第4章--基因的表达(教案)

1、精选优质文档-倾情为你奉上第4章 基因的表达第1节 基因指导蛋白质的合成【课标定位】1.简述DNA分子与RNA分子的主要区别。2.掌握遗传信息的转录和翻译过程及其异同。【教材回归】一、RNA与DNA的比较核酸种类项目RNADNA存在部位主要存在于细胞质中主要存在于细胞核中结构特点通常呈单链结构，而且比DNA短，因此能通过核孔，从细胞核转移到细胞质中通常呈规则的双螺旋结构（无法从细胞核直接转移到细胞质中）生理功能作为RNA病毒的遗传物质；少数RNA具有催化作用；mRNA：作为翻译时的直接模板；tRNA：作为翻译时氨基酸的转运工具；rRNA：参与核糖体的构成主要的遗传物质，具有储存、传递和表达遗传

2、信息的功能产生途径DNA转录、RNA复制DNA复制、RNA逆转录基本组成单位（单体）核糖核苷酸脱氧核苷酸化学组成无机酸磷酸五碳糖核糖脱氧核糖含氮碱基A、U、C、GA、T、C、G二者的联系所有RNA都是由DNA转录产生的，DNA是遗传信息的储存者，RNA是遗传信息的携带者，RNA的遗传信息来自于DNA二、基因指导蛋白质的合成基因指导蛋白质的合成过程包括两个阶段“转录”和“翻译”。（一）遗传信息的转录概念以DNA双链中的一条链为模板合成mRNA的过程场所主要是细胞核，此外还有线粒体和叶绿体发生时间细胞中合成蛋白质时（随时可能发生）过程第一步：利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，DNA碱基对之间的

3、氢键断裂，DNA的双链解开并使碱基得以暴露第二步：当DNA的双链部分解开时，细胞中游离的核糖核苷酸便随机地与DNA链上的碱基碰撞，当核糖核苷酸与DNA的碱基互补时，两者以氢键结合第三步：新结合的核糖核苷酸，在RNA聚合酶的作用下，依次连接到正在合成的mRNA上第四步：随着DNA解旋过程的进行，合成的mRNA不断延伸并从DNA链上释放，直至DNA解旋完成，便形成一个与DNA转录链互补的mRNA。转录结束时，DNA又恢复为规则的双螺旋结构特别提示：由于RNA没有胸腺嘧啶（T），而含有尿嘧啶（U）。因此，在以DNA的一条链为模板转录形成RNA时，需要以U代替T与A互补配对。mRNA在细胞核中合成以后

4、，就通过核膜上的核孔进入细胞质中参与蛋白质的合成。（二）遗传信息的翻译1.翻译的概念游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸种类、数量和排列顺序的蛋白质的过程。2.翻译的实质翻译实质上是将mRNA中的碱基序列翻译为蛋白质中的氨基酸序列。3.翻译的场所翻译主要是在细胞质中的核糖体上进行的，此外还有线粒体和叶绿体。4.密码子mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基叫做一个密码子。5.氨基酸的转运工具转运RNA（tRNA）tRNA的分子结构呈三叶草的叶形，一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个碱基。每个tRNA一端的3个碱基均可与mRNA上的密码子互补配对，因而叫做反密码子。tR

5、NA的种类很多（61种），但每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。6.翻译的过程第1步：mRNA通过核孔进入细胞质与核糖体结合起来，在结合部位形成2个tRNA的结合位点。此时，反密码子为UAC或CAC的tRNA携带着相应的氨基酸，通过与mRNA上的密码子互补配对，进入位点1。第2步：携带着另一个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2。第3步：位点1处的氨基酸（甲硫氨酸或缬氨酸）通过与位点2处的氨基酸形成肽键而转移到占据位点2的tRNA上。第4步：核糖体沿着mRNA移动，读取下一个密码子。原占据位点1的tRNA离开核糖体又去转运下一个相应的氨基酸，占据位点2的tRNA进入位点1，一个新的携带氨基

6、酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。上述步骤2、3、4沿mRNA链不断进行，直至核糖体读取到mRNA上的终止密码，合成才告终止。特别提示：在细胞质中，翻译是一个快速的过程。在37时，细菌细胞内合成肽链的速度约为每秒连接15个氨基酸。在通常情况下，一个mRNA上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，因此少量的mRNA就可以迅速合成出大量的蛋白质。肽链合成以后，就从核糖体与mRNA的复合物上脱离开来，经过一系列步骤被运送到各自的“岗位”，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子，开始承担细胞生命活动的各项职责。【要点突破】一、RNA与DNA的比较1.DNA与RNA的判定：若含有脱

7、氧核糖则是DNA，若含有核糖则是RNA；若含有胸腺嘧啶（T）则是DNA，若含有尿嘧啶（U）则是RNA。2.DNA（RNA）单双链的判定：若含氮碱基A与T（U）的数量以及含氮碱基G与C的数量均相等，则可能是单链DNA（RNA），也可能是双链DNA（RNA），但最可能是双链DNA（RNA）；若含氮碱基A的数量与T（U）的数量不相等或含氮碱基C的数量与G的数量不相等或嘌呤的数量不等于嘧啶的数量，则一定是单链DNA（RNA）。二、遗传信息的传递与表达过程的比较功能项目遗传信息的传递遗传信息的表达复制转录翻译发生时期细胞分裂间期生物体的整个生命进程中发生场所主要是细胞核，此外还有线粒体和叶绿体细胞质中的

8、核糖体上基本条件模板DNA解旋后的两条链DNA解旋后的一条链mRNA原料4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸20种氨基酸能量ATP酶解旋酶和DNA聚合酶解旋酶和RNA聚合酶运载工具tRNA碱基配对原则A=T，CGA=U，T=A，CGA=U，CG产物2个相同的双链DNA1条单链mRNA蛋白质特点边解旋边复制，半保留复制边解旋边转录信息流亲代DNA子代DNADNAmRNAmRNA蛋白质模板去向各自进入一个子代DNA中重新盘绕成双螺旋结构分解成单个核苷酸三、遗传信息、密码子、反密码子的对应关系GAATTCCTTAAG DNAGAAUUCmRNA（密码子）CUU AAGtRNA（反密码子）以链为模板亮氨酸赖氨

9、酸1.密码子（1）密码子的种类起始密码子：2种（AUG、GUG），既是翻译的起始信号，也能编码氨基酸。普遍密码子：59种，只能编码氨基酸。终止密码子：3种（UAA、UGA、UAG），不能编码氨基酸，只是翻译的终止信号。（2）密码子与氨基酸的对应关系在64种密码子中仅61种能够决定20种氨基酸；一种氨基酸可以由一种或几种密码子来决定（密码的简并）；一种密码子只能决定一种氨基酸。（3）密码子的特性简并性：当密码子中一个碱基改变后，不一定改变其对应的氨基酸种类，从而减少了变异发生的频率；当某种氨基酸的使用频率较高时，可能会有几种不同的密码子同时编码同一种氨基酸，从而保证了翻译的速率。通用性：所有生物

10、共用一套密码子，这说明各种生物之间有着或远或近的亲缘关系。2.反密码子（1）反密码子的种类转运RNA一端的三个碱基（反密码子）共有61种。（2）与氨基酸的对应关系一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，因为每种tRNA一端的反密码子都只能专一地与mRNA上特定的3个相邻的碱基（密码子）互补配对；一种氨基酸可由一种或几种tRNA来转运，因为有的氨基酸有一种或几种密码子。（3）反密码子的特点反密码子的三个碱基与相应的DNA分子模板链上对应的碱基基本相同，只是DNA分子模板链中的“T”对应tRNA中的“U”。特别提示：tRNA含有的碱基数：每一个tRNA都含有若干个碱基。密码子、反密码子和遗传信息的存

11、在位置：密码子存在于mRNA分子中，反密码子存在于tRNA分子的一端，遗传信息存在于基因中。四、有关基因表达过程的计算1.DNA（基因）与mRNA之间的碱基数量关系以链为模板转录TCGAAGCTAGCUDNA（基因）mRNA链链链（1）图示（2）等量关系链碱基数=链碱基数=链碱基数=DNA（基因）分子碱基数×1/2。A+T=T+A=A+U；G+C=C+G=G+G。2.碱基与氨基酸之间的数量关系（1）转录时，组成基因的两条链只有一条链能转录，另一条链不能转录。因此，转录形成的mRNA碱基数是基因碱基数的1/2。（2）在翻译过程中，mRNA每3个碱基决定一个氨基酸，所以经翻译合成的蛋白质

12、分子中的氨基酸数是mRNA碱基数的1/3。总之，在转录和翻译过程中，DNA碱基数：mRNA碱基数：蛋白质中氨基酸数：参与转运的tRNA数可以有条件地看作为6：3：1：1。实际上，mRNA的碱基数比相应蛋白质中氨基酸数的3倍要多；DNA碱基数比相应蛋白质中氨基酸数的6倍要多。转录 翻译DNA（基因） mRNA 蛋白质核糖核苷酸 氨基酸遗传信息 密码子 氨基酸的排列顺序6n个碱基 3n个碱基 n个氨基酸达标自测1. 已知病毒的核酸有双链DNA、单链DNA、双链RNA和单链RNA四种。某科研人员发现了一种新病毒，若要确定其核酸属于上述哪一类型，你认为应该分析其（ A ）A.碱基类型和碱基比率B.碱基

13、类型和核糖类型C.氨基酸组成和碱基类型D.氨基酸组成和核糖类型2. 假若需要在实验室模拟生物体内RNA的转录过程，则必需的条件是（ D ）相关的酶 游离的4种核糖核苷酸 ATP DNA分子 信使RNA 转运RNA 适宜的温度 适宜的酸碱度A. B.C. D.3. 已知某mRNA分子共含有30个碱基，其中A和G共12个，则转录形成该mRNA分子的DNA分子中C和T共有（ D ）A.12个 B.24个C.18个 D.30个4. 一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽，则此mRNA分子至少含有的碱基数、合成这段多肽需要的tRNA数以及转录形成此mRNA的基因中至少含有的碱基数分

14、别为（ B ）A.33、11、66 B.36、12、72C.12、36、24 D.11、36、725. 尿嘧啶核糖核苷（简称尿苷）在细胞中可转化为尿嘧啶核糖核苷酸。若选用含有3H标记的尿嘧啶核糖核苷的营养液处理活的小肠黏膜层，几小时后检测小肠绒毛发现整个小肠黏膜层上都有放射性的存在。下列与之密切相关的过程是（ D ）A.DNA的复制 B.基因突变C.翻译 D.转录6. 下图所示四种化合物的化学组成中，“”中所对应的含义最接近的一组是（ D ）U G A CA C G TT G C AA核糖 APPPA. B.C. D.7. 已知某tRNA的反密码子的3个碱基顺序为GAU，它转运的是亮氨酸（亮氨

15、酸的密码子是UUA、UUG、CUU、CUA、CUC、CUG），则决定此亮氨酸的密码子是由DNA模板链上的哪个碱基序列转录而来的（ D ）A.GAU B.CATC.CUA D.GAT【自我校对】一、细胞质 细胞核 单 核孔 双 无法 遗传物质 催化 直接 氨基酸 核糖体 储存、传递和表达 转录 复制 复制 逆转录 核糖 脱氧 核糖 脱氧核糖 A、U、C、G A、T、C、G 转录 储存 携带 DNA二、（一）DNA 一 mRNA 细胞核 线粒体 叶绿体 蛋白质 随时 能量 解旋 碱基对 氢键碱基 部分 氢键 RNA聚合 双螺旋 特别提示：U 核孔 （二）1.mRNA 种类、数量和排列顺序 2.碱基

16、 氨基酸 3.细胞质 核糖体 线粒体 叶绿体 4.mRNA 3 5.氨基酸 密码子 反密码子 61一6.核糖体 2 UAC或CAC 肽键 核糖体 读取 终止 特别提示：多 大量 空间 功能第2节 基因对性状的控制【课标定位】1.理解中心法则的内容以及基因、蛋白质与性状的关系。2.了解中心法则的提出和发展，举例说明基因控制性状的实质。【教材回归】一、中心法则的提出及其发展（一）中心法则的提出1.提出者：1957年英国物理学家克里克首先提出了中心法则。转录 翻译复制DNA（基因） RNA 蛋白质（性状）2.信息流：（二）中心法则的发展历经考验的中心法则补充了遗传信息从RNA流向RNA以及从RNA流

17、向DNA两条途径：e翻译b转录c逆转录中心法则图解daDNA（基因） RNA 蛋白质（性状）二、基因对性状的控制（一）基因对性状的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。（二）基因对性状的直接控制基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。特别提示：基因与生物性状之间的关系并不都是简单的线性关系，如人体的身高可能是由多个基因共同决定的，缺少苯丙氨酸羟化酶会引起苯丙酮尿症和白化病。可见，一个基因的改变可能不仅仅引起生物体单一性状的改变。生物体的性状表现还会受到环境因素的影响。例如，人体的身高也不完全是由基因所决定的，后天的营养和体育锻炼等也有重要作用。【要点突破】一、

18、中心法则及其发展e翻译b转录c逆转录图中虚线表示中心法则的发展daDNA（基因） RNA 蛋白质（性状）1.各生理过程分析a（DNA复制）b（转录）d（RNA复制）c（RNA逆转录）e（翻译）过程DNADNADNARNARNARNARNADNARNA蛋白质模板DNA的两条链DNA的一条链RNARNAmRNA原料4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸4种核糖核苷酸4种脱氧核苷酸20种氨基酸配对方式AT GCAU TA GCAU GCAT UA GCAU GC产物DNARNARNADNA蛋白质实例绝大多数生物绝大多数生物烟草花叶病毒艾滋病病毒所有生物特别提示：中心法则及其发展说明了遗传信息传递的方向，但并非

19、所有生物都能够同时进行上述5种生理过程，其中RNA的复制和逆转录只有某些RNA病毒的RNA在宿主细胞中才能发生。2.各过程的适用范围（1）DNA生物所有以DNA为遗传物质的生物，遗传信息的流向为abe，但DNA病毒的这些过程只能发生在宿主细胞中。（2）RNA生物极少数RNA病毒（如烟草花叶病毒），遗传信息的流向为de，但这些过程只能发生在宿主细胞中。极少数RNA病毒（如艾滋病病毒），遗传信息的流向为dcabe，但这些过程只能发生在宿主细胞中，过程c还必须有逆转录酶的参与才能完成。二、DNA、基因、蛋白质之间的关系1.三者之间的关系DNA RNA 蛋白质转录 翻译基因 性状控制显性基因 显性性状

20、隐性基因 隐性性状等位基因基因型 表现型相对性状等位基因分离 相对性状分离导致控制控制2.中心法则与基因表达的关系遗传信息 密码子传递遗传信息 控制蛋白质合成（表达遗传信息）脱氧核苷酸序列 核糖核苷酸序列 氨基酸序列 de翻译b转录c逆转录aDNA（基因） RNA 蛋白质（性状）特别提示：DNA的复制体现了遗传信息的传递功能，发生在细胞增殖或产生子代的生殖过程中。DNA的转录和翻译共同体现了遗传信息的表达功能，发生在个体发育的整个过程中。3.基因对性状控制的两种途径基因 性状结构蛋白 细胞结构间接控制酶 细胞代谢直接控制4.基因对性状控制的关系（1）基因与性状的关系：一个基因决定一种性状；多个基因决定一种性状；一个基因可能会影响到多种性状。也就是说，基因与生物性状的关系并不都是简单的线性关系。（2）基因对生物性状的控制还会受到环境的影响，生物体的性状表现是基因型与环境条件共同作用的结果，即基因型（内因）+环境（外因）=表现型（结果）。5.控制时机在生物的个体发育过程中，同一个体的体细胞均来自同一受精卵的有丝分裂，因而同一个体的体细胞中均含有与受精卵相同的基因，但每个细胞中的基因却不能全部表达基因的选择性表达，如胰岛B细胞