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第四章
第1节 基因指导蛋白质的合成
有些科幻电影围绕着虚构的未来场景，展现了这样的科学幻想：各种各样的恐龙飞奔跳跃、互相争斗，而这些“复活”的恐龙是科学家利用提取的恐龙DNA培育繁殖而来的。
讨论：从原理上分析，利用已灭绝生物的DNA，真的能够使它们复活吗？
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，也可以说是构建生物体的蓝图。
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。
RNA的结构、分类和功能
一
基因的表达概述
目
录
CONTENTS
二
遗传信息的转录
三
基因控制生物性状
指导
合成
蛋白质
体现者
基因指导蛋白质合成的过程，叫基因的表达。
（主要在细胞核）
（细胞质中核糖体）
问题：细胞核中DNA如何指导细胞质中蛋白质合成呢？
细胞核
核糖体
细胞质
DNA
(2nm)
核孔0.9nm
核糖体
DNA
蛋白质
核孔
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
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
（遗传信息传递者）
猜测：
细胞核
核糖体
细胞质
DNA
(2nm)
核孔0.9nm
RNA
为什么RNA适于做DNA的信使呢？
RNA的结构、分类和功能
一
基因的表达概述
目
录
CONTENTS
二
遗传信息的转录
三
核糖核酸
4种核糖核苷酸
腺嘌呤核糖核苷酸
鸟嘌呤核糖核苷酸
胞嘧啶核糖核苷酸
尿嘧啶核糖核苷酸
1
RNA的全称：
2
RNA的基本单位：
（1）五碳糖不同：RNA的五碳糖是核糖，DNA的五碳糖是脱氧核糖；
（2）碱基不完全相同：RNA的碱基组成中没有T，而有U，DNA与之相反；
科学家常用同位素分别标记胸腺嘧啶脱氧核苷酸和尿嘧啶核糖核苷酸来研究DNA、RNA的动态变化；
DNA
胸腺嘧啶(T)
RNA
尿嘧啶(U)
腺嘌呤(A)
鸟嘌呤(G)
胞嘧啶(C)
脱氧核糖
核糖
磷酸
3
RNA与DNA在化学组成上的主要区别
种 类 DNA RNA
组 成 部 分 碱基
磷酸
五碳糖
全 称
基本组成单位
空间结构
分布（真核细胞）
特有：T
特有：U
共有： A、G、C
都有磷酸
脱氧核糖
核糖
脱氧核糖核酸
核糖核酸
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
多为规则双螺旋结构
多为单链
细胞核（主要）
线粒体、叶绿体
细胞质（主要）
3
RNA与DNA在化学组成上的主要区别
蛋白质
rRNA
tRNA
mRNA
“三叶草型”
转运RNA（tRNA）:
转运氨基酸的工具。
信使RNA（mRNA）：
遗传信息传递的媒介。
核糖体RNA（rRNA）：
与蛋白质构成核糖体。
4
RNA的种类及功能
（局部双链）
单链
转运氨基酸
转运RNA(tRNA）
核糖体RNA(rRNA）
单链
核糖体组成部分
传递遗传信息
单链
信使RNA(mRNA）
①作为某些病毒的遗传物质
②某些RNA具有催化作用（酶）
④识别并转运氨基酸（tRNA）
③作为合成蛋白质的模板（mRNA）
⑤核糖体的组成成分（rRNA）
思考：结合学过的内容，归纳RNA的作用有哪些
实验一：变形虫放射性标记实验(如下图)。
5
探究遗传信息的传递途径
细胞核
分析讨论下列问题：
(1)从实验一可以看出RNA的合成发生在细胞的哪一部位？
(2)细胞核交换后，B组变形虫的细胞质为什么会出现有标记的RNA分子？
细胞核中合成的RNA分子可以通过核孔进入细胞质。
(4)从实验二可以得出的结论是什么？
RNA与蛋白质的合成有直接关系。
(5)综合分析实验一和实验二，你认为遗传信息的传递途径是什么？
DNA→RNA→蛋白质。
(3)实验一的设计有何巧妙之处？
在适当的时间交换了细胞核，形成了相互对照。
实验二：有人曾用洋葱根尖和变形虫进行实验，当加入RNA酶后，细胞中的蛋白质合成就停止了；再加入从酵母菌中提取出来的RNA，则又重新合成了一定数量的蛋白质。
思考：RNA为什么可以作为DNA的信使传递信息呢？
①RNA也是由核苷酸组成，含氮碱基有A、G、C、U，具备准确传递遗传信息的可能。
②RNA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。
③RNA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。
④RNA为单链结构，不稳定，易降解，使得完成使命的RNA能迅速分解，保证生命活动的有序进行。
6
RNA适于作DNA的信使的原因
1.下列关于RNA的叙述，错误的是
A.有些RNA可催化细胞内的某些生化反应
B.RNA的基本单位由磷酸、核糖和含氮碱基组成
C.RNA参与构成核糖体
D.RNA参与构成细胞膜
D
有些酶的化学本质为RNA；RNA的基本单位是核糖核苷酸，由磷酸、核糖和含氮碱基组成；rRNA参与构成核糖体。
2.下列关于DNA和RNA的叙述，错误的是
A.DNA和RNA都能携带生物的遗传信息
B.真核细胞中RNA主要分布在细胞质中
C.原核细胞中同时含有DNA和RNA分子
D.RNA分子彻底水解的产物有5种
D
RNA彻底水解的产物是核糖、磷酸和4种碱基，共6种，D错误。
RNA的结构、分类和功能
一
基因的表达概述
目
录
CONTENTS
二
遗传信息的转录
三
3'
5'
遗传信息储主要存在细胞核的DNA中
蛋白质的合成发生在核糖体
充当信使的中间物质---RNA
真核细胞
原核细胞
转录
翻译
（1）定义：
通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA的过程。
（2）场所：
（3）条件：
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
原料： 4种游离的核糖核苷酸
模板： DNA的一条链的片断
能量： ATP
酶： RNA聚合酶
RNA聚合酶
T
C
G
T
C
A
G
C
T
A
G
C
A
G
T
C
G
A
DNA模板链
（4）过程：
第25页
RNA 聚合酶
DNA模板链
U
U
A
U
G
C
C
C
C
G
G
A
G
C
A
G
T
C
G
A
C
游离的核糖核苷酸
RNA 聚合酶
DNA模板链
A
G
C
A
G
T
C
G
A
T
C
G
T
C
A
G
C
T
C
G
C
A
（5）原则：
碱基互补配对原则（A-U，T-A，C-G，G-C）
（6）特点：
（7）实质：
边解旋边转录
遗传信息从DNA传递到mRNA
（8）结果：
产生 mRNA、 tRNA、 rRNA
碱基互补配对
A -- U
T -- A
C -- G
G -- C
DNA
RNA
：遗传信息的转录过程
讨论1：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？
转录与DNA复制都需要模板、都需要ATP提供能量、都遵循碱基互补配对原则等等。其中，碱基互补配对原则能够保证遗传信息传递的准确性。
讨论2：与DNA复制相比，转录所需要的原料和酶各有什么不同？
DNA复制所需要的原料是4种游离的脱氧核苷酸，所需要的酶是解旋酶和DNA聚合酶；转录所需要的原料是4种游离的核糖核苷酸，所需要的酶是RNA聚合酶。
：遗传信息的转录过程
转录
DNA复制
完全解旋
只解开有遗传效应的片段
转录时，游离的核糖核苷酸与DNA模板链上的碱基互补配对。因此，转录成的RNA的碱基与DNA模板链的碱基是互补配对的关系。该RNA的碱基序列与DNA另一条链（非模板链）的碱基序列的区别是RNA链上的碱基U，对应在非模板链上的碱基是T。
讨论3.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？
DNA复制和转录的比较
DNA复制 转录
时间
场所
解旋
模板
原料
酶
配对方式
特点
方向
产物
意义
细胞分裂前的间期
生长发育过程
完全解旋
只解有遗传效应片段（基因）
DNA的两条链均为模板
DNA的一条链为模板
四种游离脱氧核苷酸
四种游离核糖核苷酸
解旋酶、 DNA聚合酶等
RNA聚合酶等
A-T、 T—A、C—G 、 G—C
A-U、 C—G 、T—A、 G—C
半保留复制，边解旋边复制
边解旋边转录
2个子代DNA分子
mRNA、tRNA、rRNA
使遗传信息从亲代传递给子代，从而保持了遗传信息的连续性
遗传信息从DNA传递到RNA（mRNA）上，为翻译做准备
主要在细胞核或拟核，少部分在线粒体、叶绿体、质粒
新链从5’端-3’端延伸
新链从5’端-3’端延伸
（1）转录时，DNA链完全解开吗？
不是，只解旋有遗传效应的片段，即基因片段
（2）一个DNA分子中某个基因转录时，其他基因是否一定也在进行转录？
一个DNA分子中的两个基因，不一定同时进行转录。
核心讨论：
转录不是转录整个DNA，是转录其中要表达的基因
（3）一个基因的两条链都能转录吗？
只以一条链为模板
（4）不同基因的模版链是否相同？
不同基因模板链不同
转录以基因为单位，一个基因只以一条链为模板，不同基因模板链不同
【讨论1】
核心讨论：
（5）分裂间期和分裂期可以进行转录吗？
分裂期的染色体高度螺旋，DNA很难解旋，转录很难发生。
（6）高度分化的细胞可以转录吗？
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可以进行转录，例如高度分化的细胞，会进行转录和翻译，但是不会进行DNA的复制。若细胞处于分裂期，转录难以进行。
【讨论1】
核心讨论：
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和rRNA的种类一般没有差异。
（7）同种生物的不同细胞中，mRNA、tRNA和rRNA的种类相同吗？
易错提示：
细胞核中转录形成的RNA通过______进入细胞质中，穿过___层膜，_______消耗能量
核孔
0
需要
【讨论1】
核心讨论：
课堂小结
3.下列关于真核细胞中转录的叙述，错误的是
A.tRNA、rRNA和mRNA都由DNA转录而来
B.同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生
C.细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生
D.转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补
C
真核细胞中的RNA主要在细胞核内合成，线粒体和叶绿体中的DNA也能进行转录合成RNA，C错误。
4.如图为真核生物细胞核内转录过程的示意图，下列说法正确的是
图中①链为模板链，②链为RNA，①链中的碱基A与②链中的碱基U互补配对；转录完成后，②通过核孔进入细胞质，穿过0层膜。
A.①链的碱基A与②链的碱基T互补配对
B.②是以4种核糖核苷酸为原料合成的
C.如果③表示酶分子，则它的名称是DNA聚合酶
D.转录完成后，②需要通过两层生物膜才能与核糖体结合
B
5.图甲和图乙是在人体某细胞的细胞核中发生的两个过程，下列相关判断不正确的是
A.该细胞可能是造血干细胞，不可能是胰岛B细胞
B.与图甲过程相比，图乙过程可频繁发生
C.图甲过程形成产物的长度与图乙形成的大致相同
D.基因1与基因2转录的模板链可能不在DNA的一条单链上
C
核心探讨
6.如图表示某真核生物细胞内DNA的转录过程，请据图分析回答下列问题：
(1)图中遗传信息的转录方向为 (用“→”或“←”表示)。
(2)a为启动上述过程必需的有机物，其名称是 。
(3)b和c的名称分别是 、 。
(4)此过程中的碱基配对方式为 。
←
RNA聚合酶
胞嘧啶脱氧核苷酸
胞嘧啶核糖核苷酸
A—U、T—A、C—G、G—C
7.研究发现，当某些基因转录形成的mRNA分子难与模板链分离时，非模板链、RNA—DNA杂交体共同构成R环结构，R环结构会影响DNA复制、转录和基因的稳定性等。据图回答下列问题：
(1)图中酶A是______________，过程①的原料是____________。
(2)R环结构与正常DNA片段相比，其存在的碱基配对情况的不同之处是_________________。
DNA聚合酶
脱氧核苷酸
存在A与U的配对
(3)研究发现，原核细胞DNA复制速率和转录速率相差很大。当DNA复制和基因转录同向而行时，如果转录形成R环，则DNA复制会被迫停止，这是由于____________________________。
R环阻碍了解旋酶(酶B)的移动
(4)R环结构中，嘌呤碱基总数与嘧啶碱基总数________(填“一定”或“不一定”)相等，原因是______________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________。
不一定
R环结构中，杂合链部分因嘌呤与嘧啶配对，嘌呤与嘧啶的数量相等；但DNA单链部分的嘌呤与嘧啶数量不一定相等，因而R环结构中嘌呤与嘧啶的数量不一定相等

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