DNA双螺旋结构发现的故事
Crick， 31岁
伦敦大学King’s实验室
女科学家Franklin
Wilkins教授 Randall教授
DNA应该是双螺旋
A与T、 C与G巧妙连接
符合X衍射数据 DNA的复制
1953年2月28日，Watson 和Crick用金属线制出了新的DNA模型，他们为自然科学树立了一座闪闪发光的里程碑。
一、DNA的复制DNA半保留复制的证实
DNA半保留复制在1953年由沃森和克里克提出，1958年又由梅塞尔森和斯塔尔设计的新实验方法予以证实。
见资料
DNA半保留复制——遗传信息的传递
DNA的复制发生在细胞周期的S期，在解旋酶的作用下，首先双螺旋的DNA可以同时在许多DNA复制的起始位点局部解螺旋并拆开为两条单链，如此在一条双链上可形成许多“复制泡”，解链的叉口处称为复制叉。
DNA 的复制总是由5′向3′方向进行。在亲代DNA解螺旋后的复制叉处，按照由5′向3′方向复制的原则，一条子链可以连续向着分叉处进行复制和延伸，而另一条子链则不能连续向着分叉处复制和延伸。因此，在DNA聚合酶的作用下，随着复制叉不断打开，先合成一段新的RNA短链，称为引物。在引物后再仍按5′向3′方向使游离的核苷酸加到新链的3′端，这时的DNA的复制和延伸不是连续的，而是分段进行的，每合成的一小段片段称为冈崎片段。以后冈崎片段前的RNA引物被DNA短链取代，DNA连接酶又使冈崎片段连接成为连续的新链。
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DNA复制是半不连续复制。
二、基因的表达
1、转录
2、翻译
RNA分子是单链的，RNA在细胞核内产生，然后进入细胞质，在蛋白质的合成中起重要作用。
RNA分子结构
RNA是核糖核酸的缩写，它与脱氧核糖核酸（DNA）的主要差别在于：
（1）RNA大多是单链分子；
（2）含核糖而不是脱氧核糖；
（3）4种核苷酸中，不含胸腺嘧啶（T），而是由尿嘧啶（U）代替了胸腺嘧啶（T）。
细胞中主要有3种RNA，即信使RNA（mRNA）、核糖体RNA、（rRNA）和转运RNA（tRNA）。
在真核生物中由DNA遗传信息控制的蛋白质合成涉及两个基本过程：第一步，DNA的遗传信息转录到mRNA中，发生在细胞核中，转录与DNA的复制过程大致相同；第二步，将mRNA的信息翻译成蛋白质的氨基酸序列，在细胞质中进行。
mRNA是遗传信息的携带者。它在细胞核中转录了DNA上的遗传信息，再进入细胞质，作为蛋白质合成的模板。原核细胞与真核细胞mRNA的主要区别：①5’端有无帽子结构。②3’端有多聚腺苷酸结构。
tRNA局部成为双链，在其3′、5′端的相反一端的环上具有由3个核苷酸组成的反密码子。tRNA的反密码子在蛋白质合成时与mRNA上互补的密码子相结合。tRNA起识别密码子和携带相应氨基酸的作用。tRNA的二级结构都呈三叶草形。
rRNA和蛋白质共同组成的复合体就是核糖体，是细胞中最丰富的一类RNA。rRNA在核糖体中既具有结构上的功能，又参与翻译过程的起始等反应。在核糖体上具有附着mRNA模板链的位置，还有两个tRNA附着的位置，分别称为A位和P位。A位供携带一个新氨基酸的tRNA进入并停留，P位供携带待延长的多肽链的tRNA停留。
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tRNA和反密码子
第二节
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rRNA和蛋白质共同组成的复合体就是核糖体，核糖体是蛋白质合成的场所。核糖体由大小不同的两个亚基组成，这两个亚基只有在行使翻译功能即肽链合成时才聚合成整体，为蛋白质的合成提供场所。
以DNA分子为模板，按碱基互补的原则，合成一条单链RNA，DNA分子携带的遗传信息被转移到RNA中，细胞中的这一过程被称为转录。转录发生在细胞核中。
转录的开始与终止是由启动子和终止子控制的。
1、遗传信息的转录
在真核生物细胞核中，DNA链上具有不能编码蛋白质的核苷酸片段即内含子和编码蛋白质的核苷酸片段即外显子。转录后新合成的mRNA是未成熟的mRNA，又称为前体mRNA或核内非均一RNA，这些RNA需要经过一定的加工过程。包括剪接除去内含子，5'端加一个7-甲基鸟苷酸“帽子”和在3'端加上一个多聚腺苷酸尾。
细胞中蛋白质的合成是一个严格按照mRNA上密码子的信息指导氨基酸单体合成为多肽链的过程，这一过程称为mRNA的翻译。mRNA的翻译需要有mRNA、tRNA、核糖体、多种氨基酸和多种酶等的共同参与。翻译过程(即多肽链的合成)包括起始、多肽链延长和翻译终止3个基本阶段。
在细胞质中，翻译是一个快速过程，一段mRNA可以相继与多个核糖体结合，同时进行多条同一种肽链的合成。
蛋白质合成以后还要经历各种修饰和加工。真核细胞中蛋白质的修饰加工往往在特定的细胞器中进行。
分子遗传新的“中心法则” 。
2、翻译——蛋白质的合成
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翻译开始时，核糖体小亚基先与mRNA的起始密码子如AUG部位和一个带有相应反密码子的特定tRNA相结合。接着核糖体大亚基与核糖体小亚基结合，形成完整的核糖体。起始tRNA处于核糖体的P位，下一个氨基酸由相应的氨酰tRNA携带进入到A位。
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A位氨基酸的氨基与P位氨基酸的羧基之间形成肽键，起始tRNA与氨基酸脱离，P位的tRNA转移到E位后脱离核糖体。新形成的二肽的tRNA转移到已空出的P位上，A位又可以接受下一个氨酰tRNA，如此重复将氨基酸逐个合成到肽链上的过程。
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随着翻译的进行及多肽链的延长，当mRNA上的终止密码子进入到核糖体的A位时，一种肽链释放因子（蛋白酶）便与A位的终止密码子结合，多肽链与P位的tRNA水解分离，合成完毕的多肽链从核糖体中被释放出来，再折叠组装成有功能的蛋白质。
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一段mRNA可以相继与多个核糖体结合，同时进行多条同一种肽链的合成。
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DNA分子可自我复制，将遗传信息传给下一代。DNA分子也可以转录成mRNA，mRNA再把遗传信息翻译成蛋白质，即遗传信息由DNA→RNA→蛋白质流动。在一些条件下，RNA可以进行自我复制,还可以在逆转录酶的作用下，以RNA为模板，反向转录形成互补的DNA，然后DNA转录产生mRNA再进行蛋白质的翻译。
三、原核与真核细胞基因表达的差异
（1） 除古细菌以外，原核基因缺乏内含子，而绝大多数真核基因具有内含子。
（2） 原核基因的mRNA在转录未完成之前就可以开始翻译，进行多肽链的合成。相反，真核基因必须在转录完全完成以后，成熟的mRNA由核内转运到细胞质中以后才能开始进行翻译即多肽链的合成。真核基因的转录和翻译存在时空间隔。
（3） 在原核细胞内，单个mRNA分子往往可以包含多个基因的转录物，如操纵子转录产生单一的mRNA分子，原核细胞的单个mRNA分子可以包含多个顺反子。而大多数真核基因仅产生单个顺反子mRNA，即大多数真核mRNA转录单位产生仅编码一个多肽的mRNA。
（4） 原核和真核的mRNA一般都以AUG作为翻译起始的密码子，GUG和UUG比较少见，但两者翻译的起始机制不同。原核mRNA在5’端起始密码子AUG的上游有4~6个碱基的多嘌呤序列，协助翻译过程的启动。在真核细胞中，转录完成后mRNA被修饰加上了5’端帽子结构，该5’端帽子结构提供了信号作用，使之能够从核内输送到细胞质，也让40S核糖体小亚基识别并与之结合。
（5） 真核基因在翻译前需要一系列的修饰加工，包括切除内含子、外显子拼接、5’端加帽子结构、3’端加poly A尾。真核细胞mRNA有更长的半衰期。相反绝大多数细菌的mRNA半衰期很短。
（6） 真核细胞的核糖体比原核细胞大。原核生物核糖体为70S，由50S与30S两个亚基组成，真核细胞核糖体为80S，由40S和60S两个亚基组成。
原核与真核细胞基因表达不同
乳糖操纵子学说：没有乳糖时，操纵子前端的调节基因编码产生的阻遏蛋白使乳糖操纵子处于关闭状态；有乳糖时，乳糖分子首先与阻遏蛋白相互结合，改变了阻遏蛋白的形状，使后者不能再与操纵基因相结合。这时，操纵基因便开启。
四、原核基因表达的调控
细胞中核酸序列的改变通过基因表达有可能导致生物遗传特征的变化。这种核酸序列的变化称为基因突变。
DNA序列中涉及单个核苷酸或碱基的变化称为点突变。点突变通常有两种情况：一是一个碱基或核苷酸被另一种碱基或核苷酸所替换；二是一个碱基的插入或缺失。
DNA链中某一个碱基被另一个所替换，这种替换的结果有时可以不影响其所翻译的蛋白质的结构和功能。这种突变称为同义突变。
DNA链中有的碱基的替换造成一个密码子的改变，进而改变了多肽链上一个氨基酸种类，这种替换称为错义突变。
在DNA链上，插入或缺失一个或几个非3的碱基，这种突变会使其下游的三联密码子都被读错，产生完全错误的肽链或使肽链合成提前终止，称为移码突变。
五、基因突变
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替换造成的同义突变和错义突变
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插入突变和缺失突变
基因突变可能改变蛋白质（酶）的结构与功能，使生物体的形态、结构、代谢过程和生理功能等特征发生改变，严重的突变则影响生物体的生存力或导致生物个体的死亡。如肿瘤的发生就与一些控制细胞周期、分裂和生长的基因突变有密切的关系；引起镰状细胞贫血症的原因就是基因的点突变等。
基因突变的原因多种多样。除了DNA复制错误造成碱基的替换、插入或缺失等自发突变外，一些外界因素如某些化学物质（又称为诱变剂）、紫外线、电离辐射等也可能诱导基因突变或损伤的发生。
在生物长期进化过程中，生物细胞也形成了一套DNA损伤或突变的修复机制。细胞自行修复DNA损伤的主要方式有光复合修复、切除修复，还有重组修复、应答修复、错配修复等几种。
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引起镰形细胞贫血症的原因就是基因的点突变，即编码血红蛋白β肽链上一个决定谷氨酸的密码子GAA变成了GUA，使得β肽链上的谷氨酸变成了缬氨酸，引起了血红蛋白的结构和功能发生了根本的改变。
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DNA的光复合修复和切除修复