基因对性状的控制

基因对性状的控制[目标导读] 1.结合P68“中心法则的提出及其发展”，结合图4－7，分析归纳理解中心法则。

2.阅读教材P69“基因、蛋白质与性状的关系”，概述基因控制生物体性状的两种方式，进一步理解基因、蛋白质与性状的关系。

[重难点击] 1.中心法则的内容。

2.基因控制生物体性状的两种方式。

1．细胞中遗传信息的携带者是DNA，生命活动的主要承担者是蛋白质。

蛋白质包括结构蛋白(如肌球蛋白)和功能蛋白(如抗体、酶、激素等)。

2．由DNA到蛋白质需要经过转录和翻译两个过程。

真核细胞中，这两个过程的主要场所分别是细胞核和细胞质中的核糖体。

3．病毒含有的核酸是DNA或RNA。

4．相对性状：一种生物的同一种性状的不同表现类型，包括显性性状和隐性性状。

5．遗传信息的转录(1)在细胞核中，以DNA的一条链为模板合成mRNA的过程。

(2)RNA(单链)①信使RNA(mRNA)：使基因中的遗传信息传递到蛋白质上，是链状的。

②转运RNA(tRNA)：三叶草形结构，识别遗传密码和运载特定的氨基酸。

③核糖体RNA(rRNA)：是核糖体中的RNA。

6．遗传信息的翻译(1)在细胞质的核糖体上，氨基酸以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。

(2)实质：将mRNA中的碱基序列翻译成蛋白质的氨基酸序列。

(3)密码子(64个)：mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻碱基。

其中，AUG、GUG是起始密码，UAG、UAA、UGA为终止密码(无义密码子)。

课堂导入生物体的这些性状都是由蛋白质体现的，前面我们已经学习了基因指导蛋白质的合成，那么基因和性状之间又存在怎样的关系呢？这一节我们一起来学习基因对性状的控制，首先我们看一下克里克提出的中心法则。

探究点一中心法则的提出和发展通过前面的学习，我们知道：遗传信息由DNA传向DNA，或由DNA传向RNA，然后决定蛋白质的特异性。

克里克由此首先预见遗传信息传递的一般规律，并将这一规律命名为中心法则。

1．克里克的中心法则1957年，克里克提出中心法则，其遗传信息传递途径为：从DNA流向DNA，即DNA的自我复制；还可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译。

如图：2．中心法则的发展随着科学的进步，科学家发现了遗传信息传递的其他途径。

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(D·Baltimore)和梯明(H·M·Temin)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。

也就是说，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，②、③共同完成遗传信息的表达。

④RNA→DNA：少数RNA肿瘤病毒、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。

归纳提炼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。

活学活用1．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。

观察下图分析：(1)a、b、c、d所表示的四个过程依次分别是__________、________、________、________。

(2)需要tRNA和核糖体同时参与的过程是________，需要逆转录酶参与的过程是________。

(3)细胞中能发生________过程。

(4)真核生物中，过程a发生的场所有________________________________，过程b的原料是________。

问题导析 (1)中心法则中涉及到的生理过程有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 (1)DNA 复制 转录 翻译 逆转录 (2) c d(3)a 、b 、c (4)细胞核、线粒体、叶绿体 4种核糖核苷酸解析 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 过程发生的主要场所都是细胞核，线粒体和叶绿体也能发生。

探究点二 基因、蛋白质与性状的关系基因可通过控制蛋白质的合成来控制生物体的性状，结合下列材料归纳三者的关系。

1．基因控制生物体性状的途径(1)材料1 豌豆的圆粒和皱粒产生的机理材料2 人类白化病和苯丙酮尿症的发病原理这两个材料说明：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)材料3 囊性纤维病的病因图解材料4 人类镰刀型细胞贫血症的发病机理基因 正常基因――→突变异常基因↓ ↓血红蛋白结构 正常(谷氨酸) 异常(缬氨酸)↓↓红细胞形状圆饼状镰刀状↓↓功能正常镰刀型细胞贫血症以上两个材料说明：基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。

2．基因和性状的对应关系(1)材料5 豌豆的红花基因不只与一个性状有关，这个基因还控制叶腋的红色斑点，种皮的褐色或灰色。

这种现象叫做基因的多效现象。

这表明一个基因可能与多个性状有关。

(2)材料6 玉米叶绿素的形成至少涉及50个不同位置的基因；玉米糊粉层的颜色涉及7对等位基因；果蝇眼睛的颜色，至少受到40个不同位置基因的影响。

这说明有时多个基因控制一个性状。

(3)材料7 研究发现雄蛙和雌蛙的性染色体分别是XY和XX。

如果让它们的蝌蚪在20 ℃温度下发育时，雌雄比例大约为1∶1。

如果让这些蝌蚪在30 ℃温度下发育时，不管它们的性染色体组成怎样，将全部发育成雄蛙。

这说明：生物体的性状除了受遗传物质决定外，环境条件对生物体的性状也有一定的影响。

综上，基因和性状不都是(是、不是、不都是)简单的线性关系。

生物体的性状是通过基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间复杂的相互作用来精确调控的。

小贴士细胞质中的线粒体和叶绿体内也含有少量的DNA，这些基因称为细胞质基因，细胞质基因控制细胞质遗传。

细胞质遗传不符合孟德尔遗传规律，后代不出现一定的分离比，而是只表现母本的性状。

由细胞质控制的性状只能通过母亲遗传给后代，称为母系遗传。

归纳提炼基因对性状控制的两种途径(1)间接途径：基因控制,酶的合成控制,代谢过程控制,生物体的性状。

(2)直接途径：基因控制,蛋白质的结构控制,生物体的性状。

活学活用2．下面关于基因、蛋白质、性状之间关系的叙述中，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体的性状C．基因可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问题导析(1)表现型＝基因型＋环境条件。

(2)基因可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；也可通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。

(3)基因表达就是指基因的转录和翻译。

答案 A解析基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状，也可通过控制酶的合成控制生物体的性状；生物体的性状受遗传物质和环境共同影响。

⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧中心法则：基因、蛋白质与性状的关系⎩⎪⎨⎪⎧ 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通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状某种性状可受多个基因控制性状表现也受生存环境的影响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DNAD ．遗传信息最终要传向蛋白质，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．下面关于基因、蛋白质与性状之间关系的叙述中，不正确的是( )A ．基因可以控制性状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 ．蛋白质可以控制性状答案 D解析 本题易错选A 。

错选的原因是不理解基因是如何控制性状的。

生物体的形态、结构和生理等方面的性状主要由蛋白质体现，蛋白质合成又受基因控制，所以生物体的性状是由基因控制的。

3．关于基因与性状关系的叙述，错误的是( )A ．一对相对性状可由多对基因控制B ．基因可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C ．隐性基因控制的性状不一定得到表现D ．基因型相同，表现型就相同答案 D解析 一对相对性状可由一对或多对基因控制；基因可通过控制酶或蛋白质的合成来控制生物体的性状；隐性基因控制的性状可能被显性性状所掩盖，如Aa 表现为A 基因控制的性状；基因型与环境条件共同决定生物体的性状，因此基因型相同，环境不同时，表现型不一定相同。

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，请回答下列问题：基因对性 状的控制(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，则至少还应加入____________________________。