基因的本质与表达

　　1。格里菲思的体内转化实验
　　（1）实验材料：S型和R型肺炎双球菌、小鼠。
　　S型细菌
　　R型细菌
　　菌落
　　光滑
　　粗糙
　　菌体
　　有多糖类荚膜
　　无多糖类荚膜
　　毒性
　　有毒性，使小鼠患败血症死亡
　　无毒
　　（2）实验过程及结果：
　　（3）结论：加热杀死的S型细菌中含有某种转化因子使R型活细菌转化为S型活细菌。
　　注意：S型细菌能让人患肺炎，小鼠患败血症。
　　肺炎双球菌体内转化实验中“加热”导致DNA和蛋白质变性，但DNA变性在加热结束后随温度的恢复又逐渐恢复活性。
　　2。艾弗里的体外转化实验
　　（1）实验目的：探究S型细菌中的“转化因子”是DNA还是蛋白质或多糖？
　　（2）方法：直接分离S型细菌的DNA、荚膜多糖、蛋白质等，将它们分别与R型细菌混合培养，研究它们各自的遗传功能。
　　（3）实验过程及结果
　　（4）结论：DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，即DNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质。
　　注意：格里菲思的体内转化实验只提出“S型细菌体内有转化因子”，并没有具体证明哪种物质是转化因子。艾弗里的实验可以证明DNA是遗传物质。
　　格里菲思实验第四组小鼠体内分离出的细菌和艾弗里S型菌的DNAR型活菌培养基上生存的细菌都是R型和S型都有，且R型多。因为由于转化受到DNA的纯度、两种细菌的亲缘关系、受体菌的状态等因素的影响，所以转化过程中并不是所有的R型细菌都转化成S型细菌，而只是少部分R型细菌转化成S型细菌。
　　“转化”的实质是外源DNA和受体细胞DNA之间的重组，使受体细胞获得了新的遗传信息。实质为基因重组。
　　艾弗里实验的不足之处是DNA纯度不够。
　　3。噬菌体侵染细菌实验
　　实验材料
　　T2噬菌体和大肠杆菌。
　　（1）噬菌体的结构及生活方式
　　（2）噬菌体的复制式增殖
　　实验方法
　　同位素标记法。该实验中用35S、32P分别标记蛋白质和DNA。
　　实验过程及结果
　　（1）标记噬菌体
　　（2）噬菌体侵染细菌
　　实验结果分析
　　（1）噬菌体侵染细菌时，其DNA进入细菌细胞中，而蛋白质外壳留在外面。
　　（2）子代噬菌体的各种性状是通过亲代DNA遗传的。
　　结论
　　DNA是遗传物质。
　　注意：噬菌体不能用培养基直接培养，因为病毒营寄生生活，故应先培养细菌，再用细菌培养噬菌体。
　　T2噬菌体增殖场所是大肠杆菌细胞内，除噬菌体的DNA作模板起指导作用外，其余的原料脱氧核苷酸和氨基酸、合成蛋白质的场所核糖体、ATP和相关酶全由大肠杆菌提供。
　　不能标记C、H、O、N等蛋白质和DNA共有的元素，否则无法将DNA和蛋白质区分开。
　　35S（标记蛋白质）和32P（标记DNA）不能同时标记在同一个噬菌体上，因为放射性检测时只能检测到放射性的存在部位，而不能确定是何种元素的放射性。
　　保温的目的：保证增殖（相应酶活性）顺利进行。
　　搅拌的目的：使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离。
　　离心的目的：让上清液中析出重量较轻的噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。
　　32P噬菌体侵染大肠杆菌时，上清液中出现少量放射性，是因为保温时间过长，部分噬菌体增之后释放出来；或者保温时间过短，部分噬菌体未侵染大肠杆菌。35S噬菌体侵染大肠杆菌时，沉淀出现少量放射性，是因为搅拌不充分，离心时间过短、转速过低等原因，有少量含35S的噬菌体外壳仍吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中，使沉淀物中出现了少量的放射性。
　　尽管艾弗里、赫尔希等人的实验方法不同，但其最关键的实验设计思路却有共同之处：设法把DNA与蛋白质分开，单独地、直接地去观察DNA和蛋白质的作用。
　　细菌或病毒作为遗传物质探索的实验材料的优点：（1）个体很小，结构简单，容易看出因遗传物质改变导致的结构和功能的变化。（2）繁殖快。
　　4。烟草花叶病毒感染烟草的实验
　　（1）实验过程及结果
　　（2）实验结论：RNA是烟草花叶病毒的遗传物质，蛋白质不是烟草花叶病毒的遗传物质
　　5。探索遗传物质的经典实验总结
　　（1）DNA是主要的遗传物质
　　真核生物与原核生物的遗传物质是DNA，病毒的遗传物质是DNA或RNA。生物界绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有极少数生物的遗传物质是RNA，因而DNA是主要的遗传物质。
　　（2）不同生物的遗传物质
　　生物类型
　　病毒
　　原核生物
　　真核生物
　　体内核酸种类
　　DNA或RNA
　　DNA和RNA
　　DNA和RNA
　　体内碱基种类
　　4种
　　5种
　　5种
　　体内核苷酸种类
　　4种
　　8种
　　8种
　　遗传物质
　　DNA或RNA
　　DNA
　　DNA
　　实例
　　噬菌体、烟草花叶病毒
　　乳酸菌、蓝藻
　　玉米、小麦、人
　　注意：
　　常见的RNA病毒有：艾滋病病毒（HIV逆转录）、流感病毒（如禽流感，猪流感，
　　甲型H1N1病毒）、登革热病毒、甲肝病毒、烟草花叶病毒等。
　　DNA的结构、复制及基因的本质
　　1。DNA双螺旋模型构建者：沃森和克里克。
　　2。DNA双螺旋结构的形成
　　3。DNA的双螺旋结构内容
　　（1）DNA由两条脱氧核苷酸链组成，这些链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
　　（2）外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接构成主链基本骨架。
　　（3）内侧：两链上碱基通过氢键连接成碱基对。碱基互补配对遵循以下原则：AT（两个氢键）、GC（三个氢键）。
　　4。DNA分子的结构特点
　　注意：DNA双螺旋模型是一个物理模型。
　　DNA初步水解产物是4种脱氧核苷酸，彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。
　　相邻的碱基在DNA分子的一条单链中通过“脱氧核糖磷酸脱氧核糖”相连接，在DNA的双链之间通过“氢键”相连接。
　　除DNA末端的两个脱氧核糖外，其余每个脱氧核糖都连接着2个磷酸。每个DNA片段中，游离的磷酸基团有2个。
　　DNA分子的特异性是由碱基对的排列顺序决定的，而不是由配对方式决定的，配对方式只有四种：AT、CG、TA、GC。
　　双螺旋结构并不是固定不变的，复制和转录过程中会发生解旋。
　　并非所有的DNA分子均具“双链”，有的DNA分子为单链。原核细胞及真核细胞细胞器中的DNA分子为“双链环状”。
　　不要误认为DNA分子中“嘌呤一定等于嘧啶”，一条链中嘌呤不一定等于嘧啶，单链DNA分子中嘌呤也不一定等于嘧啶。不要误认为嘌呤嘧啶时一定为双链DNA分子。
　　5。DNA中有关碱基数量的计算
　　解题时先画出简图，根据碱基互补配对原则推知规律
　　规律1：在双链DNA分子中，互补碱基两两相等，AT，CG，AGCT，即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。
　　规律2：在双链DNA分子中，互补的两碱基之和（如AT或CG）占全部碱基的比例等于其任何一条单链中这两种碱基之和占该单链中碱基数的比例。（单双链转化公式）
　　规律3：DNA分子一条链中（AG）（CT）的比值的倒数等于互补链中该种碱基的比值，在整个DNA分子中该比值等于1。（不配对的碱基之和比例在两条单链中互为倒数）
　　规律4：DNA分子一条链中（AT）（CG）的比值等于其互补链和整个DNA分子中该种比例的比值。（配对的碱基之和的比值在两条单链和双链中比值都相等）
　　规律5：不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值不同，即（AT）（CG）的值不同。该比值体现了不同生物DNA分子的特异性。
　　规律6：若b，则。
　　规律7：若已知A占双链的比例c，则A1单链的比例无法确定，但最大值可求出为2c，最小值为0。
　　6。DNA分子的复制
　　（1）概念、时间、场所
　　（2）过程
　　（3）特点：边解旋边复制（过程上）、半保留复制（结果上）。
　　（4）准确复制的原因和意义
　　DNA具有独特的双螺旋结构，为复制提供精确的模板，碱基互补配对原则，保证了复制能准确进行。
　　DNA分子通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，保持了遗传信息的连续性。
　　注意：因为DNA复制需要能量，影响细胞呼吸（ATP供给）的所有因素都可能影响DNA复制。
　　体内DNA复制的引物一般为一小段RNA。
　　DNA聚合酶只能从引物的3端开始延伸DNA链，因此DNA的合成方向总是从5端到3端。所以具有双向复制的特点。
　　在真核生物中，DNA复制一般是多起点复制。在原核生物中，DNA复制一般是一个起点。无论是真核生物还是原核生物，DNA复制大多数都是双向进行的。如图所示为真核生物DNA的多起点、双向复制：
　　图中显示多起点复制，但多起点并非同时进行，其意义在于提高复制速率。
　　DNA复制、“剪切”与“水解”中的四种酶
　　（1）DNA聚合酶：需借助母链模板，依据碱基互补配对原则，将单个脱氧核苷酸连接成“链”；
　　（2）DNA连接酶：将多个复制起点所复制出的“DNA片段”“缝合”起来形成磷酸二酯键，即连接“片段”；
　　（3）限制性内切酶：用于切断DNA双链中主链上的“3，5磷酸二酯键”；
　　（4）DNA水解酶：用于将DNA分子水解为脱氧核苷酸。
　　不要将DNA分子中碱基对之间氢键的形成与断裂条件混淆，氢键可由解旋酶催化断裂，同时需要ATP供能，也可加热断裂（体外）；而氢键是自动形成的，不需要酶和能量。
　　不要误认为DNA复制“只发生于”细胞核中。细胞生物中凡存在DNA分子的场所均可进行DNA分子的复制，其场所除细胞核外，还包括叶绿体、线粒体、原核细胞的拟核及质粒。DNA病毒虽有DNA分子，但其不能独立完成DNA分子的复制病毒的DNA复制必须借助寄主细胞完成，在其DNA复制时，病毒只提供“模板链”，其他一切条件（包括场所、原料、酶、能量）均由寄主细胞提供。
　　7。DNA分子复制中的相关计算
　　DNA分子的复制为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则有：
　　（1）DNA分子数
　　子代DNA分子数2n个；
　　含有亲代DNA链的子代DNA分子数2个；
　　不含亲代DNA链的子代DNA分子数（2n2）个。
　　（2）脱氧核苷酸链数
　　子代DNA分子中脱氧核苷酸链数2n1条；
　　亲代脱氧核苷酸链数2条；
　　新合成的脱氧核苷酸链数（2n12）条。
　　（3）消耗的脱氧核苷酸数
　　若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸数为m（2n1）个；
　　第n次复制需该脱氧核苷酸数m（2n2n1）m2n1个。
　　注意：注意“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别，前者包括所有的复制，但后者只包括第n次的复制。
　　注意碱基的单位是“对”还是“个”。
　　注意在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两个。
　　注意看清试题中问的是“DNA分子数”还是“链数”，是“含”还是“只含”等关键词，以免掉进陷阱。
　　8。基因的概念及基因和染色体的关系
　　注意：针对遗传物质为DNA的生物而言，基因是指“有遗传效应的DNA片段”，但就RNA病毒而言，其基因为“有遗传效应的RNA片段”。
　　并非所有DNA片段都是基因，基因不是连续分布在DNA上的，而是由碱基序列将不同的基因分隔开的。
　　特殊情况下，在外界因素和生物内部因素的作用下，可能造成碱基配对发生差错，引起基因突变。
　　基因的表达
　　1。RNA的结构与种类
　　（1）单体及组成
　　若c为U，则单体为尿嘧啶核糖核苷酸；其组成中不含氮元素的是a磷酸和b核糖（填字母及名称）。
　　构成DNA的单体与RNA的单体的区别在于图中的b、c（填字母）。
　　（2）结构
　　一般是单链，比DNA短。
　　（3）合成
　　真核细胞：主要在细胞核内合成，通过核孔进入细胞质。
　　原核细胞：主要在拟核中合成。
　　（4）种类
　　图示中的e为tRNA，其功能为转运氨基酸，识别密码子。
　　另外两种RNA分别为rRNA、mRNA，其中作为蛋白质合成模板的是mRNA，构成核糖体组成成分的是rRNA。
　　2。RNA功能
　　3。转录
　　（1）场所：主要是细胞核，在叶绿体、线粒体中也能发生转录过程。
　　（2）条件
　　（3）过程（见下图）
　　注意：转录是以DNA的一条链为模板。
　　转录时，只有需要转录的那部分解旋。
　　转录的基本单位是基因。
　　基因的上游具有结合RNA聚合酶的区域，叫做启动子。启动子是一段具有特定序列的DNA，具有和RNA聚合酶特异性结合的位点，决定了基因转录的起始位点。
　　4。翻译
　　（1）概念：游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
　　（2）密码子
　　概念：mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，每3个这样的碱基称为1个密码子。
　　种类：64种，其中决定氨基酸的密码子有61种，终止密码子有3种。
　　（3）翻译过程
　　（4）产物：多肽蛋白质
　　注意：注意区分“启动子“和起始密码子”，“终止子”和“终止密码子”。
　　翻译过程中，核糖体沿着mRNA移动，mRNA不移动。
　　多聚核糖体解读
　　数量关系：一个mRNA可同时结合多个核糖体，形成多聚核糖体。
　　意义：少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质。
　　核糖体移动的方向：判断依据是多肽链的长短，长的翻译在前。
　　结果：合成的仅是多肽链，要形成蛋白质往往还需要运送至内质网、高尔基体等结构中进一步加工。
　　多聚核糖体中，每个核糖体合成的多肽链都相同。
　　mRNA用完后，被分解成单个核苷酸。
　　参与转录的产物有三种RNA，但只有mRNA携带遗传信息，并且三种RNA都参与翻译过程，只是分工不同。
　　决定氨基酸的三个碱基应为mRNA上的密码子，查密码子表也以此为依据。数密码子个数的规则：从左向右；每相邻的3个碱基构成1个密码子；不能重叠数。
　　真核生物转录和翻译不能同时发生，原核生物由于没有核膜的阻断，所以可以边转录边翻译。
　　辨析氨基酸与密码子、反密码子的数量关系
　　每种氨基酸对应一种或几种密码子（即密码子简并性），可由一种或几种tRNA转运。
　　除终止密码子外，一种密码子只能决定一种氨基酸；一种tRNA只能转运一种氨基酸。
　　密码子有64种（3种终止密码子；61种决定氨基酸的密码子）；反密码子理论上有61种。不同生物共用一套遗传密码。
　　密码子简并性的意义：增强容错性：当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并性，可能并不会改变其对应的氨基酸，因而有利于蛋白质或性状的稳定。
　　保证翻译速度：当某种氨基酸使用频率高时，几种不同的密码子都编码一种氨基酸可以保证翻译的速度。
　　（5）基因表达中相关计算
　　（1）DNA模板链中AT（或CG）与mRNA中AU（或CG）相等，则（AT）总（AU）mRNA。
　　（2）DNA（基因）、mRNA上碱基数目与氨基酸数目之间的关系，如下图所示：
　　可见，蛋白质中氨基酸数目mRNA碱基数目DNA（或基因）碱基数目。（未考虑终止密码）
　　注意：基因表达过程中，蛋白质的氨基酸的数目mRNA的碱基数目基因中的碱基数目。这个比例关系都是最大值，原因如下：
　　DNA中有的片段无遗传效应，即基因间区不能转录出mRNA。
　　真核生物基因中存在不编码氨基酸的编码区内的内含子或非编码区。
　　转录出的mRNA中有终止密码子，终止密码子不对应氨基酸，并且合成的肽链在加工过程中可能会剪切掉部分氨基酸，所以基因或DNA上碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的6倍多。
　　5。DNA复制、转录和翻译的比较（以真核生物为例）
　　复制
　　转录
　　翻译
　　场所
　　主要在细胞核
　　主要在细胞核
　　细胞质（核糖体）
　　模板
　　DNA的两条链
　　DNA的一条链
　　mRNA
　　原料
　　4种脱氧核苷酸
　　4种核糖核苷酸
　　20种氨基酸
　　原则
　　TA；AT；GC；CG
　　TA；AU；GC；CG
　　UA；AU；GC；CG
　　结果
　　两个子代DNA分子
　　mRNA、tRNA、rRNA
　　蛋白质
　　信息传递
　　DNADNA
　　DNAmRNA
　　mRNA
　　蛋白质意义
　　传递遗传信息
　　表达遗传信息
　　注意：并非所有细胞均可进行复制、转录与翻译
　　只有分生组织细胞才能进行“复制（当然也进行转录与翻译）”。
　　高度分化的细胞只进行转录、翻译，不进行复制。
　　哺乳动物成熟红细胞“复制、转录、翻译”均不进行。
　　转录和翻译并非均能同时进行
　　（1）凡转录、翻译有核膜隔开或具“时空差异”的应为真核细胞“核基因”指导的转录、翻译。
　　（2）原核细胞基因的转录、翻译可“同时”进行。
　　（3）真核细胞的线粒体、叶绿体中也有DNA及核糖体，其转录翻译也存在“同时进行”的局面。
　　6。中心法则
　　（1）提出者：克里克。
　　（2）补充后的内容图解：
　　DNA的复制；转录；翻译；RNA的复制；RNA逆转录。
　　（3）分别写出下列生物中心法则表达式
　　生物种类
　　举例
　　遗传信息的传递过程
　　DNA病毒
　　T2噬菌体
　　RNA病毒
　　烟草花叶病毒
　　逆转录病毒
　　艾滋病病毒
　　RNA
　　RNA蛋白质
　　细胞生物
　　动物、植物、细菌、真菌等
　　（4）请写出洋葱表皮细胞内遗传信息传递式
　　DNARNA蛋白质。
　　（5）请写出洋葱根尖分生区细胞内的遗传信息传递式
　　RNA蛋白质。
　　注意：RNA的自我复制和逆转录只发生在RNA病毒在宿主细胞内的增殖过程中。
　　RNA的自我复制和逆转录都需要酶，由RNA病毒提供。
　　7。基因控制性状的途径
　　8。基因与性状的对应关系
　　（1）一般而言，一个基因决定一种性状。
　　（2）生物体的一种性状有时受多个基因的影响，如玉米叶绿素的形成至少与50多个不同基因有关。
　　（3）有些基因可影响多种性状，如
　　，基因1可影响B和C性状。
　　（4）生物的性状是基因和环境共同作用的结果。基因型相同，表现型可能不同，基因型不同，表现型也可能相同。