沪科版生命科学高二上第六章《遗传信息的传递和表达》知识点

第二节 遗传信息的传递和表达

教学目标

1．DNA自我复制的特点；转录和翻译的概念

2．RNA的结构和种类

3．遗传密码和密码子的概念；中心法则的概念及其发展

4．基因突变的概念和原因

教学重点

1．DNA的半保留复制与遗传的稳定性（边解旋边复制，母链和子链）（阅读）

2．转录的场所、模板和产物（细胞核内、DNA的一条链、mRNA）

3．翻译的场所、模板和产物（核糖体上、mRNA、蛋白质），密码子的破译

4．中心法则体现遗传信息的传递规律

5．基因突变引起遗传信息的错误传递和性状改变（碱基改变、插入或缺失）（基因突变

的有利和有害）

教学过程

遗传信息是如何表达和延续的呢？

DNA分子中蕴藏着遗传信息，它不能直接的反应出来，它必须以一定的方式反应到蛋白质上来，才能使后代体现性状。

首先让我们来了解一下它是如何传递给后代的。也就是它的复制。

一、复制（DNA replication）

复制是指以某一段DNA为模板，合成相同的DNA分子的过程。这是一个自我复制的过程。在学习的过程中思考这个问题：为什么必须复制出完全一样的子代DNA分子？

复制的过程：首先回忆一下碱基配对的原则：A—T；C－G 带有不同的碱基的脱氧核苷酸是构成DNA的成分。（启发如何配对复制）

举例：以一段DNA分子：C T A G A G A C G C T C A G T G C————a链

G A T C T C T G C G A G T C A C G————b链

解旋：组成DNA的两条多核苷酸链在酶的作用下逐步分开（形成两条单链）就是解旋的过程，这两条链a，b称之为母链。

复制：复制的过程是边解旋边复制的。两条分开的单链在酶的作用下，分别与细胞内游离的核苷酸配对。此时符合碱基配对原则。

经过这样的复制，得到了什么？得到了两条子链。这两条子链都是双链的DNA。经过复制后，一个DNA分子变成了2个，而且结构完全一样。（为什么完全一样？用刚才的例子来说明）观察一下这两条子链，每条子链分子中都含有一半（即一条单链）来自母方。因此这种复制方式称之为半保留复制。

现在回答一下为什么复之后能保证子代的遗传特性和亲代的遗传特性相似这个问题？ （因为带有了亲代的遗传信息，半保留复制将信息传递给了后代。

同学们可以通过阅读思考可以更好的理解DNA的复制。

二、转录（transcription）

DNA是遗传信息的载体，它通过复制将信息传递给了后代，但是这些信息最终又是如何表达的呢？

生物体的性状与蛋白质的关系：人类的肤色，血型，头发的圈与直都是蛋白质体现的结果。蛋白质是生命活动的体现者，说明生物体的性状是通过蛋白质的结构和功能来体现的。儿女像父母，从本质上，是由于父母把自己的DNA分子复制了一份传给子女的缘故。从现象上看是性状的相似，而性状的相似说明了儿女与父母之间在蛋白质结构上的相似或相同。 那么来思考这个问题：基因存在于哪里？蛋白质又是在哪里合成的呢？

这个只有两种可能，一是DNA指导蛋白质的合成，二是有媒介帮助。研究表明DNA不能直接指导蛋白质合成，因此从核内到核外必然要有一个载体，将遗传信息带出来。然后根据这个信息才能合成蛋白质。这个载体是什么呢？它就是RNA（核糖核酸）。它的结构同DNA相似但它是由核糖，磷酸和含氮的碱基组成的，它的碱基是AUCG用尿嘧啶U代替了胸腺嘧啶T。

在生物体内有mRNA，tRNA，rRNA三种与蛋白质合成有关的RNA。

它们是如何形成的呢？RNA是以DNA为模板合成的。这个过程称之为转录（transcription），它发生在细胞核中，将DNA中的信息转录到RNA上，然后再运出细胞核。

转录过程：DNA双链在酶的作用下解螺旋，然后以其中一条链为模板合成RNA（这个选择是以RNA合成酶为依据的，什么样的酶将决定合成什么样的RNA。）然后根据碱基配对原则A－U；C－G，此时U代替了T的位置，合成的结过得到了一条单链的RNA。刚才解旋的DNA在完成复制后又重新结合在一起，不发生任何改变。转录形成的这条RNA就是mRNA（信使RNA）其中蕴藏着DNA的遗传信息，它像一个信使一样，通过核孔将信息带到了细胞质中，准备合成蛋白质。

三、蛋白质的合成

知道了DNA将信息转录到了mRNA上后我们就要接着研究一下蛋白质究竟是如何合成的。也就是基因最终要表达成蛋白质。

这个表达的过程，是将基因中的语言翻译成蛋白质的语言，好像中文翻译成英文一样，即翻译成组成蛋白质的氨基酸序列。这个过程称之为翻译（translation）

这一切又是如何实现的呢？我们知道mRNA上只含有4种碱基，而组成蛋白质的则有20中氨基酸。4种碱基如何决定20终氨基酸？是一一对应吗？或者由2个碱基决定一个氨基酸？还是其它？一一对应只能决定4个氨基酸，2个碱基也只能决定42=16个氨基酸，还是不够，但是三个碱基43=64就足够了。就好像英文单词一样，都是由26个字母中的任意一些组成的，氨基酸种类就是由四个碱基中的任意三个相互组合而决定的。再加上碱基的不同排列顺序就决定了蛋白质中氨基酸排列的多样性了。不同的mRNA所带有的信息不同，能合成的蛋白质也不同。

mRNA中的碱基序列因此被称为“遗传密码”。其中，能决定一个氨基酸的每三个相邻的碱基就称为“密码子”经过科学家的努力，在1967年终于完全破译了20种氨基酸的密码子

（表5-1）。密码子是通用的，编码所有物种的氨基酸。表中可以看到61个密码子各自对应一种氨基酸，其中有一个是起始密码，也就是氨基酸合成肽链的起始信号；另外有三个不表示意思的密码是氨基酸合成肽链时的中止信号。

合成过程：mRNA在核内合成后穿过核孔来到细胞质中，与核糖体结合（rRNA能够将mRNA能：合成蛋白质。合成蛋白质的主要原料就是氨基酸，它存在于细胞质基质中，那么它们是如何到达核糖体上的？显然需要一个运输的工具，它也是一种RNA叫做tRNA（转运RNA）。这种tRNA是一个相对较小的RNA。它的平面结构是一个三叶草结构。不同的氨基酸由不同的tRNA携带来到核糖体，进行蛋白质的合成。它的一段能与mRNA的密码子相匹配，另一端则可以携带相应的氨基酸。所以有这样的一种关系存在，mRNA上的一个密码子可以决定一种氨基酸。（P17图5-13）在合成的过程中，根据起始密码的位置按顺序依次逐个的运来氨基酸，然后相邻氨基酸之间脱水缩合成肽链。一个tRNA离开，另一个再加上，如此下去，一直到中止密码子的出现，合成停止，这样一条肽链就形成了，肽链合成以后，从信使RNA上脱离开来，再经过细胞质内的某些细胞器（如内质网、高尔基体等）的加工如盘曲折叠螺旋，最终合成一个具有一定氨基酸顺序的，有一定功能的蛋白质分子。这个蛋白质是根据DNA所带有的遗传信息翻译得到的，因此保留了亲代的性状。再合成完成后，mRNA，tRNA分解为新的RNA形成提供原料。

小结：由上述过程可以看出：基因的表达过程本质上是基因、mRNA、核糖体、tRNA协同作用的结果。DNA分子上的基因，其脱氧核苷酸的排列顺序决定了mRNA中核糖核苷酸的排列顺序， mRNA中核糖核苷酸的排列顺序又决定了氨基酸的排列顺序，氨基酸的排列顺序最终决定了蛋白质的结构和功能的特异性，从而使生物体表现出各种遗传性状。从另一角度讲，基因的表达过程也反映出了遗传信息的传递规律。

四、中心法则（遗传信息的传递规律）

复制 转录 DNA RNA 翻译 蛋白质（性状） 复制

中心法则实际上描述了生物大分子之间的相互关系。核酸储存遗传信息，指导和控制蛋白质的合成，蛋白质则体现生命现象，参与新陈代谢活动。

五、基因突变（遗传信息的错误传递）

遗传信息的基本单位是基因，信息传递的错误也就是基因发生了错误。基因中的核苷酸序列发生改变。 包括DNA分子中碱基对的增加，缺失或者改变。这些变化就能造成遗传信息的错误传递。

突变包括有自然突变――在自然状态下自然发生的基因突变；人工诱变――人类利用化学物理因素作用于生物体，让它的基因产生突变。

突变的意义：有好的突变，如产生新的物种，或产生有某种抗性的植株等等。

坏的突变可以引起生物体的死亡或者各种疾病。

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