第4章基因的表達第1節基因指導蛋白質的合成[必備知識]1．與DNA不同的是，組成RNA的五碳糖是核糖而不是脫氧核糖；RNA的堿基組成中沒有堿基T(胸腺嘧啶)，而替換成堿基U(尿嘧啶)；RNA一般是單鏈，而且比DNA短，因此能夠通過核孔，從細胞核轉移到細胞質中。(P64～65)2．RNA有三種，分別是mRNA、tRNA和rRNA；核仁受損會影響rRNA的合成，進而影響核糖體的形成。(P65)3．基因的表達包括轉錄和翻譯過程。4．RNA是在細胞核中，通過RNA聚合酶以DNA的一條鏈為模板合成的，這一過程叫作轉錄。(P65)5．mRNA上3個相鄰的堿基決定1個氨基酸。每3個這樣的堿基叫作1個密碼子。(P66)6．正常情況下，UGA是終止密碼子，但在特殊情況下，UGA可以編碼硒代半胱氨酸。在原核生物中，GUG也可以作起始密碼子，此時它編碼甲硫氨酸。(P67圖表注釋)7．核糖體是沿著mRNA移動的。核糖體與mRNA的結合部位會形成2個tRNA的結合位點。(P68)8．科學家克里克于1957年提出了中心法則：遺傳信息可以從DNA流向DNA，即DNA的復制；也可以從DNA流向RNA，進而流向蛋白質，即遺傳信息的轉錄和翻譯。(P69)[重要圖解]1．tRNA的結構示意圖(圖甲)tRNA的種類很多，但是，每種tRNA只能識別并轉運一種氨基酸。tRNA比mRNA小得多，其一端是攜帶氨基酸的部位，另一端有3個相鄰的堿基。每個tRNA的這3個堿基可以與mRNA上的密碼子互補配對，叫作反密碼子。(P67)甲乙2．一個mRNA分子上結合多個核糖體，同時合成多條肽鏈(圖乙)在細胞質中，翻譯是一個快速的過程。這是因為通常一個mRNA分子上可以相繼結合多個核糖體，同時進行多條肽鏈的合成，因此，少量的mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白質。如右圖所示，圖中①表示核糖體，②表示mRNA，核糖體的移動方向是由左向右（由右向左、由左向右），圖中合成的4條多肽鏈的氨基酸序列相同（相同、不相同）。(P69)3．中心法則圖解(虛線表示少數生物的遺傳信息的流向)(P69)遺傳信息可以從DNA流向DNA，即DNA復制；也可以從DNA流向RNA，進而流向蛋白質，即遺傳信息的轉錄和翻譯（基因表達）。少數生物的遺傳信息可以從RNA流向RNA以及從RNA流向蛋白質。DNA復制，②轉錄，③RNA復制，④翻譯，⑤逆轉錄。（3）不同生物能發生的過程不同正常細胞：①（分裂細胞）②④。DNA病毒：①②④。(宿主細胞內)RNA病毒：③④。(宿主細胞內)逆轉錄病毒：⑤①②④。(宿主細胞內)[易錯提醒]錯點1：誤認為“轉錄只能在細胞核進行”精析：轉錄不只是能在細胞核中進行，教材轉錄的定義是以真核細胞為前景介紹的。而對原核細胞來說，沒有細胞核，是在擬核區域進行轉錄的。另外，真核細胞的線粒體、葉綠體也含有細基因，在這些細胞器中也能轉錄。錯點2：誤認為“所有細胞均可進行復制、轉錄與翻譯”精析：并非所有細胞均可進行復制、轉錄與翻譯：①只有分生組織細胞（或細胞增殖過程中）才能進行“復制(當然也進行轉錄與翻譯)”。②高度分化的細胞不再增殖的細胞只進行轉錄、翻譯，不進行復制。③哺乳動物成熟紅細胞“復制、轉錄、翻譯”均不進行。錯點3：誤認為“轉錄時DNA雙鏈打開需解旋酶”精析：遺傳信息的轉錄過程中也有DNA的解旋過程，該過程不需要解旋酶，因為RNA聚合酶也有解旋功能。錯點4：誤認為“核糖體的移動方向、密碼子的讀取方向、反密碼子的讀取方向都是從5'-端到3'-端”精析：核糖體從mRNA的5'-端向3'-端移動，故密碼子的讀取方向從mRNA的5'-端向3’-端，tRNA一端有一個游離的磷酸基團,稱作5'-端，另一端有一個羥基(—OH)，稱作3'-端(結合氨基酸的部位)，反密碼子的讀取從tRNA的3'-端到5'-端(羥基端到磷酸基團端)。錯點5：誤認為“RNA中不存在氫鍵”精析：RNA有mRNA、tRNA、rRNA，在tRNA中存在氫鍵。錯點6：不明確轉錄產物種類及作用而出錯精析：轉錄的產物不只是mRNA，還有tRNA、rRNA，但只有mRNA攜帶DNA的遺傳信息，3種RNA都參與翻譯過程，只是作用不同。錯點7：與密碼子有關的三個易錯點精析：（1）并不是所有的密碼子都決定氨基酸，其中終止密碼子不決定氨基酸。（2）每種氨基酸對應一種或幾種密碼子(密碼子簡并性)，可由一種或幾種tRNA轉運。（3）一種密碼子只能決定一種氨基酸，一種tRNA只能轉運一種氨基酸。錯點8：不能詮釋基因表達計算中的“最多”或至少精析：基因表達過程中，蛋白質的氨基酸的數目＝1/3mRNA的堿基數目＝1/6基因中的堿基數目。這個比例關系都是最大值，原因如下：①DNA中有的片段無遺傳效應，即基因間區不能轉錄出mRNA。②真核生物基因中存在不編碼氨基酸的編碼區內的內含子或非編碼區。③轉錄出的mRNA中有終止密碼子，終止密碼子不對應氨基酸，并且合成的肽鏈在加工過程中可能會剪切掉部分氨基酸，因此準確地說，mRNA上的堿基數目是蛋白質中氨基酸數目的3倍還要多一些，基因或DNA上堿基數目比蛋白質中氨基酸數目的6倍多。綜上分析，在解決此類計算時，不能忽略“最多”或“至少”等字：如mRNA上有n個堿基，轉錄產生它的基因中至少有2n個堿基，該mRNA指導合成的蛋白質中最多有n/3個氨基酸。錯點9：不能準確全面描述密碼子簡并的意義而出錯精析：從密碼子表可以看出，像苯丙氨酸、亮氨酸這樣，絕大多數氨基酸都有幾個密碼子，這一現象稱作密碼子的簡并。你認為密碼子的簡并對生物體的生存發展的意義有：①增強密碼子容錯性，即：當密碼子中有一個堿基改變時，由于密碼子的簡并性，可能并不會改變其對應的氨基酸；②從密碼子的使用頻率來考慮，可以保證翻譯的速度。這是因為當某種氨基酸使用頻率高時，幾種不同的密碼子都編碼同一種氨基酸。錯點10：誤認為“一個mRNA分子上結合多個核糖體可同時合成多條不同肽鏈”精析：通常，一個mRNA分子上可以相繼結合多個核糖體，但由于是同一條mRNA，所以，以這一條mRNA為模板合成的多肽鏈的氨基酸序列是相同的。錯點11：不能準確判斷不同細胞中中心法則的途徑精析：不同細胞中的中心法則途徑：高等動植物只有DNA復制、轉錄、翻譯三條途徑，如根尖分生區細胞等分裂旺盛的組織細胞中三條途徑都有；但葉肉細胞等高度分化的細胞中無DNA復制途徑，只有轉錄和翻譯兩條途徑；哺乳動物成熟的紅細胞中無信息傳遞。RNA復制和逆轉錄只發生在被RNA病毒寄生的細胞中，而在其他生物體內不能發生。錯點12：誤認為“基因的堿基序列不變，生物的性狀就不變”精析：生物體基因的堿基序列保持不變，但基因表達和表型發生可遺傳變化的現象，叫作表觀遺傳。表觀遺傳現象普遍存在于生物體的生長、發育和衰老的整個生命活動過程中。表觀遺傳能夠使生物體在基因的堿基序列不變的情況下發生可遺傳的性狀改變。錯點13：混淆基因與性狀的關系精析：基因與性狀的關系并不都是簡單的一一對應關系：基因與基因、基因與基因產物、基因與環境之間存在著復雜的相互作用，這種相互作用形成了一個錯綜復雜的網絡，精細地調控著生物體的性狀。錯點14:對DNA和RNA合成的判斷有誤精析：用放射性同位素標記T或U可判斷DNA和RNA的合成。若大量消耗T，可推斷正在發生DNA的合成；若大量消耗U，可推斷正在進行RNA的合成。錯點15:不能準確界定真核生物、原核生物基因表達或誤認為真核細胞中轉錄、翻譯均不能“同時”進行精析：(1)凡轉錄、翻譯有核膜隔開或具有“時空差異”的應為真核細胞“核基因”指導的轉錄、翻譯。(2)原核細胞基因的轉錄、翻譯可“同時進行”。(3)真核細胞的線粒體、葉綠體中也有DNA及核糖體，其轉錄、翻譯能“同時進行”。錯點16:誤認為逆轉錄酶同其他酶及能量、場所、原料一樣，均由病毒的寄主細胞提供(在寄主細胞中合成≠由寄主細胞提供)精析：(1)“1965年，科學家在某種RNA病毒里發現了一種RNA復制酶，能對RNA進行復制”。(2)“1970年，科學家在致癌的RNA病毒中發現逆轉錄酶，它能以RNA為模板合成DNA”。由此可見，RNA復制酶、逆轉錄酶均來自病毒自身，當然該酶起初應在寄主細胞的核糖體中合成并由寄主細胞提供原料而完成。錯點17:不能正確辨明六類酶——解旋酶、DNA聚合酶、限制酶、DNA連接酶、RNA聚合酶、逆轉錄酶精析：(1)解旋酶在DNA分子復制時使氫鍵打開。(2)DNA聚合酶在DNA分子復制時依據堿基互補配對原則使單個脫氧核苷酸連成脫氧核苷酸鏈。(3)限制酶是使兩個脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷裂。(4)DNA連接酶是將兩個DNA分子片段的末端“縫合”起來形成磷酸二酯鍵。(5)RNA聚合酶是RNA復制或DNA轉錄時依據堿基互補配對原則將單個核糖核苷酸連接成RNA鏈。(6)逆轉錄酶是某些RNA病毒在宿主細胞內利用宿主細胞的脫氧核苷酸合成DNA的一種酶。第2節基因表達與性狀的關系[必備知識]1．基因、蛋白質與性狀的關系(1)基因控制性狀的兩條途徑：基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物體的性狀；基因通過控制蛋白質的結構直接控制生物體的性狀。(P71)(2)基因與性狀的數量對應關系：一對一、一對多、多對一。2．細胞分化的本質就是基因的選擇性表達。基因的選擇性表達與基因表達的調控有關。(P72)3．除了DNA甲基化，構成染色體的組蛋白發生甲基化、乙酰化等修飾也會影響基因的表達。(P74“相關信息”)[重要圖解]DNA甲基化示意圖柳穿魚Lcyc基因和小鼠Avy基因的堿基序列沒有變化，但部分堿基發生了甲基化修飾(如圖)，抑制了基因的表達，進而對表型產生影響。這種DNA甲基化修飾可以遺傳給后代，使后代出現同樣的表型。像這樣，生物體基因的堿基序列保持不變，但基因表達和表型發生可遺傳變化的現象，叫作表觀遺傳。(P74)[易錯提醒]錯點1：誤認為“基因的堿基序列不變，生物的性狀就不變”精析：生物體基因的堿基序列保持不變，但基因表達和表型發生可遺傳變化的現象，叫作表觀遺傳。表觀遺傳現象普遍存在于生物體的生長、發育和衰老的整個生命活動過程中。表觀遺傳能夠使生物體在基因的堿基序列不變的情況下發生可遺傳的性狀改變。錯點2：混淆基因與性狀的關系精析：基因通過其表達產物——蛋白質來控制性狀，細胞內的基因表達與否以及表達水