第四章 DNA分子的复制 转录 翻译

DNA分子的复制转录翻译
基因的基本功能
(1)遗传信息的传递：发生在传种接代过程中，通过复制实现遗传信息由亲代到子代的传递。

(2)遗传信息的表达：发生在生物个体发育过程中，是通过转录和翻译控制蛋白质合成的过程，通过遗传信息的表达控制个体的发育过程。

DNA分子的复制
(1)概念:以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。

(2)时间：细胞有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期。

(3)场所：
①细胞核中DNA复制的场所都是在细胞核中
②细胞质中的DNA复制
细胞质中的DNA复制主要指线粒体和叶绿体中的DNA分子复制，这些DNA分子复制的时间不固定。

③原核生物：主要在拟核；病毒：在活的宿主细胞内。

（4）DNA分子复制的基本条件：
(1)模板：解旋后的DNA分子的两条单链；
(2)原料：四种游离的脱氧核苷酸；
(3)能量：ATP水解提供
(4)酶：解旋酶、DNA聚合酶
(5)过程：
（6）结果：形成两个与亲代DNA分子完全相同的子代DNA分子。

(7)特点：①边解旋边复制；②半保留复制。

DNA=母链+子链
(8)准确复制的原因：
①DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板。

②通过碱基互补配对保证了复制准确无误地进行。

(9)意义:将遗传信息从亲代传给子代，从而保持了遗传信息的连续性。

与DNA分子复制相关的计算：
假设将一个全部被15N标记的DNA分子(亲代)转移到含14N的培养基中培养n代，结果如下：
(1)DNA分子数：
①子代DNA分子总数：2n个
②含15N的DNA分子数=2个
③含14N的DNA分子数=2n个
④只含15N的DNA分子数=0个
⑤只含14N的DNA分子数=(2n - 2)个
(2)脱氧核苷酸链数：
①子代DNA中脱氧核苷酸链数=2n+1条
②含15N的脱氧核苷酸链数=2条
③含14N的脱氧核苷酸链数=(2n+1- 2)条
(3)消耗的脱氧核苷酸数：
设亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸m个,则：
①经过n次复制，共需消耗游离的该种脱氧核苷酸m×(2n- 1)个。

②在第 n次复制时，共需消耗游离的该种脱氧核苷酸m×2n-1个。

对DNA分子复制的推测
假说：半保留复制方式。

探究:DNA半保留复制的实验证据
实验过程：(见图）
①大肠杆菌在含标记的NH4C1培养基中繁殖几代，使DNA双链充分标记15N 。

②将含15N的大肠杆菌转移到14N标记的普通培养基中培养。

③在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA(间隔的时间为大肠杆菌繁殖一代所需时间)。

④将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA的位置。

实验预期:离心后应出现3条DNA带。

（见上图）
重带(密度最大)：15N标记的亲代双链DNA(15N/15N)。

中带(密度居中):一条链为15N,另一条链为14N标记的子代双链DNA(15N/14N)。

轻带(密度最小)：两条链都为14N标记的子代双链DNA(14N/14N)。

实验结果：与预期的相符。

（见上图）
①立即取出提取DNA→离心→全部重带(15N/15N)。

②繁殖一代后取出提取DNA→离心→全部中带(15N/14N)。

③繁殖两代后取出提取DNA →离心→1/2轻带(14N/14N)、1/2中带(14N/14
N)。

④繁殖三代后取出提取DNA →离心→3/4轻带(14N/14N)、1/4中带(14N/14
N)。

实验结论：DNA 的复制是以半保留方式进行的。

【经典练习】
由15N 标记细菌的DNA ，然后又将14N 来供给这种细菌，于是该细菌便用14N 来合成DNA ，假设细菌连续分裂三次产生了八个新个体，它们DNA 中的含14N 的链与15N 的链的比例是 （ ） A
A 、4：1
B 、2：1
C 、1：1
D 、3：1
请回答(1) G (4)DNA (3)素磷分别是(2)G ①②③
比较DNA 和 RNA
1．转录
①概念：以DNA双链中的一条链为模板合成mRNA的过程。

②场所：细胞核
③模板：DNA的一条链
④原料：四种核糖核苷酸
⑤能量：ATP水解提供
⑥酶：解旋酶。

RNA聚合酶
⑦产物：mRNA
⑧碱基互补配对：G－C、C－G、T－A、A－U
⑨特点:边解旋边转录，转录后DNA恢复原状
⑩遗传信息流动：DNA mRNA
2．翻译
①概念：在细胞质的核糖体上，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。

②场所：细胞质（核糖体）
③模板：mRNA
④原料：20种氨基酸
⑤条件：ATP、合成酶、转运RNA(tRNA)
⑥产物：多肽链（蛋白质）
⑦碱基互补配对：G－C、C－G、U－A、A－U
⑧特点：翻译结束后，mRNA被降解成单体
⑨遗传信息流动：mRNA 蛋白质
【重点解析】遗传信息、密码子、反密码子的对应关系
密码子：mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻碱基。

（64个）
其中AUG，GUG是起始密码；UAG、UAA、AGA为终止密码，没有对应的氨基酸，所以，在64个遗传密码中，能决定氨基酸的遗传密码子只有61个。

而tRNA上的反密码子与对应氨基酸的密码子一一对应，因此：
①一种氨基酸可有多种密码子，可由多种tRNA来转运。

②一种密码子只决定一种氨基酸，一种tRNA只转运一种氨基酸。

密码子的特点：
①通用性：地球上几乎所有的生物共用一套密码子表。

证明了生物彼此之间存在着亲缘关系；
②简并性，由于能决定氨基酸的密码子种类(61种)多于氨基酸种类(20种)，所以每种氨基酸对应一种或几种密码子，可由一种或几种tRNA 转运。

（在一定程度上能防止由于碱基的改变而导致的遗传信息的改变。

） ③不间断性 ④不重叠性
基因表达中相关数量计算
【小试牛刀】
1. 某基因中含有1200个碱基，则由它控制合成的一条肽链的最多含有肽键的个数是 ( )
B
A ．198个
B ．199个
C ．200个
D ．201个
2、某DNA 片段所转录的mRNA 中U%＝28%，A%＝18%，则个DNA 片段中T%和G%分别占（ ）。

B
A. 46%,54%
B.23%,27%
C.27%,23%
D.46%,27%
中心法则的提出及其发展 中心法则图解
注：虚线表示中心法则的发展。

2.遗传信息流向的各种情况比较
1、经测定，某RNA片断中含有30个碱基，其中A+G为12个，那末转录该RNA片断的DNA片断应含C+T的数量为
A、30个
B、24个
C、20个
D、12个
2、牛胰岛素其中的一条多肽链有30个氨基酸，则作为合成该多肽链的模板信使RNA分子和用来转录信使RNA的DNA分子分别至少要有碱基
A、30个和30个
B、30个和60个
C、90个和90个
D、90个和180个
3、某蛋白质分子由两条多肽链组成，在合成蛋白质的过程中生成100分子的水，那么控制该蛋白质合成的基因中至少有多少脱氧核苷酸
A、612
B、306
C、204
D、606
基因控制生物的性状
(1)基因是控制生物性状的遗传物质的功能和结构单位。

(2)基因是通过控制蛋白质的合成来控制性状的。

(3)基因控制性状的两种方式
①直接途径：基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体性状。

基因控制,结构蛋白质控制,细胞结构控制,生物性状
例如镰刀型细胞贫血症、囊性纤维病的病因。

②间接途径：基因通过控制酶或激素来控制细胞代谢，进而控制生物体性状。

基因控制,酶或激素控制,细胞代谢控制,生物性状
原核基因有编码区和非编码区组成，编码区是连续的都可以进行转录。

真核基因有编码区和非编码区组成，编码区包含内含子和外显子，其中内含子不能进行转录。

启动子和终止子都是一段特殊的DNA序列，属于基因的非编码区，分别位于编码区的上游和下游，负责调控基因的转录。

而起始密码子和终止密码子都是mRNA上的三联体碱基序列，分别决定翻译的起始和终止。

启动子——DNA分子上能与RNA聚合酶结合并形成转录起始复合体的区域，在许多情况下，还包括促进这一过程的调节蛋白的结合位点。

起始密码子——蛋白质翻译过程中被核糖体识别并与起始tRNA(原核生物为甲酰甲硫氨酸tRNA，真核生物是甲硫氨酸tRNA)结合而作为肽链起始合成的信使核糖核酸(mRNA)三联体碱基序列。

大部分情况下为AUG，原核生物中有时为GUG等。

终止子——转录过程中能够终止RNA聚合酶转录的DNA序列。

使RNA合成终止。

终止密码子——蛋白质翻译过程中终止肽链合成的信使核糖核酸(mRNA)的三联体碱基序列。

一般情况下为UAA、UAG和UGA，它们不编码氨基酸。