基因与性状的关系

1、在美国电影在美国电影侏罗纪公园侏罗纪公园说，复活的恐龙说，复活的恐龙是科学家利用提取出的恐龙的是科学家利用提取出的恐龙的DNADNA分子培育分子培育繁殖而来的。繁殖而来的。讨论：讨论：利用已灭绝的生物的利用已灭绝的生物的DNADNA分子分子, ,真的真的能够使灭绝的生物复活吗？能够使灭绝的生物复活吗？现代遗传学认为：现代遗传学认为：生物的性状是由生物的性状是由 控制的。控制的。 DNA DNA分子是怎样控制遗传性状的？分子是怎样控制遗传性状的？性状是由性状是由 体现的。体现的。基因基因蛋白质蛋白质DNA（基因）（基因）蛋白质（性状）蛋白质（性状）？第一节第一节 基因指导蛋白质的合成基因指导蛋白

2、质的合成细胞核细胞核细胞质核糖体上细胞质核糖体上DNA(DNA(基因基因) )蛋白质蛋白质RNARNA转录转录翻译翻译基基因因指指导导蛋蛋白白质质合合成成的的过过程程遗传信息的转录 RNA是DNA指导蛋白质合成的信使。为什么RNA适于作DNA的信使呢？RNA和和DNA的区别的区别项目项目 RNA DNA名称名称组成组成基本单位基本单位结构结构存在部位存在部位功能功能核糖核酸核糖核酸脱氧脱氧核糖核酸核糖核酸核糖核糖核苷酸核苷酸脱氧脱氧（核糖）（核糖）核苷酸核苷酸一般为单链一般为单链一般为双链一般为双链主要存在于细胞质中主要存在于细胞质中主要存在于细胞核中主要存在于细胞核中 C、H、O、N、P 核

3、糖、磷酸、核糖、磷酸、含氮碱基：含氮碱基：A、G、C、U C、H、O、N、P 脱氧脱氧核糖、磷酸、核糖、磷酸、 含氮碱基：含氮碱基：A、G、C、T传递传递遗传信息遗传信息携带携带遗传信息遗传信息为什么RNA适于作DNA的信使呢？RNARNA也是由基本单位核苷酸组成，也是由基本单位核苷酸组成，由由核糖、磷酸、含氮碱基：核糖、磷酸、含氮碱基：A、G、C、U共同组成，也能共同组成，也能储存遗传信息。储存遗传信息。在在RNARNA和和DNADNA的关系中，也遵循的关系中，也遵循“碱基碱基互补配对原则互补配对原则”A=UA=U，G=CG=C。RNARNA一般是一般是单链单链，而且比，而且比DNADNA短

4、，因此短，因此能够通过核孔，从细胞核能够通过核孔，从细胞核转移转移到细胞质中到细胞质中。 信使信使RNARNA（mRNA)mRNA) 功能：将功能：将DNADNA的遗传信息转录下来，传递至细的遗传信息转录下来，传递至细 胞质中的核糖体上，控制蛋白质的合成胞质中的核糖体上，控制蛋白质的合成 转运转运RNARNA（tRNA)tRNA) 种类：多种种类：多种 功能：专一性（专一识别一种氨基酸的密码功能：专一性（专一识别一种氨基酸的密码 子、转运一种氨基酸）子、转运一种氨基酸） 核糖体核糖体RNARNA（rRNArRNA） 功能：与核糖体的合成有关。功能：与核糖体的合成有关。RNA的种类的种类 mRN

5、AtRNArRNA分布 部位常与核糖体结合 细胞质中与蛋白质结合形成核糖体 特点 带有从 DNA转录下来的遗传信息一端能与氨基酸结合,tRNA的反密码子与mRNA上的遗传密码子互补配对由核仁组织区的DNA转录而来,是核糖体的组成物质功能翻译时作模板翻译时作搬运氨基酸的工具它与多种蛋白质结合成核糖体,作为蛋白质生物合成的“装配机”结构单链单链,常有部分碱基对形成三叶草结构单链共同点都是转录产生;基本单位相同;都与翻译过程有关mRNA（信使信使RNARNA） tRNA（转运转运RNA）rRNA（核糖体）核糖体） DNA与RNA分子的判断(1)若核酸中出现碱基T或五碳糖为脱氧核糖,则其必为DNA。(

6、2)若AT、CG,则为单链DNA;若A=T、C=G,则一般认为是双链DNA。(3)若出现碱基U或五碳糖为核糖,则必为RNA。(4)要确定是DNA还是RNA,必须知道碱基的种类或五碳糖的种类,是单链还是双链,还必须知道碱基比率。（2 2）场所：场所：（1 1）概念：概念：一、遗传信息的转录一、遗传信息的转录以以DNADNA的的一条链为模板一条链为模板，按照，按照碱基互补配对原则，合成碱基互补配对原则，合成mRNAmRNA的过程。的过程。细胞核细胞核（3 3）条件：条件：模板模板:原料原料:能量能量: 酶酶:DNADNA的一条链为模板的一条链为模板4 4种核糖核苷酸种核糖核苷酸ATPDNADNA解

7、旋酶解旋酶,RNA,RNA聚合酶聚合酶（4 4）过程：过程：DNADNA解开螺旋解开螺旋, ,以一条链为模板以一条链为模板, ,按照按照 A-UA-U、T-AT-A、C-GC-G、G-CG-C配对，配对， RNARNA聚合聚合 酶合成酶合成mRNAmRNA，酶和，酶和mRNAmRNA脱落下来，脱落下来， DNADNA两条链重新螺旋。两条链重新螺旋。（5 5）模板链模板链: :转录时基因中作模板的那条链转录时基因中作模板的那条链 编码链编码链: :转录时转录时基因中不作模板的那条链基因中不作模板的那条链AG T AC T A A T DNADNA的的一条链一条链U U AGAUAU CmRNAT

8、CATG A TT AAG T AC A A A T UCAUG A UUAmRNA 细胞质细胞质 细胞核细胞核mRNAmRNA通过核孔进入细胞质通过核孔进入细胞质转录小结转录小结场所场所:模板模板:原料原料:条件条件:产物产物:特点特点:原则原则:细胞核细胞核DNA上基因的上基因的一条一条链链四种核糖核苷酸四种核糖核苷酸(A、G、C、U）需要模板、原料、酶和需要模板、原料、酶和ATP单链的单链的mRNA边解旋边转录边解旋边转录碱基互补配对原则碱基互补配对原则（A=U,T=A; G=C,C=G）2 2、遗传信息的、遗传信息的翻译翻译（1 1）概念：）概念：（2 2）地点：）地点：指以指以 为模

9、板，合成具有一为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程定氨基酸顺序的蛋白质的过程在细胞质中在细胞质中信使信使RNARNA（3 3）3 3个相临的碱基个相临的碱基（4）条件：）条件：模板模板：mRNA原料原料：20种氨基酸种氨基酸能量能量： ATP(5)结果：形成多肽结果：形成多肽mRNAmRNA上上 对应一个氨基酸对应一个氨基酸翻翻 译译UCAUG A UUAA A U 亮氨酸亮氨酸AC U 天冬氨天冬氨酸酸 核糖体核糖体细胞质中的细胞质中的mRNAmRNA与核糖体结合与核糖体结合. .细胞质中细胞质中（5）过程：）过程：UCAUG A UUAA A U 亮氨酸亮氨酸AC U 天冬氨天冬氨

10、酸酸 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 .细胞质中细胞质中UCAUG A UUAA A U 亮氨酸亮氨酸AC U 天冬氨天冬氨酸酸AUG 异亮氨酸异亮氨酸细胞质中细胞质中 tRNA tRNA 将氨基酸转运到将氨基酸转运到 mRNAmRNA上的相应位置上的相应位置 . .UCAUG A UUAA A U 亮氨酸亮氨酸AC U 天冬氨天冬氨酸酸AUG 异亮氨酸异亮氨酸缩合缩合细胞质中细胞质中 两个氨基酸分子缩合两个氨基酸分子缩合UCAUG A UUAA A U 亮氨酸亮氨酸AC U 天冬氨天冬氨酸酸AUG 异亮氨酸异亮氨酸 核糖

11、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上的密码子配对上的密码子配对. . 细胞质中细胞质中UCAUG A UUAA A U 亮氨酸亮氨酸AC U 天冬氨天冬氨酸酸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细胞质中细胞质中UCAUG A UUAA A U 亮氨酸亮氨酸AC U 天冬氨天冬氨酸酸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细胞质中细胞质中UCAUG A UUAAUG 亮氨酸亮氨酸 天冬氨天冬氨酸酸 异亮氨酸异亮氨

12、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 . . 细胞质中细胞质中mRNA：蛋白质：蛋白质：决定决定决定?种?种4种20种讨论：U U A G AUA U C密码子密码子密码子三个碱基决定一个氨基酸，三个碱基决定一个氨基酸，4 43 3=64=64 密码子密码子UCAUG A UUAmRNA 密码子密码子 密码子密码子 遗传密码：遗传密码： 遗传学上把遗传学上把mRNA中决定氨基酸的不同碱中决定氨基酸的不同碱基排列顺序，叫做基排列顺序，叫做“遗传密码遗传密码”。把其中决定。把其中决定一个氨基酸的一个氨基酸的相邻的三个碱基相邻的三个碱基成为密

13、码子。成为密码子。密码子表1、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。2、有的氨基酸可能有一个以上的密码子、有的氨基酸可能有一个以上的密码子 。3、起始密码子：、起始密码子：GUG、AUG 终止密码子终止密码子 ：UAA、UAG、UGA4、氨基酸的种类：、氨基酸的种类：20种；种； 密码子的种类：密码子的种类：64种种AC U 天冬天冬氨酸氨酸反密码子反密码子AUG异亮异亮氨酸氨酸反密码子反密码子转运转运RNA(tRNA)RNA(tRNA)：分子结构呈三叶草形，其分子结构呈三叶草形，其“叶叶柄柄”端能与一个特定的氨基酸结合，端能与一个特定的氨基酸结合，“叶片叶片”端有

14、三端有三个特殊的碱基称为个特殊的碱基称为“反密码子反密码子”，能与，能与mRNAmRNA上的上的“密码子密码子”相识别。反密码子的种类：相识别。反密码子的种类：6161种。种。运载工具：运载工具：转运转运 RNARNA（tRNA)tRNA)ACU天冬氨天冬氨酸酸AUG 异亮异亮氨酸氨酸 反密码子反密码子 一种一种tRNA只能携带一种氨基酸只能携带一种氨基酸 一种氨基酸可由一种或几种一种氨基酸可由一种或几种tRNA携带携带一个一个mRNA分子上结合多个核糖体，同时合成多条肽链分子上结合多个核糖体，同时合成多条肽链翻译小结翻译小结场所场所:模板模板:原料原料:条件条件:产物产物:原则原则:细胞质的

15、核糖体上细胞质的核糖体上以信使以信使RNA为模板为模板二十种氨基酸二十种氨基酸需要酶和需要酶和ATP多个多肽或蛋白质多个多肽或蛋白质密码子与反密码子配对密码子与反密码子配对,碱基互补配对原则（碱基互补配对原则（A=U，G=C）DNA的转录和翻译的转录和翻译思考：思考： DNA的碱基数、的碱基数、mRNA的碱基数、蛋的碱基数、蛋白质中氨基酸数三者之间有何数量关系？白质中氨基酸数三者之间有何数量关系？与蛋白质合成有关的计算与蛋白质合成有关的计算DNARNA蛋白质蛋白质1366n3nn遗传信息遗传信息遗传密码遗传密码碱基数碱基数碱基数碱基数氨基酸数氨基酸数DNA的碱基数：的碱基数：mRNA的碱基数：

16、蛋白质中氨基酸数的碱基数：蛋白质中氨基酸数6n:3n:n 说明：因为基因中存在又终止密码子等片段，实际上说明：因为基因中存在又终止密码子等片段，实际上基因（基因（DNA）上所含有的碱基数要大于）上所含有的碱基数要大于6n,或氨基酸数或氨基酸数目小于目小于n。因此一般题目中带有。因此一般题目中带有“至少至少”或或“最多最多”字字样。样。RNARNA基因基因蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译细胞核细胞核细胞质细胞质转录、翻译和转录、翻译和DNA复制的区别复制的区别转录转录翻译翻译DNA复制复制场所场所模板模板原料原料信息传递信息传递时间时间产物产物细胞核细胞核细胞质的核糖体细胞质的核糖体细胞核细胞核DN

17、A的一条链的一条链mRNADNA的两条链的两条链核糖核苷酸核糖核苷酸氨基酸氨基酸脱氧核苷酸脱氧核苷酸DNA mRNA RNA 蛋白质蛋白质DNA DNA生长发育过程中生长发育过程中细胞分裂间期细胞分裂间期mRNA有一定氨基酸有一定氨基酸顺序的蛋白质顺序的蛋白质2个相同个相同DNA密码子与反密码子：密码子与反密码子：1、密码子位于密码子位于 上，密码子中上，密码子中没有碱基没有碱基 。2、密码子共有密码子共有 种，决定氨基酸的种，决定氨基酸的 密码子有密码子有 种。种。3、一种密码子决定、一种密码子决定 种氨基酸，种氨基酸， 一种氨基酸由一种氨基酸由 种密码子决定。种密码子决定。4、反密码子位于

18、、反密码子位于 上，上， 一种一种tRNA转运转运 种氨基酸。种氨基酸。 mRNAT646111或多或多1tRNA 典例1 (2011年江苏高考)关于转录和翻译的叙述,错误的是( )A.转录时以核糖核苷酸为原料B.转录时RNA聚合酶能识别DNA中特定碱基序列C.mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质D.不同密码子编码同种氨基酸可增强密码的容错性【答案】C 典例2 (2011年海南高考)关于RNA的叙述,错误的是( )A.少数RNA具有生物催化作用B.真核细胞内mRNA和tRNA都是在细胞质中合成的C.mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基称为密码子D.细胞中有多种tRNA,一种tRNA只能转运一种

19、氨基酸【答案】B1.中心法则适用的情况从中心法则图解看出,遗传信息的转移分为两类:(1)以DNA为遗传物质的生物(包括真核生物和原核生物以及DNA病毒)遗传信息传递。用实线箭头表示,包括DNA复制、RNA转录和蛋白质的翻译。二、基因对性状的控制(2)以RNA为遗传物质的生物遗传信息传递。包括虚线箭头表示过程,即RNA复制、RNA逆转录。RNA的自我复制和逆转录过程,在病毒单独存在时是不能进行的,只有寄生到寄主细胞中后才发生。a.不具逆转录能力的RNA病毒(如流感病毒、烟草花叶病毒、车前草病毒) 遗传信息传递过程:2.中心法则五个过程的比较过程模板 原料碱基互补产物实例DNA 复制DNADNAD

20、NA的两条链A、T、C、G四种脱氧核苷酸ATTACGGCDNA绝大多数生物DNA转录DNARNADNA的一条链A、U、C、G四种核糖核苷酸AUTACGGCRNA 绝大多数生物翻译RNA多肽mRNA约20种氨基酸AUUACGGC多肽 所有生物(病毒依赖宿主细胞)RNA复制RNARNARNAA、U、C、G四种核糖核苷酸AUUACGGCRNA以RNA为遗传物质的生物RNA逆转录RNADNARNAA、T、C、G四种脱氧核苷酸ATUACGGCDNA某些致癌病毒、HIV等 规律精讲精析1.逆转录一定要在逆转录酶的作用下完成。2.根据模板和原料即可确定是中心法则的哪一过程,如由模板DNA,原料脱氧核糖核苷酸

21、(核糖核苷酸)即可确定为DNA复制(转录)。3.需要解旋酶的过程:DNA复制(两条链都作模板)和转录(DNA一条链作模板)。3.基因、蛋白质、性状的关系(1)基因是有遗传效应的DNA片段。(2)基因通过控制蛋白质的合成来控制性状。(3)基因控制性状的两种方式:直接途径:基因 结构蛋白质 细胞结构 生物性状,如镰刀型细胞贫血症。间接途径:基因 酶或激素 细胞代谢 生物性状,如白化病。生物个体发育 (5)生物的性状与基因不是一一对应关系,有些性状是受单基因控制的,有些性状是由多对基因来决定的,有的基因可能影响多种性状。内因基因型外因环境结果表现型(4)生物的性状还受环境条件的影响,是生物的基因型和

22、环境条件共同作用的结果,即细胞质基因(1)分布: 线粒体、叶绿体等细胞器中。(2)功能:能进行 半自主自我复制,并通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成。(3)线粒体DNA缺陷引起的疾病特点: 母系遗传(都只能通过母亲传给后代)。 典例典例3 3 在牧草中在牧草中, ,白花三叶草有两个稳定遗传的品种白花三叶草有两个稳定遗传的品种, ,叶片内含氰叶片内含氰(HCN)(HCN)和和不含氰的。现已研究查明不含氰的。现已研究查明, ,白花三叶草的叶片内的氰化物是经下列生化途径产生白花三叶草的叶片内的氰化物是经下列生化途径产生的的基因基因D D、H H分别决定产氰糖苷酶和氰酸酶的合成分别决定产氰糖苷酶和氰酸

23、酶的合成,d,d、h h无此功能。现有无此功能。现有两个不产氰的品种杂交两个不产氰的品种杂交,F,F1 1全部产氰全部产氰, F, F1 1自交得自交得F F2 2,F,F2 2中有产氰的中有产氰的, ,也有也有不产氰的。用不产氰的。用F F2 2各表现型的叶片的提取液做实验各表现型的叶片的提取液做实验, ,实验时在提取液中分实验时在提取液中分别加入产氰糖苷酶和氰酸酶别加入产氰糖苷酶和氰酸酶, ,然后观察产氰的情况然后观察产氰的情况, ,结果记录于下表结果记录于下表: :叶片叶片 表现型表现型提取液中提取液中加入产氰加入产氰糖苷酶糖苷酶提取液提取液中加入中加入氰酸酶氰酸酶产氰产氰 产氰产氰产氰

24、产氰不产氰不产氰 不产氰不产氰产氰产氰不产氰不产氰 产氰产氰不产氰不产氰不产氰不产氰 不产氰不产氰不产氰不产氰(1)(1)由生化途径可以看出由生化途径可以看出, ,基因与生物性状的关系是基因与生物性状的关系是: :(2)(2)两个不产氰品种的基因型是两个不产氰品种的基因型是 在在F F2 2中产氰和不产氰的中产氰和不产氰的理论比为理论比为 。(3)(3)叶片叶片叶肉细胞中缺乏叶肉细胞中缺乏 酶酶, ,叶片叶片可能的基因型是可能的基因型是 。 (4)(4)从代谢的角度考虑从代谢的角度考虑, ,怎样使叶片怎样使叶片的提取液产氰的提取液产氰? ? 说明理由说明理由多个基因决定一个性状多个基因决定一个性状,基因通过控制酶基因通过控制酶的合成控制生物的代谢进而控制生物的性状的合成控制生物的代谢进而控制生物的性状 DDhh和和ddHH9 7 氰酸氰酸ddHH或或ddHh 同时加入产氰糖苷酶和氰酸酶同时加入产氰糖苷酶和氰酸酶含氰糖苷在氰酸酶的作含氰糖苷在氰酸酶的作用下能产氰用下能产氰1.有关蛋