第二节　遗传的分子基础

一、人类对遗传物质的探索过程

（一）格里菲斯体内转化实验

1.过程

见图2-7。

2.结论

加热杀死的S型细菌中，含有某种促成R型细菌转化为S型细菌的“转化因子”。

（二）艾弗里体外转化实验

1.过程

见图2-8。

2.结论

DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，即DNA是“转化因子”，是遗传物质。

（三）噬菌体侵染细菌实验

1.过程

①标记噬菌体（见图2-9）。

②侵染细菌（见图2-10）。

2.结论

在噬菌体中，保证亲代与子代之间具有连续性的物质是DNA，即DNA是遗传物质。

（四）RNA也是遗传物质的实验

1.实验材料

烟草花叶病毒和烟草，烟草花叶病毒的组成物质是蛋白质和RNA。

2.实验过程及结果

见图2-11。

3.实验结果分析与结论

烟草花叶病毒的RNA能自我复制，并控制生物的遗传性状，因此RNA是它的遗传物质。

（五）辨析生物的遗传物质

凡具有细胞结构的生物其遗传物质都是DNA；既具有DNA又具有RNA的生物，遗传物质是DNA；病毒等极少数生物的遗传物质是DNA或RNA；DNA是主要的遗传物质。

二、DNA分子结构与复制

（一）DNA的结构

1.元素组成

C、H、O、N、P。

2.基本单位

4种脱氧核苷酸（见图2-12）。

3.结构

①两条长链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。

②DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。

③DNA分子两条链上的碱基通过氢键并按照碱基互补配对原则形成碱基对，互补配对原则为：A-T、G-C。

4.DNA分子的特点

稳定性、多样性和特异性。

5.双链DNA分子中碱基的计算规律

①嘌呤总数与嘧啶总数相等，即A+G=T+C。

②在双链DNA分子中，互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等。

③双链DNA分子中，非互补碱基之和所占比例在两条互补链中互为倒数。

（二）DNA的复制

1.概念

以亲代DNA分子为模板合成子代DNA的过程。

2.场所

DNA的复制主要在细胞核，细胞质中线粒体叶绿体也能发生。

3.时期

一般为细胞分裂间期（有丝分裂或减数第一次分裂前的间期）。

4.条件

模板、原料（游离的4种脱氧核苷酸）、酶（解旋酶、DNA聚合酶）和能量（ATP）。

5.过程

DNA的复制是边解旋边复制的过程。

6.原则

DNA的复制遵循碱基互补配对原则。

7.特点

边解旋边复制，半保留复制。

8.DNA分子复制的实质及意义

DNA分子通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，从而保持了遗传信息的连续性。

9.DNA分子能够准确复制的原因

①DNA分子规则的双螺旋结构（精确模板）；②严格的碱基互补配对原则。

三、遗传信息的转录和翻译

（一）RNA结构

1.RNA的结构

单体为核糖核苷酸（核糖、磷酸和含氮碱基A、G、C、U组成），一般是单链，比DNA短。

2.分布

①真核细胞：主要在细胞核内合成，通过核孔进入细胞质。

②原核细胞：主要在拟核中合成。

3.种类

①tRNA，其功能为转运氨基酸，识别密码子。

②另外两种RNA分别为mRNA、rRNA，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。

（二）基因

1.概念

DNA（脱氧核糖核酸）分子上具有遗传信息的特定核苷酸序列的总称。

2.基因控制蛋白质的合成

①转录：在细胞核内，以DNA一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成RNA的过程。其需要的基本条件为模板（基因的一条链）、原料（核糖核苷酸）、酶（解旋酶、RNA聚合酶）、能量。

②翻译：以游离在细胞质中的各种氨基酸为原料，以tRNA为运载工具，以mRNA为模板在核糖体上合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。

3.DNA复制、转录与翻译的比较

①区别见表2-2。

②联系见图2-13。

4.基因、密码子、反密码子的对应关系

见图2-14。

5.氨基酸与密码子、反密码子的关系

①每种氨基酸对应1种或几种密码子（密码子简并性），可由1种或几种tRNA转运。

②1种密码子只能决定1种氨基酸，1种tRNA只能转运1种氨基酸。

③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。

④基因中碱基、RNA中碱基与蛋白质中氨基酸数量的关系：

基因中碱基数:mRNA碱基数:多肽链中氨基酸数=6:3:1

四、基因的表达及调控

（一）中心法则

详见图2-15。

（二）基因控制性状的方式

1.直接途径

①机理：

②实例：镰状细胞贫血、囊性纤维化。

2.间接途径

①机理：

②实例：白化病、豌豆的粒形。

典型考题

例　下列关于（a）、（b）、（c）三个与DNA分子相关的图形（见图2-16）的说法正确的是（　）。

A.将图（a）DNA分子放在含15N的培养液中复制两代，子代含15N的DNA单链占总链数的7/16

B.图（a）②处的碱基对缺失可导致基因突变，限制性核酸内切酶可作用于①部位，解旋酶可作用于③部位，图（b）中有4种核苷酸

C.图（c）所示的生理过程为转录和翻译，在蓝藻细胞中可同时进行

D.形成图（c）③的过程可发生在拟核中，人的神经细胞能进行图（c）所示生理过程的结构只有细胞核

【答案】C。解析：有一条单链被15N标记的DNA分子在含15N的培养液中复制一代时，含15N标记的DNA单链占DNA总链数的3/4，在含15N的培养液中复制两代时，含15N标记的DNA单链占DNA总链数的7/8，A项不正确；图（b）为转录或逆转录过程，结合基因突变、基因工程及核酸组成，有8种核苷酸，B项不正确；蓝藻等原核细胞的转录与翻译过程可同时进行，C项正确；人的神经细胞中能进行转录过程的结构有细胞核和线粒体，D项不正确。