生物的遗传和变异－基因的表达

1、专题六 遗传与变异第三课时第三课时基因的表达要点、疑点、难点基因的概念基因的概念1 基因的概念与结构基因的概念与结构要点、疑点、难点原核细胞的基因结构原核细胞的基因结构原核细胞的基因是由成百上千个核苷酸对组成的。组成基因的核苷酸序列可原核细胞的基因是由成百上千个核苷酸对组成的。组成基因的核苷酸序列可以分为不同的区段。在基因表达的过程中，不同区段所起的作用并不相同。以分为不同的区段。在基因表达的过程中，不同区段所起的作用并不相同。有的区段能够转录为相应的信使有的区段能够转录为相应的信使RNA，进而指导蛋白质的合成，也就是说能进而指导蛋白质的合成，也就是说能够编码蛋白质，这样的区段叫做够编码蛋白质

2、，这样的区段叫做编码区编码区。有的区段不能转录为信使。有的区段不能转录为信使RNA，也也就是说不能编码蛋白质，这样的区段叫做就是说不能编码蛋白质，这样的区段叫做非编码区非编码区。非编码区是由编码区上。非编码区是由编码区上游和编码区下游的游和编码区下游的DNA序列组成的。非编码区虽然不能编码蛋白质，但是对序列组成的。非编码区虽然不能编码蛋白质，但是对于遗于遗传信息的表达是不可缺少的。这是因为在非编码区上，有调控遗传信息传信息的表达是不可缺少的。这是因为在非编码区上，有调控遗传信息表达的核苷酸序列。表达的核苷酸序列。 基因的结构基因的结构要点、疑点、难点真核细胞的基因也是由真核细胞的基因也是由编码

3、区编码区和和非编码区非编码区两部分组成的，在非编码区上，同两部分组成的，在非编码区上，同样有调控作用的核苷酸序列，但是真核细胞的基因结构要比原核细胞的基因样有调控作用的核苷酸序列，但是真核细胞的基因结构要比原核细胞的基因结构复杂。与原核细胞比较，真核细胞基因结构的主要特点是：结构复杂。与原核细胞比较，真核细胞基因结构的主要特点是：编码区是间编码区是间隔的、不连续的隔的、不连续的。也就是说，能够编码蛋白质的序列被不能够编码蛋白质的。也就是说，能够编码蛋白质的序列被不能够编码蛋白质的序列分隔开来，成为一种断裂的形式。其中，能够编码蛋白质的序列分隔开来，成为一种断裂的形式。其中，能够编码蛋白质的序列

4、叫做序列叫做外外显子显子，一般不能够编码蛋白质的序列叫做，一般不能够编码蛋白质的序列叫做内含子内含子。 真核细胞的基因结构真核细胞的基因结构基因的结构基因的结构要点、疑点、难点原核细胞基因和真核细胞基因的区别原核细胞基因和真核细胞基因的区别 原核细胞原核细胞真核细胞真核细胞组组 成成由编码区和非编码区两部分组成由编码区和非编码区两部分组成特特 点点编码区不间隔编码区不间隔编码区间隔、不连续编码区间隔、不连续外显子外显子/内含子内含子编码序列占比例较小编码序列占比例较小要点、疑点、难点2 人类基因组计划人类基因组计划 人类基因组包括构成人类基因组包括构成24条染色体不同的条染色体不同的24个个D

5、NA分子。人类基因组计划最基本的任分子。人类基因组计划最基本的任务是搞清楚每个务是搞清楚每个DNA分子中碱基排列顺序。主要内容是绘制四张图，即遗传分子中碱基排列顺序。主要内容是绘制四张图，即遗传(连锁连锁)图、图、物理图、物理图、DNA序列图和转录图。序列图和转录图。(1)遗传图遗传图 遗传图是指基因或遗传图是指基因或DNA标记标记(如多肽性遗传标记如多肽性遗传标记)在染色体上以遗传距离表示相在染色体上以遗传距离表示相对位置的图，又称为连锁图。对位置的图，又称为连锁图。(2)物理图物理图 物理图指表示物理图指表示DNA序列上序列上DNA标记之间实际距离的图。通常由标记之间实际距离的图。通常由D

6、NA的限制酶的限制酶片段或克隆的片段或克隆的DNA片段有序排列而成。标记之间的物理距离以片段有序排列而成。标记之间的物理距离以DNA上核苷酸数目的多少上核苷酸数目的多少(kb表示千碱基对，表示千碱基对，Mb表示百万碱基对表示百万碱基对)来表示。物理图是进行来表示。物理图是进行DNA序列分析和基因组织序列分析和基因组织结构研究的基础。物理图反映了结构研究的基础。物理图反映了DNA标记之间的实际距离，而遗传图则反映标记之间的实际距离，而遗传图则反映DNA标记之标记之间的连锁关系。间的连锁关系。(3)序列图序列图 序列图是指整个人类基因组的核苷酸序列图，也是最详尽的物理图。测定的序列图是指整个人类基

7、因组的核苷酸序列图，也是最详尽的物理图。测定的总长度约为总长度约为1m。由由30亿个核苷酸对组成的序列图就是人类基因组计划原定亿个核苷酸对组成的序列图就是人类基因组计划原定2005年要完成年要完成的任务。的任务。2000年年6月，六国科学家已向全世界宣布月，六国科学家已向全世界宣布“人类基因组草图人类基因组草图”的绘制工作已经完的绘制工作已经完成。成。(4)转录图转录图 在整个人类基因组中，只有在整个人类基因组中，只有1%5%的的DNA序列为编码序列。在人体某一特序列为编码序列。在人体某一特定定组织的细胞中，一般只有组织的细胞中，一般只有0.1%的基因可以表达。的基因可以表达。 要点、疑点、难

8、点2 人类基因组计划人类基因组计划 人的人的10万个基因，编码序列为万个基因，编码序列为1亿碱基对，仅占整个基因组的亿碱基对，仅占整个基因组的3%。除已知部分非。除已知部分非编码序列对基因活动起调节作用，或参与染色体结构形成及其复制外，大多数非编码编码序列对基因活动起调节作用，或参与染色体结构形成及其复制外，大多数非编码序列的功能还不清楚。序列的功能还不清楚。 人们预测，搞清楚这些序列的功能，将可能使一些生物学重大问题得到解决。众人们预测，搞清楚这些序列的功能，将可能使一些生物学重大问题得到解决。众所周知：对于发育来说，包含着一系列基因的表达过程，而更为重要的在于这些过程所周知：对于发育来说，

9、包含着一系列基因的表达过程，而更为重要的在于这些过程彼此之间在时空上的紧密联系和配合。受精卵之所以能发育成完整的个体，就是由于彼此之间在时空上的紧密联系和配合。受精卵之所以能发育成完整的个体，就是由于与发育有关的各基因都是处在复杂的调控机制之下，一定的基因总是在一定的时空序与发育有关的各基因都是处在复杂的调控机制之下，一定的基因总是在一定的时空序列中被活化或受阻碍，一些科学家认为，对人和其他动物基因组列中被活化或受阻碍，一些科学家认为，对人和其他动物基因组DNA全序列的比较研全序列的比较研究，将发现更新的调控序列，从而搞清楚发育的遗传程序。对进化中的一些问题也有究，将发现更新的调控序列，从而搞

10、清楚发育的遗传程序。对进化中的一些问题也有望得到答案，基因组工作的完成将成为望得到答案，基因组工作的完成将成为生物学的一座里程碑而载入史册。生物学的一座里程碑而载入史册。 要点、疑点、难点3 基因的表达基因的表达RNA的组成元素的组成元素RNA的结构与分类的结构与分类RNA的与的与DNA的比较的比较复制、转录与翻译的比较复制、转录与翻译的比较遗传信息与遗传密码遗传信息与遗传密码中心法则中心法则DNA（基因）基因）RNA蛋白质（性状）蛋白质（性状）转录转录翻翻 译译逆转录逆转录遗传信息遗传信息遗传密码遗传密码基因基因中脱氧核苷酸的排列顺序中脱氧核苷酸的排列顺序信息信息RNA中核糖核苷酸的排列顺序

11、。常以三个邻的碱基中核糖核苷酸的排列顺序。常以三个邻的碱基决定一个氨基酸决定一个氨基酸C、H、O、N、P要点、疑点、难点组成元素组成元素核糖核苷酸核糖核苷酸RNAmRNA（信使信使RNA）指导蛋白质合成指导蛋白质合成tRNA（转运转运RNA ）运载氨基酸运载氨基酸rRNA（核糖体核糖体RNA）参与核糖体构成参与核糖体构成C、H、O、N、P基本单位基本单位核糖核糖磷酸磷酸含含N碱基碱基嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶腺嘌呤（腺嘌呤（A）鸟嘌呤（鸟嘌呤（G）胞嘧啶（胞嘧啶（C）尿嘧啶（尿嘧啶（U）要点、疑点、难点结构结构DNARNA基本单位基本单位碱碱基基五碳糖五碳糖无机酸无机酸嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶无机酸无机酸规则的

12、双螺旋结构规则的双螺旋结构脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸腺嘌呤（腺嘌呤（A）胞嘧啶（胞嘧啶（C）脱氧核糖脱氧核糖磷酸磷酸鸟嘌呤（鸟嘌呤（G）腺嘌呤（腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（鸟嘌呤（G）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T）胞嘧啶（胞嘧啶（C）尿嘧啶（尿嘧啶（U）核糖核糖磷酸磷酸核糖核苷酸核糖核苷酸通常呈单链通常呈单链要点、疑点、难点时期时期复制复制转录转录翻译翻译场所场所原材料原材料模板模板其它条件其它条件最后结果最后结果细胞分裂间期细胞分裂间期细胞核细胞核脱氧核苷酸脱氧核苷酸DNA酶、酶、ATP两个两个DNA分子分子蛋白质合成蛋白质合成细胞核细胞核核糖核苷酸核糖核苷酸DNA酶、酶、ATP一个一个RNA分子分子

13、蛋白质合成蛋白质合成核糖体核糖体氨基酸氨基酸信息信息RNA酶、酶、ATP一条多肽链一条多肽链要点、疑点、难点3 基因的表达基因的表达以蛋白质合成有关的计算以蛋白质合成有关的计算DNARNA蛋白质蛋白质1366n3nn遗传信息遗传信息遗传密码遗传密码碱基数碱基数碱基数碱基数氨基酸数氨基酸数肽键数肽键数（n-m）0课前热身1基因是有 的DNA片段。2如果DNA的一条模板链的碱基排列顺序是ACGCTAGCA，那么与它互补的另一条链的碱基顺序是 ；转录成的信使RNA的碱基顺序是 ；它能决定 3 个氨基酸，有 3 个密码子。3如图是转录过程：DNAATGRNAUAC该图中有 个核苷酸；有 种核酸；有 5

14、 种碱基；该过程是在 中进行的。遗传效应、 TGCGATCGT、 UGCGAUCGU、6、6、细胞核课前热身4密码子是指信使RNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基，能决定氨基酸的密码子有 个，密码子能决定氨基酸 种。5氨基酸个数(m)、肽链条数(n)、肽键个数、脱去水分子数目的关系是。6DNA(基因)的碱基个数(m)、mRNA的碱基个数(n)、氨基酸分子的个数之间的关系是 。61、20、肽键数=脱去水与子数=m-n 、 631 能力、思维、方法【例1】 已知一个蛋白质分子由2条肽链组成，连接蛋白质分子中氨基酸的肽键共有198个，翻译成这个蛋白质分子的mRNA中有A和G共200个，则转录成信使R

15、NA的DNA分子中，最少有C和T多少个( )A 400 B 200 C 600 D 800C【解析】 (1)蛋白质分子中的氨基酸数目等于肽键数加上肽链条数，计算得出组成该蛋白质氨基酸为200个。至少的意思是不考虑终止密码子，所以DNA分子中6个碱基(三个碱基对)决定一个氨基酸，即有1200个碱基；(2)根据碱基配对原则可知，A+GC+T50%，故C+T600个；(3)如果按题意中mRNA的G+A200来计算，就会大大影响计算速度，因此要学会判断哪些条件是可以利用的，哪些条件是要摒弃的，这对能力的形成十分重要。如果将题中问法改为“DNA的非信息链中A+G至少有多少个?”可做如下分析：我们知道，转

16、录过程是以DNA的一条链作为模板，按照碱基配对原则形成mRNA的过程，模板链即为信息链(也称有意义链)，每条链中含碱基为600个，则有意义链中的T+C600-200400(个)，有意义链的T+C正是链中的A+G，所以答案为A能力、思维、方法【例2】 下表是DNA控制蛋白质合成的过程，分析回答：DNA片段： TAG(基因)ATC信使RNA：UAG转运RNA：AUC氨基酸： (1)图中标出的碱基符号，包括了 种核苷酸。(2)在DNA双链中， 链为转录链；遗传信息存在于 链上；遗传密码(密码子)存在于 链上。(3)已知胰岛素含有51个氨基酸，由两条链组成。控制合成胰岛素的基因至少应含有 个脱氧核苷酸

17、。 【答案】 (1)8 (2)， (3)306 能力、思维、方法【解析】 此题主要考查基因控制蛋白质的合成过程，以及DNA、基因、信使RNA、转运RNA、密码子之间的关系。(1)DNA两条链包括4种碱基，含4种脱氧核苷酸。RNA也包括了4种碱基，含4种核苷酸，共8种核苷酸。(2)能够与信使RNA碱基配对的转录链是，其上脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息，信使RNA上核糖核苷酸的排列顺序代表遗传密码。(3)基因的6个碱基决定信使RNA的3个碱基，决定1个氨基酸。由此得知，合成含51个氨基酸的蛋白质，基因中脱氧核苷酸数(碱基数)为651306个(默认不考虑终止密码)。 能力、思维、方法【例3】 下图

18、为人体内蛋白质合成的一个过程。据图分析并回答：(1)图中所合成多肽链的原料来自 和 。(2)图中所示属于基因控制蛋白质合成过程中的 步骤，该步骤发生在细胞的部分。(3)该过程不可能发生在( )A神经细胞 B肝细胞C成熟的红细胞 D脂肪细胞【解析】 该题考查基因控制蛋白质合成过程，图示为翻译过程，以信使RNA为模板，以转运RNA为运载工具，按照碱基互补配对原则，形成具有一定氨基酸顺序的蛋白质，成熟的红细胞不再合成蛋白质(原因是无核，不能控制蛋白质的合成过程)【答案】 (1)食物 人体自身的合成 (2)翻译 细胞质(或核糖体) (3)C能力、思维、方法【例4】 2000年6月26日，科学家公布了人

19、类基因组草图，这是人类基因组研究的重要成果。这一成果被誉为“人类天书”的破译，是人类科学史上的重要里程碑。继2000年6月26日公布“人类基因组草图”以后，经过几个月的努力，科学家于2001年2月12日宣布，人类基因组共约有32亿对碱基，包含了大约34万个基因。这标志着人类基因组研究工作取得了实质进展，为破译生命之谜奠定了坚实的基础。这套人类的“生命天书”共24“本”，组成该“书”的文字有四种“笔画”，每两个笔画形成一个“偏旁部首”，每三个“偏旁部首”形成一个“文字”。每本“生命天书”中含有几千个关于人类生命的结构、功能、生老病死的“信息”，每条信息由几千个“文字”组成。人类基因组计划就是首先要破译这套天书中所含有的10亿个文字中的30多亿个偏旁部首的排列顺序，然后再破译天书中的每条遗传信息的具体含义即具体功能。(1)人类“生命天书”有24本，每“本书”是指一个 ，这套书为什么是24本? (2)“生命天书”中的“信息”是指一个 。(3)“生命天书”中的四种“基本笔画”是指 。(4)“生命天书”中的每个“偏旁部首”是指 ，它们是 。(5)“生命天书”中的每个“文字”是表示三个特定排列的 ，这个特定排列的物质为什么是三个?能力、思维、方法【答案】 (1)染色体 人类22对常染色体和一对性染色