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第 4 章 基因的表达
第 1 节 基因指导蛋白质的合成
1.P 问题探讨：美国科幻电影《侏罗纪公园》曾轰动一时。影片围绕着虚构的“侏罗纪公园”，展现了丰
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富而新奇的科学幻想:各种各祥的恐龙飞奔跳跃、相互争斗，而这些复活的恐龙是科学家利用提取的恐龙
DNA还原而来的。讨论：
从原理上分析，利用已灭绝生物的DNA,真的能够使它们复活吗?
提示:“问题探讨” 意在引导学生思考DNA在生物体内有哪些作用，又是如何发挥作用的。一种生物的整
套DNA中储存着该种生物生长、发育等生命活动所需的全部遗传信息，也可以说是构建生物体的蓝图。
但是，从DNA到具有各种性状的生物体，需要通过极其复杂的基因表达及调控过程才能实现。因此，在
可预见的将来，利用DNA来使灭绝的生物复活仍是难以做到的。
2.P 思考•讨论：遗传信息的转录过程
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（1）转录与DNA复制有什么共同之处?这对保证遗传信息的准确转录有什么意义?
提示:可以从所需条件、过程中的具体步骤所表现出的规律等角度分析。例如，转录与复制都需要模板、都
遵循碱基互补配对原则等。其中，碱基互补配对原则能够保证遗传信息传递的准确性。
（2）与DNA复制相此，转录所需要的原料和酶各有什么不同?
提示:DNA复制所需要的原料是4种游离的脱氧核苷酸，所需要的酶是解旋酶和 DNA聚合酶;转录所需要
的原料是4种游离的核糖核苷酸，所需要的酶是RNA聚合酶。
（3）转录咸的RNA的碱基序列，与DNA两条单链的碱基序列各有哪些异同?
提示:转录时，游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对。因此，转录成的RNA的碱基与DNA
模板链的碱基是互补配对的关系。该RNA的碱基序列与DNA另一条链(非模板链)的碱基序列的区别是
RNA链上的碱基U，对应在非模板链上的碱基是T。
3.P 思考•讨论：分析密码子的特点
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（1）从密码子表可以看出，像苯丙氨酸、亮氨酸这样，绝大多数氨基酸都有几个密码子，这一现象称作
密码子的简并。你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义?
提示:这是一-道开放性问题，旨在促进学生积极思考，不必对答案作统一要求。可以从增强密码子容错性
的角度来解释，当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸;也
可以从密码子的使用频率来考虑，当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码同一种氨基酸可
以保证翻译的速度。
（2）几乎所有的生物体都共用上述密码子。根据这一事实，你能想到什么?提示:这是一道开放性问题，答案并不唯一，旨在培养学生的发散性思维。根据这一事实能想到地球上几乎
所有的生物都共用一套遗传密码，说明当今生物可能有着共同的起源，或生命在本质上是统一的，等等。
4.P 练习与应用
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一、概念检测。
1.基因的表达包括遗传信息的转录和翻译两个过程。判断下列相关表述是否正确。
(1)DNA转录形成的mRNA,与母链碱基的组成、排列顺序都是相同的。(×)
(2)一个密码子只能对应一种氨基酸，一种氨基酸必然有多个密码子。(×)
2.密码子决定了蛋白质的氨基酸种类以及翻译的起始和终止。密码子是指(D)
A.基因上3个相邻的碱基 B.DNA上3个相邻的碱基 C. tRNA上3个相邻的碱基 D. mRNA上3个相
邻的碱基
二、拓展应用
红霉索、环丙沙星、利福平等抗菌药物能够抑制细菌的生长，它们的抗菌机制如下表所示，请结合本节内
容说明这些抗菌药物可用于治疗疾病的道理。
提示：题中的三种抗生素都是通过阻止遗传信息的传递和表达，来干扰细菌蛋白质的合成，进而抑制细菌
生长的。具体而言，红霉素影响翻译过程，环丙沙星影响复制过程，利福平影响转录过程。
第 2 节 基因表达与性状的关系
1.P 问题探讨：同一株水毛莨，裸露在空气中的叶和浸在水中的叶，表现出了两种不同的形态。讨论：
71（1）这两种形态的叶，其细胞的基因组成一样吗?
提示：这两种形态的叶，其细胞的基因组成是一样的。
（2）这两种叶形的差异，可能是由什么因素引起的?
提示:这两种叶形的差异，可能是由叶片所处的环境因素引起的。
2.P 思考•讨论：分析不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果
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（1）这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别?
提示:3种基因转录的mRNA分别出现在3种细胞中，表明每种细胞只合成3种蛋白质中的一-种。因此，
这3种细胞中合成的蛋白质种类不完全相同，虽然有些蛋白质在所有的细胞中都合成，但也有--些特定功
能的蛋白质只在特定的细胞中合成。
（2）3种细胞中的DNA都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰岛素基因，但只检测到其中一种基因的
mRNA,这一亭实说明了什么?
提示：这一事实说明，细胞中并不是所有的基因都表达，基因的表达存在选择性。
3.P 思考•讨论2：柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传
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资料1：柳穿鱼花的形态结构与Lcyc基因的表达直接相关。上图所示的两株柳穿鱼，它们体内 Lcyc基因
的序列相同，只是植株A的Lcyc基因在开花时表达，植株B的Lcye基因不表达。研究表明，植株B的
Lcyc基因不表达的原因是它被高度甲基化( Lcyc基因有多个碱基连接甲基基团)了。
科学家将这两个植株作为亲本进行杂交，F的花与植株A的相似，F自交的F2中绝大部分植株的花与植株
A的相似，少部分植株的花与植株B的相似。
资料2：某种实验小鼠的毛色受 -对等位基因A"和a的控制，A"为显性基因，表现为黄色体毛，a为隐性
基因，表现为黑色体毛。将纯种黄色体毛的小鼠与纯种黑色体毛的小鼠杂交，子一代小鼠的基因型都是
A"a,却表现出不同的毛色:介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型。
研究表明，在A"基因的前端(或称手“上游”) 有一段特殊的碱基序列决定着该基因的表达水平， 这段碱
基序列具有多个可发手生DNA甲基化修饰的位点。当这些位点没有甲基化时，A"基因正常表达，小鼠表
现.为黄色; 当这些位点甲基化后，A"基因的表达就受到抑制。这段碱基序列的甲基化程度越高，AD 基因的表达受到的抑制越明显，」小鼠体 毛的颜色就越深。
（1）上述资料中，柳穿鱼和小鼠性状改变的原因是什么?
提示：柳穿鱼花的形态改变是因为Lcyc基因的部分碱基被高度甲基化，小鼠毛色的改变是因为A"y基因
前端有一段影响AvY基因表达的特殊的碱基序列甲基化。发生在基因或基因前端的甲基化修饰均导致相关
基因的表达受到抑制，进而影响性状。
（2）分析资料1, F₁的花为什么与植株A的相似?在F₂中，为什么有些植株的花与植株B的相似?
提示：F₁植株同时含有来自植株A和植株B的Lcyc基因。植株A的Lcyc基因能够表达，表现为显性;植
株B的Lcyc基因由于部分碱基被甲基化，基因表达受到抑制，表现为隐性。因此，同时含有这两个基因
的F₁中，F₁的花与植株A的相似。F₁自交后，F₂中有少部分植株含有两个来自植株B的Lcyc基因，由于
该基因的部分碱基被甲基化，基因表达受到抑制，因此，这部分植株的花与植株B的相似。
（3）资料1和资料2展示的遗传现象有什么共同点?这对你认识基因和性状的关系有什么启示?
提示：资料1和资料2展示的遗传现象都表现为基因的碱基序列保持不变，但部分碱基发生了甲基化修饰，
抑制了基因的表达，进而对表型产生影响。这种DNA甲基化修饰可以遗传给后代，使后代出现同样的表
型。
基因的碱基序列保持不变，性状发生改变，这表明基因与性状的关系并不是简单的一对应的关系，基因的
表达受到很多因素的影响，体现了基因与性状之间关系的复杂性。
4.P 批判性思维：你如何评价基因决定生物体的性状这一观点?
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提示:此问题旨在引导学生客观全面地评价基因决定生物体的性状的观点，性状的形成往往是内因(基因)与
外因(环境)相互作用的结果，并且环境能够通过对基因或染色体上其他成分的修饰，调控基因的表达进而
影响性状。
5.P 思维训练：遗传学家曾做过这样的实验:果蝇幼虫正常的培养温度为25℃，将刚孵化的残翅果蝇幼虫
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放在31℃的环境中培养，得到了一些翅长接近正常的果蝇成虫，这些翅长接近正常的果蝇在正常环境温度
下产生的后代仍然是残翅果蝇。
请针对高温培养残翅果蝇幼虫得到翅长接近正常的果蝇成虫的原因提出假说，进行解释。（翅的发育是否经过酶催化的反应?酶与基因的关系是怎样的?酶与温度的关系是怎样的?）
提示:果蝇翅的发育需要经过酶催化的反应，而酶是在基因控制下合成的，酶的活性受温度、pH 等条件的
影响。有些同学可能会在表观遗传方面思考，教师应提醒学生表观遗传是能够遗传的，而此段文字中表述
的现象并未发生遗传。
6.P 练习与应用
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一、概念检测
1.个体的性状和细胞的分化都取决于基因的表达及其调控。判断下列相关表述是否正确。
(1)基因与性状之间是一对应的关系。 (×)
(2)细胞分化产生不同类型的细胞，是因为不同类型的细胞内基因的表达存在差异。(√)
2.我国科学家将含有人凝血因子基因的DNA片段注射到羊的受精卵中，由该受精卵发育而成的羊，分泌的
乳汁中含有人的凝血因子，可治疗血友病。下列叙述错误的是(C)
A.这项研究说明人和羊共用一套遗传密码 B.该羊的乳腺细胞中含有人的凝血因子基因
C.该羊分泌的乳汁中含有人的凝血因子基因 D.该羊的后代也可能含有人的凝血因子基因
二、拓展应用
1.有人说，“基因是导演，蛋白质是演员，性状是演员的表演作品。”你认为这种说法有道理吗?为什么?
请你整理总结基因、蛋白质和性状三者之间的关系。
提示：这种说法有一定的道理。基因通常是有遗传效应的DNA片段，DNA上特定的碱基排列顺序，蕴含
着一定的遗传信息，可类比成组织者(导演)，负责整部作品的呈现；蛋白质是生命活动的主要承担者，具
体参与细胞的各项生命活动，可类比成执行者(演员)；而性状则是生物体表现出来的形态结构、生理和行
为等特征的总和，主要是由蛋白质参与完成的，可类比成呈现方式(作品)。当然，打比方总会有比得不合
理之处，因此，只能说有一定的道理。三者之间的关系是：基因通过控制蛋白质的合成控制生物体的性状。
2.孟德尔通过豌豆杂交实验发现了分离定律和自由组合定律，然而，与他同时代的一些生物学家利用某些
植物做一些性状的杂交实验时，并没有得出3:1和9:3:3: 1的数量比;孟德尔用山柳菊也未得到与豌豆杂交实
验相同的结果。请回答下列问题。(1)为什么利用这些植物进行某些性状的杂交实验时，难以得出 3:1和9:3:3:1的数量比?请运用所学知识对
可能的原因作出推测。
提示：第一，基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系，存在多对基因控制对性状和一对基因控制
多对性状的情形；第二，核基因在染色体上呈线性排列，因此这些基因有可能位于同源染色体上，导致这
些基因控制的性状不遵循自由组合定律；第三，某些植物进行无性生殖，性状传递也不遵循孟德尔遗传规
律；第四，个别性状可能是细胞质基因控制或与母本提供的细胞质成分有关。
(2)你怎样看待科学实验的可重复性?
提示：科学实验必须是可重复的，只有这样才能说明实验的现象和结果是一种必然规律，而不是偶然发生
的。科学实验的可重复性包括两方面：第一，实验样本量足够大，在相同实验条件下要有足够的重复观察
次数；第二，任何实验结果的可靠性应经得起独立重复实验的考验，重复实验是检查实验结果可靠性的唯
一方法。由于生物多样性的存在，不同生物的背景条件隐蔽且不一致(如山柳菊以无性生殖为主)，导致生
命世界的很多现象具有独特性，不能用统一的定律解释。因此，生命科学实验的可重复性是有一定前提和
条件限制的。
3.某种猫的雄性个体有两种毛色:黄色和黑色;而雌性个体有三种毛色:黄色、黑色、黑黄相间。分析这种猫
的基因，发现控制毛色的基因是位于X染色体上的一对等位基因: ……请查找资料，寻找答案。
提示：这是一道开放性问题，意图是让学生学会查阅资料，不要求学生给出标准答案。资料显示:哺乳动物
雌雄个体的体细胞中虽然 x 染色体数量不同，但 X 染色体上的基因所表达的蛋白质的量是平衡的，这个
过程称为剂量补偿。雌猫比雄猫多出 1 条 X 染色体，由于剂量补偿效应，在胚胎初期，细胞中的 1 条
X染色体就会随机发生固缩失活，形成巴氏小体，而且发生染色体失活的细胞通过有丝分裂产生的子细胞
也保留相同的染色体失活状态。对于基因型为 X B X〇 的雌猫，如果体细胞中携带黑毛基因 B 的 X 染
色体失活，X B 就不能表达，而另一条X 染色体上的 X〇 表达，那么由该细胞增殖而来的皮肤上会长出
黄色体毛;同理，如果体细胞中携带黄毛基因 O 的 X 染色体失活，则 X〇 不表达，X B 表达，由该细胞
增殖而来的皮肤上就会长出黑色体毛。因此，基因型为 X B X〇 的雌猫会呈现黑黄相间的毛色。
7.P 复习与提高
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一、选择题
1.已知一段双链DNA中，鸟嘌呤所占的比例为20%，由这段DNA转录出来的mRNA中，胞嘧啶的比例是
(D )
A.10% B.20% C.40% D.无法确定
2.一条肽链有500个氨基酸，则作为合成该肽链模板的mRNA和用来转录mRNA的DNA的碱基至少有(D)
A.500个和1000个 B.1000个和2 000个 C.1500个和1500个 D.1500个和3000个
3.基因指导蛋白质合成的过程包括转录和翻译，下列相关叙述错误的是(C)
A.转录和翻译都遵循碱基互补配对原则
B.转录以核糖核苷酸为原料，翻译以氨基酸为原料
C.遗传信息既可以从DNA流向蛋白质，也可以从蛋白质流向DNA
D.在真核细胞中，染色体上基因的转录和翻译是在细胞内的不同区室中进行的
4.基于对基因与生物体性状关系的理解，判断下列表述正确的是(A)
A.生物体的性状主要是由基因决定的 B.每种性状都是由一个特定的基因决定的
C.基因都是通过控制酶的合成来控制性状的 D.基因的碱基序列相同，该基因决定的性状一定相同
5.人体的神经细胞和肌细胞的形态、结构和功能不同，是因为这两种细胞内(C)
A.tRNA不同 B.rRNA不同 C.mRNA不同 D.DNA上的遗传信息不同
二、非选择题
1.我国科学家发现在体外实验条件下，某两种蛋白质可以形成含铁的杆状多聚体，这种多聚体能识别外界
磁场并自动顺应磁场方向排列。编码这两种蛋白质的基因，在家鸽的视网膜中共同表达。请回答下列问题。
(1)家鸽视网膜细胞表达这两种蛋白质的基本过程是
。
提示：在视网膜细胞的细胞核中，编码这两种蛋白质的基因分别转录出相应的 mRNA，mRNA 通过核孔
进人细胞质，在核糖体上翻译出蛋白质。
(2)家鸽的所有细胞是否都含有这两个基因并进行表达 (答“是”或“否")， 判断的理由是
。
提示：否。家鸽的所有细胞均由受精卵发育而来，因此所有的细胞都含有这两个基因，但这两个基因只在
部分细胞(如视网膜细胞)中特异性表达，不会在所有细胞中都表达。
(3)如果这两个基因失去功能，家鸽的行为可能发生的变化是 。。要验证
你的推测，请设计实验来验证，写出你的实验思路:
提示：无法合成有功能的含铁的杆状蛋白质多聚体，可能导致家鸽无法“导航”，失去方向感。以 A、B
分别代表编码这两种蛋白质的基因。先设法去除家鸽的这两个基因(基因敲除)，组别为①去除A 基因，②
去除 B 基因，③同时去除 A 基因和 B 基因，④不去除基因的家鸽(对照组); 分别测定 4 组家鸽视网膜
细胞中是否有含铁的杆状蛋白质多聚体，如果有，进一步测定含量; 然后在同条件下放飞 4 组家鸽，观察它们的定向运动能力;实验要重复多次，确保可重复性。
本题训练学生设计实验的能力，设计时要注意对照原则、可重复原则等;实验设计思路也并非只有参考答案
提供的一种方式，只要能让这两种蛋白质失去功能，并能检测性状的变化，就可以验证推测的正确性。
2.在人群中，有多种遗传病是由苯丙氨酸的代谢缺陷所致。人体内苯丙氨酸的代谢途径如下图所示。请回
答下列问题。
(1)哪种酶的缺乏会导致人患白化病?尿黑酸在人体内积累会使
人的尿液中含有尿黑酸，这种尿液暴露在空气中会变成黑色，
这是尿黑酸症的普遍表现。请分析缺乏哪种酶会使人患尿黑酸
症。
提示：缺乏酶⑤，会使人患白化病;缺乏酶③，会使人患尿黑酸症。
（2）从这个例子可以看出，基因、营养物质的代谢途径和遗传病这三者之间有什么关系?
提示:由这个例子可以看出，白化病等遗传病是由某些缺陷基因所引起的，这些基因的表达产物可能是参与
营养物质代谢途径的重要的酶。基因可以通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状。
(3)苯丙酮尿症表现为苯丙氨酸的代谢产物之-一苯丙酮酸积累，并从尿中大量排出，而苯丙酮酸在脑中积
累可阻碍脑的发育，造成智力低下。从2009年起，我国政府启动了苯丙酮尿症患儿特殊奶粉补助项目，这
种特殊奶粉不含苯丙氨酸。启动这个项目的意义是什么?
提示：为贫困苯丙酮尿症患儿免费提供无苯丙氨酸配方奶粉，帮助他们解决特殊食物问题。不仅使苯丙酮
尿症患儿得到救助，还推动了社会对苯丙酮尿症及其他罕见病群体的关注。这些政策是党和政府对国民健
康状况的关怀，彰显了我国社会主义制度的优越性。
