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/14N)。④繁殖三代后取出提取DNA→离心→3/4轻带(14N/14N)、1/4中带(14N/14N)。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（）AA、4：1B、2：1C、1：1D、3：13、含有32p或31p的磷酸,两者化学性质几乎相同,都可参与DNA分子的组成,但32p比31p质量大。现将某哺乳动物的细胞放在含有31p磷酸的培养基中,连续培养数代后得到G０代细胞。然后将G０代细胞移至含有32p磷酸的培养基中培养,经过第1、2次细胞分裂后,分别得到G1、G2代细胞。再从G０、G1、G2代细胞中提取出DNA,经密度梯度离心后得到结果如下图。由于DNA分子质量不同,因此在离心管内的分布不同。若①、②、③分别表示轻、中、重三种DNA分子的位置,请回答:(1)G０、G1、G2三代DNA离心后的试管分别是图中的:G０G1G2(4)上述实验结果证明DNA的复制方式是。DNA的自我复制能使生物的保持相对稳定。(3)图中①、②两条带中DNA分子所含的同位素磷分别是:条带①,条带②。(2)G2代在①、②、③三条带中DNA数的比例是①①②②③③比较DNA和RNADNARNA结构规则的双螺旋结构RNA一般为单链①信使（mRNA），将基因（DNA上）中的遗传信息传递到蛋白质上，是链状的；②转运RNA（tRNA），三叶草结构，识别遗传密码和运载特定的氨基酸；③核糖体RNA（rRNA），是核糖体中的RNA。基本单位脱氧核糖核苷酸核糖核苷酸五碳糖脱氧核糖核糖碱基嘌呤腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）嘧啶胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）胞嘧啶（C）尿嘧啶（U）无机盐磷酸磷酸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：mRNA⑧碱基互补配对：G－C、C－G、T－A、A－U⑨特点:边解旋边转录，转录后DNA恢复原状⑩遗传信息流动：DNAmRNA2．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：mRNA④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－U⑧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不重叠性遗传信息密码子反密码子概念基因中脱氧核苷酸的排列顺序mRNA中决定一个氨基酸的三个相邻碱基tRNA中与mRNA密码子互补配对的三个碱基位置在DNA上在mRNA上在tRNA上作用控制生物的遗传性状直接决定蛋白质中的氨基酸序列识别密码子，转运氨基酸种类基因中脱氧核苷酸种类、数目和排列顺序的不同，决定了遗传信息的多样性64种61种：能翻译出氨基酸3种：终止密码子，不能翻译氨基酸61种tRNA也为61种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()BA．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（）。BA.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过程模板原料配对原则产物实例DNA复制DNA→DNADNA的两条链含A、T、G、C的四种脱氧核苷酸A-TG-CDNA绝大多数生物DNA转录DNA→RNADNA的一条链含A、U、G、C的四种核糖核苷酸A-UT-AG-CRNA绝大多数生物RNA复制RNA→RNARNA含A、U、G、C的四种核糖核苷酸A-UG-CRNA以RNA为遗传物质的生物,如烟草花叶病毒RNA逆转录RNA→DNARNA含A、T、G、C的四种脱氧核苷酸A-TU-AG-CDNA艾滋病病毒翻译RNA→多肽信使RNA20种氨基酸A-UG-C多肽所有生物中心法则的有关计算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、612B、306C、204D、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。