第4章基因的表达知识清单 高中生物人教版必修2
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第4章知识点清单
目录
第4章 基因的表达
第1节 基因指导蛋白质的合成
第2节 基因表达与性状的关系
第4章 基因的表达
第1节 基因指导蛋白质的合成
一、遗传信息的转录
1. RNA适于作DNA的信使
(1)RNA与DNA的分子组成相似，具备准确传递遗传信息的可能。与DNA不同的是，组成RNA的五碳糖为核糖而不是脱氧核糖，RNA的碱基组成中没有T而含有U。
(2)RNA一般为单链，而且比DNA短，能够通过核孔从细胞核转移到细胞质中。
2. RNA的种类：mRNA、tRNA、rRNA等。其中rRNA是核糖体的组成成分之一。
3. 转录
(1)概念：通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA的过程。
(2)过程
特别提醒
(1)转录过程中DNA的解旋是在RNA聚合酶的作用下进行的，不需要解旋酶。
(2)RNA聚合酶的作用是破坏氢键(解旋)和催化形成磷酸二酯键。
(3)mRNA、tRNA、rRNA都是转录产物。
二、遗传信息的翻译
1. mRNA与密码子、tRNA与反密码子
(1)mRNA与密码子：mRNA为翻译的模板，
位于mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻的碱基称为密码子
(2)tRNA与反密码子：每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，其一端(3'端)是携带
氨基酸的部位，另一端有可以与mRNA上的密码子互补的反密码子，如图中a。
(3)密码子的种类：密码子共有64个，其中终止密码子有3个，分别为UAA、UGA、
UAG，终止密码子不编码任何氨基酸，是翻译终止的信号；特殊情况下，UGA可编码硒代半胱氨酸。起始密码子为AUG，它编码甲硫氨酸，是翻译开始的信号；原核生物中，GUG也可作起始密码子，此时它编码甲硫氨酸。
特别提醒
(1)真核生物中，除终止密码子外，1种密码子决定1种氨基酸；1种氨基酸可由1种或多种密码子决定。1种氨基酸由多种密码子决定的现象叫作密码子的简并性；地球上几乎所有的生物都共用一套遗传密码(密码子的通用性)。
(2)1种tRNA识别并转运1种氨基酸，而1种氨基酸可由1种或多种tRNA转运。
(3)tRNA并非只含三个碱基，其含多个碱基，且局部可进行碱基互补配对，即tRNA中含有氢键。
2. 翻译
(1)概念：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的过程。
(2)过程
肽链合成后，从核糖体与mRNA的复合物上脱离，通常经过一系列步骤，盘曲折叠
成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子。
特别提醒
(1)1个mRNA分子上可相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，少量的mRNA分子就可以迅速合成大量的蛋白质。
(2)核糖体在mRNA上的移动方向为5'→3'，上图4个核糖体以同一mRNA为模板进
行翻译，合成的蛋白质相同。
(3)翻译过程实际是氨基酸脱水缩合的过程。
(4)翻译过程需要三种RNA的参与，即mRNA作模板、tRNA作为转运氨基酸的工具、rRNA作为核糖体的组成成分。
三、中心法则
1. 中心法则图解
在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，ATP为信息的流动提供能量，可见，生命是物质、能量和信息的统一体。
2. 不同类型生物的遗传信息传递过程
(1)并不是所有的生物都能进行中心法则的所有过程，RNA的复制和逆转录只发生在某些RNA病毒中。
(2)一种RNA病毒只能进行逆转录、RNA复制中的一个过程，逆转录需要逆转录酶，RNA复制需要RNA复制酶。
(3)高度分化的细胞不再进行细胞分裂，因而不能发生DNA复制过程。
(4)遗传信息的传递过程都发生在细胞内，病毒的遗传信息传递过程发生在宿主细胞内。
3. “三看法”判断中心法则的具体过程
四、基因表达的过程
1. 比较DNA复制、转录和翻译
项目 | DNA复制 | 基因表达 | |
转录 | 翻译 | ||
时间 | 分裂间期 | 个体生长发育的整个过程 | |
场所 | 主要是细胞核 | 主要是细胞核 | 细胞质 |
模板 | DNA的两条链 | DNA的一条链 | mRNA |
原料 | 4种游离的脱氧核苷酸 | 4种游离的核糖核苷酸 | 21种氨基酸 |
产物 | 与亲本相同的DNA | RNA(mRNA、tRNA、 | 具有一定氨基酸顺序的蛋白质 |
碱基配对 | A—T、T—A、 C—G、G—C | A—U、T—A、 C—G、G—C | A—U、U—A、 C—G、G—C |
特点 | 半保留复制，边解旋边复制 | 边解旋边转录 | 一个mRNA上结合多个核糖体，同时合成多条相同肽链 |
遗传信息的流动 | DNA→DNA | DNA→RNA | RNA→蛋白质 |
研究方法 | 可用放射性同位素标 | 可用放射性同位素标记“U” | 可用放射性同位素标记某个氨基酸 |
2. 原核生物与真核生物基因表达的区别
(1)原核生物细胞没有核膜包被的细胞核，转录尚未结束，就已经有核糖体结合到正在形成的mRNA上进行翻译，如图所示。
(2)真核细胞的核基因转录生成mRNA发生在细胞核中，但核糖体在细胞质中，核质之间有核膜这道“屏障”，因而真核生物的核基因无法“边转录边翻译”。
(3)可以通过图示细胞中核膜的有无和是否“边转录边翻译”来判断是真核细胞还是原核细胞。
五、基因表达中的相关数量关系
1. 理论上基因碱基数、mRNA碱基数与氨基酸数的关系
(1)图示
(2)计算公式：蛋白质中的氨基酸数=1/3 mRNA中碱基数=1/6基因中碱基数。
2. 实际基因表达过程中的数量关系不符合6∶3∶1 的原因
(1)基因中含有不编码氨基酸的序列，不进行转录。
(2)转录出的mRNA上有终止密码子，终止密码子不编码氨基酸。
(3)合成的肽链在加工过程中可能会被剪切掉部分氨基酸。
第2节 基因表达与性状的关系
一、基因表达产物与性状的关系
1. 间接途径
(1)内容：基因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。
(2)实例
①皱粒豌豆的形成机制：编码淀粉分支酶的基因被插入的外来DNA序列打乱→淀粉分支酶异常，活性大大降低→淀粉合成受阻，含量降低→豌豆成熟时失水皱缩。
②人的白化症状的形成机制：编码酪氨酸酶的基因异常→不能合成酪氨酸酶→酪氨酸不能转变为黑色素→表现出白化症状。
2. 直接途径
(1)内容：基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
(2)囊性纤维化的形成机制：编码CFTR蛋白的基因缺失了3个碱基→CFTR蛋白结构与功能异常→支气管中黏液增多，管腔受阻，细菌在肺部大量繁殖，最终使肺功能严重受损。
二、基因的选择性表达与细胞分化
1. 表达的基因类型
(1)在所有细胞中都表达的基因(管家基因)：指导合成的蛋白质是维持细胞基本生命活动所必需的，如核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因。
(2)只在某类细胞中特异性表达的基因(奢侈基因)：卵清蛋白基因、胰岛素基因等。
2. 细胞分化的本质及结果
(1)本质：基因的选择性表达。
(2)结果：同一个体的不同体细胞中mRNA和蛋白质不完全相同，从而导致细胞具有不同的形态、结构和功能。
3. 基因选择性表达过程中，遗传物质没有发生改变。
三、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. 机制：DNA甲基化或构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰影响了基因的表达，如DNA甲基化通过影响遗传信息的转录来抑制基因表达。
3. 主要特点
(1)可遗传。(2)基因的碱基序列不发生改变。
4. 实例
(1)基因组成相同的同卵双胞胎所具有的微小差异与表观遗传有关。
(2)一个蜂群中，蜂王和工蜂都是由受精卵发育而来的，它们在形态、结构、生理和行为等方面的不同与表观遗传有关。
5. 表观遗传现象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。
四、基因与性状关系的归纳
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
(1)一个性状可以受多个基因影响，如人的身高是由多个基因决定的。
(2)一个基因可以影响多个性状，如水稻中的Ghd7基因编码的蛋白质不仅参与了
开花的调控，而且对水稻的生长、发育和产量都有重要作用。
(3)生物体的性状不完全是由基因决定的，环境对性状也有着重要影响。如后天
的营养和体育锻炼等对人的身高有重要作用，水毛茛两种类型叶的形成与环境因素相关。
2. 基因与基因、基因与基因表达产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用，这种相互作用形成了一个错综复杂的网络，精细地调控着生物体的性状。
