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24 基因的表达
课标内容
(1)概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成，细胞分化的本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。
一、RNA
RNA和DNA在化学组成上的区别在于：____________________________________________________________________
1、RNA适合作为DNA信使的原因
（1）RNA是由4种 连接而
成，分子组成与DNA很相似，使得RNA具备准确传递遗传信息的可能。
（2）RNA一般是 链，而且比DNA短，能通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。
脱氧核糖
DNA
胸腺嘧啶（T）
磷酸
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
RNA
核糖
尿嘧啶（U）
核糖核苷酸
单
RNA中含有核糖和尿嘧啶，DNA中含有脱氧核糖和胸腺嘧啶
（3）RNA的转录和翻译，也遵循“碱基互补配对原则
一、RNA
缩合
核糖核苷酸
蛋白质
氨基酸
密码子
核糖体
遗传物质
2、RNA的结构和功能
tRNA
mRNA
rRNA
都有哪种RNA参与蛋白质的合成过程？
信使RNA
转运RNA
核糖体RNA
二、基因指导蛋白质的合成
1、遗传信息的转录
（1）概念
RNA是在细胞核中，通过 酶以DNA的一条链为模板合成的，这一过程称转录。
（2）场所
真核细胞转录的主要场所在 ， 中也会发生转录。
RNA聚合
细胞核
线粒体和叶绿体
二、基因指导蛋白质的合成
模板链
碱基互补配对
A -- U
T -- A
C -- G
G -- C
DNA
RNA
模板？
原料？
产物？
酶？
解旋
配对
连接
释放
RNA聚合酶
（3）转录的过程：
二、基因指导蛋白质的合成
（4）特点：
边解旋边转录
（5）条件：
模板、原料、酶、能量等
（6）方向：
5‘端→3＇端
（7）产物：
mRNA
非模板链
模板链
RNA聚合酶
转录方向
mRNA、tRNA、rRNA
转录时DNA是完全解开的吗？
二、基因指导蛋白质的合成
mRNA
翻译
概念
场所
条件
游离在细胞质中的各种氨基酸，以________为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
（唯一场所）
核糖体
21种氨基酸　
tRNA
一种tRNA只能转运 种氨基酸，一种氨基酸可由
种tRNA转运
2、遗传信息的翻译
一
一种或几
二、基因指导蛋白质的合成
与mRNA结合的核糖体读取到起始密码AUG，翻译开始
核糖体沿mRNA移动，依次读取密码子，不断将tRNA携带的氨基酸合成到多肽链上
核糖体遇到mRNA的终止密码子，合成终止，肽链与核糖体脱离
翻译
过程
起始
延伸
终止
2、遗传信息的翻译
氨基酸之间通过什么方式连接？
肽链从核糖体上脱离之后呢？
二、基因指导蛋白质的合成
生物学意义：
少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。
注意：多个核糖体翻译的是同一条mRNA，
得到的是同一种多肽链。
是核糖体在mRNA上移动
如何加快翻译的速度？
→多个核糖体同时进行翻译
翻译的方向：
5'-端→3'-端
图中合成的多肽链种类相同吗？最终形成的蛋白质呢？
在移动的是mRNA还是核糖体？
翻译方向是？为何多肽链长短不同？
二、基因指导蛋白质的合成
mRNA携带的遗传信息如何翻译成蛋白质？
mRNA携带的遗传信息
蛋白质
碱基序列
氨基酸序列
组成人体蛋白质的氨基酸有 种，
个碱基对应1个氨基酸
21
3
mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸。3个这样的碱基叫作1个密码子
（p70克里克第一个证明）
P
OH
结合氨基酸的部位
反密码子
5
3
5
3
A
C
A
mRNA
tRNA
密码子表的解读：
1.密码子种类：
共 种密码子
真核只有1种(AUG)
AUG
GUG
原核可以有2种:
2.起始密码子：
64
3.终止密码子
一般情况下 个
（UAA、UAG、UGA）
不决定氨基酸
4.编码氨基酸的密码子
一般情况下 种,
特殊情况下62种
3
61
一般起始密码子编码，
终止密码子不编码
密码子特点：
专一性
简并性
通用性
一种密码子只决定一种氨基酸
一种氨基酸可由一种或多种密码子决定
地球上几乎所有生物都共用一套密码子
密码子表的解读：
能力训练
1、与DNA复制相比，转录所需要得原料和酶各有什么不同？转录与DNA复制有什么共同之处？这对保证遗传信息的准确转录有什么意义？
比较项目 DNA复制 DNA转录
模板
原料
碱基互补配对原则
酶
产物
DNA
RNA
DNA的两条链
DNA的一条链
四种脱氧核苷酸
四种核糖核苷酸
A-T；G-C
A-U；T-A；G-C
解旋酶、DNA聚合酶等
RNA聚合酶
2、与DNA复制相比，转录成的RNA的碱基序列，与DNA两条单链的碱基序列各有哪些异同？
转录成的RNA的碱基序列与DNA模板链的碱基是互补配对的关系。与DNA非模板链的碱基序列的区别是RNA链上的碱基U，对应在非模板连上的碱基是T，其他碱基是相同的。这说明遗传信息是储存在DNA的非模板链上。
遗传信息、密码子(遗传密码)、反密码子三者关系
DNA mRNA tRNA
遗传信息
密码子
反密码子
DNA中的
碱基序列
mRNA上决定一个氨
基酸的3个相邻碱基
tRNA上与密码子对
应的3个相邻碱基
决定蛋白质中氨基酸
序列的最终模板
决定蛋白质中氨基酸
序列的直接模板
识别并转运氨基酸；识别密码子
二、基因指导蛋白质的合成
3.(2023·江西南昌调研)已知一个由2条肽链组成的蛋白质分子，共有肽键198个，控制翻译该蛋白质分子的mRNA中A和U共占25%，则控制转录该mRNA的DNA分子中，C与G应该至少有(　　)
A.600个 B.700个 C.800个 D.900个
D
二、基因指导蛋白质的合成
实际基因表达过程中的数量关系不符合6∶3∶1的原因:
(1)基因中的内含子转录后被剪切。
(2)在基因中，有的片段(非编码区)起调控作用，不转录。
(3)合成的肽链在加工过程中可能会被剪切掉部分氨基酸。
(4)转录出的mRNA中有终止密码子，终止密码子不编码氨基酸。
二、基因指导蛋白质的合成
遗传信息
DNA
mRNA
蛋白质
遗传密码
遗传性状
脱氧核苷酸序列
核糖核苷酸序列
氨基酸
序列
储存
含有
体现
转录
翻译
拓展 真核细胞核原核细胞基因表达的差异
1、mRNA无需加工
2、转录和翻译同时进行
1、mRNA需加工
2、先转录，后翻译
DNA复制、转录和翻译的比较
DNA复制 转录 翻译
意义 时期 场所
模板
原料
酶
能量 碱基配对
产物
传递遗传信息
表达遗传信息
(以真核细胞的核DNA为例)
细胞分裂前的间期
主要间期(能分裂细胞)或整个生命进程(不分裂细胞)
主要是细胞核
主要是细胞核
细胞质中的核糖体
DNA的两条链
DNA的一条链
mRNA
4种脱氧核苷酸
4种核糖核苷酸
21种氨基酸
解旋酶、DNA聚合酶
RNA聚合酶
多种酶
A-T、G-C
A-U、T-A、G-C
A-U、G-C
DNA
RNA
多肽或蛋白质
都需要能量
二、基因指导蛋白质的合成
如图所示为某生物的基因表达过程。下列相关叙述不正确的是(　　)
A．该过程发生在真核细胞内，在RNA聚合酶的作用下DNA双螺旋解开
B．若合成一条肽链时脱去了100个水分子，则该条肽链中至少含有102个氧原子
C．RNA与DNA的杂交区域中既有A－T又有U－A之间的配对
D．该基因翻译时所需tRNA与氨基酸的种类数不一定相等
A
考向 围绕遗传信息的转录和翻译，考查生命观念
D
1.(2023·江苏徐州模拟)RNA合成发生在DNA双链部分解开的区域内(见下图)。下列相关叙述正确的是(　　)
A.RNA与DNA只有一种核苷酸有差异
B.与RNA序列一致的链是模板链
C.RNA聚合酶是结构复杂的RNA大分子
D.转录时RNA的延伸方向总是从5′→3′
三、中心法则
1、中心法则（克里克）
翻译
逆转录
2、生命是 、 和信息的统一体
（1）DNA、RNA是 的载体。
（2）蛋白质是信息的 。
（3） 为信息的流动提供能量。
信息
表达产物
ATP
逆转录和RNA复制通常发生在RNA病毒中，一般认为正常细胞不发生逆转录和RNA复制。
物质
能量
RNA复制病毒
DNA生物
原核生物
真核生物
DNA病毒
能够增殖
不能增殖
RNA病毒
烟草花叶病毒、冠状病毒、 HIV等
逆转录病毒
3.不同生物遗传信息的传递过程
三、中心法则
三、中心法则
3.(2022·浙江6月选考，16)“中心法则”反映了遗传信息的传递方向，其中某过程的示意图如下。
C
下列叙述正确的是(　　)
A.催化该过程的酶为RNA聚合酶
B.a链上任意3个碱基组成一个密码子
C.b链的脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键相连
D.该过程中遗传信息从DNA向RNA传递
三、中心法则
4.(2023·西安五校联考)如图为细胞中遗传信息的传递过程，下列有关叙述正确的是(　　)
C
A.图①过程为遗传信息的复制，在人体的所有细胞中都可能发生
B.图②过程为遗传信息的转录，需要四种脱氧核糖核苷酸作为原料
C.图③过程为遗传信息的翻译，最后得到的三条多肽链的结构相同
D.图④过程为染色体上基因的表达，需要多种RNA和多种酶的参与
四、基因表达与性状的关系
1、基因表达产物与性状的关系
①基因通过 ，进而 控制生物体的性状。
②基因通过 直接控制生物体的性状。
（1）基因控制性状的两种途径
（2）基因控制性状的实例
血红蛋白基因中的1个碱基对发生替换
编码CFTR蛋白的基因中缺失了3个碱基对
皱粒豌豆的DNA中插入了一段外来DNA序列，打乱了编码淀粉分支酶的基因
编码酪氨酸酶的基因异常
控制酶的合成来控制代谢过程
间接
控制蛋白质的结构
四、基因表达与性状的关系
2、基因的选择性表达与细胞分化
（1）生物多种性状形成的基础是 。
细胞分化
（2）细胞分化的实质是 。
基因的选择性表达
（3）基因的选择性表达与 有关。
基因表达的调控
表达的基因分类：
①在所有细胞中都表达的基因
②只在某类细胞中特异性表达的基因
四、基因表达与性状的关系
(1)基因表达的调控
基因在哪种细胞中表达、什么时候表达以及 都是受到调控的，这种调控会直接影响 。
3、表观遗传现象
表达水平的高低
性状
(2)表观遗传
①概念
生物体 保持不变，但 和 发生可遗传变化的现象
基因的碱基序列
基因表达
表型
②实例
同卵双胞胎的微小差异；蜂王与工蜂在形态、结构、生理和行为上的不同；柳穿鱼花的形态结构的遗传；小鼠毛色的遗传等。
表观遗传不遵循孟德尔遗传规律
表观遗传可以通过有丝分裂和减数分裂传递被修饰的基因
表观遗传一般是影响到基因的转录过程，进而影响蛋白质的合成
四、基因表达与性状的关系
3、表观遗传现象
(2)表观遗传
③存在时期
普遍存在于生物体的 的整个生命活动过程中。
④形成原因
DNA ，构成染色体的组蛋白发生 等修饰。
生长、发育和衰老
甲基化
甲基化、乙酰化
DNA的甲基化修饰可以发生可逆性变化，即被修饰的DNA可能发生去甲基化。
CH3
CH3
3'
3'
5'
5'
四、基因表达与性状的关系
4、基因与性状间对应关系
大多数情况下，基因与性状的关系并不是简单的 的关系。
（1）生物的有些性状可以受到 的影响，如人的身高。
（2）一个基因也可以影响 性状，如水稻中的Ghd7基因。
（3）生物体的性状也不完全由基因决定，______对性状也有着重要影响
一一对应
多个基因
多个
环境
总结：基因与基因、 、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。
基因与基因表达产物
(表型=基因型+环境条件)
四、基因表达与性状的关系
表观遗传是指细胞内基因序列没有改变，但DNA发生甲基化、组蛋白修饰等，使基因的表达发生可遗传变化的现象。对此现象的叙述错误的是 (　 )
A．若基因的启动部位被修饰，则可能遏制了RNA聚合酶的识别
B．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
C．正常的细胞分化可以体现出细胞层次上的表观遗传
D．同卵双胞胎之间的差异皆是由表观遗传引起的
D
四、基因表达与性状的关系
(4)在一个蜂群中，少数幼虫一直取食蜂王浆而发育成蜂王，而大多数幼虫以花粉和花蜜为食将发育成工蜂。DNMT3蛋白是DNMT3基因表达的一种DNA甲基化转移酶，能使DNA某些区域添加甲基基团(如图所示)，DNA被甲基化后会干扰RNA聚合酶的识别。敲除DNMT3基因后，蜜蜂幼虫将发育成蜂王，这与取食蜂王浆有相同的效果。据此研究解释蜜蜂幼虫因食物不同而发育不同的原因。
提示　蜜蜂的大多数幼虫以花粉和花蜜为食，DNMT3基因表达的一种DNA甲基化转移酶，造成一些基因被甲基化而不能表达，发育成工蜂；蜜蜂的少数幼虫以蜂王浆为食，使DNMT3基因不表达，一些基因正常表达而发育成蜂王。

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