基因的表达

基因的表达一、基因：1、概念：基因是具有遗传效应的DNA分子片段，是控制生物性状的结构和功能的基本单位。2、基因与脱氧核甘酸、DNA、染色体关系3、基因的存在场所核基因：染色体上呈线性排列，有性生殖产生配子时基因和染色体真核具有行为上的一致性。质基因：线粒体、叶绿体原核：拟核病毒：核酸4、遗传信息：基因中脱氧核苷酸（或碱基对）的排列顺序，代表遗传信息。每个基因都有特定的遗传信息。二、基因的功能1、储存遗传信息：通过脱氧核苷酸的排列顺序。2、传递遗传信息：时间：细胞分裂。方式：DNA复制3、表达遗传信息：时间：个体发育中。方式：转录和翻译。三、基因控制蛋白质的合成：（一）基因的表达：基因（DNA）通过复制将遗传信息传递给后代，在后代的个体发育中，基因中的遗传信息以一定的方式反映到蛋白质的分子结构上来，使后代表现出与亲代相似的性状，这一过程叫基因的表达。基因的表达是通过DNA控制蛋白质的合成来实现的。（二）DNA和RNA的比较DNARNA结构规则的双螺旋结构通常呈单链结构组成基本单位脱氧核苷酸核糖核苷酸五碳糖脱氧核糖(C5H10O4)核糖（C5H10O5）无机酸磷酸磷酸碱基嘌呤腺嘌呤A腺嘌呤A鸟嘌呤G鸟嘌呤G嘧啶胞嘧啶C胞嘧啶C胸腺嘧啶T尿嘧啶U分类通常只有一类分为mRNA、rRNA、tRNA功能主要的遗传物质在无DNA的生物中是遗传物质，在有DNA的生物中，辅助DNA完成其功能。考虑：下列各种生物体含有的碱基，核苷酸及核酸种类碱基种类核苷酸种类核酸种类五碳糖种类烟草烟草花叶病毒蓝藻噬菌体（三）基因表达过程1、转录（表示为：DNA→mRNA）(1)概念：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。示意图为说明：转录是以基因为单位进行的，因为一个DNA分子包含有许多个基因，因此，1个DNA就可转录多种多个RNA，基因在转录时为模板的那条链不是固定的，不同基因模板链不同。如图：基因1可能以α链为模板，而基因2可能是以β链为模板，转录时为模板的链称为有义链，而另一条为反义链。(2)发生场所真核：主要在细胞核，其次线粒体、叶绿体。原核：细胞质模板：DNA的一条链原料：四种核糖核苷酸(3)条件能量：ATP酶：解旋酶、RNA聚合酶(4)原则：碱基互补配对原则:A配U，G配C，C配G，T配A。(5)具体过程：遗传信息的转录过程是在RNA聚合酶的催化作用下进行的，当RNA聚合酶与DNA分子的某一启动部位相结合时，DNA分子的这一片段的双螺旋结构解开，以其中的一条链为模板，聚合酶沿着该链移动，按照碱基互补配对原则，使细胞里已经存在的四种核糖核苷酸聚合成与该片段互补的信使RNA，这样储存于DNA分子中的遗传信息便转录到信使RNA分子上。模板去向：转录完成后，解开的两条链再恢复为双螺旋结构。产物去向：mRNA从细胞核到细胞质与核糖体结合。说明：tRNA、rRNA合成方式与mRNA相似，只是转录后不在翻译成蛋白质。考虑：以下为DNA转录RNA过程的某片段。①该片段含种碱基，种核苷酸。②β链与mRNA暂时结合是通过。③观察上图，如果mRNA中，A占19%，U占21%，能否推出转录该链的DNA分子的碱基组成。ATCG④如果测定某生物的一段核酸的碱基比为A:G:U:T:C=37:13:15:22:13,则可推测这个生物正在进行的是（生理过程）。2、翻译（简式表示为：RNA→蛋白质）(1)概念：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。如图(2)场所：细胞质中的核糖体上。考虑：上步转录的mRNA在细胞核形成后，通过细胞核的（）进入细胞质与核糖体结合，此过程中mRNA从细胞核到细胞质经过层生物膜。模板：mRNA原料：氨基酸(3)条件：能量：ATP酶转运工具：（翻译者）tRNA(4)密码子a、定义：信使RNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基，叫做一个“密码子”。b、数目：43=64个，三个终止子（不决定氨基酸）和61个密码子（决定20种氨基酸）c、特点一个密码子只能决定一种氨基酸。一种氨基酸可由一种或几种密码子决定。（5）运载体——tRNAa、结构：b、种类：61种c、功能特点：专一性：一种tRNA专一的识别一种氨基酸的密码子，专一转运一种氨基酸。考虑：一种氨基酸是否只能被一种tRNA转运（是、否）（6）过程转录成的mRNA与核糖体结合后，由转运RNA携带氨基酸到核糖体上第一个是甲硫氨酸，依次有另一个tRNA携带另一个氨基酸到核糖体上，两个氨基酸形成肽键，核糖体移动位置，第一个tRNA移走再去转运相应的氨基酸，而另一个tRNA又携带氨基酸进入，再形成肽键，依次进行下去，直到核糖体读取到终止密码子，肽健不再延长，合成终止后，mRNA与核糖体分离，水解酶作用下水解为核糖核苷酸。合成的多肽链也从核糖体上脱离，再经过一定得盘曲折叠，形成有特定空间结构和功能的蛋白质。说明：在翻译时，一个mRNA分子上可结合多个核糖体。如图：这样用少量mRNA就可以迅速合成大量的同种类的蛋白质。（7）原则：碱基互补配对原则（A配U，U配A，G配C，C配G）（8）产物：多肽（或蛋白质）3、转录翻译（基因表达过程小结）四、中心法则及其补充在遗传学上，把遗传信息的流动方向叫做信息流，信息流的方向可以用“中心法则”来表示①DNA复制②转录③翻译④逆转录⑤RNA复制信息流DNA→DNADNA→mRNAmRNA→蛋白质mRNA→DNARNA→RNA表示为进行某些病毒侵染宿主某些病毒的细胞分裂的细胞才进行分裂、分化的细胞都进行细胞（必要条件逆转录酶）侵染宿主细胞五、基因对性状的控制生物的一切遗传性状都是受基因控制的，基因对性状的控制有两种方式：1、通过控制酶的合成来控制代谢过程。从而间接控制生物的性状。如：人白化病与酪氨酸的关系基因突变→酪氨酸酶缺乏，酪氨酸转变为黑色素受阻→导致白化病2、通过控制蛋白质的分子结构来直接影响性状控制血红蛋白分子结构的基因不正常→血红蛋白异常→引起疾病又如：CFTR基因突变与囊性纤维病的关系CFTR基因缺失3个碱基↓CFTR蛋白结构异常→功能异常↓患者支气管内黏液增多↓黏液清除困难，细菌繁殖肺部感染六、遗传信息、密码子和反密码子的比较含义位置功能遗传信息基因中脱氧核苷酸排列顺序DNA上控制生物性状密码子mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基mRNA上决定氨基酸反密码子转移RNA分子与mRNA分子中密码子互补配对的三个碱基tRNA上识别密码子考虑：根据碱基互补配对原则和中心法则完成表格双链DNAαβTmRNAtRNA氨基酸种类亮氨酸注：亮氨酸的密码子为CUA七、碱基与氨基酸数目、分子量计算根据蛋白质的合成过程，基因中每3个碱基对转录出mRNA的3个碱基(一个密码子)，再通过翻译决定一个氨基酸(无特别说明，不考虑终止密码子)于是存在下图所示的对应关系考虑：1、水蛭素是由65个氨基酸组成的蛋白质，控制该蛋白质的基因至少含有碱基的个数___________；需tRNA的个数__________；2、某氨基酸由n条肽链组成，氨基酸的平均分子量是a，控制该蛋白质合成的基因含b个碱基对，则该蛋白质的分子量约为()A、2ab/3-6b+18nB、ab/3-6bC、18(a/3b-a)D、ab/33、科学家用人工合成的只含U的RNA为模板，在一定条件下合成了只有由苯丙氨酸组成的多肽，又有科学家用C、U两种碱基相间排列的mRNA为模板检验一个密码子所含有的碱基数目(为2或3或4)。假如一个密码子中含有两个或四个碱基，则该RNA指导合成的多肽链应由_______种氨基酸组成。假如一个密码子中含有三个碱基，则该RNA指导合成的多肽链应由_______种氨基酸组成。