高中生物（新人教版-必修2）：基因的表达

(共45张PPT)
知识提纲
一、基因
1： 概念
2： 位置
二、基因控制蛋白质的合成
1：核酸的种类及作用（DNA、RNA）
2：基因控制蛋白质的合成
（1）转录
（2）翻译
三、中心法则
四、基因对性状的控制
1:通过控制酶来控制代谢过程，从而控制生物的性状
2:通过控制蛋白质结构来直接影响性状
生物上下代间有遗传现象
是因为子代获得了亲代复制的一份DNA的缘故
本质：
现象：
性状的相似 ，子代与亲代之间在蛋白质结构上的相似或相同
思考：
同一物种上下代体细胞核中染色体和DNA分子数是相对恒定并且数目并不是很多的，而生物的性状却是多种多样的 。这如何解释？
一个DNA分子可以控制多种蛋白质的合成。
一、基因的概念（一）
（一）基因概念的由来：
基因一词首先由丹麦遗传学家约翰逊提出。基因最早的概念是：决定遗传性状的基本单位，和孟德尔的遗传因子是同义词。但人们只能从它的遗传效果（遗传性状）感知它的存在，并没有证明它是一种遗传物质，更不了解它的结构。本世纪30年代，由于摩尔根等人的工作，指出基因是染色体上的遗传单位，每个基因有自己的位置，并成线性排列，从而证明基因是一种物质，同时把基因看成是不可分割的最小单位。直到50年代，才证明了基因的化学本质是DNA，基因是有遗传效应的DNA片段。
一、基因的概念（二）
（二）问题：
染色体
DNA
基因
染色体、DNA、基因之间有何关系？
二、基因的概念（三）
（三）从基因与DNA的关系看：
片段1
片段2
片段3
片段4
片段5
基因A
基因B
基因C
间区
结
论
1、从基因与DNA的关系看，它们都是由脱氧核苷酸
组成的，构成部分和整体的关系；
2、基因是决定生物性状基本单位，是有遗传效应的　　　　　　DNA片段。
间区
脱氧核苷酸链
G
A
T
C
T
A
G
A
C
G
G
G
A
A
A
T
T
T
C
C
T
C
T
A
G
A
T
C
T
G
C
C
C
T
T
T
A
A
A
G
G
A
DNA
二、基因的概念（四）
（四）从基因与染色体的关系看：
染色体
DNA
基因
主要由DNA和蛋白质组成
每个染色体含有一个DNA分子
1、 每个DNA上有许多个基因；
2、基因是有遗传效应的DNA片段
3、基因在染色体上呈线性(珠链)
排列，染色体为基因的载体；
例：人类的每条染色体上大约有1250个基因。
二、基因的概念（五）
（五）从基因与性状的关系看：
基因
脱氧核苷酸序列
遗传性状
遗传信息
包含
决定
二、基因的概念（六）
（六）从基因与脱氧核苷酸的关系看：
基因A
基因B
间区
脱氧核苷酸
G
A
T
C
T
A
G
A
C
G
G
G
A
A
A
T
T
T
C
C
T
C
T
A
G
A
T
C
T
G
C
C
C
T
T
T
A
A
A
G
G
A
DNA
每个基因含有成百上千个脱氧核苷酸
二、基因的概念（七）
（七）基因的现代遗传学概念：
1、基因是决定生物性状的基本单位，特定基因控制特定性状；
2、基因是DNA分子上有遗传效应的片段，每个DNA分子含有许多基因；
3、基因在染色体上呈线性排列（核基因）；
4、基因中的脱氧核苷酸的排列顺序包涵遗传信息。每个
基因中的脱氧核苷酸序列是固定的（特异性），不同
的基因之间脱氧核苷酸序列是各不相同的（多样性）
5、线粒体和叶绿体等细胞器中也存在着基因（细胞质基
因）。
基因是决定生物性状的基本单位。
特定基因控制特定性状。
（2）本质上（与DNA的关系）：
基因具有遗传效应的DNA片段。
一个DNA有多个基因。
（4）位置上（与染色体的关系）：
核基因（主要的）染色体为载体，且在染色体上
呈直线排列。
质基因 线粒体、叶绿体
（1）功能上（与性状的关系）：
（3）结构上（与脱氧核苷酸的关系）
含有特定遗传信息的核苷酸序列。
一、基因
染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸概念及其相互关系
染色体
DNA
基因
脱氧核苷酸
染色体是DNA
主要载体
每个染色体上有一个
或者两个DNA分子
基因是有遗传
效应的DNA片段
一个DNA有多个基因
基因中脱氧核苷酸对
排列顺序代表着遗传信息
每个基因含有许多个脱氧核苷酸
是主要的遗传物质
是决定生物性状基本单位
是构成DNA分子的基本单位
二、DNA（基因）的功能
1、通过复制使亲代的
遗传信息传递给子
代，从而使前后代
保持了一定的连续
性。
2、蛋白质是生物性状的主要体现者。基因通过DNA控制蛋白质的合成从而控制生物的性状，使遗传信息得以表达，从而使后代表现出与亲代相似的性状。
传递功能
表达功能
由于基因中的脱氧核苷酸（碱基）排列顺序代表遗传信息。因此说，生物的性状遗传主要是通过染色体上的基因传递给后代的，实际上是通过脱氧核苷酸的排列顺序来传递遗传信息的。
生殖过程完成
生长发育过程完成
三、基因控制蛋白质的合成（一）
（一）概述：
细胞核
核糖体
细胞质
1、基因控制性状是通过DNA控制蛋白质的合成来实现的。
2、大量的科学实验证明，生物体的各种蛋白质都是按照DNA分子结构来合成的，即一定结构的DNA，可以控制合成相应结构的蛋白质。
[问题] DNA能否直接控制蛋白质的合成？为什么？
DNA
三、基因控制蛋白质的合成（二）
（二）RNA 与DNA结构的比较：
DNA RNA
结构
组成基本单位
碱基 嘌呤
嘧啶
五碳糖
无机酸
规则的双螺旋结构
脱氧核苷酸
腺(A)、鸟(G)嘌呤
胞(C)、胸腺(T)嘧啶
脱氧核糖
磷酸
单链结构
核糖核苷酸
核糖
磷酸
腺(A)、鸟(G)嘌呤
胞(C)、尿(U)嘧啶
三、基因控制蛋白质的合成（三）
（三）高中阶段遇到的几种RNA分子：
信使RNA（mRNA）
转运RNA（tRNA）
核糖体RNA
（rRNA）
由DNA转录来的，有遗传密码
运载特定的氨基酸，有反密码子
参与核糖体的构成
将DNA的遗传信息转录下来，传递至细胞质的核糖体上，控制蛋白质的合成。
专一识别一种氨基酸的密码子,
专一转运一种氨基酸
参与核糖体构成，与蛋白质合成有关
四、基因控制蛋白质的合成的过程
转 录
翻 译
第一、先按照DNA分子结构合成mRNA；
第二、由mRNA直接指导合成蛋白质。
基因控制蛋白质的合成是通过两个步骤完成的。因DNA分子和蛋白质分子的遗传信息是不同的。DNA（基因）的遗传信息是脱氧核苷酸的排列顺序，而蛋白质的“遗传信息”是氨基酸的排列顺序。
DNA
细胞核
五、转录（一）
（一）过程：
A
内容
条件
1、 DNA解旋酶
1、DNA双链解旋
2、碱基配对;
3、聚合;
3、原料：
核糖核苷酸
4、RNA聚合酶
A
C
U
G
C
U
G
2、模板：
DNA链
RNA
是整条DNA或者某片段解旋？
DNA
T
G
C
A
五、转录（二）
（二）模板链：
作为转录模板的是DNA一条或两条链？是整条链或是片段？
A
DNA
T
G
C
A
C
U
G
RNA
▲ 作为模板的只是DNA其中一条链中的某个片段——基因；
五、转录（三）
[例2] 信使RNA合成后，离开合成部位到达核糖体上，需要经过几层生物膜 （ ）
A.1层 B.2层 C.3层 D.0层
解
析
信使RNA在细胞核转录形成后，经核孔到达细胞质与核糖体结合起来，不经过生物膜。
五、转录（五）
（五）转录与复制的比较：
复制 转录
场所
解旋
模板
酶
能量
原则
原料
产物
细 胞 核
完全解旋
只解有遗传效应的片段
亲代DNA的两条链
均为模板
DNA的一条链
某片段为模板
DNA解旋酶、DNA聚合酶 DNA解旋酶、RNA聚合酶等
ATP
A—T G—C
A—U G—C
四种脱氧核苷酸
四种核糖核苷酸
两个子代DNA
信使RNA
染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸概念及其相互关系
染色体
DNA
基因
脱氧核苷酸
染色体是DNA
主要载体
每个染色体上有一个
或者两个DNA分子
基因是有遗传
效应的DNA片段
一个DNA有多个基因
基因中脱氧核苷酸对
排列顺序代表着遗传信息
每个基因含有许多个脱氧核苷酸
是主要的遗传物质
是决定生物性状基本单位
是构成DNA分子的基本单位
DNA
细胞核
五、转录
过程：
A
内容
条件
1、 DNA解旋酶
1、DNA双链解旋
2、碱基配对;
3、聚合;
3、原料：
核糖核苷酸
4、RNA聚合酶
A
C
U
G
C
U
G
2、模板：
DNA链
RNA
DNA
T
G
C
A
六、翻译（一）
（一）概述：
细胞核
核糖体
细胞质
mRNA
氨基酸
由谁来完成运送氨基酸
DNA
六、翻译（二）
（二）转移RNA（tRNA）的结构和功能：
U
A
U
反密码子
氨基酸
mRNA
U
G
C
A
U
A
C
C
G
A
U
三个碱基
识别：碱基
互补配对
六、翻译（三）
（三）过程：
核糖体
核糖体
核糖体
U
A
U
C
G
T
C
U
G
G
G
A
U
A
C
G
G
C
A
A
U
A
C
A
G
U
C
A
C
C
G
G
A
U
mRNA
U
A
C
C
G
T
G
G
A
C
U
G
多肽链
六、翻译（四）
（四）过程：
核糖体
核糖体
C
G
U
U
A
C
G
G
C
A
A
U
A
C
A
G
U
C
A
C
C
G
G
A
U
mRNA
U
A
C
C
G
U
甲硫氨酸
丙氨酸
怎样将mRNA的碱基排列顺序翻译成蛋白质分子中氨基酸的排列顺序呢
怎样将mRNA的碱基排列顺序翻译成蛋白质分子中氨基酸的排列顺序呢
六、翻译（五）
（五）信使RNA的作用：
问题：4种碱基是如何决定20种氨基酸的
科学家已经发现，信使RNA在细胞中能决定蛋白质分子
中的氨基酸种类和排列顺序；也就是说，信使RNA分子中的
四种核苷酸（碱基）的序列能决定蛋白质分子中20种氨基酸
的序列。
六、翻译（六）
（六）遗传密码：
遗传密码：科学家把信使RNA链上决定一个氨基酸的相邻的
三个碱基叫做一个“密码子”.
60年代科学工作者经多年的研究，证实了在mRNA上每三个相邻的碱基相连决定一种氨基酸；
4种碱基中每三个随机相连共有 43 = 64 种组合
到1967年,科学工作者破译了决定20种氨基酸的全部密码子。
6、遗传密码表
七、翻译（七）
（七）遗传密码表：
第一个
字母 第二个字母 第三个
字母
U C A G
U 苯丙氨酸
苯丙氨酸
亮氨酸
亮氨酸 丝氨酸
丝氨酸
丝氨酸
丝氨酸 酪氨酸
酪氨酸
终止
终止 半胱氨酸
半胱氨酸
终止
色氨酸 U
C
A
G
C 亮氨酸
亮氨酸
亮氨酸
亮氨酸 脯氨酸
脯氨酸
脯氨酸
脯氨酸 组氨酸
组氨酸
谷氨酰胺
谷氨酰胺 精氨酸
精氨酸
精氨酸
精氨酸 U
C
A
G
A 异亮氨酸
异亮氨酸
异亮氨酸
甲硫氨酸（起始） 苏氨酸
苏氨酸
苏氨酸
苏氨酸 天门冬酰胺
天门冬酰胺
赖氨酸
赖氨酸 丝氨酸
丝氨酸
精氨酸
精氨酸 U
C
A
G
G 缬氨酸
缬氨酸
缬氨酸
缬氨酸（起始） 丙氨酸
丙氨酸
丙氨酸
丙氨酸 天门冬氨酸
天门冬氨酸
谷氨酸
谷氨酸 甘氨酸
甘氨酸
甘氨酸
甘氨酸 U
C
A
G
六、翻译（八）
[例3] 与构成蛋白质的20种氨基酸相对应的密码子有多少个 （ ）
A.4　 B.20 C.61 D.64
六、翻译（九）
（九）遗传密码的特点：
1、有64个密码子，只有61个为决定氨基酸的密码子，
3个为终止密码；
2、密码子AUG既是甲硫氨酸的密码子，又是起始密码
3、每个氨基酸可以有一个或多个的密码子；
4、在生物界，从病毒到人类的所有生物共用一套密码
子，说明生物彼此之间亲缘关系。
核糖体
起始密码
密码子
密码子
密码子
密码子
终止密码
六、翻译（十）
（十）对翻译的理解：
U
A
C
U
A
G
A
A
U
A
C
A
G
U
C
A
C
C
G
G
A
U
mRNA
甲硫氨酸
U
A
U
C
U
G
第一个由tRNA携带进入核糖体的是何种氨基酸
如何结束
起始密码
U
A
C
密 码 子
反密码子
碱基配对
氨基酸
决定
翻译
六、翻译（十）
（十）转录与翻译的比较：
转录 翻译
场所
模板
酶
能量
原则
原料
产物
细胞核
细胞质（核糖体）
DNA的一条链为模板
mRNA上的遗传密码
ATP
A—U G—C C—G T—A
A—U G—C
遗传密码—氨基酸
四种核糖核苷酸
约二十种氨基酸
信使RNA
多肽链
DNA解旋酶、RNA聚合酶
缩合酶
六、翻译（十一）
（十一）遗传信息和遗传密码的比较：
遗传信息 遗传密码
区
别 位置
内容
作用
联系
在DNA上
在mRNA上
许多个脱氧核苷酸排列
顺序
三个相邻的核苷酸（碱
基），如AGU、CGA
间接作用：决定着氨基酸
的排列顺序
直接作用：控制氨基酸
的排列顺序
1、RNA是以DNA的某一单链某一片段（基因）为模
转录来的，DNA的遗传信息决定RNA的遗传密码
2 DNA的遗传信息只有通过RNA的翻译，生物的
性状才能得以表现。
七、中心法则（一）
内
容
生物体的遗传信息通过复制 由DNA传递给DNA，以及通过转录 和翻译从DNA传递给RNA，再从RNA传递给蛋白质的过程，叫做“中心法则”。
图解
DNA（基因）
复 制
RNA
复 制
翻译
蛋白质（性状）
转 录
逆转录
遗传信息的传递和表达过程。
某些RNA肿瘤病毒也可以自我复制；
某些RNA肿瘤病毒可以RNA为模板，在逆转录酶的作用下合成DNA，即逆转录。
八、DNA、RNA的碱基和氨基酸的数量关系（二）
结论:
C
G
T
G
C
A
C
A
T
G
C
A
C
T
G
G
T
A
DNA
谷氨酸
组氨酸
精氨酸
氨基酸
C
G
U
G
G
A
C
A
U
mRNA
G
C
A
C
U
G
G
U
A
tRNA
遗传信息
遗传密码
反密码子
氨基酸序列
基因的碱基
信使RNA的碱基
氨基酸 =
6
3
1
模板链
信息链
小结
父方
精子中的
染色体
母方
卵细胞中
的染色体
受精卵中
的染色体
受精
DNA
基因
脱氧核苷酸
序列
遗传信息
遗传密码
氨基酸
蛋白质
性状
（子代）
相似
七、中心法则（二）
[例4] 已知甲、乙、丙3种类型的病毒，它们的遗传信息的传递方向如下图所示，（注：乙图中单螺旋线均示RNA）根据图回答下列问题：
甲 乙 丙
蛋白质
RNA
4
5
6
蛋白质
DNA
1
2
3
（二）中心法则的应用：
蛋白质
RNA
7
8
9
10
DNA
RNA
七、中心法则（二）
丙
乙
甲
蛋白质
RNA
4
5
6
蛋白质
DNA
1
2
3
（1）对三种类型的病毒分别举例：
甲________；乙________；丙________。
DNA
RNA
RNA
（2）图中的3和10表示遗传物质的__________过程，图中2、5、9表示______过程，图中1、8表示______过程。
DNA复制
翻译
转录
蛋白质
RNA
7
8
9
10
DNA
RNA
七、中心法则（二）
（3）图中哪两个标号所示的过程是对中心法则的补充( )
（4）图中甲、乙、丙病毒遗传信息的传递过程图式：
甲_________________________________，
乙______________________，
丙___________________________________________。
6、7
DNA
转录
mRNA
翻译
蛋白质
RNA
翻译
蛋白质
DNA
转录
mRNA
翻译
蛋白质
RNA
逆转录
丙
乙
甲
蛋白质
RNA
4
5
6
蛋白质
DNA
1
2
3
蛋白质
RNA
7
8
9
10
DNA
RNA
二、基因的概念（七）
（七）染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的关系：
染色体
DNA
基因
脱氧核苷酸
二、基因的概念（九）
（九）与生物性状有关的遗传物质可概括如下：
核基因
细胞质基因
性状
决定
脱氧核苷
酸序列
基因
DNA
染色体
线粒体、叶绿体
遗传信息
蕴涵
二、基因的概念（十）
[例1] 某生物体的体细胞中，有10对同源染色体。生殖细胞里的DNA总计约有7 109个脱氧核苷酸对。假设：每个基因中平均含有脱氧核苷酸 1.4 104 个。
（1）该生物的生殖细胞中，平均每条染色体上最多含有的基因数目是______。
（2）该生物的体细胞中，全部DNA共有的碱基或脱氧核糖的数目是_____________。
每条染色体的基因数
[解析]
（1）
每条染色体含有的脱氧核苷酸数
=7 109×2/10
=1.4×109
=1.4×109/ 1.4 104
=105
（2）
体细胞含脱氧核苷酸数=
7 109 ×2 ×2
=2.8 1010
105
2.8 1010