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第四章 第1節(jié) 基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成（一）
1. 基因的表達(dá)：
（1）定義：即基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。
（2）過程： ① 轉(zhuǎn)錄：DNA→（多種）RNA
② 翻譯：mRNA→蛋白質(zhì)
【補(bǔ)充】
DNA不能直接作為模板指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的原因：DNA無法離開細(xì)胞核，核糖體無法進(jìn)入細(xì)胞核，因此必有一種中間物質(zhì)（mRNA）充當(dāng)信使，將遺傳信息從DNA傳遞給蛋白質(zhì)。
2. RNA的種類：
① mRNA（信使RNA）：單鏈
功能：將遺傳信息從DNA傳遞給蛋白質(zhì)
② tRNA（轉(zhuǎn)運(yùn)RNA）：單鏈，折疊成“三葉草型”結(jié)構(gòu)（tRNA有氫鍵！）
功能：識(shí)別并轉(zhuǎn)運(yùn)特定的氨基酸
③ rRNA（核糖體RNA）：單鏈，與蛋白質(zhì)結(jié)合形成核糖體
功能：組成核糖體的成分
【補(bǔ)充】
少數(shù)RNA還具有催化作用（酶）；RNA病毒的RNA作為遺傳物質(zhì)存在。
3. 遺傳信息的轉(zhuǎn)錄---過程：（全程由ATP供能）
① 解旋：在RNA聚合酶的作用下，DNA雙螺旋解開，使堿基暴露；
② 合成mRNA：游離的核糖核苷酸與DNA模板鏈上的堿基互補(bǔ)配對，在RNA
聚合酶的作用下開始mRNA的合成（5’→3’）
③ 釋放與復(fù)旋：mRNA釋放，DNA雙螺旋恢復(fù)。
4. 遺傳信息的轉(zhuǎn)錄：★★★★
（1）時(shí)間：活細(xì)胞新陳代謝過程中（無特定時(shí)期）
（2）場所：細(xì)胞核（主要），線粒體、葉綠體
（3）條件：
① 模板：DNA的一條鏈（中的基因片段）
② 原料：4種游離的核糖核苷酸
③ 能量：ATP
④ 酶：RNA聚合酶（催化氫鍵斷裂、催化磷酸二酯鍵形成）
（4）原則：堿基互補(bǔ)配對（A-U T-A C-G G-C）
（5）方向：mRNA的5’→3’（即RNA聚合酶的移動(dòng)方向）
（6）產(chǎn)物：多種RNA（mRNA、tRNA、rRNA等）
（7）特點(diǎn)：邊解旋邊轉(zhuǎn)錄
（8）遺傳信息的流向：DNA→RNA
【補(bǔ)充】 如右圖所示：
① 轉(zhuǎn)錄以基因?yàn)閱挝话l(fā)生（非基因片段
不發(fā)生轉(zhuǎn)錄）；
② 同一個(gè)DNA上存在多個(gè)基因片段，不同
的基因在轉(zhuǎn)錄時(shí)所用模板鏈不一定相同。
③ 同一個(gè)DNA通過轉(zhuǎn)錄可得到多個(gè)不同的RNA。
【辨析】 “DNA復(fù)制”與“轉(zhuǎn)錄”：★★★★
5. 密碼子：共64個(gè)（可見教材P67表4-1）
（1）定義：指mRNA上決定一個(gè)氨基酸的3個(gè)相鄰的堿基。
（2）分類：
① 終止密碼子：3個(gè)（終止密碼子通常不編碼氨基酸！！）
② 起始密碼子；
③ 其他密碼子。
（3）特點(diǎn)：
① 專一性：一個(gè)密碼子只能決定一種氨基酸；
② 簡并性：絕大多數(shù)氨基酸都有多個(gè)密碼子；
③ 通用性：幾乎所有生物共用同一套密碼子。
【注意】
密碼子雖然有64個(gè)，但決定氨基酸的密碼子通常只有61個(gè)！！
【補(bǔ)充】
密碼子具有簡并性的意義：①增強(qiáng)容錯(cuò)性；②保證翻譯的速度。
第四章 第1節(jié) 基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成（二）
1. tRNA——氨基酸的“搬運(yùn)工”：
（1）結(jié)構(gòu)：
單鏈，折疊成三葉草型（如右圖）
tRNA的一端是攜帶氨基酸的部位，另一端有3個(gè)相鄰的堿基，稱為“反密碼子”，可與mRNA上的密碼子進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對。
（2）特點(diǎn)：
每種tRNA只能識(shí)別并轉(zhuǎn)運(yùn)一種氨基酸；
絕大多數(shù)氨基酸可由多種tRNA識(shí)別并轉(zhuǎn)運(yùn)。
【注意】
① 密碼子位于mRNA上，反密碼子位于tRNA上 ！！
② 密碼子有64種，反密碼子只有61種 ！！
（3個(gè)終止密碼子不編碼氨基酸，故沒有對應(yīng)的反密碼子存在）
2. 遺傳信息的翻譯---過程：（全程由ATP供能）
① mRNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)與核糖體結(jié)合，結(jié)合部位存在2個(gè)tRNA的結(jié)合位點(diǎn)；
② 核糖體沿mRNA的5’→3’移動(dòng)，按序讀取密碼子，tRNA攜帶對應(yīng)的
氨基酸進(jìn)入位點(diǎn)；
③ 上一位點(diǎn)的氨基酸從tRNA上脫離，與新運(yùn)入的氨基酸發(fā)生脫水縮合，
形成多肽，脫離后的tRNA離開核糖體；
④ 直至核糖體讀取到終止密碼子，多肽鏈的合成結(jié)束并釋放。
3. 遺傳信息的翻譯：★★★★
（1）時(shí)間：活細(xì)胞新陳代謝過程中（無特定時(shí)期）
（2）場所：細(xì)胞質(zhì)中的核糖體
（3）條件：
① 模板：mRNA
② 原料：21種游離的氨基酸
③ 能量和酶：ATP、特殊的酶
④ 工具：tRNA
（4）原則：堿基互補(bǔ)配對 A-U U-A C-G G-C
（5）方向：mRNA的5’端→3’端（核糖體的移動(dòng)方向）
（6）產(chǎn)物：多肽鏈
（7）特點(diǎn)：一個(gè)mRNA分子可結(jié)合多個(gè)核糖體，同時(shí)進(jìn)行多條相同肽鏈的合成
（8）遺傳信息的流向：mRNA→蛋白質(zhì)
【補(bǔ)充】
翻譯得到的多肽鏈，還需經(jīng)過盤曲折疊才能形成具有特定空間結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)。
【辨析】 三大過程比較：★★★★
【補(bǔ)充】
基因表達(dá)過程中，假設(shè)最終合成的肽鏈中的氨基酸數(shù)為n，則：
（1）不考慮終止密碼子：
DNA堿基數(shù)：mRNA堿基數(shù)：肽鏈中氨基酸數(shù)＝ 6n : 3n : n
（2）考慮終止密碼子：
DNA堿基數(shù)：mRNA堿基數(shù)：肽鏈中氨基酸數(shù)＝ (6n＋6):(3n＋3): n
4. 中心法則：
（1）提出者：克里克（后人進(jìn)行補(bǔ)充）
（2）內(nèi)容：
遺傳信息可以從DNA流向DNA（DNA的復(fù)制），也可以從DNA流向RNA，進(jìn)而流向蛋白質(zhì)（轉(zhuǎn)錄和翻譯）。此外，少數(shù)生物（RNA病毒）的遺傳信息可以從RNA流向RNA（RNA的復(fù)制），以及從RNA流向DNA（逆轉(zhuǎn)錄）。
（3）示意圖：★★★★
【注意】
RNA病毒特有的過程是用虛線表示的！
【補(bǔ)充】
各種生物的遺傳信息傳遞過程：
第四章 第1節(jié) 基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成（三）
【實(shí)驗(yàn)】遺傳密碼的破譯
1. 第一個(gè)密碼子（UUU）的破譯歷程（教材P70 科學(xué)史話）：
（1）克里克：證明mRNA上3個(gè)相鄰堿基編碼1個(gè)氨基酸
（2）美國生物學(xué)家：蛋白質(zhì)的體外合成技術(shù)
實(shí)驗(yàn)操作分析：
① 加入細(xì)胞提取液的目的：
為多肽鏈的合成提供ATP、酶等條件。
② 細(xì)胞提取液要除去DNA和mRNA的目的：
保證以人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸為模板合成多肽鏈
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：只有添加苯丙氨酸的試管中出現(xiàn)多肽鏈
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：與苯丙氨酸對應(yīng)的密碼子為UUU 。
【說明】
人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸的堿基序列為UUUUUUUUU……，用它作mRNA可以保證此過程中編碼氨基酸的密碼子只有UUU一種，而每支試管里僅有1種氨基酸存在，兩者結(jié)合便可探究UUU與哪一種氨基酸相對應(yīng)。
第四章 第2節(jié) 基因表達(dá)與性狀的關(guān)系
1. 基因控制生物體性狀的途徑：
（1）間接途徑：
基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進(jìn)而（間接）控制生物體的性狀； 例：人類白化病、皺粒豌豆的形成
（2）直接途徑：
基因通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀。
例：囊性纖維化、鐮狀細(xì)胞貧血
2. 細(xì)胞分化：
（1）本質(zhì)：基因的選擇性表達(dá)
（2）同一生物體不同類型的細(xì)胞中，所含有的：
① 基因：完全相同，因?yàn)槎加赏粋€(gè)受精卵發(fā)育而來。
② mRNA：不完全相同，因?yàn)楣芗一蛟谒屑?xì)胞中均表達(dá)，而奢侈基因只
在特定細(xì)胞中表達(dá)。
③ 蛋白質(zhì)：不完全相同，原因同上。
【補(bǔ)充】
細(xì)胞中表達(dá)的基因分為兩類：
① 管家基因：在所有細(xì)胞中都表達(dá)的基因。
例：呼吸酶基因、ATP合成酶基因、核糖體蛋白基因
② 奢侈基因：只在某類細(xì)胞中特異性表達(dá)的基因。
例：卵清蛋白基因、血紅蛋白基因、胰島素基因
3. 表觀遺傳：
（1）定義：生物體基因的堿基序列保持不變，但基因表達(dá)和表型發(fā)生可遺傳變化的現(xiàn)象。
（2）時(shí)間：普遍存在于生物體的生命活動(dòng)過程中。
（3）實(shí)例：① 基因組成相同的同卵雙胞胎仍具有微小差異；
② 一個(gè)蜂群中的蜂王和工蜂。
【補(bǔ)充】
影響基因表達(dá)的因素：① DNA甲基化：主要抑制轉(zhuǎn)錄過程
② 染色體組蛋白甲基化、乙酰化。
4. 基因與性狀（表型）的關(guān)系：并非“一對一”！！
① 一個(gè)基因可控制一種性狀：D基因控制豌豆的高莖
② 一個(gè)基因也可控制多種性狀：水稻中的Ghd7基因可調(diào)控開花、發(fā)育、產(chǎn)量等
③ 多個(gè)基因可控制一種性狀：人的身高、膚色由多個(gè)基因共同決定
④ 表型＝基因型＋環(huán)境作用。
5. 基因、蛋白質(zhì)、性狀之間的關(guān)系：
基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，蛋白質(zhì)是性狀的直接體現(xiàn)者 → 基因控制性狀。

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