第6章——遗传信息的传递和表达

这是一篇关于第6章——遗传信息的传递和表达的思维导图，主要内容有DNA复制和蛋白质合成、基因工程与转基因生物、遗传信息。

遗传信息的传递和表达

• 2.DNA复制和蛋白质合成
  • DNA复制
    • 定义：以DNA分子为模板，合成相同DNA分子的过程
      • 特点
        • 过程特点：边解旋边复制
          • 只要复制启动子被解旋出来就可以开始复制
            • DNA复制一定在双螺旋解开的条件下进行
        • 方式特点：半保留复制
          • 新的DNA分子中都保留一条原来的母链
      • 条件
        • DNA分子做模板链、游离的脱氧核苷酸做原料、能量、酶
          • 解旋酶
            • 使氢键断裂→DNA双螺旋结构打开
              • 唯一一个使氢键断裂的酶
          • DNA聚合酶
            • 吸引游离的脱氧核苷酸排列成与模板互补的脱氧核苷酸链
          • DNA连接酶
            • 将排列好的脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链
              • 氢键自动形成
      • 相关计算
        • 复制n次，亲代DNA分子含碱基a个，用¹⁵N标记
          • 总共有2个DNA分子/两条脱氧核苷酸链含¹⁵N
          • 含¹⁵N的DNA分子数与DNA分子总数的比值：2/2ⁿ
          • 复制n次需要脱氧核苷酸a*(2ⁿ-1)个
            • 第n次复制需要脱氧核苷酸a*(2ⁿ-2ⁿ⁻¹）个
  • 遗传信息的转录
    • 定义：以DNA分子中一条多核苷酸链为模板合成RNA的过程
      • 特点：边解旋边复制
        • 只要转录启动子被解旋出来就可以开始转录
      • 条件
        • DNA分子中的一条链作模板链、游离的核糖核苷酸做原料、能量、酶
          • RNA聚合酶：兼具解旋DNA分子和聚合形成RNA分子的功能
      • 碱基互补配对
        • T=A,A=U,C≡G，G≡C（前DNA后RNA）
      • 产物：RNA
        • mRNA（信使）、tRNA（转录）、rRNA（组成核糖体）
  • 遗传信息的翻译
    • 按照细胞核DNA的指令，通过mRNA的传递，在细胞质的核糖体上合成蛋白质
      • 核糖体
        • 无膜，蛋白质+rRNA
          • 胞内蛋白：在细胞质游离的核糖体中合成
          • 分泌蛋白：在附着在内质网上的核糖体中合成→内质网和高尔基体进一步加工
      • 遗传密码：mRNA上的碱基排列循序
        • 密码子：mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基
          • 密码子共64种
            • 61种普通密码子（包括起始密码子）
              • 一种密码子对应一种氨基酸
              • 绝大多数氨基酸有多个密码子对应（除甲硫氨酸、色氨酸）
            • 3种终止密码子：不对应氨基酸
          • 反密码子：tRNA上与密码子碱基互补配对的三个相邻的碱基
            • 共61种
      • 翻译方向
        • 核糖体移动方向
          • 若图中一条mRNA上有多个核糖体同时进行翻译，则向多肽链长的一侧进行
      • 一条mRNA上有多个核糖体同时进行翻译
        • 较短时间内能够翻译形成大量的蛋白质，为生命活动提供保障
  • 中心法则及其发展
• 3.基因工程与转基因生物
  • 基因工程
    • 依据预先设计的蓝图，用人工方法将某种生物的基因结合到另一种生物的基因组并使其表达，使后者获得新的遗传性状，产出人类需要的产物或床在出新的生物类型
      • 工具
        • 限制性核酸内切酶 （限制酶）
          • 识别特定的DNA碱基序列并进行切割
        • DNA连接酶
          • 将切割下来的目的基因与运载体基因连接
        • 运载体
          • 携带目的基因进入受体细胞并协助目的基因的复制表达
            • 质粒、噬菌体、动植物病毒：常用
  • 基因工程的基本过程
    • 获取目的基因
      • 从生物体细胞中分离
      • 化学方法人工合成
    • 目的基因与运载体重组
      • （一般情况）选取与切取目的基因相同的限制酶将运载体基因切开
        • 选取限制酶时注意避免质粒自身环化等问题
    • 重组DNA分子导入受体细胞
      • 接纳重组质粒的活细胞：受体细胞
    • 筛选含目的基因的受体细胞
      • 选择具有标记基因的运载体
        • 切割运载体基因时注意标记基因的数量
          • 破坏标记基因：一个
          • 切一保一：两个
        • 注意筛选培养基的添加内容和顺序
  • 转基因技术的应用
    • 微生物基因工程
      • 繁殖迅速、结构简单、操作容易：微生物的特点
        • 适合大规模工业生产、生产成本较低
    • 植物基因工程
    • 动物基因工程
      • 以受精卵作为受体细胞
        • ①体积大，方便固定和操作②便于直接发育成转基因个体：原因
        • 显微注射法：方法
  • 转基因生物产品的安全性
    • 安全性问题
      • 转基因生物本身是否会对生态环境造成不利影响
        • 产生生存优势杂交种，导致现有生态系统结构改变，影响生物多样性
          • 严格检测和控制，杜绝转基因技术产生的基因想其他生物扩散
      • 转基因生物产品是否会对人类健康造成损害
        • 完善有关转基因视频的安全性的政策和法规
• 1.遗传信息
  • DNA是遗传物质
    • 遗传信息的特点
      • 储存数量巨大的遗传信息
      • 能够精确的自我复制并遗传给后代
      • 化学性质比较稳定
    • 探索遗传物质的历史
      • 埃弗里-肺炎双球菌转化实验
      • 赫尔希&蔡斯-噬菌体侵染细菌的实验
        • 同位素标记法
          • ³⁵S标记噬菌体的衣壳蛋白
            • 上清液中有大量放射性，沉淀物中有极少放射性
          • ³²P标记噬菌体的DNA
            • 上清液中有极少放射性，沉淀物中有大量放射性
          • DNA是噬菌体的遗传物质
    • 生物的遗传物质
      • 核酸
        • DNA：有细胞结构的生物
        • 病毒
          • DNA：DNA病毒
          • RNA：RNA病毒
        • DNA是主要遗传物质
  • DNA分子的双螺旋结构
    • A腺嘌呤、G鸟嘌呤、C胞嘧啶、T胸腺嘧啶
    • 沃森&克里克：DNA分子双螺旋结构模型
      • 两条平行反向的脱氧核苷酸链向右螺旋
        • 互补碱基间靠氢键连接（A=T，C≡G）：稳定性
        • 碱基对排列顺序、数目不同：特异性&多样性
          • 分子水平上说明生物多样性和个体差异的原因
        • 磷酸二脂键：连接相邻脱氧核苷酸
  • 蕴藏在DNA分子中的遗传信息
    • 携带遗传信息并具有遗传效应的DNA片段：基因
      • 脱氧核苷酸的排列顺序：遗传信息
    • 基因通过指导蛋白质的合成来直接控制生物性状
      • 生物性状主要是通过蛋白质来体现的
    • 相关计算
      • DNA双链
        • ①A+G/T+C=A+C/T+G=1②A%=T%;G%=C%
      • DNA单链
        • A1+G1/T1+C1=n,则A2+G2/T2+C2=T1+C1/A1+G1=1/n
          • A+T/A+T+C+G=A1+T1/A1+T1+C1+G1=A2+T2/A2+T2+C2+G2
• 质粒
  • 细菌中独立于拟核外能自主复制的双链闭环DNA分子
  • 携带外源基因的质粒进入细胞
    • 停留在细胞中自主复制
    • 结合到染色体DNA上随染色体DNA同步复制
• 生物的形状受基因控制：亲代的遗传信息传递给子代后，以各个基因的DNA区段为模板合成mRNA，再以mRNA为模板合成与亲代一样的蛋白质，总而显现出与亲代相同的性状