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微專題四
基因表達調控
基因表達調控是生物體內基因表達的調節控制，使細胞中基因表達的過程在時間、空間上處于有序狀態，并對環境條件的變化作出反應的復雜過程。基因表達的調控可在多個層次上進行，主要表現包括染色質水平、轉錄水平、轉錄后水平、翻譯水平和翻譯后水平的調控。
1.染色質水平上的調控
基因轉錄前染色質結構需要發生一系列重要變化，這是基因轉錄的前提，真核生物的DNA與組蛋白和一些非組蛋白構成染色質結構，染色質又分為常染色質和異染色質。DNA呈現不同凝聚狀態的染色質結構，表現出不同的基因表達活性狀態。常染色質結構比較松散，DNA局部序列暴露，基因表達處于活性狀態。異染色質結構高度致密，DNA被組蛋白結合，染色質的基因表達活性處于阻遏狀態。
典例1　組蛋白是構成真核生物染色體的基本結構蛋白。用聚丙烯酰胺凝膠電泳可以區分5種不同的組蛋白：H1、H2A、H2B、H3和H4。研究發現，核心組蛋白的肽鏈末端受到多種化學修飾的調控，比如H4末端Lys8(Lys代表賴氨酸)和Lys16的雙乙酰化能夠招募轉錄相關蛋白，促進基因表達；而H3的N末端Lys9的甲基化會促進DNA包裝蛋白的結合，壓縮染色質結構，抑制基因表達。下列相關敘述中，正確的是
A.大腸桿菌中沒有染色體結構，其擬核中的DNA從不與任何蛋白質結合
B.RNA聚合酶能識別DNA上的起始密碼子并與之結合，啟動基因的轉錄
C.豬的成熟紅細胞在衰老時，控制其凋亡的基因開始表達產生相關蛋白
D.特定的修飾狀態可以決定組蛋白的活性，從而決定基因的表達與沉默
√
大腸桿菌屬于原核生物，其細胞中不含染色體結構，但其DNA在復制時可與蛋白質結合，如DNA聚合酶，A錯誤；
RNA聚合酶能識別DNA上的啟動子并與之結合，啟動基因的轉錄，B錯誤；
豬的成熟紅細胞沒有細胞核和細胞器，不含基因，因此其在衰老時不會發生基因表達，C錯誤；
根據題干信息可知，特定的修飾狀態可以決定組蛋白的活性，從而決定基因的表達與沉默，D正確。
2.轉錄水平上的調控
該調控是最主要的基因調控方式。轉錄調控是指以DNA為模板合成RNA的調控，所有的細胞都具有大量序列特異的DNA結合蛋白，這些蛋白能準確地識別并結合到特異的DNA序列，在轉錄水平上起著開關的作用。該調控重點是在特定組織或細胞中、在特定的生長發育階段、在特定的機體內外條件下，選擇特定基因進行轉錄表達。
典例2　(不定項)(2022·山東東營高三模擬)大腸桿菌可以直接利用葡萄糖，也可以通過合成β-半乳糖苷酶將乳糖分解為葡萄糖和半乳糖加以利用。如圖是大腸桿菌乳糖代謝基因在轉錄水平上受到調控的模型。下列說法正確的是
A.阻遏蛋白與操縱基因結合會抑制
結構基因的轉錄
B.基因lacZ、lacY、lacA共用一套啟
動子和終止子
C.圖示的2個mRNA都有1個起始密碼
子和1個終止密碼子
D.葡萄糖耗盡時β-半乳糖苷酶基因被誘導表達，這種調節可以減少物質和
能量的浪費
√
√
√
阻遏蛋白與操縱基因結合會導致啟動子無法啟動轉錄，從而抑制結構基因的轉錄，A正確；
葡萄糖耗盡時β-半乳糖苷酶基因被誘導表達，從而將乳糖分解為葡萄糖和半乳糖加以利用，這種調節可以減少物質和能量的浪費，D正確。
3.轉錄后水平上的調控
轉錄后調控，這是指基因轉錄起始后對轉錄產物進行的一系列修飾、加工等調控行為，主要包括提前終止轉錄過程，對mRNA前體進行加工剪切，mRNA通過核孔和在細胞質內定位等。
典例3　(不定項)真核生物的基因中含有外顯子和內含子。細胞核內剛剛轉錄而來的RNA為前體mRNA，前體mRNA中的內含子在RNA自身以及其他蛋白復合物的作用下被剪切，形成mRNA運出細胞核。如圖為前體mRNA的剪切示意圖，下列相關敘述錯誤的是
A.圖中的a、c分別為啟動子和終止子轉錄部分
B.前體mRNA能與核糖體直接結合進行翻譯過程
C.蛋白質復合物具有識別特定核糖核苷酸序列的功能
D.前體mRNA加工形成mRNA的過程發生在細胞質基質中
√
√
√
啟動子和終止子為基因上的調控序列，不能轉錄出相應的前體mRNA，A錯誤；
前體mRNA需要經過加工形成mRNA，才能與核糖體結合進行翻譯過程，B錯誤；
蛋白質復合物具有識別特定核糖核苷酸序列的功能，進而剪切前體mRNA，C正確；
前體mRNA加工形成mRNA的過程發生在細胞核中，形成的mRNA運出細胞核進入細胞質基質中，D錯誤。
4.翻譯水平上的調控
這是基因表達調控的重要環節。翻譯的速率和細胞生長的速度之間是密切協調的。在肽鏈合成的起始、延伸和終止三個階段中，對翻譯起始速率的調控是最重要的，而在翻譯的延伸和終止階段也存在著調控因素。
典例4　(不定項)miRNA是miRNA前體經過加工之后的一類非編碼的具有調控功能的小RNA分子(18～25個核苷酸)，它含有一段能夠自我配對形成“莖環”結構的序列(如圖所示)。某miRNA能抑制W基因控制的蛋白質(W蛋白)的合成，如圖是某真核細胞內形成該miRNA及其發揮作用的過程示意圖。
下列敘述錯誤的是
A.miRNA前體是單鏈RNA分子，且含有氫鍵
B.miRNA與W基因mRNA結合遵循堿基互補配對原則，即A與U、T與A、
C與G配對
C.在細胞質加工miRNA使其莖環消失可能與磷酸二酯鍵的斷裂有關
D.miRNA抑制W蛋白的合成是通過miRNA直接與W基因合成的mRNA結
合所致
√
√
miRNA前體中含有莖環結構，故其中含有氫鍵，A正確；
miRNA與W基因mRNA結合遵循堿基互補配對原則，即A與U、C與G配對，RNA中不含堿基T，B錯誤；
在細胞質加工miRNA使其莖環消失可能是切斷了一段核苷酸鏈，與磷酸二酯鍵的斷裂有關，C正確；
miRNA抑制W蛋白的合成，是通過單鏈miRNA與蛋白質結合形成的miRNA蛋白復合物直接與W基因的mRNA結合，從而阻斷其翻譯所致，D錯誤。
5.翻譯后水平的調控(蛋白質活性的調節)
該調控主要是控制多肽鏈的加工和折疊，以產生不同功能活性的蛋白質。來自mRNA的遺傳信息翻譯成蛋白質后，這些蛋白質如何活化并發揮其生物學功能，涉及蛋白質合成后的加工問題。翻譯后的加工實際上也具有對基因表達的調控作用。蛋白質的定向與分揀應該是準確無誤的，否則細胞的正常生理功能將會出現異常。
典例5　果蠅細胞中含有調控“生物鐘”的per基因，表達產物為PER蛋白，PER蛋白在白天會被降解，而到晚上PER蛋白與TIM蛋白綁定后被運輸到細胞核中積累，從而抑制per基因的表達。通過這樣的機制，PER蛋白持續而周期性地調控著果蠅的“生物鐘”。據圖分析，下列有關敘述正確的是
A.圖中mRNA從右向左在核糖體中移動
B.per基因能持續地進行復制、轉錄、翻譯
以補充被降解的PER蛋白
C.果蠅“生物鐘”的調節過程體現了per基
因與基因產物之間的相互作用
D.PER－TIM蛋白復合物對per基因表達的調
控屬于翻譯水平的調控
√
翻譯過程中是核糖體沿mRNA移動，A錯誤；
per基因通過轉錄、翻譯以補充被降解的PER蛋白，不涉及per基因的復制，B錯誤；
該過程體現了per基因與基因產物之間的相互作用，C正確；
PER－TIM蛋白復合物對per基因表達的調控屬于轉錄水平的調控，D錯誤。
方法總結
(1)識圖：對題干中出現的圖形認真分析，并找出與教材知識及已有知識之間的聯系。仔細辨別DNA復制、轉錄、翻譯的圖解，回憶有關過程的結構、場所與條件等。
(2)譯圖：比較熟練地把圖形信息轉化為文字或數據信息，或把文字、數據信息轉化為圖形信息，從而得出正確結論。
(3)挖掘：注意挖掘隱含條件。隱含條件往往是容易忽視的內容，也是造成解題失誤的原因之一。只有捕捉到信息，才能處理信息，從而運用正確的信息解決問題。
1.miRNA是一類由基因編碼的，長約22個核苷酸的單鏈RNA分子。在線蟲中，Lin－4基因的轉錄產物經加工后形成miRNA－miRNA*雙鏈，其中miRNA與Lin－14 mRNA部分配對，使其翻譯受阻，進而調控幼蟲的正常發育模式。Lin－4 miRNA的形成過程及其對Lin－14基因的調控如圖所示。
對位訓練
下列有關敘述正確的是
A.轉錄miRNA的模板鏈堿基序列與
miRNA*的堿基序列相同
B.用抗原－抗體雜交技術可檢測到
線蟲內Lin－4基因表達的蛋白質
C.圖中過程①、過程②分別需要RNA
聚合酶、限制性內切核酸酶
D.Lin－4基因調控Lin－14基因選擇性表達的結果是Lin－14基因翻譯水平
降低
對位訓練
√
圖示為線蟲細胞中Lin－4 miRNA調控基因Lin－14表達的相關作用機制。圖中①表示轉錄過程；②表示miRNA前體1經過加工形成miRNA前體2的過程。miRNA與
Lin－14 mRNA部分配對，使其翻譯受阻。轉錄miRNA的模板鏈堿基序列與miRNA*的堿基序列可以發生堿基互補配對，而不是相同，A錯誤；
對位訓練
據圖可知，Lin－4基因的轉錄產物經加工后形成miRNA－miRNA*雙鏈，其中miRNA與Lin－14 mRNA部分配對，使其翻譯受阻，說明Lin－4基因屬于調控基因，并沒有
形成蛋白質，故不能用抗原－抗體雜交技術檢測到線蟲內Lin－4基因表達的蛋白質，B錯誤；
對位訓練
圖中過程①為轉錄，需要RNA聚合酶催化，過程②為miRNA前體1經過加工形成miRNA前體2，需要剪切RNA的RNA剪切酶催化，而限制性內切核酸酶識別的是DNA
的特定序列，是對DNA的特定部位進行剪切，C錯誤。
對位訓練
2.如圖表示真核生物在不同水平上對基因的表達進行了調控，基因2轉錄生成的起始轉錄物中1、2、3、4部分重新連接后再出核孔，下列相關敘述錯誤的是
A.同種基因控制合成的蛋白質可能不止一種
B.不同水平的調控使真核生物細胞功能復雜化
C.轉錄的啟動取決于基因上啟動部位與RNA聚
合酶是否堿基互補配對
D.據圖推測，加工后的mRNA可能不翻譯，同一mRNA翻譯的新生多肽
鏈只有1種
對位訓練
√
基因2轉錄生成的起始轉錄物中，1、2、3連接在一起，形成一個mRNA,1、2、4連接在一起，形成另一個mRNA，即一個基因轉錄形成的mRNA不止一種，這屬于轉錄水平的調控，mRNA從核孔進
入細胞質，有的和抑制子結合不能翻譯，有的能夠完成翻譯過程，這屬于翻譯水平的調控，根據上述分析，一個基因，轉錄形成的mRNA不止一種，控制合成的蛋白質可能不止一種，A正確；
對位訓練
圖中體現了轉錄水平的調控和翻譯水平的調控，不同水平的調控使真核生物細胞功能復雜化，B正確；
RNA聚合酶是蛋白質，沒有堿基，C錯誤。
對位訓練
3.在遺傳信息的表達過程中，蛋白質與核酸的合成相依賴。在生命起源之初，究竟是先有核酸還是先有蛋白質，科學家提出了以下假說：最早出現的生物大分子很可能是RNA，它兼具了DNA和蛋白質的功能，既可以像DNA一樣儲存遺傳信息，又可以像蛋白質一樣催化反應，DNA和蛋白質則是進化的產物。下列事實不支持該假說的是
A.構成核糖體的rRNA具有催化肽鍵形成的功能
B.細胞核內的DNA必須有RNA作為引物才能完成復制
C.mRNA是在RNA聚合酶的催化下以DNA的一條鏈為模板轉錄形成的
D.四膜蟲rRNA的前體物能在沒有蛋白質參與下進行自我加工、剪切
對位訓練
√
4.(不定項)(2022·遼寧鞍山高三模擬)果蠅的晝夜節律與PER蛋白濃度的變化有關。如圖表示PER蛋白作用的部分過程。下列相關敘述錯誤的是
A.PER蛋白可反饋抑制Per基因的轉錄
B.per mRNA的合成過程在細胞核外發生
C.PER蛋白與TIM蛋白結合后穿過核膜進入細胞核
D.一個per mRNA分子上可結合多個核糖體同時進
行多條不同肽鏈的合成
對位訓練
√
√
√
因為per mRNA存在于細胞核內，因此其合成只能發生在細胞核內，B錯誤；
PER蛋白與TIM蛋白結合后穿過核孔進入細胞核，C錯誤；
據圖可知，在合成蛋白質時，多個核糖體可以相繼結合到per mRNA分子上，形成多聚核糖體，這樣可以同時進行多條相同肽鏈的合成，提高蛋白質的翻譯效率，D錯誤。
對位訓練
5.(2023·河北唐山高三模擬)研究發現，當細胞中缺乏氨基酸時，負載tRNA(攜帶氨基酸的tRNA)會轉化為空載tRNA(沒有攜帶氨基酸的tRNA)參與基因表達的調控。圖示為缺乏氨基酸時，tRNA調控基因表達的相關過
對位訓練
程，圖中的①②③④表示過程，a、b、c、d表示合成的多肽鏈。利用該圖作用的機理分析饑餓療法治療癌癥的方法和原理(饑餓療法是指通過微導管向腫瘤供血動脈內注入栓塞劑，阻斷腫瘤的血液供應，使腫瘤細胞缺血、缺氧死亡)，回答相關問題：
(1)癌細胞被稱為不死細胞，能夠進行無限增殖，在增殖過程中需要不斷合成需要的蛋白質，DNA控制合成蛋白質的過程包括_____(填數字編號)，參與此過程的RNA有______________________。
對位訓練
①②
mRNA、tRNA、rRNA　
(2)完成過程需要的物質是從細胞質進入細胞核的，它們是_____________
__________________。
核糖核苷酸、
RNA聚合酶、ATP
對位訓練
(3)根據圖中多肽合成的過程，判斷核糖體的移動方向為_________(填“從左向右”或“從右向左”)，多肽鏈a、b、c、d上的氨基酸序列_______(填“相同”或“不同”)。從圖可知合成蛋白質的速度非常快
的原因是_______________________________________________________
____________________________________________________________。
從右向左
相同
一個mRNA分子上可以相繼結合多個核糖體，同時進行多條肽鏈的合成，因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白質　
(4)結合饑餓療法治療癌癥的方法，利用如圖展示的調控過程，從兩個方面說明如何通過抑制蛋白質的合成，來控制癌細胞的分裂：_______________________
___________________________________
對位訓練
_____________________________________________________________________________________________。
缺少氨基酸會使負載tRNA
(攜帶氨基酸的RNA)轉化為空載tRNA，
空載tRNA通過抑制DNA的轉錄和激活蛋白激酶抑制蛋白質合成，減少蛋白質的含量，影響細胞的分裂微專題四　基因表達調控
基因表達調控是生物體內基因表達的調節控制，使細胞中基因表達的過程在時間、空間上處于有序狀態，并對環境條件的變化作出反應的復雜過程。基因表達的調控可在多個層次上進行，主要表現包括染色質水平、轉錄水平、轉錄后水平、翻譯水平和翻譯后水平的調控。
1．染色質水平上的調控
基因轉錄前染色質結構需要發生一系列重要變化，這是基因轉錄的前提，真核生物的DNA與組蛋白和一些非組蛋白構成染色質結構，染色質又分為常染色質和異染色質。DNA呈現不同凝聚狀態的染色質結構，表現出不同的基因表達活性狀態。常染色質結構比較松散，DNA局部序列暴露，基因表達處于活性狀態。異染色質結構高度致密，DNA被組蛋白結合，染色質的基因表達活性處于阻遏狀態。
典例1　組蛋白是構成真核生物染色體的基本結構蛋白。用聚丙烯酰胺凝膠電泳可以區分5種不同的組蛋白：H1、H2A、H2B、H3和H4。研究發現，核心組蛋白的肽鏈末端受到多種化學修飾的調控，比如H4末端Lys8(Lys代表賴氨酸)和Lys16的雙乙酰化能夠招募轉錄相關蛋白，促進基因表達；而H3的N末端Lys9的甲基化會促進DNA包裝蛋白的結合，壓縮染色質結構，抑制基因表達。下列相關敘述中，正確的是(　　)
A．大腸桿菌中沒有染色體結構，其擬核中的DNA從不與任何蛋白質結合
B．RNA聚合酶能識別DNA上的起始密碼子并與之結合，啟動基因的轉錄
C．豬的成熟紅細胞在衰老時，控制其凋亡的基因開始表達產生相關蛋白
D．特定的修飾狀態可以決定組蛋白的活性，從而決定基因的表達與沉默
答案　D
解析　大腸桿菌屬于原核生物，其細胞中不含染色體結構，但其DNA在復制時可與蛋白質結合，如DNA聚合酶，A錯誤；RNA聚合酶能識別DNA上的啟動子并與之結合，啟動基因的轉錄，B錯誤；豬的成熟紅細胞沒有細胞核和細胞器，不含基因，因此其在衰老時不會發生基因表達，C錯誤；根據題干信息可知，特定的修飾狀態可以決定組蛋白的活性，從而決定基因的表達與沉默，D正確。
2．轉錄水平上的調控
該調控是最主要的基因調控方式。轉錄調控是指以DNA為模板合成RNA的調控，所有的細胞都具有大量序列特異的DNA結合蛋白，這些蛋白能準確地識別并結合到特異的DNA序列，在轉錄水平上起著開關的作用。該調控重點是在特定組織或細胞中、在特定的生長發育階段、在特定的機體內外條件下，選擇特定基因進行轉錄表達。
典例2　(不定項)(2022·山東東營高三模擬)大腸桿菌可以直接利用葡萄糖，也可以通過合成β-半乳糖苷酶將乳糖分解為葡萄糖和半乳糖加以利用。如圖是大腸桿菌乳糖代謝基因在轉錄水平上受到調控的模型。下列說法正確的是(　　)
A．阻遏蛋白與操縱基因結合會抑制結構基因的轉錄
B．基因lacZ、lacY、lacA共用一套啟動子和終止子
C．圖示的2個mRNA都有1個起始密碼子和1個終止密碼子
D．葡萄糖耗盡時β-半乳糖苷酶基因被誘導表達，這種調節可以減少物質和能量的浪費
答案　ABD
解析　阻遏蛋白與操縱基因結合會導致啟動子無法啟動轉錄，從而抑制結構基因的轉錄，A正確；葡萄糖耗盡時β-半乳糖苷酶基因被誘導表達，從而將乳糖分解為葡萄糖和半乳糖加以利用，這種調節可以減少物質和能量的浪費，D正確。
3．轉錄后水平上的調控
轉錄后調控，這是指基因轉錄起始后對轉錄產物進行的一系列修飾、加工等調控行為，主要包括提前終止轉錄過程，對mRNA前體進行加工剪切，mRNA通過核孔和在細胞質內定位等。
典例3　(不定項)真核生物的基因中含有外顯子和內含子。細胞核內剛剛轉錄而來的RNA為前體mRNA，前體mRNA中的內含子在RNA自身以及其他蛋白復合物的作用下被剪切，形成mRNA運出細胞核。如圖為前體mRNA的剪切示意圖，下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．圖中的a、c分別為啟動子和終止子轉錄部分
B．前體mRNA能與核糖體直接結合進行翻譯過程
C．蛋白質復合物具有識別特定核糖核苷酸序列的功能
D．前體mRNA加工形成mRNA的過程發生在細胞質基質中
答案　ABD
解析　啟動子和終止子為基因上的調控序列，不能轉錄出相應的前體mRNA，A錯誤；前體mRNA需要經過加工形成mRNA，才能與核糖體結合進行翻譯過程，B錯誤；蛋白質復合物具有識別特定核糖核苷酸序列的功能，進而剪切前體mRNA，C正確；前體mRNA加工形成mRNA的過程發生在細胞核中，形成的mRNA運出細胞核進入細胞質基質中，D錯誤。
4．翻譯水平上的調控
這是基因表達調控的重要環節。翻譯的速率和細胞生長的速度之間是密切協調的。在肽鏈合成的起始、延伸和終止三個階段中，對翻譯起始速率的調控是最重要的，而在翻譯的延伸和終止階段也存在著調控因素。
典例4　(不定項)miRNA是miRNA前體經過加工之后的一類非編碼的具有調控功能的小RNA分子(18～25個核苷酸)，它含有一段能夠自我配對形成“莖環”結構的序列(如圖所示)。某miRNA能抑制W基因控制的蛋白質(W蛋白)的合成，如圖是某真核細胞內形成該miRNA及其發揮作用的過程示意圖。下列敘述錯誤的是(　　)
A．miRNA前體是單鏈RNA分子，且含有氫鍵
B．miRNA與W基因mRNA結合遵循堿基互補配對原則，即A與U、T與A、C與G配對
C．在細胞質加工miRNA使其莖環消失可能與磷酸二酯鍵的斷裂有關
D．miRNA抑制W蛋白的合成是通過miRNA直接與W基因合成的mRNA結合所致
答案　BD
解析　miRNA前體中含有莖環結構，故其中含有氫鍵，A正確；miRNA與W基因mRNA結合遵循堿基互補配對原則，即A與U、C與G配對，RNA中不含堿基T，B錯誤；在細胞質加工miRNA使其莖環消失可能是切斷了一段核苷酸鏈，與磷酸二酯鍵的斷裂有關，C正確；miRNA抑制W蛋白的合成，是通過單鏈miRNA與蛋白質結合形成的miRNA蛋白復合物直接與W基因的mRNA結合，從而阻斷其翻譯所致，D錯誤。
5．翻譯后水平的調控(蛋白質活性的調節)
該調控主要是控制多肽鏈的加工和折疊，以產生不同功能活性的蛋白質。來自mRNA的遺傳信息翻譯成蛋白質后，這些蛋白質如何活化并發揮其生物學功能，涉及蛋白質合成后的加工問題。翻譯后的加工實際上也具有對基因表達的調控作用。蛋白質的定向與分揀應該是準確無誤的，否則細胞的正常生理功能將會出現異常。
典例5　果蠅細胞中含有調控“生物鐘”的per基因，表達產物為PER蛋白，PER蛋白在白天會被降解，而到晚上PER蛋白與TIM蛋白綁定后被運輸到細胞核中積累，從而抑制per基因的表達。通過這樣的機制，PER蛋白持續而周期性地調控著果蠅的“生物鐘”。據圖分析，下列有關敘述正確的是(　　)
A．圖中mRNA從右向左在核糖體中移動
B．per基因能持續地進行復制、轉錄、翻譯以補充被降解的PER蛋白
C．果蠅“生物鐘”的調節過程體現了per基因與基因產物之間的相互作用
D．PER－TIM蛋白復合物對per基因表達的調控屬于翻譯水平的調控
答案　C
解析　翻譯過程中是核糖體沿mRNA移動，A錯誤；per基因通過轉錄、翻譯以補充被降解的PER蛋白，不涉及per基因的復制，B錯誤；該過程體現了per基因與基因產物之間的相互作用，C正確；PER－TIM蛋白復合物對per基因表達的調控屬于轉錄水平的調控，D錯誤。
方法總結　(1)識圖：對題干中出現的圖形認真分析，并找出與教材知識及已有知識之間的聯系。仔細辨別DNA復制、轉錄、翻譯的圖解，回憶有關過程的結構、場所與條件等。
(2)譯圖：比較熟練地把圖形信息轉化為文字或數據信息，或把文字、數據信息轉化為圖形信息，從而得出正確結論。
(3)挖掘：注意挖掘隱含條件。隱含條件往往是容易忽視的內容，也是造成解題失誤的原因之一。只有捕捉到信息，才能處理信息，從而運用正確的信息解決問題。
對位訓練
1．miRNA是一類由基因編碼的，長約22個核苷酸的單鏈RNA分子。在線蟲中，Lin－4基因的轉錄產物經加工后形成miRNA－miRNA*雙鏈，其中miRNA與Lin－14 mRNA部分配對，使其翻譯受阻，進而調控幼蟲的正常發育模式。Lin－4 miRNA的形成過程及其對Lin－14基因的調控如圖所示。下列有關敘述正確的是(　　)
A．轉錄miRNA的模板鏈堿基序列與miRNA*的堿基序列相同
B．用抗原－抗體雜交技術可檢測到線蟲內Lin－4基因表達的蛋白質
C．圖中過程①、過程②分別需要RNA聚合酶、限制性內切核酸酶
D．Lin－4基因調控Lin－14基因選擇性表達的結果是Lin－14基因翻譯水平降低
答案　D
解析　圖示為線蟲細胞中Lin－4 miRNA調控基因Lin－14表達的相關作用機制。圖中①表示轉錄過程；②表示miRNA前體1經過加工形成miRNA前體2的過程。miRNA與Lin－14 mRNA部分配對，使其翻譯受阻。轉錄miRNA的模板鏈堿基序列與miRNA*的堿基序列可以發生堿基互補配對，而不是相同，A錯誤；據圖可知，Lin－4基因的轉錄產物經加工后形成miRNA－miRNA*雙鏈，其中miRNA與Lin－14 mRNA部分配對，使其翻譯受阻，說明Lin－4基因屬于調控基因，并沒有形成蛋白質，故不能用抗原－抗體雜交技術檢測到線蟲內Lin－4基因表達的蛋白質，B錯誤；圖中過程①為轉錄，需要RNA聚合酶催化，過程②為miRNA前體1經過加工形成miRNA前體2，需要剪切RNA的RNA剪切酶催化，而限制性內切核酸酶識別的是DNA的特定序列，是對DNA的特定部位進行剪切，C錯誤。
2．如圖表示真核生物在不同水平上對基因的表達進行了調控，基因2轉錄生成的起始轉錄物中1、2、3、4部分重新連接后再出核孔，下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．同種基因控制合成的蛋白質可能不止一種
B．不同水平的調控使真核生物細胞功能復雜化
C．轉錄的啟動取決于基因上啟動部位與RNA聚合酶是否堿基互補配對
D．據圖推測，加工后的mRNA可能不翻譯，同一mRNA翻譯的新生多肽鏈只有1種
答案　C
解析　基因2轉錄生成的起始轉錄物中，1、2、3連接在一起，形成一個mRNA,1、2、4連接在一起，形成另一個mRNA，即一個基因轉錄形成的mRNA不止一種，這屬于轉錄水平的調控，mRNA從核孔進入細胞質，有的和抑制子結合不能翻譯，有的能夠完成翻譯過程，這屬于翻譯水平的調控，根據上述分析，一個基因，轉錄形成的mRNA不止一種，控制合成的蛋白質可能不止一種，A正確；圖中體現了轉錄水平的調控和翻譯水平的調控，不同水平的調控使真核生物細胞功能復雜化，B正確；RNA聚合酶是蛋白質，沒有堿基，C錯誤。
3．在遺傳信息的表達過程中，蛋白質與核酸的合成相依賴。在生命起源之初，究竟是先有核酸還是先有蛋白質，科學家提出了以下假說：最早出現的生物大分子很可能是RNA，它兼具了DNA和蛋白質的功能，既可以像DNA一樣儲存遺傳信息，又可以像蛋白質一樣催化反應，DNA和蛋白質則是進化的產物。下列事實不支持該假說的是(　　)
A．構成核糖體的rRNA具有催化肽鍵形成的功能
B．細胞核內的DNA必須有RNA作為引物才能完成復制
C．mRNA是在RNA聚合酶的催化下以DNA的一條鏈為模板轉錄形成的
D．四膜蟲rRNA的前體物能在沒有蛋白質參與下進行自我加工、剪切
答案　C
4．(不定項)(2022·遼寧鞍山高三模擬)果蠅的晝夜節律與PER蛋白濃度的變化有關。如圖表示PER蛋白作用的部分過程。下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．PER蛋白可反饋抑制Per基因的轉錄
B．per mRNA的合成過程在細胞核外發生
C．PER蛋白與TIM蛋白結合后穿過核膜進入細胞核
D．一個per mRNA分子上可結合多個核糖體同時進行多條不同肽鏈的合成
答案　BCD
解析　因為per mRNA存在于細胞核內，因此其合成只能發生在細胞核內，B錯誤；PER蛋白與TIM蛋白結合后穿過核孔進入細胞核，C錯誤；據圖可知，在合成蛋白質時，多個核糖體可以相繼結合到per mRNA分子上，形成多聚核糖體，這樣可以同時進行多條相同肽鏈的合成，提高蛋白質的翻譯效率，D錯誤。
5．(2023·河北唐山高三模擬)研究發現，當細胞中缺乏氨基酸時，負載tRNA(攜帶氨基酸的tRNA)會轉化為空載tRNA(沒有攜帶氨基酸的tRNA)參與基因表達的調控。圖示為缺乏氨基酸時，tRNA調控基因表達的相關過程，圖中的①②③④表示過程，a、b、c、d表示合成的多肽鏈。利用該圖作用的機理分析饑餓療法治療癌癥的方法和原理(饑餓療法是指通過微導管向腫瘤供血動脈內注入栓塞劑，阻斷腫瘤的血液供應，使腫瘤細胞缺血、缺氧死亡)，回答相關問題：
(1)癌細胞被稱為不死細胞，能夠進行無限增殖，在增殖過程中需要不斷合成需要的蛋白質，DNA控制合成蛋白質的過程包括__________(填數字編號)，參與此過程的RNA有_______________________________________________________________________________。
(2)完成過程需要的物質是從細胞質進入細胞核的，它們是_____________________________。
(3)根據圖中多肽合成的過程，判斷核糖體的移動方向為________________(填“從左向右”或“從右向左”)，多肽鏈a、b、c、d上的氨基酸序列________(填“相同”或“不同”)。從圖可知合成蛋白質的速度非常快的原因是_____________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)結合饑餓療法治療癌癥的方法，利用如圖展示的調控過程，從兩個方面說明如何通過抑制蛋白質的合成，來控制癌細胞的分裂：_____________________________________________
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答案　(1)①②　mRNA、tRNA、rRNA　(2)核糖核苷酸、RNA聚合酶、ATP　(3)從右向左　相同　一個mRNA分子上可以相繼結合多個核糖體，同時進行多條肽鏈的合成，因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白質　(4)缺少氨基酸會使負載tRNA(攜帶氨基酸的RNA)轉化為空載tRNA，空載tRNA通過抑制DNA的轉錄和激活蛋白激酶抑制蛋白質合成，減少蛋白質的含量，影響細胞的分裂微專題四　基因表達調控
基因表達調控是生物體內基因表達的調節控制，使細胞中基因表達的過程在時間、空間上處于有序狀態，并對環境條件的變化作出反應的復雜過程。基因表達的調控可在多個層次上進行，主要表現包括染色質水平、轉錄水平、轉錄后水平、翻譯水平和翻譯后水平的調控。
1．染色質水平上的調控
基因轉錄前染色質結構需要發生一系列重要變化，這是基因轉錄的前提，真核生物的DNA與組蛋白和一些非組蛋白構成染色質結構，染色質又分為常染色質和異染色質。DNA呈現不同凝聚狀態的染色質結構，表現出不同的基因表達活性狀態。常染色質結構比較松散，DNA局部序列暴露，基因表達處于活性狀態。異染色質結構高度致密，DNA被組蛋白結合，染色質的基因表達活性處于阻遏狀態。
典例1　組蛋白是構成真核生物染色體的基本結構蛋白。用聚丙烯酰胺凝膠電泳可以區分5種不同的組蛋白：H1、H2A、H2B、H3和H4。研究發現，核心組蛋白的肽鏈末端受到多種化學修飾的調控，比如H4末端Lys8(Lys代表賴氨酸)和Lys16的雙乙酰化能夠招募轉錄相關蛋白，促進基因表達；而H3的N末端Lys9的甲基化會促進DNA包裝蛋白的結合，壓縮染色質結構，抑制基因表達。下列相關敘述中，正確的是(　　)
A．大腸桿菌中沒有染色體結構，其擬核中的DNA從不與任何蛋白質結合
B．RNA聚合酶能識別DNA上的起始密碼子并與之結合，啟動基因的轉錄
C．豬的成熟紅細胞在衰老時，控制其凋亡的基因開始表達產生相關蛋白
D．特定的修飾狀態可以決定組蛋白的活性，從而決定基因的表達與沉默
2．轉錄水平上的調控
該調控是最主要的基因調控方式。轉錄調控是指以DNA為模板合成RNA的調控，所有的細胞都具有大量序列特異的DNA結合蛋白，這些蛋白能準確地識別并結合到特異的DNA序列，在轉錄水平上起著開關的作用。該調控重點是在特定組織或細胞中、在特定的生長發育階段、在特定的機體內外條件下，選擇特定基因進行轉錄表達。
典例2　(不定項)(2022·山東東營高三模擬)大腸桿菌可以直接利用葡萄糖，也可以通過合成β 半乳糖苷酶將乳糖分解為葡萄糖和半乳糖加以利用。如圖是大腸桿菌乳糖代謝基因在轉錄水平上受到調控的模型。下列說法正確的是(　　)
A．阻遏蛋白與操縱基因結合會抑制結構基因的轉錄
B．基因lacZ、lacY、lacA共用一套啟動子和終止子
C．圖示的2個mRNA都有1個起始密碼子和1個終止密碼子
D．葡萄糖耗盡時β 半乳糖苷酶基因被誘導表達，這種調節可以減少物質和能量的浪費
3．轉錄后水平上的調控
轉錄后調控，這是指基因轉錄起始后對轉錄產物進行的一系列修飾、加工等調控行為，主要包括提前終止轉錄過程，對mRNA前體進行加工剪切，mRNA通過核孔和在細胞質內定位等。
典例3　(不定項)真核生物的基因中含有外顯子和內含子。細胞核內剛剛轉錄而來的RNA為前體mRNA，前體mRNA中的內含子在RNA自身以及其他蛋白復合物的作用下被剪切，形成mRNA運出細胞核。如圖為前體mRNA的剪切示意圖，下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．圖中的a、c分別為啟動子和終止子轉錄部分
B．前體mRNA能與核糖體直接結合進行翻譯過程
C．蛋白質復合物具有識別特定核糖核苷酸序列的功能
D．前體mRNA加工形成mRNA的過程發生在細胞質基質中
4．翻譯水平上的調控
這是基因表達調控的重要環節。翻譯的速率和細胞生長的速度之間是密切協調的。在肽鏈合成的起始、延伸和終止三個階段中，對翻譯起始速率的調控是最重要的，而在翻譯的延伸和終止階段也存在著調控因素。
典例4　(不定項)miRNA是miRNA前體經過加工之后的一類非編碼的具有調控功能的小RNA分子(18～25個核苷酸)，它含有一段能夠自我配對形成“莖環”結構的序列(如圖所示)。某miRNA能抑制W基因控制的蛋白質(W蛋白)的合成，如圖是某真核細胞內形成該miRNA及其發揮作用的過程示意圖。下列敘述錯誤的是(　　)
A．miRNA前體是單鏈RNA分子，且含有氫鍵
B．miRNA與W基因mRNA結合遵循堿基互補配對原則，即A與U、T與A、C與G配對
C．在細胞質加工miRNA使其莖環消失可能與磷酸二酯鍵的斷裂有關
D．miRNA抑制W蛋白的合成是通過miRNA直接與W基因合成的mRNA結合所致
5．翻譯后水平的調控(蛋白質活性的調節)
該調控主要是控制多肽鏈的加工和折疊，以產生不同功能活性的蛋白質。來自mRNA的遺傳信息翻譯成蛋白質后，這些蛋白質如何活化并發揮其生物學功能，涉及蛋白質合成后的加工問題。翻譯后的加工實際上也具有對基因表達的調控作用。蛋白質的定向與分揀應該是準確無誤的，否則細胞的正常生理功能將會出現異常。
典例5　果蠅細胞中含有調控“生物鐘”的per基因，表達產物為PER蛋白，PER蛋白在白天會被降解，而到晚上PER蛋白與TIM蛋白綁定后被運輸到細胞核中積累，從而抑制per基因的表達。通過這樣的機制，PER蛋白持續而周期性地調控著果蠅的“生物鐘”。據圖分析，下列有關敘述正確的是(　　)
A．圖中mRNA從右向左在核糖體中移動
B．per基因能持續地進行復制、轉錄、翻譯以補充被降解的PER蛋白
C．果蠅“生物鐘”的調節過程體現了per基因與基因產物之間的相互作用
D．PER－TIM蛋白復合物對per基因表達的調控屬于翻譯水平的調控
方法總結　(1)識圖：對題干中出現的圖形認真分析，并找出與教材知識及已有知識之間的聯系。仔細辨別DNA復制、轉錄、翻譯的圖解，回憶有關過程的結構、場所與條件等。
(2)譯圖：比較熟練地把圖形信息轉化為文字或數據信息，或把文字、數據信息轉化為圖形信息，從而得出正確結論。
(3)挖掘：注意挖掘隱含條件。隱含條件往往是容易忽視的內容，也是造成解題失誤的原因之一。只有捕捉到信息，才能處理信息，從而運用正確的信息解決問題。
對位訓練
1．miRNA是一類由基因編碼的，長約22個核苷酸的單鏈RNA分子。在線蟲中，Lin－4基因的轉錄產物經加工后形成miRNA－miRNA*雙鏈，其中 miRNA與Lin－14 mRNA部分配對，使其翻譯受阻，進而調控幼蟲的正常發育模式。Lin－4 miRNA的形成過程及其對Lin－14基因的調控如圖所示。下列有關敘述正確的是(　　)
A．轉錄miRNA的模板鏈堿基序列與miRNA*的堿基序列相同
B．用抗原－抗體雜交技術可檢測到線蟲內Lin－4基因表達的蛋白質
C．圖中過程①、過程②分別需要 RNA 聚合酶、限制性內切核酸酶
D．Lin－4基因調控Lin－14基因選擇性表達的結果是Lin－14基因翻譯水平降低
2．如圖表示真核生物在不同水平上對基因的表達進行了調控，基因2轉錄生成的起始轉錄物中1、2、3、4部分重新連接后再出核孔，下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．同種基因控制合成的蛋白質可能不止一種
B．不同水平的調控使真核生物細胞功能復雜化
C．轉錄的啟動取決于基因上啟動部位與RNA聚合酶是否堿基互補配對
D．據圖推測，加工后的mRNA可能不翻譯，同一mRNA翻譯的新生多肽鏈只有1種
3．在遺傳信息的表達過程中，蛋白質與核酸的合成相依賴。在生命起源之初，究竟是先有核酸還是先有蛋白質，科學家提出了以下假說：最早出現的生物大分子很可能是RNA，它兼具了DNA和蛋白質的功能，既可以像DNA一樣儲存遺傳信息，又可以像蛋白質一樣催化反應，DNA和蛋白質則是進化的產物。下列事實不支持該假說的是(　　)
A．構成核糖體的rRNA具有催化肽鍵形成的功能
B．細胞核內的DNA必須有RNA作為引物才能完成復制
C．mRNA是在RNA聚合酶的催化下以DNA的一條鏈為模板轉錄形成的
D．四膜蟲rRNA的前體物能在沒有蛋白質參與下進行自我加工、剪切
4．(不定項)(2022·遼寧鞍山高三模擬)果蠅的晝夜節律與PER蛋白濃度的變化有關。如圖表示PER蛋白作用的部分過程。下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．PER蛋白可反饋抑制Per基因的轉錄
B．per mRNA的合成過程在細胞核外發生
C．PER蛋白與TIM蛋白結合后穿過核膜進入細胞核
D．一個per mRNA分子上可結合多個核糖體同時進行多條不同肽鏈的合成
5．(2023·河北唐山高三模擬)研究發現，當細胞中缺乏氨基酸時，負載tRNA(攜帶氨基酸的tRNA)會轉化為空載tRNA(沒有攜帶氨基酸的tRNA)參與基因表達的調控。圖示為缺乏氨基酸時，tRNA調控基因表達的相關過程，圖中的①②③④表示過程，a、b、c、d表示合成的多肽鏈。利用該圖作用的機理分析饑餓療法治療癌癥的方法和原理(饑餓療法是指通過微導管向腫瘤供血動脈內注入栓塞劑，阻斷腫瘤的血液供應，使腫瘤細胞缺血、缺氧死亡)，回答相關問題：
(1)癌細胞被稱為不死細胞，能夠進行無限增殖，在增殖過程中需要不斷合成需要的蛋白質，DNA控制合成蛋白質的過程包括__________(填數字編號)，參與此過程的RNA有_______________________________________________________________________________。
(2)完成過程需要的物質是從細胞質進入細胞核的，它們是_____________________________。
(3)根據圖中多肽合成的過程，判斷核糖體的移動方向為________________(填“從左向右”或“從右向左”)，多肽鏈a、b、c、d上的氨基酸序列________(填“相同”或“不同”)。 從圖可知合成蛋白質的速度非常快的原因是___________________________________________
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(4)結合饑餓療法治療癌癥的方法，利用如圖展示的調控過程，從兩個方面說明如何通過抑制蛋白質的合成，來控制癌細胞的分裂：_____________________________________________
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