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第四章 基因的表达
第一节 基因指导蛋白质的合成
一、DNA 和RNA 的比较：
项目
DNA
RNA
组成元素
C、H、O、N、P
组成单位脱氧（核糖）核苷酸
核糖核苷酸
五碳糖
脱氧核糖
核糖
含氮碱基A、T、C、G
A、U、C、G
空间结构规则的双螺旋结构
一般是单链
分类
mRNA、tRNA、rRNA
功能
所有细胞生物和DNA 病毒的遗传物质
(DNA 是主要的遗传物质)
a.mRNA 是蛋白质合成的直接模板；
b.tRNA 能识别
mRNA
上的密码子并转运特定的氨基
酸；
c.rRNA 与蛋白质一起构成核糖体；
d. 是RNA
病毒
的遗传物质；
f.少数 RNA 具有催化作用
分布
(主要)细胞核、线粒体、叶绿体。（真
核）
主要分布在细胞质中
二、遗传信息的转录
1.转录的概念：RNA 是在细胞核中，通过RNA
聚合酶
以DNA
一条链
为模板合成的，这一过程叫作转录。
2.转录场所： 主要在细胞核（还可在线粒体、叶绿体、原核细胞的细胞质
中）
3.转录时间：整个生命历程
4.转录基本条件：
①模板：基因的一条链 ②原料：4 种游离的核糖核苷酸
③能量：ATP ④酶：RNA
聚合酶（起到解旋和聚合的作用）
5.配对原则：碱基互补配对原则：A-U
、
T-A
、
C-G
、
G-C
6.转录产物： RNA
（RNA 通过核孔释放到细胞质）
7.转录遗传信息流动方向：DNA→RNA
8.转录特点：边解旋边转录
三、遗传信息的翻译
1.翻译的概念：游离胞质中的氨基酸 ，就以mRNA 为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质，这一过程
叫作翻译。mRNA 合成以后，就通过核孔进入细胞质中。游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA 为模
板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质，这一过程叫做翻译。核酸中的碱基序列就是遗传信息。翻译实质上
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是将mRNA
中的碱基
序列翻译为蛋白质的氨基酸序列。
2.密码子：
a.密码子的概念：mRNA 上3 个相邻的碱基
决定1 个氨基酸。每3 个这样的碱基叫作1 个密码子。
b.密码子的特点:①专一性:一种密码子只决定一种 氨基酸（除终止密码子外）；
②简并性:一种氨基酸可对应一种或多种密码子；
③通用性:地球上几乎所有生物都共用一套密码子。
3.tRNA 和反密码子：
①tRNA：tRNA 分子比mRNA 小得多，分子结构也很特别：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，即下图中序号①处，另一端有3 个碱
基，既下图中序号③处，每个tRNA 的这3 个碱基可以与mRNA
上的密码子
互补配对，
叫作反密码子。tRNA 中含有氢键。
②反密码子：tRNA 上能够与mRNA
上密码子
互补配对的3 个碱基
。
③决定氨基酸的密码子有61
或
62
种，所以tRNA 有61
或
62
_种，反密码子也有61
或
62
种。
④一种tRNA 只能识别并转运一种氨基酸，但一种氨基酸可由一至多种tRNA 携带。
4.翻译的过程
（1）场所：核糖体
（2）时间：整个生命历程
（3）基本条件：
①模板：mRNA ②原料： 21
种氨基酸
.
③能量： ATP ④酶： 翻译需要的酶
.
⑤转运工具：tRNA
（4）配对方式：mRNA
和
tRNA
配对（
A-U,G-C,C-G,U-A
）
.
（5）产物： 蛋白质（肽链）.
（6）遗传信息流动方向：mRNA→
蛋白质
.
（7）翻译的过程：
①：mRNA 进入细胞质，与核糖体结合。携带甲硫氨酸的tRNA，通过与碱基AUG 互补配对，进入位点
1。
②：携带某个氨基酸的tRNA 以同样的方式进入位点2。
③：甲硫氨酸与这个氨基酸形成肽键，从而转移到位点2 的tRNA 上。
④：核糖体沿着m
RNA
移动，读取下一个密码子。原位点1 的tRNA 离开核糖体，原位点2 的tRNA 进入
位点1，一个新的携带氨基酸的tRNA 进入位点2，继续肽链的合成。
就这样，随着核糖体的移动，tRNA 以上述方式将携带的氨基酸输送过来，以合成肽链。直至核糖体遇到
mRNA 的 终止密码子
，
合成才告终止。
（8）特点：
真核生物：先转录后翻译
. 。
原核生物：转录翻译同时
。
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（9）在细胞质中，翻译是一个快速的过程。这是因为通常一个
mRNA
分子上
可
以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，因此，少量的mRNA 分子
就
可以迅速合成出大量的蛋白质。如右图所示，图中①表示核糖体，②表示
mRNA，核糖体的移动方向是由左向右（由右向左、由左向右），图中合成的4 条多肽链的氨基酸序列相
同（相同、不相同）。
四、中心法则内容：
1.遗传信息可以从DNA 流向DNA，即DNA
复制
；也可以从DNA 流向RNA，进而流向蛋白质，即遗传信
息的转录
和
翻译
（基因表达）
。
少数生物的遗传信息可以从RNA 流向RNA 以及从RNA 流向蛋白质。
①DNA
复制
，②转录，③RNA
复制
，④翻译，⑤逆转录。
（3）不同生物能发生的过程不同
正常细胞：①
（分裂
细胞
）
②④
。
DNA 病毒：①②④
。(宿主细胞内)
RNA 病毒：③④。(宿主细胞内)
逆转录病毒：⑤
①
②
④
。(宿主细胞内)
2.在遗传信息的流动过程中，DNA 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，生命是物质、能量和信息的统一体。
归纳1：转录和翻译过程的比较（基因表达，即基因指导蛋白质的合成，包括 转录 和 翻译 两个过
程）
项目
转录
翻译
转录方向：
从左向右
翻译方向： 从下到上
原核细胞中的转录和翻译
(边转录边翻译
转录翻译同时同地进行)
真核细胞染色体DNA 的转录和翻译
(先转录后翻译，时间场所不同)
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图例
概念
以 DNA
一条链
为模板合成 RNA
的过程
以 mRNA
为模板合成 蛋白质 的过
程
场所
细胞核 (主要)、 线粒体 、 叶绿体
细胞质中的 核糖体 上
条件
①模板： DNA
的一条链
②原料：4 种游离的 脱氧核糖核苷酸
③能量： ATP
④酶： RNA
聚合酶
①模板： mRNA ②原料： 氨基酸
③能量： ATP ④酶：多种酶
⑤搬运工： tRNA
碱基互补
配对方式
DNA
A
T
G
C
mRN
A
A
U
G
C
↓
↓
↓
↓
↓
↓
↓
↓
↓
↓
mRNA
U
A
C
G
tRNA
U
A
C
G
方向
图例中转录方向： 从右向左
(技巧：mRNA 伸出的一端为转录起点)
图例中翻译方向： 从左向右
(注： 核糖体 沿着 mRNA 移动，
mRNA 与核糖体结合部位有 2 个tRNA 结
合位点)
特点
① 边解旋边转录 ；
②转录结束DNA 恢复 双螺旋 结构(DNA
全保留)
一个mRNA 分子上
可相继结合 多 个
核糖体，同时合成
多 条相同的肽链，
因此，
少量mRNA 分子就可以迅速合成大量的蛋
白质 (意义)
图中翻译方向 从左向右 (肽链短→长)
产物
RNA (包括 mRNA
、
tRNA
、
rRNA
)
具一定氨基酸排列顺序的 蛋白质 (需在
内质网和 高尔基体 中加工成蛋白质)
数量关系
DNA 中碱基数:mRNA 中碱基数:蛋白质中氨基酸数
＝ 6 : 3 : 1
易错辨析:
1.人体所有细胞均消耗“T”，但只有少数细胞消耗“U”。(×)
2.转录过程中，只存在A-U 配对，而不会出现A-T 配对。(×)
3.转录和翻译过程都有碱基的互补配对，并且碱基互补配对的方式相同。(×)
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4.一条DNA 与RNA 的杂交分子，其DNA 单链含A、T、G、C 4 种碱基，则该杂交分子中共含有核苷
酸8 种，碱基5 种；在非人为控制条件下，该杂交分子一定是在转录的过程中形成的。(×)
5.人体细胞中某基因的碱基对数为N，则由其转录成的mRNA 的碱基数等于N，由其翻译形成的多肽的氨
基酸数目等于N/3。(×)
6.酶的产生都需要经过转录和翻译两个过程。(×)
7.“中心法则”中DNA 复制、RNA 逆转录的原料相同，但模板不同，DNA 转录与翻译无论模板，还是原料
均不相同。(√)
8.在所有细胞中遗传信息存在于DNA 上，密码子和反密码子则存在于RNA 分子上。(√)
9. tRNA 有61 或62 种，密码子有64 种，决定氨基酸的密码子有61 或62 种。氨基酸有21 种。(√)
10.一种氨基酸可对应多种密码子，一种密码子也可对应多种氨基酸。(×)
11.每种密码子都能决定一种氨基酸。每种氨基酸都只能由一种密码子决定。(×)
12.不同的密码子可以决定同一种氨基酸。不同的氨基酸可以由同一种密码子决定。(×)
13.每种tRNA 能识别并转运多种氨基酸。 每种氨基酸只有一种tRNA 能转运它。(×)
14.tRNA 能识别m RNA 上的密码子。 tRNA 转运氨基酸到细胞核内。(×)
15.转录和翻译碱基互补配对的方式相同。(×)
16.基因携带遗传信息和遗传密码。(×)
17.DNA 的复制和转录，都需要专门的解旋酶参与。(×)
18. tRNA 与mRNA 的基本单位相同，但前者是双链，后者是单链，且tRNA 是由三个碱基组成的。(×)
19.某细胞中，所有的mRNA 在还未完成转录时，已有核糖体与之结合，并翻译合成蛋白质，则该细胞一
定不可能是真核细胞。(√)
20.碱基间的互补配对现象可能发生在染色体、核糖体、细胞核、线粒体、叶绿体等结构中。(√)
21. DNA 的复制和转录过程中存在碱基互补配对，翻译过程中不存在碱基互补配对。(×)
22.人体的不同细胞中，mRNA 种类存在差异，但tRNA 种类没有差异；蛋白质种类存在差异，但是核基
因种类没有差异。(√)
23.真核细胞细胞核DNA 的复制与转录分别发生在细胞核和细胞质中。(×)
24.中心法则仅仅揭示了自然界中真核生物与原核生物遗传信息的传递与表达过程，而不能应用于所有生物。
(×)
25.人体中的大多数细胞，既会发生染色体的复制，又有转录与翻译过程。(×)
26.在一个成年人的神经细胞中，只有转录与翻译过程，没有DNA 的复制过程。(√)
第二节 基因表达与性状的关系
一、基因表达产物与性状的关系
基因控制生物体性状是通过控制 蛋白质 的合成来实现的，有两条途径：
1.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。
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实例：淀粉分支酶基因异常→不能转录翻译出淀粉分支酶→淀粉含量低，蔗糖含量高→皱粒豌豆
酪氨酸酶基因异常→不能转录翻译出酪氨酸酶→不能将酪氨酸转化为黑色素→白化病
上述实例可说明基因与性状的关系是：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.基因可以通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状。
实例：CFTR 基因缺失
3 个碱基对
→CFTR 蛋白缺少一个氨基酸→CFTR 蛋白结构异常→囊性纤维病
血红蛋白基因异常→血红蛋白结构异常→血红蛋白功能异常→镰刀型细胞贫血症
上述实例可说明基因与性状的关系是：基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
二、基因的选择性表达与细胞分化
1.同一生物体中不同类型的细胞，基因都是相同的，而形态、结构和功能却各不相同。根本原因是基因的
选择性表达使各类细胞中
mRNA
不完全相同
。
2.在不同类型的细胞中，表达的基因可以分为两类：一类是在所有细胞中都表达的基因，例如：呼吸相关
酶基因、核糖体蛋白基因、
ATP
合成酶基因等
；另一类是某类细胞中特异性表达的基因，例如：卵清蛋白
基因、胰岛素基因等。
3.细胞分化的本质就是基因的选择性。基因的选择性表达与基因表达的调控有关。
4.细胞分化的表现
①分子水平：mRNA
、蛋白质种类数量等不同
。
②细胞器水平：细胞器种类和数量有较大差异。
③细胞水平：细胞形态、结构、功能发生改变。
三、表观遗传
1.表观遗传的概念：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，叫作表
观遗传。
2．存在：表观遗传现象普遍存在于生物体的生长、发育和衰老的整个生命活动过程中。例如，基因组成
相同的同卵双胞胎所具有的微小差异就与表观遗传有关；一个蜂群中，蜂王和工蜂都是由受精卵发育而来
的，但它们在形态、结构、生理和行为等方面截然不同，表观遗传也在其中发挥了重要作用。
四、基因与性状的关系
1.基因对性状的控制：
基因通过其表达产物——蛋白质来控制性状，细胞内的基因表达与否以及表达水平的高低都是受到调控的。
细胞分化的实质是基因选择性表达的结果，表观遗传能够使生物体在基因的碱基序列不变的情况下发生可
遗传的性状改变。
2.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。一个性状可以受到多个基因的影响。
一个基因也可以影响多个性状。同时，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。
3.基因对性状的调控：
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基因与基因、基因与基因表达产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用，这种相互作用形成了一个错
综复杂的网络，精细地调控着生物体的性状。
五.细胞质基因
（1）细胞质基因：线粒体和叶绿体中的基因。
（2）线粒体和叶绿体中的 DNA，都能进行半自主自我复制，并通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成。
（3）质基因传递规律：母系遗传 (即只能通过母亲遗传给后代)、后代无一定的分离比。
易错辨析：
1.基因是有遗传效应的DNA 片段。(×)
2.基因对性状的决定都是通过基因控制结构蛋白的合成实现的。(×)
3.通过控制酶的合成，从而直接控制性状是基因控制性状的途径之一。(×)
4..决定细胞生物性状的直接原因是蛋白质，而根本原因是DNA 上的遗传信息。(√)
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