高中生物必修2（人教版 2019）· 第4章 基因的表达

第4章 基因的表达

• 为什么需要 mRNA 做中间物：一句话 DNA 在细胞核中，蛋白质在细胞质中合成，核中的 DNA 不能直接指导细胞质中的蛋白质合成。mRNA（信使 RNA）把 DNA 的遗传信息从细胞核带到细胞质，再在细胞质中指导蛋白质合成。 基因表达分两步：转录（DNA→RNA）、翻…
• RNA 的结构特点：一句话 RNA 的基本单位是核糖核苷酸，五碳糖是核糖，碱基是 A、U、C、G（没有 T）；一般为单链，比 DNA 短，所以能通过核孔从细胞核进入细胞质。 补充 课程补充：DNA 负责长期储存遗传信息，需要稳定；mRNA 是短期存在的信息载…
• 转录的概念与场所：一句话 转录：主要在细胞核中，以 DNA 的一条链为模板，在 RNA 聚合酶的作用下合成 RNA 的过程。实质是把 DNA 的遗传信息转移到 RNA 上。 场所：主要在细胞核 产物：RNA（mRNA、tRNA、rRNA） 考法 课程提示：…
• 转录需要哪些条件：一句话 模板：DNA 的一条链；原料：4 种游离的核糖核苷酸；酶：RNA 聚合酶；还需要能量。RNA 聚合酶本身就能解开 DNA 双链，不需要另外的解旋酶。 易混 DNA 复制用脱氧核苷酸做原料，用 DNA 聚合酶，另需解旋酶；转录用核糖…
• 转录的过程：一句话 ①RNA 聚合酶与基因结合，使 DNA 双链解开，碱基暴露；②游离的核糖核苷酸与模板链上的碱基互补配对；③在 RNA 聚合酶作用下，核糖核苷酸依次连接成 RNA 链；④RNA 释放，DNA 双螺旋恢复。 配对关系：模板链的 A 配…
• 模板链、非模板链与 mRNA 的关系：一句话 mRNA 与模板链碱基互补配对；mRNA 的序列与非模板链相同，只是把 T 换成 U。因此看到非模板链，就能直接写出 mRNA 的碱基序列。 例：模板链 ATCG → mRNA UAGC；非模板链 TAGC，把 T 换成 U 得 …
• 转录和 DNA 复制有何异同：一句话 相同点：本质都是遗传信息的传递，都遵循碱基互补配对，都需要模板、原料、酶和能量。不同点：复制时两条链都作模板，转录只有模板链作模板；复制是半保留复制，转录结束后 RNA 离开、DNA 双螺旋恢复，没有形成子代 DNA；对特定的细胞…
• 三种 RNA 各有什么作用：一句话 转录得到的 RNA 主要有三种：mRNA 是翻译的模板，携带遗传信息；tRNA 识别密码子并转运氨基酸；rRNA 是核糖体的组成成分。三种 RNA 都由转录产生，但只有 mRNA 为蛋白质合成提供信息。 易混 tRNA 和 rRN…
• 什么是密码子：一句话 密码子是 mRNA 上决定一个氨基酸的 3 个相邻碱基。mRNA 上 4 种碱基共可组成 64 种密码子，把它们与氨基酸的对应关系编成密码子表，就能把碱基序列翻译成氨基酸序列。 密码子只在 mRNA 上；DNA 上的对应序列、tR…
• 为什么 3 个碱基决定 1 个氨基酸：一句话 推理：1 个碱基只有 4 种组合，2 个碱基有 4×4=16 种，都不够决定 21 种氨基酸；3 个碱基有 4×4×4=64 种，足够决定 21 种氨基酸，还有富余。后来的实验证明，mRNA 上每相邻 3 个碱基确实决定一个氨基酸…
• 起始密码子与找起点的题型：一句话 起始密码子是翻译的开始信号：AUG（决定甲硫氨酸）、GUG。核糖体在 mRNA 上必须读到起始密码子才开始翻译，起始密码子前面的碱基不翻译。 易混 课程的讲法：AUG（决定甲硫氨酸）是起始密码子；GUG 通常决定缬氨酸，只在原核细…
• 终止密码子与 N−1：一句话 终止密码子有 3 个：UAA、UAG、UGA，不决定氨基酸。64 个密码子中 61 个决定氨基酸，3 个是终止信号。核糖体读到终止密码子，翻译立即结束，肽链释放。 若 mRNA 编码区含 N 个密码子（含终止密码子），则对应 N−…
• 密码子的简并：一句话 简并：一种氨基酸可以由两种或多种密码子决定。密码子共 64 个（其中 61 个决定氨基酸），氨基酸只有 21 种（课程口径），密码子数多于氨基酸种类，所以多数氨基酸有多个密码子。 易混 不是每个氨基酸都有简并：色氨酸只有 UGG …
• 密码子简并有什么意义：一句话 一是增加容错性：碱基改变后，由于简并，新密码子可能仍决定同一种氨基酸，蛋白质不变，性状通常也不变，降低有害突变的影响。二是提高翻译效率：某种氨基酸使用频率高时，几种密码子都能决定它，翻译可以更快进行。 考法 课程提示：课程把「增加…
• 遗传密码的通用性：一句话 几乎所有生物共用一套密码子，同一个基因转到另一种生物的细胞中，往往表达出相同的蛋白质。这说明地球上的生物有共同的起源，也是基因工程能够开展的基础。 易混 并非绝对通用：线粒体中少数密码子决定的氨基酸与细胞核基因不同（例如脊椎动物线…
• 遗传密码是怎样破译的：一句话 尼伦伯格和马太的实验：用多支试管，分别检测不同的氨基酸是否被连成肽链；试管里加入除去了 DNA 和 mRNA 的细胞提取液（保留核糖体、tRNA、ATP 等翻译条件），再加入人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸（UUUU…）。只有对应苯丙氨…
• 翻译的概念与条件：一句话 翻译：在细胞质中，以 mRNA 为模板，以游离的氨基酸为原料，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质（多肽链）的过程。本质是把 mRNA 的碱基排列顺序转变为氨基酸的排列顺序。 场所：核糖体（由 rRNA 和蛋白质构成） 模板：mRNA；…
• tRNA 的结构：一句话 tRNA 是单链 RNA，比 mRNA 小得多；链内部分碱基配对形成氢键，折叠成三叶草形，再进一步折叠成立体结构。一端是携带氨基酸的部位，另一端有 3 个相邻碱基，叫反密码子。 考法 课程提示：tRNA 有局部双链，但它是单链 R…
• 密码子和反密码子怎样配对：一句话 tRNA 的反密码子与 mRNA 的密码子碱基互补配对，tRNA 因此能「认出」密码子，并把对应的氨基酸送到核糖体。例：密码子 AUG 与反密码子 UAC 配对，这种 tRNA 携带甲硫氨酸。 易混 密码子在 mRNA 上，反密码…
• tRNA 有多少种：一句话 决定氨基酸的密码子有 61 个，理论上有 61 种反密码子、61 种 tRNA；细胞中实际 tRNA 的种类少于 61 种。每种 tRNA 只转运一种氨基酸，一种氨基酸可以由多种 tRNA 转运。 考法 课程提示：计算时「不考虑 …
• 翻译的过程：一句话 ①mRNA 通过核孔进入细胞质，与核糖体结合；②携带甲硫氨酸的 tRNA 进入核糖体的第一个位点，反密码子与起始密码子 AUG 配对；③携带下一个氨基酸的 tRNA 进入第二个位点；④两个氨基酸形成肽键，核糖体沿 mRNA 移动一…
• 核糖体沿 mRNA 移动的方向：一句话 核糖体沿着 mRNA 移动，每次读取一个密码子。看核糖体内部的两个 tRNA：携带肽链的 tRNA 在已读过的一侧，携带单个氨基酸的 tRNA 在前进的一侧；肽链被转移到新进来的氨基酸上变长，核糖体就朝携带单个氨基酸的 tRNA …
• 多聚核糖体：一句话 一条 mRNA 上可以同时结合多个核糖体，各自独立合成一条完整的多肽链；因为模板相同，合成的多肽链都一样，所以少量 mRNA 就能迅速合成大量蛋白质。图中肽链较短的核糖体靠近起始端，翻译方向是从肽链短的一端向肽链长的一端。 考法 …
• 转录与翻译的比较：一句话 转录：主要在细胞核；模板是 DNA 的一条链；原料是核糖核苷酸；酶是 RNA 聚合酶；产物是 RNA；配对 A–U、T–A、C–G、G–C。翻译：在细胞质的核糖体上；模板是 mRNA；原料是氨基酸，由 tRNA 运载；产物是多肽链…
• DNA、mRNA 碱基数与氨基酸数：一句话 不考虑终止密码子：1 个氨基酸由 mRNA 上 1 个密码子（3 个碱基）决定，对应基因中 3 个碱基对（6 个碱基）。n 个氨基酸的肽链，其 mRNA 至少有 3n 个碱基，基因（双链 DNA）至少有 6n 个碱基。例：500 …
• 求 mRNA 中某碱基的比例：一句话 已知双链 DNA 中 G 占 20%，则 C 也占 20%，A=T=30%；但转录出的 mRNA 中 C 的比例无法确定：mRNA 只由模板链转录而来，必须知道模板链上各碱基的比例，才能算出 mRNA 的碱基比例。 补充 若已知模…
• 基因表达叙述的正误判断：一句话 章末练习的判断要点：转录和翻译都遵循碱基互补配对；转录以核糖核苷酸为原料，翻译以氨基酸为原料；转录的产物是 RNA，翻译的产物是蛋白质；遗传信息可以由 DNA 流向蛋白质，但不能由蛋白质流向 DNA 或 RNA；真核细胞中染色体上…
• 密码子改变后蛋白质怎样变：一句话 密码子改变的后果取决于新密码子：①新密码子仍决定同一种氨基酸（简并），蛋白质不变，性状通常不变；②变成决定另一种氨基酸的密码子，肽链长度不变，只有一个氨基酸被替换；③变成终止密码子，翻译提前结束，肽链缩短（突变位置越靠前，缩得越多…
• 基因的表达是什么：一句话 基因的表达：基因通过转录和翻译指导蛋白质的合成，蛋白质再体现出生物的性状。转录得到 RNA，翻译得到蛋白质。本质是遗传信息的传递：DNA 的碱基排列顺序→RNA 的碱基排列顺序→蛋白质的氨基酸排列顺序。 易混 DNA 复制是 DN…
• 中心法则的基本内容：一句话 1957 年克里克提出：遗传信息可以从 DNA 流向 DNA（DNA 的自我复制），也可以从 DNA 流向 RNA（转录），进而流向蛋白质（翻译）。遗传信息的转录和翻译就是基因的表达。 易混 1957 年提出的中心法则只有 DNA…
• 中心法则的补充：五个流向：一句话 后来发现少数病毒的遗传信息还可以从 RNA 流向 RNA（RNA 的复制），从 RNA 流向 DNA（逆转录）。完整的信息流向共五条：DNA 复制、转录、翻译、RNA 复制、逆转录。 易混 蛋白质不能自我复制，也没有蛋白质流向核酸…
• RNA 复制和逆转录发生在哪里：一句话 在本章范围内，RNA 复制和逆转录只发生在被某些 RNA 病毒侵染的宿主细胞中，是病毒增殖时才有的特殊流向。RNA 复制需要 RNA 复制酶（以 RNA 为模板的 RNA 聚合酶）；逆转录以 RNA 为模板合成 DNA，使病毒的信…
• 信息流动中的载体、产物与能量：一句话 在遗传信息的流动过程中，DNA 和 RNA 是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，ATP 为信息流动提供能量。生命是物质、能量和信息的统一体。 易混 蛋白质是信息的表达产物，不是信息载体；能量由 ATP 提供。
• 抗菌药物作用在中心法则哪一步：一句话 红霉素与细菌核糖体结合，抑制肽链延伸，即抑制翻译；环丙沙星抑制细菌 DNA 的复制；利福平抑制细菌 RNA 聚合酶的活性，即抑制转录。它们干扰细菌遗传信息的传递和表达，抑制蛋白质合成，从而抑制细菌生长，而对真核细胞影响小。 易混 …
• 基因控制性状的两条途径：一句话 基因通过控制蛋白质的合成来控制性状，有两种形式：①通过控制酶的合成来控制细胞代谢，从而间接控制生物性状；②通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状。 间接：基因→酶→代谢→性状（例：圆粒与皱粒、白化） 直接：基因→蛋白质结构→性状（例…
• 圆粒与皱粒豌豆的基因基础：一句话 圆粒基因 R 能合成淀粉分支酶，淀粉含量高、吸水多，种子圆胖。r 基因是 R 基因内部插入了一段外来 DNA 序列而发生的基因突变，不能合成有活性的淀粉分支酶，种子表现为皱粒。 易混 判断依据看结果：一个基因变成了它的等位基因，属…
• 白化病是怎样来的：一句话 酪氨酸酶可以催化合成黑色素。控制酪氨酸酶的基因发生突变，不能合成有功能的酪氨酸酶，黑色素合成受阻，就出现白化症状。属于基因通过控制酶的合成间接控制性状。 补充 各种生物都可能出现白化症状。 易混 白化的根本原因是基因突变，直接原因…
• 苯丙氨酸代谢异常的三种病：一句话 苯丙氨酸可在酶 1 催化下转变为酪氨酸；酪氨酸在酶 5（酪氨酸酶）催化下合成黑色素；苯丙氨酸的代谢还可经过尿黑酸，尿黑酸在酶 3 催化下转化为乙酰乙酸。哪个酶的基因突变，相应步骤就不能进行：缺酶 5，不能合成黑色素，患白化；缺酶 …
• 囊性纤维化与 CFTR 蛋白：一句话 CFTR 蛋白是一种氯离子转运蛋白，通过主动运输把氯离子逆浓度梯度运出细胞。CFTR 基因突变，蛋白质结构和功能异常，氯离子运出受阻，细胞外黏液变得黏稠，支气管被黏液堵塞，容易反复肺部感染，这就是囊性纤维化。 易混 发病的直接原因…
• 镰状细胞贫血的成因：一句话 血红蛋白的结构发生改变，使红细胞变成镰刀状而发病（镰状细胞贫血，课程里叫镰刀型细胞贫血症）；血红蛋白结构改变的根本原因是控制它的基因发生了突变。这是基因通过控制蛋白质的结构直接控制性状的例子。 易混 与白化、圆粒皱粒不同：这里基因…