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基因表达与调控

AP 生物 · 知识点 6

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8:40

基因表达与调控

试管里的那根白线就是真正的DNA,是从普通细胞中提取出来的。它看起来毫无特别之处。但它包含了你的身体未来所需的所有指令。……

英语旁白 · 英中内嵌字幕

6.1

DNA 与 RNA 的结构

教学大纲

持久理解(大概念3 — 信息的存储与传递): 生命系统能够存储、检索、传递并对维持生命过程至关重要的信息作出响应。

学习目标 6.1.A: 描述参与将遗传信息从一代传递到下一代的结构。

  • 6.1.A.1 遗传信息存储在DNA分子中,并通过DNA分子传递给后代,在某些情况下也通过RNA分子传递。
    • 6.1.A.1.i 原核生物通常具有环状染色体。
    • 6.1.A.1.ii 真核生物通常具有多个线形染色体,由DNA组成。这些染色体利用组蛋白和相关蛋白质进行压缩包装。
  • 6.1.A.2 原核生物和真核生物都可能含有质粒,即染色体外环状DNA分子。

学习目标 6.1.B: 描述使DNA能够作为遗传物质的特性。

  • 6.1.B.1 核酸表现出特定的核苷酸碱基配对方式,这种配对方式在进化过程中被保守保留。
    • 6.1.B.1.i 嘌呤(鸟嘌呤和腺嘌呤)具有双环结构。
    • 6.1.B.1.ii 嘧啶(胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶)具有单环结构。
    • 6.1.B.1.iii 嘌呤与嘧啶配对:腺嘌呤与胸腺嘧啶配对(或在RNA中与尿嘧啶配对),鸟嘌呤与胞嘧啶配对。

来源:College Board AP 课程与考试说明

English
Spooling precipitated DNA from a cell extract — DNA is a real, visible molecule
Spooling precipitated DNA from a cell extract — DNA is a real, visible molecule

DNA carries genetic information as a double helix 双螺旋 of two strands. Its nucleotides 核苷酸 pair by rule – A with T, G with C (complementary base pairing 互补配对) – so one strand specifies the other. The strands run antiparallel 反平行. RNA is single-stranded, uses uracil (U) instead of thymine, and has ribose sugar.

DNA: two antiparallel strands held by complementary base pairs
DNA: two antiparallel strands held by complementary base pairs

How the DNA is packaged differs between the domains, and the CED asks for both.

  • Prokaryotic organisms typically have a single circular chromosome 环状染色体 in the cytoplasm, often with extra small circles called plasmids.
  • Eukaryotic organisms typically have multiple linear chromosomes 线性染色体, and each is condensed by wrapping around proteins called histones 组蛋白. That packing is what fits two metres of DNA into a nucleus a few micrometres across — and because a tightly wound region is hard for the transcription machinery to reach, the packing is itself a level of gene regulation.
探索

DNA 还是 RNA 的特征?

按照每个结构特征属于 DNA 还是 RNA,给它们分类。

词汇 训练
English 中文 拼音
double helix/ˈdʌbl ˈhiːlɪks/ 双螺旋 shuāng luó xuán
nucleotides/ˈnjuːklɪɒtaɪdz/ 核苷酸 hé gān suān
complementary base pairing/ˌkɒmplɪˈmentəri beɪs ˈpeərɪŋ/ 互补配对 hù bǔ pèi duì
antiparallel/ˌæntɪˈpærəlel/ 反平行 fǎn píng xíng
single circular chromosome/ˈsɪŋɡl ˈsɜːkjʊlə ˈkrəʊməsəʊm/ 环状染色体 huán zhuàng rǎn sè tǐ
multiple linear chromosomes/ˈmʌltɪpl ˈlɪnɪə ˈkrəʊməsəʊmz/ 线性染色体 xiàn xìng rǎn sè tǐ
histones/ˈhɪstəʊnz/ 组蛋白 zǔ dàn bái
6.2

DNA 复制

教学大纲

持久理解(BIG IDEA 3 — 信息的存储与传递): 生命系统存储、检索、传递并对维持生命过程至关重要的信息作出响应。

学习目标 6.2.A: 描述遗传信息在代际间传递时的复制机制。

  • 6.2.A.1 DNA复制确保了遗传信息的连续性。
    • 6.2.A.1.i DNA的合成方向为5'到3'。
    • 6.2.A.1.ii 复制是一个半保留过程,即DNA的一条链作为新互补DNA链的模板。
    • 6.2.A.1.iii 解旋酶解开DNA双链。
    • 6.2.A.1.iv 拓扑异构酶松弛复制叉前方的超螺旋结构。
    • 6.2.A.1.v DNA聚合酶需要RNA引物来启动DNA合成。
    • 6.2.A.1.vi DNA聚合酶在前导链上连续合成新的DNA链,在后随链上不连续合成。
    • 6.2.A.1.vii 连接酶将后随链上的片段连接起来。
    • 排除说明: 除DNA聚合酶、连接酶、RNA聚合酶、解旋酶和拓扑异构酶之外的步骤名称及特定酶的名称超出AP考试范围。

来源:College Board AP 课程与考试说明

English

Before a cell divides, DNA is copied semiconservatively 半保留复制: the helix unwinds and each old strand templates a new one, so each daughter helix has one old and one new strand. DNA polymerase 聚合酶 adds nucleotides following base-pairing rules, building the new strand and proofreading as it goes.

Semi-conservative DNA replication at a replication fork
Semi-conservative DNA replication at a replication fork

The rule that explains the fork. The two strands of DNA are antiparallel: one runs $5'\rightarrow3'$, the other $3'\rightarrow5'$. DNA polymerase can add nucleotides only to the 3′ end of a growing strand, so every new strand grows $5'\rightarrow3'$. Each enzyme at the fork has one job:

  • helicase 解旋酶 unwinds the double helix and separates the strands at the fork.
  • topoisomerase 拓扑异构酶 works ahead of the fork, relieving the twisting that unwinding causes.
  • primase 引物酶 lays down a short RNA primer RNA引物, because DNA polymerase cannot start a new strand on its own; it can only extend one.
  • DNA polymerase adds nucleotides to the 3′ end, and later replaces the RNA primers with DNA.
  • ligase 连接酶 joins the separate pieces of DNA into one strand.
A replication fork. The parent double helix on the right is unwound by helicase at the fork, with topoisomerase ahead of it. The upper parent strand runs from 3 prime on the left; its new partner, the leading strand, grows in one piece from a single primer towards the fork. The lower parent strand runs from 5 prime on the left; its new partner, the lagging strand, is made as separate short pieces, each starting from an RNA primer near the fork and growing away from it, with ligase joining the gaps
Because new DNA can only grow $5'\rightarrow3'$, one strand is made continuously and the other in short pieces

The leading strand 前导链 grows towards the fork, in the same direction as the fork moves, so it is made in one piece. The lagging strand 后随链 must grow away from the fork, so it is made in short Okazaki fragments 冈崎片段. Each needs its own primer, and ligase joins them.

词汇 训练
English 中文 拼音
semiconservatively/ˌsemɪkənˈsɜːvətɪvli/ 半保留复制 bàn bǎo liú fù zhì
DNA polymerase/ˌdiː en ˈeɪ ˌpɒlɪməˈreɪz/ 聚合酶 jù hé méi
helicase/ˈhelɪkeɪs/ 解旋酶 jiě xuán méi
topoisomerase/ˈtɒpɔɪsəʊmreɪz/ 拓扑异构酶 tuò pū yì gòu méi
primase 引物酶 yǐn wù méi
RNA primer/ˌɑː en ˈeɪ ˈpraɪmə/ RNA引物 RNA yǐn wù
ligase/ˈlɪɡeɪs/ 连接酶 lián jiē méi
leading strand/ˈliːdɪŋ strænd/ 前导链 qián dǎo liàn
lagging strand/ˈlæɡɪŋ strænd/ 后随链 hòu suí liàn
Okazaki fragments 冈崎片段 gāng qí piàn duàn
6.3

转录与 RNA 加工

教学大纲

持久理解(BIG IDEA 3 — 信息的存储与传递): 生命系统能够存储、检索、传递并对维持生命过程所需的信息作出反应。

学习目标 6.3.A: 描述遗传信息从DNA流向RNA再到蛋白质的机制。

  • 6.3.A.1 RNA碱基的序列以及RNA分子的结构共同决定了RNA的功能。
    • 6.3.A.1.i 信使RNA(mRNA)分子将细胞核中DNA的信息携带至细胞质中的核糖体。
    • 6.3.A.1.ii 不同的转运RNA(tRNA)分子结合特定的氨基酸,并具有能与mRNA密码子进行碱基配对的反密码子序列。在翻译过程中,tRNA被招募到核糖体上,依据mRNA序列生成初级肽链。
    • 6.3.A.1.iii 核糖体RNA(rRNA)分子是核糖体的功能性构建模块。
  • 6.3.A.2 RNA聚合酶利用DNA的一条模板链指导新形成RNA分子中碱基的加入。这一过程称为转录。
  • 6.3.A.3 酶RNA聚合酶通过以3'到5'方向读取模板DNA链,按5'到3'方向合成mRNA分子。
  • 6.3.A.4 在真核细胞中,mRNA转录本经历一系列由酶介导的修饰。
    • 6.3.A.4.i 添加多聚腺苷酸尾(poly-A tail)可增强mRNA的稳定性。
    • 6.3.A.4.ii 添加GTP帽有助于核糖体识别。
    • 6.3.A.4.iii 内含子的切除以及外显子的拼接和保留,生成了不同版本的成熟mRNA分子。这一过程称为可变剪接。

来源:College Board AP 课程与考试说明

English

Transcription 转录 copies a gene's DNA into messenger RNA 信使核糖核酸 (mRNA). RNA polymerase reads the template strand and builds a complementary RNA. In eukaryotes the mRNA is then processed: a cap and tail are added, and introns 内含子 are removed by splicing, leaving the exons 外显子 in the mature transcript. Some retained exon regions are untranslated, so exon does not mean only protein-coding sequence.

Introns are removed and exons joined to make mature mRNA
Introns are removed and exons joined to make mature mRNA

The 5′ cap added during processing is a modified guanine nucleotide — a GTP cap — and its job is recognition: it helps the ribosome recognise and bind the mRNA, as well as protecting the transcript from degradation as it leaves the nucleus.

探索

将 DNA 转录为信使 RNA

转录将 DNA 模板复制为 mRNA,配对 A→U,T→A,C→G,G→C。逐步了解按碱基构建 RNA 链的过程。

词汇 训练
English 中文 拼音
Transcription/trænˈskrɪpʃn/ 转录 zhuǎn lù
messenger RNA/ˈmesɪndʒə ˌɑː en ˈeɪ/ 信使核糖核酸 xìn shǐ hé táng hé suān
introns/ɪnˈtrɒnz/ 内含子 nèi hán zǐ
exons/eɡˈzɒnz/ 外显子 wài xiǎn zǐ
6.4

翻译

教学大纲

持久理解(核心理念3 — 信息存储与传递): 生命系统储存、检索、传递并对维持生命过程所需的信息做出反应。

学习目标 6.4.A: 解释生物体的表型如何由其基因型决定。

  • 6.4.A.1 mRNA 翻译成多肽的过程发生在原核细胞和真核细胞的细胞质中的核糖体上,以及真核细胞粗面内质网的细胞质表面。
  • 6.4.A.2 在原核生物中,mRNA 分子的翻译与其转录同时进行。
  • 6.4.A.3 翻译涉及许多连续步骤,包括起始、延伸和终止。翻译的主要特征包括:
    • 6.4.A.3.i 当核糖体中的 rRNA 在起始密码子(AUG,编码氨基酸甲硫氨酸)处与 mRNA 相互作用时,翻译被启动。
    • 6.4.A.3.ii mRNA 上的核苷酸序列以三联体的形式读取,称为密码子。
    • 6.4.A.3.iii 每个密码子编码一种特定的氨基酸,可以通过使用遗传密码图来推断。许多氨基酸由多个密码子编码。
    • 6.4.A.3.iv 几乎所有生物都使用相同的遗传密码,这是所有生物具有共同祖先的证据。
    • 6.4.A.3.v tRNA 将正确的氨基酸带到 mRNA 上密码子所指定的位置。
    • 6.4.A.3.vi 氨基酸被转移到正在延长的多肽链上。
    • 6.4.A.3.vii 该过程沿着 mRNA 继续进行,直到遇到终止密码子。
    • 6.4.A.3.viii 翻译通过释放新合成的蛋白质而终止。
    • 排除说明: 涉及上述每一步的酶和因子的细节及名称超出了 AP 考试的考查范围。
    • 排除说明: 背诵遗传密码(除起始密码子 AUG 外)超出了 AP 考试的考查范围。
  • 6.4.A.4 逆转录病毒中的遗传信息是一个特殊情况,具有替代的信息流向:从 RNA 到 DNA,这一过程由逆转录酶实现,该酶将病毒 RNA 基因组复制为 DNA。这种 DNA 整合到宿主基因组中,并被转录和翻译以组装新的病毒后代。

来源:College Board AP 课程与考试说明

English

Translation 翻译 builds a protein from the mRNA at the ribosome 核糖体. The mRNA is read in three-base codons 密码子, each specifying an amino acid or a stop signal (the genetic code). Transfer RNA 转运核糖核酸 brings the matching amino acid, and the ribosome links them into a polypeptide until a stop codon ends it. This is the "central dogma": DNA → RNA → protein.

mRNA is read by a ribosome to build a protein from amino acids
mRNA is read by a ribosome to build a protein from amino acids

Inside the ribosome. The ribosome has three sites for tRNA: A (where a new tRNA arrives), P (holding the tRNA with the growing chain) and E (exit).

  1. Initiation: the small subunit binds the mRNA and finds the start codon 起始密码子 AUG. A tRNA carrying methionine pairs with it, and the large subunit joins.
  2. Elongation: a tRNA whose anticodon 反密码子 is complementary to the next codon enters the A site. A peptide bond 肽键 joins the chain in the P site to the new amino acid. The ribosome then moves one codon towards the 3′ end, and the empty tRNA leaves from the E site.
  3. Termination: a stop codon 终止密码子 (UAA, UAG or UGA) reaches the A site. No tRNA matches it, so a release factor frees the finished polypeptide.
A ribosome on an mRNA running from 5 prime on the left to 3 prime on the right. Three tRNAs sit on three codons: in the E site an empty tRNA with anticodon UAC on the start codon AUG; in the P site a tRNA with anticodon CGA on codon GCU, carrying the chain methionine-alanine; in the A site a tRNA with anticodon AAG on codon UUC, carrying phenylalanine. A dashed peptide bond forms between alanine and phenylalanine. Further along the mRNA is the stop codon UAA
Each codon is matched by a tRNA anticodon; the chain passes from the P-site tRNA to the amino acid in the A site

Worked example (DNA to protein). The template strand of a gene reads $3'$-TAC CGA AAG ATT-$5'$.

  1. The mRNA is complementary to the template strand, with U instead of T: $5'$-AUG GCU UUC UAA-$3'$.
  2. Read the codons from the start codon, using the genetic code table: AUG = Met, GCU = Ala, UUC = Phe, UAA = stop.
  3. The polypeptide is Met–Ala–Phe. The stop codon adds no amino acid.

The tRNA anticodons are $3'$-UAC-$5'$, $3'$-CGA-$5'$ and $3'$-AAG-$5'$. They have the same sequence as the template DNA, but with U for T.

Common mistakes.

  • Saying DNA polymerase "reads $5'\rightarrow3'$". It builds the new strand $5'\rightarrow3'$, by reading the template $3'\rightarrow5'$.
  • Saying the lagging strand is made "more slowly" or "backwards". It is made in the same $5'\rightarrow3'$ direction, but in pieces, because it runs away from the fork.
  • Using T in mRNA, or reading the genetic code table with anticodons. The table is written in mRNA codons.
  • Giving the stop codon an amino acid.
  • Saying a ribosome makes the amino acids. It joins amino acids brought to it by tRNA.
词汇 训练
English 中文 拼音
Translation/trænˈsleɪʃn/ 翻译 fān yì
ribosome/ˈriːbəʊsəʊm/ 核糖体 hé táng tǐ
codons/ˈkəʊdɒnz/ 密码子 mì mǎ zǐ
Transfer RNA/ˈtrænsfɜː ˌɑː en ˈeɪ/ 转运核糖核酸 zhuǎn yùn hé táng hé suān
start codon 起始密码子 qǐ shǐ mì mǎ zǐ
anticodon/ˌæntɪˈkəʊdɒn/ 反密码子 fǎn mì mǎ zǐ
peptide bond/ˈpeptaɪd bɒnd/ 肽键 tài jiàn
stop codon/stɒp ˈkəʊdɒn/ 终止密码子 zhōng zhǐ mì mǎ zi
6.5

基因表达的调控

教学大纲

持久理解(核心概念3 — 信息的存储与传递): 生命系统能够存储、检索、传递并对维持生命过程所需的信息做出响应。

学习目标 6.5.A: 描述调控基因表达的各种相互作用类型。

  • 6.5.A.1 调控序列是DNA上的一段序列,它们与调控蛋白相互作用以控制转录。有些基因组成型表达,而另一些基因则是可诱导的。
  • 6.5.A.2 表观遗传改变可以通过对DNA或组蛋白的可逆修饰来影响基因表达。
  • 6.5.A.3 细胞或生物体的表型由所表达的基因组合及其表达水平决定。
    • 6.5.A.3.i 可见的细胞分化是组织特异性蛋白基因表达的结果。
    • 6.5.A.3.ii 发育过程中转录因子的诱导导致基因的顺序表达。
    • 6.5.A.3.iii 基因产物的功能和数量决定了生物的表型。

学习目标 6.5.B: 解释调控序列的位置与其功能之间的关系。

  • 6.5.B.1 原核生物和真核生物都存在协调调控的基因群。
    • 6.5.B.1.i 原核生物通过可诱导或可阻遏的系统调控操纵子。
    • 6.5.B.1.ii 在真核生物中,基因群可能受相同转录因子的影响,从而协调表达调控。

来源:College Board AP 课程与考试说明

English

Cells control which genes are expressed and when. In prokaryotes, operons 操纵子 switch groups of genes on or off. In eukaryotes, regulation happens at many levels – which genes are transcribed (transcription factors, promoters, enhancers), RNA processing, and after translation. This lets a cell respond to its environment without changing its DNA.

The lac operon switches genes on only when lactose is present
The lac operon switches genes on only when lactose is present
词汇 训练
English 中文 拼音
operons/ˈɒpərənz/ 操纵子 cāo zòng zǐ
6.6

基因表达与细胞特化

教学大纲

持久理解(核心概念3 — 信息存储与传递): 生命系统能够存储、检索、传递并对维持生命过程所需的信息作出反应。

学习目标 6.6.A: 解释转录因子结合启动子区域如何影响基因表达及生物体的表型。

  • 6.6.A.1 RNA聚合酶和转录因子结合到启动子或增强子DNA序列以启动转录。这些序列可位于转录起始位点的上游或下游。
  • 6.6.A.2 负调控分子通过结合DNA并阻断转录来抑制基因表达。

学习目标 6.6.B: 解释基因表达调控与细胞及生物体表型差异之间的联系。

  • 6.6.B.1 基因调控导致差异性基因表达,进而影响细胞产物和功能。
  • 6.6.B.2 某些小RNA分子在调节基因表达中发挥作用。

来源:College Board AP 课程与考试说明

English

Every cell in a body has the same DNA, yet cells differ because they express different genes – differential gene expression 差异表达. This is how one fertilized egg produces many specialized cell types (muscle, nerve, skin); signals during development turn specific genes on and off.

A stem cell differentiates into specialised cell types
A stem cell differentiates into specialised cell types
探索

哪种细胞表达哪些基因?

按照哪种细胞类型开启基因来做它,给每项特化的工作分类。

词汇 训练
English 中文 拼音
differential gene expression/ˌdɪfəˈrenʃl dʒiːn ekˈspreʃn/ 差异表达 chā yì biǎo dá
6.7

突变

教学大纲

持久性理解(BIG IDEA 3 — 信息存储与传递): 生命系统存储、检索、传递并响应生命过程所需的信息。

学习目标 6.7.A: 描述各种类型的突变。

  • 6.7.A.1 DNA序列的改变称为突变,可能导致产生的蛋白质类型或数量发生变化,进而引起表型的改变。DNA突变可能是有益的、有害的或中性的,这取决于它们对最终产生的核酸或蛋白质的影响,以及该蛋白质所赋予表型的影响或缺失影响。
    • 6.7.A.1.i 点突变是指一个核苷酸被替换为不同的核苷酸时发生的突变。
    • 6.7.A.1.ii 移码突变是指插入或删除一个或多个核苷酸,导致阅读框发生偏移时发生的突变。
    • 6.7.A.1.iii 无义突变是指发生点突变导致提前出现终止密码子时发生的突变。
    • 6.7.A.1.iv 沉默突变是指核苷酸序列的改变对氨基酸序列没有影响时发生的突变。
    • 6.7.A.1 示例:
      • CFTR基因的突变会破坏离子运输,导致囊性纤维化。
      • MC1R基因的突变会导致口袋鼠产生适应性黑化现象。
    • 排除说明: 关于具体突变及其影响的知识点超出AP考试范围。

学习目标 6.7.B: 解释基因型的改变如何导致表型的改变。

  • 6.7.B.1 DNA复制错误或DNA修复机制的问题,以及包括辐射和活性化学物质在内的外部因素,都可能导致DNA发生随机突变。
    • 6.7.B.1.i 突变是有益、有害还是中性,取决于环境背景。
    • 6.7.B.1.ii 突变是遗传变异的来源。
  • 6.7.B.2 有丝分裂或减数分裂中的错误可能导致表型的改变。
    • 6.7.B.2.i 由不分离导致的染色体数目变化通常会引起由三倍体(非整倍体)引起的新的表型。
    • 6.7.B.2.ii 染色体数目的变化通常会导致具有发育限制的疾病。
    • 6.7.B.2.iii 染色体结构的改变会导致遗传疾病。
    • 排除说明: 关于与染色体数目变化相关的具体疾病的知识超出AP考试范围。

学习目标 6.7.C: 解释DNA序列的改变如何促成可受自然选择作用的变异。

  • 6.7.C.1 基因型的改变可能影响受自然选择的表型。能够增强生存和繁殖能力的遗传改变可以被环境条件所选择。
    • 6.7.C.1.i 原核生物通过转化(摄取DNA)、转导(病毒传递遗传信息)、接合(细胞间DNA转移)和转座(DNA片段在DNA分子内及分子间的移动)获得的水平遗传信息增加了遗传变异。
    • 6.7.C.1.ii 相关的病毒如果感染同一个宿主细胞,可以重组遗传信息。
    • 6.7.C.1.iii 增加遗传变异的生殖过程在进化上是保守的,并由各种生物所共有。
    • 6.7.C.1 示例: 镰状细胞贫血

来源:College Board AP 课程与考试说明

English

A mutation 突变 is a change in the DNA sequence. Point mutations change one base (silent, missense, or nonsense); insertions/deletions can cause a frameshift 移码 that garbles everything downstream. Mutations in gametes are heritable; they may be harmful, neutral, or beneficial – and beneficial ones supply the variation for natural selection.

Substitution, deletion, and insertion mutations
Substitution, deletion, and insertion mutations

Whole-chromosome errors change the phenotype too. Mutation is not only a change of base: errors in mitosis or meiosis can result in changes in phenotype. If chromosomes fail to separate — nondisjunction 不分离 — a gamete receives an extra copy or none, and the resulting zygote has an abnormal chromosome number (aneuploidy 非整倍性). Trisomy 21 is the familiar example. Because a whole chromosome carries hundreds of genes, the phenotypic effect is far broader than a point mutation's.

探索

有益、有害,还是中性?

按照效果给每个突变分类——许多没有作用,一些有害,少数有帮助。

词汇 训练
English 中文 拼音
mutation/mjuːˈteɪʃn/ 突变 tū biàn
frameshift/ˈfreɪmʃɪft/ 移码 yí mǎ
nondisjunction/ˌnɒndɪsˈdʒʌŋkʃn/ 不分离 bù fēn lí
aneuploidy/ˈeɪnəplɔɪdi/ 非整倍性 fēi zhěng bèi xìng
6.8

生物技术

教学大纲

持久理解(核心概念3 — 信息的存储与传递): 生命系统存储、检索、传递并响应对生命过程至关重要的信息。

学习目标 6.8.A: 解释基因工程技术在分析或操作DNA中的应用。

  • 6.8.A.1 基因工程技术可用于分析和操作DNA及RNA。
    • 6.8.A.1.i 凝胶电泳是一种根据大小和电荷分离DNA片段的工艺。
    • 6.8.A.1.ii 在聚合酶链式反应(PCR)过程中,通过使DNA变性、将引物退火到原始链上以及延伸新的DNA分子来扩增DNA片段。
    • 6.8.A.1.iii 细菌转化是将外源DNA导入细菌细胞的过程。
    • 6.8.A.1.iv DNA测序技术确定DNA分子中核苷酸的排列顺序。通常,这些技术会产生一种DNA指纹,从而允许比较不同样本中的DNA序列。
    • 6.8.A.1 示例:
      • 扩增的DNA片段可用于鉴定生物体并进行系统发育分析。
      • DNA分析可用于法医鉴定。
      • 转基因生物包括转基因动物。
      • 基因克隆可使DNA片段得以复制。
    • 排除说明: 关于上述每种基因工程技术细节的知识超出了AP考试的范围。

来源:College Board AP 课程与考试说明

English
A thermal cycler repeatedly heats and cools samples to amplify DNA (PCR)
A thermal cycler repeatedly heats and cools samples to amplify DNA (PCR)
Agarose gel under UV light: DNA fragments separate by size as bright bands
Agarose gel under UV light: DNA fragments separate by size as bright bands

Biotechnology 生物技术 tools manipulate genetic material: PCR 聚合酶链反应 copies DNA, gel electrophoresis 凝胶电泳 separates DNA fragments by size, restriction enzymes and cloning move genes between organisms, and CRISPR edits sequences. These techniques enable genetic testing, engineered organisms, and medical treatments.

Gel electrophoresis separates DNA fragments by length
Gel electrophoresis separates DNA fragments by length
The polymerase chain reaction doubles the DNA each cycle
The polymerase chain reaction doubles the DNA each cycle

Worked example. A template DNA strand 3'-TAC GGA TTC-5' is transcribed into mRNA 5'-AUG CCU AAG-3'. A ribosome reads three codons: AUG = Met (start), CCU = Pro, AAG = Lys — coding for Met–Pro–Lys. Changing the third base of a codon often gives the same amino acid, because the genetic code is degenerate, which softens the effect of many mutations.

Reading DNA identifies individuals. Because the number of repeats at certain non-coding loci varies from person to person, analysis of DNA can be used for forensic identification: amplify those regions by PCR, separate the fragments by gel electrophoresis, and compare the pattern of band positions with a reference sample. A match is a statement about probability rather than certainty, which is why several loci are tested rather than one.

词汇 训练
English 中文 拼音
Biotechnology/ˌbaɪəʊtekˈnɒlədʒi/ 生物技术 shēng wù jì shù
PCR/ˌpiː siː ˈɑː/ 聚合酶链反应 jù hé méi liàn fǎn yìng
gel electrophoresis/dʒel ɪˌlektrəʊfɔːˈriːsɪs/ 凝胶电泳 níng jiāo diàn yǒng
6.8

考试技巧

English
  • Know the central dogma DNA → RNA → protein: transcription makes mRNA, translation reads it in three-base codons at the ribosome.
  • Remember RNA is single-stranded and uses U instead of T; replication is semiconservative.
  • Every cell has the same DNA — cells differ because they express different genes (differential gene expression).
  • A mutation is a change in the DNA sequence and may be harmful, neutral, or beneficial (the raw material for selection).
  • Link biotech tools to their jobs: PCR copies DNA; gel electrophoresis separates fragments by size.

该知识点的互动课程

逐步完成,配合即时检查练习。

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