基因的本質和表達表達

第三講基因的本質和基因表達2011年高三生物第一輪復習蘿北高中高三生物組孟凡紅復習提綱1．遺傳信息的轉錄和翻譯過程及相關計算.2．基因與DNA、染色體、遺傳信息的關系.3．中心法則的內容及相關內容的區(qū)別、聯(lián)系和應用.4．基因與蛋白質及性狀的關系.一.基因的概念從分子水平上講；啟示1、基因是DNA分子的片斷，但并不是DNA分子的所有片斷都是基因。啟示2、基因可把它所貯存的遺傳信息反映在生物的性狀上，帶有遺傳效應?；蚴怯羞z傳效應的DNA片段。每個基因有特定的脫氧核苷酸排列順序，它代表著遺傳信息（2）每一個基因都是特定的DNA片斷，有著特定的遺傳效應，而脫氧核苷酸的排列順序就包含著特定的遺傳信息，對于某個基因來說其脫氧核苷酸的排列順序是固定不變的（特異性）

，而不同基因的脫氧核苷酸的排列順序又是不同的（多樣性）

。（1）此中遺傳效應是指能轉錄為rnRNA，繼而翻譯為蛋白質、或具有轉錄為核糖體RNA（rRNA）、轉運RNA(tRNA)的能力。（3）基因位于染色體上，呈線性排列，染色體是基因的載體，線粒體和葉綠體是基因的次要載體。（4）基因是控制生物性狀的結構和功能的基本單位。（5）線粒體和葉綠體中也有基因，稱細胞質基因。（6）在大多數(shù)生物中，基因是有遺傳效應的DNA片斷，

而在RNA病毒中是一段有遺傳效應的RNA片斷。染色體、DNA、基因、脫氧核苷酸的關系總結歸納脫氧核苷酸、DNA、染色體和生物性狀與基因之間的關系關系內容脫氧核苷酸與基因DNA與基因染色體與基因生物性狀與基因脫氧核苷酸是基因的基本組成單位，每個基因含有成百上千個脫氧核苷酸，脫氧核苷酸的排列順序就是基因中所攜帶的遺傳信息。有遺傳效應的DNA片段就是基因．每個DNA分子上有很多個基因。染色體是基因的主要載體，基因在染色體上呈線性排列?；蚩梢砸欢ǖ姆绞桨堰z傳信息反映到蛋白質的分子結構上來，從而控制生物的性狀，遺傳學上把這過程叫做基因的表達。1．對染色體、DNA、基因三者關系的敘述中，錯誤的是(

)A．每條染色體上含有一個或兩個DNA，DNA分子上含

多個基因B．都能復制、分離和傳遞，且三者行為一致C．三者都是生物細胞內的遺傳物質D．生物的傳種接代中，染色體的行為決定著DNA和基因的行為二．DNA與RNA(1)DNA分子與RNA分子的區(qū)別區(qū)別DNARNA結構基本單位五碳糖含氮堿基產生途徑通常是雙螺旋結構，極少數(shù)病毒是單鏈結構通常是單鏈結構，極少數(shù)病毒是雙鏈結構脫氧核苷酸核糖核苷酸脫氧核糖核糖A、G、C、TA、G、C、UDNA復制、逆轉錄轉錄、RNA復制存在部位功能主要位于細胞核中的染色體上，極少數(shù)位于細胞質中的線粒體和葉綠體中主要位于細胞質中主要的遺傳物質，傳遞和表達遺傳信息①作為遺傳物質：只在RNA病毒中②參與蛋白質合成：傳遞遺傳信息(mRNA)，組成核糖體(rRNA)，運輸氨基酸(tRNA)③催化作用：酶的一種(2)三種RNA的比較mRNAtRNArRNA分布部位細胞質中與蛋白質結合形成核糖體特點帶有從DNA上轉錄下來的遺傳信息一端能與氨基酸結合，另一端有反密碼子與mRNA上的遺傳密碼子配對由核仁組織區(qū)的DNA轉錄而來，是核糖體的組成物質功能翻譯時作模板翻譯時作搬運氨基酸的工具合成蛋白質的場所結構單鏈單鏈，常有部分堿基對形成三葉草結構單鏈共同點①都是轉錄產生；②基本單位相同；③都與翻譯過程有關常與核糖體結合mRNA（2）密碼子：mRNA上每三個相鄰的堿基決定一種氨基酸，這三個相鄰的堿基稱為密碼子。代表氨基酸的密碼子共61種，還有三種組合（UAA、UAG、UGA）不代表任何氨基酸，是終止密碼。另有兩個有意義的密碼子是特殊的起始密碼子。61個密碼子與20種氨基酸之間不是平均分配的，有些氨基酸有幾個密碼子，如亮氨酸有六個密碼子，不同密碼子決定同一個氨基酸稱遺傳密碼的簡并，而甲硫氨酸和色氨酸只有一個密碼子?？茖W家的研究結果表明，遺傳密碼在所有的生物中是通用的，這說明地球上所有的生物都是由共同的祖先進化而來的。1、遺傳信息、密碼子和反密碼子（1）遺傳信息：指基因（或DNA）中控制遺傳性狀的脫氧核苷酸順序，它間接決定氨基酸的排列順序。（3）反密碼子：指tRNA分子上與mRNA分子中的密碼子互補配對的三個堿基，有61種。反密碼子的三個堿基與相應的DNA模板鏈上對應的堿基排列順序相同，只是DNA鏈上堿基T的位置在tRNA上為U。(3)、歸納總結項目位置作用遺傳信息在DNA上決定氨基酸的排列順序，起間接作用密碼子在mRNA上直接控制蛋白質的氨基酸的排列順序反密碼子在tRNA上識別密碼子遺傳信息、密碼子和反密碼子的作用遺傳密碼的特性：1、有3個終止密碼，沒有對應的氨基酸，所以，在64個遺傳密碼中，能決定氨基酸的遺傳密碼子只有61個。2、通用性：地球上幾乎所有的生物共用一套密碼子表。3、簡并性：一種氨基酸有兩種以上的密碼子的情況。在一定程度上能防止由于堿基的改變而導致的遺傳信息的改變。DNA細胞核三轉錄和翻譯1.轉錄過程：A內容條件1、DNA解旋酶1、DNA雙鏈解旋2、堿基配對;3、聚合;3、原料：核糖核苷酸4、RNA聚合酶ACUGCUG2、模板：DNA鏈RNA是整條DNA或者某片段解旋？DNATGCADNA的轉錄a.DNA解旋，以一條鏈為模板合成RNAb.DNA與RNA的堿基互補配對：A—U;T—A；

C—G；G—Cc.組成

RNA的核糖核苷酸一個個連接起來場所：主要在細胞核過程：條件：模板：DNA的一條鏈酶：解旋酶、RNA聚合酶原料：四種核糖核苷酸能量：ATP結果：形成一條mRNA這樣：DNA上的遺傳信息就傳遞到mRNA上翻譯過程：核糖體核糖體核糖體UAUCGTCUGGGAUACGGCAAUACAGUCACCGGAUmRNAUACCGTGGACUG多肽鏈2.翻譯場所：產物：模板：原料：條件：細胞質（核糖體）mRNA蛋白質氨基酸ATP、酶、轉運RNA（tRNA）堿基互補配對：G－C、C－G、U－A、A－U遺傳信息流動：mRNA蛋白質3、轉錄、翻譯與DNA復制的比較項目DNA復制轉錄翻譯場所主要是細胞核主要是細胞核細胞質和核糖體模板DNA的兩條鏈DNA的一條鏈mRNA原料4種脫氧核苷酸4種核糖核苷酸20種氨基酸其他條件酶（解旋酶、DNA聚合酶等）和ATP酶（RNA聚合酶等）和ATP酶、ATP和tRNA堿基配對方式DNA→DNAA——T、C——GT——A、G——CDNA→mRNAA——U、C——GU——A、G——CmRNA→tRNAA——U、C——GU——A、G——C信息傳遞DNA→DNADNA→mRNAmRNA→蛋白質時間細胞分裂間期生物生長發(fā)育的過程中產物2個相同的DNA分子RNA蛋白質特點邊解旋邊復制半保留復制邊解旋邊轉錄

DNA仍保留1個mRNA分子可結合多個核糖體意義復制遺傳信息，使遺傳信息從親代傳給子代表達遺傳信息，使生物體表現(xiàn)出各種遺傳性狀4、DNA

（基因）、mRNA上堿基數(shù)與氨基酸數(shù)量之間的關系（2）翻譯過程中，信使RNA中每3個堿基決定一個氨基酸，所以經翻譯合成的蛋白質分子中的氨基酸數(shù)目是mRNA堿基數(shù)目的1/3。總之，在轉錄和翻譯過程中，基因中的堿基數(shù)(指雙鏈)、RNA分子中的堿基數(shù)、蛋白質分子中的氨基酸數(shù)之比為6：3：1。提醒：因為DNA（基因）、mRNA上有一些堿基不編碼氨基酸（如mRNA上終止密碼等），所以實際上編碼n個氨基酸，mRNA上所需的堿基數(shù)目大于3n，基因上所需的堿基數(shù)目大于6n，故一般題干中求氨基酸數(shù)有“最多”、求堿基數(shù)有“至少”等字樣。（1）轉錄時，組成基因的兩條鏈中只有一條鏈能轉錄，另一條鏈則不能轉錄。因此，轉錄形成的RNA分子中堿基數(shù)目是基因中堿基數(shù)目的l／2。基因性狀信息流遺傳學上把遺傳信息的流動方向叫做信息流。5、在基因與性狀之間遺傳信息的傳遞方向是因此基因有兩大功能是：（1）通過復制把遺傳信息傳遞給下一代。（2）在后代的個體發(fā)育中，使遺傳信息以一定的方式（轉錄和翻譯）反應到蛋白質分子的結構上，從而使后代表現(xiàn)出與前代相似的性狀。信息流的方向可以用科學家克里克提出的“中心法則”來表示?！爸行姆▌t”是指遺傳信息從DNA流向DNA的復制過程，也可以是從DNA流向RNA，進而流向蛋白質的轉錄和翻譯過程。但遺傳信息不能從蛋白質傳遞到蛋白質，也不能從蛋白質流向DNA或RNA。圖解：DNARNA蛋白質復制轉錄翻譯四、中心法則的提出及其發(fā)展（1）圖解：DNAmRNA蛋白質復制復制翻譯轉錄逆轉錄對中心法則的補充

由于在某些致癌病毒中存在著逆轉錄酶,能夠以RNA為模板,逆轉錄成DNA,在RNA病毒中,RNA能夠自我復制,所以補充后的中心法則可用下圖表示。⑤mRNA→DNA：少數(shù)病毒在其宿主細胞中的逆轉錄過程。例：某些致癌病毒、愛滋病病毒。

對圖解的說明:①

DNA→DNA(或基因→基因)；以DNA作為遺傳物質的生物的DNA自我復制，表示遺傳信息的傳遞。例：絕大多數(shù)生物。②

RNA→

RNA：以RNA作為遺傳物質的生物的RNA自我復制。例：以RNA為遺傳物質的生物煙草花葉病毒。③

DNA→m

RNA：細胞核中的轉錄過程。例：絕大多數(shù)生物。④

mRNA→蛋白質：細胞質的核糖體上的翻譯過程。以上(3)(4)共同完成遺傳信息的表達?！爸行姆▌t”中的幾種堿基互補配對

①

DNA復制：A－T

G－C

③轉錄：A－U

T－A

G－C②

RNA復制：A－U

G－C④逆轉錄：A－T

U－A

G－C⑤翻譯：A－U

G－CDNA（基因）轉錄mRNA翻譯蛋白質（表現(xiàn)出性狀）脫氧核苷酸序列核糖核苷酸序列氨基酸序列遺傳信息遺傳密碼∣

←細胞核內進行轉錄→∣

←細胞質內進行翻譯→∣決定決定決定決定3、對基因表達過程的理解基因通過控制蛋白質的合成來控制生物的性狀，不同的基因控制不同的性狀?；蚩刂菩誀畹膬煞N方式間接途徑：基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，從而控制生物的性狀。直接途徑：基因通過控制蛋白質分子的結構來直接影響性狀五、基因控制性狀的方式和實例實例：鐮刀型細胞貧血癥控制血紅蛋白形成的基因中一個堿基變化①直接途經血紅蛋白的結構發(fā)生變化紅細胞呈鐮刀型容量破裂，患溶血性貧血正常紅細胞鐮刀型紅細胞實例：白化病控制酪氨酸酶合成的基因異常②間接途經酪氨酸酶不能正常合成酪氨酸酶不能正常轉化為黑色素因缺乏黑色素而表現(xiàn)白化癥狀白化病患者（2）生物有些性狀是受多個基因決定的，如人的身高。（1）生物的大多數(shù)性狀是受單基因控制的（如豌豆的高莖與矮莖，是由一對等位基因控制。基因與性狀間的對應關系（3）生物的性狀還受環(huán)境條件的影響，是生物的基因型和環(huán)境條件共同作用的結果，即表現(xiàn)型＝基因型＋環(huán)境條件。（4）基因與性狀的關系并不都是簡單的線性關系，基因與基因，基因與基因產物、基因與環(huán)境之間存在著復雜的相互關系，這種相互作用形成了一個錯綜復雜的網絡。4、等位基因與性狀的關系基因性狀等位基因相對性狀性狀分離等位基因分離顯性基因隱性基因顯性性狀隱性性狀控制控制控制控制②順序性表達：細胞內的基因順序表達，同一細胞的不同發(fā)育時期表達不同的基因。1、個體發(fā)育是從受精卵的有絲分裂開始到性成熟個體形成的過程，在這一過程中，生物個體的各種性狀得以逐步表現(xiàn)。個體發(fā)育過程是受遺傳物質控制的，發(fā)育過程是細胞內基因表達的結果。2、個體發(fā)育過程中產生的眾多體細胞均來自同一受精卵的有絲分裂，因而含有相同的遺傳物質或基因，但生物體不同部位細胞表現(xiàn)出的性狀不同，而且不同性狀是在不同時期表現(xiàn)的。所以在個體發(fā)育中，生物體內的基因表達有如下特點：①選擇性表達：雖然不同的細胞含有相同的基因，但不同的細胞表達不同的基因，即選擇性表達．如胰島細胞能表達胰島素基因，但不能表達血紅蛋白基因?；虮磉_與個體發(fā)育之間的關系六.細胞質基因與細胞核基因的比較

細胞質基因細胞核基因存在部位葉綠體、線粒體細菌質粒細胞核是否與蛋白質結合否，DNA分子裸露與蛋白質結合為染色體結構雙鏈DNA雙鏈DNA功能復制、轉錄、翻譯復制、轉錄、翻譯基因數(shù)量少多遺傳方式母系遺傳遵循孟德爾遺傳規(guī)律

細胞質基因細胞核基因聯(lián)系①線粒體和葉綠體是半自主細胞器，這些部位的基因的活動還要受核基因的控制、制約②核基因的復制、轉錄在細胞核內進行，翻譯在細胞質的核糖體上進行；質基因的復制、轉錄、翻譯均在細胞質的線粒體、葉綠體內完成，因