第六课 遗传与变异 第三课时 基因的表达.ppt

　　第六课 遗传与变异

　　第三课时 基因的表达

　　要点、疑点、难点

　　基因的概念

　　基因是控制生物性状的遗传物质的功能单位和结构单位， 是有遗传效应的DNA片段。在染色体上呈线性排列。

　　1 基因的概念与结构

　　要点、疑点、难点

　　原核细胞的基因结构

　　原核细胞的基因是由成百上千个核苷酸对组成的。组成基因的核苷酸序列可以分为不同的区段。在基因表达的过程中，不同区段所起的作用并不相同。有的区段能够转录为相应的信使RNA，进而指导蛋白质的合成，也就是说能够编码蛋白质，这样的区段叫做编码区。有的区段不能转录为信使RNA，也就是说不能编码蛋白质，这样的区段叫做非编码区。非编码区是由编码区上游和编码区下游的DNA序列组成的。非编码区虽然不能编码蛋白质，但是对于遗传信息的表达是不可缺少的。这是因为在非编码区上，有调控遗传信息表达的核苷酸序列。

　　基因的结构

　　要点、疑点、难点

　　真核细胞的基因也是由编码区和非编码区两部分组成的，在非编码区上，同样有调控作用的核苷酸序列，但是真核细胞的基因结构要比原核细胞的基因结构复杂。与原核细胞比较，真核细胞基因结构的主要特点是：编码区是间隔的、不连续的。也就是说，能够编码蛋白质的序列被不能够编码蛋白质的序列分隔开来，成为一种断裂的形式。其中，能够编码蛋白质的序列叫做外显子，一般不能够编码蛋白质的序列叫做内含子。

　　真核细胞的基因结构

　　基因的结构

　　要点、疑点、难点

　　原核细胞基因和真核细胞基因的区别

　　要点、疑点、难点

　　2 人类基因组计划

　　(Gp:) 人类基因组包括构成24条染色体不同的24个DNA分子。人类基因组计划最基本的任务是搞清楚每个DNA分子中碱基排列顺序。主要内容是绘制四张图，即遗传(连锁)图、物理图、DNA序列图和转录图。 (1)遗传图 遗传图是指基因或DNA标记(如多肽性遗传标记)在染色体上以遗传距离表示相对位置的图，又称为连锁图。 (2)物理图 物理图指表示DNA序列上DNA标记之间实际距离的图。通常由DNA的限制酶片段或克隆的DNA片段有序排列而成。标记之间的物理距离以DNA上核苷酸数目的多少(kb表示千碱基对，Mb表示百万碱基对)来表示。物理图是进行DNA序列分析和基因组织结构研究的基础。物理图反映了DNA标记之间的实际距离，而遗传图则反映DNA标记之间的连锁关系。 (3)序列图 序列图是指整个人类基因组的核苷酸序列图，也是最详尽的物理图。测定的总长度约为1m。由30亿个核苷酸对组成的序列图就是人类基因组计划原定2005年要完成的任务。2000年6月，六国科学家已向全世界宣布“人类基因组草图”的绘制工作已经完成。 (4)转录图 在整个人类基因组中，只有1%～5%的DNA序列为编码序列。在人体某一特定组织的细胞中，一般只有0.1%的基因可以表达。

　　要点、疑点、难点

　　2 人类基因组计划

　　(Gp:) 人的10万个基因，编码序列为1亿碱基对，仅占整个基因组的3%。除已知部分非编码序列对基因活动起调节作用，或参与染色体结构形成及其复制外，大多数非编码序列的功能还不清楚。 人们预测，搞清楚这些序列的功能，将可能使一些生物学重大问题得到解决。众所周知：对于发育来说，包含着一系列基因的表达过程，而更为重要的在于这些过程彼此之间在时空上的紧密联系和配合。受精卵之所以能发育成完整的个体，就是由于与发育有关的各基因都是处在复杂的调控机制之下，一定的基因总是在一定的时空序列中被活化或受阻碍，一些科学家认为，对人和其他动物基因组DNA全序列的比较研究，将发现更新的调控序列，从而搞清楚发育的遗传程序。对进化中的一些问题也有望得到答案，基因组工作的完成将成为生物学的一座里程碑而载入史册。

　　要点、疑点、难点

　　3 基因的表达

　　RNA的组成元素

　　RNA的结构与分类

　　RNA的与DNA的比较

　　复制、转录与翻译的比较

　　遗传信息与遗传密码

　　中心法则

　　(Gp:) DNA(基因)

　　(Gp:) RNA

　　(Gp:) 蛋白质(性状)

　　(Gp:) 转录

　　(Gp:) 翻 译

　　(Gp:) 逆转录

　　遗传信息

　　遗传密码

　　(Gp:) 基因中脱氧核苷酸的排列顺序

　　(Gp:) 信息RNA中核糖核苷酸的排列顺序。常以三个邻的碱基决定一个氨基酸

　　(Gp:) C、H、O、N、P

　　要点、疑点、难点

　　组成元素

　　核糖核苷酸

　　(Gp:) RNA

　　mRNA(信使RNA)指导蛋白质合成

　　tRNA(转运RNA )运载氨基酸

　　rRNA(核糖体RNA)参与核糖体构成

　　(Gp:) C、H、O、N、P

　　基本单位

　　(Gp:) 核糖

　　(Gp:) 磷酸

　　(Gp:) 含N碱基

　　(Gp:) 嘌呤

　　(Gp:) 嘧啶

　　(Gp:) 腺嘌呤(A)

　　(Gp:) 鸟嘌呤(G)

　　(Gp:) 胞嘧啶(C)

　　(Gp:) 尿嘧啶(U)

　　RNA的组成

　　RNA的分类

　　要点、疑点、难点

　　DNA与RNA的比较

　　(Gp:) 结构

　　(Gp:) DNA

　　(Gp:) RNA

　　(Gp:) 基本单位

　　(Gp:) 碱基

　　(Gp:) 五碳糖

　　(Gp:) 无机酸

　　(Gp:) 嘌呤

　　(Gp:) 嘧啶

　　(Gp:) 无机酸

　　规则的双螺旋结构

　　脱氧核糖核苷酸

　　腺嘌呤(A)

　　胞嘧啶(C)

　　脱氧核糖

　　磷酸

　　鸟嘌呤(G)

　　腺嘌呤(A)

　　鸟嘌呤(G)

　　胸腺嘧啶(T)

　　胞嘧啶(C)

　　尿嘧啶(U)

　　核糖

　　磷酸

　　核糖核苷酸

　　通常呈单链

　　要点、疑点、难点

　　(Gp:) 时期

　　(Gp:) 复制

　　(Gp:) 转录

　　(Gp:) 翻译

　　(Gp:) 场所

　　(Gp:) 原材料

　　(Gp:) 模板

　　(Gp:) 其它条件

　　(Gp:) 最后结果

　　细胞分裂间期

　　细胞核

　　脱氧核苷酸

　　DNA

　　酶、ATP

　　两个DNA分子

　　蛋白质合成

　　细胞核

　　核糖核苷酸

　　DNA

　　酶、ATP

　　一个RNA分子

　　蛋白质合成

　　核糖体

　　氨基酸

　　信息RNA

　　酶、ATP

　　一条多肽链

　　复制、转录、翻译比较表

　　要点、疑点、难点

　　3 基因的表达

　　以蛋白质合成有关的计算

　　DNA

　　RNA

　　蛋白质

　　1

　　3

　　6

　　6n

　　3n

　　n

　　遗传信息

　　遗传密码

　　碱基数

　　碱基数

　　氨基酸数

　　肽键数

　　(n-m)

　　0

　　课前热身

　　1基因是有 的DNA片段。 2如果DNA的一条模板链的碱基排列顺序是…ACGCTAGCA…，那么与它互补的 另一条链的碱基顺序是 ;转录成的信使RNA的碱基顺序是… ;它能决定 3 个氨基酸，有 3 个密码子。 3如图是转录过程：DNA…—A—T—G—… RNA…—U—A—C—… 该图中有 个核苷酸;有 种核酸;有 5 种碱基; 该过程是在 中进行 的。

　　遗传效应、 …TGCGATCGT…、 UGCGAUCGU…、6、6、细胞核

　　课前热身

　　4密码子是指信使RNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基，能决定氨基酸的密码子有 个，密码子能决定氨基酸 种。 5氨基酸个数(m)、肽链条数(n)、肽键个数、脱去水分子数目的关系是 。 6DNA(基因)的碱基个数(m)、mRNA的碱基个数(n)、氨基酸分子的个数之 间的关系是 。

　　61、20、肽键数=脱去水与子数=m-n 、 6∶3∶1

　　能力、思维、方法

　　【例1】 已知一个蛋白质分子由2条肽链组成，连接蛋白质分子中氨基酸的 肽键共有198个，翻译成这个蛋白质分子的mRNA中有A和G共200个，则转录成信使RNA 的DNA分子中，最少有C和T多少个( ) A 400 B 200 C 600 D 800

　　C

　　【解析】 (1)蛋白质分子中的氨基酸数目等于肽键数加上肽链条数，计算 得出组成该蛋白质氨基酸为200个。至少的意思是不考虑终止密码子，所以DNA分子中6个碱基(三个碱基对)决定一个氨基酸，即有1200个碱基;(2)根据碱基配对原则可知，A+G=C+T=50%，故C+T=600个;(3)如果按题意中mRNA的G+A=200来计算，就会大大影响计算速度，因此要学会判断哪些条件是可以利用的，哪些条件是要摒弃的，这对能力的形成十分重要。 ? 如果将题中问法改为“DNA的非信息链中A+G至少有多少个?”可做如下分析： 我们知道，转录过程是以DNA的一条链作为模板，按照碱基配对原则形成mRNA的过 程，模板链即为信息链(也称有意义链)，每条链中含碱基为600个，则有意义链中的T+C=600-200=4 00(个)，有意义链的T+C正是链中的A+G，所以答案为A

　　能力、思维、方法

　　【例2】 下表是DNA控制蛋白质合成的过程，分析回答： DNA片段： ①——T—A—G— (基因)②——A—T—C— 信使RNA：③——U—A—G— 转运RNA：④——A—U—C— 氨基酸： ⑤—— (1)图中标出的碱基符号，包括了 种核苷酸。 (2)在DNA双链中， 链为转录链;遗传信息存在于 链上;遗传密码(密码子)存在于 链上。 (3)已知胰岛素含有51个氨基酸，由两条链组成。控制合成胰岛素的基因至少应含有 个脱氧核苷酸。

　　【答案】 (1)8 (2)②，②，③ (3)306

　　能力、思维、方法

　　【解析】 此题主要考查基因控制蛋白质的合成过程，以及DNA、基因、信 使RNA、转运RNA、密码子之间的关系。 (1)DNA两条链包括4种碱基，含4种脱氧核苷酸。RNA③④也包括了4种碱基，含4种核苷 酸，共8种核苷酸。 (2)能够与信使RNA碱基配对的转录链是②，其上脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息， 信使RNA上核糖核苷酸的排列顺序代表遗传密码。 (3)基因的6个碱基决定信使RNA的3个碱基，决定1个氨基酸。由此得知，合成含51个氨 基酸的蛋白质，基因中脱氧核苷酸数(碱基数)为6×51=306个(默认不考虑终止密码)。

　　能力、思维、方法

　　【例3】 下图为人体内蛋白质合成的一个过程。据图分析并回答： ? (1)图中所合成多肽链的原料来自 和 。 ? (2)图中所示属于基因控制蛋白质合成过程中的 步骤，该步骤发生 在细胞的部分。 (3)该过程不可能发生在( ) A神经细胞 B肝细胞 C成熟的红细胞 D脂肪细胞

　　【解析】 该题考查基因控制蛋白质合成过程，图示为翻译过程，以信使RN A为模板，以转运RNA为运载工具，按照碱基互补配对原则，形成具有一定氨基酸顺序的 蛋白质，成熟的红细胞不再合成蛋白质(原因是无核，不能控制蛋白质的合成过程) 【答案】 (1)食物 人体自身的合成 (2)翻译 细胞质(或核糖体) (3)C

　　能力、思维、方法

　　【例4】 2000年6月26日，科学家公布了人类基因组草图，这是人类基因组 研究的重要成果。这一成果被誉为“人类天书”的破译，是人类科学史上的重要里程碑。继 2000年6月26日公布“人类基因组草图”以后，经过几个月的努力，科学家于2001年2月12日 宣布，人类基因组共约有32亿对碱基，包含了大约3～4万个基因。这标志着人类基因组研究 工作取得了实质进展，为破译生命之谜奠定了坚实的基础。 这套人类的“生命天书”共24“本”，组成该“书”的文字有四种“笔画”，每两个笔画形 成一个“偏旁部首”，每三个“偏旁部首”形成一个“文字”。 每本“生命天书”中含有几千个关于人类生命的结构、功能、生老病死的“信息”，每条信 息由几千个“文字”组成。人类基因组计划就是首先要破译这套天书中所含有的10亿个文字 中的30多亿个偏旁部首的排列顺序，然后再破译天书中的每条遗传信息的具体含义即具体功 能。 (1)人类“生命天书”有24本，每“本书”是指一个 ，这套书为什 么是24本? (2)“生命天书”中的“信息”是指一个 。 (3)“生命天书”中的四种“基本笔画”是指 。 (4)“生命天书”中的每个“偏旁部首”是指 ，它们是 。 (5)“生命天书”中的每个“文字”是表示三个特定排列的 ，这个 特定排列的物质为什么是三个?

　　能力、思维、方法

　　【答案】 (1)染色体 人类22对常染色体和一对性染色体(X、Y)中的DNA分子相互之间结构各不相同。 (2)基因 (3)分别含A、T、C、G碱基的四个脱氧核苷酸 (4)碱基对 A-T、T-A、C-G、G-C (5)碱基对 DNA中转录一个“密码子”或控制一个氨基酸需要三个碱基对。

　　能力、思维、方法

　　【解析】 通读上面的报导，报导中所说的“破译天书”实际上指对人类基 因组成进行了碱基对测序工作。每本“天书”指一个染色体，因为人类体细胞中含有22对常 染色体，每对染色体中的两个DNA分子结构基本相同，又由于X、Y两个性染色体中DNA结构有 较大的差异，需要分别单独测序，所以这套“生命天书”实际是指人类体细胞中一套常染色 体(22个)和X、Y这两个性染色体中共24个DNA分子。生命天书中的四种“基本笔画”是指 含不同碱基对的脱氧核苷酸。生命天书中的“偏旁部首”是指脱氧核苷酸对或碱基对，它们 有四种，即A-T、T-A、C-G、G-C。每三个偏旁部首组成一个“文字”，即一个文字中有三个 碱基对，因为DNA中含遗传信息的核苷酸链上的三个碱基可转录成信使RNA上的一个“密码子 ”，每个“密码子”在蛋白质合成过程中，决定一个氨基酸，以决定一个氨基酸所对应的碱 基对为一个“文字”，即是DNA中三个碱基对。生命天书中的信息是一个基因，一个基因控 制一种蛋白质的生物合成，一般包括成千上万个碱基对。 本题是一个材料题，人类基因组的研究已经写进教材，编制本题的目的是希望学生关注生命 科学的最新进展，运用所学知识解释“人类基因组”研究的最新成果，提高学生接受信息、 处理信息能力，培养学生的科学思维和科学精神。