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基因的表达


基因的表达
一、基因: 1、概念:基因是具有遗传效应的 DNA 分子片段,是控制生物性状的结构和功 能的基本单位。

2、基因与脱氧核甘酸、DNA、染色体关系

3、基因的存在场所 核基因:染色体上呈线性排列,有性生殖产生配子时基因和染色体 真核 具有行为上的一致性。 质基因:线粒体、叶绿体 原核:拟核 病毒:核酸 4、遗传信息:

基因中脱氧核苷酸(或碱基对)的排列顺序,代表遗传信息。 每个基因都有特定的遗传信息。 二、基因的功能 1、储存遗传信息:通过脱氧核苷酸的排列顺序。 2、传递遗传信息:时间:细胞分裂。 方式:DNA 复制 3、表达遗传信息:时间:个体发育中。 方式:转录和翻译。
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三、基因控制蛋白质的合成: (一)基因的表达:基因(DNA)通过复制将遗传信息传递给后代,在后代的 个体发育中,基因中的遗传信息以一定的方式反映到蛋白质的分子结构上来, 使后代表现出与亲代相似的性状,这一过程叫基因的表达。 基因的表达是通过 DNA 控制蛋白质的合成来实现的。 (二)DNA 和 RNA 的比较 DNA 结构 组成基本单位 五碳糖 无机酸 规则的双螺旋结构 脱氧核苷酸 脱氧核糖 (C5H10O4) 磷酸 腺嘌呤 嘌呤 鸟嘌呤 碱基 胞嘧啶 嘧啶 胸腺嘧啶 T 分类 功能 通常只有一类 主要的遗传物质 尿嘧啶 U C 胞嘧啶 C G 鸟嘌呤 G A RNA 通常呈单链结构 核糖核苷酸 核糖 (C5H10O5) 磷酸 腺嘌呤 A

分为 mRNA、rRNA、tRNA 在无 DNA 的生物中是遗传物质,在有 DNA 的生物中,辅助 DNA 完成其功能。

考虑:下列各种生物体含有的碱基,核苷酸及核酸种类 碱基种类 烟草 烟草花叶病毒 蓝藻 噬菌体 核苷酸种类 核酸种类 五碳糖种类

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(三)基因表达过程 1、转录(表示为:DNA→mRNA) (1)概念:以 DNA 的一条链为模板,按照碱基互补配对原则,合成 RNA 的过程。 示意图为

说明:转录是以基因为单位进行的,因为一个 DNA 分子包含有许多个基因,因 此,1 个 DNA 就可转录多种多个 RNA,基因在转录时为模板的那条链不是固定 的,不同基因模板链不同。如图:

基因 1 可能以α 链为模板, 而基因 2 可能是以β 链为模板, 转录时为模板的链 称为有义链,而另一条为反义链。 (2)发生场所 真核:主要在细胞核,其次线粒体、叶绿体。 原核:细胞质 模板:DNA 的一条链 原料:四种核糖核苷酸 (3)条件 能量:ATP 酶:解旋酶、RNA 聚合酶 (4)原则:碱基互补配对原则: A 配 U ,G 配 C,C 配 G,T 配 A。 (5)具体过程:遗传信息的转录过程是在 RNA 聚合酶的催化作用下进行的,当 RNA 聚合酶与 DNA 分子的某一启动部位相结合时,DNA 分子的这一片段的双螺 旋结构解开,以其中的一条链为模板,聚合酶沿着该链移动,按照碱基互补配 对原则,使细胞里已经存在的四种核糖核苷酸聚合成与该片段互补的信使 RNA,这样储存于 DNA 分子中的遗传信息便转录到信使 RNA 分子上。 模板去向:转录完成后,解开的两条链再恢复为双螺旋结构。 产物去向:mRNA 从细胞核到细胞质与核糖体结合。 说明:tRNA、rRNA 合成方式与 mRNA 相似,只是转录后不在翻译成蛋白质。
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考虑:以下为 DNA 转录 RNA 过程的某片段。

①该片段含 种碱基, 种核苷酸。 ②β 链与 mRNA 暂时结合是通过 。 ③观察上图,如果 mRNA 中,A 占 19%,U 占 21%,能否推出转录该链的 DNA 分 子的碱基组成。 A T C G ④如果测定某生物的一段核酸的碱基比为 A:G:U:T:C=37:13:15:22:13,则可 推测这个生物正在进行的是 (生理过程) 。 2、翻译(简式表示为:RNA→蛋白质) (1) 概念: 以信使 RNA 为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。 如图 (2)场所:细胞质中的核糖体上。 考虑:上步转录的 mRNA 在细胞核形成后,通过细胞核的( )进入细胞质 与核糖体结合,此过程中 mRNA 从细胞核到细胞质经过 层生物膜。 模板:mRNA 原料:氨基酸 (3)条件: 能量:ATP 酶 转运工具: (翻译者)tRNA (4)密码子 a、 定义: 信使 RNA 上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基, 叫做一个 “密码子” 。 3 b、数目:4 =64 个,三个终止子(不决定氨基酸)和 61 个密码子(决定 20 种氨基酸) c、特点 一个密码子只能决定一种氨基酸。 一种氨基酸可由一种或几种密码子决定。 (5)运载体——tRNA
a、结构:

b、种类:61 种
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c、功能特点:专一性:一种 tRNA 专一的识别一种氨基酸的密码子,专一转 运一种氨基酸。 考虑:一种氨基酸是否只能被一种 tRNA 转运 (是、否) (6)过程 转录成的 mRNA 与核糖体结合后, 由转运 RNA 携带氨基酸到核糖体上第一个 是甲硫氨酸,依次有另一个 tRNA 携带另一个氨基酸到核糖体上,两个氨基酸 形成肽键,核糖体移动位置,第一个 tRNA 移走再去转运相应的氨基酸,而另 一个 tRNA 又携带氨基酸进入,再形成肽键,依次进行下去,直到核糖体读取 到终止密码子,肽健不再延长,合成终止后,mRNA 与核糖体分离,水解酶 作用下水解为核糖核苷酸。 合成的多肽链也从核糖体上脱离, 再经过一定得盘 曲折叠,形成有特定空间结构和功能的蛋白质。

说明:在翻译时,一个 mRNA 分子上可结合多个核糖体。如图:

这样用少量 mRNA 就可以迅速合成大量的同种类的蛋白质。 (7)原则:碱基互补配对原则(A 配 U,U 配 A,G 配 C,C 配 G) (8)产物:多肽(或蛋白质) 3、转录 翻译(基因表达过程小结)

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四、中心法则及其补充 在遗传学上,把遗传信息的流动方向叫做信息流,信息流的方向可以用“中心 法则”来表示

①DNA 复 制 信息流 DNA→DNA

②转录

③翻译 mRNA → 蛋 白质

④逆转录

⑤ RNA 复 制 RNA→RNA

DNA→mRNA

mRNA→DNA

表示为

进行的 细胞

某些病毒侵染 分 裂 的 细 分裂、分化的细胞都进 宿主细胞 某些病毒侵 胞才进行 行 ( 必 要 条 件 逆 染宿主细胞 转录酶)

五、基因对性状的控制 生物的一切遗传性状都是受基因控制的,基因对性状的控制有两种方式: 1、通过控制酶的合成来控制代谢过程。从而间接控制生物的性状。如:人白 化病与酪氨酸的关系 基因突变→酪氨酸酶缺乏,酪氨酸转变为黑色素受阻→导致白化病 2、通过控制蛋白质的分子结构来直接影响性状 控制血红蛋白分子结构的基因不正常→血红蛋白异常→引起疾病 又如:CFTR 基因突变与囊性纤维病的关系 CFTR 基因缺失 3 个碱基 ↓ CFTR 蛋白结构异常→功能异常 ↓ 患者支气管内黏液增多 ↓ 黏液清除困难,细菌繁殖肺部感染
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六、遗传信息、密码子和反密码子的比较 含义 位置 功能

遗传信息

基因中脱氧核苷酸排列顺序 mRNA 上决定一个氨基酸的三个 相邻的碱基 转移 RNA 分子与 mRNA 分子中密 码子互补配对的三个碱基

DNA 上

控制生物性状

密码子

mRNA 上

决定氨基酸

反密码子

tRNA 上

识别密码子

考虑:根据碱基互补配对原则和中心法则完成表格 α 双链 DNA β mRNA tRNA 氨基酸种类 亮氨酸 T

注:亮氨酸的密码子为 CUA 七、碱基与氨基酸数目、分子量计算 根据蛋白质的合成过程, 基因中每 3 个碱基对转录出 mRNA 的 3 个碱基(一个密 码子),再通过翻译决定一个氨基酸(无特别说明,不考虑终止密码子)于是存 在下图所示的对应关系

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考虑: 1、 水蛭素是由 65 个氨基酸组成的蛋白质, 控制该蛋白质的基因至少含有碱基 的个数___________;需 tRNA 的个数__________; 2、某氨基酸由 n 条肽链组成,氨基酸的平均分子量是 a,控制该蛋白质合成 的基因含 b 个碱基对,则该蛋白质的分子量约为( ) A、2ab/3-6b+18n B、ab/3-6b C、18(a/3b-a) D、ab/3 3、科学家用人工合成的只含 U 的 RNA 为模板,在一定条件下合成了只有由苯 丙氨酸组成的多肽, 又有科学家用 C、 两种碱基相间排列的 mRNA 为模板检验 U 一个密码子所含有的碱基数目(为 2 或 3 或 4)。 假如一个密码子中含有两个或四个碱基,则该 RNA 指导合成的多肽链应由 _______种氨基酸组成。 假如一个密码子中含有三个碱基,则该 RNA 指导合成的多肽链应由_______种 氨基酸组成。

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