第四章DNA分子的復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯

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)的計算：假設(shè)將一個全部被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DNA分子總數(shù)：2n個含15N的DNA分子數(shù)=2個含14N的DNA分子數(shù)=2n個只含15N的DNA分子數(shù)=0個只含14N的DNA分子數(shù)=(2n - 2)個(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,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。在第 n次復(fù)制時，共需消耗游離的該種脫氧核苷酸m×2n-1個。對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NH4C1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)。在不同時刻收集大腸桿菌并提取DNA(間隔的時間為大腸桿菌繁殖一代所需時間)。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。【經(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)生了八個新個體，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 RNA DNARNA結(jié)構(gòu)規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)RNA一般為單鏈 信使（mRNA），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。基本單位脫氧核糖核苷酸核糖核苷酸五碳糖脫氧核糖核糖堿 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：GC、CG、TA、AU特點(diǎn):邊解旋邊轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄后DNA恢復(fù)原狀遺傳信息流動：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：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：mRNA 蛋白質(zhì)【重點(diǎn)解析】遺傳信息、密碼子、反密碼子的對應(yīng)關(guān)系密碼子：mRNA上決定一個氨基酸的3個相鄰堿基。（64個）其中AUG，GUG是起始密碼；UAG、UAA、AGA為終止密碼，沒有對應(yīng)的氨基酸，所以，在64個遺傳密碼中，能決定氨基酸的遺傳密碼子只有61個。而tRNA上的反密碼子與對應(yīng)氨基酸的密碼子一一對應(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中決定一個氨基酸的三個相鄰堿基tRNA中與mRNA密碼子互補(bǔ)配對的三個堿基位置在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)量計算【小試牛刀】1. 某基因中含有1200個堿基，則由它控制合成的一條肽鏈的最多含有肽鍵的個數(shù)是 ( ) B A198個 B199個 C200個 D201個 2、某DNA片段所轉(zhuǎn)錄的mRNA中U%28%，A%18%，則個DNA片段中T%和G%分別占（ ）。 B A. 46%,54% B.23%,27% C.27%,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種氨基酸A-UG-C多肽所有生物中心法則的有關(guān)計算1、經(jīng)測定，某RNA片斷中含有30個堿基，其中A+G為12個，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 B、24個 C、20個 D、12個2、牛胰島素其中的一條多肽鏈有30個氨基酸，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個和30個 B、30個和60個C、90個和90個 D、90個和180個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)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。