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1、第二节 基因的表达第二节 基因的表达 1识别 DNA 与 RNA，描述遗传信息和“密码子”的概念。 2概述遗传信息的转录和翻译。 一、转录一、转录 转录是指以 DNA 的一条链为模板，按照碱基互补配对原则合成 RNA 的过程。 1场所：主要在细胞核。 2模板：DNA 分子的一条链。 3原料：游离的四种核糖核苷酸。 4碱基配对原则：T 与 A 配对；C 与 G 配对；RNA 不含 T，所以 U（尿嘧啶）与 A 配对。 如下图。 5转录的产物：RNA。 （1） 信使 RNA（mRNA） ： 接受 DNA 上的遗传信息， 进入细胞质， 作为蛋白质合成的模板。 （2）转运 RNA（tRNA）：识别并转
2、运氨基酸。 （3）核糖体 RNA（rRNA）：核糖体的组成成分。 6 转录的过程 ： 在 DNA 解旋酶的作用下， 双螺旋解开成为单链。 只以一条 DNA 链为模板， 按碱基互补配对原则，利用细胞核内游离的核糖核苷酸，合成一条 RNA 链。 经过转录，DNA 就把遗传信息传递给了信使 RNA（mRNA） 。 二、翻译二、翻译 翻译是指以 mRNA 为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。 1遗传密码 （1）密码子。 概念：指 mRNA 上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。 种类 ： 4 种碱基可以组成 64 种密码子， 其中 61 个密码子决定 20 种氨基酸。 密码子 AUG 和 GUG
3、 是翻译的起始信号，叫做起始密码子。UAA、UAG、UGA 三个密码子不能决定氨基酸， 是终止密码子。 思考：思考：密码子具有什么特性？ 提示 ： 密码子具有专一性，一种密码子只能决定一种氨基酸，而一种氨基酸可以由一种 或几种密码子决定。 （2）转运 RNA（tRNA）与反密码子。 tRNA 形似三叶草，其一端是携带氨基酸的部位，相对的一端有三个碱基决定着携带氨 基酸的种类。每个 tRNA 的这三个碱基可以与 mRNA 上的密码子互补配对，叫做反密码子。 思考：思考：tRNA(反密码子)有多少种？有什么特性？ 提示：tRNA 的作用是转运氨基酸，每种 tRNA 的反密码子与 mRNA 上的一种
4、决定氨基酸 的密码子互补， 因为决定氨基酸的密码子有 61 种， 所以 tRNA 有 61 种， 即反密码子有 61 种。 每一种 tRNA 只能识别并转运一种氨基酸，而一种氨基酸可以由一种或几种 tRNA 来转运。 2翻译 （1）场所：细胞质中的核糖体。 （2）模板：mRNA。 （3）原料：游离的 20 种氨基酸。 （4）碱基互补配对原则：A 与 U，U 与 A，C 与 G，G 与 C 配对，如下图。 （5）产物：蛋白质（直接产物是多肽） 。 （6）过程：mRNA 与核糖体结合后，核糖体一边沿着 mRNA 移动，一边解读 mRNA 上的密 码子。 特定的 tRNA 携带着特定的氨基酸进入核糖
5、体， 一端的三个碱基与 mRNA 上的密码子互 补配对后，核糖体就将氨基酸连接到多肽链上。核糖体不断移动，氨基酸依次连接上去，直 到遇到 mRNA 上的终止密码子为止，形成的多肽链与核糖体分离，然后再经过盘曲折叠，最 终形成有特定结构和功能的蛋白质分子。 思考：思考：复制、转录、翻译时碱基配对方式有何异同？ 提示： 三、中心法则三、中心法则 中心法则是对遗传信息的传递过程的概括， 是对 DNA 基本功能的概括， 也是对生物遗传 物质和性状关系以及传递途径的概括。 1以 DNA 为遗传物质的生物的遗传信息的传递 2以 RNA 为遗传物质的生物的遗传信息的传递 3中心法则示意图 （1）DNA 复制
6、、转录和翻译是所有具有细胞结构的生物所遵循的法则。 （2）RNA 复制和逆转录只发生在被 RNA 病毒寄生的细胞中。 1DNADNA 与 RNARNA 的判定方法 （1）若有核糖，一定是 RNA；若有脱氧核糖，一定是 DNA。 （2）若含 T，一定为 DNA；若含 U，一定是 RNA。所以用放射性同位素标记 T 或 U，可 探知 DNA 或 RNA，若大量利用 T，可认为进行 DNA 的复制；若大量利用 U，可认为进行 RNA 的合成即转录。 （3）若含 T，AT 或嘌呤嘧啶，则为单链 DNA。因为双链 DNA 中 AT，GC，嘌呤 嘧啶（AGTC） 。 2DNADNA 与 RNARNA 的比
7、较 3复制、转录、翻译的区别 DNA 的复制、DNA 转录形成 RNA、RNA 翻译形成蛋白质的过程，是遗传信息在生物体内以 不同方式传递、表达的过程。遗传信息的传递发生在生物传种接代的过程中，通过复制，实 现遗传信息由亲代到子代的传递。 遗传信息的表达发生在生物个体发育过程中， 它是通过转 录和翻译控制蛋白质合成的过程。复制、转录、翻译三者之间的主要区别见下表： 场所模板原料酶 互补配对 的碱基 产物 复 制 细胞核 DNA 两 条链 游离的脱 氧核苷酸 解旋酶、DNA 聚合酶等 A 与 T C 与 G DNA 转 录 细胞核 DNA 的 一条链 游离的核 糖核苷酸 解旋酶、RNA 聚合酶等
8、 A 与 U C 与 G RNA 翻 译 细胞质信使 RNA氨基酸酶 A 与 U C 与 G 蛋白质 DNA 分子的脱氧核苷酸的排列顺序决定了信使 RNA 中核糖核苷酸的排列顺序，信使 RNA 中核糖核苷酸的排列顺序又决定了氨基酸的排列顺序， 氨基酸的排列顺序最终决定了蛋白质 的结构和功能的特异性，从而使生物体表现出各种遗传性状。 4基因控制蛋白质合成时的相关计算 （1）转录时 DNA 与 RNA 之间的数量关系分析： 由上图可知： DNA 链碱基数 链碱基数mRNA 碱基数1/2 DNA 分子总碱基数 ATTAmRNA 上的（AU） ， GCCGmRNA 上的（CG） 。 （2）碱基与氨基酸
9、之间的数量关系分析： 转录时， 组成基因的两条链只有一条链能作为模板链， 所以转录形成的 RNA 分子中碱 基数目是基因中碱基数目的 1/2。 在转录时，基因模板链中的 AT（或 GC）与 RNA 分子中的 UA（或 CG）相等。 翻译时，mRNA 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 mRNA 碱基数目的 1/3。 因此，在不考虑终止密码子的情况下，在转录和翻译过程中，基因双链中的碱基（或脱 氧核苷酸）数mRNA 中的碱基（或核糖核苷酸）数翻译形成的蛋白质分子中的氨基酸数 631。如下图所示： 有关计算的公式可总结为 ： 蛋白质中肽链的条数蛋白质中肽键
10、数（或缩合时脱下的 水分子数） 蛋白质中氨基酸的数目参加转运的转运 RNA 数目1/3mRNA 的碱基数目1/6 基因中的碱基数。 （3）计算中“最多”和“最少”的分析： 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。 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。 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。 题型一 密码子的判断 【例题 1】 （2010天津
11、理综）根据下表中的已知条件，判断苏氨酸的密码子是（ ） 。 DNA 双链 TG mRNA tRNA 反密码子A 氨基酸苏氨酸 ATGU BUGA CACU DUCU 解析：解析：反密码子与密码子互补，所以苏氨酸密码子第三个碱基为 U，且密码子由 mRNA 上的碱基组成，不含碱基 T，所以 A、B 两项错。根据 mRNA 与 DNA 中模板链互补可推知苏氨 酸密码子为 UGU 或 ACU，故选 C。 答案：答案：C 题型二 遗传信息的翻译过程 【例题 2】有关蛋白质合成的叙述，不正确的是（ ） 。 A终止密码子不编码氨基酸 B每种 tRNA 只转运一种氨基酸 CtRNA 的反密码子携带了氨基酸序
12、列的遗传信息 D核糖体可在 mRNA 上移动 解析：解析：携带遗传信息的是 DNA，不是 RNA。mRNA 上的终止密码子不编码氨基酸。由于每 种 tRNA 的反密码子只能识别一种密码子，所以只转运一种氨基酸。 答案：答案：C 反思领悟 ： 在翻译过程中，mRNA 与核糖体结合，以氨基酸为原料，以 tRNA 为运载工具， 控制蛋白质合成。核糖体可在 mRNA 上移动，当移动到终止密码时终止翻译。 题型三 中心法则 【例题 3】 （2011上海十三校联考）下图表示遗传信息的传递和表达过程，下列有关 叙述中错误的是（ ） 。 A正常情况下，在动植物细胞中都不可能发生的过程是 B图中、过程的原料依次
13、是脱氧核糖核苷酸、核糖核苷酸、氨基酸 C图中所示各过程中均可发生碱基互补配对 D过程发生在某些病毒体内，并且需要逆转录酶的参与 解析 ：解析 ： 是 DNA 复制，是转录，是翻译，此过程发生于细胞生物中 ； 是逆转录， 是 RNA 复制，分别发生于某些病毒入侵细胞后，但不会发生在病毒体内，因为病毒的生命活 动发生在细胞中。 答案：答案：D 1 （2011海南卷）关于核酸生物合成的叙述，错误的是（ ） 。 ADNA 的复制需要消耗能量 BRNA 分子可作为 DNA 合成的模板 C真核生物的大部分核酸在细胞核中合成 D真核细胞染色体 DNA 的复制发生在有丝分裂前期 解析：解析：真核细胞染色体 D
14、NA 的复制发生在有丝分裂间期或减数第一次分裂间期。 答案：答案：D 2 （2011海南卷）关于 RNA 的叙述，错误的是（ ） 。 A少数 RNA 具有生物催化作用 B真核细胞内 mRNA 和 tRNA 都是在细胞质中合成的 CmRNA 上决定 1 个氨基酸的 3 个相邻碱基称为密码子 D细胞中有多种 tRNA，一种 tRNA 只能转运一种氨基酸 解析：解析：真核细胞内 mRNA 和 tRNA 主要是在细胞核中合成。 答案：答案：B 3 遗传信息的转录与复制过程相同的是（ ） 。 A只以 DNA 的一条链为模板 B以碱基 U 与碱基 A 互补配对 C合成的产物是 mRNA D按照碱基互补配对
15、原则进行 解析：解析：转录时以 DNA 一条链为模板，而复制时是以 DNA 的两条链作模板；复制的产物是 子代 DNA，转录的产物为 RNA；RNA 中无碱基 T，碱基 U 与 A 配对；复制和转录过程都遵循碱 基互补配对原则。 答案：答案：D 4 牛胰岛素由两条肽链构成， 共有 51 个氨基酸。 则牛胰岛素含有的肽键数以及控制其 合成的基因至少含有的脱氧核苷酸数目依次是（ ） 。 A49,306 B49,153 C51,306 D51,153 解析 ：解析 ： 牛为真核生物，其基因中有外显子和内含子之分，即氨基酸数与基因中的脱氧核 苷酸数并不成一定的比例关系，但题目中加了“至少”两字后作了限定，相当于不考虑内含 子的计算，所以“至少”含有的核苷酸数为 651306，该蛋白质含有的肽键数氨基酸 数肽链条数51249。 答案：答案：A