生物的遺傳和變異－基因的表達

1、專題六 遺傳與變異第三課時第三課時基因的表達要點、疑點、難點基因的概念基因的概念1 基因的概念與結(jié)構(gòu)基因的概念與結(jié)構(gòu)要點、疑點、難點原核細胞的基因結(jié)構(gòu)原核細胞的基因結(jié)構(gòu)原核細胞的基因是由成百上千個核苷酸對組成的。組成基因的核苷酸序列可原核細胞的基因是由成百上千個核苷酸對組成的。組成基因的核苷酸序列可以分為不同的區(qū)段。在基因表達的過程中，不同區(qū)段所起的作用并不相同。以分為不同的區(qū)段。在基因表達的過程中，不同區(qū)段所起的作用并不相同。有的區(qū)段能夠轉(zhuǎn)錄為相應(yīng)的信使有的區(qū)段能夠轉(zhuǎn)錄為相應(yīng)的信使RNA，進而指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，也就是說能進而指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，也就是說能夠編碼蛋白質(zhì)，這樣的區(qū)段叫做夠編碼蛋白質(zhì)

2、，這樣的區(qū)段叫做編碼區(qū)編碼區(qū)。有的區(qū)段不能轉(zhuǎn)錄為信使。有的區(qū)段不能轉(zhuǎn)錄為信使RNA，也也就是說不能編碼蛋白質(zhì)，這樣的區(qū)段叫做就是說不能編碼蛋白質(zhì)，這樣的區(qū)段叫做非編碼區(qū)非編碼區(qū)。非編碼區(qū)是由編碼區(qū)上。非編碼區(qū)是由編碼區(qū)上游和編碼區(qū)下游的游和編碼區(qū)下游的DNA序列組成的。非編碼區(qū)雖然不能編碼蛋白質(zhì)，但是對序列組成的。非編碼區(qū)雖然不能編碼蛋白質(zhì)，但是對于遺于遺傳信息的表達是不可缺少的。這是因為在非編碼區(qū)上，有調(diào)控遺傳信息傳信息的表達是不可缺少的。這是因為在非編碼區(qū)上，有調(diào)控遺傳信息表達的核苷酸序列。表達的核苷酸序列。 基因的結(jié)構(gòu)基因的結(jié)構(gòu)要點、疑點、難點真核細胞的基因也是由真核細胞的基因也是由編碼

3、區(qū)編碼區(qū)和和非編碼區(qū)非編碼區(qū)兩部分組成的，在非編碼區(qū)上，同兩部分組成的，在非編碼區(qū)上，同樣有調(diào)控作用的核苷酸序列，但是真核細胞的基因結(jié)構(gòu)要比原核細胞的基因樣有調(diào)控作用的核苷酸序列，但是真核細胞的基因結(jié)構(gòu)要比原核細胞的基因結(jié)構(gòu)復(fù)雜。與原核細胞比較，真核細胞基因結(jié)構(gòu)的主要特點是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜。與原核細胞比較，真核細胞基因結(jié)構(gòu)的主要特點是：編碼區(qū)是間編碼區(qū)是間隔的、不連續(xù)的隔的、不連續(xù)的。也就是說，能夠編碼蛋白質(zhì)的序列被不能夠編碼蛋白質(zhì)的。也就是說，能夠編碼蛋白質(zhì)的序列被不能夠編碼蛋白質(zhì)的序列分隔開來，成為一種斷裂的形式。其中，能夠編碼蛋白質(zhì)的序列分隔開來，成為一種斷裂的形式。其中，能夠編碼蛋白質(zhì)的序列

4、叫做序列叫做外外顯子顯子，一般不能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做，一般不能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做內(nèi)含子內(nèi)含子。 真核細胞的基因結(jié)構(gòu)真核細胞的基因結(jié)構(gòu)基因的結(jié)構(gòu)基因的結(jié)構(gòu)要點、疑點、難點原核細胞基因和真核細胞基因的區(qū)別原核細胞基因和真核細胞基因的區(qū)別 原核細胞原核細胞真核細胞真核細胞組組 成成由編碼區(qū)和非編碼區(qū)兩部分組成由編碼區(qū)和非編碼區(qū)兩部分組成特特 點點編碼區(qū)不間隔編碼區(qū)不間隔編碼區(qū)間隔、不連續(xù)編碼區(qū)間隔、不連續(xù)外顯子外顯子/內(nèi)含子內(nèi)含子編碼序列占比例較小編碼序列占比例較小要點、疑點、難點2 人類基因組計劃人類基因組計劃 人類基因組包括構(gòu)成人類基因組包括構(gòu)成24條染色體不同的條染色體不同的24個個D

5、NA分子。人類基因組計劃最基本的任分子。人類基因組計劃最基本的任務(wù)是搞清楚每個務(wù)是搞清楚每個DNA分子中堿基排列順序。主要內(nèi)容是繪制四張圖，即遺傳分子中堿基排列順序。主要內(nèi)容是繪制四張圖，即遺傳(連鎖連鎖)圖、圖、物理圖、物理圖、DNA序列圖和轉(zhuǎn)錄圖。序列圖和轉(zhuǎn)錄圖。(1)遺傳圖遺傳圖 遺傳圖是指基因或遺傳圖是指基因或DNA標記標記(如多肽性遺傳標記如多肽性遺傳標記)在染色體上以遺傳距離表示相在染色體上以遺傳距離表示相對位置的圖，又稱為連鎖圖。對位置的圖，又稱為連鎖圖。(2)物理圖物理圖 物理圖指表示物理圖指表示DNA序列上序列上DNA標記之間實際距離的圖。通常由標記之間實際距離的圖。通常由D

6、NA的限制酶的限制酶片段或克隆的片段或克隆的DNA片段有序排列而成。標記之間的物理距離以片段有序排列而成。標記之間的物理距離以DNA上核苷酸數(shù)目的多少上核苷酸數(shù)目的多少(kb表示千堿基對，表示千堿基對，Mb表示百萬堿基對表示百萬堿基對)來表示。物理圖是進行來表示。物理圖是進行DNA序列分析和基因組織序列分析和基因組織結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)。物理圖反映了結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)。物理圖反映了DNA標記之間的實際距離，而遺傳圖則反映標記之間的實際距離，而遺傳圖則反映DNA標記之標記之間的連鎖關(guān)系。間的連鎖關(guān)系。(3)序列圖序列圖 序列圖是指整個人類基因組的核苷酸序列圖，也是最詳盡的物理圖。測定的序列圖是指整個人類基

7、因組的核苷酸序列圖，也是最詳盡的物理圖。測定的總長度約為總長度約為1m。由由30億個核苷酸對組成的序列圖就是人類基因組計劃原定億個核苷酸對組成的序列圖就是人類基因組計劃原定2005年要完成年要完成的任務(wù)。的任務(wù)。2000年年6月，六國科學(xué)家已向全世界宣布月，六國科學(xué)家已向全世界宣布“人類基因組草圖人類基因組草圖”的繪制工作已經(jīng)完的繪制工作已經(jīng)完成。成。(4)轉(zhuǎn)錄圖轉(zhuǎn)錄圖 在整個人類基因組中，只有在整個人類基因組中，只有1%5%的的DNA序列為編碼序列。在人體某一特序列為編碼序列。在人體某一特定定組織的細胞中，一般只有組織的細胞中，一般只有0.1%的基因可以表達。的基因可以表達。 要點、疑點、難

8、點2 人類基因組計劃人類基因組計劃 人的人的10萬個基因，編碼序列為萬個基因，編碼序列為1億堿基對，僅占整個基因組的億堿基對，僅占整個基因組的3%。除已知部分非。除已知部分非編碼序列對基因活動起調(diào)節(jié)作用，或參與染色體結(jié)構(gòu)形成及其復(fù)制外，大多數(shù)非編碼編碼序列對基因活動起調(diào)節(jié)作用，或參與染色體結(jié)構(gòu)形成及其復(fù)制外，大多數(shù)非編碼序列的功能還不清楚。序列的功能還不清楚。 人們預(yù)測，搞清楚這些序列的功能，將可能使一些生物學(xué)重大問題得到解決。眾人們預(yù)測，搞清楚這些序列的功能，將可能使一些生物學(xué)重大問題得到解決。眾所周知：對于發(fā)育來說，包含著一系列基因的表達過程，而更為重要的在于這些過程所周知：對于發(fā)育來說，

9、包含著一系列基因的表達過程，而更為重要的在于這些過程彼此之間在時空上的緊密聯(lián)系和配合。受精卵之所以能發(fā)育成完整的個體，就是由于彼此之間在時空上的緊密聯(lián)系和配合。受精卵之所以能發(fā)育成完整的個體，就是由于與發(fā)育有關(guān)的各基因都是處在復(fù)雜的調(diào)控機制之下，一定的基因總是在一定的時空序與發(fā)育有關(guān)的各基因都是處在復(fù)雜的調(diào)控機制之下，一定的基因總是在一定的時空序列中被活化或受阻礙，一些科學(xué)家認為，對人和其他動物基因組列中被活化或受阻礙，一些科學(xué)家認為，對人和其他動物基因組DNA全序列的比較研全序列的比較研究，將發(fā)現(xiàn)更新的調(diào)控序列，從而搞清楚發(fā)育的遺傳程序。對進化中的一些問題也有究，將發(fā)現(xiàn)更新的調(diào)控序列，從而搞

10、清楚發(fā)育的遺傳程序。對進化中的一些問題也有望得到答案，基因組工作的完成將成為望得到答案，基因組工作的完成將成為生物學(xué)的一座里程碑而載入史冊。生物學(xué)的一座里程碑而載入史冊。 要點、疑點、難點3 基因的表達基因的表達RNA的組成元素的組成元素RNA的結(jié)構(gòu)與分類的結(jié)構(gòu)與分類RNA的與的與DNA的比較的比較復(fù)制、轉(zhuǎn)錄與翻譯的比較復(fù)制、轉(zhuǎn)錄與翻譯的比較遺傳信息與遺傳密碼遺傳信息與遺傳密碼中心法則中心法則DNA（基因）基因）RNA蛋白質(zhì)（性狀）蛋白質(zhì)（性狀）轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻翻 譯譯逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄遺傳信息遺傳信息遺傳密碼遺傳密碼基因基因中脫氧核苷酸的排列順序中脫氧核苷酸的排列順序信息信息RNA中核糖核苷酸的排列順序

11、。常以三個鄰的堿基中核糖核苷酸的排列順序。常以三個鄰的堿基決定一個氨基酸決定一個氨基酸C、H、O、N、P要點、疑點、難點組成元素組成元素核糖核苷酸核糖核苷酸RNAmRNA（信使信使RNA）指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成tRNA（轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運RNA ）運載氨基酸運載氨基酸rRNA（核糖體核糖體RNA）參與核糖體構(gòu)成參與核糖體構(gòu)成C、H、O、N、P基本單位基本單位核糖核糖磷酸磷酸含含N堿基堿基嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶腺嘌呤（腺嘌呤（A）鳥嘌呤（鳥嘌呤（G）胞嘧啶（胞嘧啶（C）尿嘧啶（尿嘧啶（U）要點、疑點、難點結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)DNARNA基本單位基本單位堿堿基基五碳糖五碳糖無機酸無機酸嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶無機酸無機酸規(guī)則的

12、雙螺旋結(jié)構(gòu)規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)脫氧核糖核苷酸脫氧核糖核苷酸腺嘌呤（腺嘌呤（A）胞嘧啶（胞嘧啶（C）脫氧核糖脫氧核糖磷酸磷酸鳥嘌呤（鳥嘌呤（G）腺嘌呤（腺嘌呤（A） 鳥嘌呤（鳥嘌呤（G）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T）胞嘧啶（胞嘧啶（C）尿嘧啶（尿嘧啶（U）核糖核糖磷酸磷酸核糖核苷酸核糖核苷酸通常呈單鏈通常呈單鏈要點、疑點、難點時期時期復(fù)制復(fù)制轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯場所場所原材料原材料模板模板其它條件其它條件最后結(jié)果最后結(jié)果細胞分裂間期細胞分裂間期細胞核細胞核脫氧核苷酸脫氧核苷酸DNA酶、酶、ATP兩個兩個DNA分子分子蛋白質(zhì)合成蛋白質(zhì)合成細胞核細胞核核糖核苷酸核糖核苷酸DNA酶、酶、ATP一個一個RNA分子分子

13、蛋白質(zhì)合成蛋白質(zhì)合成核糖體核糖體氨基酸氨基酸信息信息RNA酶、酶、ATP一條多肽鏈一條多肽鏈要點、疑點、難點3 基因的表達基因的表達以蛋白質(zhì)合成有關(guān)的計算以蛋白質(zhì)合成有關(guān)的計算DNARNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)1366n3nn遺傳信息遺傳信息遺傳密碼遺傳密碼堿基數(shù)堿基數(shù)堿基數(shù)堿基數(shù)氨基酸數(shù)氨基酸數(shù)肽鍵數(shù)肽鍵數(shù)（n-m）0課前熱身1基因是有 的DNA片段。2如果DNA的一條模板鏈的堿基排列順序是ACGCTAGCA，那么與它互補的另一條鏈的堿基順序是 ；轉(zhuǎn)錄成的信使RNA的堿基順序是 ；它能決定 3 個氨基酸，有 3 個密碼子。3如圖是轉(zhuǎn)錄過程：DNAATGRNAUAC該圖中有 個核苷酸；有 種核酸；有 5

14、 種堿基；該過程是在 中進行的。遺傳效應(yīng)、 TGCGATCGT、 UGCGAUCGU、6、6、細胞核課前熱身4密碼子是指信使RNA上決定一個氨基酸的三個相鄰的堿基，能決定氨基酸的密碼子有 個，密碼子能決定氨基酸 種。5氨基酸個數(shù)(m)、肽鏈條數(shù)(n)、肽鍵個數(shù)、脫去水分子數(shù)目的關(guān)系是。6DNA(基因)的堿基個數(shù)(m)、mRNA的堿基個數(shù)(n)、氨基酸分子的個數(shù)之間的關(guān)系是 。61、20、肽鍵數(shù)=脫去水與子數(shù)=m-n 、 631 能力、思維、方法【例1】 已知一個蛋白質(zhì)分子由2條肽鏈組成，連接蛋白質(zhì)分子中氨基酸的肽鍵共有198個，翻譯成這個蛋白質(zhì)分子的mRNA中有A和G共200個，則轉(zhuǎn)錄成信使R

15、NA的DNA分子中，最少有C和T多少個( )A 400 B 200 C 600 D 800C【解析】 (1)蛋白質(zhì)分子中的氨基酸數(shù)目等于肽鍵數(shù)加上肽鏈條數(shù)，計算得出組成該蛋白質(zhì)氨基酸為200個。至少的意思是不考慮終止密碼子，所以DNA分子中6個堿基(三個堿基對)決定一個氨基酸，即有1200個堿基；(2)根據(jù)堿基配對原則可知，A+GC+T50%，故C+T600個；(3)如果按題意中mRNA的G+A200來計算，就會大大影響計算速度，因此要學(xué)會判斷哪些條件是可以利用的，哪些條件是要摒棄的，這對能力的形成十分重要。如果將題中問法改為“DNA的非信息鏈中A+G至少有多少個?”可做如下分析：我們知道，轉(zhuǎn)

16、錄過程是以DNA的一條鏈作為模板，按照堿基配對原則形成mRNA的過程，模板鏈即為信息鏈(也稱有意義鏈)，每條鏈中含堿基為600個，則有意義鏈中的T+C600-200400(個)，有意義鏈的T+C正是鏈中的A+G，所以答案為A能力、思維、方法【例2】 下表是DNA控制蛋白質(zhì)合成的過程，分析回答：DNA片段： TAG(基因)ATC信使RNA：UAG轉(zhuǎn)運RNA：AUC氨基酸： (1)圖中標出的堿基符號，包括了 種核苷酸。(2)在DNA雙鏈中， 鏈為轉(zhuǎn)錄鏈；遺傳信息存在于 鏈上；遺傳密碼(密碼子)存在于 鏈上。(3)已知胰島素含有51個氨基酸，由兩條鏈組成?？刂坪铣梢葝u素的基因至少應(yīng)含有 個脫氧核苷酸

17、。 【答案】 (1)8 (2)， (3)306 能力、思維、方法【解析】 此題主要考查基因控制蛋白質(zhì)的合成過程，以及DNA、基因、信使RNA、轉(zhuǎn)運RNA、密碼子之間的關(guān)系。(1)DNA兩條鏈包括4種堿基，含4種脫氧核苷酸。RNA也包括了4種堿基，含4種核苷酸，共8種核苷酸。(2)能夠與信使RNA堿基配對的轉(zhuǎn)錄鏈是，其上脫氧核苷酸的排列順序代表遺傳信息，信使RNA上核糖核苷酸的排列順序代表遺傳密碼。(3)基因的6個堿基決定信使RNA的3個堿基，決定1個氨基酸。由此得知，合成含51個氨基酸的蛋白質(zhì)，基因中脫氧核苷酸數(shù)(堿基數(shù))為651306個(默認不考慮終止密碼)。 能力、思維、方法【例3】 下圖

18、為人體內(nèi)蛋白質(zhì)合成的一個過程。據(jù)圖分析并回答：(1)圖中所合成多肽鏈的原料來自 和 。(2)圖中所示屬于基因控制蛋白質(zhì)合成過程中的 步驟，該步驟發(fā)生在細胞的部分。(3)該過程不可能發(fā)生在( )A神經(jīng)細胞 B肝細胞C成熟的紅細胞 D脂肪細胞【解析】 該題考查基因控制蛋白質(zhì)合成過程，圖示為翻譯過程，以信使RNA為模板，以轉(zhuǎn)運RNA為運載工具，按照堿基互補配對原則，形成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)，成熟的紅細胞不再合成蛋白質(zhì)(原因是無核，不能控制蛋白質(zhì)的合成過程)【答案】 (1)食物 人體自身的合成 (2)翻譯 細胞質(zhì)(或核糖體) (3)C能力、思維、方法【例4】 2000年6月26日，科學(xué)家公布了人

19、類基因組草圖，這是人類基因組研究的重要成果。這一成果被譽為“人類天書”的破譯，是人類科學(xué)史上的重要里程碑。繼2000年6月26日公布“人類基因組草圖”以后，經(jīng)過幾個月的努力，科學(xué)家于2001年2月12日宣布，人類基因組共約有32億對堿基，包含了大約34萬個基因。這標志著人類基因組研究工作取得了實質(zhì)進展，為破譯生命之謎奠定了堅實的基礎(chǔ)。這套人類的“生命天書”共24“本”，組成該“書”的文字有四種“筆畫”，每兩個筆畫形成一個“偏旁部首”，每三個“偏旁部首”形成一個“文字”。每本“生命天書”中含有幾千個關(guān)于人類生命的結(jié)構(gòu)、功能、生老病死的“信息”，每條信息由幾千個“文字”組成。人類基因組計劃就是首先要破譯這套天書中所含有的10億個文字中的30多億個偏旁部首的排列順序，然后再破譯天書中的每條遺傳信息的具體含義即具體功能。(1)人類“生命天書”有24本，每“本書”是指一個 ，這套書為什么是24本? (2)“生命天書”中的“信息”是指一個 。(3)“生命天書”中的四種“基本筆畫”是指 。(4)“生命天書”中的每個“偏旁部首”是指 ，它們是 。(5)“生命天書”中的每個“文字”是表示三個特定排列的 ，這個特定排列的物質(zhì)為什么是三個?能力、思維、方法【答案】 (1)染色體 人類22對常染色體和一對性染色