高三生物一轮复习教案（31） 遗传的物质基础（二） 新人教版

脱氧核糖核酸组成（英文DeoxyriboNucleic Acid缩写為DNA）是生物细胞内含有的四种生物大分子之一核酸的一种。

是有效遗传的DNA片段

引导生物发育与生命机能运作

脱氧核糖核酸组成（DNA）是生物细胞内携带有合成

的一种核酸，是生物体发育和正常运作必不可少的生物大分子

DNA中的核苷酸中碱基的排列顺序构成了

过程形成RNA然后其中的mRNA通过

产生多肽，形成蛋白质

在细胞分裂之前，DNA复制过程复制了遗传信息这避免了在不同细胞世代之间的转变中遗传信息的丢失。 在真核生物中DNA存在于细胞核内称为

的结构中。在没有细胞核的其它生物中DNA要么存在于染色体中偠么存在于其它组织（细菌有单环双链DNA分子，而病毒有DNA或RNA基因组）在染色体中，染色质蛋白如组蛋白、共存蛋白和凝聚蛋白将DNA在一个有序的结构中这些结构指导遗传密码和负责转录的蛋白质之间的相互作用，有助于控制基因的转录

DNA最初是由瑞士生物化学家弗里德里希·米歇尔（Friedrich Miescher）1869年从手术绷带的脓液中分离出来的，由于这种微观物质位于细胞核中当时被称为核蛋白(nuclein)

。Levene提出DNA由一条通过磷酸盐结合在一起的核苷酸组成他确信DNA长链较短，且其中的碱基是以固定顺序重复排列

1937年，William Astbury展示了第一个X射线衍射研究的结果表明DNA具有极其规则的結构

1928年，1928年美国科学家

（）在实验中发现，平滑型的肺炎球菌能转变成为粗糙型的同种细菌

。 该系统在没有提供任何物质引起变化的證据的同时表明某些物质可以将遗传信息从死亡细菌的遗体传递给生物。1943年

等人的试验证明DNA是这一转变现象背后的原因

1944年Erwin Schr?dinger鉴于量子粅理学少数原子的系统具有无序行为理论，断言遗传物质必须由大的非重复分子构成方足以维持遗传信息的稳定

1953年由Alfred Hershey和Martha Chase通过另一个经典實验得到证实DNA在遗传中的作用最终在，该实验表明噬菌体T2的遗传物质实际上是DNA而蛋白质则是由 DNA的指令合成的

提出了DNA双螺旋结构的分子模型

1958年，马修·梅瑟生与富兰克林·史达在梅瑟生-史达实验中，确认了DNA的复制机制

后来克里克团队的研究显示，遗传密码是由三个碱基以鈈重复的方式所组成称为

DNA是由重复的核苷酸单元组成的长聚合物，链宽2.2到2.6纳米每个核苷酸单体长度为0.33纳米。尽管每个单体占据相当小嘚空间但DNA聚合物的长度可以非常长，因为每个链可以有数百万个核苷酸例如，最大的人类染色体（1号染色体）含有近2.5亿个碱基对

链沿着中心轴以相反方向相互缠绕在一起，很像一座螺旋形的楼梯两侧扶手是两条多核苷酸链的糖一磷基因交替结合的骨架，而踏板僦是碱基DAN双螺旋是右旋螺旋。不同磷酸盐基团之间的凹槽仍然暴露在外主沟宽2.2纳米，而小沟宽1.2纳米两个凹槽的不同宽度决定了蛋白質对不同碱基的可接触性，这取决于碱基是在主沟还是小沟中与DNA的蛋白质，如转录因子通常与处在大沟中的碱基接触。

DNA是高分子聚合粅其溶液为高分子溶液，具有很高的粘度可被

染成绿色。DNA对紫外线（260nm）有吸收作用利用这一特性，可以对DNA进行含量测定当核酸变性时，吸光度升高称为

；当变性核酸重新复性时，吸光度又会恢复到原来的水平较高温度、有机溶剂、酸碱试剂、尿素、酰胺等都可鉯引起DNA分子变性，即DNA双链碱基间的氢键断裂双螺旋结构解开—也称为DNA的解螺旋。

（single－stranded DNA）大部分DNA以双螺旋结构存在但一经热或碱处理就会变为单链状态。单链DNA就是指以这种状态存在的DNA单链DNA在分子流体力学性质、

、碱基反应性质等方面都和双链DNA不同。某些

粒子内含有单链环状的DNA这样的噬菌体DNA在细胞内增殖时则形成双链DNA。

的双链各自闭合结果使整个DNA分子进一步旋曲而形成

。另外如果一条或二条链的不同部位上产生一个断口就会成为无旋曲的开环DNA分子。从细胞中提取出来的质粒或病毒DNA都含有閉环和

这二种分子可根据两者与色素结合能力的不同，而将两者分离开来

垃圾DNA（Junk DNA）是指生物体内不翻译成蛋白質的DNA，过去多认为它们无用所以称为垃圾DNA

。后来科学家发现垃圾DNA中包含有重要的调节机制，从而能够控制基础的生物化学反应和发育進程这将帮助生物进化出更为复杂的机体。生物越复杂垃圾DNA似乎就越重要。

中遗传信息存储在称为基因的DNA序列中，这个遗传信息的傳递由互补的含氮碱基序列的存在得到保证事实上，在转录过程中遗传信息可以很容易地被转录到互补的RNA链中（mRNA）。mRNA通过

合成蛋白质或者，细胞可以通过称为

的过程简单地复制遗传信息

真核生物基因组DNA位于细胞核内，线粒体和叶绿体内吔有DNA原核生物DNA被包裹在细胞质中不含细胞膜的不规则细胞器类核中

。 遗传信息包含在基因中基因是能够影响生物体表型的遗传单位。烸个基因含有开放阅读框（能够转录成RNA的区域）和由启动子和增强子组成的调节区 在许多物种中，只有一小部分基因组序列可以被转录囷翻译例如，人类基因组中只有1.5%序列含有编码蛋白质的外显子超过50%的人类基因组由重复的非编码DNA序列组成

。在任何情况下不编码蛋皛质的DNA序列也可以转录成非编码RNA，参与基因表达的调控

一些非编码序列是对染色体的结构组成部分。

区域通常含有非常少的基因但对於染色体的功能和稳定性是必需的

基因是含有能够影响生物体表型特征的遗传信息的DNA序列。基因内的DNA碱基序列作为

可以合成RNA分子在大多数情况下，RNA分子被

成多肽最终称为蛋白质。 将基因的核苷酸序列复制到RNA链中的过程称为

催化发生 RNA链有不哃的命运：一些RNA分子实际上具有结构（例如在核糖体内发现的那些

）功能；绝大多数RNA经历成熟过程产生mRNA，被翻译成蛋白质 翻译过程发生茬细胞质中，其中mRNA与核糖体结合并由

介导。核糖体允许顺序读取mRNA密码子有利于它们识别和与特定

相互作用，这些tRNA携带对应于每个单个密码子的

是一组规则将DNA或RNA序列以三个核苷酸为一组的密码子转译为蛋白质的氨基酸序列，以用于蛋白质合成密码子由mRNA上的三个核苷酸（例如ACU，CAGUUU）的序列组成，每三个核苷酸与特定氨基酸相关例如，三个重复的胸腺嘧啶（UUU）编码苯丙氨酸使用三个字母，可以拥有多達64种不同的组合由于有64种可能的

和仅20种氨基酸，因此认为遗传密码是多余的（或简并的）：一些氨基酸确实可以由几种不同的三联体编碼但每个三联体将对应于单个氨基酸。最后有三个三联体不编码任何氨基酸，它们代表停止（或无意义）密码子分别是UAA，UGA和UAG

是指DNA双链在细胞分裂以前进行的复制过程，复制的结果是一条双链变成两条一样的双链（如果复制过程正常的话）每條双链都与原来的双链一样。这个过程是通过名为半保留复制的机制来得以顺利完成的复制可以分为以下几个阶段：

DNA片段的生成：在引粅提供了3'-OH末端的基础上DNA聚合酶催化DNA的两条链同时进行复制过程，由于复制过程只能由5'->3'方向合成因此一条链能够连续合成，另一条链分段合成其中每一段短链成为

所有DNA功能都取决于其与特定蛋白质的相互作用。这些相互作用可以是非特异性的吔可以是极其特异性的。还有许多可以结合DNA的酶其中，在DNA转录和复制中复制DNA序列的聚合酶特别重要

结构疍白可与DNA结合是非专一性DNA-

的常见例子。染色体中的结构蛋白与DNA组合成复合物使DNA组织成紧密结实的

来说，染色质是由脱DNA与一种称为组织疍白的小型

所组合而成；而原核生物体内的此种结构则掺杂了多种类型的蛋白质。

DNA可在组织蛋白的表面上附着并缠绕整整两圈以形成┅种称为

的盘状复合物。组织蛋白里的碱性残基与DNA的酸性糖磷酸骨架之间可形成离子键，使两者发生非专一性交互作用也使复合物中嘚碱基序列相互分离。

与乙酰化等这些化学作用可使DNA与组织蛋白之间的作用强度发生变化，进而使DNA与

接触的难易度改变影响转录作用嘚

。其他位于染色体内的非专一性DNA结合蛋白还包括一种能优先与DNA结合，并使其扭曲的高移动性群蛋白这

的排列方式，产生更复杂的染銫质结构

DNA结合蛋白中有一种专门与单链DNA结合的类型，称为单链DNA结合蛋白人类的复制蛋白A是此类蛋白中获得较多研究的成员，作用于多數与解开双螺旋有关的过程包括DNA复制、重组以及

。这类结合蛋白可固定单链DNA使其变得较为稳定，以避免形成茎环（stem-loop）或是因为

相对洏言，其他的蛋白质则只能与特定的DNA序列进行专一性结合大多数关于此类蛋白质的研究集中于各种可调控转录作用的

中的每一种，都能與特定的DNA序列结合进而活化或抑制位于

作用。转录因子有两种作用方式第一种可以直接或经由其他中介蛋白质的作用，而与负责转录嘚RNA

结合再使聚合酶与启动子结合，并开启转录作用第二种则与专门修饰组织蛋白的酵素结合于启动子上，使DNA模板与聚合酶发生接触的難度改变

由于目标DNA可能散布在生物体中的整个

中，因此改变一种转录因子的活性可能会影响许多基因的运作这些转录因子也因此经常荿为信号传递过程中的作用目标，也就是作为细胞反映环境改变或是进行分化和发育时的媒介。具专一性的转录因子会与DNA发生交互作用使DNA碱基的周围产生许多接触点，让其他蛋白质得以“读取”这些DNA序列多数的碱基交互作用发生在大凹槽，也就是最容易从外界接触碱基的部位

是能够切割DNA链的酶，因为它们催化磷酸二酯键的水解从位于DNA链末端的核苷酸开始水解DNA的核酸酶称为

。另一方面直接切入DNA链嘚那些是

。分子生物学中使用最广泛的核酸酶称为

，以切割特定序列的DNA在自然界中，这种酶通过在进入细菌细胞时消化噬菌体DNA来保护細菌免受噬菌体感染通常，限制性核酸酶识别特定的

核苷酸序列称为限制性位点。这些酶广泛用于涉及在载体内亚克隆DNA的技术中

DNA连接酶：是能够使用来自ATP或NAD的化学能将先前切割或断裂的DNA链聚集在一起的酶。连接酶在DNA

复制中特别重要因为它们将冈崎碎片组合成DNA链。连接酶在DNA修复和基因重组中也发挥重要作用

拓扑异构酶和解旋酶： 拓扑异构酶是具有活性核酸酶和连接酶的酶。这些酶能够改变DNA的拓扑特性它们中的一些通过切割DNA螺旋并允许其旋转，降低其超螺旋程度然后通过连接酶将两端连接。另一方面其它拓扑异构酶能够在连接斷裂的DNA链之前，切断螺旋并允许第二个螺旋通过断裂部位。拓扑异构酶是许多涉及DNA的过程所必需的例如DNA复制和转录

中存在的化学能的疍白质，尤其是ATP以破坏核碱基之间形成的氢键，从而允许DNA的双螺旋打开成单链

合成多核苷酸链的酶。它们通过向链上存在的先前核苷酸的3'-OH添加核苷酸起作用因此，所有聚合酶都以5' - 3'方向起作用DNA复制需要DNA依赖的DNA聚合酶，实现DNA序列的完美拷贝有些DNA聚合酶具有校对功能，能够检测含氮碱基之间的错配错误并激活3'或5'外切核酸酶作用以去除不正确的碱基

在大多数生物体中，DNA聚合酶在称为replisoma的较大蛋白质复合物Φ起作用该复合体由许多酶例如解旋酶组成

。 RNA依赖的DNA聚合酶是使用RNA片段作为模板合成DNA的特殊类聚合酶包括

（一种参与逆转录病毒感染嘚病毒酶）和

（它是端粒复制所必需的）

。 与DNA依赖性DNA聚合酶一样这些RNA依赖的DNA聚合酶也在由辅助分子和调节分子组成的广泛蛋白质复合物Φ起作用

通常从血液、皮肤、唾液、头发和其它组织和体液中分离DNA，以识别罪犯或犯罪行为常用的遗传指纹识别。该技术比较重复DNA的可變区段的长度例如短串联重复序列和小卫星，它们在个体之间有不同因此，检查中的两个DNA样品之间的比较不是基于对整个DNA序列的分析而是仅基于这些重复序列部分。事实上两个没有血缘关系的个体间99.9%的DNA序列是相同的。这种方法通常非常可靠但犯罪现场被其他人的DNA汙染时，对罪犯的识别会很复杂

这种方法由英国遗传学家Sir Alec Jeffreys于1984年开发。遗传指纹识别也可用于识别群体性事件的受害者 未经同意采集DNA的荇为称为基因盗窃。

是指人工构建和组装的DNA片段它们可以以质粒的形式或通过其它类型的载体整合插入到生物体中。由此产生的生物被稱为

可用于生产重组蛋白，用于生物医学研究

 脱氧核糖核酸组成 维基百科,自由嘚百科全书 (重定向自DNA) 跳转到：导航,搜索 DNA复制脱氧核糖核酸组成（DNA,为英文Deoxyribonucleic acid的缩写）,又称去氧核糖核酸,是染色体的主要化学成分,同时也是组成基因的材料.有时被称为“遗传微粒”,因为在繁殖过程中,父代把它们自己DNA的一部分复制传递到子代中,从而完成性状的传播. 事实上,原核细胞（無细胞核）的DNA...

 脱氧核糖核酸组成 维基百科,自由的百科全书 (重定向自DNA) 跳转到：导航,搜索 DNA复制脱氧核糖核酸组成（DNA,为英文Deoxyribonucleic acid的缩写）,又称去氧核糖核酸,是染色体的主要化学成分,同时也是组成基因的材料.有时被称为“遗传微粒”,因为在繁殖过程中,父代把它们自己DNA的一部分复制传递到孓代中,从而完成性状的传播. 事实上,原核细胞（无细胞核）的DNA存在于细胞质中,而真核生物的DNA存在于细胞核中,DNA片断并不像人们通常想像的那样,昰单链的分子.严格的说,