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第四章 基因的表达
第1节 基因指导蛋白质的合成
元素、脱氧核苷酸、DNA分子、染色体的关系
基本组成元素：__________________
基本组成物质：磷酸、 、含氮碱基
基本组成单位： （4种）
DNA双链
染色体
C、H、O、N、P
脱氧核糖
脱氧核苷酸
基因是有遗传效应的DNA片段
基因在染色体上呈线性排列
+蛋白质
复习回顾
新课导入
恐龙DNA
（缺陷）
青蛙DNA
补缺
完整DNA
恐龙
基因
蛋白质
从原理上分析，利用已灭绝生物的DNA，真的能够使他们复活吗？
一种生物的整套DNA中储存着该种生物生长、发育等生命活动所需的全部遗传信息。但是，从DNA到具有各种性状的生物体，需要通过极其复杂的基因表达及调控过程才能实现。因此，在可预见的将来，利用DNA来使灭绝的生物复活仍是难以做到的。
为什么转入的是基因，得到的却是蛋白质
基因和蛋白质之间存在着怎样的关系？
一、基因表达的概述
肤色
眼皮单双
血型
基因
控制生物性状
DNA
蛋白质
体现者
指导合成
基因指导蛋白质合成的过程，叫基因的表达。
问题：细胞核中DNA如何指导细胞质中蛋白质合成呢？
一、基因表达的概述
核糖体
DNA(2nm)
蛋白质
核孔0.9nm
实现核质之间频繁的物质交换和信息交流
DNA(基因）
主要存在于细胞核中
蛋白质的合成
在细胞质中的核糖体上进行
信使
信使
一、基因表达的概述
核糖体
DNA
蛋白质
信使
资料1: 1955年,戈德斯坦和普劳特观察到放射性物质标记的RNA从细胞核转移到细胞质。
资料2：1955年，布拉切特以洋葱根尖和变形虫为材料，用RNA酶分解细胞中的RNA，蛋白质的合成就停止。如果再加入酵母中提取的RNA，蛋白质又开始合成。
RNA
DNA
蛋白质
！
实验证据：
RNA充当了DNA的信使
为什么RNA适于做DNA的信使呢？
一、基因表达的概述
阅读课本P64-65内容，然后回答并总结下列问题：
1. RNA的结构单位是什么？
2. RNA与DNA在化学组成上的区别有哪些？
3. RNA的种类有哪三种？
4. RNA为什么适合作DNA的信使？
RNA为什么能作为DNA（基因）和蛋白质之间的媒介呢 ？
二、RNA的结构及分类1. RNA的结构层次基本组成元素：基本组成物质：基本组成单位：RNA(单链)：C、H、O、N、P磷酸基团、核糖、含氮碱基核糖核苷酸（4种）核苷酸链核糖P含氮碱基CH2O1'2'3'4'5'OHHOHHHH核糖PA核糖PC核糖PG核糖PURNA一般是单链，而且比DNA短，因此能通过核孔，从细胞核转移至细胞质中。
二、RNA的结构及分类
名称
基本单位
化学 组成 五碳糖
含氮碱基
无机酸 结构 (双螺旋/单链)
细胞中分布
脱氧核糖核酸(DNA)
核糖核酸(RNA)
脱氧核苷酸(4种)
核糖核苷酸(4种)
脱氧核糖
核糖
T(胸腺嘧啶)
U(尿嘧啶)
A(腺嘌呤)、G(鸟嘌呤)、C(胞嘧啶)
磷酸
双螺旋结构
单链结构
主要在细胞核中
主要在细胞质中
2. RNA与DNA的异同
二、RNA的结构及分类
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 遗传信息传递的媒介
转运氨基酸的工具
组成核糖体
单链
单链，部分碱基配对形成三叶草型结构
单链
①都是转录产物②基本单位相同③都与翻译过程有关
RNA中存不存在氢键？
3. RNA的种类及功能（P65）
作为蛋白质合成的模板
作为运载氨基酸的工具
参与核糖体的构成
作为部分病毒的遗传物质
少数具有催化作用
归纳总结：RNA的功能
tRNA
蛋白质
rRNA
核糖体
mRNA
二、RNA的结构及分类
二、RNA的结构及分类
4. RNA适于作DNA的信使的原因
(1)RNA也是由基本单位——核苷酸连接而成，由核糖、磷酸、碱基( C、G、A、U )共同组成核苷酸，它也能储存遗传信息。
(2)RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。
(4)RNA与DNA的关系中，也遵循“碱基互补配对原则”；因此以mRNA为媒介可将遗传信息传递到细胞质中。
(3)RNA为单链结构，不稳定，易降解，完成使命的RNA能迅速分解，保证生命活动的有序进行。
[例1] 与DNA相比，RNA特有的成分是(　　)
A.核糖和尿嘧啶
B.脱氧核糖和尿嘧啶
C.核糖和胸腺嘧啶
D.脱氧核糖和胸腺嘧啶
解析　与DNA相比，RNA特有的成分是核糖和尿嘧啶，A正确。
A
P63
习题巩固
[例2] RNA可能的功能是(　　)
①作为某些病毒的遗传物质　②作为某些细菌的遗传物质　③催化某些代谢反应　④转运氨基酸　⑤核糖体组成成分
A.①②③④⑤ B.①②③④ C.②③④⑤ D.①③④⑤
解析　RNA可以作为某些病毒的遗传物质，如HIV，①正确；细菌的遗传物质是DNA，②错误；酶具有催化作用，酶绝大多数是蛋白质，少数是RNA，故某些RNA能催化代谢反应，③正确；mRNA可以作为翻译的模板，④正确；tRNA可以转运氨基酸，⑤正确；核糖体组成成分是rRNA和蛋白质，⑥正确。
D
P64
习题巩固
三、遗传信息的转录过程
DNA的遗传信息
RNA的遗传信息
转录
过程如何呢
阅读课本P65内容，然后总结出转录的概念、场所、条件以及过程分别是什么？
三、遗传信息的转录过程
1. 概念：
通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA的过程。
2. 场所：
真核生物：细胞核（主要）、叶绿体和线粒体（基质）
原核生物：拟核、细胞质
3. 条件：
模板： DNA的一条链
酶： RNA聚合酶（断裂氢键、形成磷酸二酯键）等
原料： 4种游离的核糖核苷酸
能量： ATP
三、遗传信息的转录过程
⑴ 解旋：在ATP的驱动下，RNA聚合酶将DNA双螺旋的两条链解开，得到模板链
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
3'
5'
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
ATP
RNA聚合酶
该过程不需要解旋酶，RNA聚合酶有解旋作用
4. 转录的过程：
三、遗传信息的转录过程
⑵配对：游离的核糖核苷酸按碱基互补配对原则随机地与DNA
模板链上的碱基配对，确定RNA的核糖核苷酸排列顺序。
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
4. 转录的过程：
注意：氢键形成不需酶
DNA
RNA
G
C
C
G
T
A
A
U
配对方式:
三、遗传信息的转录过程
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
5'
3'
ATP
⑶ mRNA的延伸:在RNA聚合酶的催化下从子链的5‘端把子链的核糖核苷酸聚合成核糖核苷酸链。（形成磷酸二酯键）
合成方向：
特点：
边解旋边转录
4. 转录的过程：
子链的5’端→ 3’端
三、遗传信息的转录过程
⑷脱离：合成的mRNA从DNA链上释放，而后DNA双螺旋恢复。
U
A
U
G
C
A
U
G
A
U
C
G
A
G
C
U
U
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
3'
5'
细胞质
细胞核
mRNA
4. 转录的过程：
补充：mRNA通过核孔进入细胞质中，穿过0层膜，需要消耗能量
三、遗传信息的转录过程
遗传信息的转录过程（视频）
三、遗传信息的转录过程
1.DNA分子的解旋发生在________过程中。
A.复制 B.转录 C.翻译 D.复制和转录
2.果蝇的遗传物质由_________种核苷酸组成。
A. 2 B. 4 C. 5 D. 8
3. DNA和RNA的区别是（ 　）
　A、五碳糖不同 B、碱基种类不同
　C、空间结构不同 D、以上都是
D
B
D
三、遗传信息的转录过程
碱基互补配对
A－U、T－A、G－C、C－G
RNA（mRNA、tRNA、rRNA）
边解旋边转录
DNA→RNA
遗传信息从DNA传递到RNA（mRNA）上，为翻译做准备
从5’-端到3’-端
个体生长发育的整个过程
提醒：每次转录的只是DNA分子特定的基因片段（并非整个DNA）
6. 原则:
7. 产物:
8. 特点:
9.遗传信息传递的方向:
10. 转录的意义:
11. mRNA的延伸方向:
5. 时间:
三、遗传信息的转录过程
DNA复制和转录的比较
复　制 转　录
时间
场所 模板
原料
酶
产物
细胞分裂前的间期
个体生长发育的整个过程
主要在细胞核(线粒体、叶绿体)
DNA的两条链
DNA的一条模板链
4种脱氧核苷酸
。
4种核糖核苷酸
。
解旋酶、DNA聚合酶
RNA聚合酶
两个双链DNA
RNA（mRNA、tRNA、rRNA）
转录是以基因为单位，作为模板的只是DNA链中的基因片段，一个基因只以一条链为模板，不同基因模板链不同
DNA两条链中只有一条链是转录的模板链，到底哪条链是模板链不是固定不变的
一个DNA转录出的mRNA不完全相同
1.你能从这张转录示意图种获取到哪些信息？
思考讨论
（1）转录不是转录整个DNA，只是转录其中要表达的基因。
（2）细胞核中转录形成的RNA通过核孔进入细胞质中，穿过0层膜，需 要消耗能量
（3）细胞质基因（线粒体和叶绿体中基因）在控制蛋白质合成的过程中也进行转录（注：线粒体、叶绿体内含有核糖体，可以合成蛋白质）
（4）并非所有RNA分子均为单链结构。tRNA分子虽为单链，但存在碱基互补配对的区域，具有氢键。
（5）RNA特有的碱基为U(尿嘧啶)；DNA特有的碱基为T(胸腺嘧啶)。
思考讨论
DNA双链片段 a链
b链 C G A A C C T C A C G C
信使RNA
比较mRNA和b链，以及mRNA和a链的碱基序列的差异。
G C T T G G A G T G C G
G C U U G G A G U G C G
与模板链：碱基互补配对
与非模板链：碱基序列基本相同（T变成U）
2.转录产生的RNA的碱基序列与其模板链的碱基序列有何异同点？
与DNA的另外一条链的碱基序列有何异同点？
三、遗传信息的转录过程
三、遗传信息的转录过程
3. 分裂间期和细胞分裂期可以进行转录吗？
4. 高度分化的细胞转录吗？
5. 同种生物的不同细胞中，mRNA、tRNA、rRNA的种类相同吗？
分裂间期可以转录，细胞分裂期的染色体高度螺旋，DNA很难解旋，
转录很难发生
可以，不是所有的细胞都能进行DNA的复制，但是几乎所有的细胞都可以进行转录，例如：高度分化的细胞（如神经细胞、肌肉细胞），能进行转录和翻译，但不进行DNA的复制。
同种生物的不同细胞中，由于基因的选择性表达，mRNA的种类和数量一般是不相同的，但tRNA、rRNA的种类一般没有差异。
例题：DNA一条单链的碱基序列是5’-ACGGATCTA-3’，
1、请写出与它互补的另一条单链的碱基序列；
2、写出以它为模板转录出的mRNA的碱基序列。
互补链：5’- TAGATCCGT-3’
mRNA：5’- UAGAUCCGU-3’
习题巩固

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