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第 10 講 基因的表達 一、基因指導蛋白質(zhì)的合成 （一）遺傳信息的轉(zhuǎn)錄 1、DNA 與 RNA 的異同點 核酸 項目 DNA RNA 結構 通常是雙螺旋結構， 極少數(shù)病毒是單鏈 結構 通常是單鏈結構 基本單位 脫氧核苷酸（4 種） 核糖核苷酸（4 種） 五碳糖 脫氧核糖 核糖 堿基 A、G、C、T A、G、C、U 產(chǎn)生途徑 DNA 復制、逆轉(zhuǎn)錄 轉(zhuǎn)錄、RNA 復制 存在部位 主要位于細胞核中 染色體上，極少數(shù)位 于細胞質(zhì)中的線粒 體和葉綠體上 主要位于細胞質(zhì)中 功能 傳遞和表達遺傳信 息 ①mRNA：轉(zhuǎn)錄遺傳信息，翻譯的模板 ②tRNA：運輸特定氨基酸 ③rRNA：核糖體的組成成分 細胞生物（如人、水稻）內(nèi)含：2 種核酸、5 種堿基、8 種核苷酸 病毒含：1 種核酸、4 種堿基、5 種核苷酸 2、RNA 的類型 （1）信使 RNA（mRNA）（2）轉(zhuǎn)運 RNA（tRNA） （3）核糖體 RNA（rRNA） 3、轉(zhuǎn)錄 （1）轉(zhuǎn)錄的概念：以 DNA 的一條鏈為模板通過堿基互補配對原則形成信使 RNA 的過程。 （2）轉(zhuǎn)錄的場所：主要在細胞核 （3）轉(zhuǎn)錄的模板：以 DNA 的一條鏈為模板 （4）轉(zhuǎn)錄的原料：4 種核糖核苷酸 （5）轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物：一條單鏈的 mRNA （6）轉(zhuǎn)錄的原則 堿基互補配對 （7）轉(zhuǎn)錄與復制的異同（下表） 階段 項目 復制 轉(zhuǎn)錄 時間 細胞有絲分裂的間期或減數(shù)第一 次分裂間期 生長發(fā)育的連續(xù)過程 進行場所 主要細胞核 主要細胞核 模板 以 DNA 的兩條鏈為模板 以 DNA 的一條鏈為模板 原料 4 種脫氧核苷酸 4 種核糖核苷酸 條件 需要特定的酶和 ATP 需要特定的酶和 ATP 過程 在酶的作用下，兩條扭成螺旋的雙 鏈解開，以解開的每段鏈為模板， 按堿基互補配對原則（A—T、 在細胞核中，以 DNA 解旋后的一條 鏈為模板，按照 A—U、G—C、T—A、 C—G 的堿基互補配對原則，形成 C—G、T—A、G—C）合成與模 板互補的子鏈；子鏈與對應的母鏈 盤繞成雙螺旋結構 mRNA，mRNA 從細胞核進入細胞質(zhì) 中，與核糖體結合 產(chǎn)物 兩個雙鏈的 DNA 分子 一條單鏈的 mRNA 特點 邊解旋邊復制；半保留式復制（每 個子代 DNA 含一條母鏈和一條子 鏈） 邊解旋邊轉(zhuǎn)錄；DNA 雙鏈分子全保 留式轉(zhuǎn)錄（轉(zhuǎn)錄后 DNA 仍保留原來 的雙鏈結構）；只轉(zhuǎn)錄部分基因 遺傳信息的傳遞 方向 遺傳信息從親代 DNA 傳給子代 DNA 分子 遺傳信息由 DNA 傳到 RNA （二）遺傳信息的翻譯 1、遺傳信息、密碼子和反密碼子 遺傳信息 密碼子 反密碼子 概念 基因中脫氧核苷 酸的排列順序 mRNA 中決定一 個氨基酸的三個 相鄰堿基 tRNA 中與 mRNA 密碼子互補配對的三個堿基 作用 控制生物的遺傳 性狀 直接決定蛋白質(zhì) 中的氨基酸序列 識別密碼子，轉(zhuǎn)運氨基酸 種類 基因中脫氧核苷 酸種類、數(shù)目和 排列順序的不 同，決定了遺傳 信息的多樣性 64 種 61 種：能翻譯出 氨基酸 3 種：終止密碼 子，不能翻譯氨 基酸 61 種或 tRNA 也為 61 種 聯(lián)系 ①基因中脫氧核苷酸的序列 決定 mRNA 中核糖核苷酸的序列 ②mRNA 中堿基序列與基因模板鏈中堿基序列互補 ③密碼子與相應反密碼子的序列互補配對 2、翻譯 （1）定義：在核糖體中以信使 RNA 為模板，以轉(zhuǎn)運 RNA 為運載工具合成具有一定氨基酸 排列順序的蛋白質(zhì)分子。 （2）翻譯的場所：細胞質(zhì)的核糖體上 （3）翻譯的模板：mRNA （4）翻譯的原料：20 種 氨基酸（5）翻譯的產(chǎn)物：多肽鏈（蛋白質(zhì) ） （6）翻譯的原則：堿基互補配對 （7）翻譯與轉(zhuǎn)錄的異同點（下表）： 階段 項目 轉(zhuǎn)錄 翻譯 定義 在細胞核中，以 DNA 的一條鏈為 模板合成 mRNA 的過程 以信使 RNA 為模板，合成具有一 定氨基酸順序的蛋白質(zhì)的過程 場所 細胞核 細胞質(zhì)的核糖體 模板 DNA 的一條鏈 信使 RNA 信息傳遞的方向 DNA→mRNA mRNA→蛋白質(zhì) 原料 含 A、U、C、G 的 4 種核苷酸 合成蛋白質(zhì)的 20 種氨基酸 產(chǎn)物 信使 RNA 有一定氨基酸排列順序的蛋白質(zhì) 實質(zhì) 是遺傳信息的轉(zhuǎn)錄 是遺傳信息的表達 （三）基因表達過程中有關 DNA、RNA、氨基酸的計算 1、轉(zhuǎn)錄時，以基因的一條鏈為模板，按照堿基互補 配對原則，產(chǎn)生一條單鏈 mRNA，則轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的 mRNA 分子中堿基數(shù)目是基因中堿基數(shù)目的一半， 且基因模板鏈中 A+T（或 C+G）與 mRNA 分子中 U+A（或 C+G）相等。 2.翻譯過程中，mRNA 中每 3 個相鄰堿基決定一個氨基酸，所以經(jīng)翻譯合成的蛋白質(zhì)分子中 氨基酸數(shù)目是 mRNA 中堿基數(shù)目的 1/3，是雙鏈 DNA 堿基數(shù)目的 1/6 。 二、基因?qū)π誀畹目刂? 1.中心法則：最先是由克里克命名，指的是遺傳信息傳遞的一般規(guī)律。 2.基因、蛋白質(zhì)與性狀的關系 酶或激素 細胞代謝 基因 性狀 結構蛋白 細胞結構 （1）基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物的性狀；如白化病等 （2）基因通過控制蛋白質(zhì)的結構，直接控制生物的性狀；如鐮刀型細胞貧血等 3.基因型與表現(xiàn)型的關系，基因的表達過程中或表達后的蛋白質(zhì)也可能受到環(huán)境因素的影 響。 4.生物體性狀的多基因因素：基因與基因、基因與基因產(chǎn)物、基因與環(huán)境之間多種因素存在 復雜的相互作用，共同地精細地調(diào)控生物的性狀。