今日口号：gz440100广州！ 处暑风揉青穗浪，开学笔补半篇文。 大家好，以及屏幕前的{visitor}，马上处暑了，高中生都已经开学了吧，那些没开学的中小学生们作业写完了吗喵？（毕业生别掺和） 如果这篇对你有所帮助的话，记得给个<b>支持</b>哦！ 第四次申精（第一次在黑洞区申精），同时我申请加入<discussion=6a28fa0b821f78e016dc6241>物实基础学科建设企划</discussion>的生命科学组 <b>本作品发布于2026年8月</b> <size=37><external=https://plweb.turtlesim.com/#/p/Discussion/6a89050d7669b917e5726d37>在plweb中观看更佳（点我进入）</external></size> <size=46>巜目录</size> 巜Part0：前引 巜Part1：基因指导蛋白质合成 巜Part2：遗传信息的转录 巜Part3：习题部分1 例1 巜Part4：mRNA的形成过程 巜Part5：习题部分2 例2 巜Part6：RNA的种类 巜Part7：后记 有效字数部分：Part1-2、Part4、Part6 <size=46>巜Part0：前引</size> <i>暑退云闲，斜照迟迟，摘一朵白，等一田金黄。 我们都是为了更好的日子而努力，或许青春可以再从容一点，带着坚定往前走。——绵州薛定谔</i> 往前走，其实我们身体里的每一个细胞，也一直在<b>“往前走”</b>。从一朵白，到一田金黄，从一粒种子到一棵完整的生命，这一路从来不是随意的，而是循着一份写好的图纸，坚定而从容地推进。这份图纸，就是DNA；而把它从细胞核深处“誊抄”出来、让生命的指令得以执行的第一步，叫做——<b><a>转录</a></b>。 <size=46>巜Part1：基因指导蛋白质合成</size> 首先我们把目光投向太平洋西北部，在某处地方，有一种会发光的水母。这种水母为什么能够发光？初中的知识只解释了基因在DNA分子上，就没细说了。 在水母的某个DNA分子上，有一段碱基对序列是约700个的片段（编码区是这么多，如果是完整基因的话是大概两三千个），它是<b>荧光蛋白基因</b>。这段基因能指导合成荧光蛋白，而荧光蛋白正好是水母发出绿色荧光的关键。 如果我们通过一定的手段把荧光蛋白基因转到小鼠体内，那么它也能够发光，再广泛一些，把水母内的荧光蛋白基因转到猪和猫体内，它们也能够发光。这就能说明什么？说明荧光蛋白基因，能够在小鼠、猪和猫的体内指导合成荧光蛋白，不过要注意，水母自身就可以发光，荧光蛋白需要你用紫外光或者蓝光去照射它们，才会发出像水母那样的荧光。 这个时候就有人问了，既然都是荧光蛋白，那为什么水母不用照就可以发光，这些动物却需要用光去照射才能发光？这是两种不同的机制。水母能够自己发光，靠的不仅仅是荧光蛋白基因，还有水母素，这个蛋白质自身发出蓝光，然后荧光蛋白把蓝光转成了绿光；而转进去的动物没有水母素基因，所以需要光照才能发光。 那么为什么把这段基因转到其他动物上，它们就可以发光？因为这段基因携带了合成荧光蛋白的遗传信息，进入别的细胞后，照样起作用，所以才会发光。这其实就是<b><a>基因指导蛋白质合成</a></b>的具体体现。 我们再来看一下刚才的情景，大家有没有想过，为什么我们把水母内的荧光蛋白基因转到其他动物上，也能合成荧光蛋白？既然物种都不同了，基因序列按理论上来说应该差别很大。但是转进去之后，照样正常工作，这可以说明，<a>几乎所有的生物都共用一套遗传密码，所以荧光蛋白基因的编码区信息，在不同的真核生物中是有一定的通用性</a>的，但是基因能否正常表达，还要看特异的调控元件，具体是什么样的，我们就留到后面的文章补充了。 <b><a>现代遗传学认为，生物的性状是由基因控制的，而基因是通过控制蛋白质来控制性状。</a></b> 我们刚才也说过了荧光蛋白基因，基因在DNA上，而DNA是由很多核苷酸连接起来的。核苷酸到底是什么？这个我们就要引出五碳糖了。 五碳糖，顾名思义，它含有5个碳。具体的位置，我们应该看游离出来这个5号碳。我们来分析，拿<b>核糖</b>来说，它游离出来这个碳就是5号碳（也就是CH₂OH中的C）。在五碳糖环中，<b>2号碳右下角的位置，如果连的是羟基-OH</b>的话，就是核糖，连的是<b>氢-H的话，就是脱氧核糖</b>。 学过必修一的都知道，在1号碳上连的是相关的碱基，在5号碳上连的是磷酸基团。如果是脱氧核糖的话，那么它连接1、5号碳构成的就是<b>脱氧核糖核苷酸。它含的碱基就有A、T、G、C</b>；如果是核糖，它就是<b>核糖核苷酸，这里面含的碱基就是A、U、G、C</b>。它们分别是构成DNA和RNA的基本单位。  <size=46>巜Part2：遗传信息的转录</size> 在遗传信息转录这一块，我们需要先了解DNA的结构。<b><a>转录，是用DNA的一条链作为模板，借助RNA聚合酶，在细胞核中（原核生物一般是细胞质）合成RNA的过程</a></b>，本质就是<b><a>按碱基互补配对把序列抄下来</a></b>。 那为什么只用一条链，而不是两条链？DNA不是双链螺旋结构吗？确实，双链都携带了遗传信息，但是这里我们要注意，<b>转录的时候，对于一个基因来说，DNA双链中只有一条链来当模板</b>。双链的序列是互补的，如果<b>两条链同时转录的话，会产生出两条互补的RNA，会按A-U、G-C互相配对，形成双链结构，直接把信息锁死了</b>，没法拿去翻译，这样不仅浪费，还容易出问题（比如互相干扰，出乱子），所以<b><a>模板链</a></b>必须统一，才能保证产物是单链，可以去翻译。 选哪条也不是随机的，这个<b><a>主要看启动子的方向和位置</a></b>，它决定了RNA聚合酶从哪条链开始读，这是分子层面的设定，不是进化在偷懒。 我们继续深入到基因内部，一个完整的基因，它分为<b>编码区和两侧的非编码区</b>。在编码区上游的非编码区上有个启动子，<b><a>启动子是RNA聚合酶识别并结合的位置</a></b>，相当于启动子告诉RNA聚合酶在哪里开工。在编码区的下游，还有负责终止转录的终止子。 当RNA聚合酶和启动子结合之后，它就会沿着这个基因的模板链推进转录，生成RNA，当然转录不可能一直不停吧，得有始有终，这就需要<b><a>终止子</a></b>告诉聚合酶在哪里收工（原核生物靠的是明确的终止子序列；真核生物的转录终止和加尾信号密切相关，但是加尾信号并不等同于终止子，两者功能相似却不相同）。 到这里转录就结束了，合成出了一个RNA，可能是mRNA，也可能是tRNA或rRNA。要不然一直写，也容易出问题（实际上机制非常复杂，别想当然那么简单，这里只是做个比喻）。  当然，<b>模板链并非固定不变的，而是随着基因而变化</b>的，比如说某个基因用这一条链，另一个基因就可能用另一条链，选哪条，主要看非编码区的启动子的方向和位置，它决定了RNA聚合酶从哪条链读信息，这样才能保证转录出来的单链RNA能够翻译。 就好比在一个工厂内，你要生产一批产品，如果用两份相互矛盾的说明书来生产产品，就会导致生产混乱。所以我们要选择一份特定的说明书来指导生产，选择哪份，就要由特定的指示标记来决定。别想当然地认为模板链是固定的，也别看到模板链这三个字，就以为是固定不变的。 那转录到底是怎么进行的呢？我们拿真核细胞的核基因来讲，它是在细胞核中发生的。在真核细胞中，除了细胞核DNA之外，<b>线粒体、叶绿体的DNA也能够发生转录</b>。不过我们一般说转录，是说发生在细胞核中，有背景信息的时候，要考虑到线粒体和叶绿体。原核细胞的DNA也是可以转录的。 再说时间，对于真核细胞核DNA来讲，转录发生在整个生命过程中，也就是个体生长发育的每个阶段都可以进行。这里我多讲一下，复制和转录是不同步的，<b>复制只发生在分裂前，准确来说是分裂间期S期，这是为了把整套基因组传给子细胞；转录就不一样，不管细胞分不分裂，只要它还在代谢并消耗蛋白质，就得不停地生成新的蛋白质</b>。 转录的条件，通过下图我们能看出来，<b><a>DNA的一条链当作模板、RNA聚合酶、合成RNA的原料核糖核苷酸，这些都是条件</a></b>。当然也少不了<b><a>能量（由核糖核苷三磷酸水解提供，比如ATP）</a></b>。除此之外，还有一些其他的物质。 转录后主要有什么产物呢？前面已经说过了，产物就是RNA。<b><a>但RNA，应该是指三种，像mRNA、rRNA、tRNA都是转录出来的。</a></b>转录遵循的是<b><a>碱基互补配对原则，A和U配对，T和A配对，G和C配对，C和G配对</a></b>。产物为什么非得是三种而不是一种呢？这个我们留到后面再来详细地讲一下。 我们刚才略微提到了真核细胞和原核细胞，现在来讲一下转录到底有什么区别。<b>原核细胞没有成形的细胞核，也就没核膜</b>，遗传物质也集中在这里面。转录和翻译也在同一个位置，基本同步进行，DNA刚刚转录出mRNA，mRNA就可以马上拿去翻译，可以<b>边转录边翻译</b>，效率很高。 但是<b>真核生物</b>就不一样了，它转录出来的这个RNA还不能直接用。真核<b>有核膜隔开</b>了的，<b>转录和翻译也是分开</b>了的，就不能同时进行，看起来效率略低了一些。但是mRNA出核前需要保护和调控，所以要先加帽加尾，剪掉某些片段，把重要的片段连起来，才能算是一个<b>成熟的mRNA</b>，才能出核去翻译。这样mRNA就更稳定和准确，就能够更好地合成正确的蛋白质；另外，更精细的调控，可以根据细胞的需求和环境的变化，控制合成哪些蛋白质，这样就能适应真核生物复杂的需求。 刚才的那段话，就好比在工厂里生产一批产品，甲队在一个大车间里，一边生产零件一边直接组装，速度快但是少了精加工。乙队在一个专门设计的生产车间和组装车间里，虽然零件从生产车间运到组装车间里需要一定的时间，但是生产车间可以对零件进行更严格的质量检查和改进，并且两个车间可以根据整体生产计划精准安排生产和组装，这里出来的产品质量更可控。 接下来我们来看一下DNA和RNA的一些主要区别。从基本单位来看，DNA是脱氧核糖核苷酸，RNA则是核糖核苷酸。五碳糖，DNA里头是脱氧核糖，而RNA里头是核糖。含氮碱基，DNA里是A、T、G、C，RNA里是A、U、G、C。<b><a>DNA独有T，RNA独有U</a></b>，从这里就能看出，它们特有的碱基不同，五碳糖也不一样。 DNA是规则的双螺旋结构；RNA一般是单链的。<b>DNA主要分布在细胞核，线粒体、叶绿体里也有，原核细胞的拟核和质粒里同样存在。RNA是主要分布在细胞质中，细胞核里也有。</b> <size=46>巜Part3：习题部分1</size> 例1：我们知道，病毒的核酸有单链DNA、双链DNA、单链RNA和双链RNA这四种类型。在假设某一天我们发现了一种新型病毒，想要确定这个病毒的核酸属于哪一种类型，应该( ) A.分析碱基类型，确定碱基比率 B.分析碱基类型，分析核糖类型 C.分析蛋白质的氨基酸组成，分析碱基类型 D.分析蛋白质的氨基酸组成，分析核糖类型 我们先看题，这道题说病毒的核酸，有DNA有RNA，既有双链也有单链的。发现一种新型病毒，想确定核酸属于哪种类型，这时我们来分析：<a>先分析碱基类型</a>。如果特有碱基是T，那么就是DNA；特有碱基是U，那么就是RNA。然后再<a>确定比例</a>，就可以判断它是单链还是双链的。如果G和C的数量相等，A和T数量相等，就是双链DNA。如果G、C数量相等，A、U数量相等的话，就是双链RNA。如果不等的话，那分别是单链DNA或RNA。如果是看碱基类型，分析核糖类型，只能区分DNA和RNA，区分不了单双链。所以此题正确选项是A选项。这道题主要是看你会不会用碱基互补配对的原则。 <size=46>巜Part4：mRNA的形成过程</size> 有关mRNA的形成过程，现在我们用一张图片详细地给大家介绍一下。首先我们看，DNA上具有遗传效应的一个片段，也就是基因，这段基因会发生转录。DNA的<b>双链打开</b>，模板链上的碱基显露出来，这是第一步。第二步，游离的核糖核苷酸和模板上的碱基，如果它们的<b>碱基互补配对，就形成了氢键</b>。随后，在RNA聚合酶的作用下，刚才结合的核糖核苷酸和正在合成的RNA之间形成<b>磷酸二酯键</b>。之后，已经形成的<b>RNA脱离DNA，DNA双链恢复双螺旋结构</b>。 从刚刚开始介绍转录，当RNA聚合酶运动到基因的末端、遇到终止子的时候，转录也就停止了。在下图中，我们应该能够抓住几个点：第一个是判断哪条是<a>模板链</a>，然后<a>原料所加的位置</a>、<a>RNA聚合酶移动的方向</a>、<a>已经合成的RNA释放出来的位置</a>，来判断转录的方向。当你知道这是模板，原料加在了这一侧，就能判断出RNA合成的方向是从右向左。然后已经合成的RNA在右侧先出现，这也能判断转录的方向是从右向左。还有，要看是否标出了RNA聚合酶的移动方向，这都是判断转录方向的方法。  同时我们也可以发现，<b><a>转录的方向永远都是5′→3′（模板链的方向是3′→5′，转录方向通常指新合成RNA链的延伸方向）</a></b>，为什么是这个，而不是其他随便什么方向？RNA想要延伸，就只能用3′羟基来完成，新核苷酸加在链的3′端，靠的是<b>3′羟基去进攻新核苷酸的5′三磷酸</b>，生成磷酸二酯键。所以链只能<b>从3′端往外长</b>，方向就是5′→3′。这是化学结构决定的，也是最高效、最稳定的方式。要强行改变，就得重建一套新的化学结构，在进化中难度很大，目前没有进化出这样的替代机制。 有没有反例呢？很失望，自然界里没有。不管是复制、转录还是其他什么方法，所有已知生命的核酸合成，新链延伸的方向都是5′→3′。实验室可以制造出来吗？实验室里倒是有人这么干，改造酶硬生生做出了能3′→5′合成的酶，但是这种不算是自然演化的产物。为什么没有呢？核苷酸的三磷酸天然长在5′端，3′端只有个羟基，所以 5′→3′是3′的羟基去进攻现成的三磷酸。如果真反过来3′→5′，就要让三磷酸长到3′端，相当于把整个系统倒过来，不划算。再加上地球早期生命把复制、转录全部建立在5′→3′上，后面想改，要把所有底层代码全部推了重做，大自然都不想这样做。 <size=46>巜Part5：习题部分2</size> 例2：如下图表示真核生物细胞内的DNA转录过程，那么据下图回答相关问题。 (2) b与c在结构组成上相同的化学基团为（ ），不同的基团为（ ）。 (3) a为启动上述过程必需的有机物，其名称为（ ），化学本质是（ ）。 (4)在根尖细胞中，上述过程发生在（ ）和（ ）中，若在叶肉细胞中，还可出现在（ ）中。  首先，要求判断转录的方向。根据所学，看a是RNA聚合酶，在左侧，已经合成的这个RNA先从右侧释放，所以方向是从右向左的。B和C在结构组成上相同的化学基团，B是胞嘧啶脱氧核苷酸，C是胞嘧啶核糖核苷酸，都是胞嘧啶，所以两者相同的化学基团是磷酸基团和碱基，不同的基团是五碳糖。B中的五碳糖是脱氧核糖，C中的是核糖。A是启动上述过程所必需的有机物，名称为RNA聚合酶，本质是蛋白质。<a>在根尖细胞中，上述过程发生在细胞核和线粒体中，若在叶肉细胞中，还可以出现在叶绿体中</a>。这个刚才咱们在讲的过程中就说了。 <size=46>巜Part6：RNA的种类</size> 既然前面我们转录出了RNA，但产物被分成了三种，为什么偏偏是三种而不是一种、两种呢？下面我们来看刚才一直给大家说的，RNA有mRNA、tRNA和rRNA。mRNA可以传递DNA上的遗传信息，rRNA和蛋白质组成核糖体，tRNA主要是搬运氨基酸的工具。 <b><a>mRNA是信使RNA</a></b>，它传递DNA上的遗传信息，把DNA上的指令抄下来，运到细胞质，它是合成蛋白质的<b><a>直接模板</a></b>，注意是直接模板。<b><a>tRNA是转运RNA，它把氨基酸运到核糖体</a></b>，再按照mRNA上的遗传信息把氨基酸连接起来，组成蛋白质。rRNA是核糖体RNA，是核糖体的成分，核糖体行使功能离不开它，<b><a>rRNA和蛋白质构成了核糖体</a></b>。 这三种RNA对应的基因不同，所以功能也不同，转录出来的RNA也是不同的。当然实际上RNA的种类很多，但是高中只要求掌握这三种就够了。 了解到这些RNA后就可以回答这段开头的问题了。首先，遗传信息要从DNA变成蛋白质，本质上就是基因表达，也就是把核酸语言翻译成氨基酸的语言，这个过程要先用mRNA抄出遗传指令，再用tRNA把密码子翻译成氨基酸，最后用rRNA组装。并且密码子上的碱基和氨基酸之间，本来就没有直接的对应关系，也就是说，如果没有tRNA的翻译，碱基就认不出对应的氨基酸。既然这样，为什么要分成三种？一种不是更省事吗？还真不能。 三种RNA功能不一样，形状要求也是有很大差别的。既然形状差别很大，就不可能合成一种。并且翻译这件事情，本身就需要三种RNA一起做，所以是拆不开的。 那么接下来，我们把这三种RNA具体比较一下。信使RNA，它的特点刚才讲过，带有从DNA链上转录下来的遗传信息。tRNA，氨基酸携带在羟基3′端，链中间有三个碱基。这三个碱基，能和mRNA上的密码子配对，所以称之为<b>反密码子</b>。它拿着反密码子去认mRNA上的密码子，把对应的氨基酸搬过来，解决原料“对号入座”的问题。 大部分核糖体RNA，<a>比如18S、5.8S、28S，是由核仁组织区的DNA经过RNA聚合酶I转录而来的；少数的5S rRNA，是由核仁组织区之外的DNA经过RNA聚合酶Ⅲ转录而来的</a>，它们都是核糖体的组成成分。 功能我们刚才给大家介绍了。结构上要注意，信使RNA是单链的，<b>tRNA在二维层面是三叶草形结构，三维则为倒L型</b>，而rRNA也是单链的。 那转录到底有什么用呢？我们前面说过，DNA在细胞核里面，不能到处跑，也就意味着出不来，但是合成蛋白质又需要DNA上的遗传信息，这个时候就需要转录，把DNA一条链上的遗传信息，完美抄到mRNA上。而mRNA是单链的，体积又小，能出细胞核，到细胞质里的核糖体，再翻译成蛋白质。所以<b><a>转录是整个基因表达的第一步</a></b>，没有转录，DNA上的信息就永远卡在细胞核里面，后面翻译、合成蛋白质就都搞不了。转录过后，翻译具体是怎么进行的，rRNA又起到了什么作用，我们下篇文章再来细讲。 转录不可能完全不出错，难免会有一些问题，那么转录错误会发生什么呢？如果只是个别碱基抄错了，因为转录产生的RNA不会影响DNA模板，所以只会让这次翻译出来的蛋白质有问题，这种一般不会传给后代，细胞自身也会通过降解处理这些有问题的蛋白质。 不过，刚才讲的是RNA抄错了、DNA模板没变的情况。如果DNA模板本身变了呢？比如说<b>碱基发生永久性的序列改变，像增添、替换、缺失，这种情况会遗传下去，这就是基因突变</b>了。如果运气好，还能得个良性或者是中性的基因突变，有利于进化；如果是恶性的呢？像<a>镰刀型贫血，那就是血红蛋白β链第6位谷氨酸被缬氨酸顶替</a>（DNA编码链上GAG突变成GTG，对应的mRNA密码子也就从GAG变成了GUG），红细胞会变形，容易碎掉，运氧能力变差，还容易堵血管，那你可能一辈子都治不好了，虽然现在已经有基因编辑疗法，但是成本呢？不是我们普通人能够承担的。 简单来说，转录错误就相当于抄文件时抄错了，但是原始文件没变；基因突变就是原始文件本身出错，还传给了复印件，后面再抄也会照着这份有错的文件抄了。 <size=46>巜Part7：后记</size> 下一篇文章讲讲翻译和中心法则，解决我们开头的问题。大家可以先猜一下开头问题，到时候下一篇文章来公布结果。