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第三章 遗传的分子基础
第4节 基因控制蛋白质合成
资料分析：有一种发光的水母生活在的太平洋西部，这种水母的DNA分子上有一片段—荧光蛋白基因。转基因实验表明，转入了水母荧光蛋白基因的转基因鼠，能够合成荧光蛋白，所以在紫外线照射下，也能像水母那样发荧光。
水母
荧光鼠
白化藏猪
小鼠出现荧光，猪出现白化现象，这些性状是由什么物质直接体现出来的？
生命活动的承担者-----蛋白质
改造基因，意味着可以改变蛋白质的种类，从而影响生物的性状
基因是什么？基因如何控制蛋白质的合成？
一、基因通常是DNA分子的功能片段
什么是基因
是具有遗传效应的DNA片段（包括部分病毒的RNA片段）
是遗传物质结构和功能的基本单位
是DNA分子上含特定遗传信息的核苷酸序列的总称
碱基对的排列顺序（核苷酸的排列顺序）
1、携带遗传信息：以自身为模板，半保留的进行复制，保持遗传信息的稳定性。
2、表达遗传信息：DNA中贮存的遗传信息决定蛋白质的结构。
DNA分子的双重功能
1.大肠杆菌细胞的拟核有1个DNA分子，长度约为4. 7×106个碱基对，在DNA分子上分布着大约4.4×103个基因，每个基因的平均长度约为1×103个碱基对。
[讨论1]生物体内的DNA分子数目与基因数目相同吗？生物体内所有基因的碱基总数与DNA分子的碱基总数相同吗？如果不同，说明了什么？
说明一个DNA分子上含有多个基因
基因的碱基对总数＜DNA分子的碱基对总数
生物体内的DNA分子数＜基因数目
说明基因是DNA的片段
结论
基因是DNA的片段，基因不是连续分布在DNA上的，而是由碱基序列将其分隔开的。
基因A
基因B
基因C
含有3个基因的DNA片段的模式图
非基因片段
非基因片段
非基因片段
非基因片段
说明基因与DNA关系的实例--资料1
2.人类基因组计划测定的是24条染色体（22条染色体+X+Y）上的DNA的碱基序列。其中，每条染色体上有一个DNA分子。这24个DNA分子大约有31.6亿个碱基对，其中，构成基因的碱基数占碱基总数的比例不超过2%。
结论：构成基因的碱基数 < 碱基总数
这说明并不是随便一段DNA就称为基因。基因是一段DNA，但是一段DNA不一定是基因。
说明基因与DNA关系的实例--资料2
基因A
基因B
基因C
含有3个基因的DNA片段的模式图
基因不是连续分布在DNA上的，而是由碱基序列将其分隔开的。基因是DNA中特定的片段。
3.生长在太平洋西北部的一种水母能发出绿色荧光，这是因为水母的DNA上有一段长度为5.17×103个碱基对的片段——绿色荧光蛋白基因。转基因实验表明，转入了水母绿色荧光蛋白基因的转基因鼠，在紫外线的照射下，也能像水母一样发光。
说明基因与DNA关系的实例--资料3
基因可以切除，可以拼接到其他生物的DNA上，从而获得某种性状。
基因具有一定独立性。（生物遗传的基本单位）
结论：基因具有遗传效应，它可以独立起作用。
资料1、资料2
大肠杆菌、人的全部基因的碱基总数只是全部DNA分子碱基总数的一部分。
基因是DNA的片段
问题探讨、资料3
转基因生物的特有性状与导入基因有关，且导入基因有一定的独立性。
基因具有遗传效应
基因是具有遗传效应的DNA片段
基因能控制生物性状
说明基因与DNA关系的实例--基因与DNA的关系
总结染色体、DNA和基因三者之间的关系，并以你认为最简明的形式表示出来。
（1）如下图所示：
（2）文字：基因是染色体上具有遗传效应的DNA片段。
我是大名鼎鼎的艾滋病毒，我体内有基因吗？
有些病毒的遗传物质是RNA，
如HIV病毒（艾滋病病毒）、SARS-CoV-2病毒(新冠病毒）等。
对这类病毒而言，基因就是有遗传效应的RNA片段。
基因通常是有遗传效应的DNA片段。
说明基因与RNA关系的实例
注意：
绝大多数生物的遗传物质是DNA，通常，我们所说的基因是指有遗传效应的双链DNA片段。遗传信息是指DNA分子中碱基（或碱基对、脱氧核苷酸）的排列顺序；
而RNA病毒的遗传物质是RNA，其基因是具有遗传效应的RNA片段。遗传信息是指RNA分子中碱基（或核糖核苷酸）的排列顺序。
基因在生物体内具体存在于哪些部位？
染色体上（核基因）、线粒体和叶绿体中（质基因）、原核生物的拟核区域、病毒体内
你如何理解基因具有遗传效应？
如能够指导相应蛋白质的合成、控制生物体的性状等
基因是特定的DNA片段，可以切除，可以拼接到其他生物的DNA上去，从而获得某种性状的表达，所以基因是遗传物质的结构单位。
说明基因与DNA关系的实例--问题探讨
基因通过控制蛋白质的合成来控制细胞的生命活动，即性状的表现
基因
DNA为什么不能出细胞核指导蛋白质的
合成？
核糖体为何不进入细胞核合成蛋白质？
DNA是遗传物质；
细胞核控制细胞的遗传和代谢。
细胞核的核孔通道直径为9nm，核糖体为圆形颗粒状，直径约为23nm
思考一：位于细胞核的基因如何控制细胞质中的核糖体进行蛋白质的合成？
DNA(基因)
蛋白质
？
细胞核
细胞质中的核糖体
基因
思考二：RNA为何适于作为DNA信使？
DNA(基因)
蛋白质
细胞核
细胞质中的核糖体
RNA
5'
3'
5'
3'
脱氧
核糖
碱基
DNA
AGCT
5'
3'
U
RNA
核糖
碱基
AGCU
一、DNA分子上的遗传信息通过转录传递给RNA
脱氧核糖
胸腺嘧啶（T）
磷酸
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
核糖
尿嘧啶（U）
DNA
RNA
种 类 DNA RNA
组 成 部 分 碱基
磷酸 五碳糖
全 称
基本组成单位
空间结构
分布（真核细胞）
特有：T
特有：U
共有： A、G、C
都有磷酸
脱氧核糖
核糖
脱氧核糖核酸
核糖核酸
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
多为规则双螺旋结构
多为单链
细胞核（主要）
线粒体、叶绿体
细胞质（主要）
一、DNA分子上的遗传信息通过转录传递给RNA
RNA适于作DNA的信使的原因
种类 mRNA tRNA rRNA
名称 信使RNA 转运RNA 核糖体RNA
功能
结构
示 意 图
共同点 行使传达DNA上遗传信息功能
把氨基酸运送到核糖体，使之按照mRNA的信息指令连接起来，形成蛋白质
核糖体的重要成分，是核糖体行使其功能所必需的
单链
单链，部分碱基配对形成三叶草型结构
单链
①都是转录的产物；②基本单位相同；③都与翻译过程有关。
RNA的种类、结构及功能
少数RNA还具有催化作用，有的作为RNA病毒的遗传物质
注意：
mRNA、rRNA和tRNA都是转录而来的。
3
5
3
5
5
二、转录的过程
转录：是以DNA的一条链为模板，依据碱基互补配对原则，合成RNA的过程。
基因
某一启动部位（启动子）
RNA聚合酶
1、转录的起始（以mRNA为例)
RNA聚合酶结合到基因的启动子（RNA聚合酶结合位点）位置，转录就开始，转录不是沿着整条DNA长链进行的。
5’
3’
3’
5’
第一步 解旋
DNA双链解开（_____________的催化），碱基暴露出来；
RNA聚合酶
注意：该过程不需要解旋酶，RNA聚合酶有解旋作用；
2、转录的过程
碱基互补配对原则
3’
5’
3’
5’
3’
5’
第2步 mRNA开始合成
在RNA聚合酶的作用下，以其中一条链为模板，按照碱基互补配对原则，游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对。
新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上（RNA聚合酶的催化形成磷酸二酯键）
第3步 mRNA的延伸
（ 方向： ）
子链从5'-端到3 '-端
2、转录的过程
配对方式：A—U；G—C；C—G；T—A
第4步 转录的结束和mRNA的释放
合成的mRNA从DNA上释放，而后DNA恢复双螺旋结构。
mRNA
（先合成先释放）
终止子
RNA聚合酶
2、转录的过程
3、真核与原核基因转录的相同点和区别
相同点：mRNA都是由编码区转录而来。
区别：真核基因编码区转录出的是mRNA前体，要经过剪切和拼接才能成为具有功能的成熟mRNA，不同的拼接方式可产生不同的mRNA；而原核基因不需要。
RNA聚合酶
模板链
RNA
游离的核苷酸
编码链
核糖核苷酸加到RNA末端
思考1：从图中你能否判断转录的方向？
思考2：转录的时候是沿着整条DNA链转录的？
从左到右RNA链的5'→3';模板链的3'→5'
以基因为单位进行转录的（一个或几个基因）
RNA-DNA杂交区域
转录的过程
阅读Ｐ７１-Ｐ７2页，分析图中字母代表的物质？
转录方向？
3'
5'
3'
5'
5'
3'
RNA聚合酶
模板链
RNA
游离的核苷酸
编码链
转录过程
核糖核苷酸加到RNA末端
思考4：转录出来的RNA直接进入细胞质用于蛋白质的合成？
转录特点：边解旋边转录
思考3：RNA聚合酶的作用？
RNA-DNA杂交区域
1.解旋（使DNA的双螺旋解开）
2.形成磷酸二酯键
需要在细胞核内进行加工，形成成熟的mRNA
思考3:细胞核内成熟的mRNA通过什么结构进入细胞质中？穿过几层膜结构？
U
A
A
G
U
C
C
C
T
T
G
G
A
A
A
游离的核糖核苷酸
RNA聚合酶
mRNA
DNA
1. 解旋
RNA聚合酶与编码蛋白质的一段DNA结合，使DNA双链解开，碱基暴露出来。
游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对，在RNA聚合酶的作用下开始mRNA的合成。
新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上。
4. 释放
3. 连接
2. 配对
合成的mRNA从DNA链上释放。而后，DNA双螺旋恢复。
DNA分子上的遗传信息通过转录传递给RNA
1、条件:
2、原则:
3、特点:
③能量
亲代DNA（基因）的一条链
4种游离的核糖核苷酸
RNA聚合酶打开氢键，形成磷酸二酯键
由细胞代谢提供的ATP
边解旋边转录 (从过程上看)
①模板
②原料
④酶
碱基互补配对原则
从子链的5' 端向 3' 端延伸
4、方向:
DNA转录的过程
6、意义:
遗传信息从DNA传递到RNA（mRNA）上，为翻译做准备。
5、产物:
mRNA、tRNA、rRNA
1.下图表示细胞核中所完成的mRNA的形成过程示意图，有关叙述正确的是(　　)
A．图中RNA聚合酶的移动方向是从左向右
B．图中RNA与a链碱基互补
C．图示RNA—DNA杂交区域中DNA上的A与RNA上的T配对
D．DNA双螺旋解开需要解旋酶的参与，同时消耗能量
A
习题巩固

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