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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
答案 D
解析 大肠杆菌属于原核生物，其细胞中不含染色体结构，但其DNA 在复制时可与蛋白质
结合，如DNA 聚合酶，A 错误；RNA 聚合酶能识别DNA 上的启动子并与之结合，启动基
因的转录，B 错误；猪的成熟红细胞没有细胞核和细胞器，不含基因，因此其在衰老时不会
发生基因表达，C 错误；根据题干信息可知，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，D 正确。
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( )
1
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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
答案 C
解析 阻遏蛋白与操纵基因结合会导致启动子无法启动转录，从而抑制结构基因的转录，A
正确；葡萄糖耗尽时β-半乳糖苷酶基因被诱导表达，从而将乳糖分解为葡萄糖和半乳糖加
以利用，这种调节可以减少物质和能量的浪费，D 正确。
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
答案 C
解析 启动子和终止子为基因上的调控序列，不能转录出相应的前体mRNA，A 错误；前
体mRNA 需要经过加工形成mRNA，才能与核糖体结合进行翻译过程，B 错误；蛋白质复
合物具有识别特定核糖核苷酸序列的功能，进而剪切前体mRNA，C 正确；前体mRNA 加
工形成mRNA 的过程发生在细胞核中，形成的mRNA 运出细胞核进入细胞质基质中，D 错
2
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误。
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
答案 D
解析 miRNA 前体中含有茎环结构，故其中含有氢键，A 正确；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，B 正确；在细胞质加工miRNA 使其
茎环消失可能是切断了一段核苷酸链，与磷酸二酯键的断裂有关，C 正确；miRNA 抑制W
蛋白的合成，是通过单链miRNA 与蛋白质结合形成的miRNA 蛋白复合物直接与W 基因的
mRNA 结合，从而阻断其翻译所致，D 错误。
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( )
3
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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
答案 C
解析 翻译过程中是核糖体沿mRNA 移动，A 错误；per 基因通过转录、翻译以补充被降解
的PER 蛋白，不涉及per 基因的复制，B 错误；该过程体现了per 基因与基因产物之间的相
互作用，C 正确；PER－TIM 蛋白复合物对per 基因表达的调控属于转录水平的调控，D 错
误。
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
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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
答案 D
解析 图示为线虫细胞中Lin－4 miRNA 调控基因Lin－14 表达的相关作用机制。图中①表
示转录过程；②表示miRNA 前体1 经过加工形成miRNA 前体2 的过程。miRNA 与Lin－14
mRNA 部分配对，使其翻译受阻。转录miRNA 的模板链碱基序列与miRNA*的碱基序列可
以发生碱基互补配对，而不是相同，A 错误；据图可知，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，说明
Lin－4 基因属于调控基因，并没有形成蛋白质，故不能用抗原－抗体杂交技术检测到线虫
内Lin－4 基因表达的蛋白质，B 错误；图中过程①为转录，需要RNA 聚合酶催化，过程②
为miRNA 前体1 经过加工形成miRNA 前体2，需要剪切RNA 的RNA 剪切酶催化，而限制
性内切核酸酶识别的是DNA 的特定序列，是对DNA 的特定部位进行剪切，C 错误。
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
答案 C
解析 基因2 转录生成的起始转录物中，1、2、3 连接在一起，形成一个mRNA,1、2、4 连
接在一起，形成另一个mRNA，即一个基因转录形成的mRNA 不止一种，这属于转录水平
的调控，mRNA 从核孔进入细胞质，有的和抑制子结合不能翻译，有的能够完成翻译过程，
这属于翻译水平的调控，根据上述分析，一个基因，转录形成的mRNA 不止一种，控制合
成的蛋白质可能不止一种，A 正确；图中体现了转录水平的调控和翻译水平的调控，不同水
平的调控使真核生物细胞功能复杂化，B 正确；RNA 聚合酶是蛋白质，没有碱基，C 错误。
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( )
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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
答案 C
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
答案 A
解析 因为per mRNA 存在于细胞核内，因此其合成只能发生在细胞核内，B 错误；PER 蛋
白与TIM 蛋白结合后穿过核孔进入细胞核，C 错误；据图可知，在合成蛋白质时，多个核
糖体可以相继结合到per mRNA 分子上，形成多聚核糖体，这样可以同时进行多条相同肽链
的合成，提高蛋白质的翻译效率，D 错误。
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：
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(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
_____________________________________________
_______________________________________________________________________________
。
(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
：
_____________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
。
答案 (1)①② mRNA、tRNA、rRNA (2)核糖核苷酸、RNA 聚合酶、ATP (3)从右向左 相
同 一个mRNA 分子上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，因此，少量的
mRNA 分子就可以迅速合成大量的蛋白质 (4)缺少氨基酸会使负载tRNA(携带氨基酸的RNA)
转化为空载tRNA，空载tRNA 通过抑制DNA 的转录和激活蛋白激酶抑制蛋白质合成，减少蛋
白质的含量，影响细胞的分裂
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