第23讲 基因的表达【知识精研】高考生物一轮复习课件

必修二第23讲基因的表达第五单元遗传的分子基础基因的表达包括遗传信息的转录和翻译两个阶段。1.概念基因指导蛋白质的合成的过程。2.过程01基因指导蛋白质的合成02基因表达与性状的关系考点目标要求1.概述DNA分子上的遗传信息

通过RNA指导蛋白质的合成，

细胞分化的本质是基因选择

性表达的结果，生物的性状

主要通过蛋白质表现。2.概述某些基因中碱基序列

不变但表型改变的表观遗

传现象。基因指导蛋白质的合成01基因指导蛋白质的合成一、信使的发现

1955年，布拉切特以洋葱根尖和变形虫为材料，用RNA酶分解细胞中的RNA，蛋白质的合成就停止。如果再加入酵母中提取的RNA，蛋白质又开始合成。

1955年，戈德斯坦和普劳特观察到放射性物质标记的RNA从细胞核转移到细胞质。

——RNA是DNA与蛋白质之间的信使思考：RNA适于作为信使的原因？1.能够储存遗传信息它的分子结构与DNA很相似，也是由基本单位——核苷酸连接而成，也能储存遗传信息。2.容易转移到细胞质RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔转移到细胞质中。RNA适于作为信使的原因一、信使的发现基因指导蛋白质的合成二、RNA的结构和种类1.RNA的基本单位核糖核苷酸2.核糖核苷酸的组成一分子磷酸一分子核糖一分子含氮碱基C胞嘧啶U尿嘧啶A腺嘌呤G鸟嘌呤3.元素组成C、H、O、N、P核糖核苷酸链核糖核苷酸

RNA（单链）连接4.结构一般是

，长度比DNA

；能通过

从细胞核转移到细胞质中。单链短核孔5.种类及功能（1）

mRNA：

RNA。以密码子的形式，携带来自DNA的

，是

合成的

模板。信使遗传信息蛋白质直接messengerRNA二、RNA的结构和种类（2）tRNA：

RNA。携带的

能与mRNA上的

。互补配对，转运

。转运氨基酸反密码子密码子transferRNA每种tRNA只能识别并转运

种氨基酸。1（3）rRNA：

RNA。

的组成成分，还能催化

的形成。核糖体核糖体肽键ribosomalRNA肽酰转移酶二、RNA的结构和种类DNA和RNA的比较DNARNA分布真核生物：原核生物：显色反应与

呈绿色，与

在沸水浴加热条件下呈

。与

反应呈

。主要在细胞核（线粒体、叶绿体）主要在拟核（质粒）主要存在于细胞质甲基绿反应二苯胺蓝色吡罗红红色DNA和RNA的比较DNARNA基本单位五碳糖含氮碱基链的条数功能是主要的

，携带和复制

，并指导

的合成。①是RNA病毒的

。②少数作为

，具有

作用。③mRNA④tRNA⑤rRNA脱氧核糖核苷酸核糖核苷酸脱氧核糖核糖A、T、G、CA、U、G、C通常为双链，组成双螺旋通常为单链遗传物质遗传信息蛋白质遗传物质酶催化基因指导蛋白质的合成三、遗传信息的转录通过RNA聚合酶，以DNA的

为模版，按照

的原则合成

的过程。1.概念一条链碱基互补配对RNA3.场所细胞核（主要）、叶绿体、线粒体4.过程2.产物mRNA、tRNA、rRNA（1）解旋：

在ATP的驱动下，RNA聚合酶将DNA双螺旋的两条链解开。CGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATACGTATACGGCTAGCCGTA3'5'CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ATPRNA聚合酶RNA聚合酶具有解旋的效果4.过程（2）配对：

游离的核糖核苷酸按碱基互补配对原则随机地与DNA模板链上的碱基配对，确定RNA的核糖核苷酸排列顺序。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'UAUGCAUGAUCGAGCUU4.过程CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'UAUGCAUGAUCGAGCUUUAUGCAUGAUCGAGCUU5'3'ATP（3）连接：在RNA聚合酶的催化下从子链的5‘端把子链的核糖

核苷酸聚合成核糖核苷酸链。合成方向：子链的5’端→3’端形成磷酸二酯键4.过程（4）脱离：mRNA释放，DNA双链恢复。UAUGCAUGAUCGAGCUUCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATACGTATACGGCTAGCCGTA3'5'细胞质细胞核mRNA4.过程5.特点边解旋边转录6.条件（1）原料（3）能量（2）模板（4）酶4种游离的核糖核苷酸DNA一条链的片段一般是ATPRNA聚合酶（作用于磷酸二酯键和氢键）7.原则碱基互补配对（A-U，T-A，C-G，G-C）提醒：每次转录的只是DNA分子特定的片段，

该片段携带的遗传信息能准确地传递给mRNA分子。DNA→RNA8.遗传信息流动三、遗传信息的转录基因指导蛋白质的合成四、遗传密码的破译1961年，英国的克里克和同事用实验证明：mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基称作一个密码子。GUGCAUCGAmRNA5'3'密码子缬氨酸密码子组氨酸密码子精氨酸1961年蛋白质的体外合成实验科学家：尼伦伯格、马太实验过程：①在每个试管中分别加入1种氨基酸；②在每个试管中加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液；③在每个试管中加入人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸。实验结果：加入苯丙氨酸的试管中，出现了多聚苯丙氨酸的肽链。四、遗传密码的破译除去DNA和mRNA的细胞提取液人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸肽链实验结论：与苯丙氨酸对应的密码子是UUU（第一个被破译的密码子）。在多位科学家的不断实验下，终于破译了全部64密码子，并编制出密码子表。四、遗传密码的破译第一个碱基第二个碱基第三个碱基UCAGU苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸酪氨酸酪氨酸终止终止半胱氨酸半胱氨酸终止、硒代半胱氨酸色氨酸UCAGC亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸组氨酸组氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸UCAGA异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸(起始)苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸天冬酰胺天冬酰胺赖氨酸赖氨酸丝氨酸丝氨酸精氨酸精氨酸UCAGG缬氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸、甲硫氨酸(起始)丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸UCAG

终止密码子：

、

、

。

种类起始密码子：

（甲硫氨酸）、（

种）

（甲硫氨酸）编码氨基酸的密码子___种（一般来说）64UAAGUGAUGUGA61UAG一种密码子决定____种氨基酸，一种氨基酸由

密码子决定。

1种或几种11.21种氨基酸的密码子表四、遗传密码的破译密码子64(43)种3种终止密码：61种密码子编码20种氨基酸UAAUAGUGAUGA:在特殊情况下可编码第21种氨基酸：硒代半胱氨酸AUG编码甲硫氨酸同时作为起始密码GUG编码缬氨酸，在原核生物中作为起始密码时编码甲硫氨酸生物界共用一套遗传密码。2.密码子的特点①专一性：②简并性：③通用性：一种密码子只决定一种氨基酸。一种氨基酸可以由几种密码子决定。维持物种的稳定性

1.21种氨基酸的密码子表3.tRNA的特点③分子结构特别：三叶草的叶形，一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个相邻的碱基，这3个碱基可以与mRNA上的密码子配对，叫作反密码子。①种类很多，61种（一般来说）②每种tRNA只能识别并转运1种氨基酸3´5´（1）tRNA只有三个碱基（）（2）DNA中含有氢键，RNA中不含氢键（）××四、遗传密码的破译遗传信息密码子反密码子区别概念

中脱氧核苷酸的排列顺序mRNA中决定一个氨基酸的

个相邻碱基

中与mRNA中密码子互补的三个碱基作用控制生物的遗传性状直接决定蛋白质中的氨基酸序列识别密码子，转运氨基酸特点DNA两条链上的碱基互补与

上的碱基互补与mRNA中密码子的碱基互补种类

64种，决定氨基酸的有61种，终止密码子3种61种，并不是所有密码子都决定氨基酸，如终止密码子不决定氨基酸DNA3tRNADNA遗传信息、密码子和反密码子的比较遗传信息密码子反密码子区别对应关系

一种密码子只决定一种氨基酸，一种氨基酸可以由

密码子决定一种tRNA只运输一种氨基酸，一种氨基酸可以由

tRNA转运联系①基因中脱氧核苷酸的排列顺序

mRNA中核糖核苷酸

的排列顺序②mRNA中碱基序列与基因模板链中碱基序列互补配对③密码子和反密码子的碱基序列互补配对决定遗传信息、密码子和反密码子的比较一种或多种一种或多种基因指导蛋白质的合成五、遗传信息的翻译1.概念游离在细胞质中的各种

，以

为模板合成具有一定氨基酸顺序的

的过程叫作翻译。蛋白质mRNA氨基酸2.场所核糖体3.密码子的阅读方向5´→3´4.过程UAC甲硫氨酸组氨酸G

U

G色氨酸A

CCAGUCCAUAAGGU5´3´细胞质中的mRNA与核糖体结合4.过程组氨酸G

U

G色氨酸A

CCUAC甲硫氨酸AGUCCAUAAGGU5´3´tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子互补配对

4.过程组氨酸G

U

G色氨酸A

CCUAC甲硫氨酸AGUCCAUAAGGU5´3´tRNA将氨基酸转运到

mRNA上的相应位置

4.过程组氨酸G

U

G色氨酸A

CCUAC甲硫氨酸肽键AGUCCAUAAGGU5´3´4.过程5´3´AGUCCAUAAGGU组氨酸G

U

G色氨酸A

CCUAC甲硫氨酸4.过程5´3´AGUCCAUAAGGU组氨酸G

U

G色氨酸A

CC甲硫氨酸4.过程5´3´AGUCCAUAAGGU组氨酸G

U

G色氨酸A

CC甲硫氨酸核糖体随着mRNA滑动，另一个tRNA上的碱基与mRNA上的密码子配对4.过程5´3´AGUCCAUAAGGU组氨酸G

U

G色氨酸A

CC甲硫氨酸一个个氨基酸分子缩合成链状结构4.过程5´3´AGUCCAUAAGGU组氨酸G

U

G色氨酸A

CC甲硫氨酸tRNA离开，再去转运新的氨基酸4.过程5´3´AGUCCAUAAGGU组氨酸色氨酸A

CC甲硫氨酸4.过程5´3´AGUCCAUAAGGU组氨酸色氨酸XXX甲硫氨酸XXX4.过程5´3´AGUCCAUAAGGU甲硫氨酸组氨酸色氨酸XXXX以mRNA为模板形成了有一定氨基酸顺序的蛋白质

4.过程5.条件（1）原料（3）能量（2）模板（4）产物21种氨基酸mRNA一般是ATP具有一定氨基酸顺序的蛋白质6.原则碱基互补配对（A-U，U-A，C-G，G-C）mRNA→蛋白质7.遗传信息流动（5）酶肽酰转移酶五、遗传信息的翻译8.翻译效率（1）数量关系（2）方向（3）意义（4）结果

1个mRNA可相继结合

个核糖体，

进行多条肽链的合成，称为多聚核糖体。多同时从

到

（如图：从

）。短长左到右少量的mRNA分子可以迅速合成出

的蛋白质。大量合成多条

的肽链。（理由：

相同）相同模板mRNA9.特点快速高效五、遗传信息的翻译11.细胞内有些tRNA分子的反密码子中含有稀有碱基次黄嘌呤（I），含有I的反密码子在与mRNA中的密码子互补配对时，存在如图所示的配对方式（Gly表示甘氨酸）。下列说法错误的是（

）A.一种反密码子可以识别不同的密码子B.密码子与反密码子的碱基之间通过氢键结合C.tRNA分子由两条链组成，mRNA分子由单链组成D.mRNA中的碱基改变不一定

造成所编码氨基酸的改变C习题巩固12.关于基因表达的叙述，正确的是（）A.所有生物基因表达过程中用到的RNA和蛋白质均由DNA编码B.DNA双链解开，RNA聚合酶起始转录、移动到终止密码子时

停止转录C.翻译过程中，核酸之间的相互识别保证了遗传信息传递的

准确性D.多肽链的合成过程中，tRNA读取mRNA上全部碱基序列信息C习题巩固13.下图是真核细胞遗传信息表达中某过程的示意图。某些氨基酸的部分密码子（5'→3'）是：丝氨酸UCU；亮氨酸UUA、CUA；异亮氨酸AUC、AUU；精氨酸AGA。下列叙述正确的是（）A.图中①为亮氨酸B.图中结构②从右向左移动C.该过程中没有氢键的形成和断裂D.该过程可发生在线粒体基质

和细胞核基质中B习题巩固习题巩固4.(2024·长沙期末)图1和图2是蛋白质合成的示意图。下列相关描述错误的是(

)A.图1表示转录过程，③为参与该过程的RNA聚合酶B.图1转录的方向是从左向右，产物②是RNAC.图2表示翻译过程，终止密码子位于mRNA的a端D.图2过程中碱基互补配对的方式有A—U、U—A、C—G、G—CC新型冠状病毒的＋RNA进入细胞，首先翻译为RNA聚合酶。(1)这一过程需要的条件：模版是

，原料

，

(填“需要”或“不需要”)能量。(2)进行的场所是

。(3)这说明＋RNA的作用最类似于人体的

。15.新型冠状病毒为单股正链RNA病毒，

用＋RNA表示。下图表示新型冠状病毒的增殖和表达。新型冠状病毒的＋RNA游离的各种氨基酸需要核糖体mRNA习题巩固16.关于真核生物的遗传信息及其传递的叙述，错误的是（）A.遗传信息可以从DNA流向RNA，也可以从RNA流向蛋白质B.细胞中以DNA的一条单链为模板转录出的RNA均可编码多肽C.细胞中DNA分子的碱基总数与所有基因的碱基数之和不相等D.染色体DNA分子中的一条单链可以转录出不同的RNA分子B习题巩固1项目复制转录翻译场所条件模板原料能量酶产物原则细胞核（主要场所），线粒体，叶绿体DNA的两条链DNA的一条链mRNA4种游离的脱氧核苷酸4种游离的核糖核苷酸21种游离的氨基酸ATP

解旋酶DNA聚合酶RNA聚合酶与蛋白质合成有关的酶DNARNA多肽碱基互补配对A－T、T－A

G－C、C－G碱基互补配对A－U、T－AG－C、C－G碱基互补配对A－U、U－AG－C、C－GDNA的复制、转录和翻译的比较基因指导蛋白质的合成六、中心法则1.提出者克里克2.内容遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的复制；也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译。DNARNA蛋白质转录翻译复制生物种类遗传信息的传递过程原核生物真核生物DNA病毒RNA复制病毒逆转录病毒六、中心法则转录DNARNA翻译蛋白质复制转录DNARNA翻译蛋白质复制转录DNARNA翻译蛋白质复制RNA翻译蛋白质复制转录DNARNA翻译蛋白质复制RNA逆转录DNARNA蛋白质转录翻译复制3.中心法则的完善逆转录复制高度分化的细胞不可进行DNA复制过程，如神经元、叶肉细胞等。①对遗传信息流动过程的概括。②对DNA基本功能（传递和表达遗传信息）的概括。③对生物遗传物质和性状的关系以及传递途径的概括。4.中心法则的意义六、中心法则习题巩固1.(2022·浙江6月选考)“中心法则”反映了遗传信息的传递方向，其中某过程的示意图如下。下列叙述正确的是(

)A.催化该过程的酶为RNA聚合酶B.a链上任意3个碱基组成一个密码子C.b链的脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键相连D.该过程中遗传信息从DNA向RNA传递C2.春季是流感高发季节，甲型H1N1流感病毒是引起流感的一类病毒。该病毒为单股负链RNA(－RNA)病毒，下图为该病毒在宿主细胞内增殖的示意图，下列叙述正确的是(

)A.子代病毒中的RNA具有mRNA功能B.甲型H1N1流感病毒可在含血清的动物细胞培养液中繁殖C.甲型H1N1流感病毒与HIV的遗传信息传递方向相同D.甲型H1N1流感病毒的遗传物质储存在基因中1D习题巩固CTACCACTGGATGGTGACGAUGGUGACDNA的遗传信息mRNA蛋白质的氨基酸排列顺序转录翻译氨基酸n3n6nDNA碱基数:mRNA碱基数:氨基酸＝6:3:1氨基酸数目＝tRNA数目注意：无特别说明，不考虑终止密码基因表达过程中的数量计算计算中“最多”和“最少”的分析（1）mRNA上碱基数目与蛋白质中氨基酸的数目关系：翻译时，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，因此准确地说，mRNA上的碱基数目是蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。（2）DNA上的碱基数目与蛋白质中氨基酸的数目关系：基因或DNA上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。（3）注意“最多”或“最少”：在回答有关问题时，应加上“最多”或“最少”等字，如mRNA上有n个碱基，转录产生它的基因中至少有2n个碱基，该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。基因表达过程中的数量计算真核生物细胞核：先转录，后翻译DNAmRNARNA聚合酶边转录边翻译原核生物真核生物与原核生物基因的表达习题巩固D1.如图表示细胞内的相关生理过程，下列有关叙述正确的是(

)A.图1中组成b、c的化学成分完全相同B.图1中a的移动方向与图2中e的移动方向相同C.细胞内酶的合成都必须经过图1、图2所示过程D.在真核、原核细胞中，图1、图2所示过程均可能同时同地进行基因表达与性状的关系02基因表达与性状的关系一、基因对性状的控制1.间接控制

基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状。基因还能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。直接作用间接作用基因结构蛋白细胞结构生物性状酶或激素细胞代谢生物性状2.直接控制

基因酶的合成控制生物的性状间接控制代谢过程控制圆粒豌豆的形成机制编码淀粉分支酶的基因正常淀粉分支酶活性正常淀粉合成正常，含量增加淀粉含量高，有效保留水分皱粒豌豆的形成机制编码淀粉分支酶的基因被打乱淀粉分支酶异常，活性降低淀粉合成受阻，含量降低淀粉含量低的由于失水而皱缩基因酶细胞代谢性状1.间接控制白化病是由于基因不正常，缺少酪氨酸酶，导致机体不能合成黑色素。毛发白色，皮肤淡红色，畏光。基因AmRNA酪氨酸酶酪氨酸中间产物黑色素转录翻译合成黑色素的代谢途径1.间接控制基因酶的合成控制生物的性状间接控制代谢过程控制基因蛋白质的结构控制生物的性状直接控制正常的形成机制编码CFTR蛋白的基因正常CFTR蛋白正常CFTR转运氯离子的功能正常表现正常囊性纤维病形成机制编码CFTR蛋白的基因缺失3个碱基CFTR蛋白异常，缺少苯丙氨酸CFTR转运氯离子的功能异常黏液清除困难，细菌繁殖，肺部感染基因蛋白质结构功能性状2.直接控制基因蛋白质的结构控制生物的性状直接控制2.直接控制控制血红蛋白形成基因的一个碱基发生变化（碱基替换）血红蛋白的结构发生变化红细胞呈镰刀状红细胞容易破裂，患溶血性贫血。3.基因和性状的关系一、基因对性状的控制大多数情况下，基因和性状不是简单的一一对应的关系:①一个性状可以受多个基因影响(多因一效)。如人的身高②一个基因也可以影响多个性状(一因多效)。水稻Ghd7基因开花调控生长发育控制产量③生物的性状是

与

共同作用的结果。

基因型相同，表现型

；

基因型不同，表现型

。

反之，亦是如此。基因环境可能不同可能相同基因表达与性状的关系二、表观遗传1.概念生物体基因的碱基序列保持不变，但基因表达和表型发生可遗传变化的现象。表观遗传形成的原因环境DNA甲基化诱发DNA甲基化☞DNA甲基化后转录异常二、表观遗传2.案例（1）柳穿鱼花的形态结构的遗传柳穿鱼是一种园林花卉，其花的形态结构有两种形态。植株A植株BA、B两种植株，体内的Lcyc基因的序列相同。植株A：Lcyc基因在开花时表达植株B：Lcyc基因不表达柳穿鱼花的形态结构与Lcyc基因的表达直接相关。研究表明，植株B的Lcyc基因不表达的原因是它被高度甲基化。Lcyc基因有多个碱基连接甲基基团二、表观遗传（2）小鼠毛色遗传不同颜色的小鼠

小鼠毛色受基因Avy和a的控制，Avy为显性，表现为黄色，a为隐性，表现为黑色。纯种黄色小鼠与纯种黑色小鼠杂交，子代小鼠基因型为Avya，却表现出黄色和黑色之间的一系列过渡类型。研究表明，在Avy基因前端有一段特殊碱基序列具有多个可发生DNA甲基化修饰的位点。这段碱基序列的甲基化程度越高，Avy基因的表达受到的抑制越明显，小鼠体色体毛的颜色就越深。2.案例表观遗传现象普遍存在于生物体的生长、发育和衰老的整个生命活动过程中。蜂王工蜂持续获得蜂王浆2.案例3.表观遗传的调节机制（1）DNA甲基化DNA甲基化是最早被鉴定出来的表观遗传学修饰。DNA甲基化是可逆的。（2）染色体相关组蛋白乙酰化、甲基化等组蛋白乙酰化与基因活化以及复制相关，组蛋白的去乙酰化和基因的失活相关。乙酰化酶家族可作为辅激活因子调控转录，调节细胞周期，去乙酰化酶家族则和转录调控、基因沉默、细胞分化和增殖以及相关。二、表观遗传（3）控制X染色体随机失活某种猫的雄性个体有两种毛色：黄色和黑色；而雌性个体有三种毛色：黄色、黑色、黑黄相间。分析这种猫的基因，发现控制毛色的基因是位于X染色体上的一对等位基因：X0（黄色）和XB（黑色），雄猫只有一条X染色体，因此，毛色不是黄色就是黑色。而雌猫却出现了黑黄相间的类型，这是为什么呢？是不是雌猫的有些细胞内X0表达，而另一些细胞内XB表达呢？请查找资料，寻找答案。3.表观遗传的调节机制资料显示：哺乳动物雌雄个体的体细胞中虽然X染色体数量不同，但X染色体上的基因所表达的蛋白质的量是平衡的，这个过程称为剂量补偿。雌猫比雄猫多出1条X染色体，由于剂量补偿效应，在胚胎初期，细胞中的1条X染色体就会随机发生固缩失活，形成巴氏小体，而且发生染色体失活的细胞通过有丝分裂产生的子细胞也保留相同的染色体失活状态。（3）控制X染色体随机失活对于基因型为XBX0的雌猫，如果体细胞中携带黑毛基因B的X染色体失活，XB就不能表达，而另一条X染色体上的XO表达，那么由该细胞增殖而来的皮肤上会长出黄色体毛；同理，如果体细胞中携带黄毛基因O的X染色体失活，则X0不表达，XB表达，由该细胞增殖而来的皮肤上就会长出黑色体毛。因此，基因型为XB