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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
[必备知识]
1．与DNA 不同的是，组成RNA 的五碳糖是核糖而不是脱氧核糖；RNA 的碱基组成中没有碱基 T(
胸
腺嘧啶
) ，而替换成碱基 U(
尿嘧啶
) ；RNA 一般是单链，而且比DNA 短，因此能够通过核孔，从细胞核转
移到细胞质中。(P64～65)
2．RNA 有三种，分别是mRNA、tRNA 和rRNA；核仁受损会影响rRNA 的合成，进而影响核糖体
的形成。(P65)
3．基因的表达包括转录和翻译过程。
4．RNA 是在细胞核中，通过 RNA
聚合酶
以DNA 的一条链为模板合成的，这一过程叫作转录。
(P65)
5．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。(P66)
6．正常情况下，UGA 是终止密码子，但在特殊情况下，UGA 可以编码硒代半胱氨酸。在原核生物中，
GUG 也可以作起始密码子，此时它编码甲硫氨酸。(P67 图表注释)
7．核糖体是沿着 mRNA 移动的。核糖体与mRNA 的结合部位会形成 2 个tRNA 的结合位点。(P68)
8．科学家克里克于1957 年提出了中心法则：遗传信息可以从DNA 流向DNA，即DNA 的复制；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。(P69)
[重要图解]
1．tRNA 的结构示意图(图甲)
tRNA 的种类很多，但是，每种tRNA 只能识别并转运一种氨基酸。tRNA 比mRNA 小得多，其一端是
携带氨基酸的部位，另一端有3 个相邻的碱基。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。(P67)
甲 乙
1
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2．一个mRNA 分子上结合多个核糖体，同时合成多条肽链(图乙)
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）。(P69)
3．中心法则图解(虚线表示少数生物的遗传信息的流向)(P69)
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)
[易错提醒]
错点1：误认为“转录只能在细胞核进行”
精析：转录不只是能在细胞核中进行，教材转录的定义是以真核细胞为前景介绍的。而对原核细胞来说，
没有细胞核，是在拟核区域进行转录的。另外，真核细胞的线粒体、叶绿体也含有细基因，在这些细胞器
中也能转录。
错点2：误认为“所有细胞均可进行复制、转录与翻译”
精析：并非所有细胞均可进行复制、转录与翻译：①只有分生组织细胞（或细胞增殖过程中）才能进行
“复制(当然也进行转录与翻译)”。②高度分化的细胞不再增殖的细胞只进行转录、翻译，不进行复制。③
哺乳动物成熟红细胞“复制、转录、翻译”均不进行。
错点3：误认为“转录时DNA 双链打开需解旋酶”
精析：遗传信息的转录过程中也有DNA 的解旋过程，该过程不需要解旋酶，因为RNA 聚合酶也有解旋功
能。
错点4：误认为“核糖体的移动方向、密码子的读取方向、反密码子的读取方向都是从5'-端到3'-端”
精析：核糖体从mRNA 的5'-端向3'-端移动，故密码子的读取方向从mRNA 的5'-端向3’-端，tRNA 一端有
一个游离的磷酸基团,称作5'-端，另一端有一个羟基(—OH)，称作3'-端(结合氨基酸的部位)，反密码子的读
2
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取从tRNA 的3'-端到5'-端(羟基端到磷酸基团端)。
错点5：误认为“RNA 中不存在氢键”
精析：RNA 有mRNA、tRNA、rRNA，在tRNA 中存在氢键。
错点6：不明确转录产物种类及作用而出错
精析：转录的产物不只是mRNA，还有tRNA、rRNA，但只有mRNA 携带DNA 的遗传信息，3 种RNA 都
参与翻译过程，只是作用不同。
错点7：与密码子有关的三个易错点
精析：（1）并不是所有的密码子都决定氨基酸，其中终止密码子不决定氨基酸。
（2）每种氨基酸对应一种或几种密码子(密码子简并性)，可由一种或几种tRNA 转运。
（3）一种密码子只能决定一种氨基酸，一种tRNA 只能转运一种氨基酸。
错点8：不能诠释基因表达计算中的“最多”或至少
精析：基因表达过程中，蛋白质的氨基酸的数目＝1/3mRNA 的碱基数目＝1/6 基因中的碱基数目。这个比
例关系都是最大值，原因如下：
①DNA 中有的片段无遗传效应，即基因间区不能转录出mRNA。
②真核生物基因中存在不编码氨基酸的编码区内的内含子或非编码区。
③转录出的mRNA 中有终止密码子，终止密码子不对应氨基酸，并且合成的肽链在加工过程中可能会剪切
掉部分氨基酸，因此准确地说，mRNA 上的碱基数目是蛋白质中氨基酸数目的3 倍还要多一些，基因或
DNA 上碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的6 倍多。
综上分析，在解决此类计算时，不能忽略“最多”或“至少”等字：如mRNA 上有n 个碱基，转录产
生它的基因中至少有2n 个碱基，该mRNA 指导合成的蛋白质中最多有n/3 个氨基酸。
错点9：不能准确全面描述密码子简并的意义而出错
精析：从密码子表可以看出，像苯丙氨酸、亮氨酸这样，绝大多数氨基酸都有几个密码子，这一现象
称作密码子的简并。你认为密码子的简并对生物体的生存发展的意义有：①增强密码子容错性，即：
当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸；②从密码子
的使用频率来考虑，可以保证翻译的速度。这是因为当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子
都编码同一种氨基酸。
错点10：误认为“一个mRNA 分子上结合多个核糖体可同时合成多条不同肽链”
精析：通常，一个mRNA 分子上可以相继结合多个核糖体，但由于是同一条mRNA，所以，以这一条
mRNA 为模板合成的多肽链的氨基酸序列是相同的。
错点11：不能准确判断不同细胞中中心法则的途径
精析：不同细胞中的中心法则途径：高等动植物只有DNA 复制、转录、翻译三条途径，如根尖分生区细
胞等分裂旺盛的组织细胞中三条途径都有；但叶肉细胞等高度分化的细胞中无DNA 复制途径，只有转录
和翻译两条途径；哺乳动物成熟的红细胞中无信息传递。RNA 复制和逆转录只发生在被RNA 病毒寄生的
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细胞中，而在其他生物体内不能发生。
错点12：误认为“基因的碱基序列不变，生物的性状就不变”
精析：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。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。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。
错点13：混淆基因与性状的关系
精析：基因与性状的关系并不都是简单的一一对应关系：基因与基因、基因与基因产物、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。
错点14:对DNA 和RNA 合成的判断有误
精析：用放射性同位素标记T 或U 可判断DNA 和RNA 的合成。若大量消耗T，可推断正在发生DNA 的
合成；若大量消耗U，可推断正在进行RNA 的合成。
错点15:不能准确界定真核生物、原核生物基因表达或误认为真核细胞中转录、翻译均不能“同时”进行
精析：(1)凡转录、翻译有核膜隔开或具有“时空差异”的应为真核细胞“核基因”指导的转录、翻译。
(2)原核细胞基因的转录、翻译可“同时进行”。
(3)真核细胞的线粒体、叶绿体中也有DNA 及核糖体，其转录、翻译能“同时进行”。
错点16:误认为逆转录酶同其他酶及能量、场所、原料一样，均由病毒的寄主细胞提供(在寄主细胞中合成
≠由寄主细胞提供)
精析：(1)“1965 年，科学家在某种RNA 病毒里发现了一种RNA 复制酶，能对RNA 进行复制”。
(2)“1970 年，科学家在致癌的RNA 病毒中发现逆转录酶，它能以RNA 为模板合成DNA”。
由此可见，RNA 复制酶、逆转录酶均来自病毒自身，当然该酶起初应在寄主细胞的核糖体中合成并由寄主
细胞提供原料而完成。
错点17:不能正确辨明六类酶——解旋酶、DNA 聚合酶、限制酶、DNA 连接酶、RNA 聚合酶、逆转录酶
精析：(1)解旋酶在DNA 分子复制时使氢键打开。
(2)DNA 聚合酶在DNA 分子复制时依据碱基互补配对原则使单个脱氧核苷酸连成脱氧核苷酸链。
(3)限制酶是使两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键断裂。
(4)DNA 连接酶是将两个DNA 分子片段的末端“缝合”起来形成磷酸二酯键。
(5)RNA 聚合酶是RNA 复制或DNA 转录时依据碱基互补配对原则将单个核糖核苷酸连接成RNA 链。
(6)逆转录酶是某些RNA 病毒在宿主细胞内利用宿主细胞的脱氧核苷酸合成DNA 的一种酶。
第2 节 基因表达与性状的关系
[必备知识]
1．基因、蛋白质与性状的关系
(1)基因控制性状的两条途径：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；基因
通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。(P71)
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(2)基因与性状的数量对应关系：一对一、一对多、多对一。
2．细胞分化的本质就是基因的选择性表达。基因的选择性表达与基因表达的调控有关。(P72)
3．除了DNA 甲基化，构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰也会影响基因的表达。(P74“相
关信息”)
[重要图解]
DNA 甲基化示意图
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(如图)，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。像
这样，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。(P74)
[易错提醒]
错点1：误认为“基因的碱基序列不变，生物的性状就不变”
精析：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。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。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。
错点2：混淆基因与性状的关系
精析：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。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。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。
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