学年人教版生物必修二讲义第4章 第2节 基因对性状的控制.docx
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学年人教版生物必修二讲义第4章第2节基因对性状的控制
第2节 基因对性状的控制
学习目标
核心素养
1．理解中心法则的内容及应用。
（重、难点）
2.阐述基因、蛋白质与性状的关系。
（重点）
3.了解细胞质遗传及其特点。
1．通过对资料进行分析归纳，概括中心法则的提出及发展过程。
2.结合实例，阐述基因控制性状的两种方式。
3.通过与细胞核遗传比较，了解细胞质遗传及特点。
一、中心法则的提出及其发展
1．中心法则的提出及内容
（1）提出者：
克里克。
（2）中心法则内容
（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病毒、致癌的RNA病毒
3.完善后的中心法则图解
。
二、基因、蛋白质与性状的关系
1．基因控制生物性状的两条途径
（1）基因对生物性状的间接控制
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
人的白化病的形成
皱粒豌豆的DNA中插入了一段外来DNA序列，使编码淀粉分支酶的基因被打乱
↓
不能合成淀粉分支酶
↓
细胞内淀粉含量下降，游离蔗糖含量升高
↓
豌豆成熟时因失水而皱缩
控制酪氨酸酶的基因异常
↓
不能合成酪氨酸酶
↓
酪氨酸不能转变为黑色素
↓
表现出白化症状
（2）基因对生物性状的直接控制
①实质：
基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体性状。
②举例：
囊性纤维病
镰刀型细胞贫血症
编码CFTR蛋白的基因缺失3个碱基
↓
CFTR蛋白缺少苯丙氨酸
↓
CFTR蛋白结构异常，导致功能异常
↓
患者支气管中黏液增多，管腔受阻，细菌在肺部大量生长繁殖，使肺功能严重受损
编码血红蛋白的基因发生改变
↓
血红蛋白组成的红细胞结构异常，功能受损
2.基因与性状的关系
基因与性状的关系并不都是简单的线性关系。
生物的性状是基因型与环境共同作用的结果。
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：
人的细胞质基因只能通过母亲遗传给后代。
判断对错（正确的打“√”，错误的打“×”）
1．DNA病毒中没有RNA，其遗传信息的传递不遵循中心法则。
（ ）
2．正常情况下，真核生物细胞内可发生中心法则的每个过程。
（ ）
3．RNA病毒都能进行逆转录。
（ ）
4．基因与性状的关系是一对一的线性关系。
（ ）
5．生物性状是由基因型和环境共同控制的。
（ ）
6．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。
（ ）
提示：
1．× DNA病毒中没有RNA，但其遗传信息的传递仍遵循中心法则，包括DNA的复制、转录和翻译三个过程。
2．× 正常情况下，真核细胞内只发生DNA的复制、转录和翻译过程，RNA复制和逆转录的过程发生在某些被病毒侵染后的细胞内。
3．× 不是所有RNA病毒都能进行逆转录，只有含逆转录酶的RNA病毒才能进行逆转录，如HIV。
4．× 生物体的一种性状有时受多个基因的影响，有些基因可以影响多种性状。
5．√
6．√
中心法则及其发展
[问题探究]
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，请分析此图解中A～E试管所模拟的过程分别是什么？
提示：
A—DNA复制；B—转录；C—RNA复制；D—逆转录；E—翻译。
[归纳总结]
1．中心法则的内容及应用
（1）细胞生物及噬菌体等DNA病毒的中心法则
（2）烟草花叶病毒等大部分RNA病毒的中心法则
（3）HIV等逆转录病毒的中心法则
（4）高度分化的细胞内中心法则的表达式
DNA
RNA
蛋白质
（5）能分裂的细胞内中心法则的表达式
特别提醒：
（1）逆转录需要逆转录酶。
（2）逆转录和RNA复制只有在某些病毒复制时才能进行。
（3）哺乳动物成熟的红细胞中无遗传信息的传递。
2．中心法则体现了DNA的两大基本功能
（1）传递遗传信息：
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：
通过转录和翻译完成的，发生在个体发育过程中。
1．人或动物PrP基因编码一种蛋白（PrPc），该蛋白无致病性。
PrPc的空间结构改变后成为PrPsc（朊粒），就具有了致病性。
PrPsc可以诱导更多的PrPc转变为PrPsc，实现朊粒的增殖，可以引起疯牛病。
据此判断，下列叙述正确的是（ ）
A．朊粒侵入机体后可整合到宿主的基因组中
B．朊粒的增殖方式与肺炎双球菌的增殖方式相同
C．蛋白质空间结构的改变可以使其功能发生变化
D．PrPc转变为PrPsc的过程属于遗传信息的翻译过程
C [据题中信息可知朊粒是PrP基因所编码的蛋白质空间结构变化后形成的，因此还属于蛋白质，不可能整合到宿主细胞的基因组中，A错误。
细菌增殖方式为二分裂，与朊粒不相同，B错误。
由题中信息可知，PrP基因编码的蛋白质与朊粒的功能因空间结构的不同而不同，C正确。
PrPc转变为PrPsc只是蛋白质空间结构发生了改变，D错误。
]
2．下图表示生物界的中心法则，有关叙述正确的是（ ）
A．健康的人体内可以发生图中所有过程
B．烟草花叶病毒侵入宿主细胞后发生①→②→③→④的过程
C．⑤过程需要逆转录酶的参与
D．该图揭示了遗传信息传递的一般规律
D [分析图形可知，健康的人体内可以发生图中①DNA复制、②转录和③翻译过程，A项错误。
烟草花叶病毒是RNA病毒，侵入宿主细胞后发生⑤RNA复制和⑥翻译过程，B项错误。
④过程需要逆转录酶的参与，C项错误。
]
基因、蛋白质与性状的关系
1．基因控制性状的方式
直接途径
间接途径
方式
基因通过控制“蛋白质的结构”直接控制生物性状
基因通过控制“酶”的合成来控制代谢过程进而控制生物性状
图解
2.基因、蛋白质与性状之间的关系
基因与性状的关系并非简单的线性关系，可以是多个基因决定一个性状，也可以是一个基因与多个性状有关。
3．细胞质基因与细胞核基因的比较
项目
细胞质基因
细胞核基因
存在部位
叶绿体、线粒体
细胞核
是否与蛋
白质结合
否，DNA分子裸露
与蛋白质结合为染色体
结构
双链DNA
双链DNA
功能
复制、转录和翻译
复制、转录和翻译
基因数量
少
多
遗传方式
母系遗传
遵循孟德尔遗传定律
联系
线粒体和叶绿体是半自主性细胞器，这些部位的基因活动还要受核基因的控制
1．人类白化病和苯丙酮尿症是由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。
由图中不能得出的结论是（ ）
A．基因可以通过控制蛋白质的结构来控制生物的性状
B．基因可以通过控制酶的合成来控制生物的性状
C．一个基因可以控制多种性状
D．一种性状可以由多个基因控制
A [苯丙酮酸、多巴胺和黑色素的异常与酶的合成有密切的关系，而酶的合成是由基因控制的；若基因1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个基因的控制。
]
2．下图表示基因的作用与性状的表现之间的关系，下列相关叙述正确的是（ ）
A．①过程与DNA复制的共同点是都以DNA的一条链为模板，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性状的，苯丙酮尿症是通过蛋白质直接表现性状的
D．HIV、大肠杆菌及T2噬菌体都可以在人体细胞内进行①③这两个基本过程
B [①过程是转录，是以DNA的一条链为模板，在RNA聚合酶的作用下进行的；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生物性状的；T2噬菌体的宿主细胞是大肠杆菌细胞，不能侵染人体细胞。
]
[课堂小结]
知识网络构建
核心语句归纳
1．中心法则图解
2.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。
3.一个基因可能控制多种性状，一种性状也可能由多个基因控制。
4.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。
1．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
D [生物的遗传物质是DNA或RNA，即遗传信息储存在DNA或RNA的核苷酸序列中，故A项正确。
因为密码子的简并性，转录形成的mRNA碱基序列不同，最终翻译出的蛋白质可能相同，故B项正确。
蛋白质是生命活动的主要承担者，即生物的表现型是通过蛋白质体现的，故C项正确。
遗传信息是由碱基序列决定的，DNA两条单链的碱基互补配对，所含遗传信息不同，故D项错误。
]
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，那么物质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病毒的反（逆）转录过程
D．抑制该病毒RNA的自我复制过程
C [本题主要考查中心法则。
RNA病毒逆转录生成DNA，需要的原料是4种脱氧核苷酸，物质Y与脱氧核苷酸结构相似，会混入逆转录生成的DNA中，致使逆转录生成的DNA不能整合到真核宿主的基因组中，影响病毒RNA及蛋白质的合成，从而抑制该病毒增殖，故只有C项正确。
]
3．下图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① 基因② 基因③ 基因④
↓ ↓ ↓ ↓
酶① 酶② 酶③ 酶④
↓ ↓ ↓ ↓
N—乙酸鸟氨酸―→鸟氨酸―→瓜氨酸―→精氨酸琥珀酸―→精氨酸
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过程
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
B [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。
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③和④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。
]
4．下面是关于基因、蛋白质和性状之间关系的叙述，其中不正确的是（ ）
A．基因可以决定性状
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．蛋白质的功能可以控制性状
D [蛋白质是生物体性状的直接体现者，但蛋白质是通过基因控制合成的，因此基因才是性状的控制者。
基因可通过控制蛋白质的结构直接影响性状，也可通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物的性状。
]
5．中心法则反映了生物体内遗传信息的传递过程，请结合图示回答问题：
（1）图示遗传信息传递过程中能发生碱基A—U（或U—A）配对的过程有________；其中需要核糖核苷酸作为原料的过程有________。
（填序号）
（2）一个细胞周期中，细胞核中一个DNA分子可发生图中①过程________次，此过程中，模板链和子链中（A＋T）/的（G＋C）值的关系是________。
（3）图中③过程必需的物质有_______________________；
若某DNA经过图中②③过程产生的蛋白质中部分氨基酸序列为“—甘氨酸—亮氨酸—谷氨酸—半胱氨酸—缬氨酸—”，根据此序列及密码子表能否推测出此DNA中相关的碱基对序列？
________，说明理由：
______________。
（4）肠道病毒EV71是不能进行逆转录过程的RNA病毒，则其在宿主细胞中增殖过程的会发生图中的______（填数字序号）过程。
[解析] 据图分析，图示中心法则反映了生物体内遗传信息的传递过程，其中①表示DNA的自我复制，②表示转录，③表示翻译，④表示逆转录，⑤表示RNA的自我复制。
（1）能发生碱基A—U（或U—A）配对的过程必须有RNA（可以是模板或产物）的参与，因此图中符合要求的过程有②③④⑤，其中以RNA为产物的②⑤过程需要的原料是核糖核苷酸。
（2）一个细胞周期中，细胞核中的DNA分子只复制一次；根据碱基互补配对原则可知，（A＋T）/（G＋C）的值在两条单链以及整个DNA分子中是相等的。
（3）③表示翻译，需要的物质有mRNA（作为模板）、氨基酸（作为原料）、tRNA（作为运输氨基酸的工具），还需要酶和ATP。
由于密码子具有简并性，因此根据氨基酸序列不能确定mRNA中碱基序列，进而不能推测基因组相应的碱基对序列。
（4）根据题意分析，肠道病毒EV71是不能进行逆转录过程的RNA病毒，则其不能进行④逆转录过程，但是可以进行⑤RNA的复制和③翻译过程。
[答案]
（1）②③④⑤ ②⑤
（2）一 相等
（3）mRNA、氨基酸、tRNA、酶、ATP 不能 密码子具有简并性，根据氨基酸序列不能确定mRNA中碱基序列，进而不能推测基因组相应的碱基对序列
（4）③⑤
教材课后习题 （教师用书独具）
一、基础题
1．A 2.
（1）×
（2）× （3）√
二、拓展题
1．提示：
红眼基因正常是形成红眼的必要条件，而非充分条件。
红眼基因正常，并且其他涉及红眼形成的基因也正常时，果蝇的红眼才能形成；如果红眼基因不正常，即使所有其他涉及红眼形成的基因都正常，果蝇的红眼也不能形成。
2．提示：
生物体内基因的数目多、作用方式复杂，难以单独对其进行研究，生物体的异常性状为科学家研究相关基因的作用提供了一个突破口，使科学家能够从异常性状入手，分析性状异常的个体的基因与正常个体的基因是否存在区别、存在哪些区别等问题，从而建立起性状与基因的对应关系。
因为性状是由基因控制的，如果某一性状发生异常，并且能够稳定遗传，说明控制该性状的基因发生了突变。
根据异常性状的遗传方式，还可以分析出控制该性状的基因是位于性染色体上还是常染色体上，是显性的还是隐性的，并且可以预测这一性状将来的遗传规律。
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