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第4章 基因的表达
第1节 基因指导蛋白质的合成
一、RNA的结构与种类
1．RNA的结构（与DNA的比较）
①磷酸
②碱基：A、T、G、C
DNA
的结构 ③脱氧核糖
规则的双螺旋结构
碱基不同
五碳糖不同
2．RNA的种类及其作用
注：RNA是DNA转录的产物。
(1) (2)
(3)
二、遗传信息的转录
1．概念
2.过程
3．如图为一段DNA分子，如果以β链为模板进行转录；DNA α链……A T G A T A G G G A A A C……
β链……T A C T A T C C C T T T G……
mRNA ……A U G A U A G G G A A A C……
该mRNA与β链的碱基序列互补配对。
4.该mRNA与α链的碱基序列有哪些异同？
提示：二者的碱基序列基本相同，不同的是α链中碱基T的位置，在mRNA中是碱基
U。
[师说重难]
1.比较DNA的复制和转录
2．转录有关问题分析
(1)转录不是转录整个DNA，而是转录其中的基因。不同种类的细胞，由于基因的选择
性表达，mRNA的种类和数量不同，但tRNA和rRNA的种类没有差异。
(2)细胞核中转录形成的RNA通过核孔进入细胞质，穿过0层膜，需要能量。
(3)完成正常使命的mRNA易迅速降解，保证生命活动的有序进行。
(4)质基因(线粒体和叶绿体中的基因)控制蛋白质合成过程时也进行转录。
(5)mRNA与DNA模板链碱基互补，但与非模板链碱基序列基本相同，只是用U代替
T。
(6)转录时，边解旋边转录，单链转录。
三、遗传信息的翻译1．密码子
(1)概念：mRNA 上决定1个氨基酸的个相邻的碱基。
(2)
2．tRNA：RNA链经过折叠，看上去像三叶草的叶形，其一端是携带氨基酸的部位，
另一端有3个相邻的碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，叫作反密码子。
3．翻译
(1) 概 念
反密码子
密码子
(2) 过 程
1．翻译能够准确进行的原因是什么？
提示：mRNA为翻译提供了精确的模板；mRNA与tRNA之间通过碱基配对原则保证
了翻译能够准确地进行。
2．根据mRNA中碱基的排列顺序能否准确写出氨基酸的序列？若已知氨基酸的序列，
能否确定mRNA中的碱基序列？
提示：能，因为一种密码子只能决定一种氨基酸。不能，因为一种氨基酸可以由一种
或几种密码子决定。
3．从核糖体与mRNA的复合物上脱离下来的肽链，通常需要经过哪些细胞器的加工，
才能承担细胞生命活动的职责？
提示：内质网和高尔基体。
4．如图为tRNA的结构示意图，据图回答有关问题：
(1)图中的tRNA携带的氨基酸是甲硫氨酸，判断依据是 图中 tRNA 的反密码子是
UAC ，其对应的密码子是 AUG ，根据密码子表可以确定 AUG 是甲硫氨酸的密码子 。
(2)在tRNA中是否只有反密码子这3个碱基？是否存在氢键？提示：tRNA是RNA链经折叠形成的，除一端的反密码子外，还有其他碱基。在折叠
区域碱基配对，存在氢键。
(3)每种tRNA只能识别并转运种氨基酸，每种氨基酸可能由一种或几种 tRNA转运。
(4)为什么说tRNA是真正起“翻译”作用的结构？
提示：运输氨基酸的工具是tRNA，它一端有反密码子，能和mRNA上的密码子相识
别，一端能携带氨基酸，因此tRNA是真正起“翻译”作用的结构。
5．下图表示一个mRNA分子上结合多个核糖体，同时合成多条多肽链的现象。请回
答有关问题：
(1)图中每个核糖体是共同合成一条多肽链，还是分别合成一条完整的多
肽链？
提示：每个核糖体分别合成一条完整的多肽链。
(2)图中合成的4条多肽链是否相同？判断依据是什么？
提示：相同，因为它们结合的模板mRNA相同。
(3)图中翻译的方向是从左向右，判断的依据是多肽链的长短，长的翻译在前。
(4)图中所示的翻译特点，其意义是 少量的 mRNA 分子就可以迅速合成大量的蛋白质 。
[师说重难]
1．转录与翻译的比较
2．遗传信息、密码子、反密码子的比较
项
遗传信息 密码子 反密码子
目
DNA分子中脱氧核苷酸的排列 mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻 tRNA上与密码子互补的3个碱基
概
顺序 碱基 作用
念
控制生物的性状 直接决定蛋白质中的氨基酸序列 识别密码子，转运氨基酸
种 多样性 64种 61种（严格遵循碱基互补配对的原则类 下）
图
解
注：真核生物中，存在“摆动假说”，反密码子数量可能少于61种。
3．原核生物与真核生物基因转录和翻译的辨别
(1)真核细胞的转录主要发生在细胞核中，翻译发生在细胞质中，在空间和时间上被分
隔开进行，即先转录后翻译。
(2)原核细胞的转录和翻译没有分隔，可以同时进行，即边转录边翻译。过程如图所示：
图中①是DNA模板链，②③④⑤表示正在合成的4条mRNA，每条mRNA上有多个
核糖体同时进行翻译过程，翻译的方向是从下到上。
【方法规律】
基因表达过程中的相关数量计算
由上图可知，在不考虑终止密码子等条件下，
基因中碱基数目∶mRNA碱基数目∶蛋白质中氨基酸数目＝6∶3∶1。
由于在一段多肽链对应的mRNA中含有不编码氨基酸的序列(如终止密码子)，在其对
应的DNA中，还含有一些不能转录为mRNA 的DNA片段。因此，如果蛋白质中的氨基
酸数为n，则对应的mRNA分子中的碱基数最少为3n，DNA(基因)中的碱基数最少为6n。
[典例]某DNA分子共有1 200对碱基，A＋T占46%，其中一条链中 G和T分别占
22%和28%，则由该链转录的mRNA中G所占比例和其翻译产物中含氨基酸的数目最多分
别是( )
A．32% 400个 B．32% 200个
C．18% 200个 D．22% 400个
解析：选 A 该 DNA 分子中 A＋T 占 46%，则每条链中 A＋T 占 46%，G＋C 占
54%。已知一条链中G和T分别占22%和28%，则该链中A和C分别占18%和32%。则以
此链为模板转录的mRNA中G占32%。由DNA碱基数目∶RNA碱基数目∶氨基酸数目＝
6∶3∶1可知，其翻译产物中含氨基酸的数目最多为1 200×2÷6＝400(个)。
四、中心法则
1．提出者：克里克。
2．图解：3．中心法则的发展
(1)相关内容
发展内容 信息流动 举例
RNA自我复制 遗传信息从RNA 流向RNA RNA病毒
RNA逆转录合成DNA 遗传信息从RNA 流向DNA HIV、致癌的RNA病毒
(2)补充后的中心法则图解
4．生命是物质、能量和信息的统一体
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，而
ATP为信息的流动提供能量。
【难点解析】
1．结合中心法则，思考DNA、RNA产生的途径有哪些？
提示：DNA产生途径有DNA的复制及逆转录，RNA的产生途径有RNA的复制及转
录。
2．线粒体和叶绿体中的DNA是否遵循中心法则？
提示：遵循，在线粒体和叶绿体中也有DNA的复制及基因的表达过程。
3．正常的人体细胞中可以发生哪些遗传信息的流动途径？
提示：DNA的复制、转录、翻译过程。
4．下图为一组模拟实验，假设实验能正常进行且5支试管中都有产物生成，请分析此
图解中A～E试管所模拟的过程分别是什么？
提示：A—DNA复制，B—转录，C—RNA复制，D—逆转录，E—翻译。
[师说重难]
1．中心法则体现了DNA的两大基本功能
(1)传递遗传信息：通过DNA复制完成的，发生在亲代产生子代的生殖过程或细胞增
殖过程中。
(2)表达遗传信息：通过转录和翻译完成的，发生在个体发育过程中。
2．不同生物的遗传信息传递过程
(1)以DNA为遗传物质的生物主要包括细胞生物(原核生物、真菌、动植物和人类)以及大多数病毒，它们能发生的
过程如下：
(2)以RNA为遗传物质的生物
①不含逆转录酶的RNA病毒，如烟草花叶病毒，它们能发生的过程如下：
②含逆转录酶的RNA病毒，如艾滋病病毒，它们能发生的过程如下：
[典例](2020·全国卷Ⅲ)关于真核生物的遗传信息及其传递的叙述，错误的是( )
A．遗传信息可以从DNA流向RNA，也可以从RNA流向蛋白质
B．细胞中以DNA的一条单链为模板转录出的RNA均可编码多肽
C．细胞中DNA分子的碱基总数与所有基因的碱基数之和不相等
D．染色体DNA分子中的一条单链可以转录出不同的 RNA分子
解析：选B 遗传信息的表达过程包括DNA转录成mRNA，mRNA进行翻译合成蛋
白质，A正确；以DNA的一条单链为模板可以转录出 mRNA、tRNA、rRNA等，mRNA
可以编码多肽，而tRNA的功能是转运氨基酸，rRNA是构成核糖体的组成物质，B错误；
基因是有遗传效应的DNA片段，而DNA分子上还含有不具遗传效应的片段，因此 DNA
分子的碱基总数大于所有基因的碱基数之和，C正确；染色体DNA分子上含有多个基因，
由于基因的选择性表达，一条单链可以转录出不同的RNA分子，D正确。
[典例]中心法则解释了生物遗传信息由DNA向蛋白质传递与表达的过程。请据图回答
下列问题：
(1)过程a需要的酶有__________，过程d需要的酶与模板为__________。
(2)过程c称为________，需要的物质有________________________。
(3)若已知通过b过程形成的mRNA含有50个碱基，其中A和G共15个，则形成该
mRNA的相应DNA片段中至少含有C和T的总数是__________个。若在mRNA的起始密
码子AUG(甲硫氨酸的密码子)后面添加三个核糖核苷酸，则合成的多肽链除在甲硫氨酸后
多加一个氨基酸外，其余氨基酸序列没有变化，由此说明____________________________。
一个mRNA通常连接多个核糖体，其意义是___________________________。
答案：(1)解旋酶和 DNA 聚合酶 逆转录酶、RNA (2)翻译 tRNA、氨基酸、
mRNA、酶、ATP (3)50 一个密码子由三个相邻的碱基组成 少量的 mRNA可以迅速合
成大量的蛋白质第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．基因对生物性状的间接控制
(1)实质：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)举例：
皱粒豌豆的形成 人的白化病的形成
编码淀粉分支酶的基因被插入的DNA序列打乱 控制编码酪氨酸酶的基因异常
↓ ↓
淀粉分支酶异常，活性大大降低 不能合成酪氨酸酶
↓ ↓
淀粉合成受阻，含量降低 酪氨酸不能转变为黑色素
↓ ↓
淀粉含量低的豌豆由于失水而皱缩 表现出白化症状
2．基因对生物性状的直接控制
(1)实质：基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
(2)实例：囊性纤维化的形成
二、基因的选择性表达与细胞分化
1．生物体多种性状的形成，都是以细胞分化为基础的。
2．细胞分化的本质：基因的选择性表达。
3．表达的基因的类型
(1)在所有细胞中都能表达的基因，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，如卵清蛋白基因、胰岛素基因。
4．基因选择性表达的原因：与基因表达的调控有关。
[典例]科学家提取了鸡的输卵管细胞、红细胞(有细胞核)和胰岛细胞，对这3种细胞中
的DNA和mRNA进行了检测，结果如下表所示(教材P72“思考·讨论”)。回答有关问题：
卵清蛋白基因、珠蛋 卵清蛋白 珠蛋白 胰岛素
检测的3种细胞
白基因、胰岛素基因 mRNA mRNA mRNA输卵管细胞 ＋＋＋ ＋ － －
红细胞 ＋＋＋ － ＋ －
胰岛细胞 ＋＋＋ － － ＋
注：“＋”表示检测发现相应的分子，“－”表示检测未发现相应的分子。
(1)鸡的输卵管细胞、红细胞和胰岛细胞都含有卵清蛋白基因、珠蛋白基因和胰岛素基
因的原因是三种细胞都是由受精卵经有丝分裂和细胞分化形成的。
(2)鸡的输卵管细胞、红细胞和胰岛细胞中都只检测到一种mRNA的原因是基因的选择
性表达。
(3)鸡的输卵管细胞、红细胞和胰岛细胞中含有的 mRNA和蛋白质不完全相同(填“相
同”“不同”或“不完全相同”)。
[师说重难]
(1)细胞分化的标志
①分子水平：基因选择性表达，合成了某种细胞特有的蛋白质，如卵清蛋白、胰岛素。
②细胞水平：形成不同种类的细胞。
(2)分化细胞表达的基因：所有管家基因和部分奢侈基因。
(3)细胞分化的“变”与“不变”
①不变：DNA、tRNA、rRNA、细胞的数目。
②改变：mRNA、蛋白质的种类，细胞的形态、结构和功能。
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．实例：柳穿鱼Lcyc基因和小鼠Avy基因的碱基序列没有变化，但部分碱基发生了甲
基化修饰，抑制了基因的表达，进而对表型产生影响。这种 DNA甲基化修饰可以遗传给
后代，使后代出现同样的表型。
[师说重难]
(1)表观遗传的原因：DNA甲基化，构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰。
(2)表观遗传的特点
①可遗传：基因表达和表型可以遗传给后代。
②不变性：基因的碱基序列保持不变。
③可逆性：DNA的甲基化修饰可以发生可逆性变化，即被修饰的DNA可以发生去甲
基化。
(3)理解表观遗传注意三个问题
①表观遗传不遵循孟德尔遗传规律。
②表观遗传可以通过有丝分裂和减数分裂传递被修饰的基因。
③表观遗传一般是影响到基因的转录过程，进而影响蛋白质的合成。
三．基因与性状的关系
在大多数情况下，基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系。(1)一个性状可以受到多个基因的影响。
(2)一个基因也可以影响多个性状。
(3)生物体的性状也不完全是由基因决定的，环境对性状也有着重要影响。
