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1、第四章基因的表达第四章 基因的表达基因指导蛋白质的合成一. 基因的基本功能；传递和表达 1传递：时期：生殖过程方式：复制(实现遗传信息由亲代到子代的传递)2表达：时期：个体发育方式：通过转录和翻译控制蛋白质合成二. 遗传信息的转录遗传物质DNA一般存在于细胞核中，而蛋白质的合成则只是在细胞质的核 糖体上进行的，那么细胞核中的 DNA是如何控制细胞质中的蛋白质的合成过程 的？这可能有两个途径：途径一：DNA从细胞核内出来直接控制核糖体对蛋白质的合成。途径二：细胞核中的DNA所携带的遗传信息通过中间介质传递到细胞质中， 间接指导蛋白质的合成。1. RNA勺结构和种类基本组成单位：核糖核苷酸(4种)
2、(1) 化学组叽r 核糖组成物质：磷酸碱基：A U (RNA特有)、G C(2) 空间结构：单链结构信使RNA(mRN):单链结构，携带遗传密码。(3) 种类 转运RNA(tRNA):三叶草结构，由一条RNA折叠围绕而成，运载特 定氨基酸。核糖体RNA(rRNA)核糖体的组成成分，与蛋白质结合成核糖体(4) DNA与RNA的比较项目DNARNA名称脱氧核糖核酸核糖核酸分布主要存在于细胞核，少数位 于细胞质的线粒体、叶绿体主要位于细胞质，少数存在于 细胞核化基本组成单位脱氧核糖核苷酸核糖核苷酸学 组 成碱基嘌呤腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）嘧啶胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）胞嘧啶（
3、C）尿嘧啶（U）五碳糖脱氧核糖核糖无机酸磷酸磷酸空间结构规则的双螺旋结构通常呈单链结构分类通常只有一类三类信使RNA转录遗传信息，翻 译的模板转运RNA运输特定的氨基酸 核糖体RNA核糖体的组成成 分产生途径DNA复制、逆转录转录、RNA复制9功能主要遗传物质 贮存、传递和表达遗传信息遗传物质（生物体内无DNA 时），辅助DNA完成功能（生 物体内有DNA寸）催化作用相同点：化学组成中都有磷酸及碱基 A、C、G二者都是核酸，核酸中的碱基序列就是遗传信息联系：RNA是以DNA勺一条链为模板转录产生的，即 RNA勺遗传信息来自DNA2 .遗传信息的转录（1）概念：在细胞核中，以 DNA的一条链为模
4、板合成信使 RNA的过程（2）时间：个体生长发育的整个过程（在细胞的任何时间都可以进行）（3）场所：主要在细胞核（4）条件：模板：DNA的一条链原料：4种核糖核苷酸酶：解旋酶、RNA聚合酶能量：ATP（5 ）配对原则：遵循碱基互补配对原则，G-C、C-G、A-U、T-A（6）过程：4个步骤 DNA双链解开，DNA双链的碱基得以暴露。 游离的核糖核苷酸与供转录的DNA的一条链上的碱基互补配对，两者以氢键结合 在RNA聚合酶的作用下，新合成的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA上 合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双链恢复（7）产物：一个单链 RNA （mRNA、tRNA、rRNA ）（8
5、）意义：使DNA上的遗传信息传递到 mRNA以DNA为模板转录RNA的图解二、遗传信息的翻译1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顺序的蛋白质的过程。2 时间：个体生长发育的整个过程（在细胞的任何时间都可以进行）3.场所：细胞质的核糖体4 条件：模板：mRNA原料：20种氨基酸酶：能量：ATP5 .配对原则：遵循碱基互补配对原则，G-C、C-G、U-A、A-U6. 转运工具：转运 RNA （tRNA ） tRNA 一般由75个核苷酸组成，相对分子质量较低。 tRNA比做翻译过程中的 译员”它可以 认识”两种 文字” mRNAb的密码子 文字” 和氨基酸文字”。
6、tRNA功能：一是转运氨基酸，二是识别密码子。 tRNA的3个与mRNA上的特定的三个碱基（密码子）配对的碱基叫反密码子 tRNA有61种，一种tRNA只能转运一种氨基酸。一种氨基酸可以对应一种或几种tRNA。7. 过程： 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。 携带某种氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点 2。 甲硫氨酸与某种氨基酸形成肽键而转移到占据位点2的tRNA上。 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
7、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。&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。）9意义：mRNA的碱基排列顺序决定氨基酸的排列顺序，遗传信息得以表达。 归纳：遗传信息与遗传密码 存在的位置不同：遗传信息存在于基因中，指基因（DNA ）中的碱基排列顺序遗传密码位于mRNA上，指mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基 作用不同：遗传信息决定氨基酸的排列顺序是间接作用遗传密码直接控制蛋白质中氨基酸的排列顺序密码子 概念：mRNA上决
8、定一个氨基酸的 3个相邻碱基。 位置：mRNA 种类：64种起始密码子：2种，AUG、GUG，也编码氨基酸I61种，编码氨基酸普通密码子：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 特点：通用性：不同生物密码子基本相同，即公用一套密码子。说明生命有共同的起 源。简并性：大多数氨基酸都可以具有多个密码子。不重叠：两个密码子间没有标点符号，读码必须按照一定的读码框架，从正确的起点开始，一个不漏地一直读到终止信号。方向性：在mRNA上按照一定方向进行读码。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。 位置：tRNA 种类：61
9、种，反密码子与 61种决定氨基酸的密码子对应。 特点：反密码子的 3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。蛋白质合成过程中涉及到的细胞结构（以分泌蛋白合成为例）在生物个体发育过程中，基因是选择性表达的。即：同一生物不同组织器官、细胞中所含的基因相同，但选择性表达的基因不同，如胰岛素基因存在于肝细胞、脑细胞、胰岛B细胞等细胞中，但只在胰岛 B细中表达，合成胰岛素。原核生物与真核生物转录和翻译的场所和时间比较原核生物的转录和翻译均在细胞质进行，两个过程常紧密偶联，同时发生。 真核生物的转录在细胞核，翻译在细胞质，先转录后翻译 DNA分子的复制、
10、转录、翻译的比较复制转录翻译时间细胞分裂（有丝分 裂和减数第一次分 裂）的间期个体生长发育的整个过程场所主要在细胞核主要在细胞核细胞质的核糖体模板DNA勺两条单链DNA勺一条链mRNA原料:4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸20种氨基酸条件敷DNA解旋酶、DNA 聚合酶等)、ATP酶(RNA聚合酶等)、ATP酶、ATP tRNA产物2个双链DNA一个单链RNA(mRNA tRNA rRNA)多肽链模板去向分别进入2个子代DNA分子中恢复原样,与非模板 链重新绕成双螺旋 结构分解成单个核苷酸特点半保留 边解旋边复制边解旋边转录一个mRNAL结合多 个核糖体，顺次合成 多条肽链碱基配对A-T、T-A、G
11、-C C-GA-U、T-A、G-C C-DA-U、U-A、G-C C-G遗传信息的传递DNA DNADNA mRNAmRNf蛋白质意义使遗传信息从亲代 传给子代表达遗传信息，使生物表现出各种性状三基因表达中相关数量计算1转录时形成的 RNA分子中的碱基数目是基因中碱基数目的1/22.翻译过程中，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
12、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n/3个氨基酸。第2节基因对性状的控制一中心法则的提出及其发展1.提出者：1957年，克里克2内容图解：图示全过程称为；遗传信息传递，遗传信息传递的一般规律是：核酸f核酸，核酸f蛋白质；遗传学上称为：中心法则实线f表示自然界普遍存在，发生在绝大多数的生物体中，是遗传信息的主要流向虚线f表示后来发现的，在少数生物体内存在,疋对中心法则的补充逆转录和RNA复制只有当病毒寄生到宿主细胞中以后才发生中心法则的5条信息传递都遵循碱基互补配对原则DNA
13、复制、RNA复制、转录、翻译、逆转录酶RNAM制9酶RNA DNA白质在脑细胞内大1965年，RNA肿瘤病毒里发现 RNA复制1970年，致癌的RNA病毒中发现逆转录1982年发现疯牛病是一种结构异常的蛋 量增殖引起的一一蛋白质4中心法则与基因表达的关系5.中心法则的意义 是对遗传信息的传递过程的概括 是对DNA基本功能的概括 是对生物遗传物质和性状关系以及传递途径的概括二.基因、蛋白质与性状的关系1 .性状：生物形态结构和生理特征，由蛋白质体现2 基因是控制生物性状的遗传物质的功能和结构单位3基因是通过控制蛋白质的合成来控制性状的。4 基因控制性状的两种方式5.基因控制生物性状的是里实例I控制蛋白质的结构，直接控制生物体的性状（1） 镰刀型细胞贫血症镰刀型细胞贫血症：基因突变产生的一种遗传病。病人血液中的红细胞由圆饼状（正常） 变成弯曲的镰刀状（异常），镰刀状的红细胞容易破裂，造成溶血性贫血，严重的引起死亡。镰刀型细胞贫血症病因：一对碱基序列发生改变蛋白质正常f异常f氨基酸1谷氨酸氨1缬氨酸氨RNAGAfGUf突变