有丝分裂
真核生物体细胞增殖的主要方式 · 保证亲代与子代遗传信息一致
基本概念
- 方式：体细胞的增殖方式
- 结果：一个母细胞 → 两个子细胞
- 子细胞染色体数目与母细胞相同
- 意义：保持亲子代细胞遗传性状的稳定性
细胞周期
- 分裂间期（占90%~95%）：DNA复制 + 蛋白质合成
- 分裂期（M期）：前期→中期→后期→末期
- 只有连续分裂的细胞才有细胞周期
- 高度分化的细胞（如神经细胞）无细胞周期
有丝分裂各时期特征（以2n=4为例）
各时期数量变化（2n=4）
有丝分裂过程中 DNA、染色体、染色单体数量变化
| 时期 | DNA数 | 染色体数 | 染色单体数 | 关键事件 |
| 间期（G1） | 4 | 4 | 0 | DNA复制前 |
| 间期（S→G2） | 4→8 | 4 | 0→8 | DNA复制，出现姐妹染色单体 |
| 前期 | 8 | 4 | 8 | 染色质螺旋化成染色体 |
| 中期 | 8 | 4 | 8 | 着丝粒排列赤道板 |
| 后期 | 8 | 8（加倍） | 0 | 着丝粒分裂，染色单体→染色体 |
| 末期（每个子细胞） | 4 | 4 | 0 | 恢复母细胞水平 |
动物 vs 植物有丝分裂区别
动物细胞有丝分裂
- 由中心体发出星射线形成纺锤体
- 末期：细胞膜从中部向内缢裂
- 细胞质分裂方式：缢裂
植物细胞有丝分裂
- 由细胞两极发出纺锤丝形成纺锤体
- 末期：赤道板位置形成细胞板
- 细胞板向四周扩展形成新细胞壁
易错提醒
着丝粒 ≠ 着丝点
高中阶段两者混用，但严格来说着丝粒是DNA序列，着丝点是蛋白质结构，是纺锤丝的附着位点。
赤道板不是真实结构
赤道板是一个虚拟平面，不是细胞板。细胞板是末期植物细胞新形成的结构。
后期染色体暂时加倍
着丝粒分裂后，染色体数目暂时加倍为4n，但随即被拉向两极，每极恢复2n。
减数分裂
产生成熟生殖细胞的分裂方式 · 染色体数目减半 · 遗传多样性的基础
减数第一次分裂（减I）
- 前期I：同源染色体联会→形成四分体，可能发生交叉互换
- 中期I：四分体（成对同源染色体）排列在赤道板两侧
- 后期I：同源染色体分离，非同源染色体自由组合
- 末期I：形成两个次级性母细胞，染色体数减半
减数第二次分裂（减II）
- 类似有丝分裂，但无DNA复制
- 前期II：染色体再次出现
- 中期II：着丝粒排列赤道板
- 后期II：着丝粒分裂，姐妹染色单体分开
- 末期II：形成4个子细胞（精细胞或卵细胞+极体）
减数分裂全过程示意图（以精子形成为例，2n=4）
精子 vs 卵细胞形成对比
| 比较项 |
精子形成 |
卵细胞形成 |
| 场所 | 睾丸（曲细精管） | 卵巢 |
| 原始细胞 | 精原细胞 | 卵原细胞 |
| 减I产物 | 2个大小相同的次级精母细胞 | 1个次级卵母细胞 + 1个第一极体（不等分裂） |
| 最终产物 | 4个精细胞（均等） | 1个卵细胞 + 3个极体 |
| 是否变形 | 需变形为精子 | 不需要变形 |
| 细胞质分裂 | 均等分裂 | 不均等分裂（保证卵细胞营养） |
有丝分裂 vs 减数分裂 对比
| 比较项 |
有丝分裂 |
减数分裂 |
| 分裂次数 | 1次 | 连续2次 |
| DNA复制 | 1次 | 1次（减I前间期） |
| 同源染色体 | 不联会，不分离 | 联会 · 四分体 · 分离 |
| 交叉互换 | 无 | 可发生（四分体时期） |
| 子细胞数 | 2个 | 4个 |
| 子细胞染色体数 | = 母细胞（2n） | = 母细胞的一半（n） |
| 子细胞类型 | 体细胞 | 生殖细胞（配子） |
| 意义 | 生长、发育、修复 | 维持物种染色体数稳定 + 变异 |
如何区分分裂图像？
看有无同源染色体：有→有丝或减I；无→减II。看同源染色体行为：联会/分离→减I；着丝粒排赤道板→有丝中期或减II中期。
四分体数 = 同源染色体对数
2n=4的生物在减I前期有2个四分体（不是4个）。四分体数=同源染色体对数=n。
减II≈有丝分裂
减II过程与有丝分裂相似（着丝粒分裂），但没有同源染色体，起始染色体数为n。
DNA复制
以亲代DNA为模板合成子代DNA · 半保留复制 · 遗传信息传递的基础
复制时间与场所
- 时间：细胞分裂间期的S期
- 主要场所：细胞核（主要）
- 其他场所：线粒体、叶绿体（含少量DNA）
复制特点
- 半保留复制：每个子代DNA保留一条亲代链
- 边解旋边复制：不需全部解开再复制
- 精确复制：碱基互补配对保证准确性
- 双向复制：从多个复制起点同时进行
DNA半保留复制过程示意图
DNA复制计算公式
复制n次后
- DNA分子总数 = 2n
- 含亲代母链的DNA = 2（始终只有2个）
- 全新合成的DNA = 2n - 2
脱氧核苷酸消耗
- 每条链含m个脱氧核苷酸
- 复制n次消耗 = m × (2n - 1)
- 第n次复制消耗 = m × 2n-1
解旋酶 ≠ DNA聚合酶
解旋酶：打开双链氢键。DNA聚合酶：催化游离核苷酸与模板链配对连接，合成新链。
碱基互补配对保证精确
A-T、G-C配对使子代DNA与亲代完全相同（忽略突变），是遗传信息准确传递的分子基础。
半保留实验：梅塞尔森-斯塔尔
用15N标记DNA，转移到14N培养基，离心观察密度变化，证明了半保留复制。
转录
以DNA一条链为模板合成RNA · 基因表达第一步 · 遗传信息从DNA流向RNA
转录的条件
- 模板：DNA的一条链（模板链 / 反义链）
- 原料：4种核糖核苷酸（A、U、G、C）
- 能量：ATP
- 酶：RNA聚合酶（兼具解旋功能）
转录的场所
- 主要场所：细胞核（核内DNA）
- 线粒体、叶绿体中也有转录（各自的DNA）
- 原核生物：拟核区域
转录过程示意图
转录 vs DNA复制 对比
| 比较项 |
DNA复制 |
转录 |
| 模板 | DNA两条链都作模板 | DNA的一条链（模板链） |
| 原料 | 4种脱氧核苷酸 | 4种核糖核苷酸 |
| 酶 | 解旋酶 + DNA聚合酶 | RNA聚合酶（兼具解旋功能） |
| 碱基配对 | A-T G-C | A-U T-A G-C C-G |
| 产物 | 2个DNA分子 | 1条mRNA（或rRNA/tRNA） |
| 时间 | S期（间期） | 整个细胞生命过程中 |
| 场所 | 主要在细胞核 | 主要在细胞核 |
mRNA序列 = 编码链序列（T→U）
mRNA是以模板链为模板合成的，所以mRNA的碱基序列与编码链相同（仅T换成U）。
RNA聚合酶自带解旋功能
转录时不需要额外的解旋酶，RNA聚合酶本身就能打开DNA双链局部。
转录产物不只mRNA
除mRNA外，tRNA和rRNA也是转录的产物。三种RNA都参与翻译过程。
翻译
以mRNA为模板合成蛋白质 · 基因表达第二步 · 遗传信息从RNA流向蛋白质
翻译的条件
- 模板：mRNA
- 原料：20种氨基酸
- 能量：ATP（GTP）
- 工具：tRNA（转运RNA，搬运氨基酸）
- 场所：核糖体（由rRNA+蛋白质组成）
三种RNA的分工
- mRNA：携带遗传信息（密码子序列）
- tRNA：识别密码子 + 转运对应氨基酸（反密码子）
- rRNA：与蛋白质组成核糖体（翻译场所）
- 三者都由DNA转录而来
翻译过程示意图
密码子知识要点
密码子
- 位于mRNA上，每3个碱基编码1个氨基酸
- 共64个密码子（4³=64）
- 起始密码子：AUG（编码甲硫氨酸）
- 终止密码子：UAA、UAG、UGA（不编码氨基酸）
- 编码氨基酸的密码子：61个→20种氨基酸
反密码子
- 位于tRNA上，与mRNA密码子互补配对
- 一种tRNA只携带一种特定氨基酸
- 密码子的简并性：多个密码子→同一种氨基酸
- 密码子的通用性：几乎所有生物共用一套密码子
翻译计算
- mRNA碱基数 ÷ 3 = 密码子数
- 密码子数 - 终止密码子数 = 氨基酸数（最多）
- 肽键数 = 氨基酸数 - 1（若为一条链）
- 脱水数 = 肽键数
- 基因碱基数 ÷ 3 × 2 ≈ 最多编码氨基酸数
翻译与转录的时空关系
- 真核生物：转录在核内，翻译在细胞质，先后进行
- 原核生物：转录和翻译同时进行（边转录边翻译）
- 原因：原核无核膜，mRNA合成后立即与核糖体结合
中心法则
遗传信息的传递规律 · 克里克1958年提出 · 分子生物学的核心理论
中心法则完整信息流示意图
中心法则五大过程详解
| 过程 | 模板 | 原料 | 产物 | 酶 | 场所 | 举例 |
| ① DNA复制 |
DNA双链 |
脱氧核苷酸 |
DNA |
解旋酶 + DNA聚合酶 |
细胞核/线粒体/叶绿体 |
所有细胞分裂前 |
| ② 转录 |
DNA模板链 |
核糖核苷酸 |
RNA |
RNA聚合酶 |
细胞核/线粒体/叶绿体 |
基因表达第一步 |
| ③ 翻译 |
mRNA |
氨基酸 |
蛋白质 |
多种酶 |
核糖体 |
基因表达第二步 |
| ④ 逆转录 |
RNA |
脱氧核苷酸 |
DNA |
逆转录酶 |
宿主细胞 |
HIV（艾滋病病毒） |
| ⑤ RNA复制 |
RNA |
核糖核苷酸 |
RNA |
RNA复制酶 |
宿主细胞 |
流感病毒、烟草花叶病毒 |
基因表达完整流程
从基因到性状的完整信息流
易错点与高频考点
基因≠DNA
基因是DNA上有遗传效应的片段。DNA上有基因，也有非基因（非编码区、间隔序列等）。
逆转录不等于"反转录"
逆转录是RNA→DNA，由逆转录酶催化。HIV是逆转录病毒，先逆转录再整合到宿主DNA中。
蛋白质不能→核酸
中心法则中，遗传信息不能从蛋白质流向核酸。这是单向的，蛋白质是信息流的终点。
基因控制性状的两种方式
①控制酶合成→控制代谢→间接控制性状（如白化病）。②控制结构蛋白→直接控制性状（如镰刀型细胞贫血症）。
一个基因≠一种蛋白质
真核生物的基因经过RNA加工（剪切、拼接），一个基因可能编码多种蛋白质。
中心法则的适用范围
①②③适用于所有细胞生物；④逆转录只在逆转录病毒中；⑤RNA复制在RNA病毒中。朊病毒（蛋白质致病因子）不违反中心法则。
各类生物的遗传信息传递
| 生物类型 | 遗传物质 | 信息传递途径 | 举例 |
| 细胞生物 |
DNA |
DNA→DNA + DNA→RNA→蛋白质 |
动物、植物、真菌、细菌 |
| DNA病毒 |
DNA |
DNA→DNA + DNA→RNA→蛋白质 |
T2噬菌体、天花病毒 |
| RNA病毒（非逆转录） |
RNA |
RNA→RNA + RNA→蛋白质 |
流感病毒、烟草花叶病毒 |
| 逆转录病毒 |
RNA |
RNA→DNA→RNA→蛋白质 |
HIV（艾滋病病毒） |