复制、转录、翻译
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脱氧核苷酸连接到模板链上,并使脱氧核苷酸之间过磷酸二酯键连接;3、沿着模板链不断延伸,最终形成两个一模一样的DNA分子。
补配对原则,游离的核糖核苷酸与脱氧核苷酸配对,3、核糖核苷酸间通过磷酸二酯键连接成RNA(mRNA,tRNA,rRNA)体.另一端的反密码子与mRNA上的密码子配对,两氨基酸间形成肽键。
核糖体继续沿mRNA移动,每次移动一个密码子,至终止密码结束,肽链形成解开的两条链分别与引物结合;3、延伸:在Taq酶的作用下,按碱基互补配对原则,脱氧核苷酸之间过磷酸二酯键连接成新链。
重复上述三步,就能获得大量的目的基因。
模板去向复制后,模板链与新形成的子链形成双螺旋结构转录后,模板链与非模板链重新形成双螺旋结构分解成核糖核苷酸扩增后,模板链与新合成的子链形成具有双螺旋结构的目的基因特点1、边解旋边复制;2、半保留复制边解旋边转录一条mRNA可与多个核糖体结合翻译成多条相同的多肽链1、半保留复制;2、快速大量复制产物形成两个完整的DNA分子三种单链RNA 蛋白质(多肽链)短时间内形成大量的目的基因DNA复制、转录、翻译、;逆转录以及PCR技术比较二、在基因过程的各种检测和鉴定:1、标记基因:为了检测目的基因(目的基因表达载体)是否导入受体细胞; 2、用DNA分子杂交法:检测目的基因是否插到染色体DNA上(工具:基因探针)3、用DNA分子杂交法:检测目的基因是否转录出mRNA(工具:基因探针);4、用抗原—抗体杂交法:检测mRNA是否翻译出蛋白质;5、鉴定:个体水平鉴定:比如抗虫实验。
一、命题规律与趋势纵向分析近五年高考生物试题看,基因表达是考查的重点之一,多出现在选择题中。
从命题角度来看,高考重点考查基因表达涉及转录与翻译两个生理过程和这两个生理过程的比较以及与中心法则、其他生理过程的比较。
预计2013年高考,重点以考查转录和翻译两生理过程为主,会和DNA复制、遗传定律等知识多角度的交叉综合考查。
复制转录翻译
复制转录翻译是一种生物学术语,指的是将信使RNA(mRNA)分子复
制制造出多种具有生物活性的蛋白质。
这一过程非常重要,因为它是构建、维护和修复生物体基因组的基础。
复制转录翻译涉及三个主要步骤,即复制、转录和翻译。
复制是指将一条双链DNA片段(称为模板)复制制造出一个等效的旁
栅RNA(即mRNA)的过程,它是由DNA-依赖性RNA聚合酶完成的。
转录
是将mRNA复制制造出与其密切相关的酸性脂质翅膀蛋白(tRNA)的过程,它是由RNA多聚酶完成的。
最后,翻译是将tRNA的内容解码并复制制造
出具有生物活性的蛋白质的过程,它是由转录本翻译因子(RTF)完成的。
复制转录翻译是为了让蛋白质按照基因蓝图生成,也就是DNA中的基
因信息,来调节和控制细胞的功能和结构。
复制转录翻译对维护细胞活力
和平衡具有重要作用,并在生物体的正常发育过程中扮演重要角色。
原核生物和真核生物基因表达调控、复制、转录、翻译特点的比较1.相同点:转录起始是基因表达调控的关键环节①结构基因均有调控序列;②表达过程都具有复杂性,表现为多环节;③表达的时空性,表现为不同发育阶段和不同组织器官上的表达的复杂性;2.不同点:①原核基因的表达调控主要包括转录和翻译水平。
真核基因的表达调控主要包括染色质活化、转录、转录后加工、翻译、翻译后加工多个层次。
②原核基因表达调控主要为负调控,真核主要为正调控。
③原核转录不需要转录因子,RNA聚合酶直接结合启动子,由sita因子决定基因表的的特异性,真核基因转录起始需要基础特异两类转录因子,依赖DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用调控转录激活。
④原核基因表达调控主要采用操纵子模型,转录出多顺反子RNA,实现协调调节;真核基因转录产物为单顺反子RNA,功能相关蛋白的协调表达机制更为复杂。
⑤真核生物基因表达调控的环节主要在转录水平,其次是翻译水平。
原核生物基因以操纵子的形式存在。
转录水平调控涉及到启动子、sita因子与RNA聚合酶结合、阻遏蛋白、负调控、正调控蛋白、倒位蛋白、RNA聚合酶抑制物、衰减子等。
翻译水平的调控涉及SD序列、mRNA的稳定性不稳定(5’端和3’端的发夹结构可保护不被酶水解mRNA的5’端与核糖体结合可明显提高稳定性)、翻译产物及小分子RNA的调控作用。
真核生物基因表达的调控环节较多:在DNA水平上可以通过染色体丢失、基因扩增、基因重排、DNA甲基化、染色体结构改变影响基因表达。
在转录水平主要通过反式作用因子调控转录因子与TA TA盒的结合、RNA聚合酶与转录因子-DNA复合物的结合及转录起始复合物的形成。
在转录后水平主要通过RNA修饰、剪接及mRNA运输的控制来影响基因表达。
在翻译水平有影响起始翻译的阻遏蛋白、5’AUG、5’端非编码区长度、mRNA的稳定性调节及小分子RNA。
真核基因调控中最重要的环节是基因转录,真核生物基因表达需要转录因子、启动子、沉默子和增强子。
DNA 复制、基因控制蛋白质合成
注:mRNA 即信使RNA 呈单链,是以DNA 的一条链为模板转录出来的,它是翻译的模板;tRNA 呈“三叶草”型,是翻译时转运氨基酸的工具;rRNA 也呈单链,它与蛋白质组成核糖体的成分。
【例1】关于DNA 和RNA 的组成及结构的说法正确的是( )
A .人体细胞中都有5种碱基和8种核苷酸
B .硝化细菌的遗传物质由5种碱基构成
C .蓝藻的线粒体中含有DNA 和RNA
D .DNA 彻底水解得到的产物中有脱氧核糖而没有核糖 解析:在人体成熟红细胞中不含
DNA 、RNA ,因而其内不含碱基和核苷酸;硝化细菌的遗传物质是DNA ,由4种碱基构成;蓝藻属原核生物,无线粒体。
答案:D
【特别提醒】
(1)若核酸中出现碱基T 或五碳糖为脱氧核糖,则比为DNA 。
(2)若核酸中出现碱基U 或五碳糖为核糖,则比为RNA 。
(3)若A ≠T 、C ≠G ,则为单链DNA ;若A=T 、C=G ,则一般认为是双链DNA 。
【例2】在遗传信息的传递过程中,一般不可能发生的是( )
A.DNA复制、转录及翻译过程都遵循碱基互补配对原则
B.核基因转录形成的mRNA穿过核孔进入细胞质中进行翻译过程
C.RNA复制、转录都是以DNA一条链为模板,翻译则是以mRNA为模板
D.DNA复制、转录和翻译的原料依次是脱氧核苷酸、核糖核苷酸、氨基酸
解析:DNA复制是以DNA的两条链为模板进行的,转录是以DNA的一条链为模板进行的;组成DNA、RNA、蛋白质的基本单位分别为脱氧核苷酸、核糖核苷酸和氨基酸,因此,复制、转录和翻译的原料依次是脱氧核苷酸、核糖核苷酸、氨基酸。
答案:C
【特别提醒】
(1)对细胞结构的生物而言,DNA复制发生于细胞分裂过程中,而转录和翻译则发生于细胞分裂、分化等过程。
(2)DNA中含有T而无U,而RNA中含有U而无T,因此可通过放射性同位素标记T或U,研究DNA 复制或转录过程。
(3)复制和转录发生在DNA存在的部位,如细胞核、叶绿体、线粒体、拟核、质粒等部位。
(4)转录出的RNA有3类,但携带遗传信息的只有mRNA。
(5)一个mRNA分子上可相继结合多个核糖体,同时合成多条相同的肽链。
(6)从核糖体上脱离下来的只是多肽链,多肽链还要在相应的细胞器(内质网、高尔基体)内加工,最后才形成具有一定空间结构的有活性的蛋白质。
【例3】有关蛋白质合成的叙述,正确的是(多选)( )
A.终止密码子不编码氨基酸 B.每种tRNA只转运一种氨基酸
C.tRNA的反密码子携带了氨基酸序列的遗传信息 D.核糖体可在mRNA上移动
解析:本题考查蛋白质的合成过程,意在考查考生对翻译过程的充分理解。
A项正确,64个密码子中有3个是终止密码子,不决定氨基酸。
B项正确,每种tRNA只转运一种氨基酸,但一种氨基酸可被一种或多种tRNA转运。
C错误,决定氨基酸序列的遗传信息通常是在DNA分子上。
答案:ABD 【特别提醒】
(1)密码子有64种,其中2个起始密码子,可以编码氨基酸;3个终止密码子,不编码氨基酸,其他59个为普通密码子,可以编码氨基酸,故能够编码氨基酸的密码子有61种。
反密码子有61种。
(2)密码子、tRNA与氨基酸的数量对应关系为:一种氨基酸可有一种或多种密码子,可由一种或多种tRNA来运输,而一种密码子只能决定一种氨基酸,一种tRNA只能运输一种氨基酸。
(3)tRNA上有很多碱基,不只是3个,只是构成反密码子的部分是3个碱基。
四、基因对性状的控制
1.对中心法则的理解图解表示出遗传信息的传递有5个过程,其代表了以DNA为遗传物质的生物如真核生物、原核生物以及DNA病毒的遗传信息的复
制、转录和翻译过程;以及以RNA为遗传物质的生物如烟草
花叶病毒等遗传信息的复制、翻译过程,还有具有逆转录酶
的致癌病毒、HIV等生物的遗传信息的逆转录、复制、转录、翻译过程,故不同生物的遗传信息的传递过程不同,要根据具体的生物,画出其中心法则。
如下所示:
(1)以DNA为遗传物质的生物遗传信息的传递
(2)以RNA为遗传物质的生物遗传信息的传递
DNA通过复制将遗传信息由亲代传递给了子代,它发生在有丝分裂的间期或减数第一次分裂的间期;而DNA的转录和翻译又体现了遗传信息的表达功能,发生在个体发育的过程中。
【例4】转录和逆转录是生物遗传信息传递过程中的两个步骤,相关叙述正确的是()
A.都需要模板、能量、酶、原料 B.都在细胞核内进行
C.所有生物都可以进行转录和逆转录 D.都需要tRNA转运核苷酸原料
解析:转录是以DNA为模板合成RNA的过程,对于真核生物是在细胞核内进行的,而逆转录是以RNA 为模板合成DNA的过程,在细胞质内进行;只有极少数的病毒体内发现了催化逆转录的逆转录酶,因此,不是所有生物都可以进行逆转录;tRNA转运的是氨基酸,在翻译过程中起作用。
虽然转录和逆转录需要的模板、酶、原料不同,但是都需要这三个条件与能量才能完成。
答案:A
【特别提醒】
(1)逆转录需要逆转录酶,该酶在基因工程中常用以催化合成目的基因。
(2)中心法则的5个过程都遵循碱基互补配对原则。
2.基因、蛋白质和性状的关系
【例5】正常小鼠体内常染色体上的B基因编码胱硫醚γ—裂解酶(G酶),体液中的H2S主要由G 酶催化产生。
为了研究G酶的功能,需要选育基因型为B-B-
的小鼠。
通过将小鼠一条常染色体上的B基因去除,培育出了
一只基因型为B+B-的雄性小鼠(B+表示具有B基因,B-表示去
除了B基因,B+和B-不是显隐性关系),请回答:
(1)B基因控制G酶的合成,其中翻译过程在细胞质
的上进行,通过tRNA上的与mRNA上的
碱基识别,将氨基酸转移到肽链上。
酶的催化反应具有高效性,
胱硫醚在G酶的催化下生成H2S的速率加快,这是因
为。
(2)右图表示不同基因型小鼠血浆中G酶浓度和H2S浓度的关系。
B-B-个体的血浆中没有G酶而仍有少量H2S产生,这是因为。
通过比较B+B+和B+B-个体的基因型、G酶浓度与H2S浓度之间的关系,可得出的结论是。
解析:本题考查基因控制蛋白质合成的有关知识。
B基因控制G酶的合成,其中翻译过程在核糖体上进行,通过tRNA上的反密码子与mRNA上的碱基识别,将氨基酸转移到肽链上。
酶的催化反应具有高效性,是因为酶能降低化学反应的活化能。
右图表示不同基因型小鼠血浆中G酶浓度和H2S浓度的关系。
B-B-个体的血浆中没有G酶而仍有少量H2S产生,这是因为血浆中的H2S 不仅仅由 G酶催化生成。
通过比较B+B+和B+B-个体的基因型、G酶浓度与H2S浓度之间的关系,可得出的结论是基因可通过控制G酶的合成来控制H2S浓度。
答案:⑴核糖体反密码子 G酶能降低化学反应活化能⑵①血压中的H2S不仅仅由G酶催化产生②基因可通过控制G酶的合成来控制H2S浓度
【特别提醒】
(1)生物的大多数性状是受单基因控制的。
这里的“单基因”是指一对等位基因,并不是单个基因。
(2)基因控制生物体的性状,但性状的形成同时还受到环境的影响。
五、基因表达中相关数量计算
2.计算中“最多”和“最少”的分析
(1)翻译时,mRNA上的终止密码不决定氨基酸,因此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。
(2)基因或DNA上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。
(3)在回答有关问题时,应加上“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。
【例6】一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽,则此mRNA分子至少含有的碱基个数及合成这段多肽需要的tRNA个数以及转录此mRNA的基因中至少含碱基数,依次为( ) A.32;11;66 B.36;12;72 C.12;36;24 D.11;36;72
解析:此多肽含有11个肽键,所以含有氨基酸12个,所以mRNA上的密码子至少12个,mRNA上的碱基数至少为12×3=36个;决定氨基酸的密码子是12个,所以需要的tRNA也是12个;因为mRNA中碱基至少有36个,所以转录它的基因中碱基数至少为36×2=72个。
答案:B
【特别提醒】
解题时应看清是DNA上(或基因中)的碱基对数还是个数;是mRNA上密码子的个数还是碱基的个数。