第一节  遗传的物质基础

【知识概要】

一、染色体是遗传物质的主要载体

1．染色体的化学成分

染色体的主要成分为DNA和组蛋白，两者含量比率相近，此外，还有少量非组蛋白和RNA。组蛋白为含赖氨酸和精氨酸比较多的碱性蛋白质，带正电荷。其功能是参与维持染色体结构，有阻碍NDA转录RNA的能力。非组蛋白为含天门冬氨酸、谷氨酸等酸性蛋白质，带负电荷。非组蛋白的特点是：既有多样性又有专一性，含有组蛋白所没有的色氨酸。非组蛋白的功能是DNA复制、RNA转录活动的调控因子。

2．染色体的结构

核体→螺线管→超螺线管→染色单体。从舒展的DNA双螺旋经四级折叠，压缩到最短的中期时，DNA分子缩短约5000～10000倍。

二、DNA是主要的遗传物质

l．噬菌体侵染细菌实验证实DNA是遗传物质

实验步骤如下：

2．肺炎双球菌的转化实验证实DNA是遗传物质

3．烟草花叶病毒（CMV）的重建说明CMV是不具DNA的病毒，RNA是遗传物质

三、DNA的结构和功能

1．DNA的结构

DNA是四种脱氧核苷酸的多聚体，见下图：

DNA的一级结构

DNA的主干由磷酸和脱氧核糖交互组成，磷酸和糖由3’、5’一磷酸二酯键联结在一起。碱基接在每一脱氧核糖的1’碳上

其结构要点如下：

（1）两条DNA链反向平行，一条走向是5’→3’，另一条走向是3’→5’，两条互补链相互缠绕，形成双螺旋状。

（2）碱基配对不是随机的。腺嘌呤（A）通过两个氢键与胸腺嘧啶（T）配对，鸟嘌呤（G）通过三个氢键与胞嘧啶（C）配对（见右图）。GC对丰富的DNA比AT对丰富的DNA更为稳定。

（3）DNA的双螺旋结构中，碱基顺序没有限制性，但是碱基对的顺序却为一种DNA分子提供了它性质上的特异性。

（4）双链DNA具有不同的构型，其中3种具有生物学上重要性。

①B—DNA：右旋，正常生理状态下的常见形式。②A－DNA：右旋，脱水状态下的常见形式。③Z—DNA：左旋，这种结构可能与真核生物中基因活性有关。

2．DNA的功能

（1）DNA的复制  凡有增殖能力的细胞，DNA复制是在间期细胞核的S期完成的。DNA的复制为半保留复制，DNA复制是从复制子起点开始的。DNA复制时，由于 DNA合成的方向是 5’→3’，所以一条长链是连续合成，另一条为不连续合成，先合成冈崎片段，去引物质再由DNA连接酶连成一条长链。总的来看，DNA是半不连续复制。复制从复制子起点开始，沿两个方向进行，当两个复制手的复制叉相接时，即相连在一起，当许多复制子的复制又相连时，两条新合成的链同各自的模板链相连形成两个相同的DNA分子。

高等生物的染色体是多复制子，原核生物则是单复制子。另外，噬菌体和质粒的环状DNA大都是随复制又同时向两侧移动方式复制。

（2）基因的表达  包括转录和翻译两个过程，在原核生物中这两个过程同时进行，在真核生物中是在不同时间、不同地点进行的。

①转录  转录是以DNA分子的一条链为模板，合成RNA的过程，合成方向也为5’→3’，转录不是沿DNA分子全长进行，是以包括一个成多个基因区段为单位进行合成。

原核细胞tRNA、mRNA、rRNA由一种RNA酶催化合成。而真核细胞具有三种聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，其中Ⅰ催化rRNA的合成，Ⅱ催化mRNA合成，Ⅲ催化tRNA的合成。

合成出的m RNA前体需经过戴帽、加尾、甲基化和剪接等加工程序，最后才成为成熟的mRNA。

②翻译它是以m RNA分子为模板，按5’→3’的方向在核糖体上合成蛋白质的过程。蛋白质合成是从N→C端。遗传密码在mRNA上，每三个相邻的碱基形成一个密码子，方向为5’→3’，四种碱基可组合形成64种密码，其中有两种起始密码，三种终止密码，密码子的特点是不重叠性、无标点符号、简并性、终止密码和起始密码、通用性。

反密码子是t RNA反密码环中的三个相邻碱基，阅读方向为3’→5’。然而，反密码子5’端的一个碱基并不一定与密码于3’端的一个碱基互补（摆动学说），因此，t RNA的反密码子按一定规则与m RNA密码子互补配对，从而把某密码子转译为相同或不同的氨基酸。

氨基酸在酶的催化下通过酯键连在t RNA3’末端的CCA中的A残基上。（其C’C’A是酶的作用加上去的）

四、基因的概念和结构

1．基因的概念

基因一词是1909年约翰逊提出的代替“遗传因子”的词。基因是有遗传效应的DNA分子片段，是控制性状的遗传物质的功能单位。遗传效应是指基因具有复制、转录、翻译、重组和突变以及调控等功能。

2．基因的结构。

在原核生物中，DNA分子中约1000个碱基对相当于一个基因，这些基因连续编码。真核生物中的情况复杂的多。如哺乳动物的基因长度平均约为5000～8000个碱基对，然而，高等真核生物的结构基因多为断裂基因。一个断裂基因含有几个编码顺序，叫外显子，被一个个不编码的间隔顺序隔开，这些间隔顺序叫内含子。不同的结构基因结构复杂程度不同，每一个断裂基因在其第一个和第末个外显子的外侧，都有一非编码区，并连接着一些调控顺序。基因种类如下：

①编码蛋白质的基因  包括结构基因和调节基因。

②没有转译产物的基因  如rRNA基因和tRNA基因。

 ③不能转录的DNA片段  如操纵基因。

【解题指导】

例1 用下列哪种情况的肺炎球菌感染健康小鼠会使之生病和死亡？    

A  加热杀死的

B  活的，但缺乏多糖荚膜

C  加热杀死的肺炎球菌和缺乏细胞荚膜的肺炎球菌的混合物

D  既缺乏多糖又加热杀死的

析 A不对，因为加热杀死的肺炎球菌不会感染小鼠引起致病而死亡。B不对，无荚膜的肺炎球菌无致病性。C正确，当将加热杀死的肺炎球菌和活的无荚膜肺炎球菌相混合时，活的无荚膜肺炎球菌因吸收加热杀死有荚膜肺炎球菌的DNA，从而转化为有荚膜活的肺炎球菌，此菌具有致病性，当它感染小鼠时，则会引起小鼠致病死亡。D不对，无多糖荚膜的肺炎球菌本来就无致病性，再将它加热杀死后更不会感染小鼠。所以答案选C。

例2 一条多肽链中有49个肽键，那么，控制合成该肽链的基因片段中至少有碱基数为    

A  49个    B  98个    C  150个   D  300个

析 两个氨基酸缩合成二肽，含有三个肽键，一条含49个肽键的多肽键应由50个氨基酸组成。转译多肽链的直接模板为mRNA，mRNA上三个相邻碱基决定一个氨基酸，故作为合成该肽链的mRNA分子至少有50×3＝150个碱基。由于转录mRNA的模板是DNA分子（基因）中的一条链来进行的，故用来转录含有150个碱基的mRNA的DNA片段至少应有150×2＝300个碱基。所以答案D正确。

例3 下图代表一个学生关于发生在动物细胞中的DNA合成的观点。箭头表示新合成的DNA。对此图的正确评价是    

A  正确

B  不正确，因为动物细胞中DNA的合成是单方向的

C  不正确，因为DNA合成是沿3’→5’方向进行

D  不正确，因为在两条链上DNA的合成都是沿错误方向进行的

析  A正确。基因组中能独立进行复制的单位称复制子，每个复制子都含有一个控制复制起始的起点。上图是一个复制单位进行双向，对称复制的图解。大多数生物染色体DNA的复制都是双向对称的。B不对：动物细胞中DNA合成也是双向的。C不对：DNA合成是在DNA聚合酶催化下沿5’→3’方向进行，至今尚未发现催化沿3’→5’方向进行合成的聚合酶。D不对：图中两条链上DNA的合成方向均沿5’→3’方向是正确的。所以答案选A。

【巩固练习】

 1．DNA在染色体内压缩程度为     

A  500～1000倍     B  2000～4000倍

C  4000～6000倍    D  5000～10000倍

2．在双链DNA分子中，每条多核苷酸链中连接两个相邻的脱氧核苷酸之间的键是
    

A  肽键    B  氢键    C  磷酸二酯酸    D  高能磷酸键

3．维持双链DNA结构的稳定性是靠    

①氢键  ②疏水作用力  ③范德华力

A  只有①    B  只有①、②    C  只有②、③    D  ①、②、③

4．关于对DNA分子叙述中，正确的是     

A  DNA的两条键是极性相同，正向平行的

B  DNA的两条链是极性相同，反向平行的

C  DNA的两条链是极性不同，反向平行的

D  DNA的两条链是极性不同，正向平行的

5．假设在一个DNA分子的片段中，含有G240个，占全部碱基总数的24％，在此 DNA片段中，T的数目和所占百分比分别是     

A  260，26％    B  240，24％    C  480，48％    D  760，76％

6．已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的35.8％，其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的32. 9％和17.l％。则在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的     

A  32.9％和17.l％    B  31.3％和18.7％

C  18.7％和31.3％    D  17.l％和32.9％

7．已知某mRNA有90个碱基，其中A＋G占40％，则转录成mRNA的一段DNA分子应有嘧啶    

A  28个    B  42个    C  56个    D  90个

8．在双链DNA分子中，有腺嘌呤P个，占全部碱基的比例为N/M（M>2N），则该DNA分子中鸟嘌呤的个数为    

A  PM/N－P    B  PM/2N－P    C  PM/2N     D  P

9．一个动物体内某种酶由150个氨基酸组成，控制这个酶合成的基因中核苷酸的个数至少是    

A  300个    B  450个    C  600个    D  900个

10．具有100个碱基对的一个DNA分子区段，内含40个T，如果连续复制两次，则需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸      

A  60个    B  80个    C  120个    D  180个

11．DNA分子复制时，缺少下列哪种酶，“冈崎片段”不能合成？

A  DNA聚合酶Ⅰ   B  DNA聚合酶Ⅱ   C  DNA聚合酶Ⅲ    D  RNA聚合酶Ⅱ

12．DNA复制的叙述中，错误的是    

A  DNA的复制通常为半保留复制

B  DNA复制方向是按5’→3’方向合成子链

C  “冈崎片段”合成后需DNA聚合酶Ⅰ和连接酶参与

D  真核生物DNA上只有一个复制起始点

13．关于转录的叙述中，错误的是     

A  RNA聚合酶Ⅱ在核质中催化转录m RNA

B  在原核生物中，转录和翻译同步进行

C  转录时，对DNA链是3’→5’方向读取

D  转录是按DNA分子全长进行的

14．关于mRNA的叙述中，错误的是    

A  成熟的具有连续遗传信息的m RNA是由不连续的DNA片段转录而来

B  真核生物的mRNA前体需要戴帽、加尾、剪接等一系列加工步骤后方有活性

C  翻译时，m RNA转译方向是5’→3’，并且密码子不重叠转译

D  细菌的m RNA也能直接利用真核生物的核糖体进行翻译

15．如果有种生物，它们的DNA碱基比率有显著差异，那么，由不同DNA转录的三种RNA中差异显著的是    

A  只有tRNA    B  只有 rRNA    C  只有mRNA    D  tRNA和mRNA

16．右图所示为自然界遗传信息在三种生物大分子间的流动。下列说法正确的是    

A  1，2，4途径常见，其他从未被认识到

B  2，4，9途径常见，其他几乎从未被认识到

C  2，3途径常见，l，3很少见

D  1，2，4途径常见，3，7少见，其他未被认识到

17．一种人工合成的mRNA只含有两种核苷酸u和c，它们的含量是u为c的5倍。这种人工合成的mRNA有多少种可能的密码子？     

A  4种    B  6种    C  8种    D  16种

18．下列为两种不同的mRNA分子和两种以它们为模板合成的蛋白质分子。

                     mRNA                       蛋白质

……AG AG AG AG AG AG AG AG AG AG AG AG         P

……AA Ug AA uG AA uG AA uG AA uG AA uG         Q

在每一种蛋白质分子中可能存在氨基酸的种数为    

19．由200个氨基酸组成的一种蛋白质，决定其结构的基因     

A  在原核生物中较长

B  在真核生物中较长

C  在真核生物和原核生物中一样长

D  基因长度并不依赖于原核的还是真核的细胞组织状态

20．对基因结构和功能的叙述中，不正确的是    

A  结构基因是决定某种多肽链结构的一段DNA，有许多外显子和内含子

B  调节基因可以调节不同染色体上的结构基因

C  操纵基因是不能转录的DNA片段，只能操纵同一条染色体上的结构基因

D  调节基因是没有转泽产物的基因

第二节  遗传的基本规律

【知识概要】

一、研究性状遗传的方法

1．选择杂交亲本的标准

选择具有相对性状的纯系，各作为杂交亲本的一方。

2．交配试验方式

纯系亲本通过人工去雄和授粉等手段进行杂交，杂种F₁进行自交或与亲本回交等。

3．实验观察和记载

观察相对性状在杂交子代和杂种后代中的遗传表现，对杂种及其各代中不同类型的植株分别计数。

4．实验结果的统计

运用数学统计法分析实验资料，确定每一代中不同类型植株数之间的数量关系。

二、基因的分离规律

1．相对性状和等位基因的概念

相对性状是同种生物同一性状的不同表现类型；等位基因是一对同源染色体的同一位置上的、控制相对性状的基因。

2．杂种体内等位基因的遗传行为

通过测交试验结果，揭示了杂种体内的等位基因随同源染色体分开而分离，各自随配子独立地遗传给后代。因此，基因的分离规律阐明了杂合子体内等位基因分离与杂种后代的性状分离的因果关系。

等位基因在二倍体生物的体细胞中成对存在，配子中只含等位基因的一个成员。

3．杂种体内的等位基因之间的相互作用

（l）完全显性：具有相对性状的纯合体杂交，F₁杂合体全部表现为显性。

（2）不完全显性：F₁的性状表现介于双亲性状中间的遗传现象。

（3）共显性：F₁