資源簡介

中小學(xué)教育資源及組卷應(yīng)用平臺(tái)
高考生物二輪復(fù)習(xí)微專題學(xué)案
4　基因表達(dá)的調(diào)控
　　基因表達(dá)調(diào)控是指細(xì)胞在特定條件下控制不同基因的表達(dá)水平,以便適應(yīng)不同的外部環(huán)境和內(nèi)部需求。因此,基因表達(dá)調(diào)控是細(xì)胞和生命體系維持穩(wěn)態(tài)的重要機(jī)制,同時(shí)也與生物學(xué)發(fā)育和疾病的發(fā)生密切相關(guān)。對(duì)于真核生物,基因表達(dá)調(diào)控主要涉及四個(gè)方面:DNA序列水平、轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后加工水平和轉(zhuǎn)化水平。
類型一　真核生物基因表達(dá)的調(diào)控
(一)DNA序列水平的調(diào)控
　　基因的調(diào)控最開始實(shí)施是在DNA序列水平。包括甲基化對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控、組蛋白修飾調(diào)控染色質(zhì)和基因表達(dá)等。
例1 [2023·北京東城區(qū)模擬] 研究發(fā)現(xiàn),AGPAT2基因表達(dá)的下調(diào)會(huì)延緩脂肪生成。湖羊尾部蓄脂量小,而廣靈大尾羊尾部蓄脂量大。研究人員以若干只兩種羊的尾部脂肪組織為材料,檢測AGPAT2基因啟動(dòng)子區(qū)7個(gè)位點(diǎn)的甲基化程度及基因表達(dá)水平,結(jié)果如圖。下列敘述正確的是 (　)
A.甲基化程度的差異會(huì)導(dǎo)致兩種羊脂肪組織中AGPAT2基因的堿基序列不同
B.DNA甲基化直接阻礙翻譯過程,進(jìn)而對(duì)AGPAT2基因的表達(dá)進(jìn)行調(diào)控
C.第33和63位點(diǎn)上的甲基化差異是影響AGPAT2基因表達(dá)量的關(guān)鍵因素
D.兩種羊中AGPAT2基因的甲基化程度與其在脂肪組織中的表達(dá)量呈正相關(guān)
例2 [2023·河北石家莊一模] 某植物5號(hào)染色體上產(chǎn)生物堿基因B對(duì)不產(chǎn)生物堿基因b為顯性;7號(hào)染色體上從頭甲基化酶基因D對(duì)無從頭甲基化酶基因d為顯性;甲基化維持酶基因E對(duì)無甲基化維持酶基因e為顯性,但所在染色體未知。從頭甲基化酶可將基因一條鏈帶上甲基化,稱為半甲基化;甲基化維持酶可將半甲基化狀態(tài)下對(duì)應(yīng)的另一條鏈帶上甲基化,稱為全甲基化。具體過程如圖Ⅰ所示。已知全甲基化的基因無法表達(dá),且基因甲基化會(huì)在減數(shù)分裂時(shí)消失。為研究甲基化相關(guān)酶對(duì)B/b基因甲基化和基因表達(dá)的影響,科學(xué)家做了相關(guān)實(shí)驗(yàn),如圖Ⅱ所示(不考慮基因突變和染色體互換)。回答下列問題:
(1)植株甲的基因型是　　　　,F1的基因型是　　　　　,其不產(chǎn)生生物堿的原因是　　　　　　　　　　。
(2)圖中F1雜交產(chǎn)生F2的交配類型稱為　　　　。若三對(duì)基因獨(dú)立遺傳,則F2的表型及比例應(yīng)為　　　　　;若從頭甲基化酶與甲基化維持酶兩對(duì)基因位于一對(duì)同源染色體上,則F1產(chǎn)生的配子種類及比例應(yīng)為　　　　　　。
(3)若F2表型及比例為產(chǎn)生物堿植株∶不產(chǎn)生物堿植株=1∶1。讓F1自交,其后代中含B基因但不產(chǎn)生物堿的植株占比為　　　　　。
(二)轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控
　　轉(zhuǎn)錄水平是指存儲(chǔ)在DNA中的遺傳信息轉(zhuǎn)錄到RNA分子上的過程。主要涉及RNA聚合酶、順式作用元件(存在于基因旁,能夠影響基因表達(dá)的特定DNA序列,如啟動(dòng)子、增強(qiáng)子等),反式作用因子(一類蛋白質(zhì)分子,通過與順式作用元件結(jié)合調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄)。
例3 [2023·北京西城區(qū)二模] 增強(qiáng)子是DNA上一小段可與特定蛋白質(zhì)(轉(zhuǎn)錄因子)結(jié)合的序列,可增強(qiáng)多個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄水平(如圖)。相關(guān)推測不合理的是 (　)
A.增強(qiáng)子具有特定的堿基序列
B.增強(qiáng)子與啟動(dòng)子互補(bǔ)配對(duì)
C.增強(qiáng)子可以遠(yuǎn)距離發(fā)揮作用
D.A酶可能為RNA聚合酶
例4 [2023·湖南婁底模擬] 如圖表示染色體與基因的關(guān)系,圖中的順式作用元件和基因編碼區(qū)(能編碼mRNA)是位于同一條鏈上的序列,對(duì)基因的表達(dá)有特定的調(diào)節(jié)作用。下列敘述錯(cuò)誤的是 (　)
A.順式作用元件和基因E的基本組成單位均是脫氧核苷酸
B.基因E是有遺傳效應(yīng)的DNA片段,圖中各基因在染色體上呈線性排列
C.順式作用元件發(fā)生堿基對(duì)的缺失,一般不會(huì)影響基因E的轉(zhuǎn)錄和翻譯
D.順式作用元件發(fā)生堿基對(duì)的替換,一般不會(huì)使基因E的堿基序列發(fā)生改變
(三)轉(zhuǎn)錄后加工水平和轉(zhuǎn)化水平的調(diào)控
　　轉(zhuǎn)錄后加工水平的調(diào)控:包括RNA剪切和RNA降解等;轉(zhuǎn)化水平調(diào)控基因表達(dá)是最接近生理終點(diǎn)的一個(gè)環(huán)節(jié),轉(zhuǎn)化涉及蛋白質(zhì)的合成、折疊、修飾等方面,包括翻譯水平的調(diào)控、蛋白質(zhì)降解等。
例5 選擇性剪接是指一個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物可通過不同的拼接方式形成不同的mRNA的過程。如圖表示鼠的降鈣素基因的表達(dá)過程,下列敘述錯(cuò)誤的是 (　)
注:CGRP表示降鈣素基因相關(guān)肽;外顯子是真核生物基因編碼區(qū)中編碼蛋白質(zhì)的序列。
A.當(dāng)RNA聚合酶移動(dòng)到終止密碼子時(shí),過程①停止
B.過程②中,被轉(zhuǎn)運(yùn)的氨基酸與tRNA的3'端結(jié)合
C.題中鼠降鈣素基因表達(dá)的調(diào)控屬于轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控
D.相同基因的表達(dá)產(chǎn)物不同,這有助于蛋白質(zhì)多樣性的形成
例6 [2023·廣東卷] 放射性心臟損傷是由電離輻射誘導(dǎo)的大量心肌細(xì)胞凋亡產(chǎn)生的心臟疾病。一項(xiàng)新的研究表明,circRNA可以通過miRNA調(diào)控P基因表達(dá)進(jìn)而影響細(xì)胞凋亡,調(diào)控機(jī)制見下圖。miRNA是細(xì)胞內(nèi)一種單鏈小分子RNA,可與mRNA靶向結(jié)合并使其降解。circRNA是細(xì)胞內(nèi)一種閉合環(huán)狀RNA,可靶向結(jié)合miRNA使其不能與mRNA結(jié)合,從而提高mRNA的翻譯水平。
回答下列問題:
(1)放射刺激心肌細(xì)胞產(chǎn)生的　　　　會(huì)攻擊生物膜的磷脂分子,導(dǎo)致放射性心肌損傷。
(2)前體mRNA是通過　　　　酶以DNA的一條鏈為模板合成的,可被剪切成circRNA等多種RNA。circRNA和mRNA在細(xì)胞質(zhì)中通過對(duì)　　　　的競爭性結(jié)合,調(diào)節(jié)基因表達(dá)。
(3)據(jù)圖分析,miRNA表達(dá)量升高可影響細(xì)胞凋亡,其可能的原因是　　　　　　　　　。
(4)根據(jù)以上信息,除了減少miRNA的表達(dá)之外,試提出一個(gè)治療放射性心臟損傷的新思路:　　　　　　。
類型二　原核生物基因表達(dá)的調(diào)控
1.操縱元:是指一組關(guān)鍵的核苷酸序列,包括了一個(gè)操縱基因,一個(gè)普通的啟動(dòng)子及一個(gè)或以上的結(jié)構(gòu)基因被用作生產(chǎn)信使RNA的基元。
2.阻遏蛋白:是基于某種調(diào)節(jié)基因所制成的一種控制蛋白質(zhì),在原核生物中具有抑制特定基因(群)產(chǎn)生特征蛋白質(zhì)的作用。由于它能識(shí)別特定的操縱基因(即操縱子是阻遏蛋白的結(jié)合位點(diǎn)),當(dāng)操縱序列結(jié)合阻遏蛋白時(shí)會(huì)阻礙RNA聚合酶與啟動(dòng)序列的結(jié)合,或使RNA聚合酶不能沿DNA向前移動(dòng),阻遏轉(zhuǎn)錄,介導(dǎo)負(fù)性調(diào)節(jié),因而可抑制與這個(gè)操縱基因相聯(lián)系的基因群,也就是抑制操縱子的mRNA合成。
例7 [2023·廣東汕頭模擬] 大腸桿菌色氨酸合成過程中基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)機(jī)制如圖所示,對(duì)此下列敘述正確的是 (　)
A.色氨酸調(diào)控機(jī)制屬于正反饋調(diào)節(jié)機(jī)制
B.該復(fù)合物需要穿過核孔才能結(jié)合色氨酸操縱子
C.該過程體現(xiàn)了大腸桿菌基因的表達(dá)具有選擇性
D.大腸桿菌DNA在RNA聚合酶的作用下合成色氨酸
高考生物二輪復(fù)習(xí)微專題學(xué)案
4　基因表達(dá)的調(diào)控（參考答案）
例1　C　[解析] 基因的甲基化不會(huì)改變基因的堿基排列順序,A錯(cuò)誤;由柱形圖可知,DNA甲基化后,基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA減少,因此甲基化影響轉(zhuǎn)錄過程,間接影響翻譯過程,B錯(cuò)誤;由圖可知,相比于廣靈大尾羊,湖羊組第33和63位點(diǎn)上的甲基化程度較高,其余位點(diǎn)甲基化程度相同,因此第33和63位點(diǎn)上的甲基化差異是影響AGPAT2基因表達(dá)量的關(guān)鍵因素,C正確;相比于廣靈大尾羊,湖羊AGPAT2基因甲基化程度較高,轉(zhuǎn)錄受阻,該基因表達(dá)量較小,由此可知,兩種羊中AGPAT2基因的甲基化程度與其在脂肪組織中的表達(dá)量呈負(fù)相關(guān),D錯(cuò)誤。
例2　(1)BBDDee　BbDdEe　因?yàn)镈、E基因同時(shí)存在,使得從頭甲基化酶和甲基化維持酶同時(shí)存在,B基因兩條鏈均帶上甲基化(B基因全甲基化)從而無法表達(dá),因此表現(xiàn)不產(chǎn)生生物堿
(2)測交　產(chǎn)生物堿植株∶不產(chǎn)生物堿植株=3∶5　BdE∶BDe∶bDe∶bdE=1∶1∶1∶1
(3)3/8
[解析] (1)根據(jù)題意并結(jié)合圖Ⅱ可知,親本植株甲為純合產(chǎn)生物堿,故其基因型為BBDDee,植株乙的基因型為bbddEE,F1的基因型為BbDdEe,同時(shí)含有D和E基因表現(xiàn)為全甲基化,全甲基化的基因無法表達(dá),即B基因不表達(dá),因此F1表現(xiàn)為不產(chǎn)生物堿。(2)F1BbDdEe與純合不產(chǎn)生物堿植株丙bbddee雜交,稱為測交。若三對(duì)基因獨(dú)立遺傳,則F2中不產(chǎn)生物堿植株基因型為B_D_E_和bb____,比例為1/2×1/2×1/2+1/2=5/8,產(chǎn)生物堿植株比例為1-5/8=3/8,故F2的表型及比例應(yīng)為產(chǎn)生物堿植株∶不產(chǎn)生物堿植株=3∶5。若從頭甲基化酶與甲基化維持酶兩對(duì)基因位于一對(duì)同源染色體上,根據(jù)題意,D和e連鎖,d和E連鎖,根據(jù)基因的自由組合定律,則F1產(chǎn)生的配子種類及比例應(yīng)為BdE∶BDe∶bDe∶bdE=1∶1∶1∶1。(3)若F2表型及比例為產(chǎn)生物堿植株∶不產(chǎn)生物堿植株=1∶1,則F1的配子及比例為Bde∶BDe∶bDE∶bdE=1∶1∶1∶1,即B與e連鎖,b與E連鎖,讓F1自交,其后代中含B基因但不產(chǎn)生物堿的植株基因型及比例為BbDDEe+BbDdEe=2/16+4/16=3/8。
例3　B　[解析] 根據(jù)題意,增強(qiáng)子是DNA上一小段可與特定蛋白質(zhì)結(jié)合的序列,因此增強(qiáng)子具有特定的堿基序列,A正確;由圖可知,增強(qiáng)子是DNA上一小段可與特定蛋白質(zhì)(轉(zhuǎn)錄因子)結(jié)合的序列,并不與啟動(dòng)子進(jìn)行結(jié)合,因此并不與啟動(dòng)子互補(bǔ)配對(duì),B錯(cuò)誤;由圖可知,增強(qiáng)子使所要作用基因所在的DNA鏈發(fā)生了彎折,距離其所要作用的基因有一定的距離,因此增強(qiáng)子可以遠(yuǎn)距離發(fā)揮調(diào)控作用,C正確;啟動(dòng)子是RNA聚合酶識(shí)別、結(jié)合和啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列,圖中A酶與啟動(dòng)子結(jié)合,因此A酶可能為RNA聚合酶,D正確。
例4　C　[解析] 圖示片段位于染色體上,是真核生物的結(jié)構(gòu),則順式作用元件和基因E都是DNA片段,其基本單位是脫氧核苷酸,A正確;真核生物的基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段,染色體是基因的主要載體,基因在染色體上呈線性排列,B正確;根據(jù)題中信息可知,順式作用元件可影響基因的表達(dá),若其發(fā)生堿基對(duì)的替換、增添或缺失,可能會(huì)對(duì)基因的表達(dá)(轉(zhuǎn)錄和翻譯)有影響,C錯(cuò)誤;由圖可知,順式作用元件不是基因的一部分,順式作用元件發(fā)生堿基對(duì)的替換一般不會(huì)改變基因的堿基序列,D正確。
例5　A　[解析] 分析圖示可知,過程①表示轉(zhuǎn)錄,過程②表示翻譯。轉(zhuǎn)錄(即進(jìn)行過程①)時(shí),DNA雙鏈解開,RNA聚合酶識(shí)別并結(jié)合啟動(dòng)子,驅(qū)動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄,移動(dòng)到終止子時(shí)停止轉(zhuǎn)錄,A錯(cuò)誤;翻譯(即進(jìn)行過程②)時(shí),tRNA的3'端(—OH)與被轉(zhuǎn)運(yùn)的氨基酸結(jié)合,B正確;題圖基因表達(dá)的調(diào)控屬于轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控,C正確;圖中降鈣素基因可以控制合成降鈣素和CGRP,即相同基因的表達(dá)產(chǎn)物不同,這有助于蛋白質(zhì)多樣性的形成,D正確。
例6　(1)自由基
(2)RNA聚合　miRNA
(3)P蛋白能抑制細(xì)胞凋亡,miRNA表達(dá)量升高,與P基因mRNA結(jié)合并將其降解的概率上升,導(dǎo)致合成的P蛋白減少,無法抑制細(xì)胞凋亡
(4)可通過增大細(xì)胞內(nèi)circRNA的含量,circRNA靶向結(jié)合miRNA使其不能與P基因mRNA結(jié)合,從而提高P基因的表達(dá)量,抑制細(xì)胞凋亡
[解析] (1)放射刺激心肌細(xì)胞,可產(chǎn)生大量自由基,自由基會(huì)攻擊生物膜的磷脂分子,導(dǎo)致放射性心肌損傷。(2)RNA聚合酶能催化轉(zhuǎn)錄過程,以DNA的一條鏈為模板,通過堿基互補(bǔ)配對(duì)合成前體mRNA。由圖可知,miRNA既能與mRNA結(jié)合使其降解,又能與circRNA結(jié)合,使miRNA不能與P基因的mRNA結(jié)合,從而提高mRNA的翻譯水平,故circRNA和mRNA在細(xì)胞質(zhì)中通過對(duì)miRNA的競爭性結(jié)合,調(diào)節(jié)基因表達(dá)。(3)P蛋白能抑制細(xì)胞凋亡,當(dāng)miRNA表達(dá)量升高時(shí),大量miRNA與P基因的mRNA結(jié)合,并將P基因的mRNA降解,導(dǎo)致合成的P蛋白減少,無法抑制細(xì)胞凋亡。(4)根據(jù)以上信息,治療放射性心臟損傷除了減少miRNA的表達(dá)之外,還可增大細(xì)胞內(nèi)circRNA的含量,circRNA可靶向結(jié)合miRNA,使其不能與P基因的mRNA結(jié)合,從而提高P基因的表達(dá)量,抑制細(xì)胞凋亡。
例7　C　[解析] 據(jù)圖分析,當(dāng)色氨酸不足量時(shí),阻遏蛋白失活,色氨酸能合成;當(dāng)色氨酸足量時(shí),色氨酸與阻遏蛋白結(jié)合形成的復(fù)合物與操縱子結(jié)合,阻止RNA聚合酶與操縱子結(jié)合,從而導(dǎo)致色氨酸基因的轉(zhuǎn)錄受抑制,色氨酸調(diào)控機(jī)制屬于負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制,A錯(cuò)誤。大腸桿菌是原核生物,沒有核孔,B錯(cuò)誤。該過程體現(xiàn)了大腸桿菌基因的表達(dá)具有選擇性,C正確。大腸桿菌DNA在RNA聚合酶的作用下合成RNA,不能合成氨基酸,D錯(cuò)誤。
21世紀(jì)教育網(wǎng) www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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