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微专题四 基因表达调控
基因表达调控是生物体内基因表达的调节控制，使细胞中基因表达的过程在时间、空间
上处于有序状态，并对环境条件的变化作出反应的复杂过程。基因表达的调控可在多个层次
上进行，主要表现包括染色质水平、转录水平、转录后水平、翻译水平和翻译后水平的调控。
1．染色质水平上的调控
基因转录前染色质结构需要发生一系列重要变化，这是基因转录的前提，真核生物的 DNA
与组蛋白和一些非组蛋白构成染色质结构，染色质又分为常染色质和异染色质。DNA呈现
不同凝聚状态的染色质结构，表现出不同的基因表达活性状态。常染色质结构比较松散，
DNA局部序列暴露，基因表达处于活性状态。异染色质结构高度致密，DNA被组蛋白结合，
染色质的基因表达活性处于阻遏状态。
典例1 组蛋白是构成真核生物染色体的基本结构蛋白。用聚丙烯酰胺凝胶电泳可以区分5
种不同的组蛋白：H1、H2A、H2B、H3和H4。研究发现，核心组蛋白的肽链末端受到多种
化学修饰的调控，比如H4末端Lys8(Lys代表赖氨酸)和Lys16的双乙酰化能够招募转录相关
蛋白，促进基因表达；而H3的N末端Lys9的甲基化会促进DNA包装蛋白的结合，压缩染
色质结构，抑制基因表达。下列相关叙述中，正确的是( )
A．大肠杆菌中没有染色体结构，其拟核中的DNA从不与任何蛋白质结合
B．RNA聚合酶能识别DNA上的起始密码子并与之结合，启动基因的转录
C．猪的成熟红细胞在衰老时，控制其凋亡的基因开始表达产生相关蛋白
D．特定的修饰状态可以决定组蛋白的活性，从而决定基因的表达与沉默
2．转录水平上的调控
该调控是最主要的基因调控方式。转录调控是指以 DNA为模板合成RNA的调控，所有的
细胞都具有大量序列特异的DNA结合蛋白，这些蛋白能准确地识别并结合到特异的 DNA
序列，在转录水平上起着开关的作用。该调控重点是在特定组织或细胞中、在特定的生长发
育阶段、在特定的机体内外条件下，选择特定基因进行转录表达。
典例2 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
和半乳糖加以利用。如图是大肠杆菌乳糖代谢基因在转录水平上受到调控的模型。下列说法
不正确的是( )A．阻遏蛋白与操纵基因结合会抑制结构基因的转录
B．基因lacZ、lacY、lacA共用一套启动子和终止子
C．图示的2个mRNA都有1个起始密码子和1个终止密码子
D．葡萄糖耗尽时β半乳糖苷酶基因被诱导表达，这种调节可以减少物质和能量的浪费
3．转录后水平上的调控
转录后调控，这是指基因转录起始后对转录产物进行的一系列修饰、加工等调控行为，主要
包括提前终止转录过程，对mRNA前体进行加工剪切，mRNA通过核孔和在细胞质内定位
等。
典例3 真核生物的基因中含有外显子和内含子。细胞核内刚刚转录而来的 RNA为前体
mRNA，前体mRNA中的内含子在RNA自身以及其他蛋白复合物的作用下被剪切，形成
mRNA运出细胞核。如图为前体mRNA的剪切示意图，下列相关叙述正确的是( )
A．图中的a、c分别为启动子和终止子转录部分
B．前体mRNA能与核糖体直接结合进行翻译过程
C．蛋白质复合物具有识别特定核糖核苷酸序列的功能
D．前体mRNA加工形成mRNA的过程发生在细胞质基质中
4．翻译水平上的调控
这是基因表达调控的重要环节。翻译的速率和细胞生长的速度之间是密切协调的。在肽链合
成的起始、延伸和终止三个阶段中，对翻译起始速率的调控是最重要的，而在翻译的延伸和
终止阶段也存在着调控因素。
典例4 miRNA是miRNA前体经过加工之后的一类非编码的具有调控功能的小 RNA分子
(18～25个核苷酸)，它含有一段能够自我配对形成“茎环”结构的序列(如图所示)。某
miRNA能抑制W基因控制的蛋白质(W蛋白)的合成，如图是某真核细胞内形成该miRNA
及其发挥作用的过程示意图。下列叙述错误的是( )
A．miRNA前体是单链RNA分子，且含有氢键
B．miRNA与W基因mRNA结合遵循碱基互补配对原则，即A与U、C与G配对
C．在细胞质加工miRNA使其茎环消失可能与磷酸二酯键的断裂有关
D．miRNA抑制W蛋白的合成是通过miRNA直接与W基因合成的mRNA结合所致
5．翻译后水平的调控(蛋白质活性的调节)该调控主要是控制多肽链的加工和折叠，以产生不同功能活性的蛋白质。来自mRNA的遗
传信息翻译成蛋白质后，这些蛋白质如何活化并发挥其生物学功能，涉及蛋白质合成后的加
工问题。翻译后的加工实际上也具有对基因表达的调控作用。蛋白质的定向与分拣应该是准
确无误的，否则细胞的正常生理功能将会出现异常。
典例5 果蝇细胞中含有调控“生物钟”的per基因，表达产物为PER蛋白，PER蛋白在白
天会被降解，而到晚上PER蛋白与TIM蛋白绑定后被运输到细胞核中积累，从而抑制per
基因的表达。通过这样的机制，PER蛋白持续而周期性地调控着果蝇的“生物钟”。据图
分析，下列有关叙述正确的是( )
A．图中mRNA从右向左在核糖体中移动
B．per基因能持续地进行复制、转录、翻译以补充被降解的PER蛋白
C．果蝇“生物钟”的调节过程体现了per基因与基因产物之间的相互作用
D．PER－TIM蛋白复合物对per基因表达的调控属于翻译水平的调控
方法总结 (1)识图：对题干中出现的图形认真分析，并找出与教材知识及已有知识之间的
联系。仔细辨别DNA复制、转录、翻译的图解，回忆有关过程的结构、场所与条件等。
(2)译图：比较熟练地把图形信息转化为文字或数据信息，或把文字、数据信息转化为图形
信息，从而得出正确结论。
(3)挖掘：注意挖掘隐含条件。隐含条件往往是容易忽视的内容，也是造成解题失误的原因
之一。只有捕捉到信息，才能处理信息，从而运用正确的信息解决问题。
对位训练
1．miRNA是一类由基因编码的，长约22个核苷酸的单链RNA分子。在线虫中，Lin－4基
因的转录产物经加工后形成miRNA－miRNA*双链，其中 miRNA与Lin－14 mRNA部分配
对，使其翻译受阻，进而调控幼虫的正常发育模式。Lin－4 miRNA的形成过程及其对Lin
－14基因的调控如图所示。下列有关叙述正确的是( )A．转录miRNA的模板链碱基序列与miRNA*的碱基序列相同
B．用抗原－抗体杂交技术可检测到线虫内Lin－4基因表达的蛋白质
C．图中过程①、过程②分别需要 RNA 聚合酶、限制性内切核酸酶
D．Lin－4基因调控Lin－14基因选择性表达的结果是Lin－14基因翻译水平降低
2．如图表示真核生物在不同水平上对基因的表达进行了调控，基因2转录生成的起始转录
物中1、2、3、4部分重新连接后再出核孔，下列相关叙述错误的是( )
A．同种基因控制合成的蛋白质可能不止一种
B．不同水平的调控使真核生物细胞功能复杂化
C．转录的启动取决于基因上启动部位与RNA聚合酶是否碱基互补配对
D．据图推测，加工后的mRNA可能不翻译，同一mRNA翻译的新生多肽链只有1种
3．在遗传信息的表达过程中，蛋白质与核酸的合成相依赖。在生命起源之初，究竟是先有
核酸还是先有蛋白质，科学家提出了以下假说：最早出现的生物大分子很可能是 RNA，它
兼具了DNA和蛋白质的功能，既可以像DNA一样储存遗传信息，又可以像蛋白质一样催
化反应，DNA和蛋白质则是进化的产物。下列事实不支持该假说的是( )
A．构成核糖体的rRNA具有催化肽键形成的功能
B．细胞核内的DNA必须有RNA作为引物才能完成复制
C．mRNA是在RNA聚合酶的催化下以DNA的一条链为模板转录形成的
D．四膜虫rRNA的前体物能在没有蛋白质参与下进行自我加工、剪切
4．(2023·江苏泰州中学高三开学考试)果蝇的昼夜节律与PER蛋白浓度的变化有关。如图表
示PER蛋白作用的部分过程。下列相关叙述正确的是( )A．PER蛋白可反馈抑制Per基因的转录
B．per mRNA的合成过程在细胞核外发生
C．PER蛋白与TIM蛋白结合后穿过核膜进入细胞核
D．一个per mRNA分子上可结合多个核糖体同时进行多条不同肽链的合成
5．(2023·海南海口高三模拟)研究发现，当细胞中缺乏氨基酸时，负载tRNA(携带氨基酸的
tRNA)会转化为空载tRNA(没有携带氨基酸的tRNA)参与基因表达的调控。图示为缺乏氨基
酸时，tRNA调控基因表达的相关过程，图中的①②③④表示过程，a、b、c、d表示合成的
多肽链。利用该图作用的机理分析饥饿疗法治疗癌症的方法和原理(饥饿疗法是指通过微导
管向肿瘤供血动脉内注入栓塞剂，阻断肿瘤的血液供应，使肿瘤细胞缺血、缺氧死亡)，回
答相关问题：
(1)癌细胞被称为不死细胞，能够进行无限增殖，在增殖过程中需要不断合成需要的蛋白质，
DNA 控制合成蛋白质的过程包括__________(填数字编号)，参与此过程的 RNA 有
_______________________________________________________________________________。
(2)完成过程需要的物质是从细胞质进入细胞核的，它们是_____________________________。
(3)根据图中多肽合成的过程，判断核糖体的移动方向为________________(填“从左向右”
或“从右向左”)，多肽链a、b、c、d上的氨基酸序列________(填“相同”或“不同”)。
从 图 可 知 合 成 蛋 白 质 的 速 度 非 常 快 的 原 因 是
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(4)结合饥饿疗法治疗癌症的方法，利用如图展示的调控过程，从两个方面说明如何通过抑
制 蛋 白 质 的 合 成 ， 来 控 制 癌 细 胞 的 分 裂 ：
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