第四章DNA分子的復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯

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1、DNA分子的復(fù)制 轉(zhuǎn)錄 翻譯基因的基本功能(1)遺傳信息的傳遞：發(fā)生在傳種接代過程中，通過復(fù)制實(shí)現(xiàn)遺傳信息由親代到子代的傳遞。(2)遺傳信息的表達(dá)：發(fā)生在生物個(gè)體發(fā)育過程中，是通過轉(zhuǎn)錄和翻譯控制蛋白質(zhì)合成的過程，通過遺傳信息的表達(dá)控制個(gè)體的發(fā)育過程。DNA分子的復(fù)制(1)概念:以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。(2)時(shí)間：細(xì)胞有絲分裂的間期和減數(shù)第一次分裂前的間期。(3)場所：細(xì)胞核中DNA復(fù)制的場所都是在細(xì)胞核中細(xì)胞質(zhì)中的DNA復(fù)制細(xì)胞質(zhì)中的DNA復(fù)制主要指線粒體和葉綠體中的DNA分子復(fù)制，這些DNA分子復(fù)制的時(shí)間不固定。原核生物：主要在擬核； 病毒：在活的宿主細(xì)胞內(nèi)。（4）DNA分子

2、復(fù)制的基本條件：(1)模板：解旋后的DNA分子的兩條單鏈；(2)原料：四種游離的脫氧核苷酸；(3)能量：ATP水解提供(4)酶：解旋酶、DNA聚合酶(5)過程：（6）結(jié)果：形成兩個(gè)與親代DNA分子完全相同的子代DNA分子。(7)特點(diǎn)：邊解旋邊復(fù)制；半保留復(fù)制。DNA=母鏈+子鏈(8)準(zhǔn)確復(fù)制的原因：DNA分子獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)為復(fù)制提供了精確的模板。通過堿基互補(bǔ)配對(duì)保證了復(fù)制準(zhǔn)確無誤地進(jìn)行。(9)意義:將遺傳信息從親代傳給子代，從而保持了遺傳信息的連續(xù)性。與DNA分子復(fù)制相關(guān)的計(jì)算：假設(shè)將一個(gè)全部被15N標(biāo)記的DNA分子(親代)轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)n代，結(jié)果如下：(1)DNA分子數(shù)：子代

3、DNA分子總數(shù)：2n個(gè)含15N的DNA分子數(shù)=2個(gè)含14N的DNA分子數(shù)=2n個(gè)只含15N的DNA分子數(shù)=0個(gè)只含14N的DNA分子數(shù)=(2n - 2)個(gè)(2)脫氧核苷酸鏈數(shù)：子代DNA中脫氧核苷酸鏈數(shù)=2n+1條含15N的脫氧核苷酸鏈數(shù)=2條含14N的脫氧核苷酸鏈數(shù)=(2n+1- 2)條(3)消耗的脫氧核苷酸數(shù)：設(shè)親代DNA分子中含有某種脫氧核苷酸m個(gè),則：經(jīng)過n次復(fù)制，共需消耗游離的該種脫氧核苷酸m(2n- 1)個(gè)。在第 n次復(fù)制時(shí)，共需消耗游離的該種脫氧核苷酸m2n-1個(gè)。對(duì)DNA分子復(fù)制的推測假說：半保留復(fù)制方式。探究:DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)實(shí)驗(yàn)過程：(見圖）大腸桿菌在含標(biāo)記的NH

4、4C1培養(yǎng)基中繁殖幾代，使DNA雙鏈充分標(biāo)記15N 。將含15N的大腸桿菌轉(zhuǎn)移到14N標(biāo)記的普通培養(yǎng)基中培養(yǎng)。在不同時(shí)刻收集大腸桿菌并提取DNA(間隔的時(shí)間為大腸桿菌繁殖一代所需時(shí)間)。將提取的DNA進(jìn)行離心，記錄離心后試管中DNA的位置。實(shí)驗(yàn)預(yù)期:離心后應(yīng)出現(xiàn)3條DNA帶。（見上圖）重帶(密度最大)：15N標(biāo)記的親代雙鏈DNA(15N/15N)。中帶(密度居中):一條鏈為15N,另一條鏈為14N標(biāo)記的子代雙鏈DNA(15N/14N)。輕帶(密度最小)：兩條鏈都為14N標(biāo)記的子代雙鏈DNA(14N/14N)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：與預(yù)期的相符。（見上圖）立即取出提取DNA離心全部重帶(15N/15N)。繁

5、殖一代后取出提取DNA離心全部中帶(15N/14N)。繁殖兩代后取出提取DNA離心1/2輕帶(14N/14N)、1/2中帶(14N/14N)。繁殖三代后取出提取DNA離心3/4輕帶(14N/14N)、1/4中帶(14N/14N)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：DNA的復(fù)制是以半保留方式進(jìn)行的?！窘?jīng)典練習(xí)】由15N標(biāo)記細(xì)菌的DNA，然后又將14N來供給這種細(xì)菌，于是該細(xì)菌便用14N來合成DNA，假設(shè)細(xì)菌連續(xù)分裂三次產(chǎn)生了八個(gè)新個(gè)體，它們DNA中的含14N的鏈與15N的鏈的比例是 （ ） A A、4：1 B、2：1 C、1：1 D、3：1 比較DNA和 RNADNARNA結(jié)構(gòu)規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)RNA一般為單鏈 信使（m

6、RNA），將基因（DNA上）中的遺傳信息傳遞到蛋白質(zhì)上，是鏈狀的； 轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA），三葉草結(jié)構(gòu)，識(shí)別遺傳密碼和運(yùn)載特定的氨基酸； 核糖體RNA（rRNA），是核糖體中的RNA?；締挝幻撗鹾颂呛塑账岷颂呛塑账嵛逄继敲撗鹾颂呛颂菈A 基嘌呤腺嘌呤（A）鳥嘌呤（G）腺嘌呤（A）鳥嘌呤（G）嘧啶胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）胞嘧啶（C）尿嘧啶（U）無機(jī)鹽磷酸磷酸1轉(zhuǎn)錄概念：以DNA雙鏈中的一條鏈為模板合成mRNA的過程。場所：細(xì)胞核模板：DNA的一條鏈原料：四種核糖核苷酸能量：ATP水解提供酶：解旋酶。RNA聚合酶產(chǎn)物：mRNA堿基互補(bǔ)配對(duì)：GC、CG、TA、AU特點(diǎn):邊解旋邊轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄后DNA恢

7、復(fù)原狀遺傳信息流動(dòng)：DNAmRNA2翻譯概念：在細(xì)胞質(zhì)的核糖體上，以mRNA為模板合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)的過程。場所：細(xì)胞質(zhì)（核糖體）模板：mRNA原料：20種氨基酸條件：ATP、合成酶、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA)產(chǎn)物：多肽鏈（蛋白質(zhì)）堿基互補(bǔ)配對(duì)：GC、CG、UA、AU特點(diǎn)：翻譯結(jié)束后，mRNA被降解成單體遺傳信息流動(dòng)：mRNA 蛋白質(zhì)【重點(diǎn)解析】遺傳信息、密碼子、反密碼子的對(duì)應(yīng)關(guān)系密碼子：mRNA上決定一個(gè)氨基酸的3個(gè)相鄰堿基。（64個(gè)）其中AUG，GUG是起始密碼；UAG、UAA、AGA為終止密碼，沒有對(duì)應(yīng)的氨基酸，所以，在64個(gè)遺傳密碼中，能決定氨基酸的遺傳密碼子只有61個(gè)。而tR

8、NA上的反密碼子與對(duì)應(yīng)氨基酸的密碼子一一對(duì)應(yīng)，因此：一種氨基酸可有多種密碼子，可由多種tRNA來轉(zhuǎn)運(yùn)。一種密碼子只決定一種氨基酸，一種tRNA只轉(zhuǎn)運(yùn)一種氨基酸。密碼子的特點(diǎn)：通用性：地球上幾乎所有的生物共用一套密碼子表。證明了生物彼此之間存在著親緣關(guān)系；簡并性，由于能決定氨基酸的密碼子種類(61種)多于氨基酸種類(20種)，所以每種氨基酸對(duì)應(yīng)一種或幾種密碼子，可由一種或幾種tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)。（在一定程度上能防止由于堿基的改變而導(dǎo)致的遺傳信息的改變。）不間斷性不重疊性遺傳信息密碼子反密碼子概念基因中脫氧核苷酸的排列順序mRNA中決定一個(gè)氨基酸的三個(gè)相鄰堿基tRNA中與mRNA密碼子互補(bǔ)配對(duì)的三個(gè)堿基

9、位置在DNA上在mRNA上在tRNA上作用控制生物的遺傳性狀直接決定蛋白質(zhì)中的氨基酸序列識(shí)別密碼子，轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸種類基因中脫氧核苷酸種類、數(shù)目和排列順序的不同，決定了遺傳信息的多樣性 64種61種：能翻譯出氨基酸3種：終止密碼子，不能翻譯氨基酸61種tRNA也為61種 基因表達(dá)中相關(guān)數(shù)量計(jì)算【小試牛刀】1. 某基因中含有1200個(gè)堿基，則由它控制合成的一條肽鏈的最多含有肽鍵的個(gè)數(shù)是 ( ) B A198個(gè) B199個(gè) C200個(gè) D201個(gè) 2、某DNA片段所轉(zhuǎn)錄的mRNA中U%28%，A%18%，則個(gè)DNA片段中T%和G%分別占（ ）。 B A. 46%,54% B.23%,27% C.27%

10、,23% D.46%,27% 中心法則的提出及其發(fā)展中心法則圖解注：虛線表示中心法則的發(fā)展。2.遺傳信息流向的各種情況比較過程模板原料配對(duì)原則產(chǎn)物實(shí)例DNA復(fù)制DNADNADNA的兩條鏈含A、T、G、C的四種脫氧核苷酸A-TG-CDNA絕大多數(shù)生物DNA轉(zhuǎn)錄DNARNADNA的一條鏈含A、U、G、C的四種核糖核苷酸A-UT-AG-CRNA絕大多數(shù)生物RNA復(fù)制RNARNARNA含A、U、G、C的四種核糖核苷酸A-UG-CRNA以RNA為遺傳物質(zhì)的生物,如煙草花葉病毒RNA逆轉(zhuǎn)錄RNADNARNA含A、T、G、C的四種脫氧核苷酸A-TU-AG-CDNA艾滋病病毒翻譯RNA多肽信使RNA20種氨基

11、酸A-UG-C多肽所有生物中心法則的有關(guān)計(jì)算1、經(jīng)測定，某RNA片斷中含有30個(gè)堿基，其中A+G為12個(gè)，那末轉(zhuǎn)錄該RNA片斷的DNA片斷應(yīng)含C+T的數(shù)量為A、30個(gè) B、24個(gè) C、20個(gè) D、12個(gè)2、牛胰島素其中的一條多肽鏈有30個(gè)氨基酸，則作為合成該多肽鏈的模板信使RNA分子和用來轉(zhuǎn)錄信使RNA的DNA分子分別至少要有堿基A、30個(gè)和30個(gè) B、30個(gè)和60個(gè)C、90個(gè)和90個(gè) D、90個(gè)和180個(gè)3、某蛋白質(zhì)分子由兩條多肽鏈組成，在合成蛋白質(zhì)的過程中生成100分子的水，那么控制該蛋白質(zhì)合成的基因中至少有多少脫氧核苷酸A、612 B、306 C、204 D、606基因控制生物的性狀(1

12、)基因是控制生物性狀的遺傳物質(zhì)的功能和結(jié)構(gòu)單位。(2)基因是通過控制蛋白質(zhì)的合成來控制性狀的。(3)基因控制性狀的兩種方式直接途徑：基因通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體性狀?；蚩刂?結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)控制,細(xì)胞結(jié)構(gòu)控制,生物性狀例如鐮刀型細(xì)胞貧血癥、囊性纖維病的病因。間接途徑： 基因通過控制酶或激素來控制細(xì)胞代謝，進(jìn)而控制生物體性狀?；蚩刂?酶或激素控制,細(xì)胞代謝控制,生物性狀原核基因有編碼區(qū)和非編碼區(qū)組成，編碼區(qū)是連續(xù)的都可以進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。真核基因有編碼區(qū)和非編碼區(qū)組成，編碼區(qū)包含內(nèi)含子和外顯子，其中內(nèi)含子不能進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。啟動(dòng)子和終止子都是一段特殊的DNA序列，屬于基因的非編碼區(qū)，分別位于編碼區(qū)的上

13、游和下游，負(fù)責(zé)調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄。而起始密碼子和終止密碼子都是mRNA上的三聯(lián)體堿基序列，分別決定翻譯的起始和終止。啟動(dòng)子DNA分子上能與RNA聚合酶結(jié)合并形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合體的區(qū)域，在許多情況下，還包括促進(jìn)這一過程的調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)合位點(diǎn)。起始密碼子蛋白質(zhì)翻譯過程中被核糖體識(shí)別并與起始tRNA(原核生物為甲酰甲硫氨酸t(yī)RNA，真核生物是甲硫氨酸t(yī)RNA)結(jié)合而作為肽鏈起始合成的信使核糖核酸(mRNA)三聯(lián)體堿基序列。大部分情況下為AUG，原核生物中有時(shí)為GUG等。終止子轉(zhuǎn)錄過程中能夠終止RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄的DNA序列。使RNA合成終止。終止密碼子蛋白質(zhì)翻譯過程中終止肽鏈合成的信使核糖核酸(mRNA)的三聯(lián)體堿基序列。一般情況下為UAA、UAG和UGA，它們不編碼氨基酸。