基因的分子生物学·

由OPUS-4.8生成

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引言：从核素到双螺旋·

1869年 Miescher 从脓细胞核中分离出一种不被蛋白消化酶破坏的物质，命名 核素（nuclein），后因其酸性改称 核酸（nucleic acid），但当时未认识其功能。
1944年薛定谔《生命是什么》吸引物理学家转向生物学，沃森（Watson） 与 克里克（Crick） 均受其影响进入遗传学。
1953年4月25日两人在《Nature》提出 DNA 双螺旋模型，开启分子生物学与分子遗传学的大门。

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遗传物质是 DNA（或 RNA）的证明·

• DNA vs 蛋白质之争

  染色体由 DNA 和蛋白质组成。早期倾向认为基因是 蛋白质（20种氨基酸组合数巨大，DNA 仅4种核苷酸似太简单）。
  但忽略了：DNA 核苷酸数目（数以千万计）远超蛋白质，其排列组合数不少于蛋白质。孰是遗传物质需精确实验证据。

肺炎链球菌的转化实验·

• 两种菌株

  S型（光滑型）：有多糖荚膜，有毒，菌落光滑；R型（粗糙型）：无荚膜，无毒，菌落粗糙。

• 格里菲思（Griffith, 1928）

  加热杀死的S型 或 活R型 单独注射小鼠 → 均不死；加热杀死的S型 + 活R型 混合注射 → 小鼠死亡，且分离出活的S型。
  说明死S型使活R型转变为S型，且性状可稳定传代。R型从死S型获得了 转化因子（transforming factor），此过程称 转化（transformation）。

• 艾弗里（Avery, 1944）：转化因子是 DNA

  从S型抽提物分离出 DNA、蛋白质、多糖，分别与活R型混合。
  只有 DNA 能引起转化；用 DNase 处理使 DNA 分解则立即失去转化活性；用蛋白酶处理不影响转化能力。
  结论：引起稳定遗传转化的是 DNA 而非蛋白质。（对青霉素、链霉素的抗性也可被转化。）

赫尔希－蔡斯的 T2 噬菌体感染实验·

• T2 噬菌体

  攻击大肠杆菌的病毒，头部由约 60%蛋白质外壳 + 40%DNA 构成。侵染后利用宿主的物质、能量增殖，离开宿主不能增殖。
  关键差异：蛋白质含硫（S）不含磷，DNA 含磷（P）不含硫。

• Hershey & Chase（1952）双标记实验

  用 $^{35}S$ 标记蛋白质外壳，$^{32}P$ 标记 DNA。步骤：① 分别侵染未标记的大肠杆菌；② 短时保温后 搅拌 切断外壳与细菌的联系；③ 离心（细菌在沉淀，游离噬菌体在上清）；④ 测定放射性。结果：$^{{32}P$（DNA）几乎全在沉淀（细菌内）**，**$}{35}S$（蛋白质）几乎全在上清。
  证明 进入宿主的是 DNA，蛋白质外壳留在外面；且子代噬菌体外壳与亲代一致，说明决定外壳特性的是 DNA。

• RNA 也可作遗传物质

  1956年 Fraenkel-Conrat 用 烟草花叶病毒（TMV） 的分离与重建实验，证明 RNA 是 TMV 的遗传物质。

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DNA 复制·

依赖碱基配对（半保留复制）·

DNA 复制（replication）是遗传稳定性的保证，在细胞周期 S 期 进行，原理即 碱基互补配对。

• 过程

  解旋酶将双螺旋分成2条单链，每条 亲本链作模板；暴露碱基各自与游离的4种脱氧核苷三磷酸（dTTP、dGTP、dATP、dCTP）互补配对，再形成 磷酸二酯键 连成子链，与旧链重新形成双螺旋。

• 半保留复制（semiconservative replication）

  每个子DNA双链中 一条来自亲代、一条为新合成。

复制的半不连续性·

DNA 聚合酶只能将 dNTP 连到多核苷酸链 游离 3′ 碳的—OH 上，故复制方向恒为 5′→3′。复制从特定 复制起点（origin of replication） 开始 双向 进行。

• 前导链（leading strand）

  以 3′→5′ 模板链为模板，沿 5′→3′ 连续复制，速度快、完成早。

• 后随链（lagging strand）

  另一侧模板不能连续复制，须先合成一系列较短的 冈崎片段（Okazaki fragment，约100~1000 bp），再由 DNA 连接酶（DNA ligase） 连成完整单链，过程复杂、完成晚。

• 半不连续复制（semidiscontinuous replication）

  一条链连续、另一条链以冈崎片段不连续合成。

原核与真核的差异·

原核：只有 一个 复制起点，双向进行。
真核：染色体长，有 许多复制起点 同时双向复制，形成 复制泡，最终融合成两条子代双链，以保证短时完成。

• 速度与精确性

  大肠杆菌（4.64 Mb 环状双链）约 30 min 完成一次复制；人类（约3000 Mb）不超过几小时。碱基错配率平均仅约 $1/10^7$。

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遗传信息流：DNA → RNA → 蛋白质·

蛋白质是表型特征的分子基础·

基因型：DNA（或RNA）上碱基的排列顺序；表型：其分子基础是基因编码产生的各种功能蛋白质。

• Garrod（1909）尿黑酸症

  患者缺 尿黑酸氧化酶，尿黑酸积累氧化变黑（“黑色尿”）。该病由隐性基因 $al$ 决定（$alal$ 才发病），首次提出 基因通过酶催化决定表型。

• 比德尔与塔特姆：一个基因一种酶

  用 粗糙脉孢菌（Neurospora） 研究，每个突变菌株缺少一种酶。提出 “一个基因一种酶”（one gene-one enzyme）——特定基因指令特定酶的合成。后因多数蛋白质由多条多肽链组成、每条由特定基因决定，修改为 “一个基因一条多肽链”（one gene-one polypeptide）。

RNA 的结构与功能·

RNA 与 DNA 相比：①通常单链；②戊糖为核糖；③以尿嘧啶（U）代替胸腺嘧啶（T），U 同样与 A 配对。RNA 转录方式类似 DNA 复制，以 DNA 为模板按碱基互补合成。

• mRNA（信使RNA）：携带来自 DNA 的遗传信息，在蛋白质合成中作 模板。
• rRNA（核糖体RNA）：与蛋白质构成 核糖体——合成蛋白质的"工厂"。
• tRNA（转移RNA）

  约80核苷酸的单链，折叠成双链区。一端环上有 反密码子（anticodon）（3个核苷酸），与 mRNA 的 密码子（codon） 配对；另一端 3′端—OH 连接相应氨基酸。将20种氨基酸运送到核糖体。三种 RNA 在蛋白质合成中协同作用，缺一不可。

转录——从 DNA 到 RNA·

以 DNA 为模板，经 RNA 聚合酶（RNA polymerase） 按碱基互补（U-A、C-G）合成 RNA。原核只有一种 RNA 聚合酶，真核有三种。

• ① 起始

  RNA 聚合酶与 DNA 上的特定序列 启动子（promoter） 结合，使双链在此解开。

• ② 延伸

  只有 一条链 作模板。聚合酶沿模板 3′→5′ 移行，将互补核糖核苷酸连接成 RNA 单链；模板碱基 A 与 U 配对。mRNA 按 5′→3′ 方向延长（只能在 3′端加新核苷酸）。

• ③ 终止

  聚合酶遇到 DNA 模板上的 终止子（terminator） 即脱离，RNA 单链脱离模板，DNA 双链重新合拢。

• 多数初始转录产物须经 加工 成为成熟 mRNA，再穿核膜进入细胞质。

遗传密码·

三联体密码（triplet code）：由于1个碱基只能编码4种、2个编码 $4^2=16$ 种，需 3个碱基（$4^3$） 才足以决定20种氨基酸。

• 尼伦伯格（Nirenberg, 1961）破译

  用人工多聚U（UUU）在试管中只合成 苯丙氨酸 多肽 → UUU 编码 Phe；AAA→赖氨酸，CCC→脯氨酸；CUCUCU…→亮氨酸与丝氨酸交替，证明密码是三联体。

• 密码特点

  共64个密码子。3个终止密码子（stop codon）：UAA、UAG、UGA；AUG 既是甲硫氨酸密码子又是起始密码子（initiate codon），故肽链第一个氨基酸总是甲硫氨酸。三联体密码在病毒、原核、真核中 通用，是生命同一性的有力证据。
  例外：线粒体 DNA，如人线粒体中 UGA 译为色氨酸、AUA 译为甲硫氨酸。

遗传信息在细胞质中被翻译·

翻译（translation）：mRNA 在核糖体上合成多肽的过程。核糖体从 mRNA 的 5′端向 3′端 阅读。

• ① tRNA 携带氨基酸

  氨基酸在酶催化、ATP 供能下，与特定 tRNA 3′端（CCA 端）共价相连成 氨酰基-tRNA。反密码子决定所携氨基酸（如反密码子 UAC 识别 AUG，只携带甲硫氨酸）。

• ② 核糖体阅读密码子

  核糖体含大、小两亚基（蛋白质 + rRNA），仅在合成时聚合。小亚基有 mRNA 结合部位；大亚基有 P 位（停留携带延长中肽链的 tRNA）和 A 位（供新氨酰-tRNA 进入）。

• 起始与延伸

  多肽从 —NH₂ 端 开始，终于 —COOH 端。特殊的 $tRNA_i^{fMet}$ 携带起始甲硫氨酸（细菌为甲酰甲硫氨酸）。
  小亚基结合 mRNA 的起始密码子 AUG，$tRNA_i^{fMet}$（反密码子 UAC）与之配对（需蛋白因子和 GTP），大亚基随后结合。
  $tRNA_i^{fMet}$ 占 P 位，第二个氨酰-tRNA 进 A 位；经大亚基上的 肽基转移酶（peptidyl transferase） 形成肽键；核糖体前移一个密码子，空 tRNA 脱离、A 位 tRNA 移到 P 位、A 位腾空迎接新 tRNA，如此循环延长肽链。

• ③ 终止

  A 位遇终止密码子时，释放因子（release factor, RF） 进入 A 位，肽链脱离核糖体，折叠成有空间构型的蛋白质。

中心法则（central dogma）·

1956年克里克提出。要点：DNA $\xrightarrow{复制}$ DNA，DNA $\xrightarrow{转录}$ RNA，RNA $\xrightarrow{翻译}$ 蛋白质。

• 修改与补充

  部分病毒（流感、脊髓灰质炎、SARS 冠状病毒、单链RNA噬菌体）以 RNA 为遗传物质，以导入 RNA 为模板复制。
  1970年在致癌 RNA 病毒中发现 反转录（逆转录，reverse transcription）：以 RNA 为模板，在 反转录酶 催化下合成双链 DNA。

• 朊粒（prion）的"挑战"

  羊瘙痒症、疯牛病（牛海绵状脑病）、人类克鲁病、克雅病（CJD）等有共同脑病变。病原物质：核酸酶下仍有感染性、对破坏蛋白的因素敏感、不含DNA/RNA，呈纤维状。
  1982年 普鲁西纳（Prusiner） 提出其为 感染性蛋白质颗粒（prion）（1997诺奖）。机制：PrP 基因（人第20号染色体）编码正常糖蛋白 $PrP^c$（以 α螺旋为主）；其三维构象改变为 $PrP^{sc}$（以 β片层为主） 即有感染力。$PrP^{sc}$ 本身不能复制，但与 $PrP^c$ 结合使后者构象改变转为 $PrP^{sc}$，如此倍增（另有 $PrP^*$ 中间体假说）。
  $PrP^{sc}$ 在神经细胞沉积致神经退行性病变，平均潜伏期约28年，发病后半年至一年 100%死亡。
  结论：朊粒是正常 $PrP^c$ 的异构体 $PrP^{sc}$，不传递遗传信息、不能自我复制，中心法则依然成立。

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基因突变·

基因突变（gene mutation）：1902年德弗里斯研究月见草时提出"突变"概念。

• 分类

  广义：包括 染色体畸变（chromosome aberration）——结构改变与数目变化。
  狭义：特指 点突变（point mutation）——DNA 序列中单个或多个碱基对的改变。

• 发生部位

  生殖细胞突变 可遗传给后代；体细胞突变（somatic mutation） 引起当代变化但不遗传。

DNA 最常发生的突变为 碱基置换 和 移码突变 两种。

碱基置换·

一种碱基被另一种置换（substitution）。

• 转换（transition）：常见。嘌呤换嘌呤（A↔G）或嘧啶换嘧啶（T↔C）。
• 颠换（transversion）：较少。嘌呤↔嘧啶互换。

置换只改变 单个密码子（不增减碱基数目）。

• 镰状细胞贫血实例

  血红蛋白由2条α链（各141氨基酸）+2条β链（各146氨基酸）组成。
  致病机制为 颠换：正常基因 DNA 上 A→T，使 $Hb^A$ 突变为 $Hb^S$，β链 N端第6位氨基酸由 谷氨酸（GAG）变为缬氨酸（GUG），一个氨基酸改变即引起溶血性贫血。

移码突变（frameshift mutation）·

在碱基序列中 插入或删除非3整倍数 的碱基，使该位点之后的三联体 阅读框架改变，导致其后所有氨基酸都改变。
会打乱原密码子、无法按序读码，转录翻译异常，常引起蛋白质分子全部改变或形成异常蛋白，导致疾病或死亡。

• 突变的两面性

  多数有害；偶尔改善蛋白功能或带来新功能、提高适应性。
  突变提供了 基因多样性 → 遗传多样性，是自然选择的丰富材料；突变体也是研究基因结构与功能的重要手段。

DNA 损伤修复·

复制中的碱基错配、重组中的结构破坏均造成损伤，生物体能进行 修复（repair）——长期进化获得的安全保护机制。

• 修复系统类型

  错配修复、光复活修复、切除修复、重组修复、易错修复。最常见为切除修复。

• 切除修复（excision repair）

  一系列酶将受损部位 切除，以另一条完整单链为模板合成，恢复正常结构。
  切除酶能识别多种损伤（如紫外线引起的 嘧啶二聚体），普遍识别双螺旋结构改变，不局限于特定原因，对保护遗传物质意义重大。

• 着色性干皮病（xeroderma pigmentosa, XP）

  修复功能缺失的典型例子，常染色体隐性（基因定位第1染色体长臂等）。
  患者切除修复系统中 切除嘧啶二聚体的核酸切除酶功能丧失，对阳光极度敏感，暴露部位色素沉积、萎缩、角化过度，极易患皮肤癌。

本章名词·

翻译｜translation　⭐真题

翻译是指在核糖体上以mRNA为模板，从5’端向3’端阅读密码子，合成多肽链的过程。该过程中，tRNA携带特定氨基酸，通过其反密码子与mRNA上的密码子互补配对，确保氨基酸按序连接。核糖体催化肽键形成，使氨基酸依次聚合，直至遇到终止密码子。翻译是实现遗传信息从RNA流向蛋白质的关键环节，也是基因表达的核心步骤。

反密码子｜anticodon　⭐真题

反密码子是tRNA分子上由三个核苷酸组成的序列，其作用是通过碱基互补配对识别mRNA上的密码子。反密码子与密码子的互补连接是蛋白质合成中的关键步骤，保证了携带特定氨基酸的tRNA能够准确对应mRNA上的遗传信息，从而将氨基酸按正确顺序加入多肽链。

终止密码子｜stop codon　⭐真题

终止密码子是mRNA上的一种核苷酸三联体，不编码任何氨基酸。当核糖体沿mRNA移动至终止密码子时，多肽合成即被终止。例如，在甘蓝的CAL基因编码序列中发现了终止密码子TAG。

转录｜transcription　⭐真题

转录是以DNA为模板，在RNA聚合酶催化下，按照碱基互补配对原则（U-A，C-G）合成RNA的过程。该过程分为起始、延伸和终止三个阶段：RNA聚合酶识别并结合启动子，解开DNA双链；以一条链为模板合成RNA；遇终止子时转录停止。真核生物的转录受启动子、增强子和转录因子等调控元件与蛋白的复杂调控，是基因表达的关键步骤。

核糖体｜ribosome

核糖体是由核糖体RNA和蛋白质组成、包含大亚基和小亚基的细胞器。它是蛋白质合成的场所，在翻译时大小亚基聚合，小亚基上的mRNA结合部位结合mRNA，大亚基的P位和A位分别结合携带肽链和携带新氨基酸的tRNA，从而将氨基酸依次连接成多肽链。

复制起点｜origin of replication

复制起点是指DNA分子上复制开始的特定位点。DNA复制从复制起点启动，通常以双向方式进行，即由起点向两侧同时合成新链。在原核生物分裂过程中，复制起点是最先分离的区域，确保子染色体分配。在基因工程中，质粒载体需具备复制起点才能在宿主细胞内自主复制。

克里克｜Crick

弗朗西斯·克里克是英国分子生物学家。1953年，他与沃森共同推断出DNA分子的双螺旋结构模型，这一成就揭示了遗传物质的分子基础。1956年，克里克提出中心法则，概括了遗传信息从DNA到RNA再到蛋白质的传递途径。因其在DNA结构方面的贡献，克里克于1962年获得诺贝尔奖。

镰状细胞贫血｜sickle cell anemia

镰状细胞贫血是一种由血红蛋白基因发生颠换突变（正常DNA中碱基A→T）导致的遗传性血红蛋白病。该突变使正常血红蛋白HbA的基因转变为异常血红蛋白HbS，属于单个碱基置换引起的点突变。患者血红蛋白分子中单个氨基酸改变，影响其结构与功能，从而引起一系列病理生理变化。

沃森｜Watson

沃森（James Watson，1928—）是美国生物学家，1953年与克里克共同推断出DNA分子的双螺旋结构模型，该模型基于对R. Franklin和M. Wilkins所得DNA X射线衍射图谱的研究，阐明了基因功能的分子基础。沃森、克里克和Wilkins因此于1962年获得诺贝尔奖。

信使RNA｜messenger RNA

信使RNA（mRNA）是一种携带来自DNA的遗传信息并在蛋白质合成中起模板作用的RNA分子。它通过转录过程以DNA为模板合成，将遗传信息从细胞核传递至核糖体，指导蛋白质的合成。

RNA聚合酶｜RNA polymerase

RNA聚合酶是催化转录过程的酶，以DNA为模板，按碱基互补配对原则（U-A, C-G）合成RNA。该酶识别并结合DNA上的启动子序列，使DNA双链解开；随后以一条链为模板，沿5’→3’方向延伸RNA链；当遇到终止子序列时，RNA聚合酶从DNA模板和新生RNA上脱离，结束转录。

RNA｜ribonucleic acid

RNA（核糖核酸）是由核糖核苷酸聚合而成的单链大分子，其戊糖为核糖，碱基包括A、U、G、C而无T，U与A配对。RNA通常以单链形式存在，主要通过以DNA为模板的转录过程合成。在蛋白质合成中，mRNA作为模板携带遗传信息，rRNA与蛋白质共同构成核糖体，tRNA负责转运氨基酸并具局部双链结构。

半保留复制｜semiconservative replication

半保留复制是DNA复制的一种方式，每个子代DNA双链由一条亲代链和一条新合成的互补链组成。该复制方式依赖于碱基互补配对原则，以亲代DNA的每条单链为模板，合成互补的子链。半保留复制保证了遗传信息在代代相传中的完整性和稳定性。

半不连续复制｜semidiscontinuous replication

半不连续复制是指在DNA复制过程中，由于DNA聚合酶只能使dNTP连接在链的3’-OH上，故新链合成方向总是5’→3’；导致一条模板链（3’→5’方向）上的DNA可连续合成前导链，而另一条模板链（5’→3’方向）上的DNA则需先不连续合成一系列冈崎片段，再经DNA连接酶连接成后随链，这种一条链连续复制、另一条链不连续复制的模式称为半不连续复制。

重组修复｜recombinational repair

重组修复是一种DNA损伤修复机制，当DNA双链发生断裂或在复制后损伤仍存在时，细胞利用同源染色体或姐妹染色单体的同源序列作为模板，通过重组过程恢复DNA分子的完整结构，从而维持遗传信息的稳定性。

错配修复｜mismatch repair

错配修复是细胞的一种DNA损伤修复系统，主要用于纠正DNA复制过程中产生的碱基错配，是生物体在长期进化中获得的重要安全保护机制之一。

大肠杆菌T2噬菌体｜T2 phage

大肠杆菌T2噬菌体是一种专门感染大肠杆菌的噬菌体，属于细菌病毒。其形态呈蝌蚪状，头部为二十面体结构，约含60%的蛋白质外壳和40%的DNA；尾部结构复杂，具有髓部和尾丝。感染时，尾丝附着于细菌表面，通过髓部将DNA注入宿主细胞，利用细菌的代谢系统进行复制增殖，离开宿主则不能增殖。在赫尔希-蔡斯实验中，依据其蛋白质含硫、DNA含磷的特性，用放射性同位素分别标记，证明了DNA是遗传物质。

颠换｜transversion

颠换（transversion）是碱基置换的一种类型，指嘌呤被嘧啶替换或嘧啶被嘌呤替换的突变方式。与转换（嘌呤间或嘧啶间的置换）相比，颠换在DNA中较少发生。颠换只改变单个碱基而不增减碱基数目，可导致单个密码子改变，例如镰状细胞贫血症即由A→T的颠换引起。

点突变｜point mutation

点突变是指DNA序列中单个或多个碱基对的改变，是狭义的基因突变。它主要包括碱基置换和移码突变两种类型，碱基置换仅改变个别碱基而不增减数目，移码突变则因插入或删除非3整数倍碱基而导致阅读框架改变。点突变可发生在生殖细胞或体细胞，前者可遗传给后代，后者仅影响当代个体。突变多为有害，但也能产生遗传多样性，为自然选择提供材料。

冈崎片段｜Okazaki fragment

冈崎片段是DNA复制过程中在后随链上不连续合成的一系列短DNA片段，长度约为100~1000 bp。由于DNA聚合酶只能按5’→3’方向合成，而以后随链的5’→3’模板链合成的互补链无法直接按3’→5’方向进行，因此先以5’→3’方向合成这些短片段。随后，这些片段在DNA连接酶的作用下连接成完整的子链。

放射性核素测定法｜radionuclide dating

放射性核素测定法是利用放射性同位素衰变规律测定地质或考古样品绝对年代的技术。它基于母体放射性核素以恒定速率衰变为子体核素，通过测量样品中母子核素比值计算年龄，常用于化石和岩石定年。

复制｜replication

DNA复制是DNA合成过程，在细胞周期S期进行，是遗传稳定性的保证。复制依赖于碱基互补配对，以半保留方式进行，每个子代DNA双链中含有一条亲本链和一条新合成链。从特定复制起点双向开始，DNA聚合酶只能沿5’→3’方向催化合成，导致前导链连续复制，后随链须先合成冈崎片段再连接，呈半不连续性。

光复活修复｜photoreactivation repair

光复活修复是细胞DNA损伤修复系统之一，是生物体在长期进化过程中获得的一种安全保护机制，可修复DNA损伤。

互补DNA｜complementary DNA

互补DNA是指按照碱基互补配对原则，与另一条DNA链的碱基序列互补的DNA链。在DNA复制过程中，以亲代DNA单链为模板，合成的新链即为互补DNA（子链），它通过A-T、G-C配对与模板链结合形成双螺旋结构，确保遗传信息的准确传递。

基因突变｜gene mutation

基因突变是指生物体DNA分子中碱基对组成或排列顺序的改变。狭义上常指基因的点突变，即DNA序列中单个或多个碱基对的改变，包括碱基置换和移码突变等类型。突变可发生在生殖细胞并可遗传给后代，也可发生在体细胞但不遗传。基因突变是遗传变异的主要来源，也是许多疾病（如癌症）发生的重要分子基础。

密码子｜codon

密码子是mRNA上由三个相邻核苷酸组成的编码单位，负责在翻译过程中指定一种氨基酸。1961年Nirenberg的实验证明，至少需要三个碱基的组合（如UUU）才能决定一种氨基酸，由此确立了遗传密码的三联体性质。在核糖体上，mRNA的密码子与tRNA的反密码子通过碱基互补配对，确保正确的氨基酸被掺入延伸的多肽链中。

模板｜template

模板指在 DNA 复制、转录等核酸合成过程中，作为指导互补链（或 RNA）合成的亲本链。模板链上的碱基序列通过碱基互补配对原则，决定新合成链的核苷酸排列顺序，从而确保遗传信息的准确传递。

尿嘧啶｜uracil

尿嘧啶是RNA中特有的一种含氮碱基，属于嘧啶类，在RNA中与核糖和磷酸共同构成核苷酸。在遗传密码中，尿嘧啶对应的三联体密码子UUU编码苯丙氨酸，它通过碱基互补配对与腺嘌呤结合，在蛋白质合成中发挥关键作用。

起始密码子｜start codon

起始密码子（start codon）是mRNA上编码多肽合成起始信号的密码子，通常为AUG。它编码甲硫氨酸，并由特殊的起始tRNA携带该氨基酸以启动翻译。核糖体小亚基附着于mRNA的起始密码子位置，随后大亚基结合，开始多肽链的合成。

三联体密码｜triplet code

三联体密码是指由mRNA上三个相邻的核苷酸构成一个密码子、对应于一种氨基酸的编码方式。这种编码方式基于4种碱基的三联组合可产生64种可能，足以决定20种氨基酸。1961年尼伦伯格等人用人工合成的多聚U mRNA在体外无细胞体系中合成了只含苯丙氨酸的多肽，证明了UUU编码苯丙氨酸，从而揭示了遗传信息以三联体形式读码和翻译的基本原理。

切除修复｜excision repair

切除修复是细胞中一种普遍的DNA损伤修复机制，在一系列酶的作用下识别并切除DNA分子中受损伤的部位，然后以另一条完整的互补单链为模板合成填补，使DNA恢复正常结构。切除酶能识别多种损伤，包括紫外线引起的嘧啶二聚体及其他化学诱变造成的损伤，该修复功能不局限于特定损伤类型，是生物体重要的安全保障。

青霉素｜penicillin

青霉素（penicillin）是一类由青霉菌产生的β-内酰胺类抗生素，能抑制细菌细胞壁合成，从而杀灭敏感细菌。临床用于治疗多种细菌感染，但可能引发速发型过敏反应，严重时可致过敏性休克甚至死亡。细菌可通过转化等途径获得对青霉素的抗药性，使其疗效降低。

球菌｜coccus

球菌是一类球状的细菌，为细菌的三种基本形态之一，如金黄色葡萄球菌常聚集成串，淋球菌则成对排列呈肾形。

噬菌体｜bacteriophage

噬菌体是一类专门攻击细菌的病毒，形态常为蝌蚪状或丝状。其典型结构包括头部（常为二十面体）和尾部，头部含由蛋白质外壳包裹的核酸（如DNA）。噬菌体严格寄生，侵染细菌后利用宿主细胞内的物质和能量系统进行增殖，离开宿主则不能增殖。

突变｜mutation

突变是指生物体的DNA发生改变，广义包括染色体畸变，狭义特指基因的点突变，如碱基置换或移码突变。突变可发生于生殖细胞，能遗传给后代，也可发生于体细胞，引起个体当代变化但不遗传。尽管大多数突变是有害的，但它为自然选择提供了丰富的遗传多样性，是进化的重要原材料，且自然突变率通常很低。

特征替代｜character displacement

特征替代是指两个近缘物种在分布重叠区由于种间竞争而发生性状分化，从而减少生态位重叠的现象。这是自然选择驱动的表型演化，使得共存的物种在资源利用或栖息地选择上产生差异，以缓解竞争压力。

遗传密码｜genetic code

遗传密码是指信使RNA分子中每三个相邻的核苷酸组成一个三联体密码子，对应编码一种特定氨基酸的规则。通过实验证明，至少需要三个碱基的组合（共64种可能的密码子）才能为20种氨基酸编码，例如密码子UUU编码苯丙氨酸。遗传密码是连接核酸序列与蛋白质氨基酸序列的翻译基础，决定了遗传信息的表达。

信息素｜pheromone

信息素是动物分泌的化学物质，可作为信号在同种个体间传递，用来吸引或排斥其他个体，或对其他个体的生理状况产生长远影响。

修复｜repair

修复是指生物体在一定条件下对DNA损伤进行纠正的过程，是生物在长期进化中获得的一种重要安全保护机制。细胞的DNA损伤修复系统包括错配修复、切除修复、光复活修复、重组修复和易错修复等多种类型，其中切除修复最为常见。切除修复通过一系列酶的作用，切除受损部位并以完整链为模板重新合成，从而恢复DNA的正常结构与功能。

易错修复｜error-prone repair

易错修复是细胞在DNA损伤严重时启用的一种应急修复途径，允许复制跨过损伤部位继续合成DNA，但修复过程中可能引入错误，从而可能导致突变。

一个基因一条多肽链｜one gene-one polypeptide

一个基因一条多肽链假说是指一个基因负责编码一条多肽链的遗传信息。该假说修正了早期的“一个基因一个酶”说，认识到基因的直接产物是多肽链，而功能蛋白质可由一条或多条多肽链构成。它揭示了基因与多肽链之间的线性对应关系，是现代分子生物学的重要理论基础。

一个基因一种酶假说｜One gene-one enzyme hypothesis

一个基因一种酶假说是指基因通过控制特定酶的合成来调节代谢反应，进而决定生物表型性状的学说。该思想最早由A. Garrod于1909年通过尿黑酸症研究提出，他发现患者因缺乏尿黑酸氧化酶而表现出黑色尿性状。20世纪40年代，比德尔和塔特姆利用粗糙脉孢菌突变体实验正式形成“一个基因一种酶”假说，认为每个基因负责产生一种特定的酶。这一假说后发展为“一个基因一条多肽链”的更准确表述。

移码突变｜frameshift mutation

移码突变是指在DNA碱基序列中插入或删除一个或多个非3整倍数的碱基，从而导致该位点之后的三联体密码子阅读框架发生改变，进而使后续氨基酸序列全部变化的突变类型。这种突变打乱了原有的密码子顺序，使转录和翻译过程均出现异常，最终造成蛋白质分子的完全改变或形成异常蛋白质，常引起生物体的疾病或死亡。

中心法则｜central dogma

中心法则是由克里克于1956年提出的描述遗传信息传递方向的学说。其核心内容是：DNA通过复制将遗传信息传递给DNA，通过转录传递给RNA，再通过翻译传递给蛋白质。后来发现RNA病毒能以RNA为模板复制RNA，以及反转录酶催化下从RNA合成DNA，因此在原来的基础上补充了RNA复制和反转录途径；在实验室条件下，DNA还可直接翻译为蛋白质，从而扩展了中心法则的内涵。

终止子｜terminator

终止子是位于基因末端的DNA模板上的特殊碱基序列，在转录过程中，当RNA聚合酶遇到该序列时，会从RNA分子和基因上脱离，从而导致转录终止。

着色性干皮病｜xeroderma pigmentosum

着色性干皮病是一种罕见的常染色体隐性遗传病，患者体内DNA切除修复系统存在缺陷，无法有效修复紫外线等造成的DNA损伤，导致皮肤对日光高度敏感，暴露部位出现色素沉着、干燥、萎缩及多发性皮肤癌等病变。

转化｜transformation

转化是指细菌从周围环境中摄取游离的外源DNA片段，并将其整合到自身基因组中或作为质粒独立复制，从而获得新的可遗传性状的过程。格里菲思的肺炎链球菌实验表明，加热杀死的S型菌的DNA可使活的R型菌转变为S型，证实了转化因子是DNA。可转化的性状不限于荚膜多糖，还包括抗生素抗性等。在基因工程中，转化常指将重组质粒导入细菌细胞，利用抗性标记筛选转化子。

转移RNA｜transfer RNA

转移RNA（tRNA）是约含80个核苷酸的单链RNA分子，通过自身折叠形成局部双链区。在蛋白质合成中，tRNA的3’端CCA可携带特定氨基酸，形成氨酰基-tRNA，而其反密码子环上的三个核苷酸（反密码子）能识别mRNA上的密码子并与之互补配对，从而将氨基酸转运至核糖体，参与多肽链的合成。

小干扰RNA｜small interfering RNA

小干扰RNA（small interfering RNA, siRNA）是一类长度约20～25个核苷酸的双链RNA分子，在RNA干扰（RNAi）途径中发挥核心作用。它能特异性识别并降解互补的mRNA，从而沉默靶基因的表达。siRNA通常来源于外源双链RNA（如病毒RNA）或内源转录物，经Dicer酶加工产生，并与RNA诱导沉默复合体（RISC）结合，介导序列特异性的基因调控。

信号假说｜signal hypothesis

信号假说是解释分泌蛋白如何跨越内质网膜进入分泌途径的学说。该假说认为，分泌蛋白的N端含有一段信号肽序列，当信号肽在核糖体上合成后，被信号识别颗粒识别并引导核糖体-新生肽链复合物与内质网膜上的受体结合，随后信号肽引导肽链穿膜进入内质网腔，信号肽被切除，蛋白质完成合成或继续转运。