DNA 双螺旋、碱基互补配对、DNA 复制(半保留)、转录、翻译、中心法则、基因对性状的控制、密码子的简并性与通用性、碱基比例计算——把"信息如何从 DNA 流到蛋白质"理顺,配对题与计算题一眼看穿。
DNA 由两条反向平行的脱氧核苷酸链盘绕成双螺旋。外侧是磷酸-脱氧核糖交替的骨架,内侧是碱基,两链之间靠氢键按碱基互补配对连接:A 配 T、G 配 C。
| DNA | RNA | |
|---|---|---|
| 五碳糖 | 脱氧核糖 | 核糖 |
| 碱基 | A、T、G、C | A、U、G、C(用 U 代替 T) |
| 链数 | 双链 | 一般单链 |
| 基本单位 | 脱氧核苷酸 | 核糖核苷酸 |
⚠ 配对口诀:DNA 内部 A-T / G-C;转录成 RNA 时,模板链上的 A 配成 mRNA 的 U(不是 T)。
点任意一个碱基,高亮它的互补碱基与氢键数(A-T 两键、G-C 三键)。
复制发生在细胞分裂间期。DNA 边解旋边复制,以解开的两条链都作模板,按碱基互补配对合成子链,结果得到2 个和母代完全相同的 DNA。每个子代 DNA 都一条链来自母代、一条链新合成——这就是半保留复制。
| 项目 | DNA 复制 |
|---|---|
| 时间 | 细胞分裂间期(有丝/减数第一次分裂前) |
| 场所 | 主要在细胞核(真核);另有线粒体、叶绿体 |
| 模板 | 解开的两条母链都作模板 |
| 原料 | 4 种脱氧核苷酸 |
| 条件 | 模板、原料、能量(ATP)、酶(解旋酶、DNA 聚合酶) |
| 特点 | 半保留复制、边解旋边复制 |
| 结果 | 1 个 DNA → 2 个完全相同的 DNA |
⚠ 半保留:每个子代 DNA 都是"一半旧、一半新"。用 ¹⁵N 标记母链、放 ¹⁴N 中培养,可据此算含标记链的 DNA 比例(见计算题地图)。
看双链从中间解开,上下两条模板链各自按 A-T/G-C 配对新增互补链,最后得到两条各含一条母链的子代 DNA。可暂停。
转录在细胞核(真核)进行,以 DNA 的一条链(模板链)为模板,在 RNA 聚合酶催化下,用 4 种核糖核苷酸合成 mRNA。配对规则:模板 A→U、T→A、G→C、C→G(注意 A 对 U)。
| 复制 | 转录 | |
|---|---|---|
| 模板 | 两条链都用 | 只用一条链 |
| 原料 | 脱氧核苷酸 | 核糖核苷酸 |
| 产物 | 2 个 DNA | mRNA(还有 tRNA、rRNA) |
| 酶 | 解旋酶、DNA 聚合酶 | RNA 聚合酶(兼解旋) |
| 配对 | A-T、G-C | A-U、T-A、G-C、C-G |
⚠ 转录只以一条链为模板(模板链/反义链);另一条链(编码链)碱基序列与 mRNA 一致(只是 T↔U)。
看聚合酶(蓝框)沿 DNA 模板链前进,逐个读取碱基并合成互补的 mRNA(A→U、T→A、G→C、C→G)。可暂停。
翻译在核糖体上进行,以 mRNA 为模板。mRNA 上每相邻 3 个碱基叫一个密码子,对应一种氨基酸。tRNA 一端是反密码子(与密码子互补配对),另一端携带对应氨基酸。核糖体沿 mRNA 移动,氨基酸经脱水缩合连成肽链。
| 角色 | 身份/作用 |
|---|---|
| mRNA | 模板,携带遗传信息;3 个碱基 = 1 个密码子 |
| 核糖体 | 翻译的场所(可多个同时结合一条 mRNA) |
| tRNA | 转运工具:一端反密码子,一端带特定氨基酸 |
| 密码子 | mRNA 上决定氨基酸的 3 个相邻碱基,共 64 种 |
| 起始/终止 | 起始密码子 AUG(兼编码);终止密码子 UAA/UAG/UGA 不编码氨基酸 |
⚠ 密码子在 mRNA 上,反密码子在 tRNA 上;终止密码子不对应氨基酸,只是"停止信号",没有对应 tRNA。
看核糖体(紫框)每读一个密码子,就有一个 tRNA(反密码子互补)带着氨基酸进来,肽链逐渐延长。可暂停。
输入一条 DNA 链的碱基序列(A/T/G/C),自动给出:互补链、以该链为模板转录的 mRNA、以及翻译得到的氨基酸数与密码子。体会从 DNA 到蛋白质的信息流。
规则:互补链 A↔T、G↔C;转录时以输入链为模板 A→U、T→A、G→C、C→G;氨基酸数 = mRNA 碱基数 ÷ 3(向下取整,遇终止密码子提前结束)。
中心法则描述遗传信息的流动方向:DNA 复制、DNA 转录成 RNA、RNA 翻译成蛋白质;此外某些病毒还有 逆转录(RNA→DNA)与 RNA 复制(RNA→RNA)。
点任意一条箭头,下方显示该过程的模板、产物、场所与所需的酶。
| 过程 | 模板→产物 | 发生场景 |
|---|---|---|
| 复制 | DNA → DNA | 所有具 DNA 的细胞(分裂间期) |
| 转录 | DNA → RNA | 所有具 DNA 的细胞 |
| 翻译 | RNA(mRNA) → 蛋白质 | 所有细胞(核糖体) |
| 逆转录 | RNA → DNA | 逆转录病毒(如 HIV) |
| RNA 复制 | RNA → RNA | 部分 RNA 病毒(如烟草花叶病毒) |
⚠ 逆转录方向是 RNA→DNA(别写反);"RNA→蛋白质"是翻译,不是逆转录。
简并性:多数氨基酸由不止一个密码子编码(如亮氨酸有 6 个)。通用性:几乎所有生物共用同一套密码子表,是"生物共同起源"的证据。
点上方标签可快速查看某氨基酸对应的所有密码子(简并性一目了然)。
基因通过控制蛋白质来控制性状,有两条途径:
基因决定结构蛋白的氨基酸序列,直接表现为性状。例:镰刀型细胞贫血症——血红蛋白基因一个碱基改变,谷氨酸→缬氨酸,红细胞变镰刀形。
基因控制酶的合成,酶控制代谢,从而影响性状。例:白化病——缺少酪氨酸酶,不能合成黑色素;豌豆圆粒/皱粒——淀粉分支酶基因影响淀粉合成。
⚠ "基因→性状"不是一一对应:一个性状可受多基因影响,基因还受环境影响(如水毛茛)。
DNA 双链与 RNA 之间的碱基有一套守恒规律,考试高频。核心:双链中 A=T、G=C;互补碱基之和的比例在两条链及整个双链中相等。
设某双链 DNA 一条链(链1)中各碱基个数,自动算出互补链(链2)与整个双链的碱基组成及常用比值。
触发信号 → 标准动作 → 例题 → 陷阱。把每类题练成条件反射。
🔔 触发:题问"以什么为模板""产物是什么""发生在哪""需要什么酶"。
✍ 动作:先定过程:两条链模板→复制;一条链模板→转录;mRNA 模板+核糖体→翻译。再套下面口径。
📝 例:某过程以 DNA 一条链为模板、产物含 U——判断是转录,场所细胞核,酶是 RNA 聚合酶。
⚠ 陷阱:转录只用一条链;翻译的模板是 mRNA 不是 DNA。
🔔 触发:给出某碱基个数/比例,求另一条链、mRNA 或蛋白质相关数目。
✍ 动作:用守恒:双链 A=T、G=C;(A+T)/(G+C) 各链与整体相等;(A+G)/(T+C) 两链互为倒数。转录时 mRNA 的 A 由模板 T 决定。
📝 例:一条 mRNA 有 900 个碱基,最多编码 900/3 = 300 个氨基酸(含终止密码子则更少);对应基因编码区至少 1800 个碱基。
⚠ 陷阱:①终止密码子不编码氨基酸,实际氨基酸可能少一个;②基因两条链,碱基数是 mRNA 的 2 倍。
🔔 触发:给密码子求反密码子,或给模板链求密码子/氨基酸。
✍ 动作:画三行对齐:模板链(DNA)、mRNA(密码子)、tRNA(反密码子)。逐列配对。
📝 例:密码子 GCU → 反密码子 CGA;模板链对应 CGA(DNA,把 U 换 A 时注意 T)。
⚠ 陷阱:反密码子在 tRNA 上(含 U),模板链在 DNA 上(含 T);两者碱基种类不同,别混。
🔔 触发:给"X→Y",判断是复制/转录/翻译/逆转录/RNA复制,或问哪些生物有。
✍ 动作:看箭头两端:DNA→DNA 复制;DNA→RNA 转录;RNA→蛋白质 翻译;RNA→DNA 逆转录;RNA→RNA RNA复制。
📝 例:HIV 侵入后先 RNA→DNA(逆转录),再整合、转录、翻译——考"逆转录病毒"必考此链条。
⚠ 陷阱:蛋白质不能反过来指导核酸合成(无"蛋白质→RNA/DNA")。
🔔 触发:给某遗传病/性状,问基因"如何"控制性状。
✍ 动作:判断是直接控制蛋白质结构(如血红蛋白、镰刀型贫血),还是通过酶控制代谢(如白化病缺酪氨酸酶)。
📝 例:白化病 → 缺酪氨酸酶 → 途径二(酶控代谢);镰刀型贫血 → 血红蛋白结构改变 → 途径一(直接控结构)。
⚠ 陷阱:基因→性状常非一一对应,受多基因与环境共同影响。
① 转录只用一条链作模板(模板链),不是两条都用。
② 密码子在 mRNA 上(不是 DNA、不是 tRNA);反密码子在 tRNA 上。
③ tRNA 一端是反密码子、另一端携带一个特定氨基酸;一种 tRNA 只运一种氨基酸。
④ 逆转录方向是 RNA→DNA,别写成 DNA→RNA(那是转录)。
⑤ 转录配对是 A→U(模板 A 对应 mRNA U),不是 A→T。
⑥ 终止密码子不编码氨基酸,没有对应的 tRNA/反密码子。
⑦ 半保留复制:每个子代 DNA 都含一条母链;含母链的 DNA 恒为 2 个,不随复制次数增加。
⑧ mRNA 用 U 代替 T;RNA 的糖是核糖不是脱氧核糖。
▸ 三行对齐法解一切配对题:遇密码子/反密码子/模板链混考,直接写三行(DNA 模板链 / mRNA / tRNA 反密码子)对齐逐列配。DNA↔mRNA 用 A-U、T-A、G-C、C-G;mRNA↔tRNA 用 A-U、U-A、G-C、C-G。写出来不会错。
▸ ¹⁵N 半保留追踪:母链全 ¹⁵N,置 ¹⁴N 中复制 n 次。含 ¹⁵N 的 DNA 始终 2 个(那两条老链各在一个分子里);全 ¹⁴N 的 DNA = 2ⁿ − 2 个。这是半保留最经典的定量落点。
▸ 碱基数 → 氨基酸数的"6 倍链":基因(编码区双链)碱基数 → mRNA 碱基数(÷2)→ 密码子数(÷3)→ 氨基酸数(≈÷6),再扣掉终止密码子对应的 3 个碱基。做题先写这条"÷6"的链条。
▸ 简并性的意义:一种氨基酸对应多个密码子,使得密码子第三位碱基发生突变时氨基酸可能不变(容错),降低有害突变概率——这是"简并性有何意义"的标准答法。
▸ 通用性作为证据:不同生物共用同一套密码子,是生物有共同祖先的分子证据,也是转基因(把人胰岛素基因转入大肠杆菌能表达)的前提。
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