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→R NA)

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 错误!

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 错误!

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