1、遺傳物質的結構和功能浙江省紹興縣柯橋中學 312030 葉建偉1考綱考點解讀11考綱介紹 考綱主要包括：DNA是遺傳物質的證據；DNA的結構和特性；DNA的變性與復性；DNA的復制；基因結構和基因的表達與調控；RNA的結構；蛋白質的生物合成；染色體的結構。12難點釋疑 121DNA的結構和特性DNA的一級結構為脫氧核苷酸之間通過3,5磷酸二酯鍵連接成的脫氧核苷酸鏈。二級結構：反向平行的雙螺旋結構。即一條鏈從53，另一條鏈從35，兩條鏈都是右手螺旋，螺旋表面有一條大溝和一條小溝。每個堿基對之間的距離是0.34nm，相鄰核苷酸彼此相差360，含有10對堿基，每一螺旋長為3.4nm，螺旋直徑2nm。

2、三級結構：在二級結構的基礎上的超螺旋結構。另外RNA也具有三級結構，但是大家熟悉的tRNA 的“三葉草型結構”是二級結構，而目前了解到的tRNA的三級結構的形狀為倒寫的字母“L”,是在“三葉草型結構”的二級結構的基礎上發生扭曲形成的。122雙螺旋結構的穩定性因素：大量氫鍵顯然可以增加DNA的穩定性，但是氫鍵太弱；堆積堿基間的疏水作用(堿基堆積力)是穩定DNA結構的最重要的因素。還有鹽鍵(離子鍵)可以減少雙鏈間的靜電斥力，因而對DNA雙螺旋結構也有一定的穩定作用。所以雙螺旋穩定性的最主要因素是堿基堆積力。123核酸的紫外吸收性質：核酸中的嘌啉和嘧啶環的共軛體系強烈吸收260290nm波段紫外光，

3、其最高的吸收峰接近260nm。實驗室利用核酸對紫外線的吸收情況測定DNA和RNA的純度。對待測樣品可用紫外分光光度計讀出260nm與280nm的OD值，從OD260OD280 的比值即可判斷樣品的純度。純的DNA是1.8，純的RNA是2.0。124核酸的變性和復性：高溫、酸、堿以及某些變性劑(如尿素)能破壞核酸中的氫鍵，使有規律的螺旋型雙鏈結構變成單鏈的，稱為核酸的變性。變性后，核酸的紫外吸收值急劇增加，生物活性喪失等變化。通常把熱變性溫度，即加熱使溶液中DNA分子的50成為單鏈時，所需溫度稱為“熔點”符號：Tm 。G-C堿基對含量越多的DNA,其Tm值越高。DNA水溶液加熱變性時，如果緩慢冷

4、卻（退火），則兩條鏈可能發生特異的重組合而恢復成雙螺旋。稱為“復性”。 125DNA的復制1）復制的過程：DNA的復制都有固定起點。DNA聚合酶都只能延長已存在的DNA鏈，而不能從頭合成，所以DNA復制時，先由RNA聚合酶在DNA模板上合成一段RNA引物，再由DNA聚合酶從RNA引物3端開始合成新的DNA鏈。DNA鏈的合成方向為53。由于DNA雙螺旋的兩條鏈是反向平行的，因此在復制叉附近解開的DNA鏈一條是53,另一條是35，所以DNA復制時，一條新鏈可以連續地按53方向合成，稱為“前導鏈”；另一條鏈的合成則是不連續的，即先按53方向合成若干片斷(岡崎片斷)，再通過DNA連接酶將兩個岡崎片斷連

5、接起來，形成另一條鏈(滯后鏈)。2）真核生物和原核生物的DNA復制有差異：真核生物每個DNA上有多處復制起始點，而原核生物只有一個起始點；真核生物的染色體在全部完成復制之前，各個起始點上DNA的復制不能再開始，而在快速生長的原核生物中，復制起始點上可以連續開始新的DNA復制，表現為雖然只有一個復制單元，但可以有多個復制叉。125基因的表達與調控1）基因表達的調控序列原核生物基因的調控序列主要有啟動子和終止子。所有原核生物基因的啟動子都存在兩段共同的序列，即位于-10bp處TATA區及35bp處的TTGACA區。這兩個區是RNA聚合酶與啟動子的結合位點，并具有很高的親和力。強啟動子-10bp與-

6、35bp區之間的間隔為17±1bp，增大或減小能明顯影響啟動子強度。終止子位于編碼區下游緊靠轉錄終點的位置，能阻礙RNA聚合酶的移動，使其從DNA膜板鏈上脫離下來。5增強子CAAT框TATA框轉錄起始點外顯子1外顯子2外顯子3AATAAA轉錄終止點回文順序3內含子1內含子2真核生物的基因結構示意圖真核生物基因調控序列：位于轉錄起始點上游-25-30bp處的共同序列TATAAAAG，也稱為TATA區。它是RNA聚合酶的重要接觸點。在起始位點上游70-78bp處還有另一段共同序列CCAAT，這是與原核生物中35bp處的TTGACA相對應的序列，稱為CAAT區（CAAT box）。它是RN

7、A聚合酶的另一個結合點。在轉錄起始上游約200bp處的兩段72bp長的重復序列，它不是啟動子的一部分，但能增強或促進轉錄的起始，這段序列稱為增強子或強化子。3端終止密碼的下游有一個核苷酸序列為AATAAA，這一序列對mRNA的加尾（mRNA尾部添加多聚A）有重要作用，這個序列的下游是一個反向重復序列。AATAAA序列和它下游的反向重復序列共同組成終止子，是轉錄終止的信號。2）真核生物轉錄產物的“加工”原核生物mRNA不需要加工，它在合成尚未完成時已開始在蛋白質生物合成系統中發揮作用。真核生物mRNA前體要進行加工處理，主要包括4個過程：在mRNA前體的5端加上一個7-甲基鳥苷作為帽子。mRNA

8、的加帽可以促進mRNA與核糖體的結合，而延長mRNA的壽命。在mRNA前體的3端加上一條具有150200個腺苷酸的序列，稱為多聚（A）（polyA）。它與mRNA順利進入細胞質有關。在mRNA帽子的5末端，一般有23個核苷酸被甲基化。將初級RNA轉錄物中的內含子轉錄部分切除，然后將由外顯子轉錄部分區段連接起來。mRNA的加工在細胞核內進行，加工完成后形成成熟的mRNA后才離開細胞核進入細胞質。tRNA、rRNA的前體也需要加工，如有些tRNA加工時需要添加3端的CCA三核苷酸序列，它是tRNA與氨基酸的結合部位。3）翻譯（蛋白質的生物合成）蛋白質的合成分5個階段：氨基酸的激活；肽鏈合成的啟動；

9、肽鏈的延長；肽鏈合成的終止和釋放；肽鏈的折疊和加工處理。氨基酸的激活：在氨酰-tRNA合成酶的作用下氨基酸被激活且轉移到tRNA分子上形成氨酰-tRNA。肽鏈合成的啟動：核糖體的小亞基首先與mRNA結合，再與tRNA結合，最后再與核糖體大亞基結合形成具有起始功能的核糖體即起始復合物。肽鏈的延長：核糖體沿著mRNA按53方向移動逐漸使肽鏈延長，可分成4個步驟進位（新的氨酰-tRNA進入核糖體的A部位）；轉肽（新的氨基酸與原來的肽鏈形成新的肽鍵）；脫落（轉肽后，P部位上的tRNA脫落）；移位（核糖體移動的同時，原處于A部位帶有肽鏈的tRNA隨即轉到P部位）這四個步驟一再重復，直至肽鏈延長到必需的長

10、度。肽鏈合成的終止和釋放：當核糖體移到終止密碼子時，P部位上的轉肽酶的作用轉變成水解作用，并將tRNA與多肽鏈之間的酯鍵水解釋放出新生多肽鏈。一旦tRNA脫落，核糖體也從mRNA上脫落，解離為大、小兩個核糖體亞基。肽鏈的折疊和加工處理：水解脫去N端的甲酰基，再切去一個或多個N端的氨基酸；將N端的信號肽（分泌性蛋白質具有）除去；mRNA中沒有胱氨酸的密碼子，二硫鍵是通過兩個半胱氨酸的硫氫基氧化形成的；在專一性的蛋白酶水解去掉部分肽段；由多個肽鏈及其它輔助成分（如脂類、核酸、血紅素等）構成蛋白質。蛋白質合成所需的能量：每一分子氨酰-tRNA的形成需要兩個高能磷酸基團（1個ATP提供）。在延長過程中

11、有一分子GTP水解成GDP。在移動過程中又有一分子GTP水解，因此完整多肽鏈中酶形成一個肽鍵至少需要4個高能鍵。2典型例題精析甲 乙【例1】流式細胞器是一種復雜的儀器，用以確定懸浮態細胞中的DNA含量。當正常（非腫瘤）的哺乳動物細胞用這種方法測定時，DNA含量在整個細胞群體中的分布如右圖甲所示(橫坐標表示某細胞的DNA含量，縱坐標是具有某DNA含量的細胞數)。當用某種化合物處理該細胞培養幾小時后，DNA含量的分布如乙所示。該化合物起什么作用？ 第8屆IBO （ ）A抑制DNA復制的起始 B在任何階段都抑制DNA復制 C抑制細胞質分裂D刺激不受控制的DNA復制 E刺激不受控制的細胞分裂【分析】某

12、化合物處理前（圖甲），DNA含量低的細胞占絕大多數，而用某化合物處理后（圖乙）,細胞群體中DNA含量高的占絕大多數，也就是說某化合物的作用結果是將DNA含量低的細胞轉變成了DNA含量高的細胞，即細胞能完成DNA的復制，但不能完成一分為二的過程。這說明該化合物不是抑制DNA復制，而是抑制了細胞質的分裂。 故答案：C【例2】在真核細胞中，氨基酸參入肽鏈的第一步反應需要下列何種作用？ （ ）A.甲酰甲硫氨酰tRNA結合在核糖體上 B.核糖體30s亞基結合在50s亞基上C.mRNA結合在核糖體30s亞基上 D.氨基酰tRNA合成酶參與 E.起始因子【分析】氨基酸參入多肽鏈的第一步被稱為活化步驟，是由氨

13、基酰tRNA合成酶催化的。這步反應包括在消耗ATP時，氨基酸與其專一tRNA之間的酯化作用。反應中生成的焦磷酸迅速為焦磷酸酶水解，從而保證了此反應的迅速完成。其他步驟還包括起始（涉及mRNA和第一個氨基酰tRNA結合在核糖體30s亞基上）、延伸（在該步驟中多肽鏈通過添加另一氨酰tRNA而延長）和終止（使多肽鏈從核糖體上釋放，這是由mRNA上專門的終止密碼控制的）。故答案：D3適應性例題訓練多核糖體可能在細胞質中自由存在，或者附著于內質網上，哪一種因素決定mRNA分子在“自由”和“固著”的多核糖體上轉譯 （ ）A取決于這種mRNA密碼決定的多肽中的氨基酸順序B如果這種mRNA具有一種多聚腺苷酸尾端，它將被轉譯到固著的多核糖體上，如果它沒有尾端，它將被轉譯到自由的多核糖體上C如果mRNA有5帽，它將被轉譯到固著的多核糖體上，如果它沒有帽，它將被轉譯到自由的多核糖體上D如果那些mRNA短于1000核苷酸殘基時，會被轉譯到自由多核糖體上；而長于1000核苷酸殘基時，會被轉譯到固著多核糖體上。E事實上與細胞類型有關，在一些細胞中mRNA主要轉譯到自由多核糖體上；在另一些細胞中主要轉譯到固