高三生物基因的表达人教版知识精讲

高三生物基因的表达人教版高三生物基因的表达人教版 本讲教育信息本讲教育信息 一 教学内容 基因的表达 复习基因相关知识 基因是具有遗传效应的 DNA 片断 是决定生物性状的基本单位 染色体是基因的载体 在染色体上 基因呈线性排列 基因控制蛋白质的合成 分为转录 翻译两步 DNA RNA 蛋白质间的关系总结为遗传中心法则 生物性状的表现过程总结出来就是中心法则 基因通过控制酶的合成来控制代谢过程 同时也通过控制蛋白质的分子结构直接影响性状 二 学习重点 1 染色体 DNA 和基因三者之间的关系 2 基因的本质 结构 基因的功能 3 基因控制蛋白质的合成过程和原理 4 基因对性状的控制原理 四 学习难点 1 基因的概念理解 2 基因控制蛋白质的合成过程和原理 3 中心法则内容 4 基因控制性状的原理 五 学习过程 1 基因 基因是决定生物性状的基本单位 每个 DNA 分子上有很多基因 不同的基因控制不同的性状 1 基因概念的提出 a 19 世纪 60 年代 孟德尔 遗传因子 逻辑推理产物 生物的性状由遗传因子控制 遗传因子在体细胞中成对存在 配子中只有这一对遗传因子中的一个 配子结合后 遗传因子恢复成对 b 20 世纪初 摩尔根 基因存在 果蝇实验证实 基因存在于染色体上 并且呈直线排列 染色体是基因的载体 基因是染色体上的遗传单位 基因是遗传物质在上下代间传递的基本单位 是功能上的独立单位 c 20 世纪 50 年代 沃森等 DNA 结构 基因的化学组成 基因是具有遗传效应的 DNA 片断 基因是 DNA 上的脱氧核苷酸顺序 碱基排列顺序 遗传信息来自碱基对的排列顺序 2 基因的实质 具有遗传效应的 DNA 分子片断 是 DNA 分子上具有特定功能的核苷酸序列 DNA 分子中有许多碱基序列不含遗传信息 具调节作用和稳定染色体作用 理解 不是任何一段 DNA 就是基因 遗传效应是指能指导蛋白质合成或者 RNA 合成 3 基因的复制和表达 基因的两大功能 基因的表达 通过 DNA 控制蛋白质的合成实现 基因的复制 通过 DNA 的分子复制实现 将遗传信息传递给下一代 2 基因控制蛋白质的合成 基因的表达包括转录与翻译两个步骤 转录是 RNA 的生物合成 翻译是蛋白质的生 物合成 这两个过程都是很复杂的 且受到严格的调节控制 A 基因表达过程中的基本步 骤 包括转录和翻译 蛋白质既可在游离于细胞质的核糖体上合成 又可在与膜结合的核 糖体上合成 在细胞质基质中含有疏水的信号肽的分泌蛋白与信号识别体 signal recognition particle SRP 结合 形成 SRP 核糖体复合体 后者转移到内质网上并与那里 的 SRP 受体结合 随着翻译不断进行 延伸的多肽插入到内质网腔内 在那里信号肽解离 多肽与糖分子结合 形成的糖蛋白通过囊泡转运 被送到高尔基体 得到进一步的加工 B tRNA 携带氨基酸 以 mRNA 为模板 在核糖体上延伸多肽链的翻译过程 基因表达调 控在不同生物之间 尤其是原核生物与真核生物之间存在很大差异 这些差异主要归因于 DNA 在细胞中的存在形式 DNA 分子的结构 参与基因表达的酶及蛋白因子等方面的差 异 正是这些差异 决定了不同生物基因表达的各自特点 原核细胞中的 DNA 是裸露的 遗传物质都集中在一条 DNA 分子上 而真核生物细胞 的 DNA 含量和基因数目都远远多于原核细胞 其蛋白质或 RNA 的编码基因序列往往是不 连续的 大多数基因都含有不表达序列 即内含子 另外 真核细胞 DNA 与组蛋白结合 以核小体为基本单位 形成念珠状长链 长链再高度压缩成为染色质或染色体 其遗传物 质分散到多个 DNA 分子上 在真核生物中 由于 DNA 与组蛋白等结合 形成核小体 阻 碍了基因的转录 使 DNA 分子大部分区段常处于不表达的沉默态 因此 要使某一基因 表达 必须去阻遏 打破沉默态 1 场所 2 过程 a 转录 场所 细胞核内 时间 细胞间期 连续分裂细胞 已分化活细胞 概念 以 DNA 为模板 按碱基互补配对原则 合成 RNA 条件 模板 DNA 单链 原料 核糖核苷酸 酶 RNA 聚合酶等 能量 核苷三磷酸 原则 碱基互补配对原则 RNA 只有单链结构 碱基组成与 DNA 不同 RNA 中没有 T 只有 U 在合成 RNA 时 以 U 代替 T 与 A 配对 将遗传信息转移到 RNA 上 A U CG A U 键两个氢键 G C 键三个氢键 遵循碱基互补配对原则 产物 RNA 信使 RNA mRNA 携带遗传信息指导蛋白质的合成 转运 RNA tRNA 合成蛋白质时转运氨基酸到核糖体上 核糖体 RNA rRNA 是核糖体的组成成分 具有催化功能 三者都是基因的直接转录产物 在细胞中信使 RNA 的半衰期最短 种类也最多 通常信使 RNA 在完成其功能后就解 体成为单体进一步被重新利用 转运 RNA 核糖体 RNA 在细胞中的含量相对稳定 半衰期长 转运 RNA 的种类较 多 核糖体 RNA 种类最少 过程 启动 延伸 终止 特点 一般基因只有一条 DNA 链被转录 基因组中只有小部分转录 在分化的真核 细胞中 转录的部分可以少到 1 即使在单细胞生物中 同一时期也只有少于一半的基 因转录 启动 每个结合的 RNA 聚合酶解开一小段 DNA 双螺旋 以便进入的核苷酸与模板配 对 新生 RNA 链的第一个核苷酸是 pppG 或 pppA 延伸 转录泡 区域中 新生 RNA 链与模板链形成 DNA RNA 杂交螺旋 新生 RNA 链从 5 向 3 延伸 每秒钟 RNA 链延长约 50 个核苷酸 转录的核苷酸错配率约为 每 104 或 105 个核苷酸发生一次错误 约比复制的错配率大 105 倍 但生物可以容忍 因 为所发生的错误不会传给下一代 且对大多数基因来说 每一代都合成许多转录本 少数 有缺陷的转录本似乎无害 终止 转录本形成富含 GC 对 自身互补的 有茎和环的发夹结构 RNA 聚合酶遇到 此稳定的发夹结构就不再发挥作用 新生 RNA 就先从模板链 然后从 RNA 聚合酶上解离 下来 随着 RNA 聚合酶在模板链上的移动 在整个基因上同时进行多个进程不同的转录 过 程 生成长短不同的 RNA 链 转录后加工 在专一酶的作用下切除多余的部分或进行修饰 最后才变成有活性或成 熟的 RNA 这个过程叫做转录后加工 tRNA 和 rRNA 前体都需要进一步加工 原核生物 mRNA 不需要加工 在 mRNA 尚未合成完毕时 已作为蛋白质合成的模板发挥作用 真核 生物含有不止一种 RNA 聚合酶 各负责不同类型 RNA 的合成 其转录作用远比原核生物 的转录作用复杂 其初级转录本内含子需准确地除去 并把不连续的外显子转录部分连接 起来 即剪接 b 翻译 场所 细胞质 核糖体上 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 条件 模板 信使 RNA 能量 供合成多肽链所用 ATP 高能磷酸化合物提供 原料 氨基酸 组成蛋白质的 20 种氨基酸 酶 蛋白质合成酶系 转运 RNA 携带氨基酸 识别密码子 将遗传信息转换成氨基酸排列顺序 核糖体 多肽合成场所 能与信使 RNA 结合 完成合成多肽 过程 c 密码子 信使 RNA 上决定一个氨基酸的 3 个相邻的碱基成为 1 个密码子 4 种碱基共能形成密码子为 43 64 种 决定氨基酸的密码子为 63 种 终止密码子为 3 种 UGA UAG UAA 特点 密码子具有通用性 不同的生物密码子基本相同 即共用一套密码子 密码子不重叠 两个密码子间没有标点符号 读码必须按照一定的读码框架 从正 确的起点开始 一个不漏地一直读到终止信号 密码子具有简并性 大多数的氨基酸都可以具有几组不同的密码子 密码子具有一定的方向性 d 核糖体 氨基酸合成多肽的场所 核糖体能与 mRNA 结合 有两个位点能接受两个 rRNA 转运来的氨基酸 核糖体内的酶能催化氨基 酸间形成肽键 每形成一个肽键 沿信使 RNA 移动三个碱基 e 转运氨基酸 tRNA 是运载氨基酸的工具 也是一种 RNA 简写 tRNA 能识别并转运一种氨基酸 一端是携带氨基酸的部位 另一端三个碱基 每个 tRNA 的 3 个碱基只能专一与 mRNA 上的密码子配对 称为反密码子 3 中心法则及其发展 信息流 遗传学上 将遗传信息的流动方向称为信息流 中心法则 提出 克里克 内容 遗传信息可以从 DNA 流向 DNA DNA 的自我复制 遗传信息可从 DNA 流向 RNA 转录过程 遗传信息可从 RNA 流向蛋白质 翻译过程 遗传信息可从 RNA 流向 DNA 逆转录过程 病毒中出现 遗传信息可从 RNA 流向 RNA RNA 的自我复制 病毒中出现 4 基因对性状的控制 基因对性状的控制方式 1 控制酶的合成来控制代谢过程 从而控制生物性状 如 若基因不正常 缺乏酪氨酸酶 就不能合成黑色素 白化病 2 控制蛋白质分子的结构直接影响性状 如 镰刀贫血细胞病 血红细胞分子结构不正常 由基因缺陷导致 模拟试题模拟试题 一 选择题 1 下列有关基因的叙述中正确的是 A 基因全部存在于染色体上 B 基因中含有遗传密码 C 基因是有遗传效应的 DNA 片段 D 一条染色体上只有一个基因 2 下列有关遗传信息的叙述中错误的是 A DNA 中的全部脱氧核苷酸排列顺序 B 基因中的脱氧核苷酸的排列顺序 C DNA 分子具有传递和表达遗传信息的功能 D 生物性状遗传是通过脱氧核苷酸的排列顺序来传递遗传信息的 3 DNA 复制 转录 翻译分别形成 A DNA RNA 蛋白质 B RNA DNA 多肽 C RNA DNA 核糖体 D RNA DNA 蛋白质 4 一个 DNA 分子含有碱基 60 个 那么经 翻译 后合成的一条多肽链中最多含有肽键 A 10 个 B 9 个 C 30 个 D 29 个 5 遗传密码位于 A 蛋白质分子上 B DNA 分子上 C RNA 分子上 D 信使 RNA 分子上 6 若某肽链的第一个氨基酸的密码子为 AUG 那么控制这个氨基酸的 DNA 模板链上相 应的三个碱基的顺序应为 A UAC B AUG C ATG D TAC 7 一条多肽链中有氨基酸 1000 个 则作为合成该多肽的模板信使 RNA 和用来转录信使 RNA 的 DNA 分子分别至少要有碱基多少个 A 3000 个和 3000 个 B 1000 个和 2000 个 C 3000 个和 6000 个 D 2000 个和 4000 个 8 能正确表示中心法则的是 A B C D 9 在噬菌体侵染细菌的实验中 证明 DNA 是遗传物质的关键是 A 噬菌体吸附在细菌细胞上 B 噬菌体把 DNA 注入到细菌体内而蛋白质外壳留在细菌体外 C 释放的子代噬菌体与感染噬菌体相同 D DNA 有自我复制现象 10 一个转运 RNA 的 3 个碱基为 CGA 此 RNA 运载的氨基酸是 A 酪氨酸 UAC B 谷氨酸 GAG C 精氨酸 CGA D 丙氨酸 GCU 11 一个转运 RNA 的一端三个碱基是 CGA 此转运 RNA 运载的氨基酸是 A 酪氨酸 UAC B 谷氨酸 GAC C 精氨酸 CGA D 丙氨酸 GCU 12 在酶合成过程中 决定酶种类的是 A 核苷酸 B 核酸 C 核糖 D tRNA 13 一种动物体内的某种酶由 150 个氨基酸组成 在控制这个酶合成的基因中 核苷酸 的最少个数是 A 300 个 B 450 个 C 600 个 D 900 个 14 与构成蛋白质的 20 种氨基酸相对应的密码子有 A 4 个 B 20 个 C 61 个 D 64 个 15 具有专一性 但不在核糖体上合成的是 A 酶 B tRNA C 抗体 D ATP 16 DNA 分子的解旋 A 只发生在复制的过程中 B 只发生在转录的过程中 C 发生在复制或转录的过程中 D 发生在中心法则的全部过程中 17 以下哪项对 RNA 来说是正确的 A G C A U B G A C U C C G A U D 上面的都不对 18 在研究基因控制蛋白质的合成过程中 最好选择下列哪一项为实验材料 A 成熟的红细胞 B 成熟的白细胞 C 卵细胞 D 受精卵 19 某基因由 9002 个脱氧核苷酸组成 该基因控制合成的蛋白质有两条多肽链 组成此 蛋白质最多的氨基酸分子数目和最少的氨基数分别是 A 1500 个和 2 个 B 4500 个和 2 个 C 1500 个和 1 个 D 4500 个和 1 个 20 信使 RNA 附着在 细胞器上 A 线粒体 B 液泡 C 叶绿体 D 核糖体 21 转运 RNA 的功能是 A 决定信使 RNA 的碱基排列顺序 B 完全取代 DNA C 运输氨基酸 识别信使 RNA 的遗传密码 D 合成特定的氨基酸 22 遗传信息和遗传密码子分别位于 A DNA 和信使 RNA 上 B DNA 和转运 RNA 上 C 信使 RNA 和转运 RNA 上 D 染色体和基因上 23 在遗传信息的转录和翻译的过程中 翻译者是 A 核糖体 B 转运 RNA C 氨基酸 D 信使 RNA 24 下列各项哪一项是蛋白质合成所不需的 A mRNA B 核糖体 C 内质网 D tRNA 25 在细胞生物体内 遗传信息在生物大分子间的转移通常不发生 A 从 DNA DNA 的复制过程 B 从 DNA RNA 的转录过程 C 从 RNA 蛋白质的翻译过程 D RNA 复制及 RNA DNA 的逆转录 26 生物具有遗传现象的根本原因是 A 基因控制相应的蛋白质合成 B DNA 分子的复制和传递 C 生物能繁殖后代 D 环境条件使基因相对稳定 二 简答题 27 某信使 RNA 中腺嘌呤占 16 尿嘧啶占 32 那么转录信使 RNA 的基因片段中胞 嘧啶所占的百分比是 28 以下是生物遗传信息传递过程的图解 请回答 1 图中箭头代表的过程分别是 2 在细胞内 DNA 复制的场所是 完成 过程的细胞器是 29 染色体在 和 等生命现象过程中表现出稳定性和连续性 通过 对染色体化学成分的分析得知染色体主要由 和 组成 其中 在染色体内 含量稳定 从而可以推测 是遗传物质 这个推测在 的实验中得到了证实 30 根据蛋白质合成过程中遗传信息的传递过程 在下表空白处填入相应的字母 31 回答 DNA 碱基配对的