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1、第第4 4章章 基因的表达基因的表达1典典例例： 如如图图所所示示为为真真核核细细胞胞DNA复复制制过过程程模模式式图图，下下列列分分析析错误的是错误的是() A酶酶将将单单个脱氧核苷酸个脱氧核苷酸连连接成接成DNA片段片段B图图中可体中可体现现出出边边解螺旋解螺旋边边复制及半保留复制的特点复制及半保留复制的特点 C复制完成后，甲、乙可在复制完成后，甲、乙可在有有丝丝分裂后期、减数第二次分裂后期分开分裂后期、减数第二次分裂后期分开 D将将一一条条链链被被15N标标记记的的该该DNA分分子子(第第1代代)转转移移到到含含14N的的培培养基上培养到第养基上培养到第n代，代，则则只含只含14N的的D
2、NA分子数分子数为为2n2D D解解析析 图图中中酶酶为为解解旋旋酶酶，酶酶为为DNA聚聚合合酶酶，DNA聚聚合合酶酶将将单单个个的的脱脱氧氧核核苷苷酸酸连连接接成成DNA片片段段；图图中中的的DNA分分子子边边解解螺螺旋旋边边复复制制，新新合合成成的的子子链链与与作作为为模模板板的的母母链链一一起起形形成成子子代代DNA分分子子，体体现现了了半半保保留留复复制制的的特特点点；复复制制成成的的两两个个DNA分分子子形形成成姐姐妹妹染染色色单单体体，通通过过着着丝丝点点相相连连，在在有有丝丝分分裂裂后后期期或或减减数数第第二二次次分分裂裂后后期期，着着丝丝点点分分裂裂，两两条条染染色色单单体体分
3、分离离，两两个个DNA分分子子分分开开；将将一一条条链链被被15N标标记记的的该该DNA分分子子(第第1代代)转转移移到到含含14N的的培培养养基基上上培培养养到到第第n代代，则则只只含含14N的的DNA分分子子数数为为2n1。基因基因控制生物控制生物性状性状指导指导指导指导合成合成合成合成蛋白质蛋白质体现者体现者基因指导蛋白质合成的过程，叫基因指导蛋白质合成的过程，叫基因的表达基因的表达。第第1 1节节 基因指导蛋白质的合成基因指导蛋白质的合成包括：转录和翻译包括：转录和翻译1.DNA1.DNA主要存在哪里？主要存在哪里？主要存在哪里？主要存在哪里？2.2.蛋白质在哪里合成？蛋白质在哪里合成
4、？蛋白质在哪里合成？蛋白质在哪里合成？DNA主要在主要在细胞核细胞核蛋白质的合成蛋白质的合成在细胞质在细胞质( (核核糖体糖体) )进行进行指导指导通过通过RNA 如何解读如何解读DNA的信息呢？的信息呢？遗传信息的转录遗传信息的转录1、RNA与与DNA的区别的区别核糖核糖脱氧核糖脱氧核糖二者化学组成上的区别：二者化学组成上的区别：比较比较RNA与与DNA结构的不同结构的不同 比较项目比较项目DNARNA结结 构构基本单位基本单位五碳糖五碳糖含氮碱基含氮碱基功能功能主要存在部位主要存在部位脱氧核苷酸脱氧核苷酸核糖核苷酸核糖核苷酸脱氧核糖脱氧核糖核核 糖糖A T C GA U C G通常双螺旋结
5、构通常双螺旋结构一般单链结构一般单链结构细胞核细胞核细胞质细胞质遗传信息的储存、传遗传信息的储存、传递、表达递、表达RNA的种类的种类信使信使 RNA mRNA核糖体核糖体 RNA rRNA 转运转运 RNA tRNA 2、RNA的类型的类型信使信使RNA（m RNA）：）：转录遗传信息，翻译的转录遗传信息，翻译的 模板，即传递遗传信息的作用。模板，即传递遗传信息的作用。转运转运RNA （t RNA ）：）：识别密码子，运输特定识别密码子，运输特定 氨基酸，呈三叶草型结构。氨基酸，呈三叶草型结构。核糖体核糖体RNA （r RNA ）：）：核糖体的组成成分。核糖体的组成成分。强调：三种不同的强调
6、：三种不同的 RNA(mRNA、tRNA、rRNA)都都是通过是通过转录转录形成的形成的，都在翻译过程，都在翻译过程中共同发挥作用中共同发挥作用。 4、转录、转录转录的定义：转录的定义：转录的场所：转录的场所：转录的模板：转录的模板：转录的原料：转录的原料：转录的条件：转录的条件：转录时的碱基配对：转录时的碱基配对：转录的产物：转录的产物：RNAGC、CG、TA、AU（8）遗传信息传递的方向）遗传信息传递的方向 在细胞核中，以在细胞核中，以DNA的一条链为模的一条链为模板，合成板，合成RNA的过程。的过程。细胞核、线粒体、叶绿体。细胞核、线粒体、叶绿体。DNA分子的一条链。分子的一条链。四种核
7、糖核苷酸。四种核糖核苷酸。模板、原料、能量、酶。模板、原料、能量、酶。mRNA。DNA 转转录录主主要要发发生生在在细细胞胞核核。叶叶绿绿体体和和线线粒粒体体中中有有少少量量DNA，因因此此也也有有转转录录发发生生，此此外，原核外，原核细细胞的胞的转录发转录发生在生在拟拟核、核、质质粒。粒。 转转录录遵遵循循碱碱基基互互补补配配对对原原则则，即即AU、TA、CG、GC。 细细胞胞核核中中形形成成的的RNA通通过过核核孔孔进进入入细细胞胞质质(穿穿过过0层层 膜，需要能量膜，需要能量)。 转转录录不不是是转转录录整整个个DNA，而而是是转转录录其其中中的的基基因因，不不同同种种类类的的细细胞胞选
8、选择择转转录录相相应应的的基基因因，从从而而产产生生相相应应的的mRNA，将将来来合合成成相相应应的蛋白的蛋白质质，即基因的，即基因的选择选择性表达。性表达。AG T AC A A A T AGCUGACGGUUU转录的过程转录的过程游离的核糖核苷酸游离的核糖核苷酸AG T AC A A A T AGCUGACGGUUURNA 聚合酶聚合酶AG T AC A A A T AGCGACGGUUU UAG T AC A A A T AGCGACGGUUU UAG T AC A A A T GCGACGGUUU UAAG T AC A A A T GCGACGUUGU UAAG T AC A A A
9、 T GCGACGUGU UAUAG T AC A A A T GCGACGGU UAU UAG T AC A A A T GCGACGGU UAU UAAG T AC A A A T GCGCGGU UAU UA UAG T AC A A A T GGCGGU UAU UA U CAG T AC A A A T GGCGGU UAU UA U CmRNA转录与复制有哪些不同点？答案：主要是模板、原料、酶的差异。遗传信息的翻译遗传信息的翻译1、概念：、概念： 游离在细胞质中的各种氨基酸，就以游离在细胞质中的各种氨基酸，就以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白
10、质的过程。蛋白质的过程。mRNA： 碱基的数量碱基的数量排列顺序排列顺序种类种类种类种类蛋白质：蛋白质：氨基酸的数量氨基酸的数量排列顺序排列顺序种类种类决定决定决定决定决定决定?种种?种种4种种20种种讨论：讨论：至少要多少个碱基的不同排列顺序才能够至少要多少个碱基的不同排列顺序才能够 决定决定20种不同的氨基酸？种不同的氨基酸？一个碱基决定一个氨基酸，一个碱基决定一个氨基酸，41 = 4二个碱基决定一个氨基酸，二个碱基决定一个氨基酸，42 = 16三个碱基决定一个氨基酸，三个碱基决定一个氨基酸，43 = 642、碱基与氨基酸的对应关系、碱基与氨基酸的对应关系UCAUG A UUAmRNA 密
11、码子密码子 密码子密码子 密码子密码子3 3、密码子、密码子 密码子：密码子：mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的上决定一个氨基酸的三个相邻的 碱基碱基密码子表U U A G AUA U CmRNA 遗传密码共遗传密码共64个，能决定氨基酸的遗传密个，能决定氨基酸的遗传密码只有码只有61个。个。有有3 3个个终止密码终止密码子，没有对应的氨子，没有对应的氨基酸基酸。（。（起始密码子起始密码子） 一个密码子决定一个特定的氨基酸。一个密码子决定一个特定的氨基酸。 简并性：简并性：色氨酸及甲硫氨酸各只色氨酸及甲硫氨酸各只有一个密有一个密码。多数氨基酸有二个以上的密码子。码。多数氨基酸有二个以上的密码
12、子。在一定程在一定程度上能防止由于碱基的改变而导致的遗传信息的度上能防止由于碱基的改变而导致的遗传信息的改变。改变。 4、遗传密码的特性、遗传密码的特性 通用性：地球上通用性：地球上几乎所有的生物共用一套密码子表几乎所有的生物共用一套密码子表。问题：问题：mRNA如何将信息翻译成蛋白质？如何将信息翻译成蛋白质？ 5、翻译的过程、翻译的过程转运转运RNA(tRNA)A U G G AUA U CmRNAmRNA？甲硫氨酸CUA反密码子核糖体tRNA作用作用UCAUG A UUAmRNA 细胞质细胞质细胞质中的细胞质中的mRNAUCAUG A UUAA A U 亮氨酸亮氨酸AC U 天门冬天门冬酰
13、氨酰氨 核糖体核糖体mRNA mRNA 与核糖体结合与核糖体结合UCAUG A UUAA A U 亮氨酸亮氨酸AC U 天门冬天门冬酰氨酰氨 tRNA tRNA 上的反密码子与上的反密码子与 mRNAmRNA上的密码子互补配对上的密码子互补配对 .UCAUG A UUAA A U 亮氨酸亮氨酸AC U 天门冬天门冬酰氨酰氨AUG 异亮氨酸异亮氨酸 tRNA tRNA 将氨基酸转运到将氨基酸转运到 mRNAmRNA上的上的 相应位置相应位置 UCAUG A UUAA A U 亮氨酸亮氨酸AC U 天门冬天门冬酰氨酰氨AUG 异亮氨酸异亮氨酸 两个氨基酸分子缩合两个氨基酸分子缩合缩合缩合UCAUG
14、 A UUAA A U 亮氨酸亮氨酸AC U 天门冬天门冬酰氨酰氨AUG 异亮氨酸异亮氨酸 核糖体随着核糖体随着 mRNAmRNA滑动滑动. . 另一个另一个 tRNA tRNA 上的碱基与上的碱基与mRNAmRNA上的上的 密码子配对密码子配对. . UCAUG A UUA 亮氨酸亮氨酸AC U 天门冬天门冬酰氨酰氨AUG 异亮氨酸异亮氨酸 一个个氨基酸分子缩合成链状结构一个个氨基酸分子缩合成链状结构UCAUG A UUA 亮氨酸亮氨酸AC U 天门冬天门冬酰氨酰氨AUG 异亮氨酸异亮氨酸 t tRNARNA离开，再去转运新的氨基酸离开，再去转运新的氨基酸UCAUG A UUA 亮氨酸亮氨酸
15、 天门冬天门冬酰氨酰氨 异亮氨酸异亮氨酸以以mRNAmRNA为模板形成了有一定氨基酸顺序的蛋白质为模板形成了有一定氨基酸顺序的蛋白质小结：小结：场所：场所：产物：产物：模板：模板：原料：原料：条件：条件：细胞质（核糖体）细胞质（核糖体）mRNA蛋白质蛋白质氨基酸氨基酸ATP、酶、酶 、转运转运RNA（tRNA）碱基互补配对：碱基互补配对： GC、CG、UA、AU遗传信息流动：遗传信息流动： mRNA蛋白质蛋白质基因控制蛋白质合成的过程基因控制蛋白质合成的过程DNA的遗传信息的遗传信息mRNA的遗传信息的遗传信息蛋白质的氨基酸排列顺序蛋白质的氨基酸排列顺序转录转录翻译翻译数量数量n3n6n 例例
16、1 某生物基因表达过程如图所示，已知图中某生物基因表达过程如图所示，已知图中标注的肽链含有标注的肽链含有68个氨基酸残基。下列叙述与该个氨基酸残基。下列叙述与该图相符的是图相符的是() A在在RNA聚合酶的作用聚合酶的作用下下DNA双螺旋解开双螺旋解开 BDNARNA杂交区杂交区域中域中A应与应与T配对配对C核糖体移动的方向由核糖体移动的方向由a到到b，且翻译产生了两条氨基酸序列不同的肽链，且翻译产生了两条氨基酸序列不同的肽链D与该肽链合成相关的与该肽链合成相关的mRNA和基因的碱基数和基因的碱基数目分别为目分别为204和和408A A解析解析 RNA聚合酶是复合酶，具有解开聚合酶是复合酶，具
17、有解开DNA双螺旋双螺旋的作用，如图所示当它与的作用，如图所示当它与DNA分子的某一启动部位相结合时，分子的某一启动部位相结合时，包括一个或者几个基因的包括一个或者几个基因的DNA 片段的双螺旋解开，片段的双螺旋解开， A项正项正确；根据碱基的组合和互补配对原则，确；根据碱基的组合和互补配对原则，DNARNA杂交区杂交区域中，域中，DNA单链中的单链中的A与与RNA单链中的单链中的U配对，配对，DNA单链中单链中的的T与与RNA单链中的单链中的A配对，配对， B项错误；图中先合成的肽链项错误；图中先合成的肽链较长，所以核糖体移动的方向是由较长，所以核糖体移动的方向是由b到到a，两条肽链都以此，
18、两条肽链都以此mRNA为模板合成，所以氨基酸序列是相同的，为模板合成，所以氨基酸序列是相同的，C项错误；项错误；由于由于mRNA上终止密码子的存在等原因，相对应的上终止密码子的存在等原因，相对应的mRNA和和基因上的碱基数目分别大于基因上的碱基数目分别大于204和和408，D项错误。项错误。变式题变式题 2013成都诊断成都诊断 如图表示真核细胞中某如图表示真核细胞中某基因表达过程的一部分，下列分析正确的是基因表达过程的一部分，下列分析正确的是()A图示图示mRNA中起始中起始密码子位于密码子位于RNA链上的左侧链上的左侧BmRNA上决定甘氨上决定甘氨酸的密码子都是酸的密码子都是GGU C图示
19、过程中碱基的图示过程中碱基的配对方式有配对方式有AU、CG、AT D图示过程的正常进行需要图示过程的正常进行需要ATP和和RNA聚合酶聚合酶A A解析解析 从图中可以看出，核糖体在从图中可以看出，核糖体在mRNA上移动的方向是从左向右，所以起始上移动的方向是从左向右，所以起始密码子应位于密码子应位于RNA链上的左侧，链上的左侧，A项正确；项正确；从图中可以看出，甘氨酸是位于天冬氨酸之从图中可以看出，甘氨酸是位于天冬氨酸之前的氨基酸，即对应天冬氨酸密码子前的氨基酸，即对应天冬氨酸密码子(GAC)之前的密码子之前的密码子(GGU)，但由于密码子具有简，但由于密码子具有简并性，因此不能说明其他位置上
20、的甘氨酸对并性，因此不能说明其他位置上的甘氨酸对应的密码子也是应的密码子也是GGU，B项错误；图中所示项错误；图中所示的过程为翻译，该过程中无的过程为翻译，该过程中无AT之间的配之间的配对，对，C项错误；翻译过程中不需要项错误；翻译过程中不需要RNA聚合聚合酶，酶，D项错误。项错误。 【规律技巧】【规律技巧】 解答翻译相关的题目时，应注意以下几点：解答翻译相关的题目时，应注意以下几点： (1)mRNA与核糖体的数量关系：翻译过程中，与核糖体的数量关系：翻译过程中，一个模板一个模板mRNA先后与先后与4个核糖体结合，形成个核糖体结合，形成多聚核糖体，多聚核糖体，4个核糖体合成了个核糖体合成了4条
21、相同的肽条相同的肽链。链。(2)存在上述关系的意义：一个存在上述关系的意义：一个mRNA可同可同时结合多个核糖体，这样少量的时结合多个核糖体，这样少量的mRNA分分子就可以迅速合成出大量的蛋白质，大大子就可以迅速合成出大量的蛋白质，大大提高了翻译的效率。提高了翻译的效率。(3)蛋白质合成方向的判断：翻译的方向可蛋白质合成方向的判断：翻译的方向可依据肽链的长短来判断，长的翻译在前，依据肽链的长短来判断，长的翻译在前，短的翻译在后。短的翻译在后。考点二考点二 基因与生物性状的关系的理解基因与生物性状的关系的理解 1中心法则的内容及各种生物的遗传中心法则的内容及各种生物的遗传信息传递途径信息传递途径
22、 (1)中心法则中遗传信息传递的图解中心法则中遗传信息传递的图解(2)各类生物遗传信息的传递过程各类生物遗传信息的传递过程生物种生物种类类遗传遗传信息的信息的传递过传递过程程DNA病毒病毒(噬菌体噬菌体)RNA病毒病毒(SARS病毒病毒)逆逆转录转录病毒病毒(HIV)原核生物原核生物真核生物真核生物 提醒提醒 DNA复制、转录和翻译是所有具复制、转录和翻译是所有具有细胞结构的生物和有细胞结构的生物和DNA病毒遵循的遗传病毒遵循的遗传信息传递法则；一般，信息传递法则；一般，RNA复制和逆转录复制和逆转录只发生在被只发生在被RNA病毒寄生的细胞中，而在病毒寄生的细胞中，而在其他生物体内不能发生。其
23、他生物体内不能发生。中心法则中每一中心法则中每一过程都遵循碱基互补配对原则，所以每一过过程都遵循碱基互补配对原则，所以每一过程都能准确进行。程都能准确进行。 2基因、蛋白质与性状的关系基因、蛋白质与性状的关系 (1)基因的基本功能基因的基本功能 储存遗传信息。储存遗传信息。 遗传信息的传递：发生在生物繁殖后代的过程中，遗传信息的传递：发生在生物繁殖后代的过程中，通过复制实现遗传信息由亲代到子代的传递。通过复制实现遗传信息由亲代到子代的传递。 遗传信息的表达：发生在生物生命活动进行过程遗传信息的表达：发生在生物生命活动进行过程中，基因通过转录和翻译控制蛋白质合成的过程，蛋中，基因通过转录和翻译控
24、制蛋白质合成的过程，蛋白质体现生物性状，进而实现基因中的遗传信息对生白质体现生物性状，进而实现基因中的遗传信息对生物体性状的控制。物体性状的控制。 (2)基因与性状的关系基因与性状的关系 基因是遗传物质结构和功能的基本单位，特定基基因是遗传物质结构和功能的基本单位，特定基因控制相应的性状。一般而言，一个基因只决定一种因控制相应的性状。一般而言，一个基因只决定一种性状。性状。 生物体的一个性状有时受多个基因的影响，生物体的一个性状有时受多个基因的影响，如玉米叶绿素的形成至少与如玉米叶绿素的形成至少与50多个基因有关，又多个基因有关，又如图所示，基因如图所示，基因1和基因和基因2共同控制花的颜色。
25、共同控制花的颜色。 有些基因则会影响多种性状，如豌豆中控制花有些基因则会影响多种性状，如豌豆中控制花色的基因也控制种皮的颜色和叶腋有无黑斑。色的基因也控制种皮的颜色和叶腋有无黑斑。图图619143基因、蛋白质与性状的关系(1)基因通过控制_来控制代谢过程，从而控制生物的性状，如白化病。酶的合成(2)基因通过控制性状，如囊性纤维病。_来直接控制 RNA 的自我复制和逆转录只发生在 RNA 病毒在宿主细胞内的增殖过程中，且逆转录过程必须有逆转录酶的参与才能进行。蛋白质的结构 变式题变式题 2013东北三省四市联考东北三省四市联考 如图如图61916所示为与神经递质合成酶有关的基因复所示为与神经递质
26、合成酶有关的基因复制表达的过程，下列相关分析中错误的是制表达的过程，下列相关分析中错误的是 () A过程需要模板、原料、酶和能量四个条过程需要模板、原料、酶和能量四个条件件 B若要获得该基因的若要获得该基因的mRNA，则可以选择口，则可以选择口腔上皮细胞作实验材料腔上皮细胞作实验材料 C图中图中过程一定发生碱基互补配对过程一定发生碱基互补配对 D镰刀型细胞贫血症体现了基因可通过控制镰刀型细胞贫血症体现了基因可通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状蛋白质的结构直接控制生物性状B B解析解析 是是DNA的复制，需要模的复制，需要模板、原料、酶和能量这四个条件；依题意，板、原料、酶和能量这四个条件；依
27、题意，该图表示与神经递质合成酶相关的基因的该图表示与神经递质合成酶相关的基因的表达过程，该过程只发生在神经细胞里，表达过程，该过程只发生在神经细胞里，所以要获得该基因的所以要获得该基因的mRNA，应选择神经，应选择神经细胞作实验材料；细胞作实验材料；分别为分别为DNA复制、复制、转录和翻译过程，都遵循碱基互补配对原转录和翻译过程，都遵循碱基互补配对原则；镰刀型细胞贫血症患者控制血红蛋白则；镰刀型细胞贫血症患者控制血红蛋白合成的基因发生突变，导致表达出的蛋白合成的基因发生突变，导致表达出的蛋白质分子结构与正常人的不同，体现了基因质分子结构与正常人的不同，体现了基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状。通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状。
