第四章 DNA分子的复制 转录 翻译(DOC)
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
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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:
?细胞核中DNA复制的场所都是在细胞核中
?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。
?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:?边解旋边复制;?半保留复制。DNA=母链+子链 (8)准确复制的原因:
?DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板。 ?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: 1514假设将一个全部被N标记的DNA分子(亲代)转移到含N的培养基中培养n代,
结果如下:
(1)DNA分子数:
n?子代DNA分子总数:2个 15?含N的DNA分子数=2个
14n?含N的DNA分子数=2个
15?只含N的DNA分子数=0个
14n?只含N的DNA分子数=(2 - 2)个
(2)脱氧核苷酸链数: n+1?子代DNA中脱氧核苷酸链数=2条
15?含N的脱氧核苷酸链数=2条
14n+1?含N的脱氧核苷酸链数=(2- 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: n?经过n次复制,共需消耗游离的该种脱氧核苷酸m×(2- 1)个。
n-1?在第 n次复制时,共需消耗游离的该种脱氧核苷酸m×2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)
15?大肠杆菌在含标记的NHC1培养基中繁殖几代,使DNA双链充分标记N 。 41514?将含N的大肠杆菌转移到N标记的普通培养基中培养。 ?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)。
?将提取的DNA进行离心,
记录
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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) 151515重带(密度最大):N标记的亲代双链DNA(N/N)。
15141514中带(密度居中):一条链为N,另一条链为N标记的子代双链DNA(N/N)。
141414轻带(密度最小):两条链都为N标记的子代双链DNA(N/N)。 实验结果:与预期的相符。(见上图)
1515?立即取出提取DNA?离心?全部重带(N/N)。 1514?繁殖一代后取出提取DNA?离心?全部中带(N/N)。
14141414?繁殖两代后取出提取DNA?离心?1/2轻带(N/N)、1/2中带(N/N)。
14141414?繁殖三代后取出提取DNA?离心?3/4轻带(N/N)、1/4中带(N/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
32313、含有p或p的磷酸,两者化学性质几乎相同,都可参与
3231DNA分子的组成,但p比p质量大。现将某哺乳动物的细胞
31放在含有p磷酸的培养基中,连续培养数代后得到G代细胞。,32然后将G代细胞移至含有p磷酸的培养基中培养,经过第1、,
2次细胞分裂后,分别得到G、G代细胞。再从G、G、G12,12
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?、
?、?分别表示轻、中、重三种DNA分子的位置,
请回答:
(1) G、G1、G2三代DNA离心后的试管分别,??是图中的: GG1G2,
(2)G代在?、?、?三条带中DNA数的比例是??2
?(3)图中?、?两条带中DNA分子所含的同位?
素磷分别是: 条带?,条带?。
(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。
比较DNA和 RNA
DNA RNA
RNA一般为单链
? 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; 结构 规则的双螺旋结构 ? 转运RNA(tRNA),三叶草结构,识别遗传密
码和运载特定的氨基酸;
? 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 腺嘌呤(A) 腺嘌呤(A) 嘌呤 鸟嘌呤(G) 鸟嘌呤(G)
胞嘧啶(C) 胞嘧啶(C) 嘧啶 胸腺嘧啶(T) 尿嘧啶(U) 无机盐 磷酸 磷酸 1(转录
?概念:以DNA双链中的一条链为模板合成mRNA的过程。 ?场所:细胞核
?模板:DNA的一条链
?原料:四种核糖核苷酸
?能量:ATP水解提供
?酶:解旋酶。RNA聚合酶
?产物:mRNA
?碱基互补配对:G,C、C,G、T,A、A,U
?特点:边解旋边转录,转录后DNA恢复原状
?遗传信息流动:DNA mRNA
2(翻译
?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。
?场所:细胞质(核糖体)
?模板:mRNA
?原料:20种氨基酸
?条件:ATP、合成酶、转运RNA(tRNA) ?产物:多肽链(蛋白质)
?碱基互补配对:G,C、C,G、U,A、A,U
?特点:翻译结束后,mRNA被降解成单体
?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: ?一种氨基酸可有多种密码子,可由多种tRNA来转运。 ?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:
?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;
?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。)
?不间断性
?不重叠性
遗传信息 密码子 反密码子
基因中脱氧核苷酸的排列mRNA中决定一个氨基 tRNA中与mRNA密码子互补概念 顺序 酸的三个相邻碱基 配对的三个碱基 位置 在DNA上 在mRNA上 在tRNA上
直接决定蛋白质中的作用 控制生物的遗传性状 识别密码子,转运氨基酸 氨基酸序列
基因中脱氧核苷酸种 64种
类、数目和排列顺序的不61种:能翻译出氨基酸 61种 种类 同,决定了遗传信息的多3种:终止密码子,不能tRNA也为61种
样性 翻译氨基酸
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
过程 模板 原料 配对原则 产物 实例 DNA复DNA的两条含A、T、G、C的A-T
DNA?DNA DNA 绝大多数生物 制 链 四种脱氧核苷酸 G-C
A-U
DNA转DNA的一条含A、U、G、C的
DNA?RNA T-A RNA 绝大多数生物 录 链 四种核糖核苷酸
G-C
以RNA为遗传RNA复含A、U、G、C的A-U 物质的生物,
RNA?RNA RNA RNA 制 四种核糖核苷酸 G-C 如烟草花叶病
毒
A-T
RNA逆含A、T、G、C的
RNA?DNA RNA U-A DNA 艾滋病病毒 转录 四种脱氧核苷酸
G-C
A-U
翻译 RNA?多肽 信使RNA 20种氨基酸 多肽 所有生物
G-C
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、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
?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。
?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。