北京市西城区重点中学2019届高三生物高考一轮复习课 基因控制性状 学案 4页

基因对性状的控制学案 ‎【复习巩固】‎ ‎【深入学习】‎ ‎1.观察现象，提出问题 资料1：大肠杆菌可以直接利用葡萄糖，也可以通过合成β-半乳糖苷酶将乳糖分解为葡萄糖和半乳糖后加以利用。将大肠杆菌培养在含葡萄糖和乳糖的培养基中，测定其细胞总数及细胞内β-半乳糖苷酶的活性变化，结果如图所示。‎ 从结果可知，在对碳源的利用上，大肠杆菌优先利用_________；在_____________________‎ 情况下，大肠杆菌才开始利用乳糖。‎ ‎2.做出假设 资料2：乳糖的作用是诱导β-半乳糖苷酶的合成，还是将细胞内已存在的酶前体转化为有活性的酶？对此有两种假说。‎ 假说一：“适应”学说 在基因的控制下，细菌早已合成了无活性的β-半乳糖苷酶的前体；在培养基中加入的乳糖与该前体结合，导致酶的空间结构逐渐改变，有利于酶向活性形式转变，而这个过程需要经过一段足够长的时间。持此观点的代表人物是英国生理学家尤德金。‎ 假说二：“诱导”学说 ‎50年代，莫诺发现，一些物质（如IPTG）并不能被细菌利用，但是也具有诱导产生半乳糖苷酶的效果。这种现象暗示，细菌中的乳糖可能不直接和酶接触，初步说明“适应”学说在解释此现象上是错误的。‎ ‎3.演绎推理，实验验证 资料3：‎ 实验一：为进一步证明乳糖的作用是诱导新的β-半乳糖苷酶合成，而不是将细胞内已存在的酶前体转化为有活性的酶，科研人员设计了如下实验：‎ 将大肠杆菌放在含有35 s的培养基上培养多代，随后转向_________________培养基中培养，同时加入乳糖，分离、检测新合成的半乳糖苷酶。若这些酶________（有/无）放射性，则证明是诱导合成的。实验结果如人们所料，证明了酶是诱导合成的。‎ ‎ 实验二：能否更直观的看到乳糖的诱导作用呢？人们在大肠杆菌培养基中（不含葡萄糖）加入乳糖，一段时间后去掉乳糖，得到下列曲线。‎ 据图可知，基因对乳糖的响应是很灵敏的。乳糖作为信息分子，能够在短短几分钟内启动基因表达的_________过程，从而诱导生成半乳糖苷酶。‎ ‎4.探索本质 资料4：科学家提出“乳糖操纵子学说”解释有关现象。‎ 乳糖既是半乳糖苷酶的诱导物，又是半乳糖苷酶作用的底物，这会产生很多复杂的动力学问题，研究起来很不方便。‎ 人们找到两种有用的物质：X-gal （5-溴-4-氯-3-吲哚-β-D-半乳糖苷）是β–半乳糖苷酶的底物（无诱导作用），水解后呈蓝色；IPTG是乳糖的类似物，能和阻遏物结合，从而启动基因转录，合成半乳糖苷酶，但不能被半乳糖苷酶分解（“安慰诱导物”）。‎ 野生型大肠杆菌：没有IPTG时，不合成半乳糖苷酶（实际量定为1。这是因为阻遏蛋白和操纵基因的结合不是“牢不可破”的，偶尔也会掉下来，合成极微量的酶，称为“本底”水平）；有了IPTG时，合成大量的半乳糖苷酶（实际量定为1000）。‎ 现在有种大肠杆菌突变体：即使没有IPTG，也会产生大量的半乳糖苷酶。‎ ‎（1）推测造成该现象的原因是_______________基因突变。‎ ‎（2）在?处填写有关信息。（注：每个细胞中有5-10个阻遏蛋白，即有“富余”。表中“+”表示此基因正常，“-”表示此基因缺陷）‎ I:调节基因，编码阻遏蛋白 O:操纵基因，结合阻遏蛋白 Z:结构基因，编码半乳糖苷酶 组别 类型 无IPTG时产生的半乳糖苷酶量（理论相对量）‎ 有IPTG时产生的半乳糖苷酶量（理论相对量）‎ 第一组 野生型I+O+Z+‎ ‎1‎ ‎1000‎ 突变型I-O+Z+‎ ‎1000‎ ‎1000‎ ‎“二倍体”：‎ 野生型I+O+Z+‎ 突变型I-O+Z+‎ ‎?‎ ‎？‎ 第二组 野生型I+O+Z+‎ ‎1‎ ‎1000‎ 突变型I+O-Z+‎ ‎1000‎ ‎1000‎ ‎“二倍体”：‎ 野生型I+O+Z+‎ ‎？‎ ‎？‎ 突变型I+O-Z+‎ 课后拓展：‎ ‎1.阅读资料1：‎ 乳糖的诱导作用实际上是“脱阻遏作用”，即“负调控”。那么，有没有正调控呢？‎ 乳糖操纵子的转录和细胞内的环腺苷酸（cAMP）的含量有很大关系，cAMP含量越高，乳糖操纵子的转录越旺盛，这就是“正调控”。1965年，人们发现培养基中葡萄糖含量与大肠杆菌细胞内的cAMP含量成反比。葡萄糖对乳糖操纵子的影响如下图所示：‎ 我们再回过头来看大肠杆菌生长曲线。在曲线的第一部分，乳糖操纵子由于葡糖糖的存在而处于阻抑状态，当然，负控制体系也处于阻抑状态。在曲线第三部分，乳糖操纵子的负控制体系由于乳糖的被利用而脱阻抑（松开刹车），正控制体系则由于葡萄糖的耗尽而被诱导（踩下油门）。‎ ‎2.阅读资料2：思考：小RNA主要影响基因表达的什么环节？是促进还是抑制？‎ 科学研究表明，小分子RNA可以干扰细胞中某些基因的表达过程，从而导致基因“沉默”。2019年度诺贝尔生理学或医学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了这种RNA干扰现象。如图为小分子RNA干扰基因表达过程的示意图。‎ 人工合成的具特定序列的小分子RNA同样可用来阻断特定基因的表达，该技术可被用于基因治疗的研究，针对肿瘤、癌症、AIDS及一些遗传病等发挥作用。如：艾滋病病毒（HIV）能攻击人体免疫系统，特别是能够侵入T淋巴细胞，使用这种RNA干扰技术，可避免其对机体特异性免疫过程的破坏，使治疗该疾病的可行性大大增加。‎ ‎3.巩固练习：在?处填上有关数字。‎ 组别 类型 无IPTG时产生的半乳糖苷酶量 有IPTG时产生的半乳糖苷酶量 第三组 野生型I+O+Z+‎ ‎1‎ ‎1000‎ 突变型I+O-Z-‎ ‎0‎ ‎0‎ 二倍体：‎ 野生型I+O+Z+‎ 突变型I+O-Z-‎ ‎?‎ ‎1000‎ 第四组 二倍体：‎ 突变型I+O+Z-‎ 突变型I+O-Z+‎ ‎？‎ ‎1000‎ 第五组 二倍体：‎ 突变型I+O+Z-‎ 突变型I-O+Z+‎ ‎？‎ ‎？‎