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第18讲 基因的表达
何为“基因的表达”？
基因通常是具有遗传效应的DNA片段。
蛋白质是生命活动的主要承担者。
基因
蛋白质
mRNA
转录
翻译
课标要求
1.概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成，细胞分化的实质是基因选择性表达的结果，生物的性状主要通过蛋白质表现。
2.概述某些基因中碱基序列不变但表型改变的表观遗传现象。
考点1 遗传信息的转录和翻译
一、遗传信息的转录
一、遗传信息的转录
1.概念：
在细胞核中，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、原料、酶、能量
比较DNA复制和转录的异同，填写下表：
复制 转录
场所
条件 模板
原料
酶
能量
产物
碱基配对
信息传递
主要在细胞核
主要在细胞核
DNA的两条链
DNA的一条链
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
解旋酶、DNA聚合酶
RNA聚合酶
ATP
ATP
两个双链DNA分子
一条单链RNA
A-T、T-A、G-C、C-G
DNA→DNA
DNA→RNA
A-U、T-A、G-C、C-G
在转录开始阶段，RNA聚合酶与DNA什么部位特异性结合？
转录产物
二、遗传信息的翻译
二、遗传信息的翻译
1.概念：
游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
2.场所：核糖体
比较DNA复制和转录的异同，填写下表：
复制 转录 翻译
场所
条件 模板
原料
酶
能量
产物
碱基配对
信息传递
主要在细胞核
主要在细胞核
DNA的两条链
DNA的一条链
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
解旋酶、DNA聚合酶
RNA聚合酶
ATP
ATP
两个双链DNA分子
一条单链RNA
A-T、T-A、G-C、C-G
DNA→DNA
DNA→RNA
A-U、T-A、G-C、C-G
细胞质（核糖体）
mRNA
氨基酸
多种酶
ATP
多肽
RNA→蛋白质
A-U、U-A、G-C、C-G
完成大本考向二
密码子和反密码子
mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基称为1个密码子。
每个tRNA上的3个碱基能与mRNA上的密码子碱基互补配对，叫作反密码子。
1．从密码子表可以看出，绝大多数氨基酸都有几个密码子，这一现象称作密码子的简并。你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？
2．几乎所有的生物体都共用上述密码子。根据这一事实，你能想到什么？
多聚核糖体
意义：
少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质
原核生物和真核生物的基因表达
完成大本考向一
三、中心法则
科学家克里克首先预见了遗传信息传递的一般规律，并于1957年提出了中心法则：遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的复制；也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译。
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
逆转录
复制
为什么基因的表达过程中，要先转录出RNA，在由RNA控制蛋白质的合成呢？
不同生物中心法则的图解
①具有逆转录功能的RNA病毒(如艾滋病病毒)
②能分裂的细胞(分生区)及DNA病毒(噬菌体等)遗传信息的传递
③高度分化的细胞(洋葱表皮细胞) ④具有RNA复制功能的RNA病毒(如 烟草花叶病毒)
完成大本考向三
考点2 基因表达与性状的关系
一、基因表达产物与性状的关系
思考：蛋白质是如何控制生物的性状的呢？
转录
控制
翻译
蛋白质
基因
RNA
生物的性状
豌豆的圆粒和皱粒
编码淀粉分支酶的基因
淀粉分支酶
蔗糖
淀粉
保水强
饱满（圆粒）
基因序列被打乱
淀粉分支酶异常
蔗糖
淀粉
插入一段DNA序列
活性大大降低
（含量降低）
失水
皱缩（皱粒）
人的白化病
酪氨酸酶基因
酪氨酸酶
酪氨酸
黑色素
正常
酪氨酸酶基因异常
酪氨酸酶
酪氨酸
黑色素
（无）
囊性纤维化
编码CFTR蛋白的基因缺失3个碱基
编码CFTR蛋白的基因
第508位缺少苯丙氨酸
CFTR蛋白片段
CFTR蛋白结构异常
CFTR蛋白功能异常
囊性纤维化
CFTR蛋白作用原理分析
ATP
ADP
功能正常的CFTR蛋白
H2O
异常关闭的CFTR蛋白
稀薄的黏液
氯离子
黏稠的分泌物不断积累
1.基因通过控制 来控制 ，进而控制生物体的性状。
2.基因还能通过控制 来 控制生物体的性状。
酶的合成
代谢过程
蛋白质的结构
直接
完成大本考向一
二、基因的选择性表达
胰岛细胞
血细胞
输卵管细胞
分裂和分化
思考：
1.以上事实说明了什么？
2.这三种细胞中ATP合成酶的基因是否都会表达？由此可以将基因分为哪些类型？
1.细胞分化的实质： 。
2.细胞中的基因，可以根据其表达情况分为 和 。
基因的选择性表达
管家基因
奢侈基因
完成大本考向二
均有Lcyc基因
×
P
F1
F2
绝大部分植株的花与植株A
相似，少部分与植株B相似。

研究表明，植株B的Lcyc基因不表达的原因是它被高度甲基化了。
思考：
1.推测甲基化是如何抑制基因表达的？
2.以上杂交实验说明什么？
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。
表观遗传
研究表明，在Avy基因前端有一段特殊碱基序列具有多个可发生DNA甲基化修饰的位点。当没有甲基化时，Avy基因正常表达，小鼠表现为黄色；当发生甲基化时，甲基化程度越高，该基因表达时受到的抑制越明显，小鼠体色体毛的颜色就越深。
×
P
F1
AvyAvy
aa
三、表观遗传
1.概念：
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.机制：
2.机制：
与社会的联系
有研究表明：
吸烟会使人的体细胞内DNA的甲基化水平升高，对染色体上的组蛋白也会产生影响。不仅如此，还有研究发现男性吸烟者的精子活力下降，精子中DNA的甲基化水平明显升高。
思维训练
总结：基因和性状的关系
在大多数情况下，基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系。
一个性状可以受到 的影响。例如，人的身高是由多个基因决定的，其中每个基因对身高都有一定的作用。
一个基因也可以影响 。例如，我国科学家研究发现水稻中的Ghd7基因编码的蛋白质不仅参与了开花的调控，而且对水稻的生长、发育和产量都有重要作用。
同时，生物体的性状也不完全是由基因决定的， 对性状也有着重要影响。例如，后天的营养和体育锻炼等对人的身高也有重要作用。
多个基因
多个性状
环境
总结：基因和性状的关系
基因与基因、基因与基因表达产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用，这种相互作用形成了一个错综复杂的网络，精细地调控着生物体的性状。
完成大本考向三

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