第章基因的表达教案.docx

第4章 基因的表达第1节 基因指导蛋白质的合成【课标定位】1.简述DNA分子与RNA分子的主要区分。2.驾驭遗传信息的转录和翻译过程及其异同。【教材回来】一、RNA与DNA的比拟核酸种类工程RNADNA存在部位主要存在于细胞质中主要存在于细胞核中构造特点通常呈单链构造，而且比DNA短，因此能通过核孔，从细胞核转移到细胞质中通常呈规则的双螺旋构造（无法从细胞核干脆转移到细胞质中）生理功能作为RNA病毒的遗传物质；少数RNA具有催化作用；mRNA：作为翻译时的干脆模板；tRNA：作为翻译时氨基酸的转运工具；rRNA：参加核糖体的构成主要的遗传物质，具有储存、传递和表达遗传信息的功能产生途径DNA转录、RNA复制DNA复制、RNA逆转录根本组成单位（单体）核糖核苷酸脱氧核苷酸化学组成无机酸磷酸五碳糖核糖脱氧核糖含氮碱基A、U、C、GA、T、C、G二者的联络全部RNA都是由DNA转录产生的，DNA是遗传信息的储存者，RNA是遗传信息的携带者，RNA的遗传信息来自于DNA二、基因指导蛋白质的合成基因指导蛋白质的合成过程包括两个阶段“转录”和“翻译”。（一）遗传信息的转录概念以DNA双链中的一条链为模板合成mRNA的过程场所主要是细胞核，此外还有线粒体和叶绿体发生时间细胞中合成蛋白质时（随时可能发生）过程第一步：利用细胞供应的能量，在解旋酶的作用下，DNA碱基对之间的氢键断裂，DNA的双链解开并使碱基得以暴露第二步：当DNA的双链局部解开时，细胞中游离的核糖核苷酸便随机地与DNA链上的碱基碰撞，当核糖核苷酸与DNA的碱基互补时，两者以氢键结合第三步：新结合的核糖核苷酸，在RNA聚合酶的作用下，依次连接到正在合成的mRNA上第四步：随着DNA解旋过程的进展，合成的mRNA不断延长并从DNA链上释放，直至DNA解旋完成，便形成一个与DNA转录链互补的mRNA。转录完毕时，DNA又复原为规则的双螺旋构造特殊提示：由于RNA没有胸腺嘧啶（T），而含有尿嘧啶（U）。因此，在以DNA的一条链为模板转录形成RNA时，须要以U代替T与A互补配对。mRNA在细胞核中合成以后，就通过核膜上的核孔进入细胞质中参加蛋白质的合成。（二）遗传信息的翻译1.翻译的概念游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板合成具有肯定氨基酸种类、数量和排列依次的蛋白质的过程。2.翻译的本质翻译本质上是将mRNA中的碱基序列翻译为蛋白质中的氨基酸序列。3.翻译的场所翻译主要是在细胞质中的核糖体上进展的，此外还有线粒体和叶绿体。4.密码子mRNA上确定一个氨基酸的3个相邻的碱基叫做一个密码子。5.氨基酸的转运工具转运RNA（tRNA）tRNA的分子构造呈三叶草的叶形，一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个碱基。每个tRNA一端的3个碱基均可与mRNA上的密码子互补配对，因此叫做反密码子。tRNA的种类许多（61种），但每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。6.翻译的过程第1步：mRNA通过核孔进入细胞质与核糖体结合起来，在结合部位形成2个tRNA的结合位点。此时，反密码子为UAC或CAC的tRNA携带着相应的氨基酸，通过与mRNA上的密码子互补配对，进入位点1。第2步：携带着另一个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2。第3步：位点1处的氨基酸（甲硫氨酸或缬氨酸）通过与位点2处的氨基酸形成肽键而转移到占据位点2的tRNA上。第4步：核糖体沿着mRNA挪动，读取下一个密码子。原占据位点1的tRNA分开核糖体又去转运下一个相应的氨基酸，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，接着肽链的合成。上述步骤2、3、4沿mRNA链不断进展，直至核糖体读取到mRNA上的终止密码，合成才告终止。特殊提示：在细胞质中，翻译是一个快速的过程。在37时，细菌细胞内合成肽链的速度约为每秒连接15个氨基酸。在通常状况下，一个mRNA上可以相继结合多个核糖体，同时进展多条肽链的合成，因此少量的mRNA就可以快速合成出大量的蛋白质。肽链合成以后，就从核糖体与mRNA的复合物上脱分开来，经过一系列步骤被运送到各自的“岗位”，盘曲折叠成具有特定空间构造和功能的蛋白质分子，开场担当细胞生命活动的各项职责。【要点打破】一、RNA与DNA的比拟1.DNA与RNA的断定：若含有脱氧核糖则是DNA，若含有核糖则是RNA；若含有胸腺嘧啶（T）则是DNA，若含有尿嘧啶（U）则是RNA。2.DNA（RNA）单双链的断定：若含氮碱基A与T（U）的数量以及含氮碱基G与C的数量均相等，则可能是单链DNA（RNA），也可能是双链DNA（RNA），但最可能是双链DNA（RNA）；若含氮碱基A的数量与T（U）的数量不相等或含氮碱基C的数量与G的数量不相等或嘌呤的数量不等于嘧啶的数量，则肯定是单链DNA（RNA）。二、遗传信息的传递与表达过程的比拟功能工程遗传信息的传递遗传信息的表达复制转录翻译发生时期细胞分裂间期生物体的整个生命进程中发生场所主要是细胞核，此外还有线粒体和叶绿体细胞质中的核糖体上根本条件模板DNA解旋后的两条链DNA解旋后的一条链mRNA原料4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸20种氨基酸能量ATP酶解旋酶和DNA聚合酶解旋酶和RNA聚合酶运载工具tRNA碱基配对原则A=T，CGA=U，T=A，CGA=U，CG产物2个一样的双链DNA1条单链mRNA蛋白质特点边解旋边复制，半保存复制边解旋边转录信息流亲代DNA子代DNADNAmRNAmRNA蛋白质模板去向各自进入一个子代DNA中重新盘绕成双螺旋构造分解成单个核苷酸三、遗传信息、密码子、反密码子的对应关系GAATTCCTTAAG DNAGAAUUCmRNA（密码子）CUU AAGtRNA（反密码子）以链为模板亮氨酸赖氨酸1.密码子（1）密码子的种类起始密码子：2种（AUG、GUG），既是翻译的起始信号，也能编码氨基酸。普遍密码子：59种，只能编码氨基酸。终止密码子：3种（UAA、UGA、UAG），不能编码氨基酸，只是翻译的终止信号。（2）密码子与氨基酸的对应关系在64种密码子中仅61种可以确定20种氨基酸；一种氨基酸可以由一种或几种密码子来确定（密码的简并）；一种密码子只能确定一种氨基酸。（3）密码子的特性简并性：当密码子中一个碱基变更后，不肯定变更其对应的氨基酸种类，从而削减了变异发生的频率；当某种氨基酸的运用频率较高时，可能会有几种不同的密码子同时编码同一种氨基酸，从而保证了翻译的速率。通用性：全部生物共用一套密码子，这说明各种生物之间有着或远或近的亲缘关系。2.反密码子（1）反密码子的种类转运RNA一端的三个碱基（反密码子）共有61种。（2）与氨基酸的对应关系一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，因为每种tRNA一端的反密码子都只能专一地与mRNA上特定的3个相邻的碱基（密码子）互补配对；一种氨基酸可由一种或几种tRNA来转运，因为有的氨基酸有一种或几种密码子。（3）反密码子的特点反密码子的三个碱基与相应的DNA分子模板链上对应的碱基根本一样，只是DNA分子模板链中的“T”对应tRNA中的“U”。特殊提示：tRNA含有的碱基数：每一个tRNA都含有若干个碱基。密码子、反密码子和遗传信息的存在位置：密码子存在于mRNA分子中，反密码子存在于tRNA分子的一端，遗传信息存在于基因中。四、有关基因表达过程的计算1.DNA（基因）与mRNA之间的碱基数量关系以链为模板转录TCGAAGCTAGCUDNA（基因）mRNA链链链（1）图示（2）等量关系链碱基数=链碱基数=链碱基数=DNA（基因）分子碱基数×1/2。A+T=T+A=A+U；G+C=C+G=G+G。2.碱基与氨基酸之间的数量关系（1）转录时，组成基因的两条链只有一条链能转录，另一条链不能转录。因此，转录形成的mRNA碱基数是基因碱基数的1/2。（2）在翻译过程中，mRNA每3个碱基确定一个氨基酸，所以经翻译合成的蛋白质分子中的氨基酸数是mRNA碱基数的1/3。总之，在转录和翻译过程中，DNA碱基数：mRNA碱基数：蛋白质中氨基酸数：参加转运的tRNA数可以有条件地看作为6：3：1：1。事实上，mRNA的碱基数比相应蛋白质中氨基酸数的3倍要多；DNA碱基数比相应蛋白质中氨基酸数的6倍要多。转录 翻译DNA（基因） mRNA 蛋白质核糖核苷酸 氨基酸遗传信息 密码子 氨基酸的排列依次6n个碱基 3n个碱基 n个氨基酸达标自测1. 已知病毒的核酸有双链DNA、单链DNA、双链RNA和单链RNA四种。某科研人员发觉了一种新病毒，若要确定其核酸属于上述哪一类型，你认为应当分析其（ A ）A.碱基类型和碱基比率B.碱基类型和核糖类型C.氨基酸组成和碱基类型D.氨基酸组成和核糖类型2. 假如须要在试验室模拟生物体内RNA的转录过程，则必需的条件是（ D ）相关的酶 游离的4种核糖核苷酸 ATP DNA分子 信使RNA 转运RNA 相宜的温度 相宜的酸碱度A. B.C. D.3. 已知某mRNA分子共含有30个碱基，其中A和G共12个，则转录形成该mRNA分子的DNA分子中C和T共有（ D ）A.12个 B.24个C.18个 D.30个4. 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、合成这段多肽须要的tRNA数以及转录形成此mRNA的基因中至少含有的碱基数分别为（ B ）A.33、11、66 B.36、12、72C.12、36、24 D.11、36、725. 尿嘧啶核糖核苷（简称尿苷）在细胞中可转化为尿嘧啶核糖核苷酸。若选用含有3H标记的尿嘧啶核糖核苷的养分液处理活的小肠黏膜层，几小时后检测小肠绒毛发觉整个小肠黏膜层上都有放射性的存在。下列与之亲密相关的过程是（ D ）A.DNA的复制 B.基因突变C.翻译 D.转录6. 下图所示四种化合物的化学组成中，“”中所对应的含义最接近的一组是（ D ）U G A CA C G TT G C AA核糖 APPPA. B.C. D.7. 已知某tRNA的反密码子的3个碱基依次为GAU，它转运的是亮氨酸（亮氨酸的密码子是UUA、UUG、CUU、CUA、CUC、CUG），则确定此亮氨酸的密码子是由DNA模板链上的哪个碱基序列转录而来的（ D ）A.GAU B.CATC.CUA D.GAT【自我校对】一、细胞质 细胞核 单 核孔 双 无法 遗传物质 催化 干脆 氨基酸 核糖体 储存、传递和表达 转录 复制 复制 逆转录 核糖 脱氧 核糖 脱氧核糖 A、U、C、G A、T、C、G 转录 储存 携带 DNA二、（一）DNA 一 mRNA 细胞核 线粒体 叶绿体 蛋白质 随时 能量 解旋 碱基对 氢键碱基 局部 氢键 RNA聚合 双螺旋 特殊提示：U 核孔 （二）1.mRNA 种类、数量和排列依次 2.碱基 氨基酸 3.细胞质 核糖体 线粒体 叶绿体 4.mRNA 3 5.氨基酸 密码子 反密码子 61一6.核糖体 2 UAC或CAC 肽键 核糖体 读取 终止 特殊提示：多 大量 空间 功能第2节 基因对性状的限制【课标定位】1.理解中心法则的内容以及基因、蛋白质与性状的关系。2.理解中心法则的提出和开展，举例说明基因限制性状的本质。【教材回来】一、中心法则的提出及其开展（一）中心法则的提出1.提出者：1957年英国物理学家克里克首先提出了中心法则。转录 翻译复制DNA（基因） RNA 蛋白质（性状）2.信息流：（二）中心法则的开展历经考验的中心法则补充了遗传信息从RNA流向RNA以及从RNA流向DNA两条途径：e翻译b转录c逆转录中心法则图解daDNA（基因） RNA 蛋白质（性状）二、基因对性状的限制（一）基因对性状的间接限制基因通过限制酶的合成来限制代谢过程，进而限制生物体的性状。（二）基因对性状的干脆限制基因通过限制蛋白质的构造干脆限制生物体的性状。特殊提示：基因与生物性状之间的关系并不都是简洁的线性关系，如人体的身高可能是由多个基因共同确定的，缺少苯丙氨酸羟化酶会引起苯丙酮尿症和白化病。可见，一个基因的变更可能不仅仅引起生物体单一性状的变更。生物体的性状表现还会受到环境因素的影响。例如，人体的身高也不完全是由基因所确定的，后天的养分和体育熬炼等也有重要作用。【要点打破】一、中心法则及其开展e翻译b转录c逆转录图中虚线表示中心法则的开展daDNA（基因） RNA 蛋白质（性状）1.各生理过程分析a（DNA复制）b（转录）d（RNA复制）c（RNA逆转录）e（翻译）过程DNADNADNARNARNARNARNADNARNA蛋白质模板DNA的两条链DNA的一条链RNARNAmRNA原料4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸4种核糖核苷酸4种脱氧核苷酸20种氨基酸配对方式AT GCAU TA GCAU GCAT UA GCAU GC产物DNARNARNADNA蛋白质实例绝大多数生物绝大多数生物烟草花叶病毒艾滋病病毒全部生物特殊提示：中心法则及其开展说明了遗传信息传递的方向，但并非全部生物都可以同时进展上述5种生理过程，其中RNA的复制和逆转录只有某些RNA病毒的RNA在宿主细胞中才能发生。2.各过程的适用范围（1）DNA生物全部以DNA为遗传物质的生物，遗传信息的流向为abe，但DNA病毒的这些过程只能发生在宿主细胞中。（2）RNA生物极少数RNA病毒（如烟草花叶病毒），遗传信息的流向为de，但这些过程只能发生在宿主细胞中。极少数RNA病毒（如艾滋病病毒），遗传信息的流向为dcabe，但这些过程只能发生在宿主细胞中，过程c还必需有逆转录酶的参加才能完成。二、DNA、基因、蛋白质之间的关系1.三者之间的关系DNA RNA 蛋白质转录 翻译基因 性状限制显性基因 显性性状隐性基因 隐性性状等位基因基因型 表现型相对性状等位基因分别 相对性状分别导致限制限制2.中心法则与基因表达的关系遗传信息 密码子传递遗传信息 限制蛋白质合成（表达遗传信息）脱氧核苷酸序列 核糖核苷酸序列 氨基酸序列 de翻译b转录c逆转录aDNA（基因） RNA 蛋白质（性状）特殊提示：DNA的复制表达了遗传信息的传递功能，发生在细胞增殖或产生子代的生殖过程中。DNA的转录和翻译共同表达了遗传信息的表达功能，发生在个体发育的整个过程中。3.基因对性状限制的两种途径基因 性状构造蛋白 细胞构造间接限制酶 细胞代谢干脆限制4.基因对性状限制的关系（1）基因与性状的关系：一个基因确定一种性状；多个基因确定一种性状；一个基因可能会影响到多种性状。也就是说，基因与生物性状的关系并不都是简洁的线性关系。（2）基因对生物性状的限制还会受到环境的影响，生物体的性状表现是基因型与环境条件共同作用的结果，即基因型（内因）+环境（外因）=表现型（结果）。5.限制时机在生物的个体发育过程中，同一个体的体细胞均来自同一受精卵的有丝分裂，因此同一个体的体细胞中均含有与受精卵一样的基因，但每个细胞中的基因却不能全部表达基因的选择性表达，如胰岛B细胞能表达胰岛素基因，却不能表达血红蛋白基因。此外，能表达的基因也不是在同一时间内全部表达的，即不同的基因在个体发育的不同时期表达基因的依次性表达，如人的生殖系统在青春期发育最快，而在幼儿时期发育缓慢。达标自测1. 据有关资料报道，科学家发觉一种动物能否被驯化并和人类很好相处，取决于这种动物的“驯化基因”。在生物体中，基因限制性状表现的主要途径是（ D ）A.RNA蛋白质（性状）B.DNA蛋白质（性状）C.RNADNA蛋白质（性状）D.DNARNA蛋白质（性状）2. 人体的红细胞与肌细胞在生理功能上不同的根本缘由是（ C ）A.基因不同 B.核糖体不同C.mRNA不同 D.tRNA不同3. 在右下图所示过程中，正常状况下在动植物细胞中都不行能发生的一组是（ B ）DNA RNA 蛋白质A.B.C.D.4. 已知牵牛花的颜色主要是由花青素确定的，右下图所示为花青素的合成与颜色变更途径的示意图。下列有关叙述中，该图不能说明的是（ D ）酶 酶 酶苯丙酮氨酸 辅酶 查尔酮 花青素基因 基因 基因红色（酸性）蓝色（碱性）A.牵牛花的颜色是由多对基因共同限制的B.基因可以通过限制酶的合成来限制代谢C.生物的性状由基因确定，也受环境影响D.若基因不表达，则基因也不表达5. 在中心法则包括的下列有关遗传信息传递过程中，提醒生物遗传本质的是（ A ）A.从DNADNA的复制过程B.从DNARNA的转录过程C.从RNA蛋白质的翻译过程D.从RNADNA的逆转录过程【自我校对】一、（一）1.克里克二、（一）代谢过程 （二）蛋白质的构造 特殊提示：并不 多 单一 环境