第四章 基因的表达 第一节 基因指导蛋白质的合成

双链螺旋 细胞核 绝大多数生物的遗传物质 细胞质 基因表达的 中介 DNA的一条链 4种核糖核苷酸 mRNA 碱基互补配对 基本单位： 结构： 分布： 功能： 脱氧核苷酸 双链螺旋 细胞核 绝大多数生物的遗传物质 核糖核苷酸 多为单链 细胞质 基因表达的 中介 生命活动的体现者和承担者 mRNA 密码子 tRNA 反密码子 特殊序列： 启动子和终止子 分类 rRNA 复制 转录 RNA复制 翻译 蛋白质 DNA RNA 逆转录 场所： 模板： 原料： 产物： 原则： 细胞核 DNA的一条链 4种核糖核苷酸 mRNA 碱基互补配对 A-U、T-A、C-G、G-C 细胞质核糖体 mRNA 20种氨基酸 蛋白质（多肽链） 碱基互补配对 A-U、U-A、C-G、G-C 遗传信息 遗传密码 表现性状 基因的表达 ⊿

DNA与RNA A T C G A U C G 比较项目 DNA RNA 基本单位 五碳糖 含氮碱基 结构 主要存在部位 脱氧核苷酸 功能： 当细胞中含有DNA时，DNA是遗传物质； RNA主要是负责DNA遗传信息的翻译和转录。 当生物体中只有RNA时，它是遗传物质。 比较项目 DNA RNA 基本单位 五碳糖 含氮碱基 结构 主要存在部位 脱氧核苷酸 核糖核苷酸 脱氧核糖 核糖 A T C G A U C G 多为单链结构 双链螺旋 细胞核 细胞质 返回

rRNA mRNA tRNA RNA的种类 分布部位 共 功能 结构 同点 与蛋白质结合形成核糖体 细胞质中 常与核糖体结合 转运氨基酸，识别密码子 翻译时作模板 携带遗传密码 翻译时核糖体为场所 具有酶活性 功能 单链(部分碱基配对形成三叶草结构)一般由75个核苷酸组成 结构 单链 单链 同点 ①都是转录产物②基本单位相同③都与翻译过程有关

密码子与反密码子 （1）密码子 概念：mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻碱基 简并性：一种氨基酸可以有多个密码子 特点 通用性： 所有的生物公用一套遗传密码子 若一个基因在复制过程中发生碱基对的替换，这种变化是否一定能反映到蛋白质结构上？ 不一定。因为密码子有简并性。

有关密码子可以分为那些？ 起始密码子：2种，AUG、GUG，也编码氨基酸 种类 普通密码子：59种，只编码氨基酸 终止密码子：3种，UAA、UGA、UAG， 不编码氨基酸，只是终止信号

一种tRNA只能携带一种氨基酸? 一种氨基酸只能由一种tRNA携带? （2）反密码子 概念：与mRNA分子中密码子互补配对的tRNA上的3个碱基 特点：反密码子的三个碱基与相应的DNA模板链上对应的碱基 相同，只是DNA链上碱基T的位置在tRNA上为U 种类：61种，反密码子与61种决定氨基酸的密码子对应 一种tRNA只能携带一种氨基酸? 一种氨基酸只能由一种tRNA携带?

RNA聚合酶 模板链 游离核苷酸 RNA RNA的形成过程示意图 此图表示的是什么过程？ 请同学们说出A\B\C\D所代表的名称 请一位同学根据此图来表述转录的过程 （DNA通过转录形成mRNA rRNA tRNA 三种物质，同时脱氧核苷酸序列控制核糖核苷酸序列即遗传密码的形成） 板书：转录 mRNA rRNA tRNA 核糖核苷酸序列 遗传密码 DNA通过控制RNA的合成后，RNA又如何继续控制蛋白质的合成呢？科学家继续进行着探索…… 游离核苷酸 RNA RNA的形成过程示意图

转录的具体过程 mRNA （１）转录的定义： （２）转录的场所： （３）转录的模板： （４）转录的原料： （５）转录的条件： （１）转录的定义：　　　　　　　　 （２）转录的场所：　　　　　　　　　　 （３）转录的模板： （４）转录的原料： （５）转录的条件： （６）遵循原则： （ 7）转录的结果： 在细胞核中以DNA的一条链为模板,按碱基互补配对原则原则，合成mRNA的过程 转录需要什么酶？ RNA聚合酶怎样识别结合在DNA模板连上？ 细胞核 DNA的一条链 四种核糖核苷酸(A、G、C、U） 需要酶和能量 碱基互补配对原则 （A-U、T-A、G-C、C-G） mRNA

真核生物转录形成的ＲＮＡ产物经过加工才能成为成熟的mＲＮＡ，再运到细胞质中．原核生物可以直接进行翻译，而且翻译没有时空限制

项目 转录 复制 相同点 都以DNA为模板 2.原料为核苷酸 模板 遵守碱基互补配对规律 产物为多聚核苷酸链 聚合酶 原料 产物 配对 　转录 复制 相同点 模板 聚合酶 原料 　产物 配对 引物 方式(特点) 都以DNA为模板 2.原料为核苷酸 遵守碱基互补配对规律　　产物为多聚核苷酸链 模板链作为模板 两股链均作为模板 ＲNA聚合酶 DNA聚合酶 子代DNA双链 mRNA;tRNA;rRNA A-U；T-A；G-C 　A-T；G-C 需 边解旋边转录，转录后ＤＮＡ恢复双链 半保留复制

绘图示例：

翻译过程 起始阶段：复合物的形成、起始密码子 延伸阶段：tRNA的进入、多肽链的形成 终止阶段：终止密码子

翻译的具体过程： 遗传学上把以信使RNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程叫做翻译。 1.翻译的场所： 核糖体 2.翻译时的模板： 3.翻译的原料： 4.翻译的条件: 5.翻译的碱基配对: 6.翻译的产物: 核糖体 mRNA 20种游离的氨基酸 酶，能量、模板、原料 A-U，C-G 蛋白质（或肽链）

翻译小结 场所 模板 条件 原料 产物 其 它 细胞质的核糖体 1）密码子是在信使RNA上决定一个氨基酸的三个相邻碱基。转运RNA上与其配对的三个碱基称为反密码子。从理论上，4种碱基可以组合成为64种密码子决定20种氨基酸。 2）一种密码子只能决定一种氨基酸，一种氨基酸可以有几种密码子。 3）UAA、UAG、UGA三个密码子不能决定氨基酸，称这是蛋白质合成的终止密码子。 4）密码子在生物界是通用的，说明生物是由共同原始祖先进化而来的，彼此这间存在着亲缘关系。 信使RNA 酶、转运RNA为运载工具，ATP 氨基酸 多肽链 一条或几条多肽链进一步形成蛋白质的空间结构 密码

① mRNA合成后，通过核孔进入细胞质，与核糖体结合。携带甲硫氨酸的tRNA上的反密码子为UAC，与mRNA的碱基AUG（密码子）互补配对，进入位点1。 ④核糖体读取下一个密码子，原占据位点1的tRNA离开核糖体，占据位点2的tRNA进入位点1，一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2，继续肽链的合成。重复步骤2、3、4，直至核糖体读取到mRNA的终止密码。 8．产物：多肽链（从核糖体上脱离下来的多肽链，还要在相应的细胞器：内质网、高尔基体内加工，如盘曲、折叠、螺旋，最后合成具有一定空间结构的蛋白质分子。）

步骤 复制 转录 翻译 场所 主要在细胞核 模板 原料 酶 解旋酶 DNA聚合酶 碱基互补配对 产物 DNA 信息流 由DNA→DNA 细胞核 细胞质中的核糖体 DNA的两条链 DNA的一条链 信使RNA 4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 20种氨基酸 RNA聚合酶 A-T，C-G A-U，T-A，C-G A-U，C-G 三种单链RNA 蛋白质 DNA→RNA mRNA→蛋白质

思考：各种生物的遗传信息传递方向是一样的吗？ 生物种类 遗传信息传递方向 以DNA为遗传物质的生物 以RNA为遗传物质的生物 DNA 复制 转录 RNA 蛋白质 翻译 RNA 蛋白质 复制 翻译 以DNA为遗传物质的生物包括细胞生物和某些DNA病毒，他们的遗传信息传递方向只有DNA复制，转录、翻译。 而以RNA为遗传物质的生物需要分成两种情况，比如烟草花叶病毒，能以RNA 自身为模板进行复制并且翻译成蛋白质，有少数RNA病毒比如HIV、肉瘤病毒还可以在宿主细胞进行逆转录成DNA再转录、翻译。 DNA 复制 转录 RNA 蛋白质 翻译 逆转录

中心法则 小结 经过不断的探索，科学家补充并完善了中心法则。它包含了DNA……（补充板书） 关注生命的发展和本质问题是人类永恒的探索主题。希望同学们认真学习知识，将来为我们人类的发展做出自己的贡献。 中心法则

将概念图补充完整 ② ③ （①） mRNA 蛋白质 分类 （④） （⑤） 属于 RNA rRNA （⑥） 氨基酸 转运 外源基因 基因突变 遗传信息 （①） 储存于 ② mRNA ③ 蛋白质 分类 （④） （⑤） 决定 含有 缩合 属于 RNA rRNA （⑥） 氨基酸 转运 外源基因 改变 逆转录 基因突变 导入并整合 DNA 转录 tRNA 密码子 翻译 氨基酸 体现 性状

分析：科学家通过精确的仪器发现细胞翻译蛋白质的速度非常快，真核细胞每分钟大约翻译50个氨基酸； 大肠杆菌（原核生物）每分钟可翻译1200个 氨基酸，比真核生物要快得多。 讨论： 1、为什么细胞合成蛋白质速度会如此快？ 一条mRNA上连接着许多个核糖体同时在进行翻译，所以速度会如此之快。 2、原核细胞和真核细胞在基因的表达方面可能存在哪些区别？

转录场所： 表达过程： 真核细胞和原核细胞遗传信息表达示意图（局部） 细胞核、线粒体、叶绿体 拟核、质粒 在转录场所上，因为真核细胞在细胞核、线粒体、叶绿体三处存在DNA，而原核细胞只有拟核和质粒存在DNA，有所区别。 自从英国科学家克里克于1957年提出了“中心法则”以后，得到了大多数科学家的普遍认同。但有少数科学家却提出了质疑。 转录场所： 细胞核、线粒体、叶绿体 拟核、质粒 细胞核内转录成的mRNA经加工后从核孔出来，与核糖体结合 表达过程： 边转录边翻译

基因与性状的关系 生物性状 直接途径 间接途径 基因与基因 相互作用 基因与基因产物 精细调控 基因与环境 基因　　　结构蛋白　　　细胞结构　　　　　生物性状 间接途径 基因　　酶或激素　　细胞代谢生物性状　　 白化病，豌豆类型 基因与基因 相互作用 生物性状 基因与基因产物 精细调控 基因与环境

迁移提升 1、分析影响某一个特定基因表达的因素。 例如：辣椒红果基因在果实细胞中表达 影响其表达的内在因素有： 生物体内激素水 细胞质中的调控蛋白 其他基因的影响等。 外在因素有：营养水平等。

如何改良生物性状？ 迁移提升 2、基因表达知识的应用。 （1）通过传统的育种方式来改良作物。 （2）通过基因工程育种来改良作物。 在基因工程中，如果已知某一蛋白质的氨基酸序列，则… … … …

下图为原核细胞内某一区域的基因指导蛋白质合成的示意图。据图分析正确的是（ ） D 下图为原核细胞内某一区域的基因指导蛋白质合成的示意图。据图分析正确的是（ ） D 多肽 RNA DNA ② ① A.①②两处都有大分子的生物合成，图中DNA可以与有关蛋白质结合成染色体 B.①②两处都发生碱基互补配对，配对方式均为A和U、G和C C.①处有DNA聚合酶参与，②处没有DNA聚合酶参与 D.①处有DNA-RNA杂合双链片段，②处没有DNA-RNA杂合双链片段

（长沙一中08）右图是某高等动物细胞内通过一系列酶将原料合成它所需要的氨基酸C，该氨基酸是细胞正常生活所必需的，而食物中又没有。下列说法正确的是 A．亲本为AbBbCc的个体自交，其后代中有1/9的个体 能正常生活 B．基因对性状的控制都是通过控制酶的合成来控制 代谢过程实现的 C．图中①过程包含转录和翻译过程 D．图中②过程叫脱氨基作用 C

D （师大附中08）人类白化病和苯丙酮尿症是由于代谢 异常引起的疾病，下图表示苯丙氨酸在人体代谢中产 生这两类疾病的过程。下列相关叙述错误的是 基因1 基因2 ↓ ↓ 酶1 酶2 D 食物蛋白质 苯丙氨酸 酪氨酸 黑色素 基因3↓酶3 酶4↓基因4 苯丙酮酸 多巴胺 A．人患苯丙酮尿症时一般不患白化病，是因为酪 氨酸可以由食物获得 B．由图可见一个基因可能控制多个性状，同时一 个性状也可以被多个基因控制 C．基因2突变导致人患白化病，基因1突变会导致 人患苯丙酮尿症 D．图示表明基因通过控制蛋白质合成直接控制 生物的性状

（长沙一中08）遗传学家曾做过这样的实验：长翅果绳幼虫正常的培养温度为25℃，如果将孵化后4—7天的长翅果蝇幼虫在35℃—37℃处理6—24小时，得到了某些残翅果蝇，这些残翅果蝇在正常环境温度下产生的后代仍然是长翅果蝇。 (1)请结合基因与酶的关系及酶的特性对上述现象作出合理的解释。 翅的发育需要经过酶的作用，酶的合成由基因控制， 温度影响酶的活性。长翅果蝇的基因指导合成的酶 在正常温度下催化反应使幼虫发育成长翅果蝇。而在 较高的温度下，酶的活性受到影响，一些反应不能进 行，造成长翅果蝇幼虫发育成残翅果蝇。残翅果蝇 体内的基因没有改变，仍然是长翅果蝇的基因，所 以在正常温度下产生的后代是长翅果蝇。

（2）果蝇长翅（B）是显性，残翅（b）是隐性。一试管内有一些只具一种基因型的残翅果蝇，但不知是什么温度下发育而成的，基因型不明确。请设计实验确定它们的基因型，简要写出你的实验设计思路，可能现出的结果及果蝇的基因型。 设计思路： 结果及基因型： 让这些残翅果蝇相互交配产卵，在正常的培 养温度下培养一段时间后，观察子代果蝇翅的类类型。 ①若这一试管内残翅果蝇的后代都是残翅果蝇， 则基因型是bb。 ②若这一试管内残翅果蝇的后代都是长翅果蝇， 则基因型是BB。 ③若这一试管内残翅果蝇的后代既有残翅果蝇， 也有长翅果蝇，则基因型是Bb。

为研究某病毒的致病过程，在实验室中做了如下图所示的模拟实验。 1)从病毒中分离得到物质A。已知A是单链的生物大分子，其部分碱基序列为-GAACAUGUU-。将物质A加入试管甲中，反应后得到产物X。经测定产物X的部分碱基序列是-CTTGTACAA-，则试管甲中模拟的是_____ _ 过程。 逆转录 2)将提纯的产物X加入试管乙，反应后得到产物Y。产物Y是能与核糖体结合的单链大分子，则产物Y是________，试管乙中模拟的是_________过程。 3)将提纯的产物Y加人试管丙中，反应后得到产物Z。产物Z是组成该病毒外壳的化合物，则产物Z是______ __。 mRNA  转录 多肽(或蛋白质) 下一页

4）若该病毒感染了小鼠上皮细胞，则组成子代病毒外壳的化合物的原料来自 ;而决定该化合物合成的遗传信息来自 。 4）若该病毒感染了小鼠上皮细胞，则组成子代病毒外壳的化合物的原料来自              ;而决定该化合物合成的遗传信息来自         。 若该病毒除感染小鼠外，还能感染其他哺乳动物，则说明所有生物共用一套          。 该病毒遗传信息的传递过程为            。 小鼠上皮细胞 病毒RNA 密码子    RNA→DNA→mRNA→蛋白质 返回

(1)正股RNA病毒（如脊髓灰质炎病毒）的单股RNA可直接起mRNA作用，转译早期蛋白质，包括RNA多聚黴和抑制宿主细胞合成代谢的调控蛋白。然後在RNA多聚黴的作用下，以单股RNA（正股）为模板，形成互补股（负股），两者结合成双股，称为复制型。再由负股产生出许多新的RNA（正股），成为复制中间体。此新的正股RNA可作为mRNA合成衣壳蛋白。   (2)负股RNA病毒（如正粘病毒、副粘病毒、弹状病毒）的单股RNA不能作为mRNA，称为负股，须先合成互补股（正股）作为mRNA，再转译蛋白分子，而後产生核酸的复制型，成为合成子代病毒RNA的模板。  

六、基因表达中相关数量计算 1、转录时，组成基因的两条链只有一条链能转录，另 一条链则不能转录。因此，转录形成的RNA分子中碱 基数目是基因中碱基数目的1/2。 2、翻译过程中，信使RNA中每3个碱基决定一个氨基酸， 所以经翻译合成的蛋白质分子中的氨基酸数目是信 使RNA碱基数目的1/3。 综上可知，蛋白质中氨基酸数目=tRNA数目=1/3mRNA碱基 数目=1/6DNA碱基数目。

3、计算中“最多”和“最少”的分析 （1）翻译时，mRNA上的终止密码子不决定氨基酸，因此准确地说，mRNA上的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。 （2）基因或DNA上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。 （3）在回答有关问题时，应加上“最多”或“最少”等字。 如：mRNA上有n个碱基，转录产生它的基因中至少有2n 个 碱基，该mRNA指导合成的蛋白质中最多有1/3n个氨基酸。

七、相关高考题分析 1、由n个碱基组成的基因，控制合成由1条多肽链组成的 蛋白质。氨基酸的平均相对分子质量为a ,则该蛋白质 的相对分子质量最大为（ ） A.na/6 B.na/3-18(n/3-1) C.na-18(n-1) D.na/6-18(n/6-1) D

2、在一个DNA分子中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部 碱基数目的54%，其中一条链中鸟嘌呤与胸腺嘧啶 分别占该链碱基总数的22%和28%，则由该链转录的 信使RNA中鸟嘌呤与胞嘧啶分别占碱基总数的（ ） A．24%，22% B.22%, 28% C. 26%, 24% D.23%, 27% A

3、人体神经细胞与肝细胞的形态结构和功能不同，其根本 原因是这两种细胞的（ ） A.DNA碱基排列顺序不同 B.核糖体不同 C.转运RNA不同 D.信使RNA不同 D

4、科学家将含人的a-抗体胰蛋白酶基因的DNA片段，注射 到羊的受精卵中，该受精卵发育的羊能分泌含a-抗体胰蛋白酶的奶。这一过程涉及（ ） B. DNA以其一条链为模板合成RNA C. RNA以自身为模板自我复制 D. 按照RNA密码子的排列顺序合成蛋白质 ABD

5、回答有关真核细胞中遗传信息及其表达的问题 （1）将同位素标记的尿核苷（尿嘧啶和核糖的结合物）加入细胞培养液中，不久在细胞核中发现被标记的 、 、 。 （2）将从A细胞中提取的核酸，通过基因工程的方法，转移到另一种细胞B中；当转入 时，其遗传信息在B细胞中得到表达并能够复制传给下一代，当转入 时，在B细胞中虽能合成相应的蛋白质，但性状不会遗传。 mRNA tRNA rRNA DNA RNA

（3）已知某基因片段碱基排列如下图。由它控制合成的多肽中含 有“-脯氨酸-谷氨酸-谷氨酸-赖氨酸-”的氨基酸序列。（脯氨酸的密码子是CCU、CCC、CCA、CCG；谷氨酸的是GAA、GAG；赖氨酸的是AAA、AAG；甘氨酸的是GGU、GGC、GGA、GGG。） ①-G G C C T G A A G A G A A G T- ②-C C G G A C T T C T C T T C A- 1）翻译上述多肽的mRNA是由该基因的 链转录的（以图中的①或②表示），此mRNA的碱基排列顺序是： 。 2）若该基因由于一个碱基被置换而发生突变，所合成的多肽的氨基酸排列顺序成为“-脯氨酸-谷氨酸-甘氨酸-赖氨酸-”。 写出转录并翻译出此段多肽的DNA单链的碱基排列顺序： 。 ② -C C U G A A G A G A A G- -G G A C T T C C C T T C-

脱氧核苷酸 基因 DNA 染色体 分析清楚对应关系，整体与局部的关系 基因中脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息 每个基因中有很多脱氧核苷酸 基因在染色体上呈直线排列 基因是由遗传效应的DNA片段 一个DNA上有间断地排列着多个基因 每条染色体上有一个DNA分子 染色体是DNA的主要载体 分析清楚对应关系，整体与局部的关系