基因的概念与表达
基因的表达 翻译
C
A
丝氨酸
酪氨酸
丝氨酸
酪氨酸
丝氨酸
终止
丝氨酸
终止
脯氨酸
组氨酸
脯氨酸
组氨酸
脯氨酸
谷氨酰酸
脯氨酸
谷氨酰酸
苏氨酸
天冬酰胺
苏氨酸
天冬酰胺
苏氨酸
赖氨酸
苏氨酸
赖氨酸
丙氨酸
天冬氨酸
丙氨酸
天冬氨酸
丙氨酸
谷氨酸
丙氨酸
谷氨酸
G 半胱氨酸 半胱氨酸
终止 色氨酸 精氨酸 精氨酸 精氨酸 精氨酸 丝氨酸 丝氨酸 精氨酸 精氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸
6 A T T C G C T A C G G A T C G
DNA
TAAGCGATGCCTAGC
tRNA U A A G C G A U G C C U A G C
3 mRNA A U U C G C U A C G G A U C G 1 Pr 异亮氨酸 精氨酸 酪氨酸 甘氨酸 丝氨酸
1.某基因有碱基1200个，则它控制合成
的蛋白质所具有的氨基酸数目最多为
A．100个 C．300个
B
B．200个 D．400个
2.某蛋白质有三条肽链，水解时共消耗了
297个水分子，则控制合成它的基因中最少
有多少个碱基对
A．900个 C．1500个
A
B．1200个 D．1800个
第三个 字母 U C A G U C A G U C A G U C A G
10、从密码子表中你 能得出什么结论？
（1）20种氨基酸有61个密码子（3个终止密码子） （2）一个密码子对应一个氨基酸（除终止密码子） （3）一个氨基酸可以有一个到数个不等的密码子
《基因的表达》教案设计
《基因的表达》教案设计一、教学目标：1. 理解基因表达的概念和过程。
2. 掌握转录和翻译的基本原理。
3. 了解遗传信息的传递过程及其在生物体内的应用。
二、教学内容：1. 基因表达的概念：基因表达是指基因信息在生物体内转化为蛋白质的过程。
2. 转录：转录是指DNA模板上的遗传信息被复制成mRNA的过程。
3. 翻译：翻译是指mRNA上的遗传信息被翻译成蛋白质的过程。
4. 遗传信息的传递过程：DNA复制、转录、翻译和蛋白质的功能。
三、教学重点与难点：1. 教学重点：基因表达的概念、转录和翻译的过程及其意义。
2. 教学难点：转录和翻译的详细机制及其调控。
四、教学方法：1. 讲授法：讲解基因表达的概念、转录和翻译的过程。
2. 案例分析法：分析具体的遗传信息传递实例，加深学生对基因表达的理解。
3. 小组讨论法：分组讨论基因表达在实际应用中的例子，促进学生的思考和交流。
五、教学准备：1. 教学PPT：制作包含图文并茂的PPT，直观展示基因表达的过程。
2. 案例材料：收集相关的遗传信息传递实例，用于课堂分析和讨论。
3. 教学视频：准备相关的教学视频，用于辅助讲解和展示。
六、教学过程：1. 导入新课：通过一个简单的例子，如“为什么眼睛的颜色是由基因决定的？”引发学生对基因表达的兴趣。
2. 讲解基因表达的概念：介绍基因表达的定义和意义。
3. 讲解转录过程：详细解释DNA复制成mRNA的过程，包括启动、延伸和终止阶段。
4. 讲解翻译过程：详细解释mRNA被翻译成蛋白质的过程，包括起始、延长和终止阶段。
5. 分析遗传信息的传递过程：通过具体的实例，讲解DNA、mRNA和蛋白质之间的关系。
七、课堂互动：1. 提问环节：在讲解过程中，适时提问，检查学生对知识点的理解。
2. 小组讨论：分组讨论基因表达在实际应用中的例子，如基因编辑、基因治疗等。
3. 回答问题：鼓励学生积极回答问题，增强课堂互动。
八、课堂练习：1. 完成练习题：布置一些有关基因表达的练习题，让学生课后巩固所学知识。
基因的表达与调控教学教案
对实验结果进行深入讨论，解释数据背后的生物 学意义，探讨可能的影响因素及机制。
结论总结
总结实验结果，指出研究的意义和局限性，提出 未来研究方向或建议。
THANKS
感谢观看
PCR技术
通过特异性引物对目的基因进行 扩增，结合凝胶电泳、荧光定量 等方法对PCR产物进行分析，检
测基因突变。
基因芯片技术
将大量基因特异性探针固定在芯 片上，与待测DNA样本进行杂交 ，通过检测杂交信号来识别基因
突变。
单细胞测序技术
对单个细胞进行基因组测序，揭 示细胞间的基因变异和表达差异
。
蛋白质组学技术
基因表达的意义
基因表达是生物体生长、发育、繁殖和应对环境变化的 基础，对于理解生物体的生命活动及其调控机制具有重 要意义。
转录过程及产物
转录过程
转录是以DNA为模板，在RNA聚合酶的催化下， 合成RNA的过程。转录过程包括启动、延伸和终 止三个阶段。
转录产物
转录的产物是RNA，包括mRNA（信使RNA）、 tRNA（转运RNA）和rRNA（核糖体RNA）。
DNA测序技术
Sanger测序
利用DNA聚合酶和特异性引物进行DNA合成，通过掺入链终止剂来终止DNA链 的合成，进而通过高分辨率凝胶电泳分离不同长度的DNA片段，实现DNA序列 的测定。
下一代测序技术
利用高通量测序平台对数百万个DNA片段进行同时测序，具有高通量、高灵敏度 、低成本等优点。
基因突变分析技术
蛋白质降解
通过泛素-蛋白酶体途径等 降解途径，调节蛋白质的 稳定性和活性。
蛋白质转运
将蛋白质从合成部位转运 到作用部位，影响其活性 和功能。
03
生物的基因概念
生物的基因概念基因是生物体内控制遗传信息传递和表达的基本单位。
它是由DNA序列编码的特定片段，携带了组成生物体的蛋白质的信息，以及调控蛋白质合成的调控序列。
基因是遗传物质的基本单位，能够决定生物体的遗传性状和表现型。
基因的发现与DNA的结构解析有着密切的关系。
20世纪初，科学家们首先认识到遗传性状在父母和子代之间传递，并且通过所谓的遗传学实验，将这些性状与染色体的遗传信息联系起来。
当时，人们并不清楚遗传信息是以何种方式传递的。
直到20世纪50年代，亨利塞曼（Hershey）和克雷格（Chase）的实验证明了DNA是遗传信息的载体。
随后，由詹姆斯沃森和弗朗西斯克里克等科学家的研究，解析了DNA的双螺旋结构，揭示了基因的分子机理。
基因的主要功能是传递遗传信息。
它决定了生物体的遗传特征，包括形态特征、生理特征以及疾病易感性等。
基因通过编码蛋白质来实现这一功能。
基因的DNA 序列可以转录成RNA，进而翻译成蛋白质。
蛋白质是细胞中的工作马，控制着几乎所有生物体内的生化过程和生物功能。
因此，基因可以说是生物体内各项功能和特征的遗传基础。
基因的表达受到多种调控机制的影响。
为了保证基因的精确表达，生物体需要控制基因的启动、转录和翻译等各个环节。
生物体通过转录因子、DNA甲基化、组蛋白修饰等方式，对基因进行细致的调控，以适应不同环境和发育阶段的需求。
这些调控机制保证了基因在特定时间和特定环境中按需表达，并在不同细胞类型间产生差异，从而实现细胞分化和组织特化。
基因在生物体内的遗传方式主要有两种：垂直遗传和水平遗传。
垂直遗传是指基因通过生物体繁殖方式传递给子代，从父母传给孩子。
也就是我们常说的亲子遗传。
水平遗传则是指细菌等微生物通过细胞间的共享基因信息，实现基因的传递。
这种遗传方式有助于细菌在进化过程中适应环境的变化，从而增加生存优势。
近年来，随着基因工程和生物技术的迅猛发展，基因的研究已经进入了一个新的时代。
利用基因编辑技术，科学家们能够对基因进行精确的修饰和操作，以实现人工设计的目的，例如治疗基因遗传病、改良农作物等。
01基因与基因表达的一般概念
一.基因与基因表达的一般概念
▪ 基因作为唯一能够自主复制、永久存在的单位，其 生理学功能以蛋白质形式得到表达。DNA序列是遗 传信息的贮存者，它通过自主复制得到永存，并通 过转录生成mRNA，翻译生成蛋白质的过程控制所 有生命现象。
▪ 编码链（coding strand）又称sense strand，是 指与mRNA序列相同的那条链。非编码链 （anticoding strand），又称antisense strand，是 指那条根据碱基互补原则指导mRNA生物合成的 DNA链。
2021届
高中生物竞赛理论辅导课件
分子生物学概述
第四讲 蛋白质合成
▪ 一. 基因与基因表达的一般概念 ▪ 二. 遗传密码——三联子 ▪ 三．密码子和反密码子的相互作用 ▪ 四．tRNA ▪ 五．AA- tRNA合成酶 ▪ 六. 核糖体 ▪ 七. 信使核糖核酸 ▪ 八、蛋白质的生物合成 ▪ 九、氨基酸及功能蛋白质合成后的修饰 ▪ 十、蛋白质的运输和降解
▪ Genetic information is perpetuated by replication（复 制）in which a double- stranded nucleic acid is
duplicated to give identical copies.
▪ 基因表达包括转录（transcription）和翻译（translation） 两个阶段。转录是指拷贝出一条与DNA链序列完全相同（除 了T→U之外）的RNA单链的过程，是基因表达的核心步骤。 翻译是指以新生的mRNA为模板，把核苷酸三联子遗传密码 翻译成氨基酸序列、合成蛋白质多肽链的过程，是基因表达 的最终目的。
基因表达的调控
第十三章基因表达的调控一、基因表达调控基本概念与原理：1．基因表达的概念：基因表达（gene expression）就是指在一定调节因素的作用下，DNA分子上特定的基因被激活并转录生成特定的RNA，或由此引起特异性蛋白质合成的过程。
2．基因表达的时间性及空间性：⑴时间特异性：基因表达的时间特异性(temporal specificity)是指特定基因的表达严格按照特定的时间顺序发生，以适应细胞或个体特定分化、发育阶段的需要。
故又称为阶段特异性。
⑵空间特异性：基因表达的空间特异性（spatial specificity）是指多细胞生物个体在某一特定生长发育阶段，同一基因的表达在不同的细胞或组织器官不同，从而导致特异性的蛋白质分布于不同的细胞或组织器官。
故又称为细胞特异性或组织特异性。
3．基因表达的方式：⑴组成性表达：组成性基因表达（constitutive gene expression）是指在个体发育的任一阶段都能在大多数细胞中持续进行的基因表达。
其基因表达产物通常是对生命过程必需的或必不可少的，且较少受环境因素的影响。
这类基因通常被称为管家基因（housekeeping gene）。
⑵诱导和阻遏表达：诱导表达（induction）是指在特定环境因素刺激下，基因被激活，从而使基因的表达产物增加。
这类基因称为可诱导基因。
阻遏表达（repression）是指在特定环境因素刺激下，基因被抑制，从而使基因的表达产物减少。
这类基因称为可阻遏基因。
4．基因表达的生物学意义：①适应环境、维持生长和增殖。
②维持个体发育与分化。
5．基因表达调控的基本原理：⑴基因表达的多级调控：基因表达调控可见于从基因激活到蛋白质生物合成的各个阶段，因此基因表达的调控可分为转录水平（基因激活及转录起始），转录后水平（加工及转运），翻译水平及翻译后水平，但以转录水平的基因表达调控最重要。
⑵基因转录激活调节基本要素：①顺式作用元件：顺式作用元件（cis-acting element）又称分子内作用元件，指存在于DNA分子上的一些与基因转录调控有关的特殊顺序。
基因的表达
A．390 B．195 C．65 D．260
14．已知某蛋白质分子由2条肽链组成，连接蛋白质分子中氨基酸的肽键共有198个，翻译成这个蛋
白质的mRNA中有碱基 个，基因中有碱基
对。
A
600 600
课堂练习
1.对一个基因的正确描述是（ ） A.是有遗传效应的染色体片段 B.其化学成分是碱基、核糖和磷酸 C.每个基因含有一个DNA分子 D.是决定生物性状的基本单位
1、指出各部分的名称。 2、指出RNA聚合酶沿RNA的移动方向。
RNA
编码链 模板链
RNA聚合酶 酶移动方向
DNA
核糖核苷酸
DNA双螺旋 重新形成
RNA聚合酶 编码链
RNA聚合酶移动方向 DNA双螺旋解开
模板链
RNA RNA-DNA 杂交区域
思考：1、RNA聚合酶是否将整个DNA进行转录？
解开双螺旋的DNA片段包括一个或几个基因。 2、转录合成的RNA可以直接作为合成相应蛋白质的
G
C
T
G
C
U
C
G
A
G
C
U
丙氨酸
模板链
多肽中氨基酸数与 mRNA、DNA中碱基数的关系
如果某细菌多肽中有 n 个氨基酸，则指导该
多肽链合成的 mRNA的碱基数目至少为
，
控制该多肽合成的DNA(基因)中的碱基数目至少
3n
为
。
6n
5、水蛭素是由65个氨基酸组成的蛋白质，控制该蛋白质合成的基因的碱基数至少应是( )
模板吗 ？
核苷酸加到RNA末端 游离核苷酸
真核细胞中，细胞核内转录合成的RNA必须经过加工 成为成熟的mRNA后，才能转移到细胞质中。
例析基因表达的重、难点
例析基因表达的重、难点四川省宜宾县二中杨自淑一、基因概念及其理解念1、基因概念：基因是控制生物性状的遗传物质的结构和功能的基本单位，是有遗传效应的DNA分子片段。
2、对基因的理解①从作用上看，基因是控制生物性状的基本单位。
②从本质上，基因是有遗传效应的DNA分子片段。
每个DNA分子上有许多个基因。
③从位置上看，基因在染色体上呈直线排列(核基因)。
④从组成上看，基因由成千上百个脱氧核苷酸组成。
⑤从遗传信息上看，基因的脱氧核苷酸的排列顺序包含了遗传信息。
其顺序是固定的，而不同的基因的顺序又是不同的。
⑥线粒体、叶绿体等细胞器中也有基因(细胞质基因)例1：对染色体、DNA、基因三者关系的叙述中，错误的是（）A、每条染色体上含有一个或两个DNA分子，每个DNA分子上含有多个基因B、三者都能复制、分离和传递，且三者行为一致C、三者都是生物细胞内的遗传物质D、在生物的传种接代中，染色体的行为决定着DNA和基因的行为解析：遗传物质是DNA或基因，而不是染色体，染色体上还含有蛋白质，而蛋白质不是遗传物质。
答案C二、遗传信息的转录和翻译例2．下图为原核细胞中转录、翻译的示意图。
据图判断，下列描述中正确的是A．图中表示4条多肽链正在合成B．转录结束以后，翻译才能开始C．多个核糖体共同完成一条多肽链的翻译D．一个基因在短时间内可表达出多条多肽链解析：本题考查原核细胞中转录、翻译的过程多聚核糖体的意义。
图示表明转录可从多点进行，转录尚未结束，翻译即已开始。
翻译时，每个RNA上结合多个核糖体，每个核糖体上合成一条肽链，这样可有7提高基因表达的效率。
答案D例3．右图中的哪一种物质或结构，彻底水解的产物种类最多？A．①B．②C．③D．④解析：图示①mRNA，其彻底水解产物为含N碱基、核糖和磷酸三种，②为核糖体，其成分为rRNA和蛋白质，因此水解产物为含N碱基、核糖、磷酸和氨基酸四种。
③为tRNA,其彻底水解产物为含N碱基、核糖和磷酸三种，④为多肽，其彻底水解产物为氨基酸一种。
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基因的概念与表达
（9）基因是有遗传效应的DNA 片段，是DNA 分子中决定生物性状的结构和功能单位。
基因与脱氧核苷酸、遗传信息、DNA、染色体、蛋白质、生物性状之间的关系是：基因是DNA 分子中决定生物性状的基本单位，染色体由DNA 和蛋白质组成，遗传信息是由基因中特定的脱氧核苷酸的排列顺序决定的。
（10）遗传信息的转录和翻译
①基因控制蛋白质的合成包括两个阶段是转录和翻译。
②转录是在细胞核中以DNA 为模板，按碱基互补配对方式合成RNA 的过程。
拓展：
①转录发生的时间是细胞分裂间期。
②转录的模板是“DNA 分子的一条脱氧核苷酸链”
③转录的原料是细胞核里游离的核糖核苷酸。
④转录的产物是RNA 分子。
⑤转录需要的基本条件是模板、原料、能量、酶等。
（11）翻译是在核糖体中以mRNA 为模板，按照碱基互补配对原则，以tRNA 为转运工具、以细胞质里游离的氨基酸为原料合成蛋白质的过程。
①翻译发生的场所是核糖体。
②准确地说，翻译的产物是多肽链。
③翻译需要的原料是细胞质里游离的氨基酸。
拓展：
①原核生物与真核生物的基因表达不同：原核细胞的转录和翻译可同时进行；真核细胞的转录在细胞核中进行，mRNA经加工成熟后通过核孔进入细胞质，在细胞质核糖体进行翻译。
②病毒基因的表达所需原料来自宿主细胞的游离核糖核苷酸和氨基酸，模板来自病毒基因转录来的mRNA。
③遗传信息是指DNA 分子上基因的碱基排列顺序；密码子指mRNA 中决定一个氨基酸的三个连续碱基；反密码子是指tRNA 分子中与mRNA 分子密码子配对的三个连续碱基，反密码子与密码子互补。
起始密码子、终止密码子均存在于mRNA 分子上。
（12）一种tRNA只能运转一种特定的氨基酸。
一种氨基酸可由多种tRNA 转运。
（13）在基因表达过程中DNA 分子中碱基数、mRNA 分子中碱基数、氨基酸数的数量关系是6：3：1。