控制的两种途径
2．基因对性状控制的因素
（3）基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用，共同调控着生物体的性状。
中心法则及其应用
[例1] 结合图表分析，下列有关说法正确的是（ ）
抗菌药物
抗菌机理
青霉素
抑制细菌细胞壁的合成
环丙沙星
抑制细菌DNA解旋酶（可促进DNA螺旋化）
红霉素
能与核糖体结合
利福平
抑制RNA聚合酶的活性
A．环丙沙星和红霉素分别抑制细菌的①和③
B．青霉素和利福平能抑制DNA的复制
C．结核杆菌的④和⑤都发生在细胞质中
D．①～⑤可发生在人体健康细胞中
[思路点拨]
[解析] 首先判定出图中各个过程的名称：
①为DNA复制，②为转录，③为翻译，④为RNA复制，⑤为逆转录，然后根据表格中抗菌药物的抗菌机理来分析各选项。
青霉素的作用对象是细胞壁，与DNA复制无关；环丙沙星可促进DNA螺旋化，不利于DNA复制和转录；红霉素能与核糖体结合，抑制翻译过程；利福平抑制RNA聚合酶的活性，进而抑制转录和RNA复制；④和⑤只有RNA病毒才能进行。
[答案] A
1．下图表示自然界中遗传信息在三种大分子间的流动（如箭头②代表转录），相关说法正确的是（ ）
A．①②④常见，③⑦少见，其他尚未被证实
B．②④⑥常见，其他几乎从未被证实
C．⑤⑧⑨未被证实，③⑦少见，其他常见
D．③⑦少见，其他常见
解析：
选A 图中①表示DNA复制，②表示转录，③表示RNA复制，④表示翻译，⑤表示蛋白质复制，⑥表示由蛋白质→DNA，⑦表示逆转录，⑧表示由蛋白质→RNA，⑨表示由DNA→蛋白质，中心法则及其补充包含的是①②③④⑦的内容，其中①②④是常见途径，③⑦途径为中心法则的补充，在某些病毒中出现；⑤⑥⑧⑨目前还没有证实其在生物体中是否存在。
基因对性状的控制
[例2] 下面为脉孢霉体内精氨酸的合成途径示意图，从图中可得出（ ）
基因
―→
鸟氨酸
瓜氨酸―→精氨酰琥珀酸
精氨酸
①
A．一种物质的合成只受一个基因的控制
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．若基因③不存在，则瓜氨酸仍可合成精氨酸琥珀酸
[思路点拨]
[解析] 基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，从而控制生物的性状。
由示意图可知，精氨酸的合成需要酶①②③④的参与，而它们分别受基因①②③④的控制。
基因具有一定的独立性，基因②不表达时，基因③④仍可表达，只是无法合成精氨酸。
若基因③不存在，酶③不能合成，则瓜氨酸→精氨酸琥珀酸的途径不能进行。
[答案] B
2．下面关于基因、蛋白质、性状之间关系的叙述，错误的是（ ）
A．生物体的一切性状完全由基因控制，与环境因素无关
B．基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状
C．基因可通过控制酶的合成控制生物性状
D．基因的遗传信息可通过转录和翻译传递到蛋白质得以表达
解析：
选A 生物的性状是由基因型和环境共同决定的。
1．探究表现型、基因型和环境的关系。
2．探究遗传信息的流动及其影响因素。
典例剖析
下图为在实验室中进行的相关模拟实验，请据图回答问题：
（1）图中甲、乙实验模拟的过程分别是________、
____________。
（2）图中乙过程要顺利进行，还需向试管中加入的物质或细胞结构有________、________。
（3）若将甲试管中加入的“核糖核苷酸”换成“脱氧核苷酸”，相关酶也作出调整，则甲试管模拟的过程是________________________。
（4）人们通过研究发现，有些抗生素能通过阻断细菌细胞内蛋白质的合成，从而抑制细菌的繁殖。
现发现一种新型抗生素，有人根据上述模拟实验的方法进行了如下实验过程：
A试管
B试管
C试管
D试管
加入等量且足量的能量、核糖核苷酸、相关酶的混合溶液
等量相同的细菌DNA
等量相同的人体DNA
2mL一定浓度的新型抗生素水溶液
2mL
蒸馏水
2mL一定浓度的新型抗生素水溶液
2mL
蒸馏水
分析上表，试回答：
①本实验的目的是________________________________________________________________________
______________。
②预期实验结果并得出实验结论：
该实验有可能会出现________种实验结果，如果出现_____________________，
则说明该抗生素只阻断细菌DNA的转录，不阻断人体DNA的转录。
[解析]
（1）甲试管中以DNA为模板，核糖核苷酸为原料，生成物必然是RNA，说明模拟的是转录过程。
乙试管中有mRNA，原料为氨基酸，说明模拟的是翻译过程。
（2）翻译过程需要mRNA、氨基酸、酶、能量，还需要运载工具tRNA，场所是核糖体。
（3）若甲试管中加入脱氧核苷酸，则生成物必然是DNA，即说明模拟的是DNA分子的复制过程。
（4）①根据表格中变量的分析知该实验的目的是要探究这种新型抗生素对人体DNA和细菌DNA转录的影响。
②该实验有可能会出现4种结果，分别为A试管中无RNA生成，B、C、D试管中均有RNA生成；A、B、C、D试管中均有RNA生成；A、B、D试管中均有RNA生成，C试管中无RNA生成；A、C试管中无RNA生成，B、D试管中有RNA生成。
[答案]
（1）转录 翻译
（2）tRNA 核糖体 （3）DNA分子的复制 （4）①探究这种新型抗生素对人体DNA和细菌DNA转录的影响 ②4 A试管中无RNA生成，B、C、D试管中均有RNA生成
归纳拓展
据模板和原料判断中心法则的过程
模板
原料
生理过程
DNA
脱氧核苷酸
DNA复制
DNA
核糖核苷酸
转录
RNA
核糖核苷酸
RNA复制
RNA
氨基酸
翻译
RNA
脱氧核苷酸
逆转录
[随堂基础巩固]
1．下列关于遗传信息传递的叙述，错误的是（ ）
A．线粒体和叶绿体中遗传信息的传递遵循中心法则
B．DNA中的遗传信息是通过转录传递给mRNA的
C．DNA中的遗传信息可决定蛋白质中氨基酸的排列顺序
D．DNA病毒中没有RNA，其遗传信息的传递不遵循中心法则
解析：
选D 线粒体和叶绿体中也有少量的DNA和RNA，能够进行DNA的复制、转录和翻译的过程，遵循中心法则；DNA能够通过转录将遗传信息传递给mRNA，进一步通过翻译完成蛋白质的合成，所以DNA中的遗传信息可决定蛋白质中氨基酸的排列顺序；DNA病毒中没有RNA，但是其遗传信息的传递遵循中心法则。
2．遗传信息从RNA→RNA途径是对中心法则的补充，下列能够进行该传递的生物是（ ）
A．烟草 B．烟草花叶病毒
C．噬菌体D．大肠杆菌
解析：
选B 由RNA→RNA是RNA的复制过程，该过程只发生在RNA病毒中。
3．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；基因也能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
下列所举实例中与事实不相符的是（ ）
A．控制生成黑色素的基因异常→黑色素结构异常→白化病
B．控制血红蛋白的基因异常→血红蛋白结构异常→运输氧的能力下降→贫血症
C．控制淀粉分支酶的基因异常→不能合成淀粉分支酶→淀粉含量降低→产生皱粒豌豆
D．控制跨膜蛋白的基因异常→跨膜蛋白结构异常→转运氯离子的功能异常→囊性纤维病
解析：
选A 人的白化症状是由于控制酪氨酸酶的基因异常而引起的。
4．中心法则揭示了生物遗传信息传递与表达的过程。
人体皮肤生发层细胞能不断分裂，其中主要在细胞核中进行的过程是（ ）
A．a和eB．a和b
C．b和cD．d和e
解析：
选B a、b、c、d、e分别代表DNA的复制、转录、翻译、逆转录、RNA的复制过程。
可发生在人体皮肤生发层细胞中的过程只有a、b和c，其中a、b两过程主要在细胞核中进行，c过程发生在核糖体上。
5．有一种绣球花的花色因土壤pH的不同而变化，在pH大于7时开蓝色花，在pH小于7时开桃色花，这是因为土壤pH（ ）
A．是一种诱变因素B．引起染色体变异
C．影响基因的表达D．改变了色素基因
解析：
选C 据题意分析，土壤pH是作为一种环境因素影响了基因的表达，导致花色改变，并没有改变生物体的遗传物质。
6．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。
请据图回答下列问题：
（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）能特异性识别信使RNA上密码子的分子是______________，后者所携带的分子是________。
（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：
在中心法则中，a、b、c、d分别代表DNA自我复制、转录、翻译和逆转录四个过程。
需要tRNA和核糖体同时参与的是翻译过程c；真核细胞中a过程发生在分裂的间期；a和b过程都发生在细胞核中；在翻译过程中，能特异性地与信使RNA分子上的密码子相结合的物质是转运RNA，其识别结构是反密码子，转运RNA上携带的分子是氨基酸。
RNA病毒的遗传信息的传递方式有直接控制蛋白质的合成和自我复制过程以及逆转录出DNA再通过DNA控制蛋白质的合成过程两种。
答案：
（1）DNA复制 转录 翻译 逆转录
（2）c
（3）间（S） （4）细胞核 （5）tRNA（转运RNA） 氨基酸
（6）①
②
[课时跟踪检测]
（满分50分 时间25分钟）
一、选择题（每小题4分，共24分）
1．下列是关于基因、蛋白质和性状三者之间关系的叙述，错误的是（ ）
A．蛋白质的功能可以影响性状
B．蛋白质的结构可以直接影响性状
C．基因控制性状是通过控制蛋白质的合成来实现的
D．生物体的性状完全由基因控制
解析：
选D 生物体的性状还受环境的影响。
2．下图为遗传信息的传递过程图，在人体成熟的白细胞和小麦细胞内都能发生的是（ ）
A．②⑤ B．①③④
C．①②⑤D．①②③④⑤
解析：
选A 图中①②③④⑤分别表示DNA的复制、转录、逆转录、RNA的复制、翻译过程。
人体成熟的白细胞和小麦细胞的遗传物质都是DNA；人体成熟的白细胞不再分裂，没有DNA的复制，可以进行转录、翻译过程；小麦细胞内可发生①②⑤过程。
3．如图为某RNA病毒侵入宿主细胞后的增殖过程。
下列说法错误的是（ ）
A．①过程需要逆转录酶
B．①③过程所需原料相同
C．该病毒的RNA不能直接作为翻译的模板
D．①②③过程都遵循中心法则
解析：
选A 逆转录是以RNA为模板合成DNA的过程，故①过程不属于逆转录；①③过程都合成RNA，所需原料均为4种核糖核苷酸；由题图可知，该病毒以自身的RNA（RNA）为模板合成＋mRNA，再以＋mRNA为模板翻译形成蛋白质，说明该病毒的RNA不能直接作为翻译的模板；①②③过程都遵循中心法则。
4．人类白化病和苯丙酮尿症是由于代谢异常引起的疾病，下图表示在人体代谢中产生这两类疾病的过程。
由图不能得出的结论是（ ）
①基因可以通过控制蛋白质的结构来控制生物的性状
②基因可以通过控制酶的合成来控制生物的性状
③一个基因只能控制一种性状
④一个性状可以由多个基因控制
A．①② B．①③
C．②③D．③④
解析：
选B 由图可以看出，苯丙酮酸、多巴胺和黑色素物质的代谢异常与酶的合成直接相关，而酶的合成是由基因控制的；基因1若发生变化，则多巴胺和黑色素的合成都受影响；多巴胺和黑色素的合成也都受多种基因的控制。
5．结合下图分析，下列叙述错误的是（ ）
A．生物的遗传信息储存在DNA或RNA的核苷酸序列中
B．核苷酸序列不同的基因可表达出相同的蛋白质
C．遗传信息传递到蛋白质是表现型实现的基础
D．编码蛋白质的基因含遗传信息相同的两条单链
解析：
选D 对于以DNA为遗传物质的细胞生物及部分DNA病毒来说，遗传信息储存在DNA的脱氧核苷酸序列中；对于RNA病毒来说，遗传信息储存在RNA的核糖核苷酸序列中。
由于密码子的简并性（即某些不同的密码子可决定相同的氨基酸）等原因，核苷酸序列不同的基因，也可能表达出相同的蛋白质。
蛋白质是生物性状的主要体现者，基因对性状的控制是通过控制蛋白质的合成实现的。
具有转录功能的链叫模板链或反义链，另一条无转录功能的链叫编码链或有义链。
两条链之间的碱基互补配对，核苷酸排列顺序不同，含有不同的遗传信息。
6．下图表示基因的作用与性状的表现之间的关系。
下列相关的叙述，正确的是（ ）
A．①过程与DNA复制的共同点，都是以DNA单链为模板，在DNA聚合酶的作用下进行
B．③过程直接需要的物质或结构有mRNA、氨基酸、tRNA、核糖体、酶、ATP
C．人的镰刀型细胞贫血症是通过蛋白质间接表现的，苯丙酮尿症是通过蛋白质直接表现的
D．HIV和T2噬菌体都可以在人体细胞内进行①③这两个基本过程
解析：
选B ①过程是转录，是以DNA一条链为模板，在RNA聚合酶的作用下进行的；T2噬菌体的宿主细胞是大肠杆菌细胞，不能侵染人体细胞；苯丙酮尿症是患者体内某种酶的合成受阻导致的，是基因通过控制酶的合成来控制代谢过程进而控制蛋白质合成。
二、非选择题（共26分）
7．（14分）下图表示真核细胞中遗传信息的传递过程，请据图回答下列问题：
（1）科学家克里克提出的中心法则包括图中______所示的遗传信息的传递过程。
A过程发生在______________________的间期，B过程需要的原料是______________________，图中需要解旋酶的过程有__________________。
（2）D过程表示tRNA运输氨基酸参与翻译，已知甲硫氨酸和酪氨酸的密码子分别是AUG、UAC，某tRNA上的反密码子是AUG，则该tRNA所携带的氨基酸是______________________。
（3）图中a、b为mRNA的两端，核糖体在mRNA上的移动方向是________。
图中的不同核糖体最终形成的肽链________（填“相同”或“不同”）。
解析：
克里克提出的中心法则包括DNA的复制、转录和翻译，即图中A、B、C，DNA的复制发生在有丝分裂和减数第一次分裂前的间期；转录原料是游离的4种核糖核苷酸，解旋发生在DNA复制和转录过程中；tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子互补，所以当tRNA上的反密码子是AUG时，它所对应的氨基酸密码子是UAC，即氨基酸为酪氨酸；由图可知核糖体在mRNA上的移动方向是由a到b，由于模板相同所以图中的不同核糖体最终形成的肽链是相同的。
答案：
（1）A、B、C 有丝分裂和减数第一次分裂前 游离的4种核糖核苷酸 A、B
（2）酪氨酸 （3）由a到b 相同
8．（12分）油菜植物体内的中间代谢产物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）运向种子后有两条转变途径，如图甲所示，其中酶a和酶b分别由基因A和基因B控制合成。
图乙表示基因B。
某科研人员根据这一机制培育出高产油油菜，产油率由原来的35%提高到58%。
请回答：
（1）酶a与酶b结构上的区别是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）基因B的表达过程包括________________________________________________________________________。
（3）在基因B中，α链是转录链，转录出α′链，科学家们诱导β链也能转录，转录出β′链，从而形成双链mRNA，那么该双链mRNA的组成链是________________________________________________________________________。
（4）为什么基因B转录出双链mRNA就能提高油脂产量？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（5）如果基因A的转录链为β，其互补链为α，想要提高氨基酸的产量，基本思路是________________________________________________________________________
________________________。
解析：
从图甲可以看出，如果抑制酶b的活性或者使该酶不能合成，则能提高油脂的产量。
答案：
（1）构成它们的氨基酸种类、数目和排列顺序不同以及肽链形成的空间结构不同
（2）转录和翻译 （3）α′链与β′链 （4）形成双链后mRNA不能与核糖体结合，从而不能合成酶b；而细胞能正常合成酶a，故生成的油脂比例提高 （5）诱导基因A的α链也能转录，形成双链mRNA
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