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第19讲 基因的表达
模板链
非模板链
蛋白质　
氨基酸
密码子
核糖体
遗传物质
一. RNA的结构和种类
结构：一般是 ，长度比DNA ；
能通过 从细胞核转移到细胞质中。
单链
短
核孔
二.遗传信息的转录(DNA→RNA)
时间：
细胞生命历程的任何时期
场所：
真核生物：细胞核、线粒体、叶绿体
原核生物：拟核、细胞质
二.遗传信息的转录(DNA→RNA)
（与启动子结合）
（催化磷酸二酯键的形成）
mRNA合成的方向：5’→3’
转录的产物只有mRNA吗？
不是，还有tRNA、rRNA等
【思考】1. 不同基因其转录时的模板链相同吗？
2.一个基因的两条链都可以作为转录的模板吗？
3.根据图2分析，一个基因的非模板链和该基因转录出的mRNA有什么联系？
4. 尝试归纳转录的特点
不一定相同
①边解旋边转录
③不同基因其模板链可能不同
②以基因为单位进行
该基因转录时只能以基因的一条链作为模板
→ 非模板链
→ 模板链
图1
图2
【例1】核糖体RNA即rRNA，是三类RNA(tRNA、mRNA、rRNA)中相对分子质量最大的一类，它可与多种蛋白质结合成核糖体，作为蛋白质生物合成的“装配机器”。核糖体中催化肽键合成的是rRNA，蛋白质只是维持rRNA的构象，起辅助作用。下列相关叙述错误的是(　　)
A．rRNA的合成需要以DNA的一条链为模板
B．合成肽链时，rRNA可以降低氨基酸间脱水缩合所需的活化能
C．在真核细胞中，有些rRNA的合成与核内某结构有关
D．基因表达过程中，DNA上的碱基与mRNA上的碱基、mRNA上的碱基与rRNA上的碱基互补配对
D
【例2】人染色体上降钙素基因编码区中有编码蛋白质序列（图中字母所示）和非编码蛋白质序列（图中阴影所示）。如图为降钙素基因在甲状腺与垂体中转录、RNA剪接和翻译过程简图。下列叙述错误的是（　　）
A．降钙素基因中不能编码蛋白质的脱氧核苷酸序列也具有遗传效应
B．降钙素基因转录需RNA聚合酶，转录产物经剪接可产生不同的mRNA
C．图中降钙素基因的转录和翻译发生的场所不同，且不可能同时发生
D．甲状腺和垂体功能差异与细胞核基因种类及mRNA种类差异均有关
D
二.翻译（mRNA→多肽链）
在真核细胞中，转录得到成熟的mRNA通过核孔进入细胞质中。
核糖体利用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，这一过程叫作翻译。
实质: 将mRNA的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。
密码子：mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基
阅读方向：5’→ 3’
1、密码子和反密码子
密码子表
起始密码子：2种，AUG（甲硫氨酸）、GUG（甲硫氨酸/缬氨酸）
终止密码子：3种，UAA、UAG 、UGA（特殊情况下编码硒代半胱氨酸）
注意： ①除终止密码子外，一种密码子只决定一种氨基酸；
②一种氨基酸可以有1或几种密码子（称为密码子的简并）
思考：几乎所有的生物体都共用一套遗传密码子，这称为密码子的通用性，根据这一事实，你能想到什么？
当今生物可能有着共同的起源（生物有着共同的祖先）。
1、密码子和反密码子
氨基酸的搬运工——tRNA
形状：
若反密码子为AAG，则携带的氨基酸是？
作用：
识别密码子，携带氨基酸（3’端）
三叶草形，局部双链，比mRNA小得多；
由密码子UUC所决定的苯丙氨酸
密码子 反密码子
种类 64种 目前发现有很多种
位置 mRNA上 tRNA一端
实质 决定一个氨基酸的3个相邻的碱基 与mRNA上密码子发生碱基互补配对的3个相邻的碱基
密码子和反密码子的比较
判断：1．tRNA分子中的部分碱基两两配对形成氢键。（ ）
2. mRNA上所含有的密码子均能在tRNA上找到相对应的反密码子。（ ）
3. tRNA种类很多，但每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，一种氨基酸只能由一种tRNA转运。 （ ）
4. 转录和翻译的过程都存在A-U、G-C的碱基配对方式。（ ）
√
×
×
√
2、翻译的所需条件
①细胞器：
②模板：
③原料：
④能量：
⑤工具：
核糖体
mRNA
21种氨基酸
耗能，由ATP提供能量
tRNA
3.数量关系：
一个mRNA分子上可以结合多个核糖体，
同时进行多条相同肽链的合成。
意义：
提高翻译效率，少量的mRNA分子可以迅
速合成大量的蛋白质。
翻译的方向（即核糖体移动的方向）：
由肽链短→肽链长的方向进行
多聚核糖体现象
4. 模型解读
据图判断翻译的方向
真核生物
先转录，后翻译
边转录边翻译
原核生物
4. 模型解读
判断真核生物和原核生物基因表达过程图
[例3](2023·湖南长德高三模拟)如图表示细胞内遗传信息的传递过程，下列有关叙述错误的是(　　)
A．相较于过程②和③，过程①特有的碱
基配对方式是A－T
B．真核细胞由过程②形成的mRNA和tRNA
都需要加工
C．过程③中核糖体在mRNA上的移动方向
是a到b
D．图示tRNA可以搬运密码子为CCA的氨基酸
D
[例4](2022·广东佛山质检)密码子的破译对于生物遗传和变异研究具有重要意义。下列叙述错误的是(　　)
A．密码子位于mRNA上且每个密码子由3个相邻的碱基组成
B．密码子的简并对于生物性状的稳定具有重要意义
C．反密码子在翻译的过程中起携带氨基酸的作用
D．翻译过程密码子和反密码子存在碱基互补配对
C
[例5](2022·江苏百校联考)下图表示核糖体上合成蛋白质的过程。下列有关叙述正确的是(　　)
A．翻译进行过程中，A位点tRNA上携带的氨
基酸会转移到位于P位点的tRNA上
B．图中从E位点离开的tRNA会在细胞质基质中
被水解
C．图中组成该蛋白质的前三个氨基酸序列为甲
硫氨酸－组氨酸－色氨酸
D．在正常情况下，当终止密码子进入A位点时，
由于tRNA不携带氨基酸，导致翻译终止
C
复制 转录 翻译
场所 主要在细胞核 主要在细胞核 细胞质(核糖体)
模板 DNA的两条链 DNA的一条链 mRNA
原料 4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 21种氨基酸
配对原则 A－T、G－C T－A、A－U、G－C A－U、G－C
结果 两个子代DNA分子 mRNA、tRNA、rRNA等 蛋白质
信息传递 DNA→DNA DNA→mRNA mRNA→蛋白质
意义 传递遗传信息 表达遗传信息
小结：DNA复制、转录和翻译比较
三.中心法则
转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
复制
1957年，克里克提出中心法则
（揭示了遗传信息传递的一般规律）
三.中心法则
资料1：1965年，科学家在某种RNA病毒里发现了一种RNA复制酶，像DNA复制酶能对DNA进行复制一样，RNA复制酶也能对RNA进行复制。
资料2：1970年，坦明和水谷哲在RNA肿瘤病毒（RSV）中发现逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。与此同时,巴梯摩尔独立地用小白鼠败血病病毒为材料，也发现了同样的现象。
复制
转录
翻译
蛋白质
DNA
复制
RNA
逆转录
中心法则图解（虚线表示少数生物的遗传信息的流向）
修正后的中心法则:
亲代传递给子代的也是信息：DNA上的遗传信息；
亲代传递给子代的是物质：染色体、DNA；
遗传信息作为生命的“设计手册”，通过转录和翻译来支配对应的蛋白质合成，进而控制生物的性状；
受精卵
综上所述：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
物质
能量
人类免疫缺陷病毒(HIV)携带的RNA在宿主细胞内不能直接作为合成蛋白质的模板。依据中心法则(下图)，判断下列相关叙述：
判断
(1)合成子代病毒蛋白质外壳的完整过程至少要经过d、b、c环节(　　)
(2)通过d形成的DNA可以整合到宿主细胞的染色体DNA上(　　)
(3)d和e过程需要的原料分别是脱氧核苷酸和核糖核苷酸(　　)
(4)HIV侵染细胞时，病毒中的蛋白质不会进入宿主细胞(　　)
(5)HIV的遗传信息传递中只有A—U的配对，不存在A—T的配对(　　)
×
√
√
√
×
四. 基因控制性状的两种途径
基因
酶
细胞代谢
性状
①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
人的白化症状
编码酪氨酸酶的基因异常
缺少酶，酪氨酸不能转化为黑色素
酪氨酸酶无法正常合成
缺乏黑色素表现白化症状
四. 基因控制性状的两种途径
②基因通过 控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
CFTR基因缺失3个碱基
CFTR结构异常
CFTR转运Cl-功能异常
支气管黏液增多，细菌大量繁殖，肺功能受损
囊性纤维病
血红蛋白基因碱基替换
血红蛋白结构异常
红细胞易破裂，
溶血性贫血
镰状细胞贫血
基因
蛋白质结构
性状
[例6]在人群中，有多种遗传病是由苯丙氨酸的代谢缺陷所致。人体内苯丙氨酸的代谢途径如下图所示:
(1)哪种酶的缺乏会导致人患白化病 尿黑酸在人体内积累会使人的尿液中含有尿黑酸，这种尿液暴露在空气中会变成黑色，这是尿黑酸症的普遍表现。请分析缺乏哪种酶会使人患尿黑酸症？
(2)从这个例子可以看出，基因、营养物质的代谢途径和遗传病这三者之间有什么关系
酶⑤
酶③
白化病等遗传病是由某些缺陷基因所引起的，这些基因的表达产物可能是参与营养物质代谢途径的重要的酶。基因可以通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状。
[例7]囊性纤维化是由编码细胞膜上CFTR蛋白(主动转运氯离子的载体蛋白)的基因发生突变引起的，该突变导致CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸，进而导致氯离子运输障碍，使得氯离子在细胞内积累。下列有关该病的叙述，错误的是(　　)
A．该病例说明基因能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状
B．CFTR蛋白缺少了苯丙氨酸说明编码的基因发生了碱基对的缺失
C．氯离子在细胞内积累会导致细胞内液渗透压上升使水分子出细胞受阻碍
D．编码CFTR蛋白的基因存在多种突变形式，体现了基因突变的随机性
D
五. 基因的选择性表达和细胞分化
1．细胞分化的本质： 。
基因的选择性表达
2．细胞分化的结果：由于基因的选择性表达，导致来自同一个体的体细胞中 和 不完全相同，从而导致细胞具有不同的形态和功能。
mRNA
蛋白质
①管家基因：在所有细胞中都表达的基因，指导合成的蛋白质是维持细胞基本生命活动所必需的（ATP合成酶基因）
②奢侈基因：只在某类细胞中特异性表达的基因
[例8](2023·江苏徐州高三检测)科学家提取了鸡的输卵管细胞、红细胞(有细胞核)和胰岛细胞，对这3种细胞中的mRNA进行了检测，结果见下表(注：“＋”表示检测发现相应的分子，“－”表示检测未发现相应的分子)。下列叙述正确的是(　　)
A.不同细胞合成的mRNA完全不同
B．丙酮酸激酶基因的表达产物是维持鸡细胞的基本生命活动所必需的
C．输卵管细胞中存在卵清蛋白基因和丙酮酸激酶基因，没有珠蛋白基因和胰岛素基因
D．鸡的不同细胞在形态、结构和功能上具有差异的根本原因在于合成的蛋白质种类不同
细胞种类 珠蛋白mRNA 卵清蛋白mRNA 胰岛素mRNA 丙酮酸激酶mRNA
红细胞 ＋ － － ＋
输卵管细胞 － ＋ － ＋
胰岛细胞 － － ＋ ＋
B
六. 表观遗传
基因的选择性表达与基因表达的调控有关。
表观遗传是一种非常重要的基因表达调控的手段。
六. 表观遗传
某种实验小鼠的毛色受一对等位基因Avy和a控制， Avy为显性基因，表现为黄色体毛，a为隐性基因，表现为黑色体毛。纯种黄色体毛小鼠与纯种黑色体毛小鼠杂交，F1表型如何
白色：未甲基化
黑色：甲基化
F1小鼠（Avya）
基因测序结果
结论：
Avy基因的甲基化程度越高，Avy表达受到的抑制越明显，小鼠体毛颜色越深
表观遗传：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。
六. 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)存在时期：
(3)特点：
(4)实例：同卵双胞胎的微小差异；蜂王与工蜂在形态、生理和行为上的不同等。
普遍存在于生物体的生长、发育和衰老的整个生命活动过程中。
①DNA序列保持不变；
②可遗传给后代；
③受环境影响，具可逆性；
④不遵循孟德尔遗传规律；
六. 表观遗传
(5)表观遗传形成的原因
①DNA甲基化修饰
特点：通常是胞嘧啶甲基化；甲基化后通常是抑制基因表达
六. 表观遗传
(5)表观遗传形成的原因
②组蛋白修饰
组蛋白甲基化修饰示意图
DNA+蛋白质=染色体
主要是组蛋白
组蛋白被修饰后，染色质的形态发生变化，有利于基因的表达（促进表达）或不利于基因表达（抑制基因表达）。
六. 表观遗传
(5)表观遗传形成的原因
③非编码RNA参与的调控
阻止翻译（抑制基因表达）
完成补充资料第18、23、24题
[例9]组蛋白是构成真核生物染色体的基本结构蛋白。用聚丙烯酰胺凝胶电泳可以区分5种不同的组蛋白：H1、H2A、H2B、H3和H4。研究发现，核心组蛋白的肽链末端受到多种化学修饰的调控，比如H4末端Lys8(Lys代表赖氨酸)和Lys16的双乙酰化能够招募转录相关蛋白，促进基因表达；而H3的N末端Lys9的甲基化会促进DNA包装蛋白的结合，压缩染色质结构，抑制基因表达。下列相关叙述中，正确的是(　　)
A．大肠杆菌中没有染色体结构，其拟核中的DNA从不与任何蛋白质结合
B．RNA聚合酶能识别DNA上的起始密码子并与之结合，启动基因的转录
C．猪的成熟红细胞在衰老时，控制其凋亡的基因开始表达产生相关蛋白
D．特定的修饰状态可以决定组蛋白的活性，从而决定基因的表达与沉默
D
[例10]miRNA是一类由基因编码的，长约22个核苷酸的单链RNA分子。在线虫中，Lin－4基因的转录产物经加工后形成miRNA－miRNA*双链，其中miRNA与Lin－14 mRNA部分配对，使其翻译受阻，进而调控幼虫的正常发育模式。Lin－4 miRNA的形成过程及其对Lin－14基因的调控如图所示。下列有关叙述正确的是(　　)
D
A．转录miRNA的模板链碱基序列与miRNA*的碱基序列相同
B．用抗原－抗体杂交技术可检测到线虫内Lin－4基因表达的蛋白质
C．图中过程①、过程②分别需要RNA聚合酶、限制性内切核酸酶
D．Lin－4基因调控Lin－14基因选择性表达的结果是Lin－14基因翻译水平降低
[例11]如图表示真核生物在不同水平上对基因的表达进行了调控，基因2转录生成的起始转录物中1、2、3、4部分重新连接后再出核孔，下列相关叙述错误的是(　　)
A．同种基因控制合成的蛋白质可能不止一种
B．不同水平的调控使真核生物细胞功能复杂化
C．转录的启动取决于基因上启动部位与RNA聚合酶是否碱基互补配对
D．据图推测，加工后的mRNA可能不翻译，同一mRNA翻译的新生多肽链只有1种
C
七. 基因与性状间的对应关系
根据示意图，在方框内补充基因与性状的关系。
同一个基因会影响多种性状。
同一性状可由多个基因控制。
①在大多数情况下，基因与性状的关系不是简单的一一对应的关系。
②生物体的性状也不完全是由基因决定的，环境对性状也有重要的影响。一般来说，性状是基因和环境共同作用的结果。
完成补充资料第9、14题
[例12]牵牛花的颜色主要是由花青素决定的，如图为花青素的合成与颜色变化途径示意图，从图中不能得出的结论是(　　)
A．花的颜色由多对基因共同控制
B．基因可以通过控制酶的合成来控制代谢
C．生物性状由基因决定，受环境影响
D．若基因①不表达，则基因②和基因③也不表达
D
[例13](2023·盐城市高三第一次调研)纯种黄色(HH)小鼠与纯种黑色(hh)小鼠杂交，子一代小鼠却表现出不同的毛色：介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型。研究表明，H基因上有一段特殊的碱基序列，该序列有多个位点可发生甲基化修饰(如图所示)。当没有发生甲基化时，H基因可正常表达，小鼠为黄色。反之，H基因表达就受到抑制，且发生甲基化的位点越多，基因表达被抑制的效果越明显。结合上述信息，下列叙述错误的是(　　)
A．此实验表明基因型与表型之间的关系，并不是简单的一一对应关系
B．甲基化修饰导致H基因的碱基的排列顺序发生改变，产生了不同的等位基因
C．基因型为Hh的小鼠体毛的颜色随H基因发生甲基化的位点的增多而加深(黑)
D．纯种黄色小鼠与纯种黑色小鼠杂交，正常情况下子一代小鼠的基因型都是Hh
B

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