高中生物第四章遗传的分子基础第15课时基因对性状的控制及人类基因组计划学案苏教版必修2

高中生物第四章遗传的分子基础第15课时基因对性状的控制及人类基因组计划学案苏教版必修2

真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 1 第 15 课时 基因对性状的控制及人类基因组计划 学习目标 1．阐明中心法则的内容。2.了解基因对性状的控制方式。3.了解人类基因组计划。 |基础知识| 一、基因对性状的控制 1．性状 生物体表现出来的形态特征和生理生化特性。 2．基因的主要功能 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)图示 (2)含义 过程 名称 遗传信息流向 基本内容 a DNA 复制 DNA→DNA b 转录 DNA→RNA c 翻译 _RNA→蛋白质 发展完善 d 逆转录 RNA→DNA e RNA 复制 RNA→RNA 4.基因对性状的控制 (1)直接途径：基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。 (2)间接途径：基因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。 二、人类基因组计划 1．内容 完成人体 24 条染色体上的全部基因的遗传图、物理图和全部碱基的序列测定。 2．意义 是人类认识自身遗传组成的重大事件。 |自查自纠| (1)中心法则没有体现遗传信息的表达功能( ) (2)线粒体和叶绿体中遗传信息的传递遵循中心法则( ) (3)逆转录和 RNA 复制普遍存在( ) 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 2 (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)基因与性状的关系是一对一的线性关系( ) (6)生物的表现型受基因型与环境条件共同作用( ) 答案 (1)× (2)√ (3)× (4)× (5)× (6)√ |图解图说| ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 上图体现了基因控制性状的哪些途径？ 提示：左部分体现了基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状；右部分体现了基 因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物的性状。 探究点一 中心法则 根据中心法则示意图，回答下列问题： 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 3 1．人体内存在图中的 a、b、c 过程，其中神经细胞中存在 b、c 过程，精原细胞中存在 a、b、c 过程。 2．T2 噬菌体在大肠杆菌内增殖时，会发生图中的 a、b、c 过程。 3．劳氏肉瘤病毒在寄主细胞中增殖时，会发生图中的 a、b、c、d 过程。 4．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守碱基互补配对原则。 (1)不同生物体的信息流 生物种类 信息流 细胞生物 DNA 病毒 逆转录型 RNA 病毒 复制型 RNA 病毒 (2)中心法则体现了 DNA 的两大功能 ①遗传信息的传递功能：通过 DNA 复制完成遗传信息的传递，发生在细胞增殖的过程中。 ②遗传信息的表达功能：通过转录和翻译完成遗传信息的表达，发生在个体发育的过程 中。 【典例 1】 遗传信息从 RNA→RNA 途径是对中心法则的补充，下列能够发生该传递途径 的生物是( ) A．烟草 B．烟草花叶病毒 C．噬菌体 D．大肠杆菌 尝试解答________ 解析 由 RNA→RNA 说明发生了 RNA 的复制，该过程只发生在 RNA 病毒中。烟草、噬菌 体以及大肠杆菌都是以 DNA 为遗传物质的生物，不存在 RNA→RNA 途径。 答案 B 不同的生物信息流可能不同，同一生物的不同细胞信息流也可能不同。做题时注意生物 的种类和细胞的类型，同时注意个别细胞的特殊性。 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 4 【跟踪训练】 1．下图所示，能在造血干细胞和唾液腺细胞内发生的过程是( ) A．前者有①②③，后者有②③ B．两者都有① C．两者都有①②③ D．两者都有②③ 解析 造血干细胞可分裂，其内可发生 DNA 复制和基因的表达；而唾液腺细胞不能分裂， 只能进行基因表达。 答案 A 探究点二 基因与性状的关系 牵牛花的颜色主要是由花青素决定的，下图是花青素的合成与颜色变化途径示意图，图 中反映了基因与性状具有怎样的关系？ 提示 一种性状可能由几个基因决定；生物的性状受基因决定，还受环境影响；基因可 通过控制酶的合成来控制细胞代谢过程，进而控制生物的性状。 基因与性状的关系 (1)基因对性状控制的两种途径 (2)基因与性状的三种对应关系 一个基因决定一种性状，一个基因决定多种性状，多个基因决定一种性状。 (3)性状是基因与环境共同作用的结果。性状由基因决定，同时受环境的影响。 【典例 2】 如图为脉孢霉体内精氨酸的合成途径示意图。从图中不可得出的是( ) 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 5 A．精氨酸的合成是由多个基因决定 B．基因可通过控制酶的合成来控制代谢过程 C．若基因 a 不表达，则基因 b 和 c 也不表达 D．基因表达的产物是蛋白质 尝试解答________ 解析 基因是相对独立的遗传物质的结构和功能单位，基因 a 不表达，不影响基因 b 和 c 的表达；基因表达的产物是蛋白质。 答案 C 【跟踪训练】 2．豌豆的红花基因不只与一种性状有关，这个基因还控制叶腋的红色斑点，以及种皮 的褐色或灰色。该事实说明( ) A．基因与性状是一一对应关系 B．一个基因可决定多种性状 C．一种性状可由多个基因决定 D．环境决定性状 解析 由题意可知该红花基因可以决定多个性状。 答案 B 知识脉络 要点晨背 1.逆转录和 RNA 的自我复制是 RNA 病毒所 特有的信息流。 2.性状与基因不是简单的一一对应的线性 关系。 3.性状是基因与环境共同作用的结果。 4.基因可通过控制蛋白质的结构直接控制 生物体的性状。 5.基因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。 6.人类基因组的 DNA 序列主要分布在 22 条 常染色体和 X、Y 2 条性染色体上。 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 6 1．下图为中心法则的示意图。下列叙述错误的是( ) A．①表示 DNA 复制，需要解旋酶、DNA 聚合酶参与 B．②表示转录，需要 RNA 聚合酶参与 C．③表示翻译，需要蛋白酶参与 D．④表示逆转录，需要逆转录酶参与 解析 ③表示翻译，需要蛋白质合成酶参与。 答案 C 2．如下图所示，正常情况下在细胞中都不可能发生的是( ) A．①② B．③④⑥ C．⑤⑥ D．②④ 解析 正常情况下，细胞内的信息流是 DNA 复制、转录和翻译。 答案 B 3．人类白化病和苯丙酮尿症是由于代谢异常引起的，下图表示在人体代谢中产生这两 类疾病的过程。由图不能得出的结论是( ) 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．一个性状可以由多个基因控制 解析 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。 答案 A 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 7 4．如图所示，给以适宜的条件各试管均有产物生成，则能生成 DNA 的试管是( ) A．a 和 d B．b 和 c C．只有 b D．只有 c 解析 根据试管中所提供的模板和原料，可以推知 a、b、c、d、e 试管中分别可发生 DNA 复制、转录、RNA 复制、逆转录、翻译，其产物分别为 DNA、RNA、RNA、DNA、多肽。 答案 A 课后跟踪分层训练 (时间：35 分钟) 1．揭示生物体内遗传信息传递一般规律的是( ) A．基因的遗传定律 B．碱基互补配对原则 C．中心法则 D．自然选择学说 解析 中心法则揭示了生物体内遗传信息传递的一般规律，在遗传信息传递过程中严格 遵循碱基互补配对原则，基因的遗传定律则揭示了基因的传递规律。 答案 C 2．遗传信息从 RNA→DNA 途径是对中心法则的补充，下列能够发生该传递途径的生物是 ( ) A．噬菌体 B．烟草花叶病毒 C．劳氏肉瘤病毒 D．肺炎双球菌 解析 由 RNA→DNA 说明发生了逆转录，劳氏肉瘤病毒是逆转录病毒。 答案 C 3．在烟草和烟草花叶病毒中，遗传信息的传递情况分别是( ) A．①②③和④⑤⑥⑦ B．①②⑤和④⑤ C．②④⑤和③④⑤⑥ D．②⑥⑦和②④⑤⑥ 解析 烟草属于高等植物，遗传信息的传递情况是通过 DNA 的复制在上下代之间传递； 通过转录把遗传信息先传递给 RNA，然后通过翻译再传递给具有一定氨基酸顺序的蛋白质。 烟草花叶病毒是遗传物质为 RNA 的病毒，通过 RNA 的复制实现遗传物质的复制，通过翻译控 制蛋白质的合成。 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 8 答案 B 4．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 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 病毒的反转录过程 D．抑制该病毒 RNA 的自我复制过程 解析 RNA 病毒的遗传物质需要经逆转录形成 DNA，然后整合到真核宿主的基因组中，Y 物质与脱氧核苷酸结构相似，应抑制该病毒的逆转录过程。 答案 C 5．转录和逆转录是生物遗传信息传递过程中的两个步骤，相关叙述错误的是( ) A．都需要模板 B．都需要能量 C．所有生物都可以进行转录和逆转录 D．都需要核苷酸作为原料 解析 逆转录是某些 RNA 病毒特有的，细胞生物不能进行逆转录。 答案 C 6．植物的根尖分生区能进行 DNA 的复制及蛋白质的合成从而进行细胞的增殖。有关说 法正确的是( ) A．植物分生区细胞 DNA 的复制发生在有丝分裂间期及减数分裂的间期 B．蛋白质的合成只发生在细胞分裂期 C．根尖的成熟区遗传信息只能从 DNA 到 RNA 再到蛋白质 D．植物细胞遗传信息也能从 RNA 到 RNA 解析 植物分生区细胞进行有丝分裂；蛋白质的合成发生在生长发育的整个过程中；遗 传信息从 RNA 到 RNA 是某些 RNA 病毒特有的。 答案 C 7．对下图中心法则相关叙述错误的是( ) A．②过程需要 RNA 聚合酶 B．能进行④或⑤过程的生物不含 DNA C．①和④过程均具有半保留复制的特点 D．③过程需要 mRNA、tRNA 和 rRNA 的直接参与 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 9 解析 ①表示 DNA 分子的复制，②过程表示转录需要 RNA 聚合酶；RNA 的复制不是半保 留复制。 答案 C 8．下列关于基因、性状、环境的表述，最准确的是( ) A．性状表现相同，则基因型一定相同 B．基因与性状之间是一一对应关系 C．基因型相同，则性状表现一定相同 D．性状由基因决定，同时受环境影响 解析 生物性状表现相同，基因型不一定相同，如 AA、Aa 都控制显性性状；一个基因 可决定一个性状，一个性状也可由多个基因决定；基因型相同，性状表现不一定相同，因为 生物体的性状还受环境影响。 答案 D 9．下列关于人类基因组计划的叙述，合理的是( ) A．该计划的实施将有助于人类对自身疾病的诊治和预防 B．该计划是人类从细胞水平研究自身遗传物质的系统工程 C．该计划的目的是测定人类一个染色体组中全部 DNA 序列 D．该计划的实施不可能产生种族歧视、侵犯个人隐私等负面影响 解析 A 项是人类基因组计划的正面意义；人类基因组计划是从 DNA 分子水平上研究自 身遗传物质；该计划的目的是测定人类基因组(22 条常染色体和 X、Y 染色体)的全部 DNA 序 列，而人类一个染色体组只含 23 条染色体；该计划的实施也可能产生种族歧视、侵犯个人 隐私等负面影响。 答案 A 10．人类基因组序列图绘制完成后，我国生物科学工作者又完成了水稻等生物的基因组 测定。已知水稻有 24 条染色体，那么一个基因组包含的染色体条数是( ) A．24 B．12 C．13 D．48 解析 水稻没有性染色体且为二倍体，所以水稻一个基因组包含的染色体为 12 条，即 一个染色体组的染色体。 答案 B 11．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(下图)，下列相关叙述错误的是( ) 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 10 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．侵染细胞时，病毒中的蛋白质不会进入宿主细胞 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 宿主细胞无逆转录酶，因此 HIV 侵染过程中遗传物质 RNA 和逆转录酶一同进入宿 主细胞，B 错误。 答案 B 12．下列有关遗传信息传递的叙述，错误的是( ) A．乳酸菌的遗传信息传递都发生在生物大分子之间 B．HIV 的遗传信息传递中只有 A—U 的配对，不存在 A—T 的配对 C．DNA 复制、转录及翻译过程都遵循碱基互补配对原则 D．核基因转录形成的 mRNA 穿过核孔进入细胞质中进行翻译 解析 乳酸菌的遗传信息传递过程为 ，DNA、mRNA 和蛋白质都是生物大分子，A 正确；HIV 的遗传信息传递中存在逆转录过程，故存在 A—T 的配对，B 错误；核基因转录生成的 mRNA 是大分子，从核孔进入细胞质，D 正确。 答案 B 13．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 PrPBc(朊粒)，就具有了致病性。PrPBc 可以诱导更多的 PrPc 转变为 PrPBc，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 PrPBc 的过程属于遗传信息的翻译过程 解析 朊粒本质是一种蛋白质，不可能整合到宿主的基因组中；肺炎双球菌通过二分裂 来增殖，朊粒无细胞结构；PrPc 转变为 PrPBc 是蛋白质空间结构的改变，信息流是从蛋白质 到蛋白质，而翻译信息流是从 RNA 到蛋白质。 答案 C 14．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。请据图回答下列 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 11 问题： (1)a、b、c、d 所表示的四个过程依次分别是________、________、________和_________。 (2)需要 tRNA 和核糖体同时参与的过程是_______________(用图中的字母回答)。 (3)a 过程发生在真核细胞分裂的__________期。 (4)在真核细胞中，a 和 b 两个过程发生的主要场所是______________。 (5)能特异性识别信使 RNA 上密码子的分子是________，后者所携带的分子是_______。 (6)RNA 病毒的遗传信息传递与表达的途径有(用类似本题图中的形式表述)： ①___________________________________________； ②___________________________________________。 解析 在中心法则中，a、b、c、d 分别代表 DNA 复制、转录、翻译和逆转录四个过程。 需要 tRNA 和核糖体同时参与的是翻译过程 c；真核细胞中 a 过程发生在分裂的间期；a 和 b 过程主要发生在细胞核中；在翻译过程中，能特异性地与信使 RNA 分子上的密码子相结合的 物质是转运 RNA，其识别结构是反密码子，转运 RNA 上携带的分子是氨基酸。RNA 病毒的遗 传信息的传递方式有直接控制蛋白质的合成和自我复制过程以及逆转录出 DNA 再通过 DNA 控制蛋白质的合成两种过程。 答案 (1)DNA 复制 转录 翻译 逆转录 (2)c (3)间 (4)细胞核 (5)tRNA(转运 RNA) 氨基酸 (6)如下 ① ②RNA→ →mRNA→蛋白质 15．如图为模拟中心法则信息传递过程的实验研究装置，据图回答： (1)若图示为模拟某种病毒的信息流动过程，装置加入的模板 A 为单链，其部分碱基序 列为－GAACACGUC－，加入的原料 B 为脱氧核苷酸，则该过程所需的酶 B 为______________， 模拟的过程为______________。 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 12 (2)若图示为模拟人体淋巴细胞的信息流动过程，装置加入的模板 A 为双链，其部分碱 基序列为－GAACATGTT－，加入的原料 B 为________________，则该过程所需的酶 B 为 RNA 聚合酶，模拟的过程为________，该生理过程主要发生在该细胞的________中。 解析 (1)由模板的部分碱基序列“－GAACACGUC－”中含有 U 且为单链可知，该病毒为 RNA 病毒，且加入的原料 B 为脱氧核苷酸，所以可确定该过程需要逆转录酶的参与，模拟的 过程为逆转录过程。(2)由“模板 A 为双链”和碱基序列为“－GAACATGTT－”中含 T 等信息 可知，模板 A 为双链 DNA 分子，在 RNA 聚合酶的催化作用下可以合成 RNA，利用的原料为核 糖核苷酸，模拟的过程为转录，主要发生在该细胞的细胞核中。 答案 (1)逆转录酶 逆转录 (2)核糖核苷酸 转录 细胞核 16．乙肝被称为“中国第一病”。人们对乙肝病的机理研究较多。乙肝病毒的 DNA 有一 条环状链和一条较短的半环链，侵染时先形成完整的环状，再把其中一条作为原始模板复制 形成新的病毒。如图： (1)发生在宿主细胞核的过程有_______，发生在宿主细胞质内的过程有__________。 (2)发生了碱基互补配对现象的有__________过程。 (3)物质 a 的作用是_____________。同类的物质还具有的作用有___________。 (4)过程⑤⑦的原料种类数可能分别为_______________种，都存在____________现象。 (5)过程③和过程⑤的产物都具有多样性特点，其原因分别是_______________和 ________________。 解析 (1)由题意和图形信息分析可知③是 DNA 复制，④是转录，⑤是翻译，⑥是将 mRNA 和蛋白质外壳组装，⑦是组装好的进行逆转录，其中③④发生在宿主细胞核，⑤⑥⑦发生在 宿主细胞细胞质中。 (2)在上述过程中③④⑤⑦都遵循碱基互补配对原则。 (3)物质 a 是 mRNA，携带 DNA 上的遗传信息作为模板进行翻译，将遗传信息传递给蛋白 质表达出来。同类物质有转运 RNA，可以转运氨基酸，核糖体 RNA 组成核糖体，还有可以作 为病毒的遗传物质。 (4)翻译需要的原料是 20 种游离的氨基酸，逆转录的原料是 4 种脱氧核糖核苷酸，在此 过程中都存在碱基互补配对原则。 (5)过程③的产物是 DNA，其多样性原因是碱基对的排列顺序多种多样，过程⑤的产物 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 13 是蛋白质，多样性的原因是氨基酸种类、数目、排列顺序不同和肽链的空间结构千差万别。 答案 (1)③④ ⑤⑥⑦ (2)③④⑤⑦ (3)携带 DNA 遗传信息，作为翻译的模板 转运氨基酸，组成核糖体，作为 RNA 病毒的 遗传物质 (4)20、4 碱基互补配对 (5)碱基对的排列顺序多种多样 氨基酸的种类、数目、排列顺序不同和肽链的空间结 构千差万别