学年高中生物第3章遗传信息的复制与表达第11课时遗传信息的表达Ⅲ教学案北师大版必修2.docx

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学年高中生物第3章遗传信息的复制与表达第11课时遗传信息的表达Ⅲ教学案北师大版必修2

第11课时　遗传信息的表达（Ⅲ）

[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3－12，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P40～42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P40～41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的表达。

（3）调控过程

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。

②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P41～42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RNA→DNA。

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：

①DNA→DNA（或基因到基因）：

是DNA的复制过程，表示遗传信息的传递。

②DNA→RNA：

遗传信息的转录过程。

③RNA→蛋白质：

发生在细胞质核糖体上的翻译过程，其中②③共同完成遗传信息的表达。

④RNA→DNA：

少数RNA病毒（如HIV）等在宿主细胞内的逆转录过程。

⑤RNA→RNA：

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①、②、③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④、⑤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的两大基本功能,传递功能：

图中①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②③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

（DNA→DNA）

DNA

两条链

含A、T、G、C的四种脱氧核糖核苷酸

A－T

G－C

DNA

绝大多数生物

DNA转录

（DNA→RNA）

DNA

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

RNA逆转录

（RNA→DNA）

RNA

含A、T、G、C的四种脱氧核糖核苷酸

A－T

U－A

G－C

DNA

翻译

（RNA→多肽）

信使

RNA

20种氨基酸

A－U

G－C

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（　　）

A．a、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

C．a、b、c过程只发生在真核细胞中，d、e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。

当堂检测

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）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。

课时作业

基础过关

知识点一　基因表达的调控

1．原核生物基因表达的调控主要发生在（　　）

A．DNA复制过程中B．转录过程中

C．翻译过程中D．基因表达过程中

答案　B

2．下图所示喜马拉雅兔在受到低温作用后毛色的变化，这种变化最可能是（　　）

A．遗传对基因表达的作用

B．环境对基因表达的作用

C．同源染色体上基因的重排

D．环境引起DNA贮存的遗传信息改变

答案　B

解析　冰块（低温）处理后毛色变化，其部位的基因没有变化，最可能是环境对基因表达的影响作用。

3．分化中的两栖类细胞核中，RNA的合成非常旺盛，但移植到去核卵细胞