2019-2020学年高中生物 第四章 遗传的分子基础 第三节 基因控制蛋白质的合成 第2课时 基因

第2课时基因对性状的控制及人类基因组计划1.中心法则。(重点)2.基因与性状的关系。(重点)3.人类基因组计划。一、阅读教材P82分析基因与性状的关系1．性状：生物体的性状包括生物体所表现出来的形态特征和生理生化特性。2．基因的主要功能是通过转录和翻译过程，把遗传信息转变为由特定的氨基酸按一定的顺序构成的多肽和蛋白质，从而决定生物体的性状。3．中心法则的提出及其发展(1)中心法则的内容①提出者：克里克。②基本内容过程名称遗传信息流向aDNA复制DNA→DNAb转录DNA→RNAc翻译RNA→蛋白质(2)发展内容RNA自我复制RNA逆转录信息传递方式RNA→RNARNA→DNA实例某些RNA病毒劳氏肉瘤病毒4.基因与性状的关系(1)基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状；还可通过控制酶的合成来控制细胞中的代谢过程，进而控制生物体的性状。(2)生物体的一个性状有时还受多个基因的影响，而有些基因还会影响多种性状。二、阅读教材P83分析人类基因组计划(HGP)(1)人类基因组计划的主要内容是完成人体24条染色体上的全部基因的遗传图谱、物理图谱、序列图谱和基因图谱的绘制，其中主要的任务是DNA测序。(2)1999年，中国参加HGP，承担其中1%的测序任务。(3)意义是能够使人类认识自身的遗传组成。判一判(1)生物遗传信息流动表示为：(√)(2)逆转录和RNA复制普遍存在。(×)(3)基因可以通过控制酶的合成来控制代谢过程，表明酶可以直接控制生物的性状。(×)(4)基因可以通过控制蛋白质的结构间接控制生物体的性状。(×)(5)一个基因影响一种性状，一种性状由一个基因控制。(×)填一填(1)写出图中标号代表的过程：图示中1、8为转录过程；2、5、9为翻译过程；3、10为DNA复制过程；4、6为RNA复制过程；7为逆转录过程。(2)分析下列有关问题：①若甲、乙、丙为病毒，则甲为DNA病毒，如噬菌体；乙为RNA病毒，如烟草花叶病毒；丙为逆转录病毒，如HIV。②逆转录一定要在逆转录酶的作用下完成。中心法则在遗传学上，把遗传信息的传递叫信息流。结合中心法则内容及其发展图解，理解遗传信息传递途径。1．中心法则体现DNA的功能(1)对遗传信息的传递功能：通过DNA复制完成的，发生在亲代产生的生殖细胞或细胞增殖的过程中。(2)对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。2．中心法则各过程分析过程模板原料产物实例DNA复制DNA→DNADNA的两条链含A、T、G、C的四DNA绝大多数生物种脱氧核苷酸DNA转录DNA→RNADNA的一条链含A、U、G、C的四种核糖核苷酸RNA绝大多数生物RNA复制RNA→RNARNA含A、U、G、C的四种核糖核苷酸RNA以RNA为遗传物质的生物，如烟草花叶病毒RNA逆转录RNA→DNARNA含A、T、G、C的四种脱氧核苷酸DNA艾滋病病毒翻译RNA→蛋白质mRNA20种氨基酸蛋白质所有生物3.各类生物遗传信息的传递过程生物种类遗传信息的传递过程DNA病毒RNA病毒逆转录病毒原核生物真核生物4.中心法则的意义(1)是对遗传信息流动过程的概括。(2)是对DNA基本功能(传递和表达遗传信息)的概括。(3)是对生物遗传物质和性状关系以及传递途径的概括。1.为什么中心法则中的遗传信息可以准确地流动？提示：因为有精确的模板并严格遵循碱基互补配对原则。2.结合中心法则，思考DNA、RNA产生的途径有哪些。提示：DNA产生途径有DNA的复制及逆转录；RNA产生的途径有RNA的复制及转录。中心法则各过程的适用范围1．下图所示的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，下列相关叙述正确的是()①a、b过程都以DNA为模板，以脱氧核糖核苷酸为原料，都有酶参与反应②原核细胞中b、c过程同时进行③人体细胞中，无论在何种情况下都不会发生e、d过程④在真核细胞有丝分裂间期，a先发生，b、c过程后发生⑤能特异性识别信使RNA上密码子的分子是tRNA，后者所携带的分子是氨基酸⑥真核细胞中，a过程只能在细胞核，b过程只发生在细胞质A．①⑤B．②④C．③⑥D．②⑤解析：选D。图示为中心法则的内容，其中a表示DNA分子的自我复制；b表示转录过程；c表示翻译过程；d表示逆转录过程；e表示RNA分子的自我复制过程。a、b过程都以DNA为模板，但由于合成的产物不同，所以前者需要脱氧核糖核苷酸为原料，而后者需要核糖核苷酸为原料，①错误；其中d和e只发生在被某些病毒侵染的细胞中，人体细胞被某些病毒侵染的时候就可能会发生e、d过程，③错误；在有丝分裂间期，b、c过程先发生，a过程随后发生，之后还有b、c过程再发生，④错误；真核细胞中，a和b过程都主要发生在细胞核中，此外这两个过程在线粒体和叶绿体中也能进行，⑥错误。2．下图为有关遗传信息传递和表达的模拟实验，下列相关叙述合理的是()A．若X是mRNA，Y是多肽，则管内必须加入氨基酸B．若X是DNA，Y含有U，则管内必须加入逆转录酶C．若X是tRNA，Y是多肽，则管内必须加入脱氧核苷酸D．若X是HIV的RNA，Y是DNA，则管内必须加入DNA酶解析：选A。若X是mRNA，Y是多肽，则管内发生的是翻译过程，因此，管内必须加入氨基酸；若X是DNA，Y含有U，则Y为RNA，管内发生的是转录过程，不需要加入逆转录酶，而需要加入RNA聚合酶等；若X是tRNA，Y是多肽，则管内发生的是翻译过程，不需要加入脱氧核苷酸；若X是HIV的RNA，Y是DNA，则管内发生的是逆转录过程，需要加入逆转录酶。分析中心法则问题的技巧(1)从模板分析①如果模板是DNA，生理过程可能是DNA复制或DNA转录；②如果模板是RNA，生理过程可能是翻译或RNA复制或RNA逆转录。(2)从原料分析①如果原料为脱氧核苷酸，产物一定是DNA；②如果原料为核糖核苷酸，产物一定是RNA；③如果原料为氨基酸，产物一定是蛋白质。(3)从生物种类分析①如果是细胞生物，能进行DNA复制、转录和翻译过程；②如果是RNA病毒，分两种情况：a．RNA自我复制和翻译；b．RNA逆转录、DNA复制、转录和翻译。基因控制生物体性状的途径阅读下列材料，完成下列问题，归纳基因控制生物体性状的途径。材料1人类白化病和苯丙酮尿症的发病原理以上材料说明：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。材料2人类镰刀型细胞贫血症的发病机理基因正常基因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症状功能正常镰刀型细胞贫血症以上材料说明：基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。基因与性状的关系(1)基因对性状的控制有两种途径①间接途径：一些基因是通过控制酶或某些激素的合成来控制代谢过程，从而控制生物性状的。例如，酪氨酸酶能将酪氨酸转变为黑色素。如果某人由于基因异常而不能形成酪氨酸酶，那么就不能生成黑色素，而使皮肤、毛发等处表现为白化症状。②直接途径：一些基因是通过控制蛋白质的分子结构来直接控制性状。例如，人类的血红蛋白由四条多肽链约几百个氨基酸构成，如果控制血红蛋白分子结构的基因异常，就会合成结构异常的血红蛋白而引起疾病。(2)基因与性状间的对应关系①生物的大多数性状是受单基因控制的(如豌豆的高茎和矮茎，由一对等位基因控制)。②生物的有些性状是由多对基因决定的(如人的身高)。③生物的性状还受环境条件的影响，是生物的基因型和环境条件共同作用的结果，即表现型＝基因型＋环境条件。(3)基因对性状控制的复杂性基因与性状的关系并不都是简单的线性关系。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，这种相互作用形成了一个错综复杂的网络，精细地调控着生物体的性状。1．下列关于基因、性状以及二者关系的叙述，正确的是()A．基因在染色体上呈线性排列，基因的前端有起始密码子，末端有终止密码子B．基因的复制、转录都是以DNA一条链为模板，翻译则以mRNA为模板C．基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间都存在着复杂的相互作用D．基因通过控制酶的合成从而直接控制性状，是基因控制性状的途径之一解析：选C。起始密码子和终止密码子位于mRNA上，不位于DNA上，A错误；基因复制过程中DNA的两条链均为模板，B错误；基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间都存在着复杂的相互作用，性状是基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间共同作用的结果，C正确；基因通过控制酶的合成控制细胞代谢从而间接控制性状，是基因控制性状的途径之一，D错误。2．如图为人体内基因对性状的控制过程，分析可知()A．基因1和基因2一般不会出现在人体内的同一个细胞中B．图中①过程需RNA聚合酶的催化，②过程需tRNA的协助C．④⑤过程的结果存在差异的根本原因是血红蛋白结构的不同D．过程①②③表明基因通过控制酶的合成来控制生物体的所有性状解析：选B。同一个体的体细胞内所含基因都相同，因为都是由受精卵经有丝分裂产生的；④⑤过程的结果存在差异的根本原因是遗传信息发生了改变，直接原因是血红蛋白合成异常；过程①②③表明基因能通过控制酶的合成控制生物的代谢，进而控制生物体的性状，但不能说明控制的是所有性状。核心知识小结[网络构建][关键语句]1.生物遗传信息流动表示为：2.逆转录和．．．．RNA．．．复制．．只发生在某些病毒中。3.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，进而控制生物的性状。(2)通过控制蛋白质的结构．．．．．．直接控制生物的性状。4.一个．．基因可能影响多种．．性状，一种性状也可能由多个．．基因控制。5.线粒体DNA和叶绿体DNA也能进行复制、转录和翻译，并控制生物的性状。[随堂检测]知识点一中心法则1．下图是人胰岛素基因的遗传信息流动情况，下列有关叙述正确的是()A．①过程以核糖核苷酸为主要原料B．胰岛B细胞中存在图中①②③过程C．皮肤生发层细胞中只存在图示的①过程D．参与③过程的氨基酸和tRNA种类数相同答案：C2．研究发现，人类免疫缺陷病毒(HIV)携带的RNA在宿主细胞内不能直接作为合成蛋白质的模板。依据中心法则分析，下列相关叙述错误的是()A．合成子代病毒蛋白质外壳的完整过程至少要经过④②③环节B．过程③主要在细胞核内完成C．通过④形成的DNA可以整合到宿主细胞的染色体DNA上D．科学家可以研发特异性抑制逆转录酶的药物来治疗艾滋病解析：选B。A项，HIV的遗传物质是RNA，经④逆转录形成DNA整合到患者细胞的基因组中，再通过②转录和③翻译合成子代病毒的蛋白质外壳。B项，过程③主要在细胞质中的核糖体上完成。C项，经④逆转录形成的DNA可以整合到宿主细胞的染色体DNA上。D项，若抑制逆转录过程，则不能产生子代病毒的蛋白质和RNA，因此科研中可以研发抑制逆转录酶的药物来治疗艾滋病。知识点二基因控制生物性状的方式3．下列有关基因型、性状和环境的叙述，错误的是()A．两个个体的身高不相同，二者的基因型可能相同，也可能不相同B．某植物的绿色幼苗在黑暗中变成黄色，这种变化是由环境造成的C．O型血夫妇的子代都是O型血，说明该性状是由遗传因素决定的D．高茎豌豆的子代出现高茎和矮茎，说明该相对性状是由环境决定的解析：选D。基因型相同的两个人，营养条件等环境因素的差异可能会导致两人身高不同，A正确；绿色幼苗在黑暗中变黄，是因为缺光无法合成叶绿素，是由环境因素造成的，B正确；O型血夫妇基因型均为ii，两者均为纯合子，所以后代基因型仍然为ii，表现为O型血，这是由遗传因素决定的，C正确；高茎豌豆的子代出现高茎和矮茎，说明高茎豌豆亲本是杂合子，子代出现性状分离，这是由遗传因素决定的，D错误。4．牵牛花的颜色主要是由花青素决定的，如下图为花青素的合成与颜色变化途径示意图，从图中不可以得出()A．花的颜色由多对基因共同控制B．基因可以通过控制酶的合成来控制代谢C．生物性状由基因决定，也受环境影响D．若基因①不表达，则基因②和基因③不表达解析：选D。花青素决定花的颜色，而花青素的合成是由多对基因共同控制的。基因①②③通过控制酶1、2、3的合成