高中生物《基因的表达》文字素材4 中图版必修2

用心 爱心 专心 1 基因的表达基因的表达 备课资源备课资源 对基因表达过程中几个问题的认识对基因表达过程中几个问题的认识 1 1 有义链和反义链有义链和反义链 的理解的理解 一般在 20 世纪 60 年代的文献上 常把作为转录模板的那条链称为有义链 而在较 新的文献上 将双链 DNA 中用作转录模板的那条 DNA 链称为模板链 与转录模板链互补 的那条 DNA 链则称为非模板链 根据碱基互补配对原则 转录出的 mRNA 链的碱基序列与 非模板链的碱基序列一致 惟一不同的是 非模板链中的 T 在 mRNA 链中全部置换成了 U 正是由于非模板链的碱基序列实际上代表了 mRNA 的碱基序列 只不过在 mRNA 中将 T 换成了 U 因此 非模板链又被称为编码链和有义链 而用来转录 mRNA 的 DNA 链被称为 反义链 antisense strand 因此 DNA 双链中的有义链和反义链与转录的 mRNA 链的对应 关系示意图如图 mRNA 链 3 U A C C A U U U C C U C 5 反义链 5 A T G G T A A A G G A G 3 模板链 编码链 有义链 3 T A C C A T T T C C T C 5 非模板链 2 2 mRNAmRNA 的转录并不总是以一条的转录并不总是以一条 DNADNA 链为模板的链为模板的 某些基因以 DNA 双链中的一条为模板链 而另一些基因则以双链中的另一条为模板 链 也就是说 没有绝对的模板链 DNA 双链都可以作为模板链 因此 我们可以说 DNA 双链中任一条链的碱基序列都能反映 DNA 双链所包含的遗传信息 3 3 基因的碱基数 基因的碱基数 mRNAmRNA 的碱基数 氨基酸数是不是的碱基数 氨基酸数是不是 6 6 3 3 1 1 呢呢 先看两个实例 例 1 人的血红蛋白中有一种蛋白质叫 珠蛋白 它的基因有 1700 个碱基对 基 中有 3 个外显子和 2 个内含子 能够编码 146 个氨基酸 例 2 人的一种凝血因子基因的 186000 个碱基对中有 26 个外显子和 25 个内含子 能够编码 2552 个氨基酸 在第 1 个例子中基因的碱基数 氨基酸数 1700 2 146 接近于 23 1 第 2 个例子 中其比例为 186000 2 2552 接近于 146 1 从上述两个例子中可以看出基因的碱基数 氨基酸数并非 6 1 究其原因是 1 真核细胞基因的结构分为编码区和非编码区 编码区即能转录为相应的 mRNA 用心 爱心 专心 2 进而指导蛋白质合成的区段 真核生物中编码区通常是间隔的 不连续的 也就是说 能够编码蛋白质的序列被不能编码蛋白质的序列分隔开成为一种断裂的形式 其中能够 编码蛋白质的序列叫外显子 不能编码蛋白质的序列叫内含子 在转录时外显子和内含 子能同时转录为 mRNA 但转录完成后还要对 mRNA 进行进一步加工 即将内含子转录的 区段切去 再将外显子转录的区段连接起来才能成为成熟的 mRNA 因此 mRNA 的碱基数 应为所有外显子碱基数的 1 2 并不是基因碱基数的 l 2 2 加工后的 mRNA 与核糖体结合 核糖体沿着 mRNA 移动 在遇到起始密码时才开始 翻译 起始密码通常不是最初的一组核苷酸 终止密码通常也不一定是最后一个密码子 一条长的 mRNA 分子可以有若干个起始密码和终止密码 并能翻译出多条肽链 因此 mRNA 的碱基数 氨基酸数并不是 3 1 综上所述 基因的碱基数 mRNA 的碱基数 氨基酸数并不是 6 3 l 不同的基因 具有不同的比例关系 4 4 真核细胞基因的不同区域发生突变结果不同 真核细胞基因的不同区域发生突变结果不同 如果基因突变发生在非编码区上具有调控作用的序列中 如与 RNA 聚合酶结合位点 上的核苷酸序列发生改变 使得 RNA 聚合酶不能识别该位点 并不能与之结合 结果编 码区不能转录 此时该基因所控制的性状就不能表现 如果基因突变发生在编码区的内含子上 使内含子中碱基序列发生改变 虽然该基 因的遗传信息改变了 但这对该基因所控制合成的蛋白质结构及性状表现没有影响 因 为基因表达时 编码区中的外显子和内含子虽然都转录 但转录后所形成的初级转录物 还不是成熟的信使 RNA 还需经过剪切和拼接过程 具体来说 剪掉内含子的转录部分 再将外显子的转录部分拼接起来 便形成了一条长度短于编码区的成熟的信使 RNA 这 条成熟的信使 RNA 才能作为翻译的模板 如果基因突变发生在编码区的外显子上 使外显子中碱基序列发生改变 该基因的 遗传信息及其决定的信使 RNA 中的密码子肯定要发生改变 再经翻译所形成的蛋白质以 及由此蛋白质表现出的性状一般要发生改变 但不是绝对要发生改变 因为有些种类的 氨基酸具有多种密码子 虽然信使 RNA 上的密码子改变了 但有可能变成对应同种氨基 酸的另外一种密码子 翻译后蛋白质中氨基酸种类 数量 排列顺序及空间结构没有发 生改变 使得突变后的基因所控制的性状没有改变 例如 当外显子中模板链上 GAC 突 变为 AAC 时 相应的信使 RNA 中密码子就由 CUG 变为 UUG CUG 和 UUG 都是亮氨酸的密码 子 所以这时突变后的基因所控制合成的蛋白质及由此蛋白质表现的性状均未变化 用心 爱心 专心 3 综上所述 真核细胞的基因发生突变 使其碱基序列发生改变 引发基因中的遗传 信息以及突变基因所控制合成的信使 RNA 中的密码子必然发生改变 但与之相关的蛋白 质结构及性状是否改变 要具体问题具体分析 5 5 朊蛋白复制与疯牛病的传播 朊蛋白复制与疯牛病的传播 朊蛋白是一种新型具有传染性的分子形式的病原体 致病性的朊蛋白是由正常的朊蛋白变异而来 正常情况下 人或动物体内的所有细 胞均存在正常的朊蛋白 该蛋白的合成与其他所有蛋白质一样 也是由基因控制并符合 现有遗传法则 正常的朊蛋白在翻译合成后发生错误折叠修饰 尽管其氨基酸组成并未 变化 但其蛋白的高级结构 理化性质 生物学特性等发生诸多改变 并由此呈现致病 性和传染性 发生变异后 致病性朊蛋白可与正常朊蛋白结合 并促使后者的高级结构 改变 从而使更多的正常朊蛋白转变为变异型朊蛋白 由此完成复制和传染过程 这一 过程就像在一筐苹果中放进一个烂苹果 其他的苹果也会很快腐烂一样 这种由蛋白质到蛋白质 不需要 DNA 或 RNA 遗传物质介导的复制和传播方式正是变 异型朊蛋白的特性 然而 所有哺乳动物的细胞内均存在正常的朊蛋白 而且均由 DNA 编码 也是从 DNA 转录生