第4章 基因的表达
第1节 基因指导蛋白质的合成
一、RNA的结构与种类
1．RNA的结构（与DNA的比较）
2．RNA的种类及其作用
注：RNA是DNA转录的产物。
(1) (2)
(3)
二、遗传信息的转录
1．概念
2.过程
DNA 的结构 ①磷酸
②碱基：A、T、G、C
③脱氧核糖
规则的双螺旋结构
五碳糖不同 碱基不同 3．如图为一段DNA分子，如果以β链为模板进行转录；
DNA α链……A T G A T A G G G A A A C……
β链……T A C T A T C C C T T T G……
mRNA ……A U G A U A G G G A A A C……
该mRNA与β链的碱基序列互补配对。
4.该mRNA与α链的碱基序列有哪些异同？
提示：二者的碱基序列基本相同，不同的是α链中碱基T的位置，在mRNA中是碱基U。
[师说重难]
1.比较DNA的复制和转录
2．转录有关问题分析
(1)转录不是转录整个DNA，而是转录其中的基因。不同种类的细胞，由于基因的选择性表达，mRNA的种类和数量不同，但tRNA和rRNA的种类没有差异。
(2)细胞核中转录形成的RNA通过核孔进入细胞质，穿过0层膜，需要能量。
(3)完成正常使命的mRNA易迅速降解，保证生命活动的有序进行。
(4)质基因(线粒体和叶绿体中的基因)控制蛋白质合成过程时也进行转录。
(5)mRNA与DNA模板链碱基互补，但与非模板链碱基序列基本相同，只是用U代替T。
(6)转录时，边解旋边转录，单链转录。 三、遗传信息的翻译
1．密码子
(1)概念：mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻的碱基。
(2) 种类共64种 起始密码子：AUG甲硫氨酸、GUG 缬氨酸、甲硫氨酸终止密码子：UAA、UAG、UGA其他密码子
2．tRNA：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，另一端有3个相邻的碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，叫作反密码子。
411必修2
- 1 - 第1课时 拉马克和达尔文生物进化理论
课标内容要求 核心素养对接
1．举例说明种群内的某些可遗传变异将赋予个体在特定环境中的生存和繁殖优势。
2．说明自然选择促进生物更好地适应特定的生存环境。 1．生命观念：运用拉马克和达尔文生物进化理论解释适应的形成和生物的进化。
2．社会责任：运用拉马克和达尔文生物进化理论分析现实生活中诸如耐药菌产生等相关问题.
一、拉马克生物进化理论
1．主要观点
（1）拉马克认为，环境发生变化,使得原先生活在这个环境中的生物发生了某些变异，环境多样性是生物多样性的原因。
(2)拉马克认为，生物有的器官由于经常使用而发达,有的器官由于不使用而退化，即“用进废退”.
（3）拉马克认为，由于适应环境的变化而引起的能够遗传的性状变异称为“获得性遗传”。
2．进步意义 411必修2
- 2 - (1）世界上第一个比较系统的生物进化理论。
（2)“创世说"认为生物是由上帝创造的，物种是不变的。而拉马克不相信“创世说”并提出了生物进化理论。
二、达尔文生物进化理论
1．基本观点
(1）达尔文生物进化理论的第一个基本观点是“物种演变和共同起源”.他认为，物种是可变的，生物进化通过物种的演变而进行，地球上现今生存的物种，都是曾经存在过的物种的后代,源于共同的原始祖先。
(2)达尔文生物进化理论的第二个基本观点是“生存斗争(struggle for existence）和自然选择"。他认为，生存斗争包含了生物与同种或异种生物以及与无机环境之间的斗争。他还观察到生存斗争是由生物的过度繁殖引起的.生存斗争的结果是“适者生存，不适者被淘汰”，这一过程就是自然选择。
(3）达尔文生物进化理论的第三个基本观点是“适应是自然选择的结果”。
2．局限性:达尔文对于遗传和变异的本质以及自然选择如何对可遗传的变异起作用等问题，还不能做出科学的解释。
411必修2
- 3 - 判断对错(正确的打“√"，错误的打“×"）
第四章 遗传信息的转录——从DNA到RNA
一、名词解释
启动子：是一段位于结构基因5’端上游区的DNA序列，能激活RNA聚合酶，使之与模板DNA准确地结合并具有转录起始的特异性。
二、简答题
1、 真核细胞mRNA前体的加工过程？
答:包括51端形成特殊的帽子结构；31端剪切，并加上多聚腺苷酸尾；中间非编码序列的切除、拼接等。
2、 转录的基本过程？
答：①模板识别：主要是指RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程。②转录的起始：转录的起始就是RNA链上的第一个磷酸二酯键的产生。是单个核苷酸与开相结合，终止反应是δ因子的释放。
③通过启动子，转录开始后直到形成9个核苷酸短链是通过启动子阶段，此时RNA聚合酶一直处于启动子区，新生的RNA链的结合不够牢固，很容易从DNA链上脱落并导致转录重新开始。
④转录的延伸，RNA聚合酶离开启动子，沿DNA链移动并使新生RNA链不断伸长的过程。
⑤转录的终止，当RNA链延伸到转录的终止位点时，RNA聚合酶不再形成新的磷酸二酯键，RNA-DNA杂合物分离转录泡瓦解，DNA恢复成双链状态，而RNA聚合酶和RNA链都从模板上释放出来，这就是转录的终止。
3、 tRNA前体的加工过程？
答：①由核酸内切酶切断tRNA两端；②核酸外切酶从31端逐个切去附加序列；③在tRNA31端加上CCA-OH结构；④碱基的修饰反应。
4、 核酶的作用特点？
答：某些RNA具有和酶一样的催化活性称为核酶。其作用特点如下：①核酶的作用底物比较单纯，均为RNA。②核酶的催化效率较酶蛋白的催化效率一般都低得多。③核酶催化的反应都必须有Mg2+c存在时才能进行，这可能是Mg2+在维持核酶催化活性所需的特殊构象方面是必不可少的。④核酶是催化作用也表现一定的特异性。
分子动力学与分子力学不同，它求解的是随时间变化的分子的状态、行为和过程。分子动力学将原子看作为一连串的弹性球，原子在某一时刻由于运动而发生坐标变化。在运动的任一瞬间，通过计算每个原子上的作用力和加速度，来测定它们的位置和运动速度。由于一个原子的位置相对于其他原子的位置不断变化着，同时力也在变化，可用适当的力场方法，通过评价体系的能量，计算出任一特定原子的力。分子动力学模拟可作瞬时的、通常为皮秒级（10-12s）的分析，由此模拟计算而获得以一定位置和速度存在的原子的运动轨迹。计算中根据分子体系的大小、特点和要求来决定模拟时间的长短。
分子动力学方法是一通用的全局优化低能构象的方法。用分子动力学模拟可使分子构象跨越较大的能垒，因此可以通过升温搜寻构象空间，势能的波动对应着分子构象的变化，当总能量出现最小值时，在常温下（300K）平衡，即可求得低能构象。在常温下的分子动力学模拟需要很长的时间来克服能量势垒，因此分子动力学对分子构象空间的取样相当缓慢。提高分子体系的温度，可加大样本分子构型空间的取样效率。
分子动力学计算中，常使用蒙特卡洛算法和模拟退火算法。
蒙特卡洛算法：是一种统计抽样方法。其基本思想是在求解的空间中随机采样并计算目标函数，以在足够多的采样点中找到一个较高质量的最优解作为最终解。在动力学计算全局优化低能构象时，以经验势函数随机抽样，不断抽取体系构象，使其逐渐趋于热力学平衡。该方法需要大量采样才能得到较精确的结果，因此收敛速度较慢。
模拟退火算法：退火是将金属或其他固体材料加热至熔化后，再非常缓慢地冷却的过程。缓慢冷却是为了凝固成规则的处于最稳态的坚硬晶体状态。模拟退火算法用于分子动力学计算时，可有效地求得分子的全局优势构象。过程为：先使体系升温，在高温下进行分子动力学模拟，使分子体系有足够的能量，克服柔性分子中存在的各种旋转能垒和顺反异构能垒，搜寻全部构象空间，在构象空间中选出一些能量相对极小的构象；然后逐渐降温，再进行分子动力学模拟，此时较高的能垒已无法越过，在极小化后去除能量较高的构象，最后可以得到相应的能量最小的优势构象。模拟退火法的优点在于它能够翻越通常分子动力学条件下不能翻越的能垒；取舍构象时既考虑能量下降的变化，同时也接受部分能量上升的变化，因而能寻找到能量最低点。此外该方法不依赖于起始构象，消除了人为直觉的偏差。
