第六章遗传信息的传递和表达.docx
《第六章遗传信息的传递和表达.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第六章遗传信息的传递和表达.docx（37页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
第六章遗传信息的传递和表达
第六章遗传信息的传递和表达（修改）
知识结构：
DNA、RNA的
化学成分遗传物质的研究简史
遗传物质的特征
DNA是噬菌体的结构
遗传物质DNA是同位素标记法
遗遗传物质噬菌体侵染细菌的实验DNA是
传实验证明遗传物质
遗信肺炎双求菌的转化实验
传息化学成分
信基本组成单位（脱氧核苷酸）
息DNA的结构碱基互补原则
的平面结构、空间结构
传实验：
DNA分子模型的搭建
递DNA分子的多样性
和蕴藏在DNA分子中的遗传信息基因
表遗传信息
达过程
方式
DNA的复制模板
DNA的复条件原料（游离脱氧核苷酸）
制和蛋白酶
质的合成能量
意义
信使RNA
遗传信息转录条件
过程
蛋白质的合成遗传密码（密码子）
转运RNA
遗传信息翻译部位（核糖体）
过程
中心法则及其发展
基因工程获取目的基因
基因工程与基因工程的基本过程目的基因与运载体重组
转基因生物重组DNA分子导入受体细胞
转基因技术的应用筛选含目的基因的受体细胞
转基因生物产品的安全性
第一节遗传信息
一、DNA是遗传物质
1．遗传物质的研究简史：
1869年瑞士米歇尔：
证实核酸存在于细胞核
德国化学家孚尔根：
证明DNA在细胞核的染色质里
1928年格里菲思肺炎双球菌的转化实验：
证明S型细菌中有种物质能使R型细菌转化为S型细菌
1944年美国埃弗里的肺炎双球菌的转化实验：
证明DNA是遗传物质
1952年赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验：
进一步证明DNA是遗传物质
1953年沃森和克里克：
证明DNA的双螺旋结构
2．遗传物质的特点：
储存数量巨大的遗传信息；能够精确地自我复制且传递给后代；化学性质比较稳定。
3．噬菌体侵染细菌的实验：
（1）噬菌体的结构（蛋白质、核酸）
（2）同位素跟踪实验：
（P.39图6—3）
侵染细菌细胞外有35S
35S标记噬噬菌体蛋白质没有进入细菌
菌体蛋白质细胞内没有35S
侵染细菌细胞外没有32P结论：
DNA是遗传物质
32P标记噬噬菌体DNA进入细菌
菌体DNA细胞内有32P
（3）噬菌体侵染细菌的过程：
（P.40图6—4）
吸附注入复制、合成组装释放
4．肺炎双球菌的转化实验：
R型活细菌注射小鼠体内小鼠成活
S型活细菌注射小鼠体内小鼠死亡结论：
加热杀死S型细菌注射小鼠体内小鼠成活S型细菌体内的某种物质使
R型活细菌注射小鼠R型细菌转化为S型细菌
+小鼠死亡小鼠体内分离
加热杀死S型细菌出S型活细菌
蛋白质+S型活细菌
杀死的分离DNA+S型活细菌转化S型结论：
S型细菌多糖+S型活细菌活细菌DNA是遗传物质
多脂+S型活细菌
5．绝大多数生物的遗传物质是DNA，但由于烟草花叶病毒、流感病毒、脊髓灰质炎病毒等生物没有DNA，只有RNA，所以这些生物的遗传物质是RNA。
二、DNA分子双螺旋结构：
磷酸
1．DNA分子的基本单位——脱氧核苷酸脱氧核糖
含氮碱基（A、T、G、C）
2．元素组成：
C、H、O、N、P
两条脱氧核苷酸链组成（平行排列、方向相反）
3．DNA的平面结构外围——主链（磷酸、脱氧核糖间隔排列）
分子结构内部——碱基对（碱基互补配对原则：
A与T、G与C）
空间结构双螺旋结构
●DNA结构特性：
①多样性、碱基对的排列顺序千变万化
②特异性、特定的DNA分子具有特定的碱基排列顺序
③稳定性、DNA分子的基本骨架不变，碱基配对不变
●注意：
DNA分子中（双链）
①嘌呤/嘧啶=1（如果，嘌呤/嘧啶≠1，则DNA分子为单链）
②A+T+G+C=1（100%）
③碱基与碱基之间是氢键连接，A与T之间有2个氢键，G与C之间有3个氢键。
三、有关DNA的计算：
DNA是双螺旋结构，两条链之间的碱基是按照碱基互补配对原则相互配对的，所以计算双链DNA分子中的碱基比例时，必须严格按照碱基互补配对原则进行计算。
①（A+G）/（T+C）=（A+C）/（T+G）=1
②在DNA双链中，一条单链的（A+G）/（T+C）的值与另一条互补链的（A+G）/（T+C）的值互为倒数关系。
③在DNA双链中，一条单链的（A+T）/（G+C）的值与另一条互补链的（A+T）/（G+C）的值相等。
与整个DNA分子的（A+T）/（G+C）的值相等。
④双链DNA分子中的（C+G）[或（A+T）]之和等于这个DNA分子中某一条脱氧核苷酸链上的（C+G）[或（A+T）]之和。
四、蕴藏在DNA分子中的遗传信息
1．DNA分子多样性的原因（碱基对的无数
排列顺序）
2．基因：
●概念：
是携带遗传信息，并具有遗传效应的DNA片段
●基因中碱基对排列顺序——遗传信息
●功能：
控制蛋白质合成
3．染色体、DNA与基因的关系
第二节DNA复制和蛋白质合成
一、DNA的复制
1．概念：
DNA的复制是指以DNA分子为摸板，合成相同DNA分子的过程
2．时间：
有丝分裂和减数分裂第一次分裂的间期
3．条件：
●模板：
两条母链
●原料；细胞核中四种游离的脱氧核苷酸
●能量：
ATP
●酶：
解旋酶、聚合酶
4．过程：
边解旋边复制（根据碱基互补配对原则）
5．结果：
一个DNA分子形成两个完全相同的DNA分子
6．特点：
半保留复制
7．意义；使遗传信息从亲代传递给子代，保持了遗传信息的连续性
8．关于DNA复制的计算：
●1个DNA分子复制一次形成2个DNA分子，1个DNA分子连续复制n次，形成2n个DNA分子。
●一个DNA分子连续复制n次后，第一代DNA分子的两条链彼此分开后一直保留下去，即在所有的子代DNA分子中，总有两个DNA分子中各含一条第一代DNA分子中的一条链。
如果第一代DNA分子用15N标记，则复制n次后，含有15N标记的DNA分子占所有子代DNA分子的比例为
。
理解了这个算式后，对解这类题目就不难了。
●在一个DNA分子中，如果某种碱基（用X表示）为已知，当这个DNA分子连续复制n次后，求需要游离的这种碱基多少个？
其计算方法是代入公式：
X（2n－1）
二、遗传信息的转录
生物的性状主要是通过蛋白质来体现的，而性状是由基因决定的，注意：
基因在细胞核内，蛋白质的合成是在细胞质的核糖体是进行的。
基因控制蛋白质的合成包括转录和翻译两个步骤：
1．RNA分子
●由四种核糖核苷酸聚合而成
●核糖核苷酸是有一分子磷酸、一分子核糖、一分子含氮碱基组成，
●含氮碱基有4种，分别是A、U（尿嘧啶）、C、G
●RNA分子为单链（也有少量的RNA为双链，满足嘌呤/嘧啶=1条件）
●RNA分子主要在细胞质中，有3种：
mRNA、rRNA、tRNA
●核酸的种类、结构、功能比较
种类
DNA（脱氧核糖核酸）
RNA（核糖核酸）
组
成
成
分
碱基
胸腺嘧啶（T）
尿嘧啶（U）
腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）
磷酸
磷酸
五碳糖
脱氧核糖
核糖
组成单位
脱氧核糖核苷酸（4种）
核糖核苷酸（4种）
结构
规则的双螺旋
常呈单链结构
分布
主要在细胞核内的染色体上
主要在细胞质中
功能
编码、复制遗传信息，控制蛋白质的合成
将遗传信息从DNA传递给蛋白质
2．转录
（1）概念：
以DNA分子中的一条脱氧核苷酸链为模板合成RNA的过程。
（2）RNA合成部位：
细胞核
（3）条件：
●模板：
DNA分子中的一条脱氧核苷酸链（有义链）
●原料；细胞核中四种游离的核糖核苷酸（A、U、C、G）
●能量：
ATP
●酶：
RNA聚合酶
（4）转录时按照碱基互补配对原则，A与U配对，C与G配对。
三、遗传信息的翻译
1．遗传密码（mRNA分子内的碱基序列），密码子（决定一种氨基酸的每三个相邻碱基）
●共有64个密码子，其中61个各自对应于一种氨基酸
●有3个密码子（UAA、UAG、UGA）为终止密码，既不代表任何氨基酸
●有2个密码子（AUG、GUG）为起始密码子
●密码子特点：
不重叠、无逗号、兼并性
2．tRNA（转运RNA）
●结构：
三叶草形状
●在一个环上有3个碱基（反密码子）与mRNA的密码子配对（符合碱基互补配对原则）
●具有特异性
3．翻译
（1）概念：
以mRNA为模板，以tRNA为转运工具，
使氨基酸在核糖体内按照一定的顺序排列起来，合成蛋
白质的过程
（2）部位：
核糖体
（3）条件：
●模板：
mRNA
●原料；细胞质中游离的20种氨基酸
（4）蛋白质合成过程如图所示：
4．DNA、RNA、蛋白质的数量关系：
四、中心法则及其发展
1．概念：
遗传信息从DNA传递给RNA，再由RNA决定蛋白质合成，以及遗传信息由DNA复制传递给DNA的规律。
2．中心法则的意义：
表明了在细胞生命活动中，核酸和蛋白质的联系和分工
3．中心法则及其发展如下图所示：
五、DNA复制、转录、翻译比较
复 制
转录
翻译
时间
有丝分裂间期和减数分裂前初级性母细胞的形成过程中
生长发育的连续过程中
场所
主要在细胞核，少部分在线粒体和叶绿体
主要在细胞核，少部分在线粒体和叶绿体
核糖体
原料
4种脱氧核苷酸
（A、T、C、G）
4种核糖核苷酸（A、U、C、G）
20种氨基酸
模板
DNA的两条链
DNA中的一条链
mRNA
条件
特定的酶和ATP、适宜的温度、PH
过程
DNA解旋以两条链为模板，按碱基互补配对原则，合成两条子链，子链与对应链螺旋化
DNA解旋，以一条链为模板，按碱基互补配对原则，形成mRNA（单链），进入细胞质与核糖体结合
tRNA一端的碱基与mRNA上密码子配对，另一端携带相应氨基酸合成有一定氨基酸序列的蛋白质
碱基配对方式
A-T，G-C，T-A，C-G
A-U，T-A，G-C，C-G
A-U，G-C，U-A，C-G
信息
传递
DNADNA
DNAmRNA
RNA蛋白质
特点
边解旋边复制，半保留复制
边解旋边转录，单链转录
一个mRNA上可连续结合多个核糖体，依次合成多肽链
产物
两个双链DNA分子
核糖核酸
蛋白质（多肽）和水
意义
复制遗传信息，使遗传信息由亲代传给子代
表达遗传信息，使生物体表现出各种遗传性状
第三节基因工程与转基因生物
一、基因工程
1．概念：
基因工程是指依据预先设计的蓝图，用人工方法将某种生物的基因，接合到另一种生物的基因组DNA中并使其表达，是后者获得新的遗传性状，产生出人类所需要的产物，或创造出新的生物类型的现代生物技术。
2．基因工程的必要工具
（1）限制性核酸内切酶
●限制异原DNA的入侵并使之失去活力，对自身的DNA无损害作用。
●具有很强的专一性，能识别双链DNA的某些特定部位的脱氧核苷酸序列，并切断特定部位的两个脱氧核苷酸之间的氢键
（2）质粒（作为运输目的基因的运载体）
●是细菌中独立与拟核DNA之外，能自主复制的双链闭环的DNA分子
●在宿主细胞内可以独立复制，也可以组合到宿主细胞的DNA分子中
●质粒DNA分子上通常有特殊的遗传标记基因即抗生素抗性基因，利用遗传标记基因进行重组DNA的鉴定和筛选
（3）DNA连接酶
二、基因工程的基本过程
（1）获取目的基因
①目的基因就是人们为了得到其表达产物而把它转入到新的生物体中去的基因
②获得目的基因的方法
●从某生物体细胞中分离（首先需目的基因定位）
●通过化学方法人工合成（如逆转录法）
（2）目的基因与运载体重组
用与切取目的基因相同的限制酶将质粒切开，然后在DNA连接酶的作用下，使目的基因与质粒组合，形成重组质粒。
（3）重组DNA分子导入受体细胞
（4）筛选含目的基因的受体细胞
●质粒DNA分子上通常有特殊的遗传标记基因，所以重组质粒也具有遗传标记基因（如抗生素抗性基因，也可以在质粒上人工重组抗性基因）。
●受体细胞获得重组质粒的同时也获得了抗性基因，所以受体细胞能在含有抗生素的培养基中生长，未成功导入重组质粒的受体细胞无法在含有抗生素的培养基中生长而死亡。
三、基因技术的应用
（1）微生物基因工程
特点：
操作较为容易，研制周期比较短，通过发酵大量生产
成果：
药用蛋白质的规模化生产
（2）植物基因工程
成果：
培育出抗性植物，如；我国的转基因抗虫棉。
全世界有近200种转基因植物，我国有抗病毒烟草、耐储存转基因番茄
正在研究将预防乙型肝炎、龋齿等疾病的疫苗基因转入植物，来培育植物疫苗，以期通过食物获得疫苗接种。
（3）动物基因工程
特点：
以受精卵作为受体细胞，用显微注射的方法将目的基因导入受精卵，在使受精卵发育成转基因动物。
成果：
巨型小鼠（内含外源生长激素基因），可以培育生产人源性蛋白质药物的动物（既动物基因工程培育的乳腺生物反应器）
四、转基因生物产品的安全性（略）
练习：
（一）典例解析
例1、（06广东）右图为高等动物的细胞分裂示意图。
图中不
可能反映的是---------------------------------（ C ）
A.发生了基因突变B.发生了染色体互换
C.该细胞为次级卵母细胞D.该细胞为次级精母细胞
解析：
既要熟悉减数分裂与有丝分裂图像的判断，同时要与
基因在染色体上的分布、基因突变相结合。
根据图中细胞无
同源染色体和着丝点已分开这一特点，我们可以断定该细胞
处于减数分裂第二次分裂的后期。
从染色体上的基因分析：
正常情况下，较大一条染色体上的基因应该是相同的（来自同一个DNA分子的复制，即基因要么是BB，要么是bb），但事实是一个B基因，一个b基因，A、B两个选项都可以产生这一结果；同时由于细胞质的均等分开，所以该细胞不可能是次级卵母细胞（次级卵母细胞分裂形成一个极体和一个卵细胞，细胞质分配不均等）。
例2、（06上海）用一个32P标记的噬菌体侵染细菌。
若该细菌解体后释放出32个大小、形状一样的噬菌体，则其中含有32P的噬菌体有-------------------------（ B ）
A.0个B.2个C.30个D.32个
解析：
掌握DNA复制的特点是半保留复制，亲代的DNA分子双链分开分别作为模板，参与组成子代DNA分子。
用放射性元素标记亲代的DNA分子后，不管复制多少次，总是有2个子代DNA分子被标记。
例3、（07广东）格里菲思（F.Griffith）用肺炎双球菌在小鼠身上进行了著名的转化实验，此实验结果---------------------------------------------------（D）
A．证明了DNA是遗传物质B．证明了RNA是遗传物质
C．证明了蛋白质是遗传物质D．没有具体证明哪一种物质是遗传物质
解析：
该题考查学生对“遗传物质的探索过程”掌握。
肺炎双球菌的转化实验，包括格里菲思的实验和艾弗里的试验，“格里菲思的肺炎双球菌转化实验”指出加热杀死的S型菌存在“转化因子”，将无毒的R菌转化为有毒性的S菌，但该转化因子是什么没有证明。
“艾弗里的肺炎双球菌转化实验”从S型活细菌中提取DNA，将S型DNA与R型混合培养，R型活细菌繁殖的后代中有少量S型菌体，这些S型菌体的后代为S型菌体。
R菌的DNA在S菌DNA的作用下发生变异，而且这些S型菌体的后代为S型菌体，进一步证明这种变异是可遗传的。
这个试验表明DNA是遗传物质,而蛋白质、RNA、多糖等不是遗传物质。
但肺炎双球菌的转化实验，不能证明DNA是主要遗传物质。
例4、（07广东）下列关于DNA复制的叙述，正确的是-------------------（A）
A．在细胞有丝分裂间期，发生DNA复制
B．DNA通过一次复制后产生四个DNA分子
C．DNA双螺旋结构全部解链后，开始DNA复制
D．单个脱氧核苷酸在DNA酶作用下连接合成新的子链
解析：
该题考查了DNA复制的时间、过程、特点、原料、结果等知识。
在细胞增殖的间期进行DNA复制，通过一次复制后产生2个DNA分子；DNA的复制是半保留复制、多起点复制、双向复制、边解旋边复制；单个脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下连接合成新的子链。
注意DNA聚合酶和DNA酶的作用差别，前者催化DNA复制，后者催化DNA水解为单个脱氧核苷酸。
例5、（07四川改编）人类基因组计划测定的24条染色体上的DNA分子大约有31.6亿个碱基对，其中构成基因的碱基占碱基总数的比例不超过2%，其余碱基构成调控序列等。
下面是某DNA分子的部分碱基序列，序列I为调控序列部分，序列II为构成基因的一部分。
上列片段所编码蛋白质的氨基酸序列为“…甲硫氨酸—精氨酸—谷氨酸—丙氨酸—天冬氨酸—缬氨酸…”（甲硫氨酸的密码子是AUG）。
①该基因表达过程中，RNA的合成在细胞核中完成，此过程称为转录。
②请写出编码上述氨基酸序列的mRNA序列：
AUGCGGGAGGCGGAUGUC。
③如果序列I中箭头所指碱基对被替换为，该基因上列片段编码的氨基酸序列为：
…甲硫氨酸－精氨酸－谷氨酸－丙氨酸－天冬氨酸－缬氨酸…
④如果序列II中箭头所指碱基对缺失，该基因下列片段编码的氨基酸序列为：
…甲硫氨酸－精氨酸－谷氨酸－精氨酸－甲硫氨酸…
解析：
内容为分子生物学的有关知识，基因的表达包括转录和翻译。
RNA的合成细胞核中完成，称为转录。
基因序列编码氨基酸，从甲硫氨酸的密码子是AUG可推知DNA的一条链的相应序列为TAC，它不能位于序列1中，只能位于序列2中，根据…TACGCCCTCCGCCTACAG…就可写出对应的密码子。
序列Ⅰ中箭头所指碱基对被替换为，由于是调控序列，不编码氨基酸，所以氨基酸序列不变。
序列Ⅱ中箭头所指碱基对缺失，由于位于基因中，编码氨基酸，氨基酸的序列要发生变化。
例6、（06江苏）与无性生殖相比，有性生殖的后代具有较强的适应性，下列说法不正确的是----------------------------------------------------------------（ B ）
A.后代继承了双亲的遗传物质B.减数分裂过程中，DNA复制更容易发生差错
C.减数分裂过程中，由于基因重组产生了不同类型的配子D.更容易产生新的基因型
解析：
在减数分裂的基础上比较无性生殖与有性生殖的区别，以及对生物变异性的影响。
无性生殖主要是通过有丝分裂产生后代的，由于有丝分裂能够保持前后代遗传物质的稳定性和连续性，所以无性生殖能够保持亲本的性状。
有性生殖是通过生殖细胞两两结合，由受精卵（合子）发育成后代的生殖过程。
受精卵具有两个亲体遗传性；在生殖细胞形成过程中，出现基因重组和染色体变异等，从而使后代具有较强的适应性和变异力。
例7、（07上海）一个mRNA分子有m个碱基，其中G+C有n个；由该mRNA合成的蛋白质有两条肽链。
则其模板DNA分子的A+T数、合成蛋白质时脱去的水分子数分别是
【解析】DmRNA分子A+U为m－n，DNA分子的A+T为2（m－n），氨基酸数m/3，合成蛋白质时脱去的水分子数m/3－2
（二）随堂练习
1．某生物的体细胞染色体数为2n。
该生物减数第二次分裂与有丝分裂的相同之处是（）
A．分裂开始前，都进行染色体的复制
B．分裂开始时，每个细胞中的染色体数都是2n
C．分裂过程中，每条染色体的着丝点都分裂成两个
D．分裂结束后，每个子细胞的染色体数都是n
2.某动物（2N=10）的一滴精液里有440个核DNA分子，这滴精液中的精子来源于多少个初级精母细胞------------------------------------------------------（）
A.11个B.22个C.44个D.88个
3．青蛙的精卵受精过程可分为下列步骤，其中体现受精实质的是-----------（）
A．精子和卵细胞接触B．精子头部进入卵细胞内
C．卵细胞形成受精膜D．精核与卵细胞核结合
4．已知有荚膜的肺炎双球菌引起动物致死性肺炎，无荚膜的肺炎双球菌对动物无害。
请据下列实验回答：
从有荚膜的肺炎双球菌中提取出了DNA、蛋白质、多糖等物质，分别加入培养无荚膜细菌的培养基中，并将培养液注射到小鼠体内，其结果不正确的是（）
5．噬菌体侵染细菌试验，除了证明了DNA是遗传物质外，还间接证明了DNA--（）
①能产生可遗传的变异②能进行自我复制③能指导蛋白质的合成④是生物的主要遗传物质
A.①④B.②③C.②④D.③④
6．人类的多指（A）对正常指（a）为显性。
在一个男性多指患者（Aa）的下列细胞中，不含或可能不含显性基因A的是----------------------------------------（）
①神经细胞②成熟的红细胞 ③初级精母细胞 ④次级精母细胞 ⑤精子
A．①② B．②④⑤ C．①③⑤ D．③④⑤
7．右图示DNA分子复制的片段，图中a、b、c、d表示各条脱氧核苷酸链。
一般地说，下列各项错误的是---------------------------（）
A．b和c的碱基序列互补
B．a和c的碱基序列互补
C．a链中（A+T）/（G+C）的比值与b链中同项比值相同
D．a链中（A+T）/（G+C）的比值与c链中同项比值相同
8．密码子存在于-----------------------------------------------------（）
A．DNAB．mRNAC．tRNAD．核糖体
9．DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序，一般不影响------------------------（）
A.DNA的种类的B．蛋白质的种类C．有关RNA的种类D．碱基对的配对方式
10．下列各项中，能证明基因与染色体具有平行关系的实验是----------------（）
A．摩尔根的果蝇杂交实验B．孟德尔的豌豆一对相对性状的杂交实验
C．孟德尔的豌豆两对相对性状的杂交实验D．细胞的全能性实验
11．遗传信息传递的最后阶段在细胞的哪个部分进行----------------------（）
A．线粒体B．核糖体C．染色体D．细胞膜
12．下列有关染色体、DNA、基因三者关系的叙述中，错误的是-----------------（）
A．每条染色体上含有一个或两个DNA，DNA分子上含有多个基因
B．都能复制、分离和传递，且三者行为一致
C．三者都是生物细胞内的遗传物质
D．生物的传种接代中，染色体的行为决定着DNA和基因的行为
13．已知某DNA分子共含有1000个碱基对，其中一条链上A：
G：
T：
C=l：
2：
3：
4。
该DNA分子连续复制2次，共需要鸟嘌呤脱氧核苷酸分子数是------------------（）
A．600个B．900个C．1200个D．1800个
14．DNA分子复制与遗传信息转录的相同之处是
升级会员 