2023-2024学年 苏教版 必修二　中心法则、细胞分化的本质和表观遗传 课件（76张）

知识点(一)中心法则诠释了基因与生物性状的关系0102目录知识点(二)细胞分化和表观遗传知识点(一)中心法则诠释了基因与生物性状的关系

[教材知识梳理](一)中心法则的提出与完善1．克里克提出的中心法则内容遗传信息可以从DNA流向_____

(DNA自我复制)，也可以从DNA流向_____

(转录)，进而流向_______

(翻译)图示(填图)DNARNA蛋白质2．中心法则的完善(1)事实①流行性感冒病毒等RNA病毒，在感染人体后，它们的RNA能够_________并以自身为模板指导_______的合成。②劳斯肉瘤病毒等RNA病毒，能以_________为模板，反向合成一段_____，再以这段_____为模板，互补合成病毒_____。③朊病毒是一类不含_____而仅由______构成的具有感染性的因子。朊病毒与正常蛋白质接触后能改变其________，将其变为朊病毒。自我复制蛋白质自身RNADNADNARNA核酸蛋白质折叠状态(2)基于以上事实，完善后的中心法则图示：__________________________________。蛋白质的结构酶的合成2．基因与性状间的对应关系一个基因一般控制______性状。但是，基因和性状之间的关系也不总是_______，有时多个基因控制一个性状，有时一个基因影响多种性状。一个线性的[核心要点点拨](一)归纳总结中心法则体现了DNA的两大基本功能1．传递遗传信息：通过DNA复制完成，发生于亲代产生子代的生殖过程或细胞增殖过程中。2．表达遗传信息：通过转录和翻译完成，发生在个体发育过程中(如图)。(二)图解基因与性状的关系生物的性状不仅由基因决定，还受环境的影响，是基因与环境共同作用的结果。[典例]

(2023·南京质检)[多选]中心法则反映了遗传信息在细胞内的生物大分子间传递的基本法则。RNA病毒的发现丰富了经典中心法则的内容(如图)。以下说法错误的是(

)A．①②③④⑤遗传信息传递过程都遵循碱基互补配对原则B．病毒颗粒内会发生③④过程C．人体所有细胞都有①②③过程D．②过程以基因为单位进行，以基因的两条链作为该过程模板[答案]

BCD[解析]

①②③④⑤遗传信息传递过程都遵循碱基互补配对原则，A正确；病毒没有细胞结构，其体内不能发生③④过程，只有在宿主细胞中才能进行③④过程，B错误；只有分裂的细胞才能进行①DNA分子的复制过程，C错误；②过程为转录，转录以基因中的一条链为模板，D错误。[方法规律]“三看法”判断中心法则各过程(一)澄清概念1．判断下列说法的正误(1)遗传信息流从DNA到RNA再到蛋白质是单向的。

()提示：有些RNA病毒侵染宿主细胞后，能以自身RNA为模板，反向合成一段DNA。[层级训练评价]×(2)白化病是酪氨酸酶活性降低造成的。

()提示：白化病是病人体内不能合成酪氨酸酶造成的。(3)某些性状由多个基因共同决定，有的基因可能影响多个性状。()(4)两个个体的身高相同，二者与身高相关的基因型可能相同，也可能不同。

()×√√(二)落实知能2.血红蛋白(Hb)是人体红细胞中含量最丰富的蛋白质，Hb基因突变编码异常血红蛋白的过程如图所示，已知该异常血红蛋白会导致镰状细胞贫血。下列相关叙述正确的是(

)A．①②过程均能发生A—T、G—C配对B．②过程中核糖体的移动方向是从右到左C．③过程可能需要内质网和高尔基体的参与D．图示表明基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状答案：D

解析：①过程是转录，②过程是翻译，转录过程发生A—U、T—A、C—G、G—C配对，翻译过程发生A—U、U—A、C—G、G—C配对，A错误；②翻译过程中核糖体的移动方向是从左到右(肽链短到肽链长)，B错误；血红蛋白是胞内蛋白，不需要内质网和高尔基体的参与，C错误；图示表明基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状，D正确。3．[多选]如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，下列相关叙述错误的是(

)A．健康的人体细胞中，不会发生⑤过程，①②③④均可发生B．在真核细胞中，①和②两个过程发生的主要场所是细胞核和细胞质C．能特异性识别mRNA上密码子的分子是tRNA，tRNA所携带的分子是氨基酸D．①过程只发生在真核细胞分裂前的间期答案：ABD

解析：人体细胞中，正常情况下不会发生⑤(RNA复制)、④(逆转录)过程，若人体细胞被RNA病毒侵染，可以在被侵染的细胞内发生⑤④过程，A错误；在真核细胞中，①(DNA复制)和②(转录)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，B错误；翻译过程以mRNA为模板，以tRNA为运载氨基酸的工具合成蛋白质，tRNA一端的反密码子与mRNA上的密码子进行碱基互补配对，另一端携带氨基酸分子，C正确；①过程可发生在真核细胞分裂前的间期，也可发生在原核细胞的二分裂过程中，D错误。4．[多选]如图为人体细胞内基因1、基因2与相关性状的关系简图，下列相关叙述错误的是(

)A．同一个体正常体细胞中同时存在基因1与基因2B．图中表现出的遗传信息传递途径为：DNA→RNA→蛋白质C．老人白发增多的直接原因是图中的酪氨酸含量下降D．基因1与基因2对性状的控制方式相同答案：CD

解析：通常情况下同一个体正常体细胞中同时存在基因1与基因2，因为人体内的所有细胞都是由同一受精卵发育而来的，A正确；图中包括转录和翻译过程，故遗传信息传递途径为：DNA→RNA→蛋白质，B正确；老人白发增多的直接原因是图中的酪氨酸酶活性下降，C错误；基因1通过控制蛋白质的合成来直接控制生物性状，基因2通过控制酶的合成来影响细胞代谢，进而间接控制生物性状，所以基因1与基因2对性状的控制方式不同，D错误。(三)迁移应用5．(2023·常州检测)图甲为人体内某致病基因控制异常蛋白质合成的过程示意图，图乙为图甲某过程的放大图，图乙中①～⑤表示物质或结构。请回答：(1)图甲中过程①是________，此过程既需要__________________作为原料，还需要能与基因结合的______进行催化，合成该异常蛋白的场所是____________，请用文字和箭头表示图甲中遗传信息的传递方向：______________________________________。(2)图乙过程中结构②的移动方向为________。(填“从左向右”或“从右向左”)，④所运载的物质⑤的密码子是______。(3)若图甲中异常多肽链中有一段氨基酸序列为“—丝氨酸—谷氨酸—”，携带丝氨酸和谷氨酸的tRNA上的反密码子分别为AGA、CUU，则物质a中模板链碱基序列为________。图中所揭示的基因控制性状的方式是____________________________。解析：(1)甲图中过程①是转录，催化该过程的酶是RNA聚合酶，以DNA一条链为模板合成RNA，所需的原料是核糖核苷酸；合成该异常蛋白的场所是核糖体；图甲中遗传信息的传递方向见答案。(2)图乙过程中核糖体的移动方向为从左向右，朝着新运来氨基酸的tRNA的方向移动。④的反密码子显示是UUU，因此运载的氨基酸的密码子是AAA。(3)若图甲中异常多肽链中有一段氨基酸序列为“—丝氨酸—谷氨酸—”，携带丝氨酸和谷氨酸的tRNA上的反密码子分别为AGA、CUU，那么对应的mRNA上的序列就是—UCUGAA—，对应的DNA中的模板链序列就是—AGACTT—。图中所揭示的基因控制性状的方式是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状。知识点(二)细胞分化和表观遗传[教材知识梳理](一)细胞分化的本质是基因选择性表达1．基因表达的选择性在不同的体细胞中，虽然____________都一样，但基因的表达却是有选择性的。例如，下表为鸡的一些体细胞内基因和mRNA的有无分析(“＋”表示有；“－”表示无)基因组序列项目鸡的输卵管细胞红细胞胰岛细胞卵清蛋白基因＋＋＋mRNA＋－－珠蛋白基因＋＋＋mRNA－＋－胰岛素基因＋＋＋mRNA－－＋2.基因表达机制的复杂性基因选择性表达的机制非常复杂，涉及多种调控方式。例如，不参与编码蛋白质的________

(miRNA)也能在转录后介导对________的降解，一些miRNA具有组织特异性和时序性，即只在特定的组织或______________起着调控作用。3．基因选择性表达是细胞分化的原因基因选择性表达使细胞发生分化，_________是多细胞生物个体发育的基础。微RNAmRNA某个发育阶段细胞分化(二)表观遗传及其作用机制1．表观遗传的概念：是指生物体基因的_________保持不变，而_____发生_______变化的现象。2．作用机制基因组表观遗传修饰具有DNA甲基化和组蛋白修饰两种重要形式。DNA甲基化主要发生在基因组DNA上某些区域的_______上，它的第5位碳原子和甲基之间通过共价键结合，被修饰为5－甲基胞嘧啶碱基序列表型可遗传胞嘧啶组蛋白修饰指在生物体内不同酶的作用下，在________的组蛋白不同氨基酸中加上多种化学基团的现象。这种修饰能改变_______状态及其开放程度，进而调控基因的表达核小体染色质续表3．表观遗传现象实例(1)柳穿鱼花型改变的表观遗传现象对称花型的柳穿鱼基因Lcyc甲基化水平___，基因正常表达不对称花型的柳穿鱼基因Lcyc发生了高度_______，引起基因表达水平下降，最终导致柳穿鱼的花器官由对称变成了不对称低甲基化(2)蜂王与工蜂异型分化的表观遗传现象营养条件在一个蜂群中，所有刚孵化出来的幼虫都能取食蜂王浆。3天后，只有为数极少的幼虫能继续取食蜂王浆，发育为蜂王；绝大多数幼虫只能取食花粉和花蜜，发育为工蜂作用机制一些研究表明，Dnmt3蛋白是一种________________，它是Dnmt3基因的表达产物，能在没有被甲基化的DNA区域添加_________。敲除Dnmt3基因后，蜜蜂幼虫发育为蜂王，这跟取食蜂王浆有相同的效果。这提示蜂王浆的作用之一应该与改变重要基因的___________有关4．基因、环境和性状之间的关系：_____________、表观遗传信息和_________之间相互作用，共同调控着生物的各种生命活动。DNA甲基转移酶甲基基团甲基化特征DNA序列信息环境信息续表[核心要点点拨](一)建模分析细胞分化的本质模型图示模型解读(1)分化前和分化后形成的各种细胞中DNA(基因)不变。(2)表达的基因有两类：所有细胞中都表达的基因(如ATP合成酶基因、核糖体蛋白基因)；只在某类细胞中特异性表达的基因(如胰岛素基因、血红蛋白基因)。(3)分化形成的各种细胞中mRNA和蛋白质不完全相同。续表(二)分析表观遗传出现的意义及其可逆性1．表观遗传机制可以使生物打破DNA序列变化缓慢的限制，使后代能迅速获得上一代生物对环境因素作出反应而发生的变化。2．表观遗传状态的改变是可逆的。如人的不良生活习惯(吸烟等)会改变有关基因的表观遗传状态，但如果人为克制这些不良习惯，其导致的表观遗传的改变又会逐渐减弱甚至消失。[典例]

DNA甲基化是DNA化学修饰的一种形式，能影响表型，也能遗传给子代。在蜂群中，若雌蜂幼虫一直取食蜂王浆将发育成蜂王，而以花粉和花蜜为食的幼蜂将发育成工蜂。研究发现，Dnmt3蛋白是核基因Dnmt3表达的一种DNA甲基转移酶，能使DNA某些区域添加甲基基团，如图所示。回答下列问题：(1)Dnmt3基因经过程①(虚线框中碱基序列)合成的RNA的碱基序列为CUUGCCAGC，则该过程是以基因的____链为模板，过程②发生的场所是________，相比过程①，过程②特有的碱基配对方式是_________。在细胞内，少量的mRNA可以迅速合成大量的蛋白质，原因是________________________________________。(2)DNA甲基化若发生在基因转录的启动子序列上，则会影响RNA聚合酶与该序列的识别与结合，进而抑制基因的表达。据图可知，DNA甲基化______(填“会”或“不会”)改变基因的碱基序列。(3)已知注射Dnmt3siRNA(小干扰RNA)能使Dnmt3基因表达沉默，蜂王的基因组甲基化程度低于工蜂的，请设计实验验证基因组的甲基化水平是决定雌蜂幼虫发育成工蜂还是蜂王的关键因素。实验思路：取多只生理状况相同的雌蜂幼虫，均分为A，B两组，A组不做处理，B组______________，其他条件相同且适宜，用花粉和花蜜饲喂一段时间后，观察并记录_____________________。实验预期结果：__________组幼虫发育成蜂王，另一组幼虫发育成工蜂。[解析]

(1)过程①是转录过程，根据碱基互补配对原则，以基因的β链为模板，合成的RNA的碱基序列顺序为CUUGCCAGC；过程②为翻译过程，发生在核糖体中，相比转录过程，翻译过程中特有的碱基配对方式是U—A。在细胞内，翻译是一个快速而高效的过程，通常一个mRNA分子上可相继结合多个核糖体，同时合成多条肽链，并且最终的产物相同，因此，少量的mRNA可以迅速合成大量的蛋白质。(2)分析题图可知，基因甲基化不改变基因的碱基序列，但会影响转录，从而影响基因的表达。(3)根据题干可知Dnmt3siRNA能抑制Dnmt3基因表达，进而降低基因的甲基化水平，据此取多只生理状况相同的雌蜂幼虫，均分为A、B两组，A组不作处理，B组注射适量的Dnmt3siRNA，其他条件相同且适宜，用花粉和花蜜饲喂一段时间后，观察并记录幼蜂发育情况。如果A组发育成工蜂，B组发育成蜂王，则能验证基因组的甲基化水平是决定雌蜂幼虫发育成工蜂还是蜂王的关键因素。[答案]

(1)β核糖体U—A一个mRNA分子可相继结合多个核糖体，同时合成多条肽链(2)不会(3)注射适量的Dnmt3siRNA幼蜂发育情况(幼虫发育成工蜂还是蜂王)

B(一)澄清概念1．判断下列说法的正误(1)人体肌细胞与幼红细胞中基因、mRNA、蛋白质均不同。

()提示：基因相同，mRNA和蛋白质不完全相同。[层级训练评价]×(2)胰岛B细胞有胰岛素基因而无抗体基因，能产生胰岛素而不能产生抗体。

()提示：人体的每个细胞的基因相同，表达有差异。(3)ATP合成酶基因在不同细胞中选择性表达。

()提示：ATP合成酶基因在不同细胞中都表达。(4)同卵双胞胎具有的微小差异与表观遗传有关。

()××√(二)落实知能2．下列关于细胞分化的叙述，错误的是(

)A．细胞分化的实质是基因的选择性表达B．细胞分化是生物个体发育的基础且贯穿于整个生命进程中C．人体某细胞中存在血红蛋白说明已经发生了细胞分化D．随着细胞分化的进行，细胞的全能性会逐渐丧失答案：D

解析：细胞分化会形成不同形态、结构、功能的细胞，实质是基因的选择性表达，A正确；细胞分化能产生多种多样的细胞，是生物个体发育的基础且贯穿于整个生命进程中，B正确；血红蛋白基因只在红细胞中才表达，因此存在血红蛋白的细胞为红细胞，该细胞已经发生分化，C正确；随细胞分化的进行，细胞的全能性降低，但没有丧失，D错误。3．DNA甲基化通常发生于DNA的CG序列密集区，DNA甲基化使DNA链发生高度紧密排列，导致RNA聚合酶无法与其结合，抑制了基因的表达。下列叙述错误的是(

)A．DNA甲基化能够影响基因的转录过程B．DNA甲基化导致的性状改变不可遗传C．发生DNA甲基化的基因碱基序列不变D．吸烟会使人的体细胞内DNA甲基化水平升高答案：B

解析：甲基化的基因不能与RNA聚合酶结合，故无法进行转录产生mRNA，也就无法进行翻译，最终无法合成相应蛋白，从而抑制了基因的表达，A正确；DNA甲基化导致的性状改变属于可遗传变异，B错误；DNA甲基化使DNA链发生高度紧密排列，不会改变基因的碱基序列，C正确；吸烟会使人的体细胞内DNA的甲基化水平升高，D正确。(三)迁移应用4．(2023·镇江测评)小鼠组织中的胰岛素样生长因子2(IGF－2)是一种单链多肽分子，对个体生长发育具有重要作用。图甲为Igf－2基因表达的有关示意图。当Igf－2突变为Igf－2m后会失去原有功能，产生矮小型小鼠。基因组印记是在生物界中普遍存在的，由亲本来源不同而导致等位基因表达差异的一种遗传现象，图乙为研究基因组印记的有关杂交实验。(1)Igf－2基因与Igf－2m基因的根本区别是_____________________________________。(2)过程①在生物学上称为______________，若对细胞中的尿嘧啶进行放射性标记，则图甲所示过程中具有放射性标记的物质或结构有__________________。(3)图甲中核糖体在mRNA上的移动方向是________________(填“从左向右”或“从右向左”)，一个RNA结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，其意义是_______________。(4)研究基因组印记发现，基因的碱基序列不变，但表达水平发生可遗传变化，这种现象称为__________。DNA甲基化是基因组印记重要的方式之一，甲基化在体细胞中会保持终生，形成配子时甲基化模式会重新设定。DNA没有甲基化时基因正常表达，发生甲基化时基因表达受到抑制。据此解释图乙正反交实验结果不同的原因___________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)Igf－2基因与Igf－2m基因的根本区别是DNA的碱基(脱氧核苷酸)序列不同。(2)过程①是以DNA为模板合成mRNA的过程，在生物学上称为转录，尿嘧啶是RNA特有的碱基，若对细胞中的尿嘧啶进行放射性标记，则图甲所示过程中具有放射性标记的物质或结构有mRNA、tRNA和rRNA(或mRNA、tRNA和核糖体)。(3)根据肽链长短可知图甲中核糖体在mRNA上的移动方向是从左向右，一个RNA结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，其意义是少量的mRNA可以迅速合成大量的蛋白质，提高了蛋白质合成的效率。(4)表观遗传是指基因的碱基序列不变，但表达水平发生可遗传变化的现象。在雄鼠的精母细胞中Igf－2基因或Igf－2m基因未甲基化，基因正常表达，在雌鼠的卵母细胞中Igf－2基因或Igf－2m基因被甲基化不能表达，故图乙正反交实验结果不同。答案：(1)DNA的碱基(脱氧核苷酸)序列不同(2)转录mRNA、tRNA和rRNA(或mRNA、tRNA和核糖体)

(3)从左向右少量的mRNA可以迅速合成大量的蛋白质，提高了蛋白质合成的效率(4)表观遗传在雄鼠的精母细胞中Igf－2基因或Igf－2m基因未甲基化，基因正常表达，在雌鼠的卵母细胞中Igf－2基因或Igf－2m基因被甲基化不能表达一、知识体系构建/课堂小结与随堂训练/二、关键语句必背1．基因能通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状。2．基因还能通过控制酶的合成控制代谢过程，进而间接控制生物性状。3．细胞分化的本质是基因选择性表达，细胞分化是多细胞生物个体发育的基础。4．表观遗传是指生物体基因的碱基序列保持不变，而表型发生可遗传变化的现象。5．基因组表观遗传修饰具有DNA甲基化和组蛋白修饰两种重要形式。6．基因并不决定一切，许多现象不能简单地用基因型决定表型的遗传学理论来解释，而更可能是DNA序列信息、表观遗传信息和环境信息之间相互作用，共同调控着生物的各种生命活动。三、素养好题训练1．(2022·浙江6月选考)“中心法则”反映了遗传信息的传递方向，其中某过程的示意图如下。下列叙述正确的是(

)A．催化该过程的酶为RNA聚合酶B．a链上任意3个碱基组成一个密码子C．b链的脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键相连D．该过程中遗传信息从DNA向RNA传递答案：C

解析：图示为逆转录过程，催化该过程的酶为逆转录酶，A错误；a(RNA)链上能决定一个氨基酸的3个相邻碱基，组成一个密码子，B错误；b为单链DNA，相邻的两个脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键连接，C正确；该过程为逆转录，遗传信息从RNA向DNA传递，D错误。2．(2023·苏州月考)红霉素、环丙沙星、利福平等抗菌药物能够抑制细菌生长，它们的抗菌机制如下表所示，结合如图中心法则进行分析，下列有关说法错误的是(

)抗菌药物抗菌机制环丙沙星抑制细菌DNA复制红霉素能与核糖体结合，抑制肽链的延伸利福平抑制细菌RNA聚合酶的活性A．环丙沙星抑制细菌的①过程，该过程需要DNA聚合酶B．红霉素抑制细菌的③过程，该过程遵循碱基互补配对原则C．利福平抑制细菌的①过程，该过程以核糖核苷酸为原料D．④⑤过程所需的原料不同，所需的酶也不同答案：C

解析：据图可知，①过程表示DNA复制，需要解旋酶和DNA聚合酶，因此环丙沙星抑制细菌的①过程，该过程需要DNA聚合酶，A正确；③过程表示翻译，存在tRNA和mRNA的碱基互补配对，B正确；细菌的①过程表示DNA复制，但利福平抑制细菌RNA聚合酶的活性，抑制的是转录，不能抑制细菌的①过程，C错误；④表示RNA复制，需要的原料是核糖核苷酸，所需的酶是RNA复制酶，⑤表示逆转录，需要的原料是脱氧核苷酸，所需的酶是逆转录酶，D正确。3．温度依赖型性别决定指的是生物性别由胚胎发育的孵化温度决定的现象，常见于龟、鳄鱼和蜥蜴等爬行动物。研究发现，这类生物中有一类去甲基化酶(Kdm6b)对性别决定基因(Dmrt1)的激活至关重要，能够引起雄性性腺分化，而高温环境则抑制Kdm6b的作用。下列有关叙述正确的是(

)A．乌龟的性别决定与环境有关，与基因无关B．可通过制作染色体组型图观察判断幼龟的性别C．全球气候变暖可能造成自然界一些乌龟种群中雌龟比例上升D．温度依赖型性别决定属于表观遗传现象，雄龟性腺细胞中Dmrt1基因因甲基化无法表达答案：C

解析：乌龟的性别决定受基因(Dmrt1)和环境(温度)共同控制，A错误；由于龟的性别受温度的影响，通过制作染色体组型图观察不能判断幼龟的性别，B错误；高温环境抑制Kdm6b的作用，雄性性腺分化受到抑制，可能造成自然界一些乌龟种群中雌龟比例上升，C正确；由题意“这类生物中有一类去甲基化酶(Kdm6b)对性别决定基因(Dmrt1)的激活至关重要，能够引起雄性性腺分化”可知，雄龟性腺细胞中Dmrt1基因已经去甲基化，D错误。4．[多选]黄色小鼠(AA)与黑色小鼠(aa)杂交，产生的F1(Aa)不同个体之间出现了不同体色。研究表明，不同体色