高三復(fù)習(xí)學(xué)程基因的本質(zhì)與表達

高三生物大單元整體學(xué)習(xí)學(xué)程第六單元基因的本質(zhì)與表達班級：__________小組：__________姓名：__________基因的本質(zhì)和表達——探討遺傳信息的傳遞和表達一、單元概述生物的性狀是由遺傳信息控制的，遺傳信息主要編碼在DNA分子上。本單元主要內(nèi)容包括DNA是主要遺傳物質(zhì)的探索、DNA的結(jié)構(gòu)及復(fù)制、基因的本質(zhì)、基因的表達、基因表達與生物性狀的關(guān)系等，是基因的本質(zhì)和功能的探索，是遺傳的分子學(xué)基礎(chǔ)。通過本單元的學(xué)習(xí)能夠闡明遺傳信息流動的一般規(guī)律，認(rèn)同生命是物質(zhì)、能量和信息的統(tǒng)一體，通過基因表達產(chǎn)物及環(huán)境對生物性狀的影響實例，說明基因與性狀之間關(guān)系的復(fù)雜性?；诳茖W(xué)家對基因本質(zhì)和功能的探索歷程，認(rèn)同科學(xué)探究需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评磉^程和求真的科學(xué)精神，是不斷深化的過程。研究遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)及表達過程的干預(yù)對指導(dǎo)生產(chǎn)實踐有重要意義。二、單元要素（一）單元內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)概念3遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳3.1親代傳遞給子代的遺傳信息主要編碼在DNA分子上。3.1.1概述多數(shù)生物的基因是DNA分子的功能片段，有些病毒的基因在RNA分子上3.1.2概述DNA分子時由四種脫氧核苷酸構(gòu)成，通常由兩條堿基互補配對的反向平行長鏈形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，堿基的排列順序編碼了遺傳信息。3.1.3概述DNA分子通過半保留方式進行復(fù)制3.1.4概述DNA分子上的遺傳信息通過RNA指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，細胞分化的本質(zhì)是基因選擇性表達的結(jié)果，生物的性狀主要通過蛋白質(zhì)表現(xiàn)3.1.5概述某些基因中堿基序列不變但表型改變的表觀遺傳現(xiàn)象。（二）基因的本質(zhì)與表達是遺傳的分子基礎(chǔ)，作為科研熱門，是歷年高考的高頻考點，一般以單選、不定項形式考查，命題常與生物學(xué)前沿內(nèi)容相聯(lián)系，以“真核生物的遺傳信息及其傳遞”為情境,綜合考查基因結(jié)構(gòu)、復(fù)制、中心法則、堿基互補配對的知識,具有基礎(chǔ)性、綜合性。在近年的高考中與同位素標(biāo)記法有關(guān)的內(nèi)容、DNA復(fù)制的特點如半保留復(fù)制、雙向復(fù)制機制的深化延伸等，常作為熱點素材進行考查，都能較好地體現(xiàn)對科學(xué)探究、科學(xué)思維、社會責(zé)任素養(yǎng)的要求。試卷分值題型核心知識核心素養(yǎng)2020山東T163不定項基因表達科學(xué)思維：分析曲線圖，創(chuàng)造性解決基因表達水平提高在生產(chǎn)中應(yīng)用2020山東T2512簡答題基因結(jié)構(gòu)、基因表達科學(xué)思維、科學(xué)探究：分析柱狀圖以基因工程為背景考查基因結(jié)構(gòu)中啟動子、編碼序列和非編碼序列在基因表達中作用2021山東T42單選DNA的分布、結(jié)構(gòu)、水解產(chǎn)物、DNA復(fù)制科學(xué)思維：通過理解獲取信息、建構(gòu)DNA結(jié)構(gòu)復(fù)制模型2021山東T52單選DNA的復(fù)制科學(xué)思維：通過理解獲取信息、建構(gòu)DNA復(fù)制模型，分析DNA的半保留復(fù)制及相關(guān)計算2023山東T12單選基因表達生命觀念、科學(xué)思維：歸納與概括真、原核細胞核糖體形成、密碼子概念、轉(zhuǎn)錄發(fā)生時期，體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能觀2023山東T52單選DNA的復(fù)制特點科學(xué)思維、科學(xué)探究：獲取信息，通過實驗探究建構(gòu)模型，理解DNA的半保留復(fù)制和雙向復(fù)制（三）單元學(xué)習(xí)目標(biāo)1.圍繞遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)、基因的本質(zhì)與表達、基因與生物性狀的關(guān)系等構(gòu)建本單元思維導(dǎo)圖，構(gòu)建出基因、蛋白質(zhì)、生物性狀之間的關(guān)系。2.結(jié)合新情境對DNA的結(jié)構(gòu)、復(fù)制和基因表達的調(diào)控進行思維建模，比較原核細胞和真核細胞的基因結(jié)構(gòu)及基因表達機制，設(shè)計實驗探究病毒的遺傳物質(zhì)，總結(jié)實驗設(shè)計的一般思路及原則。3.運用結(jié)構(gòu)功能相適應(yīng)原理，闡明遺傳物質(zhì)在生物遺傳、變異和進化中的重要作用，闡明生命是物質(zhì)、能量和信息的統(tǒng)一體。（四）單元學(xué)習(xí)計劃學(xué)習(xí)階段主要學(xué)習(xí)任務(wù)學(xué)時安排整體建構(gòu)研讀教材，構(gòu)建基因的本質(zhì)與表達的思維導(dǎo)圖；對比DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程，總結(jié)不同生物的遺傳信息傳遞過程；舉例說明基因、蛋白質(zhì)、性狀之間的關(guān)系，解釋表觀遺傳現(xiàn)象。4學(xué)時探究遷移結(jié)合新情境對DNA的結(jié)構(gòu)、復(fù)制和基因表達的調(diào)控進行思維建模，區(qū)分原核細胞和真核細胞的基因結(jié)構(gòu)及基因表達機制，設(shè)計實驗探究病毒的遺傳物質(zhì)，總結(jié)實驗設(shè)計的一般思路及原則；2學(xué)時拓展過關(guān)運用結(jié)構(gòu)功能相適應(yīng)原理，概述遺傳物質(zhì)在生物遺傳、變異和進化中的重要作用，闡明生命是物質(zhì)、能量和信息的統(tǒng)一體。2學(xué)時（五）單元學(xué)習(xí)資源學(xué)習(xí)階段資源類別(課件微課素材資源包(視頻音頻圖片習(xí)題教案)資源分層(ABCT)整體建構(gòu)學(xué)習(xí)活動1：《基因的本質(zhì)和表達》思維導(dǎo)圖學(xué)習(xí)活動2：噬菌體侵染細菌的實驗視頻學(xué)習(xí)活動3：DNA復(fù)制過程視頻、DNA復(fù)制過程拓展資源、DNA復(fù)制方式拓展資源學(xué)習(xí)活動4：基因的表達視頻學(xué)習(xí)活動5：DNA甲基化拓展資源、組蛋白修飾拓展資源、RNA介導(dǎo)的基因沉默拓展資源、遺傳印記拓展資源TTABTAB探究遷移學(xué)習(xí)活動6：真核與原核生物DNA的復(fù)制拓展資源學(xué)習(xí)活動7：真核與原核生物的基因結(jié)構(gòu)及表達調(diào)控資源學(xué)習(xí)活動8：探究遺傳物質(zhì)的方法、病毒的重建實驗TABT拓展過關(guān)1.乙肝拓展資源、HIV拓展資源2.《基因的本質(zhì)和表達》單元過關(guān)TT（六）單元學(xué)習(xí)目標(biāo)追求三、單元學(xué)習(xí)內(nèi)容（一）整體建構(gòu)基因的本質(zhì)與表達——探究遺傳信息的傳遞過程病毒病毒是由一個核酸分子(DNA或RNA)與蛋白質(zhì)構(gòu)成的非細胞形態(tài)，通過感染機制，這些簡單的有機體可以利用宿主的細胞系統(tǒng)進行自我復(fù)制，但無法獨立生長和復(fù)制。病毒可以感染幾乎所有具有細胞結(jié)構(gòu)的生命體。第一個已知的病毒是煙草花葉病毒，迄今已有超過5000種類型的病毒得到鑒定。HIV、乙肝病毒等也是令人們感到不安的罪魁禍?zhǔn)祝虼?，它們的遺傳物質(zhì)及致病機理的研究是頭等大事。病毒等生物的遺傳物質(zhì)是什么？親代的遺傳信息是如何給子代的？【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.圍繞遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)、基因的本質(zhì)與表達、基因與生物性狀的關(guān)系等構(gòu)建本單元思維導(dǎo)圖，概述遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)歷程。2.構(gòu)建DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯過程模型并歸納區(qū)別，總結(jié)不同生物的遺傳信息傳遞過程。3.舉例說明基因、蛋白質(zhì)、性狀之間的關(guān)系，解釋表觀遺傳現(xiàn)象，闡明基因和生物性狀之間關(guān)系的復(fù)雜性?！緦W(xué)習(xí)活動】學(xué)習(xí)活動1：構(gòu)建基因的本質(zhì)與表達思維導(dǎo)圖圍繞遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)、基因的本質(zhì)與表達、基因與生物性狀的關(guān)系構(gòu)建本單元思維導(dǎo)圖。學(xué)習(xí)活動2：探究遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)歷程科學(xué)探究是一個不斷深化的過程，科學(xué)結(jié)論的獲得離不開嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评砗痛_鑿的實驗證據(jù)，新冠病毒的遺傳物質(zhì)是RNA，而自然界中大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA。從實驗思路、處理方法和結(jié)論等方面對比分析肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗和噬菌體侵染細菌的實驗?！究偨Y(jié)】如何用同位素標(biāo)記法標(biāo)記病毒？總結(jié)保溫時間過長、過短，攪拌不充分對試管中放射性分布的影響。學(xué)習(xí)活動3：構(gòu)建DNA的結(jié)構(gòu)及復(fù)制人的遺傳信息主要分布于染色體的DNA中，兩個隨機個體幾乎不可能具有相同的DNA序列，因此DNA可像指紋一樣來識別身份。1.為什么兩個隨機個體幾乎不可能具有相同的DNA序列，說明DNA有什么特點？請構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，并闡明其結(jié)構(gòu)特點。2.結(jié)合肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗和噬菌體侵染細菌的實驗及DNA的結(jié)構(gòu)等方面，分析DNA作為遺傳物質(zhì)所具備的特點。3.遺傳信息從親代細胞能相對穩(wěn)定的傳遞給下一代細胞，與DNA獨特的復(fù)制方式是分不開的，科學(xué)家曾提出DNA復(fù)制方式的三種假說：全保留復(fù)制、半保留復(fù)制和分散復(fù)制(圖1)。對此假說，科學(xué)家以大腸桿菌為實驗材料，進行了如下實驗(圖2)：（1）該實驗將會用到的實驗技術(shù)手段有？（2）第一代細菌DNA離心后，試管中出現(xiàn)1條中帶，能說明DNA復(fù)制方式一定是半保留復(fù)制嗎？請闡明理由。能說明復(fù)制方式一定是半保留復(fù)制的現(xiàn)象是？4.被15N標(biāo)記的某DNA分子片段含100個堿基對，40個胞嘧啶，放在含有14N的培養(yǎng)基中連續(xù)復(fù)制n次，請構(gòu)建模型分析：子代DNA分子共個含15N的DNA分子個含14N的DNA分子個只含14N的DNA分子個連續(xù)復(fù)制n次過程中需要消耗的腺嘌呤個【總結(jié)】總結(jié)DNA結(jié)構(gòu)及復(fù)制的相關(guān)計算的解題方法學(xué)習(xí)活動4：構(gòu)建基因的表達過程基因表達是指基因通過mRNA指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的過程，而蛋白質(zhì)是生物性狀的承擔(dān)者，真核生物和原核生物的細胞結(jié)構(gòu)不同決定了它們的基因表達機制存在一定區(qū)別。右圖表示三個核糖體相繼結(jié)合到一個mRNA分子上，并沿著mRNA移動合成肽鏈的過程。1.圖中所示的是基因表達的哪個過程？該過程有幾種RNA參與？它們分別起什么作用？2.請在圖中標(biāo)注核糖體的移動方向，翻譯形成的1、2、3條肽鏈?zhǔn)欠裣嗤?，這種翻譯機制對生物有什么意義？3.下圖為原核細胞的結(jié)構(gòu)及基因表達過程，分析原核生物和真核細胞基因表達有什么區(qū)別？4.如圖為甲、乙、丙三種類型的病毒的遺傳信息的傳遞方式甲乙丙HIV、煙草花葉病毒、噬菌體分別屬于上述哪種病毒？用文字加箭頭的形式分別表示三種病毒的遺傳信息流向（標(biāo)注各階段名稱）?！究偨Y(jié)】從所需的模板、原料、酶、產(chǎn)物、特點等方面比較DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、RNA復(fù)制、逆轉(zhuǎn)錄過程。學(xué)習(xí)活動5：探究表觀遺傳對生物性狀的影響基因什么時候表達、以及表達水平的高低受多種因素的調(diào)控，下圖表示三種調(diào)控基因表達的途徑，且這三種調(diào)控途徑都直接影響生物的性狀，并可遺傳給下一代。1.圖中屬于表觀遺傳機制的途徑有哪些？說出你的判斷理由。2.途徑1和途徑2分別是通過干擾調(diào)控基因表達的哪個過程實現(xiàn)的？兩途徑的影響有什么本質(zhì)區(qū)別？3.依據(jù)途徑3推測，在神經(jīng)細胞中，控制呼吸酶合成的基因與組蛋白的緊密程度（填高或低）于肌蛋白基因，判斷理由是？【總結(jié)】基因與生物性狀之間不是簡單的一一對應(yīng)的關(guān)系，舉例說明基因控制生物性狀的方式，并構(gòu)建基因、蛋白質(zhì)、性狀之間的關(guān)系（二）探究遷移基因的本質(zhì)與表達——研究遺傳信息傳遞的價值探究治療病毒感染的藥物研發(fā)洛匹那韋/利托那韋是原本用于艾滋病治療的藥物，但研究表明也可用于治療新冠病毒引起的肺炎。洛匹那韋/利托那韋與HIV蛋白酶的活性中心結(jié)合進而抑制其活性。冠狀病毒切割多聚蛋白的主要蛋白酶是3CLPro，研究者通過分子動力學(xué)模擬的方法發(fā)現(xiàn)洛匹那韋/利托那韋能與SARS病毒的3CLPro活性中心結(jié)合。而SARS病毒和新型冠狀病毒的3CLPro蛋白氨基酸序列一致性達96%。此前洛匹那韋/利托那韋在SARS治療中也表現(xiàn)出一定的有效性?！緦W(xué)習(xí)目標(biāo)】1.說出原核生物和真核生物的基因結(jié)構(gòu)，比較兩類生物在遺傳信息復(fù)制和表達的異同。2.設(shè)計實驗探究病毒的遺傳物質(zhì)，總結(jié)實驗設(shè)計的一般思路及原則，歸納同位素標(biāo)記法在高中生物學(xué)實驗中應(yīng)用。3.分析不同生物的遺傳信息傳遞過程，通過調(diào)整基因表達改善作物品質(zhì)?！緦W(xué)習(xí)活動】學(xué)習(xí)活動6：探究DNA的高效復(fù)制機制資料1.將一個雙鏈DNA分子的一端固定于載玻片上，置于含有熒光標(biāo)記的脫氧核苷酸的體系中進行復(fù)制如圖1。甲、乙和丙分別為復(fù)制過程中3個時間點的圖像，①和②表示新合成的單鏈，①的5'端指向解旋方向，丙為復(fù)制結(jié)束時的圖像。該DNA復(fù)制過程中可觀察到單鏈延伸暫停現(xiàn)象，但延伸進行時2條鏈延伸速率相等。已知復(fù)制過程中嚴(yán)格遵守堿基互補配對原則。資料2.DNA復(fù)制時，由于DNA聚合酶合成方向是從5′-端到3′-端，而DNA的兩條鏈?zhǔn)欠聪蚱叫械?，故在?fù)制叉附近解開的DNA鏈，一條是從5′-端到3′-端，另一條是從3′-端到5′-端，因此呈現(xiàn)出雙向復(fù)制的特點。那么如何解釋DNA的兩條鏈?zhǔn)峭瑫r進行復(fù)制的呢？有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在DNA復(fù)制中，后隨鏈的合成是由DNA聚合酶合成的不連續(xù)、相對較短的DNA片段通過DNA連接酶連接而成的長鏈。此不連續(xù)、相對較短的DNA片段被稱為岡崎片段，如圖2。資料3.由于真核生物的DNA分子較大，可以在多個復(fù)制起點先后開始雙向復(fù)制，而原核生物通常是單個復(fù)制起點。1.根據(jù)資料1分析，甲時①中A、T之和與②中A、T之和可能相等嗎？丙時①中A、T之和與②中A、T之和一定相等嗎？請說明理由。2.根據(jù)以上資料，分析資料1中②延伸方向為，其模板鏈端指向解旋方向，據(jù)題分析，①和②延伸時（填①、②、①和②）存在暫?，F(xiàn)象，試分析原因。3.通常DNA分子復(fù)制從一個復(fù)制起始點開始，有單向復(fù)制和雙向復(fù)制，如圖所示：放射性越高的3H胸腺嘧啶脫氧核糖核苷(3H脫氧胸苷)，在放射自顯影技術(shù)的圖像上，感光還原的銀顆粒密度越高。請利用放射性自顯影技術(shù)、低放射性3H脫氧胸苷和高放射性3H脫氧胸苷，設(shè)計實驗以確定大腸桿菌DNA復(fù)制的方向，簡要寫出：(1)實驗思路；(2)預(yù)測實驗結(jié)果和結(jié)論?！究偨Y(jié)】保障真核生物的高效復(fù)制的機制主要有哪些？學(xué)習(xí)活動7：真核生物、原核生物基因的結(jié)構(gòu)及表達機制調(diào)控資料1.真核生物基因中通常有內(nèi)含子，而原核生物基因中沒有，原核生物沒有真核生物所具有的切除內(nèi)含子對應(yīng)的RNA序列的機制。已知在人體中基因A(有內(nèi)含子）可以表達出某種特定蛋白A。資料2.水稻胚乳中含直鏈淀粉和支鏈淀粉，直鏈淀粉所占比例越小糯性越強?？蒲腥藛T將能表達出基因編輯系統(tǒng)的DNA序列轉(zhuǎn)入水稻，實現(xiàn)了對直鏈淀粉合成酶基因（Wx基因）啟動子序列的定點編輯，從而獲得了3個突變品系。1.某同學(xué)從人的基因組文庫中獲得了基因A，以大腸桿菌作為受體細胞卻未得到蛋白A，其原因是？2.根據(jù)啟動子的作用推測，Wx基因啟動子序列的改變影響了，從而改變了Wx基因的轉(zhuǎn)錄水平。與野生型水稻相比，3個突變品系中Wx基因控制合成的直鏈淀粉合成酶的氨基酸序列(填：發(fā)生或不發(fā)生)改變，請分析原因?！究偨Y(jié)】結(jié)合下圖總結(jié)真核生物和原核生物在基因結(jié)構(gòu)及基因表達機制的區(qū)別。學(xué)習(xí)活動8：設(shè)計實驗探究病毒的遺傳物質(zhì)根據(jù)遺傳物質(zhì)的化學(xué)組成，可將病毒分為RNA病毒和DNA病毒兩種類型，有些病毒對人類健康會造成很大危害，通常，一種新病毒出現(xiàn)后需要確定該病毒的類型。假設(shè)在宿主細胞內(nèi)不發(fā)生堿基之間的相互轉(zhuǎn)換，請利用放射性同位素標(biāo)記的方法，以體外培養(yǎng)的宿主細胞等為材料，設(shè)計實驗以確定一種新病毒的類型。簡要寫出（1）實驗思路（2）預(yù)期實驗結(jié)果及結(jié)論即可。（要求：實驗包含可相互印證的甲、乙兩個組）【總結(jié)】總結(jié)實驗設(shè)計的一般思路，并歸納同位素標(biāo)記法在高中生物實驗中的應(yīng)用。（三）拓展過關(guān)基因的本質(zhì)與表達——重構(gòu)基因的本質(zhì)和功能基因檢測