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第四章 第1节 基因指导蛋白质的合成（一）
1. 基因的表达：
（1）定义：即基因指导蛋白质的合成。
（2）过程： ① 转录：DNA→（多种）RNA
② 翻译：mRNA→蛋白质
【补充】
DNA不能直接作为模板指导蛋白质合成的原因：DNA无法离开细胞核，核糖体无法进入细胞核，因此必有一种中间物质（mRNA）充当信使，将遗传信息从DNA传递给蛋白质。
2. RNA的种类：
① mRNA（信使RNA）：单链
功能：将遗传信息从DNA传递给蛋白质
② tRNA（转运RNA）：单链，折叠成“三叶草型”结构（tRNA有氢键！）
功能：识别并转运特定的氨基酸
③ rRNA（核糖体RNA）：单链，与蛋白质结合形成核糖体
功能：组成核糖体的成分
【补充】
少数RNA还具有催化作用（酶）；RNA病毒的RNA作为遗传物质存在。
3. 遗传信息的转录---过程：（全程由ATP供能）
① 解旋：在RNA聚合酶的作用下，DNA双螺旋解开，使碱基暴露；
② 合成mRNA：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（5’→3’）
③ 释放与复旋：mRNA释放，DNA双螺旋恢复。
4. 遗传信息的转录：★★★★
（1）时间：活细胞新陈代谢过程中（无特定时期）
（2）场所：细胞核（主要），线粒体、叶绿体
（3）条件：
① 模板：DNA的一条链（中的基因片段）
② 原料：4种游离的核糖核苷酸
③ 能量：ATP
④ 酶：RNA聚合酶（催化氢键断裂、催化磷酸二酯键形成）
（4）原则：碱基互补配对（A-U T-A C-G G-C）
（5）方向：mRNA的5’→3’（即RNA聚合酶的移动方向）
（6）产物：多种RNA（mRNA、tRNA、rRNA等）
（7）特点：边解旋边转录
（8）遗传信息的流向：DNA→RNA
【补充】 如右图所示：
① 转录以基因为单位发生（非基因片段
不发生转录）；
② 同一个DNA上存在多个基因片段，不同
的基因在转录时所用模板链不一定相同。
③ 同一个DNA通过转录可得到多个不同的RNA。
【辨析】 “DNA复制”与“转录”：★★★★
5. 密码子：共64个（可见教材P67表4-1）
（1）定义：指mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基。
（2）分类：
① 终止密码子：3个（终止密码子通常不编码氨基酸！！）
② 起始密码子；
③ 其他密码子。
（3）特点：
① 专一性：一个密码子只能决定一种氨基酸；
② 简并性：绝大多数氨基酸都有多个密码子；
③ 通用性：几乎所有生物共用同一套密码子。
【注意】
密码子虽然有64个，但决定氨基酸的密码子通常只有61个！！
【补充】
密码子具有简并性的意义：①增强容错性；②保证翻译的速度。
第四章 第1节 基因指导蛋白质的合成（二）
1. tRNA——氨基酸的“搬运工”：
（1）结构：
单链，折叠成三叶草型（如右图）
tRNA的一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个相邻的碱基，称为“反密码子”，可与mRNA上的密码子进行碱基互补配对。
（2）特点：
每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸；
绝大多数氨基酸可由多种tRNA识别并转运。
【注意】
① 密码子位于mRNA上，反密码子位于tRNA上 ！！
② 密码子有64种，反密码子只有61种 ！！
（3个终止密码子不编码氨基酸，故没有对应的反密码子存在）
2. 遗传信息的翻译---过程：（全程由ATP供能）
① mRNA进入细胞质与核糖体结合，结合部位存在2个tRNA的结合位点；
② 核糖体沿mRNA的5’→3’移动，按序读取密码子，tRNA携带对应的
氨基酸进入位点；
③ 上一位点的氨基酸从tRNA上脱离，与新运入的氨基酸发生脱水缩合，
形成多肽，脱离后的tRNA离开核糖体；
④ 直至核糖体读取到终止密码子，多肽链的合成结束并释放。
3. 遗传信息的翻译：★★★★
（1）时间：活细胞新陈代谢过程中（无特定时期）
（2）场所：细胞质中的核糖体
（3）条件：
① 模板：mRNA
② 原料：21种游离的氨基酸
③ 能量和酶：ATP、特殊的酶
④ 工具：tRNA
（4）原则：碱基互补配对 A-U U-A C-G G-C
（5）方向：mRNA的5’端→3’端（核糖体的移动方向）
（6）产物：多肽链
（7）特点：一个mRNA分子可结合多个核糖体，同时进行多条相同肽链的合成
（8）遗传信息的流向：mRNA→蛋白质
【补充】
翻译得到的多肽链，还需经过盘曲折叠才能形成具有特定空间结构和功能的蛋白质。
【辨析】 三大过程比较：★★★★
【补充】
基因表达过程中，假设最终合成的肽链中的氨基酸数为n，则：
（1）不考虑终止密码子：
DNA碱基数：mRNA碱基数：肽链中氨基酸数＝ 6n : 3n : n
（2）考虑终止密码子：
DNA碱基数：mRNA碱基数：肽链中氨基酸数＝ (6n＋6):(3n＋3): n
4. 中心法则：
（1）提出者：克里克（后人进行补充）
（2）内容：
遗传信息可以从DNA流向DNA（DNA的复制），也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质（转录和翻译）。此外，少数生物（RNA病毒）的遗传信息可以从RNA流向RNA（RNA的复制），以及从RNA流向DNA（逆转录）。
（3）示意图：★★★★
【注意】
RNA病毒特有的过程是用虚线表示的！
【补充】
各种生物的遗传信息传递过程：
第四章 第1节 基因指导蛋白质的合成（三）
【实验】遗传密码的破译
1. 第一个密码子（UUU）的破译历程（教材P70 科学史话）：
（1）克里克：证明mRNA上3个相邻碱基编码1个氨基酸
（2）美国生物学家：蛋白质的体外合成技术
实验操作分析：
① 加入细胞提取液的目的：
为多肽链的合成提供ATP、酶等条件。
② 细胞提取液要除去DNA和mRNA的目的：
保证以人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸为模板合成多肽链
实验结果：只有添加苯丙氨酸的试管中出现多肽链
实验结论：与苯丙氨酸对应的密码子为UUU 。
【说明】
人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸的碱基序列为UUUUUUUUU……，用它作mRNA可以保证此过程中编码氨基酸的密码子只有UUU一种，而每支试管里仅有1种氨基酸存在，两者结合便可探究UUU与哪一种氨基酸相对应。
第四章 第2节 基因表达与性状的关系
1. 基因控制生物体性状的途径：
（1）间接途径：
基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而（间接）控制生物体的性状； 例：人类白化病、皱粒豌豆的形成
（2）直接途径：
基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
例：囊性纤维化、镰状细胞贫血
2. 细胞分化：
（1）本质：基因的选择性表达
（2）同一生物体不同类型的细胞中，所含有的：
① 基因：完全相同，因为都由同一个受精卵发育而来。
② mRNA：不完全相同，因为管家基因在所有细胞中均表达，而奢侈基因只
在特定细胞中表达。
③ 蛋白质：不完全相同，原因同上。
【补充】
细胞中表达的基因分为两类：
① 管家基因：在所有细胞中都表达的基因。
例：呼吸酶基因、ATP合成酶基因、核糖体蛋白基因
② 奢侈基因：只在某类细胞中特异性表达的基因。
例：卵清蛋白基因、血红蛋白基因、胰岛素基因
3. 表观遗传：
（1）定义：生物体基因的碱基序列保持不变，但基因表达和表型发生可遗传变化的现象。
（2）时间：普遍存在于生物体的生命活动过程中。
（3）实例：① 基因组成相同的同卵双胞胎仍具有微小差异；
② 一个蜂群中的蜂王和工蜂。
【补充】
影响基因表达的因素：① DNA甲基化：主要抑制转录过程
② 染色体组蛋白甲基化、乙酰化。
4. 基因与性状（表型）的关系：并非“一对一”！！
① 一个基因可控制一种性状：D基因控制豌豆的高茎
② 一个基因也可控制多种性状：水稻中的Ghd7基因可调控开花、发育、产量等
③ 多个基因可控制一种性状：人的身高、肤色由多个基因共同决定
④ 表型＝基因型＋环境作用。
5. 基因、蛋白质、性状之间的关系：
基因指导蛋白质合成，蛋白质是性状的直接体现者 → 基因控制性状。

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