分子遗传学DNA是主要的遗传物质（证明实验）一、DNA的复制DNA半保留复制的证实DNA半保留复制在1953年由沃森和克里克提出
，1958年又由梅塞尔森和斯塔尔设计的新实验方法予以证实。见资料DNA半保留复制——遗传信息的传递二、基因的表达1、转录
2、翻译1、遗传信息的转录以DNA分子为模板，按碱基互补的原则，合成一条单链RNA，DNA分子携带的遗传信息被转移到RNA
中，细胞中的这一过程被称为转录。转录发生在细胞核中。转录的开始与终止是由启动子和终止子控制的。在真核生物细胞核中，DNA链上具
有不能编码蛋白质的核苷酸片段即内含子和编码蛋白质的核苷酸片段即外显子。转录后新合成的mRNA是未成熟的mRNA，又称为前体mRNA
或核内非均一RNA，这些RNA需要经过一定的加工过程。包括剪接除去内含子，5''端加一个7-甲基鸟苷酸“帽子”和在3''端加上一个多聚
腺苷酸尾。2、翻译——蛋白质的合成细胞中蛋白质的合成是一个严格按照mRNA上密码子的信息指导氨基酸单体合成为多肽链的过程，
这一过程称为mRNA的翻译。mRNA的翻译需要有mRNA、tRNA、核糖体、多种氨基酸和多种酶等的共同参与。翻译过程(即多肽链的合
成)包括起始、多肽链延长和翻译终止3个基本阶段。在细胞质中，翻译是一个快速过程，一段mRNA可以相继与多个核糖体结合，同时进行
多条同一种肽链的合成。蛋白质合成以后还要经历各种修饰和加工。真核细胞中蛋白质的修饰加工往往在特定的细胞器中进行。分子遗传新的“
中心法则”。翻译开始时，核糖体小亚基先与mRNA的起始密码子如AUG部位和一个带有相应反密码子的特定tRNA相结合。接
着核糖体大亚基与核糖体小亚基结合，形成完整的核糖体。起始tRNA处于核糖体的P位，下一个氨基酸由相应的氨酰tRNA携带进入到A位。
A位氨基酸的氨基与P位氨基酸的羧基之间形成肽键，起始tRNA与氨基酸脱离，P位的tRNA转移到E位后脱离核糖体。新形成的
二肽的tRNA转移到已空出的P位上，A位又可以接受下一个氨酰tRNA，如此重复将氨基酸逐个合成到肽链上的过程。随着翻译的
进行及多肽链的延长，当mRNA上的终止密码子进入到核糖体的A位时，一种肽链释放因子（蛋白酶）便与A位的终止密码子结合，多肽链与P位
的tRNA水解分离，合成完毕的多肽链从核糖体中被释放出来，再折叠组装成有功能的蛋白质。一段mRNA可以相继与多个核糖体结合，同
时进行多条同一种肽链的合成。DNA分子可自我复制，将遗传信息传给下一代。DNA分子也可以转录成mRNA，mRNA再把遗传
信息翻译成蛋白质，即遗传信息由DNA→RNA→蛋白质流动。在一些条件下，RNA可以进行自我复制,还可以在逆转录酶的作用下，以RNA
为模板，反向转录形成互补的DNA，然后DNA转录产生mRNA再进行蛋白质的翻译。?（1）除古细菌以外，原核基因缺乏内含子
，而绝大多数真核基因具有内含子。（2）原核基因的mRNA在转录未完成之前就可以开始翻译，进行多肽链的合成。相反，真核基因必须在
转录完全完成以后，成熟的mRNA由核内转运到细胞质中以后才能开始进行翻译即多肽链的合成。真核基因的转录和翻译存在时空间隔。（3）
在原核细胞内，单个mRNA分子往往可以包含多个基因的转录物，如操纵子转录产生单一的mRNA分子，原核细胞的单个mRNA分子可以包
含多个顺反子。而大多数真核基因仅产生单个顺反子mRNA，即大多数真核mRNA转录单位产生仅编码一个多肽的mRNA。（4）原核和
真核的mRNA一般都以AUG作为翻译起始的密码子，GUG和UUG比较少见，但两者翻译的起始机制不同。原核mRNA在5’端起始密码子
AUG的上游有4~6个碱基的多嘌呤序列，协助翻译过程的启动。在真核细胞中，转录完成后mRNA被修饰加上了5’端帽子结构，该5’端帽
子结构提供了信号作用，使之能够从核内输送到细胞质，也让40S核糖体小亚基识别并与之结合。（5）真核基因在翻译前需要一系列的修
饰加工，包括切除内含子、外显子拼接、5’端加帽子结构、3’端加polyA尾。真核细胞mRNA有更长的半衰期。相反绝大多数细菌的m
RNA半衰期很短。（6）真核细胞的核糖体比原核细胞大。原核生物核糖体为70S，由50S与30S两个亚基组成，真核细胞核糖体为8
0S，由40S和60S两个亚基组成。原核与真核细胞基因表达不同四、原核基因表达的调控乳糖操纵子学说：没有乳糖时，操纵子前
端的调节基因编码产生的阻遏蛋白使乳糖操纵子处于关闭状态；有乳糖时，乳糖分子首先与阻遏蛋白相互结合，改变了阻遏蛋白的形状，使后者不能
再与操纵基因相结合。这时，操纵基因便开启。细胞中核酸序列的改变通过基因表达有可能导致生物遗传特征的变化。这种核酸序列的变化称为基
因突变。DNA序列中涉及单个核苷酸或碱基的变化称为点突变。点突变通常有两种情况：一是一个碱基或核苷酸被另一种碱基或核苷酸所替换；
二是一个碱基的插入或缺失。DNA链中某一个碱基被另一个所替换，这种替换的结果有时可以不影响其所翻译的蛋白质的结构和功能。这种突
变称为同义突变。DNA链中有的碱基的替换造成一个密码子的改变，进而改变了多肽链上一个氨基酸种类，这种替换称为错义突变。在DN
A链上，插入或缺失一个或几个非3的碱基，这种突变会使其下游的三联密码子都被读错，产生完全错误的肽链或使肽链合成提前终止，称为移码突
变。基因突变可能改变蛋白质（酶）的结构与功能，使生物体的形态、结构、代谢过程和生理功能等特征发生改变，严重的突变则影响生物体
的生存力或导致生物个体的死亡。如肿瘤的发生就与一些控制细胞周期、分裂和生长的基因突变有密切的关系；引起镰状细胞贫血症的原因就是基因
的点突变等。基因突变的原因多种多样。除了DNA复制错误造成碱基的替换、插入或缺失等自发突变外，一些外界因素如某些化学物质（又称
为诱变剂）、紫外线、电离辐射等也可能诱导基因突变或损伤的发生。在生物长期进化过程中，生物细胞也形成了一套DNA损伤或突变的修
复机制。细胞自行修复DNA损伤的主要方式有光复合修复、切除修复，还有重组修复、应答修复、错配修复等几种。返回引起镰形
细胞贫血症的原因就是基因的点突变，即编码血红蛋白β肽链上一个决定谷氨酸的密码子GAA变成了GUA，使得β肽链上的谷氨酸变成了缬氨酸
，引起了血红蛋白的结构和功能发生了根本的改变。返回DNA的光复合修复和切除修复授课内容：1953年2月28日，James
D.Watson和FrancisCrick建立了DNA双螺旋结构理论，奠定了现代分子生物学的基础，他们因此获得了诺贝尔奖
。这是迄今为止分量最重的一项诺贝尔奖。图片为DNA晶体X射线衍射的照片（图2-41）。授课内容：RNA分子结构（图2-38）。
RNA分子是一条单链分子，包括信使RNA（mRNA）、转移RNA（tRNA）和核糖体RNA（rRNA）。有些RNA链的许多区域自身
可发生回折，如tRNA形成为三叶草形。RNA在细胞核内产生，然后进入细胞质，在蛋白质的合成中起重要作用。?[A1]信使？授课内
容：RNA是核糖核酸的缩写，它与脱氧核糖核酸（DNA）的主要差别在于：①RNA大多是单链分子。②含核糖而不是脱氧核糖。③4种核苷
酸中，不含胸腺嘧啶（T），而是由尿嘧啶（U）代替了胸腺嘧啶（T）。细胞中主要有3种RNA，即信使RNA（mRNA）、核糖体RNA（
rRNA）和转运RNA（tRNA）。授课内容：mRNA是遗传信息的携带者。它在细胞核中转录了DNA上的遗传信息，再进入细胞质，
作为蛋白质合成的模板。mRNA种类很多，每一种mRNA的相对分子质量及碱基序列都不相同。原核细胞mRNA与真核细胞mRNA的主要区
别在于，原核细胞mRNA的5’端无帽子结构（cap），真核细胞mRNA的5’端有帽子结构。mRNA的5’端帽子是指7-甲基鸟苷以不
寻常的5’→5’－三磷酸连接到mRNA的5’端，并在第一或第二个核苷酸的2’位上甲基化。帽子结构对于mRNA的翻译活性具有重要作用
。而在mRNA的3’端，原核细胞没有或仅有少于10个多聚腺苷酸（polyA）结构,真核细胞一般有一条由20~200多个腺苷酸残基
连续组成的多聚腺苷酸链。这种多聚腺苷酸与mRNA由细胞核顺利通过核膜进入细胞质和转移到核糖体上有关。tRNA的反密码子在蛋白质合成
时与mRNA上互补的密码子相结合。tRNA起识别密码子和携带相应氨基酸的作用。rRNA和蛋白质共同组成的复合体就是核糖体。核糖体为
蛋白质的合成提供场所。授课内容：tRNA是含有80个左右核苷酸的小分子，局部成为双链，在其3′、5′端的相反一端的环上具有由3
个核苷酸组成的反密码子。tRNA的反密码子在蛋白质合成时与mRNA上互补的密码子相结合。tRNA起识别密码子和携带相应氨基酸的作用
（图5-23）。tRNA的结构特点包括，其相对分子质量在2.5X104左右，沉降系数在4S左右，碱基组成中有较多稀有碱基，3’端有
CCA-OH基，用来接受活化的氨基酸。所以这个末端称为接受末端。tRNA的二级结构都呈三叶草形。双螺旋区构成了叶柄，突出环好像是三
叶草的三片小叶。由于双螺旋结构所占比例甚高，tRNA的二级结构十分稳定。三叶草形结构由氨基酸臂、D环、反密码环、可变环和TψC环五
个部分组成。授课内容：rRNA和蛋白质共同组成的复合体就是核糖体，它们大约各占核糖体的60％和40％。核糖体是蛋白质合成的场
所。rRNA是细胞中最丰富的一类RNA，大约占细胞总RNA的80％。核糖体由大小不同的两个亚基组成，这两个亚基只有在行使翻译功能即
肽链合成时才聚合成整体，为蛋白质的合成提供场所。例如大肠杆菌有70S（离心沉降系数）的核糖体，它包含了30S和50S两种亚基；高等
动植物细胞有80S核糖体，它包含了40S和60S两种亚基。rRNA在核糖体中既具有结构上的功能，又参与翻译过程的起始等反应。同样
，核糖体蛋白也是既具有结构上的功能，许多核糖体蛋白又是翻译过程中必不可少的因子。在核糖体上具有附着mRNA模板链的位置，还有两个t
RNA附着的位置，分别称为A位和P位。A位供携带一个新氨基酸的tRNA进入并停留，P位供携带待延长的多肽链的tRNA停留（图5-2
4）。授课内容：DNA的复制发生在细胞周期的S期，在解旋酶的作用下，首先双螺旋的DNA可以同时在许多DNA复制的起始位点局部解
螺旋并拆开为两条单链，如此在一条双链上可形成许多“复制泡”，解链的叉口处称为复制叉（图5-21）。DNA的复制总是由5′向3′方
向进行。在亲代DNA解螺旋后的复制叉处，按照由5′向3′方向复制的原则，一条子链可以连续向着分叉处进行复制和延伸，而另一条子链则不
能连续向着分叉处复制和延伸，而是分段进行的，每合成的一小段片段称为冈崎片段。以后冈崎片段前的RNA引物被DNA短链取代，DNA连接
酶又使冈崎片段连接成为连续的新链。授课内容：在解旋酶的作用下，首先双螺旋的DNA可以同时在许多DNA复制的起始位点局部解螺旋并拆
开为两条单链，如此在一条双链上可形成许多“复制泡”，解链的叉口处称为复制叉（图5-21）。每一条DNA链都有戊糖和磷酸依次相连形成
链的骨架，在戊糖的3位碳原子处总是接着羟基（-OH），在戊糖的5’位碳原子处总是接着磷酸基团，将每一条DNA单链带有-OH的一端称
为3′端，带有磷酸基团的另一端为5′端。在DNA复制时，起关键作用的酶是DNA聚合酶，该酶使游离的核苷酸准确地与DNA上互补的碱基
结合并与早先结合形成的核苷酸新链连接，使新链延长。由于DNA聚合酶只能将游离的核苷酸加到新链的3′端（而绝不是5′端），因此DNA
的复制总是由5′向3′方向进行。授课内容：在亲代DNA解螺旋后的复制叉处，按照由5′向3′方向复制的原则，一条子链可以连续向着
分叉处进行复制和延伸，而另一条子链则不能连续向着分叉处复制和延伸。因此，在DNA聚合酶的作用下，随着复制叉不断打开，先合成一段新的
RNA短链，称为引物。在引物后再仍按5′向3′方向使游离的核苷酸加到新链的3′端，这时的DNA的复制和延伸不是连续的，而是分段进行
的，每合成的一小段片段称为冈崎片段。以后冈崎片段前的RNA引物被DNA短链取代，DNA连接酶又使冈崎片段连接成为连续的新链（图5-
22）。授课内容：在真核生物细胞核中，DNA链上具有不能编码蛋白质的核苷酸片段即内含子和编码蛋白质的核苷酸片段即外显子。转录后新
合成的mRNA是未成熟的mRNA，又称为前体mRNA或核内非均一RNA，这些RNA需要经过一定的加工过程。哺乳动物的hnRNA大约
只有5％的部分转变成细胞质mRNA。最简单的加工是在刚转录的RNA特定部位进行剪接，除去内含子，还要在转录后的RNA的5‘端加一个
7-甲基鸟苷酸“帽子”和在3’端加上一个多聚腺苷酸尾，最后形成较短的有功能的成熟mRNA(图5-31)。真核细胞mRNA分子5‘端
帽子结构有以下主要功能：①供核糖体40S小亚基识别。②保护合成中的转录产物免受核酸外切酶的降解。③与成熟的转录产物从核内输送到细胞
质的过程密切相关。另外研究表明，大多数mRNA的polyA尾上游10-35个核苷酸处都含有AAUAAA序列（少数为AUUAAA
。如果这6个核苷酸序列的碱基发生突变，3’端的加尾就被抑制，并导致转录产物在核内被迅速降解。在原核生物中，DNA链上不存在内含子，
因此转录和翻译过程比真核生物要简单。授课内容：细胞中蛋白质的合成是一个严格按照mRNA上密码子的信息指导氨基酸单体合成为多肽链的
过程，这一过程称为mRNA的翻译。mRNA的翻译需要有mRNA、tRNA、核糖体、多种氨基酸和多种酶等的共同参与。翻译过程(即多肽
链的合成)包括起始、多肽链延长和翻译终止3个基本阶段。在翻译过程中，由于每一个氨基酸是严格按照mRNA模板的密码序列被逐个合成到肽
链上，因此，mRNA上的遗传信息被准确地翻译成特定的氨基酸序列。蛋白质合成以后还要经历各种修饰和加工。真核细胞中蛋白质的修饰加工往
往在特定的细胞器中进行，例如蛋白质的糖基化需要内质网和高尔基体内酶的作用。一些蛋白如膜蛋白等需要定位在细胞的特定部位才能有特殊的功
能。另一些蛋白需要在不同的细胞器之间转运或运转出细胞。授课内容：翻译开始时，核糖体小亚基先与mRNA的起始密码（如AUG）部位和
一个带有相应反密码子的特定tRNA相结合。接着核糖体大亚基与核糖体小亚基结合，形成完整的核糖体。起始程序完成后，起始tRNA处于核
糖体的P位，空着的A位准备接受下一个氨酰tRNA。接下来，按照mRNA上密码子顺序确定的下一个氨基酸由相应的氨酰tRNA携带进入到
A位。授课内容：在几种酶即延长因子的作用下，氨酰tRNA上的反密码子与mRNA上相应的密码子按碱基互补的原则以氢键相连。接着A位
氨酰tRNA上氨基酸的氨基与P位起始tRNA上甲酰甲硫氨酸的羧基（以后则是P位tRNA肽链的羧基）之间形成肽键，起始tRNA上的甲
酰甲硫氨酸（以后则是P位tRNA的肽链）与原来的tRNA脱离并转移到A位tRNA携带的氨基酸上，P位的tRNA同时移入E位，然后脱
离核糖体。这时在A位上携带新形成的二肽（以后是多肽链）的tRNA转移到已空出的P位上，A位又可以接受下一个氨酰tRNA，重复进行
新一轮氨基酸逐个合成到肽链上的过程。授课内容：随着翻译的进行及多肽链的延长，当mRNA上的终止密码子进入到核糖体的A位时，一种肽
链释放因子（蛋白酶）便与A位的终止密码子结合，多肽链与P位的tRNA水解分离，合成完毕的多肽链从核糖体中被释放出来，再折叠组装成有
功能的蛋白质。授课内容：在细胞质中，翻译是一个快速过程。在一个核糖体上一段肽链的合成平均不到1min，且一段mRNA可以相继与多
个核糖体结合，同时进行多条同一种肽链的合成（图5-33）。授课内容：DNA分子可以自我复制，将遗传信息传给下一代。DNA分子也可
以转录成mRNA，mRNA再把遗传信息翻译成蛋白质，即遗传信息由DNA→RNA→蛋白质流动。在一些生物细胞中或在实验室操作条件下，
RNA可以进行自我复制。科学家对病毒核酸的研究中还发现了逆转录现象，即在逆转录酶的作用下，以RNA为模板，反向转录形成互补的DN
A，然后DNA转录产生mRNA再进行蛋白质的翻译。在DNA、RNA和蛋白质三者中，DNA是最关键的物质，DNA包含着生命的秘密。上
述这些内容，便构成了所谓分子遗传新的“中心法则”(图5－34)。生物的遗传特征通过DNA→RNA→蛋白质的传递过程又称为基因表达。
授课内容：生物体中众多基因的表达是相当复杂和精密的。就好像在一个大型的乐队中，所有的乐器并非都在同时演奏某一个或某几个音符，否则
只能产生出强烈的噪声。生物体也是这样，所有的基因并非都在同一时间内同时进行表达或进行随机无序的表达。不同的基因在不同的时刻表达，每
一种基因的表达都受到严格精密的调节和控制。由于细胞结构的差异，原核细胞基因（简称原核基因）与真核细胞基因（简称真核基因）的表达具有
明显的差别，因此它们基因表达的调控机制也不一样，后者要比前者复杂得多。授课内容：原核基因与真核基因的表达具有明显的差别。
DNA双螺旋结构发现的故事Crick，31岁伦敦大学King’s实验室女科学家FranklinWilkins教授
Randall教授DNA应该是双螺旋A与T、C与G巧妙连接符合X衍射数据DNA的复制1953年2
月28日，Watson和Crick用金属线制出了新的DNA模型，他们为自然科学树立了一座闪闪发光的里程碑。DNA的复制发生在细
胞周期的S期，在解旋酶的作用下，首先双螺旋的DNA可以同时在许多DNA复制的起始位点局部解螺旋并拆开为两条单链，如此在一条双链上可
形成许多“复制泡”，解链的叉口处称为复制叉。DNA的复制总是由5′向3′方向进行。在亲代DNA解螺旋后的复制叉处，按照由5′
向3′方向复制的原则，一条子链可以连续向着分叉处进行复制和延伸，而另一条子链则不能连续向着分叉处复制和延伸。因此，在DNA聚合酶的
作用下，随着复制叉不断打开，先合成一段新的RNA短链，称为引物。在引物后再仍按5′向3′方向使游离的核苷酸加到新链的3′端，这时的
DNA的复制和延伸不是连续的，而是分段进行的，每合成的一小段片段称为冈崎片段。以后冈崎片段前的RNA引物被DNA短链取代，DNA连
接酶又使冈崎片段连接成为连续的新链。返回返回DNA复制是半不连续复制。RNA分子是单链的，RNA在细胞核内
产生，然后进入细胞质，在蛋白质的合成中起重要作用。RNA分子结构RNA是核糖核酸的缩写，它与脱氧核糖核酸（DNA）的主要差别在
于：（1）RNA大多是单链分子；（2）含核糖而不是脱氧核糖；（3）4种核苷酸中，不含胸腺嘧啶（T），而是由尿嘧啶（U）代替了
胸腺嘧啶（T）。细胞中主要有3种RNA，即信使RNA（mRNA）、核糖体RNA、（rRNA）和转运RNA（tRNA）。在真核生
物中由DNA遗传信息控制的蛋白质合成涉及两个基本过程：第一步，DNA的遗传信息转录到mRNA中，发生在细胞核中，转录与DNA的复制
过程大致相同；第二步，将mRNA的信息翻译成蛋白质的氨基酸序列，在细胞质中进行。mRNA是遗传信息的携带者。它在细胞核中转录了DNA上的遗传信息，再进入细胞质，作为蛋白质合成的模板。原核细胞与真核细胞mRNA的主要区别：①5’端有无帽子结构。②3’端有多聚腺苷酸结构。tRNA局部成为双链，在其3′、5′端的相反一端的环上具有由3个核苷酸组成的反密码子。tRNA的反密码子在蛋白质合成时与mRNA上互补的密码子相结合。tRNA起识别密码子和携带相应氨基酸的作用。tRNA的二级结构都呈三叶草形。rRNA和蛋白质共同组成的复合体就是核糖体，是细胞中最丰富的一类RNA。rRNA在核糖体中既具有结构上的功能，又参与翻译过程的起始等反应。在核糖体上具有附着mRNA模板链的位置，还有两个tRNA附着的位置，分别称为A位和P位。A位供携带一个新氨基酸的tRNA进入并停留，P位供携带待延长的多肽链的tRNA停留。返回tRNA和反密码子第二节返回rRNA和蛋白质共同组成的复合体就是核糖体，核糖体是蛋白质合成的场所。核糖体由大小不同的两个亚基组成，这两个亚基只有在行使翻译功能即肽链合成时才聚合成整体，为蛋白质的合成提供场所。返回返回返回返回返回三、原核与真核细胞基因表达的差异五、基因突变返回替换造成的同义突变和错义突变返回插入突变和缺失突变 |
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