第4章--基因的表達(dá)(教案)

1、第4章 基因的表達(dá)第1節(jié) 基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成【課標(biāo)定位】1.簡述DNA分子與RNA分子的主要區(qū)別。2.掌握遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程及其異同?！窘滩幕貧w】一、RNA與DNA的比較核酸種類項目RNADNA存在部位主要存在于細(xì)胞質(zhì)中主要存在于細(xì)胞核中結(jié)構(gòu)特點通常呈單鏈結(jié)構(gòu)，而且比DNA短，因此能通過核孔，從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中通常呈規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)（無法從細(xì)胞核直接轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中）生理功能作為RNA病毒的遺傳物質(zhì)；少數(shù)RNA具有催化作用；mRNA：作為翻譯時的直接模板；tRNA：作為翻譯時氨基酸的轉(zhuǎn)運工具；rRNA：參與核糖體的構(gòu)成主要的遺傳物質(zhì)，具有儲存、傳遞和表達(dá)遺傳信息的功能產(chǎn)生途徑DNA轉(zhuǎn)

2、錄、RNA復(fù)制DNA復(fù)制、RNA逆轉(zhuǎn)錄基本組成單位（單體）核糖核苷酸脫氧核苷酸化學(xué)組成無機酸磷酸五碳糖核糖脫氧核糖含氮堿基A、U、C、GA、T、C、G二者的聯(lián)系所有RNA都是由DNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的，DNA是遺傳信息的儲存者，RNA是遺傳信息的攜帶者，RNA的遺傳信息來自于DNA二、基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成過程包括兩個階段“轉(zhuǎn)錄”和“翻譯”。（一）遺傳信息的轉(zhuǎn)錄概念以DNA雙鏈中的一條鏈為模板合成mRNA的過程場所主要是細(xì)胞核，此外還有線粒體和葉綠體發(fā)生時間細(xì)胞中合成蛋白質(zhì)時（隨時可能發(fā)生）過程第一步：利用細(xì)胞提供的能量，在解旋酶的作用下，DNA堿基對之間的氫鍵斷裂，DNA的雙鏈解開

3、并使堿基得以暴露第二步：當(dāng)DNA的雙鏈部分解開時，細(xì)胞中游離的核糖核苷酸便隨機地與DNA鏈上的堿基碰撞，當(dāng)核糖核苷酸與DNA的堿基互補時，兩者以氫鍵結(jié)合第三步：新結(jié)合的核糖核苷酸，在RNA聚合酶的作用下，依次連接到正在合成的mRNA上第四步：隨著DNA解旋過程的進(jìn)行，合成的mRNA不斷延伸并從DNA鏈上釋放，直至DNA解旋完成，便形成一個與DNA轉(zhuǎn)錄鏈互補的mRNA。轉(zhuǎn)錄結(jié)束時，DNA又恢復(fù)為規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)特別提示：由于RNA沒有胸腺嘧啶（T），而含有尿嘧啶（U）。因此，在以DNA的一條鏈為模板轉(zhuǎn)錄形成RNA時，需要以U代替T與A互補配對。mRNA在細(xì)胞核中合成以后，就通過核膜上的核孔進(jìn)入細(xì)

4、胞質(zhì)中參與蛋白質(zhì)的合成。（二）遺傳信息的翻譯1.翻譯的概念游離在細(xì)胞質(zhì)中的各種氨基酸，以mRNA為模板合成具有一定氨基酸種類、數(shù)量和排列順序的蛋白質(zhì)的過程。2.翻譯的實質(zhì)翻譯實質(zhì)上是將mRNA中的堿基序列翻譯為蛋白質(zhì)中的氨基酸序列。3.翻譯的場所翻譯主要是在細(xì)胞質(zhì)中的核糖體上進(jìn)行的，此外還有線粒體和葉綠體。4.密碼子mRNA上決定一個氨基酸的3個相鄰的堿基叫做一個密碼子。5.氨基酸的轉(zhuǎn)運工具轉(zhuǎn)運RNA（tRNA）tRNA的分子結(jié)構(gòu)呈三葉草的葉形，一端是攜帶氨基酸的部位，另一端有3個堿基。每個tRNA一端的3個堿基均可與mRNA上的密碼子互補配對，因而叫做反密碼子。tRNA的種類很多（61種），

5、但每種tRNA只能識別并轉(zhuǎn)運一種氨基酸。6.翻譯的過程第1步：mRNA通過核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)與核糖體結(jié)合起來，在結(jié)合部位形成2個tRNA的結(jié)合位點。此時，反密碼子為UAC或CAC的tRNA攜帶著相應(yīng)的氨基酸，通過與mRNA上的密碼子互補配對，進(jìn)入位點1。第2步：攜帶著另一個氨基酸的tRNA以同樣的方式進(jìn)入位點2。第3步：位點1處的氨基酸（甲硫氨酸或纈氨酸）通過與位點2處的氨基酸形成肽鍵而轉(zhuǎn)移到占據(jù)位點2的tRNA上。第4步：核糖體沿著mRNA移動，讀取下一個密碼子。原占據(jù)位點1的tRNA離開核糖體又去轉(zhuǎn)運下一個相應(yīng)的氨基酸，占據(jù)位點2的tRNA進(jìn)入位點1，一個新的攜帶氨基酸的tRNA進(jìn)入位點2，繼

6、續(xù)肽鏈的合成。上述步驟2、3、4沿mRNA鏈不斷進(jìn)行，直至核糖體讀取到mRNA上的終止密碼，合成才告終止。特別提示：在細(xì)胞質(zhì)中，翻譯是一個快速的過程。在37時，細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)合成肽鏈的速度約為每秒連接15個氨基酸。在通常情況下，一個mRNA上可以相繼結(jié)合多個核糖體，同時進(jìn)行多條肽鏈的合成，因此少量的mRNA就可以迅速合成出大量的蛋白質(zhì)。肽鏈合成以后，就從核糖體與mRNA的復(fù)合物上脫離開來，經(jīng)過一系列步驟被運送到各自的“崗位”，盤曲折疊成具有特定空間結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)分子，開始承擔(dān)細(xì)胞生命活動的各項職責(zé)?！疽c突破】一、RNA與DNA的比較1.DNA與RNA的判定：若含有脫氧核糖則是DNA，若含有核

7、糖則是RNA；若含有胸腺嘧啶（T）則是DNA，若含有尿嘧啶（U）則是RNA。2.DNA（RNA）單雙鏈的判定：若含氮堿基A與T（U）的數(shù)量以及含氮堿基G與C的數(shù)量均相等，則可能是單鏈DNA（RNA），也可能是雙鏈DNA（RNA），但最可能是雙鏈DNA（RNA）；若含氮堿基A的數(shù)量與T（U）的數(shù)量不相等或含氮堿基C的數(shù)量與G的數(shù)量不相等或嘌呤的數(shù)量不等于嘧啶的數(shù)量，則一定是單鏈DNA（RNA）。二、遺傳信息的傳遞與表達(dá)過程的比較功能項目遺傳信息的傳遞遺傳信息的表達(dá)復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯發(fā)生時期細(xì)胞分裂間期生物體的整個生命進(jìn)程中發(fā)生場所主要是細(xì)胞核，此外還有線粒體和葉綠體細(xì)胞質(zhì)中的核糖體上基本條件模板DNA

8、解旋后的兩條鏈DNA解旋后的一條鏈mRNA原料4種脫氧核苷酸4種核糖核苷酸20種氨基酸能量ATP酶解旋酶和DNA聚合酶解旋酶和RNA聚合酶運載工具tRNA堿基配對原則A=T，CGA=U，T=A，CGA=U，CG產(chǎn)物2個相同的雙鏈DNA1條單鏈mRNA蛋白質(zhì)特點邊解旋邊復(fù)制，半保留復(fù)制邊解旋邊轉(zhuǎn)錄信息流親代DNA子代DNADNAmRNAmRNA蛋白質(zhì)模板去向各自進(jìn)入一個子代DNA中重新盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)分解成單個核苷酸三、遺傳信息、密碼子、反密碼子的對應(yīng)關(guān)系GAATTCCTTAAG DNAGAAUUCmRNA（密碼子）CUU AAGtRNA（反密碼子）以鏈為模板亮氨酸賴氨酸1.密碼子（1）密碼子的

9、種類起始密碼子：2種（AUG、GUG），既是翻譯的起始信號，也能編碼氨基酸。普遍密碼子：59種，只能編碼氨基酸。終止密碼子：3種（UAA、UGA、UAG），不能編碼氨基酸，只是翻譯的終止信號。（2）密碼子與氨基酸的對應(yīng)關(guān)系在64種密碼子中僅61種能夠決定20種氨基酸；一種氨基酸可以由一種或幾種密碼子來決定（密碼的簡并）；一種密碼子只能決定一種氨基酸。（3）密碼子的特性簡并性：當(dāng)密碼子中一個堿基改變后，不一定改變其對應(yīng)的氨基酸種類，從而減少了變異發(fā)生的頻率；當(dāng)某種氨基酸的使用頻率較高時，可能會有幾種不同的密碼子同時編碼同一種氨基酸，從而保證了翻譯的速率。通用性：所有生物共用一套密碼子，這說明各種

10、生物之間有著或遠(yuǎn)或近的親緣關(guān)系。2.反密碼子（1）反密碼子的種類轉(zhuǎn)運RNA一端的三個堿基（反密碼子）共有61種。（2）與氨基酸的對應(yīng)關(guān)系一種tRNA只能識別并轉(zhuǎn)運一種氨基酸，因為每種tRNA一端的反密碼子都只能專一地與mRNA上特定的3個相鄰的堿基（密碼子）互補配對；一種氨基酸可由一種或幾種tRNA來轉(zhuǎn)運，因為有的氨基酸有一種或幾種密碼子。（3）反密碼子的特點反密碼子的三個堿基與相應(yīng)的DNA分子模板鏈上對應(yīng)的堿基基本相同，只是DNA分子模板鏈中的“T”對應(yīng)tRNA中的“U”。特別提示：tRNA含有的堿基數(shù)：每一個tRNA都含有若干個堿基。密碼子、反密碼子和遺傳信息的存在位置：密碼子存在于mRN

11、A分子中，反密碼子存在于tRNA分子的一端，遺傳信息存在于基因中。四、有關(guān)基因表達(dá)過程的計算1.DNA（基因）與mRNA之間的堿基數(shù)量關(guān)系以鏈為模板轉(zhuǎn)錄TCGAAGCTAGCUDNA（基因）mRNA鏈鏈鏈（1）圖示（2）等量關(guān)系鏈堿基數(shù)=鏈堿基數(shù)=鏈堿基數(shù)=DNA（基因）分子堿基數(shù)1/2。A+T=T+A=A+U；G+C=C+G=G+G。2.堿基與氨基酸之間的數(shù)量關(guān)系（1）轉(zhuǎn)錄時，組成基因的兩條鏈只有一條鏈能轉(zhuǎn)錄，另一條鏈不能轉(zhuǎn)錄。因此，轉(zhuǎn)錄形成的mRNA堿基數(shù)是基因堿基數(shù)的1/2。（2）在翻譯過程中，mRNA每3個堿基決定一個氨基酸，所以經(jīng)翻譯合成的蛋白質(zhì)分子中的氨基酸數(shù)是mRNA堿基數(shù)的1/

12、3?？傊谵D(zhuǎn)錄和翻譯過程中，DNA堿基數(shù)：mRNA堿基數(shù)：蛋白質(zhì)中氨基酸數(shù)：參與轉(zhuǎn)運的tRNA數(shù)可以有條件地看作為6：3：1：1。實際上，mRNA的堿基數(shù)比相應(yīng)蛋白質(zhì)中氨基酸數(shù)的3倍要多；DNA堿基數(shù)比相應(yīng)蛋白質(zhì)中氨基酸數(shù)的6倍要多。轉(zhuǎn)錄 翻譯DNA（基因） mRNA 蛋白質(zhì)核糖核苷酸 氨基酸遺傳信息 密碼子 氨基酸的排列順序6n個堿基 3n個堿基 n個氨基酸達(dá)標(biāo)自測1. 已知病毒的核酸有雙鏈DNA、單鏈DNA、雙鏈RNA和單鏈RNA四種。某科研人員發(fā)現(xiàn)了一種新病毒，若要確定其核酸屬于上述哪一類型，你認(rèn)為應(yīng)該分析其（ A ）A.堿基類型和堿基比率B.堿基類型和核糖類型C.氨基酸組成和堿基類型

13、D.氨基酸組成和核糖類型2. 假若需要在實驗室模擬生物體內(nèi)RNA的轉(zhuǎn)錄過程，則必需的條件是（ D ）相關(guān)的酶 游離的4種核糖核苷酸 ATP DNA分子 信使RNA 轉(zhuǎn)運RNA 適宜的溫度 適宜的酸堿度A. B.C. D.3. 已知某mRNA分子共含有30個堿基，其中A和G共12個，則轉(zhuǎn)錄形成該mRNA分子的DNA分子中C和T共有（ D ）A.12個 B.24個C.18個 D.30個4. 一段原核生物的mRNA通過翻譯可合成一條含有11個肽鍵的多肽，則此mRNA分子至少含有的堿基數(shù)、合成這段多肽需要的tRNA數(shù)以及轉(zhuǎn)錄形成此mRNA的基因中至少含有的堿基數(shù)分別為（ B ）A.33、11、66 B

14、.36、12、72C.12、36、24 D.11、36、725. 尿嘧啶核糖核苷（簡稱尿苷）在細(xì)胞中可轉(zhuǎn)化為尿嘧啶核糖核苷酸。若選用含有3H標(biāo)記的尿嘧啶核糖核苷的營養(yǎng)液處理活的小腸黏膜層，幾小時后檢測小腸絨毛發(fā)現(xiàn)整個小腸黏膜層上都有放射性的存在。下列與之密切相關(guān)的過程是（ D ）A.DNA的復(fù)制 B.基因突變C.翻譯 D.轉(zhuǎn)錄6. 下圖所示四種化合物的化學(xué)組成中，“”中所對應(yīng)的含義最接近的一組是（ D ）U G A CA C G TT G C AA核糖 APPPA. B.C. D.7. 已知某tRNA的反密碼子的3個堿基順序為GAU，它轉(zhuǎn)運的是亮氨酸（亮氨酸的密碼子是UUA、UUG、CUU、C

15、UA、CUC、CUG），則決定此亮氨酸的密碼子是由DNA模板鏈上的哪個堿基序列轉(zhuǎn)錄而來的（ D ）A.GAU B.CATC.CUA D.GAT【自我校對】一、細(xì)胞質(zhì) 細(xì)胞核 單 核孔 雙 無法 遺傳物質(zhì) 催化 直接 氨基酸 核糖體 儲存、傳遞和表達(dá) 轉(zhuǎn)錄 復(fù)制 復(fù)制 逆轉(zhuǎn)錄 核糖 脫氧 核糖 脫氧核糖 A、U、C、G A、T、C、G 轉(zhuǎn)錄 儲存 攜帶 DNA二、（一）DNA 一 mRNA 細(xì)胞核 線粒體 葉綠體 蛋白質(zhì) 隨時 能量 解旋 堿基對 氫鍵堿基 部分 氫鍵 RNA聚合 雙螺旋 特別提示：U 核孔 （二）1.mRNA 種類、數(shù)量和排列順序 2.堿基 氨基酸 3.細(xì)胞質(zhì) 核糖體 線粒體

16、葉綠體 4.mRNA 3 5.氨基酸 密碼子 反密碼子 61一6.核糖體 2 UAC或CAC 肽鍵 核糖體 讀取 終止 特別提示：多 大量 空間 功能第2節(jié) 基因?qū)π誀畹目刂啤菊n標(biāo)定位】1.理解中心法則的內(nèi)容以及基因、蛋白質(zhì)與性狀的關(guān)系。2.了解中心法則的提出和發(fā)展，舉例說明基因控制性狀的實質(zhì)?！窘滩幕貧w】一、中心法則的提出及其發(fā)展（一）中心法則的提出1.提出者：1957年英國物理學(xué)家克里克首先提出了中心法則。轉(zhuǎn)錄 翻譯復(fù)制DNA（基因） RNA 蛋白質(zhì)（性狀）2.信息流：（二）中心法則的發(fā)展歷經(jīng)考驗的中心法則補充了遺傳信息從RNA流向RNA以及從RNA流向DNA兩條途徑：e翻譯b轉(zhuǎn)錄c逆轉(zhuǎn)錄

17、中心法則圖解daDNA（基因） RNA 蛋白質(zhì)（性狀）二、基因?qū)π誀畹目刂疲ㄒ唬┗驅(qū)π誀畹拈g接控制基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進(jìn)而控制生物體的性狀。（二）基因?qū)π誀畹闹苯涌刂苹蛲ㄟ^控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀。特別提示：基因與生物性狀之間的關(guān)系并不都是簡單的線性關(guān)系，如人體的身高可能是由多個基因共同決定的，缺少苯丙氨酸羥化酶會引起苯丙酮尿癥和白化病。可見，一個基因的改變可能不僅僅引起生物體單一性狀的改變。生物體的性狀表現(xiàn)還會受到環(huán)境因素的影響。例如，人體的身高也不完全是由基因所決定的，后天的營養(yǎng)和體育鍛煉等也有重要作用。【要點突破】一、中心法則及其發(fā)展e翻譯b轉(zhuǎn)錄c逆轉(zhuǎn)錄圖

18、中虛線表示中心法則的發(fā)展daDNA（基因） RNA 蛋白質(zhì)（性狀）1.各生理過程分析a（DNA復(fù)制）b（轉(zhuǎn)錄）d（RNA復(fù)制）c（RNA逆轉(zhuǎn)錄）e（翻譯）過程DNADNADNARNARNARNARNADNARNA蛋白質(zhì)模板DNA的兩條鏈DNA的一條鏈RNARNAmRNA原料4種脫氧核苷酸4種核糖核苷酸4種核糖核苷酸4種脫氧核苷酸20種氨基酸配對方式AT GCAU TA GCAU GCAT UA GCAU GC產(chǎn)物DNARNARNADNA蛋白質(zhì)實例絕大多數(shù)生物絕大多數(shù)生物煙草花葉病毒艾滋病病毒所有生物特別提示：中心法則及其發(fā)展說明了遺傳信息傳遞的方向，但并非所有生物都能夠同時進(jìn)行上述5種生理過程

19、，其中RNA的復(fù)制和逆轉(zhuǎn)錄只有某些RNA病毒的RNA在宿主細(xì)胞中才能發(fā)生。2.各過程的適用范圍（1）DNA生物所有以DNA為遺傳物質(zhì)的生物，遺傳信息的流向為abe，但DNA病毒的這些過程只能發(fā)生在宿主細(xì)胞中。（2）RNA生物極少數(shù)RNA病毒（如煙草花葉病毒），遺傳信息的流向為de，但這些過程只能發(fā)生在宿主細(xì)胞中。極少數(shù)RNA病毒（如艾滋病病毒），遺傳信息的流向為dcabe，但這些過程只能發(fā)生在宿主細(xì)胞中，過程c還必須有逆轉(zhuǎn)錄酶的參與才能完成。二、DNA、基因、蛋白質(zhì)之間的關(guān)系1.三者之間的關(guān)系DNA RNA 蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄 翻譯基因 性狀控制顯性基因 顯性性狀隱性基因 隱性性狀等位基因基因型 表現(xiàn)

20、型相對性狀等位基因分離 相對性狀分離導(dǎo)致控制控制2.中心法則與基因表達(dá)的關(guān)系遺傳信息 密碼子傳遞遺傳信息 控制蛋白質(zhì)合成（表達(dá)遺傳信息）脫氧核苷酸序列 核糖核苷酸序列 氨基酸序列 de翻譯b轉(zhuǎn)錄c逆轉(zhuǎn)錄aDNA（基因） RNA 蛋白質(zhì)（性狀）特別提示：DNA的復(fù)制體現(xiàn)了遺傳信息的傳遞功能，發(fā)生在細(xì)胞增殖或產(chǎn)生子代的生殖過程中。DNA的轉(zhuǎn)錄和翻譯共同體現(xiàn)了遺傳信息的表達(dá)功能，發(fā)生在個體發(fā)育的整個過程中。3.基因?qū)π誀羁刂频膬煞N途徑基因 性狀結(jié)構(gòu)蛋白 細(xì)胞結(jié)構(gòu)間接控制酶 細(xì)胞代謝直接控制4.基因?qū)π誀羁刂频年P(guān)系（1）基因與性狀的關(guān)系：一個基因決定一種性狀；多個基因決定一種性狀；一個基因可能會影響到多種性狀。也就是說，基因與生物性狀的關(guān)系并不都是簡單的線性關(guān)系。（2）基因?qū)ι镄誀畹目刂七€會受到環(huán)境的影響，生物體的性狀表現(xiàn)是基因型與環(huán)境條件共同作用的結(jié)果，即基因型（內(nèi)因）+環(huán)境（外因）=表現(xiàn)型（結(jié)果）。5.控制時機在生物的個體發(fā)育過程中，同一個體的體細(xì)胞均來自同一受精卵的有絲分裂，因而同一個體的體細(xì)胞中均含有與受精卵相同的基因，但每個細(xì)胞中的基因卻不能全部表達(dá)基因的選擇性表達(dá)，