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1、第2节 遗传信息的表达,1.概述遗传信息的转录和翻译。 2.运用数学方法,分析碱基与氨基酸的对应关系。 3.说明基因表达的调控。 4.解释中心法则,明确各个过程对应的生理结构和过程。,一,二,三,一、基因控制蛋白质的合成 1.遗传信息的转录 (1)概念:遗传学上把由DNA合成RNA的过程称为遗传信息的转录。 (2)场所:细胞核。 (3)过程,一,二,三,第一步,RNA聚合酶与启动子结合,随着RNA聚合酶的移动,DNA双螺旋解开成为单链。 第二步,以DNA的一条链为模板,按碱基配对原则,利用细胞核内游离的核糖核苷酸,在RNA聚合酶的作用下合成一条RNA链。 第三步,新合成的RNA链被甩出。 第四
2、步,解旋的两条DNA单链结合在一起,恢复为原来的双螺旋结构。 (4)非编码链和编码链 作为模板的DNA链称为非编码链。 与模板链互补的DNA链称为编码链。,一,二,三,(5)外显子和内含子 外显子:DNA分子中编码氨基酸的序列。能转录RNA。 内含子:DNA分子中不编码氨基酸的序列。能转录RNA。 (6)RNA的剪切:前体信使RNA的内含子在RNA自身的催化作用下被切除掉,外显子连接在一起,形成信使RNA。 (7)转录终止序列的类型。 依赖于蛋白质的终止序列:主要利用蛋白质水解释放的能量,把新生的RNA链释放出来。 不依赖于蛋白质的终止序列:是由合成的RNA链的结构决定的,该RNA序列富含GC
3、,且可以形成发夹结构,发夹结构的下游有一连串的U,AU之间的氢键是最不稳定的,因此RNA链被释放出来。 (8)转录功能:通过转录,基因的遗传信息传递到mRNA 上。,一,二,三,2.遗传信息的翻译 (1)翻译的定义和实质 定义:以mRNA链上的核糖核苷酸序列为模板,从一个特定的起始位点开始,按每三个核糖核苷酸代表一个氨基酸的原则,依次合成一条多肽链的过程叫翻译。 实质:将mRNA中的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。 (2)场所:细胞质。 (3)密码子 概念:遗传学上把mRNA上三个相邻的碱基,叫作一个密码子。 特点:连续性、简并性、专一性、具有起始(AUG)和终止密码子(UAG、UAA、UG
4、A)、通用性。,一,二,三,(4)tRNA 结构:一端是携带氨基酸的部位,另一端的三个碱基决定其携带氨基酸的种类,这三个碱基称为反密码子。 特点:一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。 (5)翻译的过程,一,二,三,mRNA进入细胞质与核糖体结合,形成多聚核糖体。 携带氨基酸的tRNA进入核糖体以后,以mRNA为模板,按照碱基配对原则,放置氨基酸,氨基酸通过肽键连接形成肽链。 肽链再经过一定的折叠盘曲及修饰,最终形成一个具有一定氨基酸顺序的、有一定功能的蛋白质分子。 DNA分子上脱氧核糖核苷酸的排列顺序决定了mRNA中核糖核苷酸的排列顺序,mRNA中的核糖核苷酸的排列顺序又决定了氨基酸的排列顺
5、序,氨基酸的排列顺序决定了蛋白质结构和功能的特异性,从而使生物体表现出各种各样的遗传性状。,一,二,三,二、基因表达的调控 1.概念 对基因表达过程的调节作用就称为基因表达的调控。 2.原核生物基因表达的调控(以大肠杆菌乳糖分解代谢为例) (1)调控时期:主要发生在转录过程中。 (2)调节机理:调节乳糖分解代谢的根本原因是大肠杆菌DNA上有乳糖操纵子,它由一个操纵基因(O)、三个结构基因、启动子(P)和调节基因(I)组成,三个结构基因分别是LacZ(编码半乳糖苷酶)、LacY(编码半乳糖苷透过酶)和LacA(编码半乳糖苷转乙酰酶)。,一,二,三,一,二,三,当培养基中没有乳糖时,调节基因的产物
6、调节蛋白与操纵基因结合,从而阻止RNA聚合酶与启动子结合,使三个结构基因无法转录,不能合成分解乳糖的半乳糖苷酶。 当培养基中只有乳糖时,乳糖与调节基因的产物调节蛋白结合,使调节蛋白不能与操纵基因结合,从而使RNA聚合酶顺利地与启动子结合,促进三个结构基因的转录,也就促进了半乳糖苷酶的合成。 3.真核生物基因表达的调控 在调节因素的作用下,随着生物体的生长发育,遗传信息有序地表达。,一,二,三,三、中心法则 如下图,中心法则包括遗传信息从DNA流向DNA(DNA的自我复制)、从DNA流向RNA进而流向蛋白质(转录和翻译)、从RNA流向RNA(RNA的复制)和从RNA流向DNA(逆转录)。,一,二
7、,三,一、遗传信息的表达 1.对翻译过程的解读 (1)碱基配对双方是mRNA上的密码子和tRNA上的反密码子,故AU,UA配对,不会出现T。 (2)翻译起点:起始密码子决定的是甲硫氨酸。翻译终点:识别到终止密码子(不决定氨基酸)翻译停止。 (3)翻译进程:核糖体沿着mRNA移动,读取下一个密码子,但mRNA不移动。 (4)真核生物转录后,mRNA由细胞核进入细胞质后,才进行翻译;原核生物因为没有核膜,所以转录的同时也进行翻译。,一,二,三,原核生物的转录和翻译同步进行图解,一,二,三,2.tRNA的结构模式图 (1)结构:三叶草状。 (2)位点:氨基酸结合位点和反密码子位点。 (3)种类:61
8、种。 (4)单链结构,有配对区域,不能出现碱基“T”。,一,二,三,3.mRNA与核糖体数量、翻译速度的关系 (1)数量关系:一个mRNA可相继结合多个核糖体。 (2)意义:少量的mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白质。 (3)方向:判断依据是根据多肽链的长短,较长的先翻译。 (4)结果:合成的仅是多肽链,要形成蛋白质还需要运送至内质网、高尔基体等结构中进一步加工。,一,二,三,二、基因中的碱基、信使RNA中的碱基和蛋白质中氨基酸的数量关系 1.转录时,组成基因的两条链只有一条链是非编码链,能转录,另一条链则不能转录。因此,转录形成的信使RNA分子中的碱基数目是基因中碱基数目的1/2。 2.
9、翻译过程中,信使RNA中每三个连续的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。 总之,在转录和翻译过程中,基因中的碱基数(指双链)、信使RNA分子中的碱基数、蛋白质分子中的氨基酸数之比为631(不考虑内含子、终止密码子等)。,一,二,三,三、中心法则五个过程的比较,一,二,三,题型一,题型二,题型三,【例1】 根据下表中的已知条件,判断编码苏氨酸的密码子是( ) A.TGU B.UGA C.ACU D.UCU,题型一,题型二,题型三,解析:反密码子与密码子互补,所以编码苏氨酸的密码子的第三个碱基为U,且密码子由mRNA上的碱基组成,不含碱基T,所
10、以A、B两项错。根据mRNA与DNA中模板链互补可推知编码苏氨酸的密码子为UGU或ACU。 答案:C,题型一,题型二,题型三,【例2】 某条多肽的相对分子质量为2 778,若氨基酸的平均相对分子质量为110,如考虑终止密码子,则编码该多肽的基因长度至少是( ) A.75对碱基 B.78对碱基 C.90对碱基 D.93对碱基 解析:设多肽是由m个氨基酸构成的,相邻氨基酸之间脱去1分子H2O形成肽键,则多肽的相对分子质量=110 m-18(m-1)=2 778,m等于30。那么控制该多肽的密码子有31个(终止密码子不编码氨基酸),则控制该多肽合成的基因有93对碱基。 答案:D,题型一,题型二,题型
11、三,【例3】 科学家证实,引起艾滋病的人类免疫缺陷病毒(HIV)是一种逆转录病毒。下列能正确表示HIV感染人体过程的“遗传信息流”的是( ),题型一,题型二,题型三,解析:HIV是以RNA为遗传物质的病毒,能控制宿主细胞合成逆转录酶,以RNA为模板逆转录成DNA,该DNA又和人体细胞核内的DNA整合在一起,整合后的HIV的DNA分子在人体细胞又可以复制,还可以转录出RNA,以RNA为模板翻译成病毒的蛋白质。该DNA转录而来的RNA可作为HIV的遗传物质。该病毒无法控制宿主细胞合成RNA复制酶,故HIV的RNA不能复制,所以A、B、C三项错误。 答案:D,1 2 3 4 5 6 7,1右图是某高
12、等生物细胞中基因R表达过程的示意图,“”表示信息传递或物质转移的路径和方向,表示物质。下列有关叙述正确的是( ) A.基因R的表达过程只发生在细胞核内 B.过程a需要DNA聚合酶参与 C.组成和的碱基种类不同 D.多个核糖体串在上,增大了合成的效率 答案:D,1 2 3 4 5 6 7,2一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽,则此mRNA分子至少含有的碱基数及转录此mRNA的基因中的碱基数至少依次为( ) A.33,66 B.36,72 C.12,72 D.11,66 解析:一条含有11个肽键的多肽,含有12个氨基酸。mRNA中三个碱基决定一个氨基酸;因此,mRNA中至
13、少含有36个碱基,DNA中至少含有72个碱基。 答案:B,1 2 3 4 5 6 7,3DNA转录产生信使RNA的过程中发生的生理过程是 ( ) A.内含子不转录 B.只进行外显子转录 C.RNA聚合酶与启动子结合 D.以编码链为转录模板 解析:转录过程首先是RNA聚合酶与启动子结合,以启动转录过程。转录时以DNA的非编码链为模板,转录产生mRNA。内含子和外显子都转录,产生的前体信使RNA的内含子被剪切掉,形成信使RNA。 答案:C,1 2 3 4 5 6 7,4DNA分子复制与遗传信息转录的相同之处是( ) A.利用的模板相同 B.利用的原料相同 C.利用的酶相同 D.都遵循碱基互补配对原
14、则 答案:D,1 2 3 4 5 6 7,5在人体的正常细胞中,遗传信息的流动过程不包括( ) DNA复制 RNA复制 转录 逆转录 翻译 A. B. C. D. 解析:人体的正常细胞内无RNA复制,RNA都是通过DNA转录产生的。在异常情况下,RNA的复制发生在RNA病毒入侵人体细胞后的繁殖过程中,逆转录发生在少数RNA病毒入侵人体细胞的繁殖过程中。 答案:B,1 2 3 4 5 6 7,6下图表示a、b、c三个核糖体相继结合到一个mRNA分子上,并沿着mRNA移动合成肽链的过程。下列叙述错误的是( ) A.最早与mRNA结合的核糖体是a B.核糖体沿箭头方向移动 C.图示过程有水的生成 D
15、.图示过程碱基的配对方式为AU、GC、UA、CG 答案:A,1 2 3 4 5 6 7,7下图为某种真菌线粒体中蛋白质的生物合成示意图,请据图回答下列问题。 (1)完成过程需要 等物质从细胞质进入细胞核。 (2)从图中分析,核糖体的分布场所有 。,1 2 3 4 5 6 7,(3)已知溴化乙啶、氯霉素分别抑制图中过程,将该真菌分别接种到含溴化乙啶、氯霉素的培养基上培养,发现线粒体中RNA聚合酶均保持很高活性。由此可推测该RNA聚合酶由 中的基因指导合成。 (4)用-鹅膏蕈碱处理细胞后发现,胞质溶胶中RNA含量显著减少,那么推测-鹅膏蕈碱抑制的过程是 (填序号),线粒体功能 (填“会”或“不会”
16、)受到影响。,1 2 3 4 5 6 7,解析:(1)过程为转录,需要从核外获取ATP、核糖核苷酸、酶。(2)过程表示翻译,场所在核糖体。在胞质溶胶、线粒体中能进行翻译过程,所以胞质溶胶和线粒体中存在核糖体。(3)已知溴化乙啶、氯霉素分别抑制图中过程,但是将该真菌分别接种到含溴化乙啶、氯霉素的培养基上培养,线粒体中RNA聚合酶均保持很高活性,所以RNA聚合酶不是由线粒体内的基因控制合成的,而是由细胞核中的基因指导合成的。(4)用-鹅膏蕈碱处理细胞后,胞质溶胶中RNA含量显著减少,所以-鹅膏蕈碱抑制了转录合成RNA的过程;线粒体中由于前体蛋白减少,所以功能会受影响。 答案:(1)ATP、核糖核苷酸、酶 (2)胞质溶胶和线粒体 (3)核DNA(细胞核) (4) 会,