专题16.基因的表达

专题16、基因的表达

片段，是决定生物性状的基本单位。

1、基因与DNA的关系：每个DNA分子中含有很多个基因。相连基因之间有一段不能控制生物性状无遗传效应的基因间区，起到“连接”或“隔开”作用。

2、基因与染色体的关系：基因是DNA的一个片段，DNA分子主要位于染色体上。因此染色体是DNA的主要载体，也是基因的主要载体，基因在染色体上呈线性排列(DNA的一段，高度螺旋化，如图)。

3、基因与遗传信息的关系：基因中四种脱氧核苷酸的排列顺序(碱基顺序)代表生物的遗传信息。而不是DNA上所有脱氧核苷酸的排列顺序(基因间区无遗传信息)。

4、基因与性状的关系：性状是指生物的形态结构和生理功能的特征。基因是控制性状的基本单位，特定的基因控制特定的性状。

5、基因与的蛋白质关系：蛋白质是生物性状的主要体现者，基因对性状的控制是通过控制蛋白质的合成来实现的。

说明：(1)对于真核细胞来说，染色体是 基因的主要载体；线粒体和叶绿体也是基因的载体。

(2)对于原核细胞来说，拟核中的DNA分子或者质粒DNA均是裸露的，没有与蛋白质一起 构成染色体。

二、DNA的功能： 1、储存遗传信息。

每个DNA分子中含有很多个基因。基因的脱氧核苷酸排列顺序代表遗传信息。显然，DNA功能之一就是储存遗传信息。

2、传递和表达遗传信息(基本功能)。

通过(通过复制，将遗传信息由亲代传递给子代)；

在后代的个体发育过程中，能使遗传信息得以表达(通过转录、翻译等方式)，从而使后代

表现出与亲代相似的性状。

三、RNA的种类和结构： 1、信使RNA(mRNA)：将DNA分子中的遗传信息转录下来，传递到细胞质中，与核糖体结合构成合成蛋白质的场所。即：携带遗传密码，是控制蛋白质合成的模板。

2、转运RNA (tRNA )：在蛋白质合成的翻译过程中，运载特定的氨基酸(多呈三叶草形：由一条链折叠围绕而成，在双链区同样遵循碱基互补配对的原则：A-U、G-C)。

3、核糖体RNA(rRNA)

专题：DNA与RNA的比较

说明：(1)真核细胞的线粒体、叶绿体，以及原核细胞的拟核、质粒中也有少量DNA存在。 (2)DNA特有碱基，RNA特有碱基，据此可判断核酸的种类。

(3)细胞中因同时含有DNA和RNA两种核酸，所以就整个细胞而言，嘌呤总数与嘧啶总数未必相等。

四、基因控制蛋白质的合成。

1、转录：转录是在细胞核内进行的。它是以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则(A-U、G-C、T-A)，合成RNA的过程。

转录的结果是使DNA分子上的遗传信息，传递到mRNA上。 mRNA形成以后通过核孔从细胞核中出来进入细胞质中，并与核糖体结合，接着进行第二步翻译。

2、翻译：翻译是在细胞质中的核糖体上进行的。它是指以mRNA为模板，以tRNA为运输工具，按照碱基互补配对原则(tRNA与mRNA按A-U、G-C配对，将氨基酸放在正确位置上)，通过脱水缩合反应，将氨基酸通过肽键(-CO-NH-)连接起来，首先合成多肽，进一步合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。

mRNA上每3个相邻的碱基是一个“密码子”。 tRNA有两端，一端也有3个相邻的碱基，即反密码子(反密码子能识别mRNA上的密码子，并与之进行碱基互补配对：A-U 、G-C。不同的tRNA之间，其主要区别就在于反密码子的不同)；

另一端携带氨基酸(每种tRNA只能运输一种特定的氨基酸，具有专一性。例如反密码子为UCG、AUC、CUG的tRNA另一端携带何种氨基酸→查表)。

第1步 mRNA进入细胞质，与核糖体结合。携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1。

第2步 携带组氨酸的tRNA以同样的方式进入位点2。

第3步 甲硫氨酸通过与组氨酸形成肽键而转移到占据位点2的tRNA上。

第4步 核糖体读取下一个密码子，原占据位点1的tRNA离开核糖体，占据位点2的tRNA进入位点1，一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。重复步骤2、3、4，直至核糖体读取到mRNA的终止密码。

通常，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。 注意：(1) (2)多肽种类：同种多肽；

(3)意义：少量的mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白质。

(4)和翻译有时间和空间上的界限。

[随讲随练]同一物种的两类细胞各产生一种分泌蛋白，组成这两种蛋白质的各种氨基酸含量相同，但排列顺序不同。其原因是参与这两种蛋白质合成的( )

A.tRNA种类不同 B.mRNA碱基序列不同

C.核糖体成分不同 D.同一密码子所决定的氨基酸不同 [答案] B

[随讲随练]图示细胞内某些重要物质的合成过程，该过程发生在 A.真核细胞内，一个mRNA分子上结合多个核糖体同时合成多条肽链 B.原核细胞内，转录促使mRNA在核糖体上移动以便合成肽链 C.原核细胞内，转录还未结束便启动遗传信息的翻译

D.真核细胞内，转录的同时核糖体进入细胞核启动遗传信息的翻译 [答案] C

五、中心法则及其发展

1、内容：遗传信息传递的过程叫中心法则。即遗传信息从DNA传递给RNA，再从RNA传递给蛋白质的转录和翻译的过程，以及遗传信息从DNA传递给DNA的复制过程就叫做中心法则。

2、图解：

说明：(1)在生物生长繁殖过程中遗传信息的传递方向为

(2)在细胞内蛋白质合成过程中，遗传信息的传递方向(如胰岛细胞中胰岛素的合成)为

(3)含逆转录酶的RNA病毒在寄主细胞内繁殖过程中，遗传信息的传递方向为

逆转录过程需要逆转录酶和DNA聚合酶等。

(4)DNA病毒(如噬菌体)在寄主细胞内繁殖过程中，遗传信息的传递方向为

(5)RNA病毒(如烟草花叶病毒)在宿主细胞内繁殖过程中，遗传信息的传递方向为

(6)从模板及原料分析遗传信息的传递方向和产物 ①从模板分析

如果模板是DNA，生理过程可能是DNA复制或DNA转录。

如果模板是RNA，生理过程可能是RNA复制或RNA逆转录或翻译。

②从原料分析

如果原料为脱氧核苷酸，产物一定是DNA，生理过程可能是DNA复制或逆转

如果原料为核糖核苷酸，产物一定是RNA，生理过程可能是DNA转录或RNA复制。

如果原料为氨基酸，产物一定是蛋白质(或多肽)，生理过程是翻译。

3、有关计算(将中心法则进行量化)：

DNA (碱基数) ： mRNA(碱基数) ： 氨基酸数 6n : 3n : n

(1)DNA中有的片段无遗传效应，不能转录出mRNA。 (2)在基因片段中，有的片段起调控作用，不转录。

(3) 转录出的mRNA中有终止密码子，终止密码子不对应氨基酸，所以基因或DNA上碱基数目比蛋白质氨基酸数目的6倍多。

注意：逆转录过程是单链的RNADNA，千万不要忽略DNA构。

[随讲随练]一个mRNA分子有m个碱基，其中G+C有n个；由该mRNA合成的蛋白质有两条肽链。则其模板DNA分子的A+T数、合成蛋白质时脱去的水分子数分别是

A.m、m/3-1 B.m、m/3-2 C.2(m-n)、m/3-1 D.2(m-n)、m/3-2 [答案] D

[随讲随练]某条多肽的相对分子质量为2778，若氨基酸的平均相对分子质量为110，如考虑终止密码子，则编码该多肽的基因长度至少是

A.75对碱基 B.78对碱基 C.90对碱基 D.93对碱基 [答案] D

六、 基因对性状的控制：

具体表现在两个方面：一是某些基因通过控制酶或激素的合成来控制代谢过程，从而控制

例如：白化病病因，患者不能合成正常代谢过程中所需要的酪氨酸酶，缺少这种酶，就不能生成黑色素，从而表现出毛发白色，皮肤淡红色，畏光等白化症状。

再如苯丙酮尿症，患者不能合成苯丙氨酸羧化酶，从而造成患者脑发育障碍而成为痴呆。 基因控制性状的另一种情况，是通过控制蛋白质分子的结构来直接影响性状。

如：镰刀型细胞贫血症，是血红蛋白分子中一个谷氨酸被缬氨酸代替所造成的一种隐性遗传病。

可见，基因正是通过控制蛋白质的合成来实现其对生物性状的控制。 基因并不是决定性状的唯一条件。基因型相同的个体在不同的条件下可能发育成不同表现型的个体。因此，有些性状是基因和环境共同作用的结果。

说明：生物性状的表现有内因也有外因的影响。其内因是生物的基因型，外因是生物所处的环境条件。

七、生物体内基因的表达有如下特点：

(1)基因选择性表达：虽然不同的细胞含有相同的基因，但不同的细胞表达不同的基因，即DNA相同，mRNA不同，如胰岛细胞能表达胰岛素基因，但不表达血红蛋白基因。

(2)基因顺序表达：个体发育的不同时期表达不同基因。

专题：复制、转录与翻译的比较。

特别提示：DNA分子复制过程，只发生在分裂细胞中，分化了的细胞不能进行DNA分子的复制。而在所有细胞中都可进行转录、翻译过程。

专题：遗传信息、遗传密码(密码子)、反密码子、遗传性状的区别。 *遗传信息：是指基因中而不是DNA分子中四种脱氧核苷酸的排列顺序。

*遗传密码(密码子)：是指mRNA上决定蛋白质中氨基酸种类和排列顺序的3个相邻碱基。密码子是指mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基。

*密码子表：1967年科学家们破译了全部的密码子(如图)。

密码子共64个，对应氨基酸的密码子只有61个。

起始密码：共2个

肽链合成起始、 终止密码：共个(不对应任何的氨基酸的无义密码子

有的氨基酸具有两种或两种以上的密码子：如亮氨酸、精氨酸各有6种密码子。 有的氨基酸只有一种密码子：如色氨酸、甲硫氨酸。

在生物界从病毒到人类，密码子基本上是通用的。这一现象表明了生物起源的同一性，以及生物彼此之间的亲缘关系。

*的一端有3个相邻的碱基称为反密码子。反密码子能识别mRNA上的密码子，并与之进行碱基互补配对，从而将tRNA另一端所携带的氨基酸放置在特定的位置上。

*遗传性状：生物的形态结构和生理功能的特征。生物的遗传性状主要通过蛋白质来体现的。

它们的区别是：一是存在位置不同：遗传信息是基因中四种脱氧核苷酸排列顺序；遗传密码是mRNA上核糖核苷酸的排列顺序；反密码子存在于tRNA的反密码子环上；遗传性状是由广泛分布于生物体全身的蛋白质来体现的。

二是作用不同：遗传信息决定氨基酸的排列顺序，仅是间接作用；遗传密码则是由基因中的遗传信息决定的，它能直接控制蛋白质中的氨基酸排列顺序；反密码子能识别密码子，从而将氨基酸放在特定的位置上；遗传性状就是由遗传信息间接控制的，遗传密码直接控制的蛋白质来具体体现。

专题：碱基互补配对原则体现在哪些方面？ (1)DNA分子的结构和自我复制：A-T，G-C； (2)DNA的转录：A-U，A-T ，G-C； (3)翻译：A-U，G-C；

(4)逆转录：A-T，A-U，G-C。

[随讲随练]已知a、b、c、d是某细菌DNA片段上的4个基因，下图中W表示野生型，①、②、③分别表示三种缺失不同基因的突变体，虚线表示所缺失的基因。若分别检测野生型和各种突变体中某种酶的活性，发现仅在野生型和突变体①中该酶有活性，则编码该酶的基因是

A.基因a B.基因b C.基因c D.基因d [答案] B

A.TGU B.UGA C.ACU D.UCU [答案] C