DNA复制与基因表达

DNA Replication & Gene Expression

DNA以半保留方式复制，每个分子保留一条原链和一条新链。聚合酶只能从5'向3'合成，所以前导链连续合成，滞后链以冈崎片段不连续合成。梅塞尔森–斯塔尔实验证明了半保留复制，遗传信息从DNA经mRNA流向蛋白质。用滑块改变复制进度与世代，观察复制叉和离心条带。

为什么精确复制如此重要?

💡 比喻:抄写30亿字的书一字不错

①人类DNA ≈ 30亿碱基对

②每次细胞分裂都要复制全部

③错误率:约10亿分之1 — 惊人的精确度

④半保留复制:原链1条+新链1条 → 2份DNA

⑤原链作为"模板" → 互补碱基配对(A-T、G-C)

复制叉 — 前导链与后随链

复制进度5

复制核心酶

解旋酶 → 引物(引物酶)→ DNA聚合酶 → 连接酶

解开 → 标记起点 → 合成 → 连接片段

🔍 前导链 vs 后随链

①DNA聚合酶只能5'→3'方向合成

②前导链:与复制叉同向 → 连续合成

③后随链:反向 → 不连续(冈崎片段)

④冈崎片段由DNA连接酶连接

⑤引物(RNA)标记起点 → 之后被DNA替换

梅塞尔森-斯塔尔实验 — 证明半保留复制

世代(0=P、1=F₁、2=F₂)1

💡 实验解读

①P:仅¹⁵N(重)DNA → 仅重带

②F₁:所有DNA为¹⁵N-¹⁴N → 仅中间带

③F₂:¹⁵N-¹⁴N(中)+ ¹⁴N-¹⁴N(轻)→ 两条带

④此结果只能由半保留复制解释

⑤保留或分散复制会显示不同模式

基因表达 — 中心法则

中心法则

DNA → (转录) → mRNA → (翻译) → 蛋白质

遗传信息的流向:DNA → RNA → 蛋白质

📐 转录与翻译的关键区别

①转录:DNA → mRNA | RNA聚合酶 | 核内

②翻译:mRNA → 蛋白 | 核糖体 | 胞质

③1个密码子(3碱基)= 1个氨基酸

④起始密码子:AUG(蛋氨酸)

⑤终止密码子:UAA、UAG、UGA(无氨基酸)

例题与真题检验

例题 1

某双链DNA中腺嘌呤(A)占全部碱基的30%。该DNA中鸟嘌呤(G)的比例是多少?

双链DNA中A与T、G与C按1:1配对(A=T，G=C)。

A为30%则T也为30%，合计60%；其余40%由G和C平分，故G = 20%。

▸ 20%

互补配对(A-T、G-C)使A=T、G=C成立(查戈夫法则)。四种碱基之和为100%。

例题 2

只用¹⁵N(重氮)培养的大肠杆菌移入¹⁴N培养基，只分裂一次(F₁)。离心后DNA出现的条带是?

半保留复制中，每个子代DNA由1条¹⁵N链和1条新合成的¹⁴N链组成。

因此所有DNA都成为¹⁵N-¹⁴N(中等重量)，只出现一条中间条带。

▸ 一条中间(¹⁵N-¹⁴N)条带

F₁只出现中间条带是半保留复制的关键证据。F₂会分成中间条带和轻条带两条。

模拟考类型

关于DNA复制与基因表达的说法，正确的是?

①DNA复制以全保留方式进行

②后随链以冈崎片段的形式不连续合成

③转录在核糖体上进行

④翻译的终止密码子编码甲硫氨酸

⑤梅塞尔森-斯塔尔实验证明了全保留复制

▸ ② 后随链以冈崎片段的形式不连续合成

后随链与复制叉方向相反，因此先合成短的冈崎片段，再由连接酶连接。

复制为半保留(①·⑤)，转录由RNA聚合酶在细胞核内完成、翻译在核糖体上进行(③)，终止密码子不编码任何氨基酸(④)。

总结

DNA复制

半保留复制:原链+新链

解旋酶 → 引物酶 → DNA聚合酶(5'→3')→ 连接酶

🎯 考试要点

①半保留复制:梅塞尔森-斯塔尔实验证明

②DNA聚合酶:仅5'→3'合成

③前导(连续) vs 后随(冈崎片段、不连续)

④转录:DNA → mRNA(模板链3'→5'读取、mRNA是5'→3')

⑤翻译:密码子-反密码子结合 → 氨基酸连接 | AUG起始、UAA/UAG/UGA终止