2025屆高考生物二輪專題復習與測試板塊四遺傳學與進化論命題最前沿八基因表達的調(diào)控操縱子RNAi分子伴侶等

[命題最前沿八]基因表達的調(diào)控(操縱子、RNAi、分子伴侶等)1．轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控——操縱子(1)操縱子：原核生物大多數(shù)基因表達調(diào)控是通過操縱子機制實現(xiàn)的。操縱子通常由2個以上的編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因與啟動子、操縱基因以及其他調(diào)節(jié)基因成簇串聯(lián)組成。(2)調(diào)節(jié)過程(以乳糖操縱子為例)圖一圖二①無誘導物存在時(如圖一)，阻遏蛋白與操縱基因結(jié)合阻止了RNA聚合酶與啟動子結(jié)合，使結(jié)構(gòu)基因不能正常轉(zhuǎn)錄。②誘導物(乳糖)存在時(如圖二)，誘導物與阻遏蛋白結(jié)合，使阻遏蛋白結(jié)構(gòu)改變，不能與操縱基因結(jié)合，則RNA聚合酶結(jié)合到啟動子上并啟動結(jié)構(gòu)基因的表達。2．翻譯水平的調(diào)控——RNA干擾(1)RNA干擾(RNAi)：RNA干擾是有效沉默或抑制目標基因表達的過程，指內(nèi)源性或外源性雙鏈RNA(dsRNA)介導的細胞內(nèi)mRNA發(fā)生特異性降解，從而導致靶基因的表達沉默，產(chǎn)生相應的功能表型缺失的現(xiàn)象。RNA干擾由轉(zhuǎn)運到細胞質(zhì)中的雙鏈RNA激活，沉默機制可導致由小干擾RNA(siRNA)或短發(fā)夾RNA(shRNA)誘導實現(xiàn)靶mRNA的降解，或者通過小RNA(miRNA)誘導特定mRNA翻譯的抑制。(2)RNAi具有的特征①是轉(zhuǎn)錄后(翻譯)水平的基因沉默機制。②具有很高的特異性，只降解與之序列相應的單個內(nèi)源基因的mRNA。③RNAi抑制基因表達具有很高的效率，而且相對很少量的dsRNA分子(數(shù)量遠遠少于內(nèi)源mRNA的數(shù)量)就能完全抑制相應基因的表達。④RNAi抑制基因表達的效應可以穿過細胞界限，在不同細胞間長距離傳遞和維持信號甚至傳播至整個有機體以及可遺傳等特點。⑤dsRNA不得短于21個堿基，并且長鏈dsRNA也在細胞內(nèi)被Dicer酶切割為21bp左右的siRNA，并由siRNA來介導mRNA切割。3．翻譯后水平的調(diào)控——分子伴侶(1)分子伴侶：是一類協(xié)助細胞內(nèi)分子組裝和協(xié)助蛋白質(zhì)折疊的蛋白質(zhì)，又稱為伴侶蛋白。目前主要發(fā)現(xiàn)有熱休克蛋白和伴侶蛋白兩大類。(2)分子伴侶的主要作用①參與新生肽鏈的折疊與裝配。②參與蛋白運送。③修復熱變性蛋白。1．miRNA是一類在人體內(nèi)廣泛分布的內(nèi)源性非編碼RNA，長度為19～25個核苷酸。不同miRNA在個體發(fā)育的不同階段產(chǎn)生。miRNA通過與靶mRNA結(jié)合或引起靶mRNA的降解，進而特異性影響相應基因的表達。請根據(jù)材料判斷下列相關(guān)說法正確的是(D)A．miRNA指導合成的肽鏈最多含有8個氨基酸B．miRNA的合成不需要RNA聚合酶的參與C．miRNA在轉(zhuǎn)錄階段特異性影響基因的表達過程D．不同miRNA在個體發(fā)育不同階段產(chǎn)生，與細胞分化有關(guān)解析：根據(jù)題意可知，miRNA是非編碼RNA，故不能作為模板翻譯肽鏈，A錯誤；RNA是通過轉(zhuǎn)錄合成的，轉(zhuǎn)錄過程需要RNA聚合酶的催化，故miRNA的合成需要RNA聚合酶的參與，B錯誤；根據(jù)題意可知，miRNA通過與靶mRNA結(jié)合或引起靶mRNA的降解，進而影響基因表達，影響的是翻譯階段，C錯誤；不同miRNA在個體發(fā)育的不同階段產(chǎn)生，屬于基因的選擇性表達，與細胞分化有關(guān)，D正確。2．核糖開關(guān)是一段具有復雜結(jié)構(gòu)的RNA序列，能感受環(huán)境因素的變化而改變自身的結(jié)構(gòu)和功能，從而調(diào)控基因的表達。在枯草桿菌中，有些基因的mRNA上具有SAM感受型核糖開關(guān)，其調(diào)節(jié)機制如下圖所示。據(jù)圖分析，下列敘述正確的是(B)A．SAM可以通過抑制相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄來調(diào)節(jié)代謝過程B．核糖開關(guān)與tRNA均存在堿基互補配對的區(qū)域C．組成核糖開關(guān)的基本單位是脫氧核糖核苷酸D．RBS的下游區(qū)域中存在啟動子，是翻譯的起始位置解析：SAM是mRNA上的感受型核糖開關(guān)，RBS是mRNA上的核糖體結(jié)合位點，與翻譯過程有關(guān)，故SAM可以抑制相關(guān)基因的翻譯來調(diào)節(jié)代謝過程，A錯誤；由圖可知，核糖開關(guān)存在雙鏈區(qū)域，tRNA的“三葉草”結(jié)構(gòu)中也存在雙鏈區(qū)域，故兩者均存在堿基互補配對的區(qū)域，B正確；核糖開關(guān)是一段具有復雜結(jié)構(gòu)的RNA序列，其基本單位是核糖核苷酸，C錯誤；啟動子是DNA上與RNA聚合酶識別和結(jié)合的區(qū)域，而RBS為mRNA上的核糖體結(jié)合位點，不存在啟動子，D錯誤。3．操縱子是原核細胞基因表達調(diào)控的一種結(jié)構(gòu)形式，它由啟動子、結(jié)構(gòu)基因(編碼蛋白基因)、終止子等組成。下圖表示大腸桿菌細胞中核糖體蛋白(RP)的合成及調(diào)控過程，其中序號表示相關(guān)生理過程，mRNA上的RBS是核糖體結(jié)合位點。下列有關(guān)說法錯誤的是(A)A．圖中的基因進行①轉(zhuǎn)錄時，只能以β鏈為模板B．過程①中RNA聚合酶與啟動子結(jié)合后相繼驅(qū)動多個基因的轉(zhuǎn)錄C．細胞中缺乏rRNA時，RP1與mRNA上的RBS位點結(jié)合，阻止翻譯的起始D．過程①與②的堿基配對方式不完全相同，都需要細胞中的線粒體提供能量解析：不同的基因在轉(zhuǎn)錄時模板鏈并不相同，A錯誤；啟動子是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，過程①轉(zhuǎn)錄中RNA聚合酶與啟動子結(jié)合后相繼驅(qū)動多個基因(基因1、基因2等)的轉(zhuǎn)錄，B正確；由題圖分析可知，rRNA能與RP1、RP2和其他核糖體蛋白結(jié)合形成核糖體，mRNA上的RBS是核糖體結(jié)合位點，當細胞中缺乏rRNA分子時，RP1與mRNA上的RBS位點結(jié)合，導致核糖體不能與mRNA結(jié)合，進而阻止翻譯的起始，C正確；過程①是轉(zhuǎn)錄，②是翻譯，堿基互補配對的方式不完全相同，需要的能量主要來自線粒體，D正確。4．大腸桿菌乳糖操縱子包括4類基因，其中結(jié)構(gòu)基因能通過轉(zhuǎn)錄、翻譯使細胞產(chǎn)生一定的酶系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)蛋白。乳糖操縱子包含3個結(jié)構(gòu)基因：lacZ、lacY、lacA，分別產(chǎn)生圖2中相對應的酶，而結(jié)構(gòu)基因的上游有3個對結(jié)構(gòu)基因起調(diào)控作用的基因，其中基因P啟動轉(zhuǎn)錄、基因O起著“開關(guān)”的作用，調(diào)控結(jié)構(gòu)基因表達，基因I能夠調(diào)節(jié)操縱基因狀態(tài)，從而對“開關(guān)”起著控制作用。在只含葡萄糖或乳糖條件下基因表達如下圖所示，下列說法正確的是(C)A．mRNAⅠ和mRNAⅡ合成后由核孔進入細胞質(zhì)與核糖體結(jié)合B．在只含葡萄糖條件下，阻遏蛋白會在翻譯水平上抑制結(jié)構(gòu)基因表達C．在只含乳糖條件下，乳糖被分解后可導致結(jié)構(gòu)基因不表達D．每個結(jié)構(gòu)基因的首、尾端都存在起始密碼子和終止密碼子解析：題圖是大腸桿菌相關(guān)基因表達示意圖，大腸桿菌是原核生物，沒有核孔，A錯誤；由圖1可知，在只含葡萄糖條件下，阻遏蛋白