嘿各位同学好，欢迎收听今天的生物小课堂。我是你们的老朋友，大家好，我是小助手。小助手你知道吗？我们每个人都是由数以万亿计的细胞组成的，而每个细胞里都藏着生命的秘密。不错，这些秘密就写在我们的DNA里。但是DNA只是一个蓝图，它自己是不能直接完成生命活动的。打个比方，DNA就像一本详细的菜谱，但是菜谱不能直接变成美味的菜肴，对吧？说的对，那今天我们就来聊聊这本神奇的菜谱是怎么变成我们身体里各种各样的蛋白质。的这就是高中生物必修二第四章的内容，基因的表达。这一章会涉及到遗传信息的转录和翻译，还有基因是如何控制我们的性状。表现的内容非常丰富。所以我们今天会重点讲清楚转录和翻译的过程，中心法则以及基因和性状之间的关系不错。而且我们还准备了好几个小测验和记忆口诀，帮助大家牢牢记住这些知识点。先来剧透一下今天的主要内容。第一部分我们来认识RNA，了解它和DNA有什么区别。第二部分我们深入了解遗传信息的转录过程。第三部分我们学习遗传信息的翻译过程。第四部分我们来聊聊中心法则。第五部分我们探讨基因和性状的关系。第六部分我们来了解一个有趣的现象，表观遗传。好了，剧透完毕，大家准备好了吗？让我们开始。首先我们来认识一个重要的分子RNA。在讲转录和翻译之前必须先弄清楚RNA是什么。RNA的中文名字叫核糖核酸，它的组成元素和DNA1样，都是碳氢氧氮磷这5种2NA. 的基本单位是核糖核苷酸，每个核糖核苷酸由三部分组成，一分子磷酸、一分子核糖、一分子含氮碱基。这里有一个重点要记下来，RNA的含氮碱基有4种，分别是A腺嘌呤、U尿嘧啶、C胞嘧啶。注意RMA的碱基里有U你有meet，而DMA的碱基里有T胸腺密挺没有U这是一个重要的区别。为了让大家更清楚的区分DNA和RNA，我们来做个。对比记忆。第一点，五碳糖不同，DNA含有脱氧核糖，RNA含有核糖，就这么一个氧原子的差别。第二点，含氮碱基不同，DNA是ATCG，RA是AUCG继承，DNA有T，RNA有U. 第三点结构不同，DNA是双链双螺旋，RNA多为单链，可以局部形成双链。第四点，功能不同。DNA是遗传物质，ra的功能就多样了。说到RNA的功能主要有三种，我们叫他们三剑客。第一剑客是MRNA，中文名叫信使RNA，它的功能是传递DNA的遗传信息。作为翻译的直接模板，你可以把MRA想象成外卖小哥，把DNA里的信息快递到核糖体去。第二剑客是TRNA，中文名叫转运RNA，它的功能是识别密码子，转运特定的氨基酸到核糖体上。TRNA就像是搬运工，把氨基酸一个个搬到核糖体。这个工厂里第。三剑客是RRNA，中文名叫核糖体RNA，它的功能是构成核糖体，是翻译的主要场所，而RNA就是翻译工厂的厂房本身。好，记住了吗？我们来快速回顾一下，MRNA是信使，负责传递信息。TRNA是转运，负责搬运氨基酸。RRNA是结构，构成核糖体。接下来我们来详细讲解转录过程，这是基因表达的第一步，非常重要。首先我们来明确转录的定义。转录是以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则合成RMA的过程时间上。转录发生在生物生长发育的全过程，主要是在细胞分裂前的间期场所方面。真核生物主要在细胞核，原核生物主要在拟合和质粒。另外真核生物的线粒体和叶绿体中也可以发生转录。转录需要满足哪些条件呢？主要有四个方面。第一个条件是模板，DNA分子中的一条链充当模板，这叫模板链和反义链。第二个条件是原料，需要的原料是四种游离的核糖核苷酸。第三个条件是没，这里要特别注意用的不是解旋酶，而是RNA聚合酶。这个没同时具有解旋和催化磷酸二酯键，形成的功能非常强大。第四个条件是能量转录，需要ATP来提供能量。好，现在我们来看转录的具体过程，分为三个阶段。第一阶段是解旋与启动RNA聚合酶识别并结合到DNA的特定区域，然后解开DNA双螺旋的局部片段，暴露出模板链。第二阶段是合成RNA，以DNA模板链为依据，RNA聚合酶按照碱基互补配对原则，从5英尺端向3英尺端方向催化核糖核苷酸的连接，合成RNA列。这里要注意碱基配对A对UT对A，C对GG对C第三阶段。是终止与释放RA聚合酶识别到基因的终止子序列时，转录停止合成的RA链从DNA模板上释放出来，DNA双螺旋也恢复原状。转录有两个特点，第一个是边解旋边转录，不是先把整条DNA都解开再转录。第二个是一个基因可以多次转录，形成多条相同。的MRNA。关于转录我们来记一个口诀，转录有T配U什么意思呢？就是说在转录过程中，DNA和RNA的碱基配对包含T和U的配对。比如DNA的A对应RNA的U，DNA的T对应RNA的A. 记住这个口诀，转录的配对就不会搞混了。现在我们来到了基因表达最核心的环节翻译过程。这是把遗传信息变成蛋白质。的关键步骤。翻译的定义是游离在细胞质中的氨基酸以MRNA为模板合成，具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。翻译的场所在核糖体，核糖体就像一个蛋白质合成的工厂，有游离在细胞质中的，也有附着在内质网上的。翻译需要满足五个条件。第一个条件是模板需要成熟的MRNA。第二个条件是原料，需要21种油离的氨基酸。第三个条件是工具，包括TRNA作为氨基酸的转运工具，以及核糖体作为翻译的场所。第四个条件是没需要多种催化酶来协助反应。第五个条件是能量，同样需要ATP来提供能量。在讲翻译过程之前，我们必须先弄清楚两个核心概念，密码子和反密码子。密码子是MRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。比如MRNA上的三个碱基AUG就是一个密码子，它决定甲硫氨酸。密码子总共有64种，其中61种可以编码氨基酸，剩下三种是终止密码子UAA、UAGUGA. 他们不编码任何氨基酸，只是告诉翻译该停止了。密码子有两个重要特性，第一个叫简并性，意思是一种氨基酸，可以对应多种密码子，比如甘氨酸对应GGU、GGCGGAG第四种密码。第二个叫通用性，意思是几乎所有生物都共用同一套遗传密码，这也是生物界有共同起源的一个。重要证据。反密码子是TRNA1端的那三个相邻碱基，它可以与MRNA上的密码子互补配对。反密码子总共有61种，与能编码氨基酸的密码子一一对应。记住密码子在MRNA上，反密码子在TRNA上，它们是一对一的互补关系。现在我们来看翻译的具体过程。分三个阶段。第一阶段是起始核糖体与MRA的起始密码子部位结合，携带起始氨基酸的TRNA通过反密码子与起始密码子配对进入核糖体的位点1。第二阶段是延伸，这是翻译最长的阶段，核糖体沿着MRNA从5撇端向3撇端移动，依次读取密码子。对应的TRNA携带氨基酸进入核糖体，通过反密码子与密码子配对，相邻的氨基酸通过脱水缩合形成肽键，肽链不断延长。第三阶段是终止，当核糖体读取到终止密码子时，因为没有对应的TRA，翻译就停止了，合成的肽链从核糖体上。释放出来。关于翻译有一个非常重要的数量关系。必须掌握，核心关系是基因DNA双链的碱基数比MRNA的碱基数比蛋白质中氨基酸数等于6比3比1。我们来解释一下这个比例，如果有N个氨基酸，那么MRNA上至少需要3N个碱基，而基因DNA中至少需要6N个碱基对。为什么是6比3比1呢？因为DA是双链，MRNA是单链，所以DNA碱基数是MRN的两倍。而每3个MRN碱基决定一个氨基酸，所以MRN碱基数是氨基酸数的三倍。来做一道练习题。如果一个基因有1800个碱基对，它编码的蛋白质最多有多少个氨基酸？根据公式，氨基酸数等于碱基对数除以3，也就是1800除以三等于600个氨基酸. 做对了吗？注意，这是理论最大值，实际可能会少一些。现在我们来学习一个贯穿整个遗传学的重要理论，中心法则。中心法则最早由克里克在1957年提出，后来经过科学家的补充完善，成为现代分子生物学的基石。中心法则描述了遗传信息流动的基本方向。我们来详细看看中心法则的核心过程是，DNA复制DNA，DNA转录RNA，RNA翻译蛋白质，这就是遗传信息从DNA到RNA再到蛋白质。的信息流动。但是有些病毒比较特殊，他们还有一些补充过程。第一个补充过程是RNA复制，意思是RNA可以复制出RNA，比如烟草花叶病毒和新冠病毒就是这样繁殖的。第二个补充过程是逆转录，意思是RNA可以逆转录成DNA，比如艾滋病病毒HAV就是一种逆转录病毒。逆转录需要一种特殊的酶逆转录酶，这个酶在基因工程中非常重要，是一个重要的工具。没好，现在我来考考大家，不同类型的生物分别会发生哪些过程呢？第一类是细胞生物，包括真核生物和原核生物，它们发生DNA、复制、转录、翻译。比如动物、植物、细菌、真菌。第二类是DNA病毒，比如噬菌体，他们同样发生DNA复制、转录、翻译，但需要宿主细胞提供原料和场所。第三类是RMA复制型RNA病毒，比如新冠病毒，他们发生RA复制和翻译。第四类是逆转录型RNA病毒，比如HAC，他们发生逆转录DNA复制、转录、翻译。记住一个口诀，人体细胞有复制、转录、翻译、逆转录仅病毒侵染才发生。所有这些过程都遵循碱基互补配对原则，都需要模板、原料、酶和能量。接下来我们来看看基因是如何控制生物性状的这是一个非常有趣的话题。基因控制性状有两条途径，我们分别叫它间接控制和直接控制。第一条是间接控制，这是基因控制性状的主要途径，它的逻辑链条是基因控制酶的合成，没控制细胞代谢过程，进而间接控制生物体的性状。我们来看几个经典例子。第一个例子是豌豆的原力与咒力。原力豌豆能正常合成淀粉分支酶，而皱粒豌豆因为基因突变无法合成正常的淀粉分支酶，导致淀粉合成减少。籽粒就皱缩了。第二个例子是白化病，白化病患者因为缺少酪氨酸酶，无法合成黑色素，所以皮肤毛发都白色的。第三个例子是人苯丙酮尿症患者因为缺少苯丙酮酸氧化酶，导致苯丙酮酸积累，可能造成智力障碍。第二条是直接控制途径，它的逻辑更直接。基因控制蛋白质的结构，直接控制生物体的性状。典型例子有两个，第一个是囊性纤维化患者体内的CFTR蛋白结构异常，导致氯离子通道功能受损。第二个是镰刀型细胞贫血症患者的血红蛋白结构异常，导致红细胞呈镰刀型功能受损。这里要特别注意，基因与性状的关系并不是简单的一一对应。首先，一个基因可以影响多个性状，比如控制颜色的基因可能同时影响头发颜色。其次，一个性状可以由多个基因共同控制，比如身高，这个性状就涉及几百个基因。还有，性状是基因与环境共同作用的结果，基因型相同的个体在不同环境下表型可能不同。比如说同一对双胞胎，即使基因完全相同，如果生活在不同的环境中，也会有不同的性状表现。记住这个口诀，基因定基础，环境塑表情。最后我们要聊一个非常有趣的话题，表观遗传学。这可能是很多同学之前没听说过的概念。表观遗传听起来很神秘，但其实概念很简单，它是指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。关键词有三个，基因序列不变、表情可变化、还能遗传。表观遗传有三个核心特点，第一个特点是遗传物质不变，DNA的碱基序列没有任何改变，所以不属于基因突变。第二个特点是表型可遗传，表观修饰引起的表型变化可以通过细胞分裂传递给子代细胞，甚至在亲子代之间遗传。第三个特点是可以逆转。表观修饰可以在一定条件下发生逆转，这也是环境因素影响生物性状的重要途径。表观遗传是怎么实现的呢？主要有两种机制。第一种是DNA甲基化，在DNA分子上添加甲基基团，甲基化程度越高，基因的表达通常被抑制的越明显。第二种是组蛋白修饰，组蛋白的乙酰化、甲基化等修饰会改变染色质的疏松程度，进而影响基因的转录。我们来看两个经典实例，第一个是柳川渝的花形态，同一基因的不同甲基化状态会导致花朵形态的明显差异。第二个是小鼠毛色遗传基因的甲基化状态不同，小鼠的毛色也会不同。宝宝遗传的意义非常重大，它是生物适应环境的重要方式，参与细胞分裂化、个体发育等过程，而且表观遗传异常与癌症、心血管疾病、神经退行性疾病等多种疾病的发生密切相关。记住这个口诀，序列不变，表型可变，还能遗传。好。我们来回顾一下今天学到的内容。第一部分我们认识了RNA，RNA有3种，MRNA是信使，TRNA是转运，RNA构成核糖体。第二部分我们学习了转录，转录是以DNA为模板合成2N的过程，需要2N聚合酶边解旋边转录。第三部分我们学习了翻译，翻译是以MINA为模板合成蛋白质的过程发生在核糖体上，密码子决定氨基酸6比3比1的关系要记住。第四部分我们学习了中心法则，DNA到RNA到蛋白质是主流，RNA病毒还有RNA复制和逆转录的补充过程。第五部分我们了解了基因控制性状的两种途径，间接控制通过没直接控制通过蛋白质结构、基因与环境共同决定性状。第六部分我们认识了表观遗传基因序列不变，但表型可遗传变化，主要机制是DNA甲基化和组蛋白修饰。好了，今天的内容就是这些，知识点比较多，大家可以反复收听，加深理解。如果有任何问题。欢迎在评论区留言，我们会尽力解答。我们下期再见，拜拜。