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第六课遗传与变异第三课时基因的表达要点、疑点、难点基因的概念基因是控制生物性状的遗传物质的功能单位和结构单位，是有遗传效应的DNA片段。在染色体上呈线性排列。1基因的概念与结构要点、疑点、难点原核细胞的基因结构原核细胞的基因是由成百上千个核苷酸对组成的。组成基因的核苷酸序列可以分为不同的区段。在基因表达的过程中，不同区段所起的作用并不相同。有的区段能够转录为相应的信使RNA，进而指导蛋白质的合成，也就是说能够编码蛋白质，这样的区段叫做编码区。有的区段不能转录为信使RNA，也就是说不能编码蛋白质，这样的区段叫做非编码区。非编码区是由编码区上游和编码区下游的DNA序列组成的。非编码区虽然不能编码蛋白质，但是对于遗传信息的表达是不可缺少的。这是因为在非编码区上，有调控遗传信息表达的核苷酸序列。基因的结构要点、疑点、难点真核细胞的基因也是由编码区和非编码区两部分组成的，在非编码区上，同样有调控作用的核苷酸序列，但是真核细胞的基因结构要比原核细胞的基因结构复杂。与原核细胞比较，真核细胞基因结构的主要特点是：编码区是间隔的、不连续的。也就是说，能够编码蛋白质的序列被不能够编码蛋白质的序列分隔开来，成为一种断裂的形式。其中，能够编码蛋白质的序列叫做外显子，一般不能够编码蛋白质的序列叫做内含子。真核细胞的基因结构基因的结构要点、疑点、难点原核细胞基因和真核细胞基因的区别原核细胞真核细胞组成由编码区和非编码区两部分组成特点编码区不间隔编码区间隔、不连续外显子/内含子编码序列占比例较小要点、疑点、难点2人类基因组计划人类基因组包括构成24条染色体不同的24个DNA分子。人类基因组计划最基本的任务是搞清楚每个DNA分子中碱基排列顺序。主要内容是绘制四张图，即遗传(连锁)图、物理图、DNA序列图和转录图。(1)遗传图遗传图是指基因或DNA标记(如多肽性遗传标记)在染色体上以遗传距离表示相对位置的图，又称为连锁图。(2)物理图物理图指表示DNA序列上DNA标记之间实际距离的图。通常由DNA的限制酶片段或克隆的DNA片段有序排列而成。标记之间的物理距离以DNA上核苷酸数目的多少(kb表示千碱基对，Mb表示百万碱基对)来表示。物理图是进行DNA序列分析和基因组织结构研究的基础。物理图反映了DNA标记之间的实际距离，而遗传图则反映DNA标记之间的连锁关系。(3)序列图序列图是指整个人类基因组的核苷酸序列图，也是最详尽的物理图。测定的总长度约为1m。由30亿个核苷酸对组成的序列图就是人类基因组计划原定2005年要完成的任务。2000年6月，六国科学家已向全世界宣布“人类基因组草图”的绘制工作已经完成。(4)转录图在整个人类基因组中，只有1%～5%的DNA序列为编码序列。在人体某一特定组织的细胞中，一般只有0.1%的基因可以表达。要点、疑点、难点2人类基因组计划人的10万个基因，编码序列为1亿碱基对，仅占整个基因组的3%。除已知部分非编码序列对基因活动起调节作用，或参与染色体结构形成及其复制外，大多数非编码序列的功能还不清楚。人们预测，搞清楚这些序列的功能，将可能使一些生物学重大问题得到解决。众所周知：对于发育来说，包含着一系列基因的表达过程，而更为重要的在于这些过程彼此之间在时空上的紧密联系和配合。受精卵之所以能发育成完整的个体，就是由于与发育有关的各基因都是处在复杂的调控机制之下，一定的基因总是在一定的时空序列中被活化或受阻碍，一些科学家认为，对人和其他动物基因组DNA全序列的比较研究，将发现更新的调控序列，从而搞清楚发育的遗传程序。对进化中的一些问题也有望得到答案，基因组工作的完成将成为生物学的一座里程碑而载入史册。要点、疑点、难点3基因的表达RNA的组成元素RNA的结构与分类RNA的与DNA的比较复制、转录与翻译的比较遗传信息与遗传密码中心法则DNA（基因）RNA蛋白质（性状）转录翻译逆转录遗传信息遗传密码基因中脱氧核苷酸的排列顺序信息RNA中核糖核苷酸的排列顺序。常以三个邻的碱基决定一个氨基酸C、H、O、N、P要点、疑点、难点组成元素核糖核苷酸RNAmRNA（信使RNA）指导蛋白质合成tRNA（转运RNA）运载氨基酸rRNA（核糖体RNA）参与核糖体构成C、H、O、N、P基本单位核糖磷酸含N碱基嘌呤嘧啶腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）胞嘧啶（C）尿嘧啶（U）要点、疑点、难点结构DNARNA基本单位碱基五碳糖无机酸嘌呤嘧啶无机酸规则的双螺旋结构脱氧核糖核苷酸腺嘌呤（A）胞嘧啶（C）脱氧核糖磷酸鸟嘌呤（G）腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）胸腺嘧啶（T）胞嘧啶（C）尿嘧啶（U）核糖磷酸核糖核苷酸通常呈单链要点、疑点、难点时期复制转录翻译场所原材料模板其它条件最后结果细胞分裂间期细胞核脱氧核苷酸DNA酶、ATP两个DNA分子蛋白质合成细胞核核糖核苷酸DNA酶、ATP一个RNA分子蛋白质合成核糖体氨基酸信息RNA酶、ATP一条多肽链要点、疑点、难点3基因的表达以蛋白质合成有关的计算DNARNA蛋白质1366n3nn遗传信息遗传密码碱基数碱基数氨基酸数肽键数（n-m）0课前热身1有的DNA片段。2DNA的一条模板链的碱基排列顺序是…ACGCTAGCA…，那么与它互补的另一条链的碱基顺序是；转录成的信使RNA的碱基顺序是…；它能决定3个氨基酸，有3个密码子。3DNA…—A—T—G—…RNA…—U—A—C—…该图中有个核苷酸；有种核酸；有5种碱基；该过程是在中进行的。遗传效应、…TGCGATCGT…、UGCGAUCGU…、6、6、细胞核课前热身4RNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基，能决定氨基酸的密码子有个，密码子能决定氨基酸种。5(m)、肽链条数(n)、肽键个数、脱去水分子数目的关系是。6DNA(基因)的碱基个数(m)、mRNA的碱基个数(n)、氨基酸分子的个数之间的关系是。61、20、肽键数=脱去水与子数=m-n、6∶3∶1能力、思维、方法【例1】已知一个蛋白质分子由2条肽链组成，连接蛋白质分子中氨基酸的肽键共有198个，翻译成这个蛋白质分子的mRNA中有A和G共200个，则转录成信使RNA的DNA分子中，最少有C和T多少个()A400B200C600D800C【解析】(1)蛋白质分子中的氨基酸数目等于肽键数加上肽链条数，计算得出组成该蛋白质氨基酸为200个。至少的意思是不考虑终止密码子，所以DNA分子中6个碱基(三个碱基对)决定一个氨基酸，即有1200个碱基；(2)根据碱基配对原则可知，A+G＝C+T＝50%，故C+T＝600个；(3)如果按题意中mRNA的G+A＝200来计算，就会大大影响计算速度，因此要学会判断哪些条件是可以利用的，哪些条件是要摒弃的，这对能力的形成十分重要。如果将题中问法改为“DNA的非信息链中A+G至少有多少个?”可做如下分析：我们知道，转录过程是以DNA的一条链作为模板，按照碱基配对原则形成mRNA的过程，模板链即为信息链(也称有意义链)，每条链中含碱基为600个，则有意义链中的T+C＝600-200＝400(个)，有意义链的T+C正是链中的A+G，所以答案为A能力、思维、方法【例2】下表是DNA控制蛋白质合成的过程，分析回答：DNA片段：①——T—A—G—(基因)②——A—T—C—信使RNA：③——U—A—G—转运RNA：④——A—U—C—氨基酸：⑤——(1)图中标出的碱基符号，包括了种核苷酸。(2)在DNA双链中，链为转录链；遗传信息存在于链上；遗传密码(密码子)存在于链上。(3)已知胰岛素含有51个氨基酸，由两条链组成。控制合成胰岛素的基因至少应含有个脱氧核苷酸。【答案】(1)8(2)②，②，③(3)306能力、思维、方法【解析】此题主要考查基因控制蛋白质的合成过程，以及DNA、基因、信使RNA、转运RNA、密码子之间的关系。(1)DNA两条链包括4种碱基，含4种脱氧核苷酸。RNA③④也包括了4种碱基，含4种核苷酸，共8种核苷酸。(2)能够与信使RNA碱基配对的转录链是②，其上脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息，信使RNA上核糖核苷酸的排列顺序代表遗传密码。(3)基因的6个碱基决定信使RNA的3个碱基，决定1个氨基酸。由此得知，合成含51个氨基酸的蛋白质，基因中脱氧核苷酸数(碱基数)为6×51＝306个(默认不考虑终止密码)。能力、思维、方法【例3】下图为人体内蛋白质合成的一个过程。据图分析并回答：(1)图中所合成多肽链的原料来自和。(2)图中所示属于基因控制蛋白质合成过程中的步骤，该步骤发生在细胞的部分。(3)该过程不可能发生在()A神经细胞B肝细胞C成熟的红细胞D脂肪细胞【解析】该题考查基因控制蛋白质合成过程，图示为翻译过程，以信使RNA为模板，以转运RNA为运载工具，按照碱基互补配对原则，形成具有一定氨基酸顺序的蛋白质，成熟的红细胞不再合成蛋白质(原因是无核，不能控制蛋白质的合成过程)【答案】(1)食物人体自身的合成(2)翻译细胞质(或核糖体)(3)C能力、思维、方法【例4】2000年6月26日，科学家公布了人类基因组草图，这是人类基因组研究的重要成果。这一成果被誉为“人类天书”的破译，是人类科学史上的重要里程碑。继2000年6月26日公布“人类基因组草图”以后，经过几个月的努力，科学家于2001年2月12日宣布，人类基因组共约有32亿对碱基，包含了大约3～4万个基因。这标志着人类基因组研究工作取得了实质进展，为破译生命之谜奠定了坚实的基础。这套人类的“生命天书”共24“本”，组成该“书”的文字有四种“笔画”，每两个笔画形成一个“偏旁部首”，每三个“偏旁部首”形成一个“文字”。每本“生命天书”中含有几千个关于人类生命的结构、功能、生老病死的“信息”，每条信息由几千个“文字”组成。人类基因组计划就是首先要破译这套天书中所含有的10亿个文字中的30多亿个偏旁部首的排列顺序，然后再破译天书中的每条遗传信息的具体含义即具体功能。(1)人类“生命天书”有24本，每“本书”是指一个，这套书为什么是24本?(2)“生命天书”中的“信息”是指一个。(3)“生命天书”中的四种“基本笔画”是指。(4)“生命天书”中的每个“偏旁部首”是指，它们是。(5)“生命天书”中的每个“文字”是表示三个特定排列的，这个特定排列的物质为什么是三个?能力、思维、方法【答案】(1)染色体人类22对常染色体和一对性染色体(X、Y)中的DNA分子相互之间结构各不相同。(2)基因(3)分别含A、T、C、G碱基的四个脱氧核苷酸(4)碱基对A-T、T-A、C-G、G-C(5)碱基对DNA中转录一个“密码子”或控制一个氨基酸需要三个碱基对。能力、思维、方法【解析】通读上面的报导，报导中所说的“破译天书”实际上指对人类基因组成进行了碱基对测序工作。每本“天书”指一个染色体，因为人类体细胞中含有22对常染色体，每对染色体中的两个DNA分子结构基本相同，又由于X、Y两个性染色体中DNA结构有较大的差异，需要分别单独测序，所以这套“生命天书”实际是指人类体细胞中一套常染色体(22个)和X、Y这两个性染色体中共24个DNA分子。生命天书中的四种“基本笔画”是指含不同碱基对的脱氧核苷酸。生命天书中的“偏旁部首”是指脱氧核苷酸对或碱基对，它们有四种，即A-T、T-A、C-G、G-C。每三个偏旁部首组成一个“文字”，即一个文字中有三个碱基对，因为DNA中含遗传信息的核苷酸链上的三个碱基可转录成信使RNA上的一个“密码子”，每个“密码子”在蛋白质合成过程中，决定一个氨基酸，以决定一个氨基酸所对应的碱基对为一个“文字”，即是DNA中三个碱基对。生命天书中的信息是一个基因，一个基因控制一种蛋白质的生物合成，一般包括成千上万个碱基对。本题是一个材料题，人类基因组的研究已经写进教材，编制本题的目的是希望学生关注生命科学的最新进展，运用所学知识解释“人类基因组”研究的最新成果，提高学生接受信息、处理信息能力，培养学生的科学思维和科学精神。