第4章基因的表达

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分子的主要区别。 2.掌握遗传信息的转录和翻译过程及其异同。 【教材回归】 一、RNA与DNA的比较 核酸种类 项目 存在部位 结构特点 RNA 主要存在于细胞质中 通常呈单链结构，而且比 DNA 短，因此能 通过核孔，从细胞核转移到细胞质中 ①作为 RNA 病毒的遗传物质； ②少数 RNA 生理功能 具有催化作用；③mRNA：作为翻译时的直 接模板；④tRNA：作为翻译时氨基酸的转 运工具；⑤rRNA：参与核糖体的构成 产生途径 基本组成单位（单体） 无机酸 化学组成五碳糖 含氮碱基 二者的联系 核糖 A、U、C、G DNA 转录、RNA 复制 核糖核苷酸 磷酸 脱氧核糖 A、T、C、G DNA 复制、RNA 逆转录 脱氧核苷酸 主要的遗传物质，具有储存、传递 和表达遗传信息的功能 DNA 主要存在于细胞核中 通常呈规则的双螺旋结构（无法从 细胞核直接转移到细胞质中） 所有 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 场所 发生时间 以 DNA 双链中的一条链为模板合成 mRNA 的过程 主要是细胞核，此外还有线粒体和叶绿体 细胞中合成蛋白质时（随时可能发生） 第一步：利用细胞提供的能量，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 的双链部分解开时，细胞中游离的核糖核苷酸便随机地与 DNA 链上的碱基 过程 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 解旋过程的进行，合成的 mRNA 不断延伸并从 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。转录结束时，DNA 又恢复为 规则的双螺旋结构 特别提示： ①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，需要以 U 代替 T 与 A 互补配对。 ②mRNA 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与蛋白质的合成。 - 1 - 绵阳外国语学校高中生物备课组 （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 为模板合成具有一定氨基酸种类、数量和排列 顺序的蛋白质的过程。 2.翻译的实质 翻译实质上是将 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行的，此外还有线粒体和叶绿体。 4.密码子 mRNA 上决定一个氨基酸的 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 的分子结构呈三叶草的叶形，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，因而叫做反密码子。 tRNA 的种类 很多（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 移动，读取下一个密码子。原占据位点1 的 tRNA 离开核糖 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，继续肽链的合成。上述步骤2、3、4 沿 mRNA 链不断进行，直至核糖体读 取到 mRNA 上的终止密码，合成才告终止。 特别提示： ①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。在通常情况下，一个 mRNA 上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条 肽链的合成，因此少量的mRNA 就可以迅速合成出大量的蛋白质。 ②肽链合成以后，就从核糖体与 mRNA 的复合物上脱离开来，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结构和功能的蛋白质分子，开始承担细胞生命活 动的各项职责。 【要点突破】 一、RNA 与 DNA 的比较 1.DNA 与 RNA 的判定：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）单双链的判定：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，则一定是单链DNA（RNA）。 - 2 - 高考生物第一轮复习资料（教案）§2-4《基因的表达》 二、遗传信息的传递与表达过程的比较 功能 项目 发生时期 发生场所 模板 遗传信息的传递 复制 细胞分裂间期 转录 遗传信息的表达 翻译 生物体的整个生命进程中 细胞质中的核糖体上 mRNA 20 种氨基酸 主要是细胞核，此外还有线粒体和叶绿体 DNA 解旋后的两条链 4 种脱氧核苷酸 DNA 解旋后的一条链 4 种核糖核苷酸 ATP 解旋酶和 DNA 聚合酶 —— A=T，C≡G 2 个相同的双链 DNA 边解旋边复制，半保留复制 亲代 DNA→子代 DNA 各自进入一个子代 DNA 中 A=U，T=A，C≡G 1 条单链 mRNA 边解旋边转录 DNA→mRNA 重新盘绕成双螺旋结构 解旋酶和 RNA 聚合酶 基 本 条 件 原料 能量 酶 运载工具 —— tRNA A=U，C≡G 蛋白质 —— mRNA→蛋白质 分解成单个核苷酸 碱基配对原则 产物 特点 信息流 模板去向 三、遗传信息、密码子、反密码子的对应关系 以 β 链为模板 α β mRNA（密码子） DNA G A A T T C C T T A A G G A A U U C CUU AAG 亮氨酸 赖氨酸 tRNA（反密码子） 1.密码子 （1）密码子的种类 ①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。 ②普遍密码子：59 种，只能编码氨基酸。 ③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 ①在 64 种密码子中仅 61 种能够决定 20 种氨基酸；②一种氨基酸可以由一种