第四章

基因的表達

第1節

基因指導蛋白質的合成

高中生物《遺傳與進化》

中心法則與遺傳密碼子的破譯

克里克(

F.Crick，1916

~

2004

)

尼倫伯格(

M.W.Nirenberg，1927

~

2010

)

克里克在DNA分子雙螺旋結構模型建立以后，就投身于遺傳密碼的破譯研究。當時DNA上的遺傳信息傳遞給RNA的過程已經研究清楚，但是RNA如何指導蛋白質的合成仍然是一個謎團。

克里克的研究團隊利用特定的化學試劑分別去除噬菌體DNA的一個、兩個或三個核苷酸后，觀察基因能否被正確的讀取。實驗結果表明：基因只有刪除三個相鄰的核苷酸時，才能被正確地讀取。1960年，正在從事體外蛋白質人工合成研究的尼倫伯格和同事們設計了一個精巧的實驗破譯了第一個遺傳密碼子。

將20種氨基酸平分成5組，分別加入五只試管，再向每支試管中加入多聚U（—UUUUUUUUUUUU—），結果確認只有加入苯丙氨酸的試管中有多肽產生了。

第一個遺傳密碼子：苯丙氨酸（UUU）產生多肽產生多肽一、尼倫伯格的蛋白質體外合成實驗【尼倫伯格的結論】：

多聚U可以控制苯丙氨酸的合成——苯丙氨酸（UUU）

【密碼子】mRNA上決定一個氨基酸的三個相鄰的核苷酸稱為一個密碼子。如：UUU、UUC可以編碼苯丙氨酸；AAG、AAA可編碼賴氨酸；

ACU、ACC、ACA、ACG可編碼蘇氨酸等。【特別提醒】一般用三個連續的堿基表示密碼子四種堿基：A、U、G、C【密碼子表分析】1、密碼子共64種2、起始密碼子：（AUG—編碼甲硫氨酸）3、終止密碼子：（UAA、UAG、UGA）

一般不編碼氨基酸【密碼子的特點】1、簡并性：絕大多數氨基酸對應幾種遺傳密碼子2、通用性：幾乎所有生物都共用一套遺傳密碼子種類功能圖示二、幾種常見的RNA分子的比較mRNA（信使RNA）tRNA（轉運RNA）rRNA（核糖體RNA）病毒RNA核酶RNA蛋白質合成的模板轉運氨基酸，三個連續的堿基為反密碼子，可以識別密碼子并與之結合核糖體的組成成分部分病毒的遺傳物質在RNA自剪切中起催化作用三、中心法則的過程DNA的復制DNA的轉錄mRNA的翻譯DNA單鏈DNA單鏈mRNA

【遺傳信息的流動】1、DNA的復制、轉錄以及mRNA的翻譯過程均有遺傳信息的流動。其中轉錄、翻譯過程合稱基因的表達。2、同一個體不同的細胞會進行基因的選擇性表達（即：細胞分化的本質）：不同的細胞先轉錄產生不完全

相同的RNA，再翻譯產生不完全相同的蛋白質。

【中心法則要點提醒】1、生物的各種性狀受DNA或RNA控制，但要通過蛋白質來體現。基因對性狀的控制有兩條途徑：一是基因通過控制

蛋白質的結構直接控制生物體的性狀。二是基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而間接控制生物體的性狀；2、有些基因可決定或影響多種性狀（如：豌豆的圓形、皺形基因也影響了種子中淀粉的數量和種類）。

一種性狀也可受多個基因影響（如：人的身高受到很多個基因的影響）。3、生物的性狀是由基因決定，同時也受到環境的影響（如：韭菜【有光培養為綠色】、韭黃【無光培養為黃色】）。4、轉錄主要發生在細胞核中，是以DNA的一條鏈為模板合成RNA的過程，以4種核糖核苷酸為原料。5、翻譯主要發生在細胞質的核糖體上，是以mRNA為模板合成蛋白質的過程，以氨基酸為原料。6、翻譯過程中，mRNA相對靜止，核糖體沿著mRNA移動，核糖體移動的方向就是翻譯的方向。

（從mRNA的5’端

→

3’端方向進行）。7、遺傳信息的傳遞過程中遵循堿基互補配對原則（DNA復制、轉錄、翻譯、RNA復制、逆轉錄過程有些差別）。8、并非所有的生物都能進行中心法則的5種生理過程。如：RNA的復制和逆轉錄只發生在被RNA病毒寄生的細胞之中。9、合成DNA的過程：DNA復制、逆轉錄。

合成RNA的過程：RNA復制、轉錄。

合成蛋白質的過程：翻譯。10、細胞分化的本質:基因選擇性表達。（不同的細胞先轉錄產生不完全相同的RNA，再翻譯產生不完全相同的蛋白質）

DNA與DNA的堿基互補配對：

DNA復制DNA與RNA的堿基互補配對：

轉錄、逆轉錄A—UT—A

G—CC—GA—TT—A

G—CC—GRNA與RNA的堿基互補配對：

翻譯、RNA復制A—UU—A

G—CC—G比較項目DNA復制轉錄翻譯逆轉錄RNA復制場

所模

板原

料產

物遺傳信息傳遞中心法則各過程的比較主要在細胞核主要在細胞核核糖體宿主細胞宿主細胞DNA兩條鏈DNA一條鏈mRNA病毒RNA病毒RNA4種脫氧核苷酸4種核糖核苷酸氨基酸4種脫氧核苷酸(宿主提供)4種核糖核苷酸(宿主提供)關鍵酶解旋酶、DNA聚合酶RNA聚合酶多種酶

逆轉錄酶（病毒帶入宿主）

RNA復制酶（病毒帶入宿主）DNA各種RNA蛋白質DNA病毒RNADNA→DNADNA→RNAmRNA→蛋白質RNA→DNARNA→RNA考點一、遺傳信息的轉錄1、下列哪項是DNA和RNA共同具有的(

)A．規則的雙螺旋結構

B．脫氧核糖

C．尿嘧啶

D．腺嘌呤

D2、如圖為轉運某氨基酸的tRNA，對此相關敘述正確的是（

）A.

該tRNA還能識別并轉運其他氨基酸B.

此種氨基酸只能由該tRNA轉運C.編碼此種氨基酸的密碼子是GUAD.tRNA由多個核糖核苷酸構成D3、在人體中由A、T、C三種堿基參與構成的核苷酸共有(

)A．2種

B．4種

C．5種

D．8種C4、下列關于真核生物DNA轉錄的敘述不正確的是(

)A．DNA的兩條鏈都做模板

B．以核糖核苷酸為原料C．多數發生在細胞核

D．邊解旋邊轉錄A5、有關真核細胞DNA復制和轉錄這兩種過程的敘述，錯誤的是(

)A．兩種過程都可在細胞核中發生B．兩種過程都有酶參與反應C．兩種過程都以脫氧核糖核苷酸為原料D．兩種過程都以DNA為模板C6、如圖表示在人體細胞核中進行的某一生命過程，下列說法正確的是(

)A．該過程僅發生在細胞核內B．該過程與DNA復制時堿基互補配對方式

完全相同C．該過程涉及ATP的消耗D．游離的脫氧核苷酸有秩序地與DNA單鏈

上的堿基互補配對C7、某DNA轉錄形成的mRNA分子中腺嘌呤(A)占堿基總數的10％，尿嘧啶(U)占堿基

總數的30％，則轉錄出該mRNA的DNA片段中，腺嘌呤(A)所占的比例為()A.10%B.20%C.30%D.40%B8、對于下列圖解，分析正確的是()①表示DNA復制過程②表示DNA轉錄過程③共有5種堿基④共有5種核苷酸

⑤共有8種核苷酸

⑥A均代表同一種核苷酸A．①②③

B．④⑤⑥

C．②③⑤

D．①③⑤C9、如圖為真核生物細胞核內轉錄過程的示意圖，下列說法正確的是(

)A．①鏈的堿基A與②鏈的堿基T互補配對B．②是以4種核糖核苷酸為原料合成的C．如果③表示酶分子，則它的名稱是DNA聚合酶D．轉錄完成后，核糖體進入細胞核與②結合，開始合成蛋白質BDNA模板鏈mRNARNA聚合酶10、如圖某生物細胞核內一生理過程，關于圖示的說法中錯誤的是(

)A．圖中所示正在進行的過程是轉錄B．從化學成分上看，圖中的2和5相同C．若已知a鏈上形成e鏈的片段中堿基比例為A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，

則e鏈的堿基比例是U∶A∶C∶G＝1∶2∶3∶4D．通過該過程，遺傳信息由a傳遞到了e上BGTAGUA11、如圖表示某真核生物細胞內DNA的轉錄過程，請據圖分析回答下列問題：(1)在圖中方框內用“→”或“←”標出轉錄的方向。(2)b與c在結構組成上相同的化學基團為____________________，

不同的基團為____________________________。(3)a為上述過程必需的有機物，其名稱為___________，化學本質是________。(4)在根尖細胞中，上述過程發生在________和__________中，若在葉肉細胞中，

還可出現在________中。←磷酸基團、胞嘧啶五碳糖（b是脫氧核糖，c是核糖）RNA聚合酶蛋白質細胞核線粒體葉綠體RNA聚合酶胞嘧啶脫氧核苷酸mRNA第四章

基因的表達

第2節

基因表達與性狀的關系

高中生物《遺傳與進化》

一、基因表達產物與性狀的關系編碼淀粉分支酶的基因（

R）合成淀粉分支酶淀粉(大量)種子吸水能力強圓形種子編碼淀粉分支酶的基因

發生突變（

r）淀粉分支酶活性下降淀粉(少量)種子吸水能力減弱皺形種子實例一：豌豆圓形與皺形的形成機制【結論】：基因可通過控制酶的合成來控制代謝

過程，間接控制生物的性狀。

實例二：人類白化病的發病機理酪氨酸酶基因mRNA酪氨酸酶酪氨酸中間產物黑色素轉錄翻譯催化【注意】基因突變的產生可以先影響轉錄產生的mRNA，再影響翻譯產生的蛋白質，最后影響生物性狀。【結論】：基因可通過控制酶的合成來控制代謝過程，間接

控制生物的性狀。

編碼CFTR蛋白的基因缺失3個堿基CFTR蛋白在508位缺少苯丙氨酸CFTR蛋白空間結構發生變化CFTR蛋白轉運氯離子的功能異常支氣管黏液增多，管腔受阻，細菌在肺部大量繁殖，肺功能嚴重受損【結論】：基因可通過控制蛋白質的結構直接控制生物體

的性狀實例三：人類肺部囊性纖維化的發病機理二、基因的選擇性表達與細胞分化在受精卵發育為個體的過程中，既有細胞的分裂過程，也有細胞的分化過程。細胞分裂導致細胞數量增加，細胞分化導致細胞種類的增加。三種細胞中基因相同，但轉錄產生的mRNA不完全相同，導致翻譯產生的蛋白質不完全相同，最終導致細胞種類有所差別。基因選擇性表達細胞分化細胞種類增加三、表觀遺傳引起的可遺傳變異【表觀遺傳】：生物體基因的堿基序列不變，但基因表達和表型發生可遺傳變化的現象。

兩側對稱花序（Lcyc基因正常表達）輻射對稱花序（Lcyc基因不表達）DNA的甲基化過程DNA的甲基化實例一×AvyAvyaa【表觀遺傳】：生物體基因的堿基序列不變，但基因表達和表型發生可遺傳變化的現象。

子代的基因型都是：

Avya

但卻表現出介于黃色和黑色之間的一系列過渡類型。雖然子代小鼠基因型相同，但是Avy基因甲基化程度越高，黃色素合成越少，黑色越明顯。實例二【表觀遺傳】：生物體基因的堿基序列不變，但基因表達和表型發生可遺傳變化的現象。

實例三：同卵雙胞胎之間的微小差異實例四：蜜蜂種群內蜂王、工蜂的差異【表觀遺傳】：生物體基因的堿基序列不變，但基因表達和表型發生可遺傳變化的現象。

實例五：煙草對人體的影響煙草中的化學物質會導致人體DNA的甲基化水平增高，對染色體上的組蛋白也會產生影響，導致精子活力下降，影響健康水平。考點四、基因選擇性表達與細胞分化1、基因通過表達特定蛋白質來控制生物的性狀，以下敘述有錯誤的是（

）

A.

基因上的堿基對序列是遺傳信息

B.

密碼子在mRNA上C.

密碼子有61種

D.

反密碼子有61種C2、下面關于基因、蛋白質、性狀之間關系的敘述中，錯誤的是(

)A．生物體的一切性狀完全由基因控制，與環境因素無關B．基因可通過控制蛋白質的結構直接控制生物體的性狀C．基因可通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而間接控制生物體的性狀D．基因的遺傳信息可通過轉錄和翻譯傳遞到蛋白質得以表達3、Leber遺傳性視神經病的患者出現視神經萎縮，視野變形等特征，此病由線粒體DNA上的基因控制。某女士的母親患有此病，如果該女士結婚生育，下列預測正確的是(

)A．如果生男孩，孩子不會攜帶致病基因B．如果生女孩，孩子不會攜帶致病基因C．不管生男或生女，孩子都會攜帶致病基因D．必須經過基因檢測，才能確定AC4、關于基因、蛋白質與性狀之間關系的敘述中不正確的是()A．生物體的性狀完全由基因控制

B．蛋白質是生命活動的體現者和承擔者C．蛋白質的結構由DNA結構控制

D．基因與性狀不都是簡單的線性關系A5、豌豆的某突變體中編碼淀粉分支酶的基因(R)被插入的DNA序列打亂，導致淀粉分支酶不能合成，無法催化蔗糖合成淀粉，造成種子中積累較多的蔗糖，因而表現為甜和皺縮的新性狀。上述實例說明(

)A.一個基因可以影響多個性狀

B.一個性狀可以受多個基因的影響C.性狀是基因和環境共同作用的結果

D.基因和性狀之間是一一對應的關系A6、豌豆種子有圓粒和皺粒兩種，如圖為圓粒種子形成機制的示