10.1 基因指导蛋白质的合成-【大鹏生物】2024高考生物一轮复习讲义

第4章 基因的表达 遗传物质实验证据的获得和DNA双螺旋结构模型的建立，揭示了基因的化学本质，生物学的研究从此以空前的步伐前进。但是，基因又是如何起作用的呢? 将苏云金杆菌抗虫蛋白基因(Bt抗虫蛋白基因)转入普通棉花，培育出的棉花植株会产生Bt抗虫蛋白。转入的是基因，得到的却是蛋白质!为什么会这样?原来，基因可以控制蛋白质的合成，这个过程就是基因的表达。 为什么一种生物的基因能在另一种生物中表达呢?基因的表达过程是怎样的?各种生物的基因表达过程有什么共同点呢? 生命的图案，扑朔迷离： 从信息到物质，从蓝图到现实， 繁复、简约，粗放、精细， 是谁创造出，如此的和谐与统一? 第1节 基因指导蛋白质的合成 1.1 遗传信息的转录 RNA是什么物质?为什么RNA适于作DNA的信使呢? RNA是另一类核酸，它的分子组成与DNA的很相似：它也是由基本单位——核苷酸连接而成的，核苷酸也含有4种碱基，这些特点使得RNA具备准确传递遗传信息的可能。与DNA不同的是，组成RNA的五碳糖是核糖而不是脱氧核糖（图4-1）；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）（图4-2）；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。 图4-1 核糖和脱氧核糖的结构模式图 图4-2 DNA与RNA在化学组成上的区别 这种作为DNA信使的RNA叫信使RNA（messenger RNA），也叫mRNA 此外还有转运RNA（transfer RNA），也叫tRNA，以及核糖体RNA（ribosomal RNA）也叫rRNA（图4-3）。三种主要的RNA RNA种类 示意图 作用 分布 相同点 mRNA （信使RNA） 翻译的模板，将遗传信息从细胞核传递到细胞质 细胞核、细胞质中 ①基因单位相同； ②都能经过DNA转录产生； ③都参与翻译过程 tRNA （转运RNA） 识别mRNA上的碱基序列（密码子）和转运氨基酸 细胞质中 rRNA （核糖体RNA） 核糖体的组成成分 核糖体中 1.转录的概念 指遗传信息从基因（DNA）转移到RNA，在RNA聚合酶的作用下形成一条与DNA碱基序列互补的mRNA的过程。作为蛋白质生物合成的第一步，进行转录时，一个基因会被读取并被复制为mRNA，即特定的DNA片断作为遗传信息模板，以依赖DNA的RNA聚合酶作为催化剂，通过碱基互补的原则合成前体mRNA。生成的mRNA携有的密码子，进入核糖体后可以实现蛋白质的合成。 2.转录的场所 真核的细胞核（线粒体、叶绿体），原核细胞的细胞质。 3.转录的条件 ①模板：DNA的单链（模板链） ②原料：4种游离的核糖核苷酸 ③酶：RNA聚合酶（RNA polymerase），是一种由多个蛋白亚基组成的复合酶，具有解旋功能（使碱基之间的氢键断裂），以一条DNA链或RNA为模板催化核糖核苷酸之间的磷酸二酯键（“3'，5'-磷酸二酯键”或“磷酸双酯键”）合成，进而合成RNA。 ④能量：呼吸作用产生的ATP（叶绿体中转录需要的能量由光反应的类囊体薄膜产生）。 ⑤原则：碱基互补配对原则（A-U、T-A、C-G、G-C），形成氢键，氢键是分子间的作用力，指和负电性原子或原子团共价结合的氢原子（正电性）与邻近的负电性原子（往往为氧或氮原子）之间形成的一种非共价键作用力。如水分子间通过氢键“联结”使水呈液体状。 4.转录的过程 ①解旋：DNA双链解开，双链的碱基得以暴露； ②配对：细胞中游离的核糖核苷酸随机地与供转录用的DNA一条链上的碱基碰撞，当核糖核苷酸与DNA的碱基互补时，两者以氢键结合； ③连接：新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的mRNA分子上； ④释放：合成的mRNA从DNA链上释放，而后，双链DNA恢复。 图4-4 以DNA为模板转录RNA的示意图 5.转录过程的分析 遵循的原则 碱基互补配对原则 原料 4种游离的核糖核苷酸 需要的酶 RNA聚合酶 模板 DNA的一条链（模板链） 场所 主要在细胞核中，叶绿体、线粒体中也会发生 产物 3种RNA ※大鹏老师提示※ DNA片段只有一条链可以转录的原因： ①转录起始的关键是RNA聚合酶与启动子的相互作用。 启动子是指一段位于结构基因上游区、指导RNA聚合酶与模板正确结合、活化RNA聚合酶并确保转录准确而有效起始的DNA序列。启动子的结构决定了RNA聚合酶对它的选择与结合。正是由于RNA聚合酶必须结合在DNA分子的特定的区域—启动子上，这就决定了转录起始的位点。 ②RNA聚合酶同DNA聚合酶一样，只能催化单核苷酸加接到带游离3'-OH的多核苷酸链上，RNA合成时只能以5'→3'的方向合