基因的本质和表达表达

第三讲基因的本质和基因表达2011年高三生物第一轮复习萝北高中高三生物组孟凡红复习提纲1．遗传信息的转录和翻译过程及相关计算.2．基因与DNA、染色体、遗传信息的关系.3．中心法则的内容及相关内容的区别、联系和应用.4．基因与蛋白质及性状的关系.一.基因的概念从分子水平上讲；启示1、基因是DNA分子的片断，但并不是DNA分子的所有片断都是基因。启示2、基因可把它所贮存的遗传信息反映在生物的性状上，带有遗传效应。基因是有遗传效应的DNA片段。每个基因有特定的脱氧核苷酸排列顺序，它代表着遗传信息（2）每一个基因都是特定的DNA片断，有着特定的遗传效应，而脱氧核苷酸的排列顺序就包含着特定的遗传信息，对于某个基因来说其脱氧核苷酸的排列顺序是固定不变的（特异性）

，而不同基因的脱氧核苷酸的排列顺序又是不同的（多样性）

。（1）此中遗传效应是指能转录为rnRNA，继而翻译为蛋白质、或具有转录为核糖体RNA（rRNA）、转运RNA(tRNA)的能力。（3）基因位于染色体上，呈线性排列，染色体是基因的载体，线粒体和叶绿体是基因的次要载体。（4）基因是控制生物性状的结构和功能的基本单位。（5）线粒体和叶绿体中也有基因，称细胞质基因。（6）在大多数生物中，基因是有遗传效应的DNA片断，

而在RNA病毒中是一段有遗传效应的RNA片断。染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的关系总结归纳脱氧核苷酸、DNA、染色体和生物性状与基因之间的关系关系内容脱氧核苷酸与基因DNA与基因染色体与基因生物性状与基因脱氧核苷酸是基因的基本组成单位，每个基因含有成百上千个脱氧核苷酸，脱氧核苷酸的排列顺序就是基因中所携带的遗传信息。有遗传效应的DNA片段就是基因．每个DNA分子上有很多个基因。染色体是基因的主要载体，基因在染色体上呈线性排列。基因可以一定的方式把遗传信息反映到蛋白质的分子结构上来，从而控制生物的性状，遗传学上把这过程叫做基因的表达。1．对染色体、DNA、基因三者关系的叙述中，错误的是(

)A．每条染色体上含有一个或两个DNA，DNA分子上含

多个基因B．都能复制、分离和传递，且三者行为一致C．三者都是生物细胞内的遗传物质D．生物的传种接代中，染色体的行为决定着DNA和基因的行为二．DNA与RNA(1)DNA分子与RNA分子的区别区别DNARNA结构基本单位五碳糖含氮碱基产生途径通常是双螺旋结构，极少数病毒是单链结构通常是单链结构，极少数病毒是双链结构脱氧核苷酸核糖核苷酸脱氧核糖核糖A、G、C、TA、G、C、UDNA复制、逆转录转录、RNA复制存在部位功能主要位于细胞核中的染色体上，极少数位于细胞质中的线粒体和叶绿体中主要位于细胞质中主要的遗传物质，传递和表达遗传信息①作为遗传物质：只在RNA病毒中②参与蛋白质合成：传递遗传信息(mRNA)，组成核糖体(rRNA)，运输氨基酸(tRNA)③催化作用：酶的一种(2)三种RNA的比较mRNAtRNArRNA分布部位细胞质中与蛋白质结合形成核糖体特点带有从DNA上转录下来的遗传信息一端能与氨基酸结合，另一端有反密码子与mRNA上的遗传密码子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合成蛋白质的场所结构单链单链，常有部分碱基对形成三叶草结构单链共同点①都是转录产生；②基本单位相同；③都与翻译过程有关常与核糖体结合mRNA（2）密码子：mRNA上每三个相邻的碱基决定一种氨基酸，这三个相邻的碱基称为密码子。代表氨基酸的密码子共61种，还有三种组合（UAA、UAG、UGA）不代表任何氨基酸，是终止密码。另有两个有意义的密码子是特殊的起始密码子。61个密码子与20种氨基酸之间不是平均分配的，有些氨基酸有几个密码子，如亮氨酸有六个密码子，不同密码子决定同一个氨基酸称遗传密码的简并，而甲硫氨酸和色氨酸只有一个密码子。科学家的研究结果表明，遗传密码在所有的生物中是通用的，这说明地球上所有的生物都是由共同的祖先进化而来的。1、遗传信息、密码子和反密码子（1）遗传信息：指基因（或DNA）中控制遗传性状的脱氧核苷酸顺序，它间接决定氨基酸的排列顺序。（3）反密码子：指tRNA分子上与mRNA分子中的密码子互补配对的三个碱基，有61种。反密码子的三个碱基与相应的DNA模板链上对应的碱基排列顺序相同，只是DNA链上碱基T的位置在tRNA上为U。(3)、归纳总结项目位置作用遗传信息在DNA上决定氨基酸的排列顺序，起间接作用密码子在mRNA上直接控制蛋白质的氨基酸的排列顺序反密码子在tRNA上识别密码子遗传信息、密码子和反密码子的作用遗传密码的特性：1、有3个终止密码，没有对应的氨基酸，所以，在64个遗传密码中，能决定氨基酸的遗传密码子只有61个。2、通用性：地球上几乎所有的生物共用一套密码子表。3、简并性：一种氨基酸有两种以上的密码子的情况。在一定程度上能防止由于碱基的改变而导致的遗传信息的改变。DNA细胞核三转录和翻译1.转录过程：A内容条件1、DNA解旋酶1、DNA双链解旋2、碱基配对;3、聚合;3、原料：核糖核苷酸4、RNA聚合酶ACUGCUG2、模板：DNA链RNA是整条DNA或者某片段解旋？DNATGCADNA的转录a.DNA解旋，以一条链为模板合成RNAb.DNA与RNA的碱基互补配对：A—U;T—A；

C—G；G—Cc.组成

RNA的核糖核苷酸一个个连接起来场所：主要在细胞核过程：条件：模板：DNA的一条链酶：解旋酶、RNA聚合酶原料：四种核糖核苷酸能量：ATP结果：形成一条mRNA这样：DNA上的遗传信息就传递到mRNA上翻译过程：核糖体核糖体核糖体UAUCGTCUGGGAUACGGCAAUACAGUCACCGGAUmRNAUACCGTGGACUG多肽链2.翻译场所：产物：模板：原料：条件：细胞质（核糖体）mRNA蛋白质氨基酸ATP、酶、转运RNA（tRNA）碱基互补配对：G－C、C－G、U－A、A－U遗传信息流动：mRNA蛋白质3、转录、翻译与DNA复制的比较项目DNA复制转录翻译场所主要是细胞核主要是细胞核细胞质和核糖体模板DNA的两条链DNA的一条链mRNA原料4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸20种氨基酸其他条件酶（解旋酶、DNA聚合酶等）和ATP酶（RNA聚合酶等）和ATP酶、ATP和tRNA碱基配对方式DNA→DNAA——T、C——GT——A、G——CDNA→mRNAA——U、C——GU——A、G——CmRNA→tRNAA——U、C——GU——A、G——C信息传递DNA→DNADNA→mRNAmRNA→蛋白质时间细胞分裂间期生物生长发育的过程中产物2个相同的DNA分子RNA蛋白质特点边解旋边复制半保留复制边解旋边转录

DNA仍保留1个mRNA分子可结合多个核糖体意义复制遗传信息，使遗传信息从亲代传给子代表达遗传信息，使生物体表现出各种遗传性状4、DNA

（基因）、mRNA上碱基数与氨基酸数量之间的关系（2）翻译过程中，信使RNA中每3个碱基决定一个氨基酸，所以经翻译合成的蛋白质分子中的氨基酸数目是mRNA碱基数目的1/3。总之，在转录和翻译过程中，基因中的碱基数(指双链)、RNA分子中的碱基数、蛋白质分子中的氨基酸数之比为6：3：1。提醒：因为DNA（基因）、mRNA上有一些碱基不编码氨基酸（如mRNA上终止密码等），所以实际上编码n个氨基酸，mRNA上所需的碱基数目大于3n，基因上所需的碱基数目大于6n，故一般题干中求氨基酸数有“最多”、求碱基数有“至少”等字样。（1）转录时，组成基因的两条链中只有一条链能转录，另一条链则不能转录。因此，转录形成的RNA分子中碱基数目是基因中碱基数目的l／2。基因性状信息流遗传学上把遗传信息的流动方向叫做信息流。5、在基因与性状之间遗传信息的传递方向是因此基因有两大功能是：（1）通过复制把遗传信息传递给下一代。（2）在后代的个体发育中，使遗传信息以一定的方式（转录和翻译）反应到蛋白质分子的结构上，从而使后代表现出与前代相似的性状。信息流的方向可以用科学家克里克提出的“中心法则”来表示。“中心法则”是指遗传信息从DNA流向DNA的复制过程，也可以是从DNA流向RNA，进而流向蛋白质的转录和翻译过程。但遗传信息不能从蛋白质传递到蛋白质，也不能从蛋白质流向DNA或RNA。图解：DNARNA蛋白质复制转录翻译四、中心法则的提出及其发展（1）图解：DNAmRNA蛋白质复制复制翻译转录逆转录对中心法则的补充

由于在某些致癌病毒中存在着逆转录酶,能够以RNA为模板,逆转录成DNA,在RNA病毒中,RNA能够自我复制,所以补充后的中心法则可用下图表示。⑤mRNA→DNA：少数病毒在其宿主细胞中的逆转录过程。例：某些致癌病毒、爱滋病病毒。

对图解的说明:①

DNA→DNA(或基因→基因)；以DNA作为遗传物质的生物的DNA自我复制，表示遗传信息的传递。例：绝大多数生物。②

RNA→

RNA：以RNA作为遗传物质的生物的RNA自我复制。例：以RNA为遗传物质的生物烟草花叶病毒。③

DNA→m

RNA：细胞核中的转录过程。例：绝大多数生物。④

mRNA→蛋白质：细胞质的核糖体上的翻译过程。以上(3)(4)共同完成遗传信息的表达。“中心法则”中的几种碱基互补配对

①

DNA复制：A－T

G－C

③转录：A－U

T－A

G－C②

RNA复制：A－U

G－C④逆转录：A－T

U－A

G－C⑤翻译：A－U

G－CDNA（基因）转录mRNA翻译蛋白质（表现出性状）脱氧核苷酸序列核糖核苷酸序列氨基酸序列遗传信息遗传密码∣

←细胞核内进行转录→∣

←细胞质内进行翻译→∣决定决定决定决定3、对基因表达过程的理解基因通过控制蛋白质的合成来控制生物的性状，不同的基因控制不同的性状。基因控制性状的两种方式间接途径：基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，从而控制生物的性状。直接途径：基因通过控制蛋白质分子的结构来直接影响性状五、基因控制性状的方式和实例实例：镰刀型细胞贫血症控制血红蛋白形成的基因中一个碱基变化①直接途经血红蛋白的结构发生变化红细胞呈镰刀型容量破裂，患溶血性贫血正常红细胞镰刀型红细胞实例：白化病控制酪氨酸酶合成的基因异常②间接途经酪氨酸酶不能正常合成酪氨酸酶不能正常转化为黑色素因缺乏黑色素而表现白化症状白化病患者（2）生物有些性状是受多个基因决定的，如人的身高。（1）生物的大多数性状是受单基因控制的（如豌豆的高茎与矮茎，是由一对等位基因控制。基因与性状间的对应关系（3）生物的性状还受环境条件的影响，是生物的基因型和环境条件共同作用的结果，即表现型＝基因型＋环境条件。（4）基因与性状的关系并不都是简单的线性关系，基因与基因，基因与基因产物、基因与环境之间存在着复杂的相互关系，这种相互作用形成了一个错综复杂的网络。4、等位基因与性状的关系基因性状等位基因相对性状性状分离等位基因分离显性基因隐性基因显性性状隐性性状控制控制控制控制②顺序性表达：细胞内的基因顺序表达，同一细胞的不同发育时期表达不同的基因。1、个体发育是从受精卵的有丝分裂开始到性成熟个体形成的过程，在这一过程中，生物个体的各种性状得以逐步表现。个体发育过程是受遗传物质控制的，发育过程是细胞内基因表达的结果。2、个体发育过程中产生的众多体细胞均来自同一受精卵的有丝分裂，因而含有相同的遗传物质或基因，但生物体不同部位细胞表现出的性状不同，而且不同性状是在不同时期表现的。所以在个体发育中，生物体内的基因表达有如下特点：①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，即选择性表达．如胰岛细胞能表达胰岛素基因，但不能表达血红蛋白基因。基因表达与个体发育之间的关系六.细胞质基因与细胞核基因的比较

细胞质基因细胞核基因存在部位叶绿体、线粒体细菌质粒细胞核是否与蛋白质结合否，DNA分子裸露与蛋白质结合为染色体结构双链DNA双链DNA功能复制、转录、翻译复制、转录、翻译基因数量少多遗传方式母系遗传遵循孟德尔遗传规律

细胞质基因细胞核基因联系①线粒体和叶绿体是半自主细胞器，这些部位的基因的活动还要受核基因的控制、制约②核基因的复制、转录在细胞核内进行，翻译在细胞质的核糖体上进行；质基因的复制、转录、翻译均在细胞质的线粒体、叶绿体内完成，因