基因的本質(zhì)和表達(dá)表達(dá)

第三講基因的本質(zhì)和基因表達(dá)2011年高三生物第一輪復(fù)習(xí)蘿北高中高三生物組孟凡紅復(fù)習(xí)提綱1．遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程及相關(guān)計(jì)算.2．基因與DNA、染色體、遺傳信息的關(guān)系.3．中心法則的內(nèi)容及相關(guān)內(nèi)容的區(qū)別、聯(lián)系和應(yīng)用.4．基因與蛋白質(zhì)及性狀的關(guān)系.一.基因的概念從分子水平上講；啟示1、基因是DNA分子的片斷，但并不是DNA分子的所有片斷都是基因。啟示2、基因可把它所貯存的遺傳信息反映在生物的性狀上，帶有遺傳效應(yīng)?；蚴怯羞z傳效應(yīng)的DNA片段。每個(gè)基因有特定的脫氧核苷酸排列順序，它代表著遺傳信息（2）每一個(gè)基因都是特定的DNA片斷，有著特定的遺傳效應(yīng)，而脫氧核苷酸的排列順序就包含著特定的遺傳信息，對(duì)于某個(gè)基因來(lái)說(shuō)其脫氧核苷酸的排列順序是固定不變的（特異性）

，而不同基因的脫氧核苷酸的排列順序又是不同的（多樣性）

。（1）此中遺傳效應(yīng)是指能轉(zhuǎn)錄為rnRNA，繼而翻譯為蛋白質(zhì)、或具有轉(zhuǎn)錄為核糖體RNA（rRNA）、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA)的能力。（3）基因位于染色體上，呈線性排列，染色體是基因的載體，線粒體和葉綠體是基因的次要載體。（4）基因是控制生物性狀的結(jié)構(gòu)和功能的基本單位。（5）線粒體和葉綠體中也有基因，稱細(xì)胞質(zhì)基因。（6）在大多數(shù)生物中，基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片斷，

而在RNA病毒中是一段有遺傳效應(yīng)的RNA片斷。染色體、DNA、基因、脫氧核苷酸的關(guān)系總結(jié)歸納脫氧核苷酸、DNA、染色體和生物性狀與基因之間的關(guān)系關(guān)系內(nèi)容脫氧核苷酸與基因DNA與基因染色體與基因生物性狀與基因脫氧核苷酸是基因的基本組成單位，每個(gè)基因含有成百上千個(gè)脫氧核苷酸，脫氧核苷酸的排列順序就是基因中所攜帶的遺傳信息。有遺傳效應(yīng)的DNA片段就是基因．每個(gè)DNA分子上有很多個(gè)基因。染色體是基因的主要載體，基因在染色體上呈線性排列?；蚩梢砸欢ǖ姆绞桨堰z傳信息反映到蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)上來(lái)，從而控制生物的性狀，遺傳學(xué)上把這過(guò)程叫做基因的表達(dá)。1．對(duì)染色體、DNA、基因三者關(guān)系的敘述中，錯(cuò)誤的是(

)A．每條染色體上含有一個(gè)或兩個(gè)DNA，DNA分子上含

多個(gè)基因B．都能復(fù)制、分離和傳遞，且三者行為一致C．三者都是生物細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)D．生物的傳種接代中，染色體的行為決定著DNA和基因的行為二．DNA與RNA(1)DNA分子與RNA分子的區(qū)別區(qū)別DNARNA結(jié)構(gòu)基本單位五碳糖含氮堿基產(chǎn)生途徑通常是雙螺旋結(jié)構(gòu)，極少數(shù)病毒是單鏈結(jié)構(gòu)通常是單鏈結(jié)構(gòu)，極少數(shù)病毒是雙鏈結(jié)構(gòu)脫氧核苷酸核糖核苷酸脫氧核糖核糖A、G、C、TA、G、C、UDNA復(fù)制、逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄、RNA復(fù)制存在部位功能主要位于細(xì)胞核中的染色體上，極少數(shù)位于細(xì)胞質(zhì)中的線粒體和葉綠體中主要位于細(xì)胞質(zhì)中主要的遺傳物質(zhì)，傳遞和表達(dá)遺傳信息①作為遺傳物質(zhì)：只在RNA病毒中②參與蛋白質(zhì)合成：傳遞遺傳信息(mRNA)，組成核糖體(rRNA)，運(yùn)輸氨基酸(tRNA)③催化作用：酶的一種(2)三種RNA的比較mRNAtRNArRNA分布部位細(xì)胞質(zhì)中與蛋白質(zhì)結(jié)合形成核糖體特點(diǎn)帶有從DNA上轉(zhuǎn)錄下來(lái)的遺傳信息一端能與氨基酸結(jié)合，另一端有反密碼子與mRNA上的遺傳密碼子配對(duì)由核仁組織區(qū)的DNA轉(zhuǎn)錄而來(lái)，是核糖體的組成物質(zhì)功能翻譯時(shí)作模板翻譯時(shí)作搬運(yùn)氨基酸的工具合成蛋白質(zhì)的場(chǎng)所結(jié)構(gòu)單鏈單鏈，常有部分堿基對(duì)形成三葉草結(jié)構(gòu)單鏈共同點(diǎn)①都是轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生；②基本單位相同；③都與翻譯過(guò)程有關(guān)常與核糖體結(jié)合mRNA（2）密碼子：mRNA上每三個(gè)相鄰的堿基決定一種氨基酸，這三個(gè)相鄰的堿基稱為密碼子。代表氨基酸的密碼子共61種，還有三種組合（UAA、UAG、UGA）不代表任何氨基酸，是終止密碼。另有兩個(gè)有意義的密碼子是特殊的起始密碼子。61個(gè)密碼子與20種氨基酸之間不是平均分配的，有些氨基酸有幾個(gè)密碼子，如亮氨酸有六個(gè)密碼子，不同密碼子決定同一個(gè)氨基酸稱遺傳密碼的簡(jiǎn)并，而甲硫氨酸和色氨酸只有一個(gè)密碼子?？茖W(xué)家的研究結(jié)果表明，遺傳密碼在所有的生物中是通用的，這說(shuō)明地球上所有的生物都是由共同的祖先進(jìn)化而來(lái)的。1、遺傳信息、密碼子和反密碼子（1）遺傳信息：指基因（或DNA）中控制遺傳性狀的脫氧核苷酸順序，它間接決定氨基酸的排列順序。（3）反密碼子：指tRNA分子上與mRNA分子中的密碼子互補(bǔ)配對(duì)的三個(gè)堿基，有61種。反密碼子的三個(gè)堿基與相應(yīng)的DNA模板鏈上對(duì)應(yīng)的堿基排列順序相同，只是DNA鏈上堿基T的位置在tRNA上為U。(3)、歸納總結(jié)項(xiàng)目位置作用遺傳信息在DNA上決定氨基酸的排列順序，起間接作用密碼子在mRNA上直接控制蛋白質(zhì)的氨基酸的排列順序反密碼子在tRNA上識(shí)別密碼子遺傳信息、密碼子和反密碼子的作用遺傳密碼的特性：1、有3個(gè)終止密碼，沒有對(duì)應(yīng)的氨基酸，所以，在64個(gè)遺傳密碼中，能決定氨基酸的遺傳密碼子只有61個(gè)。2、通用性：地球上幾乎所有的生物共用一套密碼子表。3、簡(jiǎn)并性：一種氨基酸有兩種以上的密碼子的情況。在一定程度上能防止由于堿基的改變而導(dǎo)致的遺傳信息的改變。DNA細(xì)胞核三轉(zhuǎn)錄和翻譯1.轉(zhuǎn)錄過(guò)程：A內(nèi)容條件1、DNA解旋酶1、DNA雙鏈解旋2、堿基配對(duì);3、聚合;3、原料：核糖核苷酸4、RNA聚合酶ACUGCUG2、模板：DNA鏈RNA是整條DNA或者某片段解旋？DNATGCADNA的轉(zhuǎn)錄a.DNA解旋，以一條鏈為模板合成RNAb.DNA與RNA的堿基互補(bǔ)配對(duì)：A—U;T—A；

C—G；G—Cc.組成

RNA的核糖核苷酸一個(gè)個(gè)連接起來(lái)場(chǎng)所：主要在細(xì)胞核過(guò)程：條件：模板：DNA的一條鏈酶：解旋酶、RNA聚合酶原料：四種核糖核苷酸能量：ATP結(jié)果：形成一條mRNA這樣：DNA上的遺傳信息就傳遞到mRNA上翻譯過(guò)程：核糖體核糖體核糖體UAUCGTCUGGGAUACGGCAAUACAGUCACCGGAUmRNAUACCGTGGACUG多肽鏈2.翻譯場(chǎng)所：產(chǎn)物：模板：原料：條件：細(xì)胞質(zhì)（核糖體）mRNA蛋白質(zhì)氨基酸ATP、酶、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）堿基互補(bǔ)配對(duì)：G－C、C－G、U－A、A－U遺傳信息流動(dòng)：mRNA蛋白質(zhì)3、轉(zhuǎn)錄、翻譯與DNA復(fù)制的比較項(xiàng)目DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯場(chǎng)所主要是細(xì)胞核主要是細(xì)胞核細(xì)胞質(zhì)和核糖體模板DNA的兩條鏈DNA的一條鏈mRNA原料4種脫氧核苷酸4種核糖核苷酸20種氨基酸其他條件酶（解旋酶、DNA聚合酶等）和ATP酶（RNA聚合酶等）和ATP酶、ATP和tRNA堿基配對(duì)方式DNA→DNAA——T、C——GT——A、G——CDNA→mRNAA——U、C——GU——A、G——CmRNA→tRNAA——U、C——GU——A、G——C信息傳遞DNA→DNADNA→mRNAmRNA→蛋白質(zhì)時(shí)間細(xì)胞分裂間期生物生長(zhǎng)發(fā)育的過(guò)程中產(chǎn)物2個(gè)相同的DNA分子RNA蛋白質(zhì)特點(diǎn)邊解旋邊復(fù)制半保留復(fù)制邊解旋邊轉(zhuǎn)錄

DNA仍保留1個(gè)mRNA分子可結(jié)合多個(gè)核糖體意義復(fù)制遺傳信息，使遺傳信息從親代傳給子代表達(dá)遺傳信息，使生物體表現(xiàn)出各種遺傳性狀4、DNA

（基因）、mRNA上堿基數(shù)與氨基酸數(shù)量之間的關(guān)系（2）翻譯過(guò)程中，信使RNA中每3個(gè)堿基決定一個(gè)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)目是mRNA堿基數(shù)目的1/3?？傊谵D(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程中，基因中的堿基數(shù)(指雙鏈)、RNA分子中的堿基數(shù)、蛋白質(zhì)分子中的氨基酸數(shù)之比為6：3：1。提醒：因?yàn)镈NA（基因）、mRNA上有一些堿基不編碼氨基酸（如mRNA上終止密碼等），所以實(shí)際上編碼n個(gè)氨基酸，mRNA上所需的堿基數(shù)目大于3n，基因上所需的堿基數(shù)目大于6n，故一般題干中求氨基酸數(shù)有“最多”、求堿基數(shù)有“至少”等字樣。（1）轉(zhuǎn)錄時(shí)，組成基因的兩條鏈中只有一條鏈能轉(zhuǎn)錄，另一條鏈則不能轉(zhuǎn)錄。因此，轉(zhuǎn)錄形成的RNA分子中堿基數(shù)目是基因中堿基數(shù)目的l／2?；蛐誀钚畔⒘鬟z傳學(xué)上把遺傳信息的流動(dòng)方向叫做信息流。5、在基因與性狀之間遺傳信息的傳遞方向是因此基因有兩大功能是：（1）通過(guò)復(fù)制把遺傳信息傳遞給下一代。（2）在后代的個(gè)體發(fā)育中，使遺傳信息以一定的方式（轉(zhuǎn)錄和翻譯）反應(yīng)到蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)上，從而使后代表現(xiàn)出與前代相似的性狀。信息流的方向可以用科學(xué)家克里克提出的“中心法則”來(lái)表示。“中心法則”是指遺傳信息從DNA流向DNA的復(fù)制過(guò)程，也可以是從DNA流向RNA，進(jìn)而流向蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程。但遺傳信息不能從蛋白質(zhì)傳遞到蛋白質(zhì)，也不能從蛋白質(zhì)流向DNA或RNA。圖解：DNARNA蛋白質(zhì)復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯四、中心法則的提出及其發(fā)展（1）圖解：DNAmRNA蛋白質(zhì)復(fù)制復(fù)制翻譯轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄對(duì)中心法則的補(bǔ)充

由于在某些致癌病毒中存在著逆轉(zhuǎn)錄酶,能夠以RNA為模板,逆轉(zhuǎn)錄成DNA,在RNA病毒中,RNA能夠自我復(fù)制,所以補(bǔ)充后的中心法則可用下圖表示。⑤mRNA→DNA：少數(shù)病毒在其宿主細(xì)胞中的逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程。例：某些致癌病毒、愛滋病病毒。

對(duì)圖解的說(shuō)明:①

DNA→DNA(或基因→基因)；以DNA作為遺傳物質(zhì)的生物的DNA自我復(fù)制，表示遺傳信息的傳遞。例：絕大多數(shù)生物。②

RNA→

RNA：以RNA作為遺傳物質(zhì)的生物的RNA自我復(fù)制。例：以RNA為遺傳物質(zhì)的生物煙草花葉病毒。③

DNA→m

RNA：細(xì)胞核中的轉(zhuǎn)錄過(guò)程。例：絕大多數(shù)生物。④

mRNA→蛋白質(zhì)：細(xì)胞質(zhì)的核糖體上的翻譯過(guò)程。以上(3)(4)共同完成遺傳信息的表達(dá)?！爸行姆▌t”中的幾種堿基互補(bǔ)配對(duì)

①

DNA復(fù)制：A－T

G－C

③轉(zhuǎn)錄：A－U

T－A

G－C②

RNA復(fù)制：A－U

G－C④逆轉(zhuǎn)錄：A－T

U－A

G－C⑤翻譯：A－U

G－CDNA（基因）轉(zhuǎn)錄mRNA翻譯蛋白質(zhì)（表現(xiàn)出性狀）脫氧核苷酸序列核糖核苷酸序列氨基酸序列遺傳信息遺傳密碼∣

←細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄→∣

←細(xì)胞質(zhì)內(nèi)進(jìn)行翻譯→∣決定決定決定決定3、對(duì)基因表達(dá)過(guò)程的理解基因通過(guò)控制蛋白質(zhì)的合成來(lái)控制生物的性狀，不同的基因控制不同的性狀。基因控制性狀的兩種方式間接途徑：基因通過(guò)控制酶的合成來(lái)控制代謝過(guò)程，從而控制生物的性狀。直接途徑：基因通過(guò)控制蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)來(lái)直接影響性狀五、基因控制性狀的方式和實(shí)例實(shí)例：鐮刀型細(xì)胞貧血癥控制血紅蛋白形成的基因中一個(gè)堿基變化①直接途經(jīng)血紅蛋白的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化紅細(xì)胞呈鐮刀型容量破裂，患溶血性貧血正常紅細(xì)胞鐮刀型紅細(xì)胞實(shí)例：白化病控制酪氨酸酶合成的基因異常②間接途經(jīng)酪氨酸酶不能正常合成酪氨酸酶不能正常轉(zhuǎn)化為黑色素因缺乏黑色素而表現(xiàn)白化癥狀白化病患者（2）生物有些性狀是受多個(gè)基因決定的，如人的身高。（1）生物的大多數(shù)性狀是受單基因控制的（如豌豆的高莖與矮莖，是由一對(duì)等位基因控制?；蚺c性狀間的對(duì)應(yīng)關(guān)系（3）生物的性狀還受環(huán)境條件的影響，是生物的基因型和環(huán)境條件共同作用的結(jié)果，即表現(xiàn)型＝基因型＋環(huán)境條件。（4）基因與性狀的關(guān)系并不都是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，基因與基因，基因與基因產(chǎn)物、基因與環(huán)境之間存在著復(fù)雜的相互關(guān)系，這種相互作用形成了一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。4、等位基因與性狀的關(guān)系基因性狀等位基因相對(duì)性狀性狀分離等位基因分離顯性基因隱性基因顯性性狀隱性性狀控制控制控制控制②順序性表達(dá)：細(xì)胞內(nèi)的基因順序表達(dá)，同一細(xì)胞的不同發(fā)育時(shí)期表達(dá)不同的基因。1、個(gè)體發(fā)育是從受精卵的有絲分裂開始到性成熟個(gè)體形成的過(guò)程，在這一過(guò)程中，生物個(gè)體的各種性狀得以逐步表現(xiàn)。個(gè)體發(fā)育過(guò)程是受遺傳物質(zhì)控制的，發(fā)育過(guò)程是細(xì)胞內(nèi)基因表達(dá)的結(jié)果。2、個(gè)體發(fā)育過(guò)程中產(chǎn)生的眾多體細(xì)胞均來(lái)自同一受精卵的有絲分裂，因而含有相同的遺傳物質(zhì)或基因，但生物體不同部位細(xì)胞表現(xiàn)出的性狀不同，而且不同性狀是在不同時(shí)期表現(xiàn)的。所以在個(gè)體發(fā)育中，生物體內(nèi)的基因表達(dá)有如下特點(diǎn)：①選擇性表達(dá)：雖然不同的細(xì)胞含有相同的基因，但不同的細(xì)胞表達(dá)不同的基因，即選擇性表達(dá)．如胰島細(xì)胞能表達(dá)胰島素基因，但不能表達(dá)血紅蛋白基因?；虮磉_(dá)與個(gè)體發(fā)育之間的關(guān)系六.細(xì)胞質(zhì)基因與細(xì)胞核基因的比較

細(xì)胞質(zhì)基因細(xì)胞核基因存在部位葉綠體、線粒體細(xì)菌質(zhì)粒細(xì)胞核是否與蛋白質(zhì)結(jié)合否，DNA分子裸露與蛋白質(zhì)結(jié)合為染色體結(jié)構(gòu)雙鏈DNA雙鏈DNA功能復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯基因數(shù)量少多遺傳方式母系遺傳遵循孟德爾遺傳規(guī)律

細(xì)胞質(zhì)基因細(xì)胞核基因聯(lián)系①線粒體和葉綠體是半自主細(xì)胞器，這些部位的基因的活動(dòng)還要受核基因的控制、制約②核基因的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄在細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)行，翻譯在細(xì)胞質(zhì)的核糖體上進(jìn)行；質(zhì)基因的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯均在細(xì)胞質(zhì)的線粒體、葉綠體內(nèi)完成，因