第1章 遗传的分子基础（速记口诀+期中知识清单）高一生物下学期沪科版

必修2 遗传与进化 第1章 遗传的分子基础 （知识梳理+易错辨析） 知识梳理 一、DNA是主要的遗传物质 1．实验研究发现遗传物质DNA或RNA 速记口诀：“格里菲思找因子，艾弗里来定真身，赫尔希蔡斯证 DNA，烟草病毒 RNA 寻”。 速记清单：记住各实验的关键步骤、实验现象和实验结论；明确不同实验材料的特点及作用。 1．格里菲思的体内转化实验 内容：将 R 菌、S 菌、加热灭活的 S 菌以及 R 菌与灭活 S 菌的混合物分别注射到小鼠体内，结果显示感染 R 菌、加热灭活 S 菌的小鼠未死亡，感染 S 菌、R 菌与灭活 S 菌混合物的小鼠死亡，且在死亡小鼠体内检测到活的 S 菌。格里菲思认为有 “转化因子” 从加热灭活的 S 菌进入活 R 菌，使其具有 S 菌 “使小鼠致死” 的性状 。 结论：格里菲斯认为，有某种化学物质从加热灭活的S菌进入了活的R菌中，从而使R菌具有了S菌“使小鼠致死”的性状。他将这种物质称为“转化因子”。 2．艾弗里的体外转化实验 内容：将 S 菌裂解，提取出蛋白质、RNA、DNA 等物质，分别与 R 菌混合。结果只有 DNA 能使 R 菌转化为 S 菌，且 DNA 纯度越高，转化效率越高；用 DNA 酶处理 DNA 后，R 菌不能转化。 ①几种物质中，只有DNA能够导致转化现象发生，且DNA的纯度越高，转化的效率越高； ②用DNA酶对DNA提取物进行处理，则不能使R菌发生转化。R菌转化为S菌之后，经细胞分裂产生的子代仍为S菌。 结论：格里菲斯所说的“转化因子”不是蛋白质，而是DNA。 3．赫尔希和蔡斯实验 内容：以 T2 噬菌体（只含蛋白质和 DNA）和大肠杆菌为实验材料。用35S标记噬菌体蛋白质，32P标记噬菌体 DNA，分别侵染不含放射性的大肠杆菌，搅拌离心后检测上清液和沉淀物放射性。结果35S标记时，大肠杆菌中几乎无放射性；32P标记时，放射性主要在大肠杆菌细胞内，表明噬菌体侵染时 DNA 进入细菌，蛋白质留在细菌外，T2 噬菌体的遗传物质是 DNA。 （1）实验材料：T2噬菌体（化学成分：蛋白质和DNA） （2）生活方式：寄生在大肠杆菌体内。　 （3）噬菌体的侵染过程： （4）标记噬菌体的方法： 赫尔希等用放射性同位素35S和32P分别标记噬菌体的蛋白质和DNA后，分别侵染不含放射性同位素的大肠杆菌。然后进行搅拌，再通过离心使混合物分离成上清液和沉淀物两部分。上清液中主要是较轻的噬菌体外壳。沉淀物主要是较重的、被侵染的大肠杆菌细胞。分别测定这两部分的放射性。 （5）检测结果表明：当使用35S标记时，大肠杆菌中几乎无放射性；当使用32P标记时，放射性则主要集中在大肠杆菌细胞内。这说明噬菌体在侵染时，其DNA进入细菌，而蛋白质留在细菌外。 （6）结论：T2噬菌体的遗传物质是DNA。 4．烟草花叶病毒侵染烟草的实验 （1）烟草花叶病毒的组成：只含有蛋白质和RNA。 （2）侵染实验：A、B两种类型 TMV中分离出蛋白质和RNA，并重新组合成两种有活性的重组TMV。用重组TMV去感染烟草，并从病斑处收集子代TMV，鉴定其类型。 （3）实验结论：决定子代TMV类型的物质是RNA，而不是蛋白质。这说明 TMV的遗传物质是RNA，而不是蛋白质。 科学家经过不断研究，明确了绝大多数生物的遗传物质是DNA，RNA病毒的遗传物质是RNA。 2．绝大多数生物的遗传信息蕴含在DNA结构中 速记口诀：“五碳糖连磷酸基，碱基互补配成对，反向平行双螺旋，遗传信息藏其中”。 速记清单：牢记 DNA 的元素组成、基本单位；理解单链结构、双链关系及双螺旋特点；明白遗传信息与碱基序列的关系。 1．DNA分子的组成和结构 （1）元素组成：C、H、O、N、P （2）基本结构单位：脱氧核糖核苷酸 脱氧核糖核苷酸：含有磷酸基团、脱氧核糖和碱基 碱基：含有腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T） DNA的结构 特点 基本骨架 脱氧核糖上有5个碳原子、依次编号为1'-5'。相邻的脱氧核糖通过5'碳和3'碳之间形成的磷酸二酯键相连，组成"磷酸--脱氧核糖--磷酸--脱氧核糖……"的结构，成为DNA单链的基本骨架。 方向 DNA单链的这种连接方式决定了其方向性：单链的一个末端的脱氧核糖5'碳上的羟基没有参与形成磷酸二酯键，这一末端称为5'端；另一个末端的脱氧核糖3'碳上的羟基没有参与形成磷酸二酯键，这一末端称为3'端。按照国际惯例，书写DNA单链的碱基顺序时，常以左端表示5'端，如ACGCGGT表示5'端为A、3'端为T的DNA单链。 双螺旋结构（右） DNA 分子中的两条单链虽然是平行的，但其走向并不是直线，而是由两条单链盘绕，形成双螺旋结构。这种结构像一座“旋梯”：两条单链之间的碱基对处于螺旋的内部，层层相叠，形成了旋梯的踏板：磷酸基团和脱氧核糖组成的骨架形成旋梯踏板的支架。 碱基配对方式 生物体中的DNA通常以双链形式存在。碱基连接在脱氧核糖的1'碳上。遵循互补配对原则：A与T配对，形成2个氢键；G与C配对，形成3个氢键。 DNA双链中的任意一端，既含一条单链的5'端，也含另一条单链的3'端。也就是说，DNA 双链中的两条单链是反向平行的。 2．DNA的结构特点： 人类细胞核中的 DNA 约含有60亿个碱基对（bp）。其中，最长的一条DNA分子上有多达2.5亿个碱基对。可以设想一下，这些碱基的不同排列方式会产生多么惊人的信息量。事实上，生物的遗传信息就是以碱基序列的形式储存在DNA分子中的。 二、遗传信息通过复制和表达进行传递 1．DNA半保留复制使完整的遗传信息传给子细胞 速记口诀：“解旋打开双螺旋，单链结合防复聚，聚合原料来配对，半保留中传信息”。 速记清单：记住复制的步骤、所需条件；明确复制的时间、场所；理解半保留复制的概念及意义。 沃森和克里克等在提出DNA双螺旋结构模型时，推测了DNA复制的方式-半保留复制。 DNA复制过程： ①首先是DNA解旋酶从复制起点处打开DNA双链之间的氢键，使部分双链解开，形成两条单链，作为复制的母链。 ②单链DNA结合蛋白像“楔子”一样结合在这两条单链上，防止单链再次结合成为双链。 ③然后DNA聚合酶和其他的一些特定蛋白质被招募到DNA上，以打开的母链为模板，以4种脱氧核苷三磷酸为原料。遵循碱基互补配对原则。从5’到3’方向合成能新生链。 半保留复制：随着DNA双链不断解旋，新生链不断延长，直至DNA复制全部完成。在复制得到的子代DNA中，一条单链来自母链，另一条单链是新合成的，因此称为半保留复制。 总结：1.概念、时间和场所 （1）酶：DNA解旋酶、DNA聚合酶；（单链DNA结合蛋白） （2）概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程 （3）时间：在真核生物中，发生在细胞分裂前的间期 （4）场所：真核生物主要在细胞核内，线粒体和叶绿体中也可进行；原核生物主要在拟核，也可在细胞质中进行 （5）模板：解开的每一段母链 （6）原料：4种脱氧核苷三磷酸（dATP,dTTP,dGTP,dCTP）;引物：一小段RNA （7）原则：碱基补配对原则（A-T,G-C） 2．特点：边解旋边复制、半保留复制。从5’到3’方向合成能新生链 3．准确复制的原因：DNA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，保证了复制能够准确地进行。 4．意义：DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。 2．转录使特定遗传信息从DNA传递到RNA 速记口诀：“聚合结合启动子，转录方向五到三，核糖原料来参与，遗传信息转录传”。 速记清单：掌握转录的模板、原料、原则；熟悉转录的场所、过程及产物。 在生物体中，大多数的生物学功能是由蛋白质承担的。DNA中蕴含的特定遗传信息，首先要被转录到RNA中，进而指导蛋白质的合成，这一过程称为表达。 在RNA聚合酶的作用下，以DNA上特定片段的一条链为模板合成RNA的过程称为转录。这种在DNA上能转录出RNA的特定功能片段称为基因。转录的过程可划分为起始、延伸和终止三个阶段。 场所：主要是细胞核，在叶绿体、线粒体中也能发生 模板：DNA单链 原料：4种核糖核苷三磷酸 原则：遵循A-U,T-A,G-C配对的原则 过程：①起始：RNA聚合酶识别并结合到启动子区域，DNA双链局部解旋，RNA聚合酶催化形成RNA链的第一个磷酸二酯键； ②延伸：RNA聚合酶沿着模板链向其5'方向移动，RNA链不断延长； ③终止：终止子的特定结构会导致RNA聚合酶和RNA链从DNA模板上脱离，转录过程终止。 转录方向：沿5’到3’方向逐一连接成一条单链RNA 产物：信使RNA（mRNA），核糖体RNA（rRNA），转运RNA（tRNA）等。 意义：转录将基因中碱基序列蕴含的信息转化成了RNA序列中的信息。 3．翻译使特定遗传信息从RNA传递到蛋白质 速记口诀：“mRNA 来做模板，tRNA 把氨基酸找，核糖体中肽链造，遗传信息翻译好”。 速记清单：理解密码子、反密码子的概念；记住翻译的条件、场所；区分真核生物和原核生物翻译的差异。 RNA指导蛋白质肽链合成的过程称为翻译，这一过程需要mRNA、tRNA、rRNA和各种蛋白因子的参与。 mRNA序列中蕴含着指导蛋白质合成的信息，是合成蛋白质的模板，充当着将DNA上的遗传信息传递到蛋白质肽链的媒介。 密码子：mRNA中每三个相邻的核苷酸对应于一个氨基酸（或翻译过程的终止信息）。 tRNA担任着运送多肽链合成所需氨基酸的“运输车”。识别mRNA中密码子的“联络员”的双重角色。tRNA中段的三个核苷酸称为反密码子，可识别mRNA上的密码子，tRNA反密码子5'-GAA-3'可识别密码子5'-UUC-3'。 结果：生成肽链 遵循原则：碱基互补配对 场所：细胞质（核糖体） 模板：mRNA 原料：20种游离的氨基酸 酶：需要 能量：需要 运载工具：tRNA 多数真核生物转录产生的RNA称为RNA前体（如mRNA前体、rRNA 前体等）。这些RNA前体还需要经过转录后的加工过程，才能产生成熟的mRNA、tRNA和rRNA。而在原核生物中，往往不需要这一加工过程。 真核生物：细胞核内转录出的 RNA需要穿过核孔进入细胞质，才能指导翻译过程，所以转录和翻译在时间、空间上都有不同。（先转录，后翻译） 原核生物：没有核膜的隔断，转录还未结束时，核糖体就结合到正在延长的mRNA上开始翻译 。（边转录边翻译） 4．遗传信息的传递具有方向性 速记口诀：“中心法则方向明，DNA 起头蛋白质终，病毒特殊有途径，逆转复制各不同”。 速记清单：记住中心法则的基本内容和不同生物遗传信息传递途径；理解 RNA 病毒的特殊传递方式 1．中心法则 大多数生物遗传信息的传递方向是由DNA到RNA，再到蛋白质。这就是克里克提出的中心法则的主要内容。然而自然界还存在一些RNA病毒，其遗传物质RNA分子上的功能片段也称为基因，其遗传信息的传递方向有特殊规律。 1）提出者：克里克 2）中心法则图解： 从信息传递的角度来看，基因指导蛋白质合成的过程，就是遗传信息从DNA流向RNA进而流向蛋白质的过程。 3） 不同生物的遗传信息传递途径不同 ①艾滋病病毒等RNA病毒属于逆转录病毒。病毒侵染宿主细胞后，在病毒自身编码的逆转录酶作用下，以病毒RNA作为模板合成一条DNA单链，这一过程称为逆转录。合成的DNA单链通过进一步复制形成双链DNA，整合到宿主基因组中。这段DNA转录出的RNA链，有的用于指导病毒蛋白的合成，有的直接作为子代病毒的遗传物质。 ②麻疹病毒、狂犬病病毒、埃博拉病毒、流感病毒等RNA病毒侵染宿主细胞后，其RNA单链可作为模板链，指导合成出一条与其互补的RNA链，这一过程称为RNA复制。新合成的互补RNA链可指导蛋白质合成，并作为模板链指导合成出更多的病毒RNA，以实现病毒增殖。 ③RNA病毒，如新型冠状病毒等进入宿主细胞后，其遗传物质RNA单链可作为模板直接指导蛋白质的合成，同时还会复制出一条互补的RNA链；新合成的互补RNA链可作为模板复制出更多的病毒RNA，以实现病毒增殖。 中心法则意义：通过对不同物种遗传信息传递过程的研究，经不断补充和修正后形成的中心法则，诠释了DNA复制、转录、翻译、RNA复制和逆转录等过程中遗传信息传递的方向。 补充：DNA复制、转录和翻译的区别 项目 复制 转录 翻译 作用 传递遗传信息 表达遗传信息 时间 细胞分裂前的间期 个体生长发育的整个过程 场所 主要在细胞核 主要在细胞核 细胞质的核糖体 模板 DNA的两条单链 DNA的一条链 mRNA 原料 4种脱氧核苷三磷酸 4种核糖核苷三磷酸 多种氨基酸 能量 都需要 酶 DNA解旋酶、DNA聚合酶 RNA聚合酶 多种酶 产物 2个双链DNA分子 一个单链RNA分子 肽链（或蛋白质） 产物去向 传递到2个细胞或子代 通过核孔进入细胞质 组成细胞结构蛋白或功能蛋白 特点 边解旋边复制，半保留复制 边解旋边转录，转录后DNA恢复原状 翻译结束后，mRNA被降解成单体 碱基配对 A—T、T—A、C—G、G—C A—U、T—A、C—G、G—C A—U、U—A、C—G、G—C 三、基因选择性表达导致细胞的差异化 1．细胞分化的本质是基因选择性表达的结果 速记口诀：“基因表达受调控，转录前后有不同，翻译加工各有招，细胞分化由此生”。 速记清单：理解基因选择性表达的概念和调控方式；了解真核生物基因表达各调控水平的特点。 在很多生物中还存在转录后水平调控、翻译水平调控和翻译后水平调控。 基因的选择性表达：依赖这些不同的调控方式，机体或者细胞可以根据环境的变化作出响应，关闭或启动一些基因的表达。 由一个受精卵经过多次细胞分裂形成胚胎的过程称为胚胎发育。受精卵第一次细胞分裂时，胞质分裂也是不均等的，这使得分裂产生的两个子细胞的内容物出现差异。 这种差异进一步导致这两个细胞中基因表达不完全相同，即基因的选择性表达，从而导致进一步的细胞分化。 补充：真核生物基因表达的多种调控方式 转录水平调控 凡是能影响RNA聚合酶催化活性的因素都会影响转录，从而在转录水平上实现对基因表达的调控。例如，某些蛋白质因子可以与RNA聚合酶结合，促进其与启动子结合，从而增强基因的表达；而阻遏蛋白则会抑制RNA聚合酶与启动子的结合，从而阻断基因的表达。 转录后水平调控 很多真核生物基因的碱基序列中，编码序列会被若干段非编码序列隔开。包含编码信息的序列称为外显子，其间的非编码序列称为内含子。在mRNA形成过程中，首先转录出mRNA前体，然后切除内含子转录出的RNA序列，使外显子转录出的RNA片段连接起来，这个过程称为RNA剪接。在此过程中，若外显子以不同数目或顺序进行连接就会产生不同的mRNA，称为可变剪接，属于转录后水平的调控方式。 翻译水平调控 凡是影响mRNA寿命或翻译效率的因素都会对翻译形成调控。 翻译后水平调控 真核生物中，翻译产生的多肽链，往往需要经过加工、修饰等过程，才能形成有正确空间结构的蛋白质。 2．表观遗传机制调控基因表达 速记口诀：“表观遗传不寻常，序列不变表型变，甲基修饰加干扰，基因表达受影响”。 速记清单：掌握表观遗传的概念、特点；记住 DNA 甲基化、组蛋白修饰和 RNA 干扰的作用机制。 表观遗传：在碱基序列没有改变的情况下，基因表达的过程也会受影响，从而使细胞或生物个体的表型发生可遗传的改变。（表达的蛋白不够） 表观遗传特点：①可遗传：基因表达和表型可以遗传给后代。 ②不变性：基因的碱基序列保持不变。 ③可逆性：DNA的甲基化修饰可以发生可逆性变化，即被修饰的DNA可能发生去甲基化。 理解表观遗传应注意的三个问题： ①表观遗传不遵循孟德尔遗传规律。 ②表观遗传可以通过有丝分裂和减数分裂传递被修饰的基因。 ③表观遗传一般是影响到基因的转录过程，进而影响蛋白质的合成。 表观遗传现象也是一类基因表达调控的机制，广泛存在于真核生物细胞分化和个体发育过程中，主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰和RNA干扰等。 易错易混 1. 对遗传物质的判断存在误解 【易错点】：容易错误地认为所有生物的遗传物质都是 DNA，忽略了部分病毒的遗传物质是 RNA 这一事实。 【辨析】：细胞生物（包括原核生物和真核生物）以及 DNA 病毒的遗传物质是 DNA；而烟草花叶病毒、艾滋病病毒、流感病毒等 RNA 病毒，它们的遗传物质是 RNA。判断生物的遗传物质，关键在于生物的类型，不能一概而论。 2. 肺炎链球菌转化实验理解不透彻 【易错点】：混淆格里菲斯实验和艾弗里实验的结论，对 “转化因子” 的认识模糊；不清楚实验中对照设置的目的和作用。 【辨析】：格里菲斯实验只是提出了 “转化因子” 的概念，认为加热灭活的 S 菌中存在某种化学物质使 R 菌转化为 S 菌，但并未确定 “转化因子” 的本质；艾弗里实验则通过将 S 菌的各种成分分离并分别与 R 菌混合培养，证明了 “转化因子” 是 DNA。在实验对照方面，艾弗里实验中各实验组分别排除了蛋白质、RNA、荚膜多糖等物质是 “转化因子” 的可能性，相互对照突出了 DNA 在转化过程中的关键作用。 3. 噬菌体侵染细菌实验分析错误 【易错点】：对实验中放射性同位素标记的对象及实验结果的分析不准确，如不能正确判断上清液和沉淀物中放射性高低的原因；认为该实验能同时证明蛋白质不是遗传物质。 【辨析】：在噬菌体侵染细菌实验中，用35S标记噬菌体的蛋白质外壳，用32P 标记噬菌体的 DNA。由于噬菌体侵染细菌时，蛋白质外壳留在细菌外面，DNA 进入细菌内部，所以离心后35S主要存在于上清液中，32P主要存在于沉淀物中。该实验只能证明 DNA 是遗传物质，虽然蛋白质未进入细菌，但不能绝对地说蛋白质不是遗传物质，因为没有直接的证据表明蛋白质在其他情况下不能作为遗传物质。 4. DNA 分子结构相关知识错误 【易错点】：对 DNA 分子中碱基互补配对原则的应用不熟练，计算碱基数量和比例时容易出错；混淆 DNA 单链和双链的结构特点及方向性。 【辨析】：根据碱基互补配对原则（A - T、G - C），在双链 DNA 分子中，A 的数量等于 T 的数量，G 的数量等于 C 的数量。在计算碱基比例时，要注意区分是单链还是双链中的比例。DNA 单链具有方向性，一端是 5' 端（脱氧核糖 5' 碳上的羟基未参与形成磷酸二酯键），另一端是 3' 端（脱氧核糖 3' 碳上的羟基未参与形成磷酸二酯键），书写碱基顺序时通常以左端为 5' 端；而 DNA 双链中两条单链反向平行，这一结构特点在理解 DNA 复制和转录过程中非常重要 。 5. 遗传信息传递过程混淆 【易错点】：DNA 复制、转录和翻译过程的模板、原料、产物及碱基互补配对原则容易混淆；对中心法则中不同生物遗传信息传递方向的理解错误。 【辨析】：DNA 复制以亲代 DNA 的两条链为模板，原料是 4 种脱氧核苷三磷酸，产物是子代 DNA，碱基互补配对方式为 A - T、T - A、G - C、C - G；转录以 DNA 的一条链为模板，原料是 4 种核糖核苷三磷酸，产物是 RNA，碱基互补配对方式为 A - U、T - A、G - C、C - G；翻译以 mRNA 为模板，原料是氨基酸，产物是多肽链，碱基互补配对方式为 A - U、U - A、G - C、C - G。在中心法则中，多数生物遗传信息传递方向是 DNA→RNA→蛋白质，但 RNA 病毒的遗传信息传递存在逆转录（如艾滋病病毒）、RNA 复制（如麻疹病毒、新型冠状病毒）等特殊情况，要根据病毒的类型准确判断其遗传信息传递方向。 6. 基因表达调控概念不清 【易错点】：不能准确区分基因选择性表达和表观遗传现象；对转录后水平、翻译水平和翻译后水平调控的具体方式理解不深入。 【辨析】：基因选择性表达是指细胞在不同条件下，通过调控基因的表达，使不同基因在特定时间和空间表达，从而产生不同的蛋白质，是细胞分化的基础；表观遗传是指基因的碱基序列不发生改变，但表型发生可遗传的改变，主要包括 DNA 甲基化、组蛋白修饰和 RNA 干扰等机制。转录后水平调控如 RNA 剪接，通过不同的外显子连接方式产生不同的 mRNA；翻译水平调控可通过影响 mRNA 的寿命和翻译效率来实现；翻译后水平调控则是对翻译产生的多肽链进行加工、修饰，如胰岛素原加工为胰岛素，使其具有活性。 1 / 11 学科网（北京）股份有限公司 $$