遗传的分子基础
第17讲 DNA是主要的遗传物质
考试说明 人类对遗传物质的探索过程(Ⅱ)。
考点一 肺炎双球菌转化实验
1.肺炎双球菌类型
项目
S型肺炎双球菌
R型肺炎双球菌
菌落
粗糙
菌体
无多糖类荚膜
毒性
无
2.格里菲思的体内转化实验
(1)实验过程
图6-17-1
(2)结论:加热杀死的S型细菌中含有 ,将无毒的R型活细菌转化为S型活细菌。
3.艾弗里的体外转化实验
(1)方法:直接分离S型细菌的DNA、荚膜多糖、蛋白质等,将它们分别与 混合培养,研究它们各自的遗传功能。
(2)实验过程及结果
图6-17-2
(3)结论: 才是使R型菌产生稳定遗传变化的物质,即 是转化因子,是遗传物质。
4.体内转化实验和体外转化实验的比较
项目
体内转化实验
体外转化实验
培养细菌
的场所
小鼠(体内)
培养基(体外)
原则
R型细菌与S型细菌的毒性对照
S型细菌体内各成分的 对照
实验结果
加热杀死的S型细菌能使R型细菌转化为S型细菌
S型细菌的 能使R型细菌转化为S型细菌
实验结论
加热杀死的S型细菌体内含有某种“ ”
是S型细菌的遗传物质,而 等其他物质不是遗传物质
两实
验的
联系
①所用材料相同,都是R型和S型肺炎双球菌
②体内转化实验是基础,仅说明加热杀死的S型细菌体内含有某种“ ”,而体外转化实验则进一步说明“转化因子”就是
③两实验都遵循 原则、 原则
正误辨析
(1)加热杀死后的S型细菌的DNA已经全部断裂,失去活性。 ( )
(2)格里菲思的体内转化实验证明了DNA是遗传物质。 ( )
(3)在艾弗里的实验中,DNA酶将S型细菌的DNA分解为脱氧核苷酸,因此不能使R型细菌发生转化。 ( )
(4)艾弗里的体外转化实验证明了DNA是主要的遗传物质。 ( )
(5)R型菌与S型菌控制有无荚膜性状的基因的遗传遵循分离定律。 ( )
(6)加热杀死的S型菌与R型活菌混合后注射给小鼠,从死亡小鼠体内只能分离出S型菌。 ( )
教材拓展
1.加热后S型细菌死亡,但加入R型细菌后为何能转化成活的S型细菌?
2.体外转化实验中导致R型细菌转化为S型细菌时遗传物质、原料、能量分别由哪方提供?
命题角度1 肺炎双球菌的体内转化实验
1.[2018·武汉模拟] 肺炎双球菌转化实验的部分过程如图6-17-3所示。下列叙述正确的是 ( )
图6-17-3
A.S型肺炎双球菌的菌落为粗糙的,R型肺炎双球菌的菌落是光滑的
B.S型菌的DNA经加热后失活,因而注射加热杀死的S型菌后小鼠仍存活
C.从病死小鼠中分离得到的肺炎双球菌只有S型菌而无R型菌
D.该实验未证明R型菌转化为S型菌是由S型菌的DNA引起的
2.某研究人员模拟肺炎双球菌转化实验,进行了以下4个实验:
①S型菌的DNA+DNA酶→加入R型菌→注入小鼠
②R型菌的DNA+DNA酶→加入S型菌→注入小鼠
③R型菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入S型菌的DNA→注入小鼠
④S型菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入R型菌的DNA→注入小鼠
以上4个实验中小鼠存活的情况依次是 ( )
A.存活、存活、存活、死亡
B.存活、死亡、存活、死亡
C.死亡、死亡、存活、存活
D.存活、死亡、存活、存活
题后归纳 辨析细菌体内的转化问题
(1)格里菲思实验只证明了加热杀死的S型细菌中含有某种“转化因子”,并没有证明DNA是遗传物质。
(2)转化的实质是基因重组而非基因突变。肺炎双球菌转化实验的实质是S型细菌的DNA片段整合到R型细菌的DNA中,使受体细胞获得了新的遗传信息,即发生了基因重组。
(3)使小鼠死亡的是S型肺炎双球菌而不是S型菌的DNA。
(4)并非所有的R型细菌都被转化。由于转化受到DNA的纯度、两种细菌的亲缘关系、受体菌的状态等因素的影响,因此转化过程中并不是所有的R型细菌都被转化成S型细菌,而只是少部分R型细菌被转化成S型细菌。
命题角度2 肺炎双球菌转化的实质
3.[2018·浙江温州二模] 下列关于肺炎双球菌转化实验的叙述,正确的是 ( )
A.DNA酶与S型活菌混合后注入正常小鼠体内,小鼠不会患败血症致死
B.提取S型活菌的DNA直接注射到正常小鼠体内,小鼠会患败血症致死
C.活体转化实验中,从患病致死小鼠血液中可分离出S型活菌
D.离体转化实验中,R型活菌转化为S型活菌的原因是基因突变
4.S型肺炎双球菌的荚膜表面具有多种抗原类型(如Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型等),不同的抗原类型之间不能通过突变而发生转换;在特殊条件下离体培养S-Ⅱ型肺炎双球菌可从中分离出R-Ⅱ型菌。格里菲思将加热杀死的S-Ⅲ型菌与R-Ⅱ型菌混合后同时注入小鼠体内,小鼠患病大量死亡,并从患病死亡小鼠体内获得具有活性的S-Ⅲ型菌;而单独注射加热杀死的S-Ⅲ型菌,小鼠未死亡。此实验结果能支持的假设是 ( )
A.S-Ⅲ型菌经突变形成了耐高温型菌
B.S-Ⅲ型菌是由R-Ⅱ型菌突变形成的
C.R-Ⅱ型菌经过转化形成了S-Ⅲ型菌
D.加热后S-Ⅲ型菌可能未被完全杀死
考点二 噬菌体侵染细菌实验
1.实验方法: 法,用35S、32P分别标记 。
2.实验材料:T2噬菌体和大肠杆菌
(1)噬菌体的结构
图6-17-4
(2)噬菌体的生活方式: 。
3.实验过程
(1)标记噬菌体
图6-17-5
(2)侵染细菌
图6-17-6
4.实验结果分析
分组
结果
结果分析
对比实验
(相互对照)
含32P的噬菌体+细菌
上清液中几乎无32P,32P主要分布在宿主细胞内
含35S的噬菌体+细菌
宿主细胞内无35S,35S主要分布在上清液中
5.结论: 是遗传物质。
正误辨析
(1)分别用含32P、35S及各种营养成分的培养基培养噬菌体,可得到标记的噬菌体。 ( )
(2)噬菌体侵染细菌实验过程中,通过搅拌、离心使噬菌体的蛋白质和DNA分开。 ( )
(3)噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶等。 ( )
(4)32P、35S标记的噬菌体侵染细菌的实验分别说明DNA
是遗传物质、蛋白质不是遗传物质。 ( )
(5)噬菌体侵染细菌实验比肺炎双球菌转化实验更具说服力。 ( )
教材拓展
为什么选择35S和32P这两种同位素分别对蛋白质和DNA进行标记,而不用14C和18O标记?
1.肺炎双球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较
项目
肺炎双球菌
噬菌体侵染细菌实验
体外转化实验
设计思路
设法将DNA与其他物质分开,单独、直接研究它们各自的功能
处理方法
直接分离:分离S型菌的DNA、多糖、蛋白质等,分别与R型菌混合培养
同位素标记法:分别用同位素35S、32P标记蛋白质和DNA
结论
①证明DNA是遗传物质,而蛋白质不是遗传物质
②说明了遗传物质可发生可遗传的变异
①证明DNA是遗传物质,但不能证明蛋白质不是遗传物质
②说明DNA能控制蛋白质的合成
③说明DNA能自我复制
2.噬菌体侵染细菌实验的上清液和沉淀物放射性分析
(1)用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌,上清液中含放射性的原因:
①保温培养时间过短,有一部分噬菌体还没有侵染到大肠杆菌细胞内,经离心后分布于上清液中,使上清液中出现放射性。
②保温培养时间过长,噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放子代,经离心后分布于上清液,也会使上清液中出现放射性。
(2)用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌,沉淀物中有放射性的原因:搅拌不充分,有少量含35S的噬菌体外壳吸附在细菌表面,随细菌离心到沉淀物中。
(3)35S(标记蛋白质)和32P(标记DNA)不能同时标记在同一噬菌体上,因为放射性检测时只能检测到放射性存在的部位,不能确定是何种元素产生的放射性。
命题角度1 考查噬菌体侵染细菌的实验分析
1.[2017·全国卷Ⅱ] 在证明DNA是遗传物质的过程中,T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验发挥了重要作用。下列与该噬菌体相关的叙述,正确的是 ( )
A.T2噬菌体也可以在肺炎双球菌中复制和增殖
B.T2噬菌体病毒颗粒内可以合成mRNA和蛋白质
C.培养基中的32P经宿主摄取后可出现在T2噬菌体的核酸中
D.人类免疫缺陷病毒与T2噬菌体的核酸类型和增殖过程相同
2.[2018·江苏盐城三模] 图6-17-7是“以32P标记的T2噬菌体侵染大肠杆菌”实验示意图。下列有关叙述正确的是 ( )
图6-17-7
A.锥形瓶内的培养液中有含32P的物质,以便用32P标记噬菌体
B.过程②的目的是使噬菌体的外壳与大肠杆菌分离
C.若只有C中含大量放射性,可直接证明噬菌体的遗传物质是DNA
D.实验中B对应部分有少量放射性,可能原因是搅拌不充分
命题角度2 考查噬菌体侵染细菌实验中放射性的分布
3.如果用3H、15N、35S标记噬菌体后,让其侵染细菌(无放射性),下列分析正确的是 ( )
A.只有噬菌体的蛋白质被标记了,DNA没有被标记
B.子代噬菌体的外壳中可检测到3H、15N、35S
C.子代噬菌体的DNA分子中可检测到3H、15N
D.子代噬菌体的DNA分子中部分含有3H、15N、32S
4.[2018·武汉调研] 在用35S和32P分别标记的噬菌体探究遗传物质是DNA还是蛋白质的实验中,先将大肠杆菌和不同标记的噬菌体混合后立即离心,并测定放射性(Ⅰ);再将大肠杆菌和不同标记的噬菌体混合培养一段时间后再离心,并测定放射性(Ⅱ),则下列有关放射性分布的论述,正确的是 ( )
A.若放射性为35S,则Ⅰ主要分布在上清液中,Ⅱ主要分布在沉淀物中
B.若放射性为35S,则Ⅰ主要分布在沉淀物中,Ⅱ主要分布在上清液中
C.若放射性为32P,则Ⅰ主要分布在上清液中,Ⅱ主要分布在沉淀物中
D.若放射性为32P,则Ⅰ主要分布在沉淀物中,Ⅱ主要分布在上清液中
技法提炼
1.“两看法”判断子代噬菌体标记情况
图6-17-8
2.同位素标记法归类分析
(1)标记某元素,追踪其转移途径。如用18O标记H2O,光合作用只产生18O2;再用18O标记CO2,光合作用只产生O2;证明光合作用产生的氧气中的氧原子全部来自于H2O,而不来自于CO2。
(2)标记特征元素,探究化合物的作用。如在T2噬菌体侵染细菌的实验中,用32P标记噬菌体的DNA,大肠杆菌内发现放射性物质;用35S标记蛋白质,大肠杆菌内未发现放射性物质;证明DNA是噬菌体的遗传物质。
(3)标记特征化合物,探究详细生理过程,研究生物学原理。如用3H标记亮氨酸,探究分泌蛋白的分泌过程;用3H标记胸腺嘧啶脱氧核苷酸,研究有丝分裂过程中染色体的变化规律;用15N标记DNA,证明DNA复制的特点是半保留复制。
命题角度3 肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较
5.[2018·哈尔滨第六中学二模] 下列关于肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的叙述中,错误的是 ( )
A.培养基中的32P经宿主摄取后可出现在T2噬菌体的核酸中
B.格里菲思和艾弗里所做的转化实验都能证明DNA是遗传物质
C.离心的目的是让上清液中析出重量较轻的T2噬菌体颗粒
D.将S型菌的DNA与R型活菌混合培养,一段时间后培养基中会有两种菌落
6.[2018·贵州贵阳模拟] 在确定DNA是遗传物质的研究过程中,艾弗里和赫尔希与蔡斯进行的实验有重要意义。下列相关叙述错误的是 ( )
A.两个实验的设计思路的共同点是将DNA与蛋白质分开
B.他们都选用了结构十分简单的生物——病毒展开研究
C.两个实验都应用了细菌培养技术,为实验成功提供了保障
D.两个实验表明:亲代的各种性状是通过DNA遗传给后代的
考点三 DNA 是主要的遗传物质
1.RNA是遗传物质的实验证据——烟草花叶病毒对烟草细胞的感染实验
(1)实验过程及现象:
图6-17-9
(2)结论:烟草花叶病毒中的 是遗传物质。
2.生物含有的核酸及其遗传物质
生物类型
所含核酸
遗传物质
举例
细胞
生物
真核生物
DNA和
RNA
动物、植物、真菌
原核生物
细菌、蓝藻、放线菌
非细胞
生物
DNA病毒
仅有DNA
乙肝病毒、T2噬菌体、天花病毒
RNA病毒
仅有RNA
烟草花叶病毒、艾滋病病毒、SARS病毒
3.DNA是主要的遗传物质:生物界绝大多数生物的遗传物质是 ,只有极少数生物的遗传物质是 ,因而DNA是主要的遗传物质。
正误辨析
(1)生物的遗传物质的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸或核糖核苷酸。 ( )
(2)细胞核内的遗传物质是DNA,细胞质内的遗传物质是RNA。 ( )
(3)小麦的遗传物质主要是DNA。 ( )
(4)乳酸菌的遗传物质主要分布在染色体上。 ( )
(5)只有细胞内的核酸才是携带遗传信息的物质。 ( )
教材拓展
DNA是主要的遗传物质,其“主要”两字如何理解?
命题角度1 考查对生物体遗传物质的判断
1.图6-17-10是某种高等植物病原体的遗传实验过程,实验表明这种病原体 ( )
图6-17-10
A.寄生于细胞内,通过RNA遗传
B.寄生于细胞间,通过蛋白质遗传
C.寄生于细胞内,通过蛋白质遗传
D.寄生于细胞间,通过RNA遗传
2.下列关于遗传物质的说法,错误的是 ( )
①真核生物的遗传物质是DNA ②原核生物的遗传物质是RNA ③细胞核中的遗传物质是DNA ④细胞质中的遗传物质是RNA ⑤甲型H1N1流感病毒的遗传物质是DNA或RNA
A.①②③ B.②③④
C.②④⑤ D.③④⑤
易错提醒
(1)艾弗里的体外转化实验与噬菌体侵染细菌实验均只能证明DNA是遗传物质,而不能证明DNA是主要的遗传物质。
(2)对于任何一种生物来说,其遗传物质只有一种,是DNA或RNA,没有主要和次要之分,因此不能说具体的某种生物的遗传物质主要是DNA。
(3)真核生物的遗传物质是DNA,DNA主要分布在细胞核,少量分布在细胞质,细胞核与细胞质中的遗传物质都是DNA。
命题角度2 考查病毒的感染及重组实验
3.科学家从烟草花叶病毒(TMV)中分离出a、b两个不同品系,它们感染植物产生的病斑形态不同。下列4组实验(见下表)中,对实验结果描述错误的是 ( )
实验
编号
实验过程
实验结果
病斑类型
病斑中分离出
的病毒类型
①
a型TMV感染植物
a型
a型
②
b型TMV感染植物
b型
b型
③
组合病毒(a型TMV的蛋白质+b型TMV的RNA)→感染植物
b型
a型
④
组合病毒(b型TMV的蛋白质+a型TMV的RNA)→感染植物
a型
a型
A.实验① B.实验②
C.实验③ D.实验④
技法提炼 “遗传物质”探索的4种方法
真题·预测
1.[2018·全国卷Ⅱ] 下列关于病毒的叙述,错误的是( )
A.从烟草花叶病毒中可以提取到RNA
B.T2噬菌体可感染肺炎双球菌导致其裂解
C.HIV可引起人的获得性免疫缺陷综合征
D.阻断病毒的传播可降低其所致疾病的发病率
2.[2018·浙江选考] 下列关于“核酸是遗传物质的证据”的相关实验的叙述,正确的是 ( )
A.噬菌体侵染细菌实验中,用32P标记的噬菌体侵染细菌后的子代噬菌体多数具有放射性
B.肺炎双球菌活体细菌转化实验中,R型肺炎双球菌转化为S型菌是基因突变的结果
C.肺炎双球菌离体细菌转化实验中,S型菌的DNA使R型菌转化为S型菌,说明DNA是遗传物质,蛋白质不是遗传物质
D.烟草花叶病毒感染和重建实验中,用TMV A的RNA和TMV B的蛋白质重建的病毒感染烟草叶片细胞后,可检测到A型病毒,说明RNA是TMV A的遗传物质
3.[2017·江苏卷] 下列关于探索DNA是遗传物质的实验,叙述正确的是 ( )
A.格里菲思实验证明DNA可以改变生物体的遗传性状
B.艾弗里实验证明从S型肺炎双球菌中提取的DNA可以使小鼠死亡
C.赫尔希和蔡斯实验中离心后细菌主要存在于沉淀中
D.赫尔希和蔡斯实验中细菌裂解后得到的噬菌体都带有32P 标记
4.[2017·全国卷Ⅰ] 根据遗传物质的化学组成,可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒两种类型,有些病毒对人类健康会造成很大危害。通常,一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。
假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换。请利用放射性同位素标记的方法,以体外培养的宿主细胞等为材料,设计实验以确定一种新病毒的类型。简要写出(1)实验思路。(2)预期实验结果及结论即可。(要求:实验包含可相互印证的甲、乙两个组)
1.S型肺炎双球菌菌株是人类肺炎和小鼠败血症的病原体,而R型菌株却无致病性。下列有关叙述正确的是 ( )
A.加热杀死的S型菌与R型菌混合使R型菌转化成S型菌,属于基因突变
B.S型菌与R型菌在结构上最大的不同是S型菌的菌体有多糖类的荚膜
C.肺炎双球菌利用人体细胞的核糖体合成蛋白质
D.高温处理过的S型菌的蛋白质因变性而不能与双缩脲试剂发生紫色反应
2.下列有关噬菌体侵染细菌实验的叙述,正确的是 ( )
A.用32P和35S标记的噬菌体侵染普通细菌,子代噬菌体核酸和外壳中均可检测到32P和35S
B.用噬菌体侵染32P和35S标记的细菌,子代噬菌体核酸和外壳中均可检测到32P和35S
C.用14C标记的噬菌体侵染普通细菌,子代噬菌体核酸和外壳中均可检测到14C
D.用噬菌体侵染14C标记的细菌,子代噬菌体核酸和外壳中均可检测到14C
1.格里菲思的肺炎双球菌体内转化实验得出的结论:加热杀死的S型细菌中含有某种转化因子使R型活细菌转化为S型活细菌。
2.艾弗里实验的结论:DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质,即DNA是遗传物质,蛋白质等不是遗传物质。
3.噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是遗传物质。
4.细胞生物的遗传物质是DNA,病毒的遗传物质是DNA或RNA。
5.证明DNA是遗传物质的两大实验的共同思路是设法将DNA和蛋白质等其他物质分开,单独地、直接地观察它们各自的作用。
第18讲 DNA分子的结构、复制及基因的本质
考试说明 1.DNA分子结构的主要特点(Ⅱ)。
2.DNA分子的复制(Ⅱ)。
3.基因的概念(Ⅱ)。
考点一 DNA分子的结构及相关计算
1.图解DNA分子结构
图6-18-1
2.DNA分子的特性
(1)稳定性:磷酸和脱氧核糖交替连接,排列在外侧构成基本骨架,两条链互补的碱基之间通过 相连。
(2) 性:遗传信息蕴藏在
中。碱基排列顺序千变万化,如某DNA分子中有n个碱基对,则排列顺序有 种(其中n代表碱基对数)。
(3) 性:每种DNA分子都有 。
正误辨析
(1)同一条脱氧核苷酸链上相邻的两个碱基通过氢键相连。 ( )
(2)DNA分子中每个脱氧核糖都连接两个磷酸,每个碱基都连接一个脱氧核糖。 ( )
(3)DNA有氢键,RNA没有氢键。 ( )
(4)大肠杆菌的拟核DNA分子和质粒DNA分子都为双链环状。 ( )
(5)沃森和克里克提出在DNA双螺旋结构中嘧啶数不等于嘌呤数。 ( )
(6)分子大小相同、碱基含量相同的核酸分子所携带的遗传信息一定相同。 ( )
教材拓展
1.DNA分子都是双链结构吗?
2.DNA分子都是“链状”吗?
1.解读两种DNA结构模型
图6-18-2
(1)由图甲可解读以下信息:
①
②
③
(2)图乙是图甲的简化形式,其中①是磷酸二酯键,③是氢键。解旋酶作用于③部位,限制酶和DNA连接酶作用于①部位。
2.碱基互补配对原则及相关计算
(1)碱基互补配对原则:A—T,G—C,如图6-18-3所示:
图6-18-3
(2)有关推论
①嘌呤总数与嘧啶总数相等,即A+G=T+C。
②在双链DNA分子中,互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等。
设在双链DNA分子中的一条链上A1+T1=n%,则A+T=A1+A2+T1+T2=(n%+n%)/2=n%。
简记为“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等”。
③双链DNA分子中,非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数。
设双链DNA分子中,一条链上=m,则==m,所以互补链上=。
简记为“DNA两互补链中,不配对两碱基和的比值乘积为1”。
命题角度1 考查DNA分子的结构与特性
1.[2018·吉林四校联考] 下列关于DNA结构的描述,错误的是 ( )
A.每一个DNA分子由一条多核苷酸链盘绕而成螺旋结构
B.外侧是由磷酸与脱氧核糖交替连接构成的骨架,内部是碱基
C.DNA两条链上的碱基间以氢键相连,且A与T配对、G与C配对
D.DNA的两条链等长,但是反向平行
2.[2018·锦州渤大附中模拟] 图6-18-4为DNA分子部分结构示意图,对该图的描述不正确的是 ( )
A.脱氧核糖核苷酸相互连接形成DNA单链时能够产生水
B.④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸,②和③相间排列,构成了DNA分子的基本骨架
图6-18-4
C.⑤⑥⑦⑧对应的碱基依次为A、G、C、T
D.DNA分子的两条链是反向平行的,并且游离的磷酸基位于不同端
易错提醒
(1)DNA分子的特异性是由碱基对的排列顺序决定的,而不是由配对方式决定的,配对方式只有两种:A—T、C—G。
(2)并不是所有的脱氧核糖都连接着两个磷酸基团,两条链各有一个3'端的脱氧核糖连接着一个磷酸基团。
(3)双螺旋结构并不是固定不变的,复制和转录过程中会发生解旋。
(4)在DNA分子中,A与T分子数相等,G与C分子数相等,但A+T的量不一定等于G+C的量,的值恰恰反映了DNA分子的特异性。
命题角度2 考查DNA分子结构中碱基的相关计算
3.[2018·济南调研] 已知某DNA分子中,G与C之和占全部碱基总数的35.8%,其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%。则在它的互补链中,T和C分别占该链碱基总数的 ( )
A.32.9%,17.1%
B.31.3%,18.7%
C.18.7%,31.3%
D.17.1%,32.9%
4.某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成,根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图,下列图示正确的是 ( )
A B C D
图6-18-5
技法提炼 解答有关碱基计算的“三步曲”
图6-18-6
考点二 DNA的复制及基因的本质
1.DNA分子复制的过程
(1)概念:以亲代DNA为模板,合成子代DNA的过程。(2)时间: 。(3)过程
图6-18-7
(4)特点: (过程上)、 (结果上)。
(5)精确复制的原因:
① 为复制提供了精确的模板。
② 保证了复制能够准确地进行。
(6)意义:将 从亲代传给子代,保持了 的连续性。
2.基因的本质
(1)本质:基因是具有 的 片段。
(2)基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸的关系
图6-18-8
(3)基因的基本功能:遗传信息的 和 。
正误辨析
(1)DNA分子全部解旋后才开始进行DNA复制。( )
(2)DNA必须在DNA酶的作用下才能连接形成子链。 ( )
(3)DNA聚合酶催化两个游离的脱氧核苷酸之间的连接。 ( )
(4)植物细胞的线粒体和叶绿体中均可发生DNA的复制。 ( )
(5)DNA复制就是基因表达的过程。 ( )
(6)解旋酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、限制性核酸内切酶都能作用于DNA分子,它们的作用部位都是相同的。 ( )
教材拓展
DNA复制过程中形成的两个子DNA位置如何?其上对应片段中基因是否相同?两个子DNA将于何时分开?
1.DNA复制方式的探究—— 假说—演绎法
实验材料:大肠杆菌
↓
实验方法:同位素标记法和密度梯度离心法
(亲代DNA分子与子代DNA分子的区分方法)
↓
实验假设:DNA分子以半保留的方式复制
↓
↓
实验结果:与预期结果一致
↓
实验结论:DNA分子以半保留的方式复制
2.DNA复制的有关计算
DNA复制为半保留复制,若将亲代DNA分子复制n代,其结果分析如下:
图6-18-9
(1)子代DNA分子数为2n个。其中:
①含有亲代链的DNA分子数为2个。
②不含亲代链的DNA分子数为2n-2个。
③含子代链的DNA分子有2n个。
(2)子代脱氧核苷酸链数为2n+1条。其中:
①亲代脱氧核苷酸链数为2条。
②新合成的脱氧核苷酸链数为2n+1-2条。
(3)消耗的脱氧核苷酸数
①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸数为m·(2n-1)个。
②第n次复制所需该脱氧核苷酸数为m·2n-1个。
3.DNA半保留复制应用于细胞分裂过程的分析
(1)有丝分裂中染色体标记情况分析
①过程图解(一般只研究一条染色体):
复制一次(母链标记,培养液不含标记同位素):
图6-18-10
转至不含放射性培养液中再培养一个细胞周期:
图6-18-11
②规律总结:若只复制一次,产生的子染色体都带有标记;若复制两次,产生的子染色体只有一半带有标记。
(2)减数分裂中染色体标记情况分析
①过程图解:减数分裂一般选取一对同源染色体为研究对象,如图6-18-12所示:
图6-18-12
②规律总结:由于减数分裂没有细胞周期,DNA只复制一次,因此产生的子染色体都带有标记。
命题角度1 考查DNA复制的过程及相关计算
1.真核细胞中DNA复制过程如图6-18-13所示,下列表述错误的是 ( )
图6-18-13
A.多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成
B.每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代
C.复制过程中氢键的破坏和形成都需要DNA聚合酶的催化
D.DNA分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则
2.图6-18-14为一个双链DNA分子(15N标记)中某基因的部分结构示意图,该基因全部碱基中A占20%。下列说法正确的是 ( )
图6-18-14
A.DNA的特异性是由四种碱基的数量比例决定的
B.DNA聚合酶可催化形成①和②处的化学键
C.该基因的一条核苷酸链中(C+G)/(A+T)的值为1.5
D.将该DNA置于不含15N的环境中复制3次后,含15N的DNA分子占总数的1/8
易错提醒 DNA复制相关计算的4个易错点
(1)“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别,前者包括所有的复制,但后者只包括最后一次复制。
(2)碱基的数目单位是“对”还是“个”。
(3)在DNA复制过程中,无论复制了几次,含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两个。
(4)另外,还要看清是“DNA分子数”还是“链数”,“含”还是“只含”等关键词,以免掉进陷阱。
命题角度2 考查基因的本质
3.下列关于基因的说法,正确的是 ( )
A.携带致病基因的个体一定患遗传病,不携带致病基因的个体不会患遗传病
B.一个基因的碱基排列顺序的多样化构成了基因的多样性
C.性染色体上基因的遗传不遵循分离定律
D.DNA和蛋白质是染色体的主要成分,一个DNA分子上含有许多个基因
4.[2018·大连二十四中模拟] 如图6-18-15为果蝇X染色体的部分基因图,下列对此X染色体的叙述,错误的是 ( )
图6-18-15
A.基因在染色体上呈线性排列
B.l、w、f和m为非等位基因
C.说明了各基因在染色体上的绝对位置
D.雄性X染色体上的基因来自其雌性亲本
易错提醒
(1)对于真核细胞来说,染色体是基因(遗传物质DNA)的主要载体;线粒体和叶绿体也是基因的载体。
(2)遗传效应是指基因能够转录成mRNA,进而翻译成蛋白质,能够控制一定的性状。
(3)DNA分子中还存在着不具有遗传效应的片段,在真核细胞中这部分片段所占比例很大,但这些片段不是基因。
(4)通常的基因是指双链DNA片段,而RNA病毒的基因是指具有遗传效应的RNA片段。
命题角度3 综合考查DNA复制与细胞分裂
5.[2018·四川成都外国语学校模拟] 某DNA被32P标记的精原细胞在不含32P的培养液中经过一次有丝分裂,产生两个精原细胞,其中一个接着进行一次减数分裂,其四分体时期的一对同源染色体上的DNA组成示意图正确的是 ( )
A B C D
图6-18-16
6.将某一经3H充分标记DNA的雄性动物细胞(染色体数为2N)置于不含3H的培养基中培养,该细胞经过两次连续分裂后形成4个大小相等的子细胞。下列有关的说法正确的是 ( )
A.若子细胞中染色体数为2N,则其中含3H的染色体数一定为N
B.若子细胞中染色体数为N,则其中含3H的DNA分子数为N/2
C.若子细胞中染色体都含3H,则细胞分裂过程中可能会发生基因重组
D.若子细胞中有的染色体不含3H,则原因是同源染色体分离
真题·预测
1.[2018·全国卷Ⅰ] 生物体内的DNA常与蛋白质结合,以DNA-蛋白质复合物的形式存在。下列相关叙述错误的是 ( )
A.真核细胞染色体和染色质中都存在DNA-蛋白质复合物
B.真核细胞的核中有DNA-蛋白质复合物,而原核细胞的拟核中没有
C.若复合物中的某蛋白参与DNA复制,则该蛋白可能是DNA聚合酶
D.若复合物中正在进行RNA的合成,则该复合物中含有RNA聚合酶
2.[2018·江苏卷] 下列关于DNA和RNA的叙述,正确的是 ( )
A.原核细胞内DNA的合成都需要DNA片段作为引物
B.真核细胞内DNA和RNA的合成都在细胞核内完成
C.肺炎双球菌转化实验证实了细胞内的DNA和RNA都是遗传物质
D.原核细胞和真核细胞中基因表达出蛋白质都需要DNA和RNA的参与
3.[2017·海南卷] DNA分子的稳定性与碱基对之间的氢键数目有关。下列关于生物体内DNA分子中(A+T)/(G+C)与(A+C)/(G+T)两个比值的叙述,正确的是 ( )
A.碱基序列不同的双链DNA分子,后一比值不同
B.前一个比值越大,双链DNA分子的稳定性越高
C.当两个比值相同时,可判断这个DNA分子是双链
D.经半保留复制得到的DNA分子,后一比值等于1
1.下列有关双链DNA的结构和复制的叙述,正确的是 ( )
A.复制后产生的两个子代DNA分子共含有4个游离的磷酸基团
B.某DNA分子内胞嘧啶占25%,则每条单链上的胞嘧啶占25%~50%
C.DNA双螺旋结构以及碱基间的氢键使DNA分子具有较强的特异性
D.DNA的一条单链上相邻碱基之间以氢键连接
2.图6-18-17为真核细胞DNA复制过程模式图,相关分析错误的是 ( )
图6-18-17
A.酶①为解旋酶,酶②为DNA聚合酶
B.图示体现了边解旋边复制及半保留复制的特点
C.在复制完成后,甲、乙可在有丝分裂后期、减数第一次分裂后期分开
D.将该模板DNA置于15N培养液中复制3次后,含15N的DNA占100%
1.DNA分子复制的时期:细胞有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期。
2.DNA复制需要的基本条件:模板、原料、能量和酶等。
3.DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板,通过碱基互补配对保证了复制能够准确地进行。
4.DNA通过半保留复制方式将遗传信息从亲代传给子代,其意义是保持遗传信息的连续性。
5.1条染色体上有1个(未复制)或2个(复制后)DNA分子,每个DNA分子上有许多个基因。
6.DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。
第19讲 基因的表达
考试说明 1.遗传信息的转录和翻译(Ⅱ)。
2.基因与性状的关系(Ⅱ)。
考点一 遗传信息的转录和翻译
1.RNA的结构与功能
2.遗传信息的转录
(1)概念:以 为模板,按碱基互补配对原则合成RNA的过程。
(2)转录过程(如图6-19-1)
图6-19-1
3.遗传信息的翻译
(1)概念:游离在细胞质中的各种氨基酸,以 为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
(2)密码子
①概念: 上3个相邻的碱基决定1个氨基酸,每3个这样的碱基称为1个密码子。
②种类:64种,其中决定氨基酸的密码子有 种,终止密码子有 种。
③密码子与反密码子的比较
项目
密码子
反密码子
位置
作用
直接决定蛋白质中
的序列
识别 ,
转运
特点
与 上的碱基互补
与 的碱基互补
(3)翻译过程(如图6-19-2)
图6-19-2
(4)产物:多肽或蛋白质。
正误辨析
(1)tRNA上的反密码子由mRNA转录而来。 ( )
(2)每种氨基酸都有多个密码子,每个密码子都决定一种氨基酸。 ( )
(3)一个mRNA中含有多个密码子,一个tRNA中只含有一个反密码子。 ( )
(4)结合在同一条mRNA上的核糖体,最终合成的肽链在结构上各不相同。 ( )
(5)mRNA、tRNA、rRNA都是以DNA链为模板转录而来的,都携带遗传信息。 ( )
(6)DNA聚合酶和RNA聚合酶的结合位点分别在DNA和RNA上。 ( )
(7)一个含n个碱基的 DNA分子,转录形成的mRNA分子的碱基数是n/2个。 ( )
(8)基因B1和由其突变而来的B2在指导蛋白质合成时使用同一套遗传密码。 ( )
教材拓展
组成蛋白质的20种氨基酸应对应多少种密码子?由此推知一种氨基酸可能对应多个密码子,这对生物体的生存发展有何意义?
1.解析两个翻译模型图
图6-19-3
(1)图甲翻译模型分析
①Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别为tRNA、核糖体、mRNA、多肽链。
②一个核糖体与mRNA的结合部位形成2个tRNA结合位点。
③翻译起点:起始密码子决定的是甲硫氨酸或缬氨酸。
④翻译终点:识别到终止密码子(不决定氨基酸),翻译停止。
⑤翻译进程:核糖体沿着mRNA移动,mRNA不移动。
(2)图乙翻译模型分析
①图乙中,1、2、3分别为mRNA、核糖体、多肽链。
②数量关系:一个mRNA可同时结合多个核糖体,形成多聚核糖体。
③意义:少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质。
④方向:从左向右,判断依据是多肽链的长短,长的翻译在前。
⑤结果:合成多个氨基酸序列完全相同的多肽,因为模板mRNA相同。
2.DNA复制、转录和翻译的比较
(1)区别
比较
项目
DNA复制
转录
翻译
图示
时间
有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期
生物个体发育的整个过程(分裂期不能进行转录)
场所
真核细胞主要在细胞核,部分在线粒体和叶绿体;原核细胞在细胞质或拟核
核糖体
模板
DNA的两条单链
DNA的一条链
mRNA
原料
4种脱氧核苷酸
4种核糖核苷酸
20种氨基酸
条件
解旋酶、DNA聚合酶、ATP
RNA聚合酶、ATP
酶、ATP、tRNA
过程
DNA边解旋边以两条链为模板,按碱基互补配对原则,合成两条子链,子链与对应母链螺旋化
DNA解旋,以一条链为模板,按碱基互补配对原则形成mRNA(单链rRNA、tRNA),mRNA进入细胞质与核糖体结合
tRNA一端的反密码子与mRNA上的密码子配对,另一端携带相应氨基酸,合成有一定氨基酸序列的多肽链
产物
2个双链DNA
1个单链RNA
多肽链
模板
去向
分别进入两个子代DNA分子中
恢复原样,重新组成双螺旋结构
水解成单个核糖核苷酸
产物
去向
两个子代DNA在细胞分裂过程中分别进入两个子细胞中
转录产物mRNA与核糖体结合
翻译产物多肽链经盘曲折叠形成特定的空间结构,到达细胞各个需要的部位发挥功能
特点
边解旋边复制;半保留复制
边解旋边转录
一个mRNA上可结合多个核糖体,同时进行多条肽链的合成
碱基互
补配对
A—T,T—A,C—G,G—C
A—U,T—A,C—G,G—C
A—U,U—A,C—G,G—C
意义
复制遗传信息,使遗传信息从亲代传递到子代
表达遗传信息,使生物体表达出各种遗传性状
(2)联系
图6-19-4
3.巧辨遗传信息、密码子和反密码子
(1)界定遗传信息、密码子(遗传密码)、反密码子
图6-19-5
(2)氨基酸、密码子和反密码子的对应关系
①每种氨基酸对应一种或几种密码子(密码子的简并性),可由一种或几种tRNA转运。
②一种密码子只能决定一种氨基酸,一种tRNA只能转运一种氨基酸。
③氨基酸、密码子和反密码子的对应关系
图6-19-6
④密码子有64种(3种终止密码子不决定氨基酸;决定氨基酸的密码子有61种);反密码子理论上有61种。不同生物共用一套遗传密码。
命题角度1 考查遗传信息、密码子与反密码子的关系
1.[2018·潍坊调研] 下列有关密码子的叙述正确的是( )
A.基因突变可能改变基因中密码子的种类或顺序
B.每种氨基酸都对应多种密码子
C.密码子的简并性可以减少有害突变
D.密码子和反密码子中碱基可互补配对,所以两者种类数相同
2.图6-19-7是细胞内常见的两种分子,下列相关描述正确的是 ( )
图6-19-7
A.①上有反密码子,不同的①可能含有相同的反密码子
B.②上有密码子,①②的化学元素组成不相同
C.①②都为双链结构,它们的碱基配对方式不完全相同
D.①②都参与了基因表达的过程,且①比翻译的直接模板小得多
命题角度2 考查基因控制蛋白质合成的模型分析
3.[2018·陕西西安长安一中质检] 下列关于DNA分子的复制、转录和翻译的比较,正确的是 ( )
A.从时期上看,都只能发生在细胞分裂的间期
B.从条件上看,都需要模板、原料、酶和能量
C.从配对方式上看,它们的碱基互补配对方式都相同
D.从场所上看,都能发生在细胞核中
4.研究表明,下丘脑SCN细胞中PER基因表达与昼夜节律有关,其表达产物的浓度呈周期性变化,如图6-19-8为相关过程。据此判断,下列说法正确的是 ( )
图6-19-8
A.PER基因只存在于下丘脑SCN细胞中
B.图(1)过程①的原料为脱氧核苷酸,需要的酶是RNA聚合酶
C.图(2)中DNA模板链中一个碱基C变成了T,则mRNA中嘌呤与嘧啶比例不变
D.图(3)中mRNA沿着核糖体的移动方向是从右向左
易错提醒 转录、翻译过程中的四个易错点
(1)转录的产物不只是mRNA,还有tRNA、rRNA,但只有mRNA携带遗传信息,3种RNA都参与翻译过程,只是作用不同。
(2)翻译过程中mRNA并不移动,而是核糖体沿着mRNA移动,进而读取下一个密码子。
(3)转录和翻译过程中的碱基配对方式不是A—T,而是A—U。
(4)原核生物拟核中的DNA转录还未结束时便已开始翻译。
命题角度3 真核生物与原核生物基因表达过程的比较
5.[2018·安徽江淮十校联考] 某细胞中有关物质合成过程如图6-19-9,①~⑤表示生理过程,Ⅰ、Ⅱ表示结构或物质。据图分析正确的是 ( )
图6-19-9
A.用某药物抑制②过程,该细胞的有氧呼吸将受到影响
B.物质Ⅱ上也具有基因,此处基因的传递遵循孟德尔定律
C.①④为同一生理过程,需要解旋酶和DNA聚合酶
D.③⑤为同一生理过程,所用密码子的种类和数量相同
6.图6-19-10表示细胞内蛋白质的合成过程,下列叙述正确的是 ( )
图6-19-10
A.图示中的物质甲为DNA解旋酶
B.图示过程主要发生在真核细胞中
C.氨基酸转运过程中有磷酸生成
D.核糖体沿着mRNA从左向右移动
技法提炼 用“两看法”判断真核生物和原核生物基因表达过程图
图6-19-11
命题角度4 考查与基因表达有关的计算
7.[2018·江西师范大学附属中学模拟] 图6-19-12为细胞核内控制呼吸酶合成的某基因(15N标记)局部结构示意图,该基因中A占全部碱基的20%,下列说法正确的是 ( )
图6-19-12
A.该基因在所有活细胞中都表达
B.该基因转录形成的mRNA中U占全部碱基的20%
C.解旋酶作用于①部位,DNA聚合酶作用于②部位
D.将该细胞置于14N培养液中完成三个细胞周期,含14N的子细胞占75%
8.[2018·江苏扬州中学模拟] 胰岛素的A、B两条肽链是由一个基因编码的,其中A链中的氨基酸有m个,B链中的氨基酸有n个。下列有关叙述中不正确的是 ( )
A.胰岛素基因中含有的碱基数大于6(m+n)
B.胰岛素基因的两条DNA单链分别编码A、B两条肽链
C.胰岛素mRNA中至少含有的密码子为m+n个
D.A、B两条肽链可能是经蛋白酶作用后形成的
技法提炼 基因中碱基、RNA中碱基和蛋白质中氨基酸数量的关系
图6-19-13
注:①蛋白质中氨基酸的数目=1/3mRNA中的碱基数目=1/6DNA(基因)中的碱基数目。
②6∶3∶1的数量关系中,未考虑终止密码子、内含子、启动子、终止子等非编码序列。
考点二 中心法则及基因与性状的关系
1.中心法则及补充
图6-19-14
(1)填写字母所表示的过程。
a ,b ,c ,d ,e 。
(2)用字母表示下列生物的遗传信息传递过程。
①噬菌体: ,②烟草花叶病毒: ,③烟草: ,④HIV: 。
(3)请写出洋葱表皮细胞内遗传信息的传递方式: 。
(4)请写出洋葱根尖分生区细胞内遗传信息的传递方式: 。
2.基因控制性状的途径
(1)直接控制途径(用文字和箭头表示)
基因 生物体的性状。
(2)间接控制途径(用文字和箭头表示)
基因 生物体的性状。
(3)基因控制性状的实例(连线)
实例 控制方式
①白化病
②镰刀型细胞
贫血症
③圆粒和皱粒豌豆
④囊性纤维病
⑤苯丙酮尿症
⑥果蝇的红眼和白眼
a.通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状
b.通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物体的性状
3.基因与性状的对应关系
图6-19-15
(1)基因与性状的对应关系并不都是简单的 关系。
(2)环境影响生物性状:性状(表现型)是 和 共同作用的结果。
正误辨析
(1)白化病是由酪氨酸酶活性降低造成的。 ( )
(2)存在于叶绿体和线粒体中的DNA能进行复制、转录,进而翻译出蛋白质。 ( )
(3)某些性状由多个基因共同决定,有的基因可能影响多个性状。 ( )
(4)由逆转录酶催化的过程是RNA→DNA。 ( )
(5)成熟叶肉细胞无DNA复制途径,只有转录和翻译两条途径;哺乳动物成熟的红细胞无信息传递。 ( )
(6)核苷酸序列不同的基因可表达出相同的蛋白质,遗传信息传递到蛋白质是表现型得以实现的基础。 ( )
教材拓展
1.生物的遗传物质相同,性状一定相同吗?试解释原因。
2.生长素、赤霉素等不是蛋白质,它们的合成受基因控制吗?基因是通过控制性状的哪一途径控制它们的合成的?
命题角度1 结合中心法则过程图解进行综合考查
1.[2018·辽宁大连二模] 下列关于中心法则的叙述,正确的是 ( )
A.亲代DNA能通过自我复制在亲子代之间表达遗传信息
B.真核生物基因表达的过程即蛋白质合成的过程
C.基因的转录既可发生在细胞核中又可发生在线粒体内
D.在烟草花叶病毒颗粒内可以合成自身的RNA和蛋白质
2.图6-19-16表示中心法则,下列有关叙述正确的是 ( )
图6-19-16
A.过程①~⑤都会在人体的遗传信息传递时发生
B.人体细胞内的过程②主要发生在细胞核中,产物都是mRNA
C.过程④存在U—A、C—G、A—T三种碱基配对方式
D.过程③发生在核糖体上,过程⑤有半保留复制的特点
题后归纳 各类生物遗传信息的传递过程
生物种类
遗传物质
遗传信息的传递过程
RNA病毒
(SARS病毒)
以RNA为
遗传物质
逆转录病
毒(HIV)
原核生物
以DNA为
遗传物质
真核生物
DNA病毒
(噬菌体)
命题角度2 结合具体实例考查基因对性状的控制
3.基因对性状的控制过程如下,下列相关叙述正确的是( )
DNA(基因)mRNA蛋白质性状
A.①过程是转录,它分别以DNA的两条链为模板合成mRNA
B.②过程是翻译,只需要mRNA、氨基酸、核糖体、酶、ATP即可
C.③过程表明所有的性状都是通过基因控制蛋白质的结构直接实现的
D.基因中替换一个碱基对,会改变mRNA,但不一定改变生物的性状
4.[2018·湖南师大附中模拟] 如图6-19-17表示人体内苯丙氨酸的代谢途径,下列相关分析正确的是 ( )
图6-19-17
A.基因2和基因4在不同细胞中表达,所以存在于人体内不同细胞中
B.基因3不正常而缺乏酶3可能引起苯丙酮尿症
C.老年人头发会变白是因为基因2突变而缺乏酶2导致黑色素合成减少
D.图中过程①需要RNA聚合酶的催化,过程②需要多种RNA参与完成
真题·预测
1.[2018·海南卷] 关于复制、转录和逆转录的叙述,下列说法错误的是 ( )
A.逆转录和DNA复制的产物都是DNA
B.转录需要RNA聚合酶,逆转录需要逆转录酶
C.转录和逆转录所需要的反应物都是核糖核苷酸
D.细胞核中的DNA复制和转录都以DNA为模板
2.[2018·浙江选考] miRNA是一种小分子RNA,某miRNA能抑制W基因控制的蛋白质(W蛋白)的合成。某真核细胞内形成该miRNA及其发挥作用的过程示意图如下。
图6-19-18
下列叙述正确的是 ( )
A.miRNA基因转录时,RNA聚合酶与该基因的起始密码相结合
B.W基因转录形成的mRNA在细胞核内加工后,进入细胞质用于翻译
C.miRNA与W基因mRNA结合遵循碱基互补配对原则,即A与T、C与G配对
D.miRNA抑制W蛋白的合成是通过双链结构的miRNA直接与W基因mRNA结合所致
3.[2017·全国卷Ⅲ] 下列关于真核细胞中转录的叙述,错误的是 ( )
A.tRNA、rRNA和mRNA都从DNA转录而来
B.同一细胞中两种RNA的合成有可能同时发生
C.细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生
D.转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补
4.[2016·全国卷Ⅱ] 某种物质可插入DNA分子两条链的碱基对之间,使DNA双链不能解开。若在细胞正常生长的培养液中加入适量的该物质,下列相关叙述错误的是( )
A.随后细胞中的DNA复制发生障碍
B.随后细胞中的RNA转录发生障碍
C.该物质可将细胞周期阻断在分裂中期
D.可推测该物质对癌细胞的增殖有抑制作用
1.下列关于核DNA复制与转录的叙述,错误的是 ( )
A.在某个细胞的一生中,DNA可能只复制一次,基因可多次转录
B.在细胞分裂期,染色体高度螺旋化后,基因转录水平下降
C.在细胞分化期,DNA的复制、转录和翻译可同时进行
D.转录时,不同基因的模板链可能不同,但特定的某一基因模板链固定
2.从唾液腺细胞中提取全部mRNA,以此为模板合成相应的单链DNA(T-cDNA),利用该T-cDNA与来自同一个体浆细胞中的全部mRNA(J-mRNA)进行分子杂交。下列有关叙述正确的是 ( )
A.T-cDNA分子中嘌呤碱基与嘧啶碱基数目相等
B.唾液腺细胞中的RNA与T-cDNA都能进行分子杂交
C.唾液腺细胞不能分泌抗体是因为缺乏编码抗体的相关基因
D.能与T-cDNA互补的J-mRNA中含有编码呼吸酶的mRNA
3.果蝇的“生物钟”受某些细胞中X染色体上的Per基因和2号染色体上的Tim基因调控。研究发现,夜间Per蛋白积累,而过多的Per蛋白与Tim蛋白结合能入核抑制基因的活性,使白天Per蛋白水平降低,实现昼夜节律。下列分析错误的是 ( )
A.“生物钟”的形成过程存在反馈调节
B.“生物钟”的形成与基因的选择性表达有关
C.Tim基因表达障碍时,Per蛋白会发生持续性积累
D.Per基因和Tim基因遗传时相对独立,表达时互不干扰
1.在真核细胞中转录主要在细胞核内进行,是以DNA的一条链为模板,合成RNA的过程。
2.翻译是以mRNA为模板,以氨基酸为原料,合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
3.一种密码子只能决定一种氨基酸,但一种氨基酸可以由多种密码子来决定。
4.一条mRNA可相继结合多个核糖体,同时合成多条肽链。因此,少量的mRNA可迅速合成大量的蛋白质。
5.基因对性状的控制有两条途径:一是基因通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物的性状;二是基因通过控制蛋白质结构直接控制生物体的性状。
第六单元 遗传的分子基础
第17讲 DNA是主要的遗传物质
考点一
【知识梳理】
1.光滑 有多糖类荚膜 有
2.(1)S型活细菌 R型活细菌
(2)转化因子
3.(1) R型活细菌
(2)DNA DNA+DNA酶
(3)DNA DNA
4.相互 DNA 转化因子 DNA 蛋白质 转化因子 DNA 对照 单一变量
正误辨析
(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)× (6)×
[解析] (1)加热杀死后的S型细菌的DNA只是氢键断裂,降温后会恢复双螺旋结构。
(2)格里菲思的体内转化实验只是提出加热杀死的S型细菌内存在“转化因子”。
(4)艾弗里的体外转化实验证明了DNA是遗传物质。
(5)肺炎双球菌是原核生物,没有染色体,其基因遗传不遵循孟德尔遗传定律。
(6)加热杀死的S型菌只能转化一部分R型菌,活的R型菌在小鼠体内也繁殖产生后代。
教材拓展
1.加热会使蛋白质和DNA的空间结构改变,但DNA在降温后会恢复双螺旋结构,而蛋白质不能恢复原结构,S型细菌的DNA使R型细菌发生转化。
2.实现转化时遗传物质来自S型细菌,原料和能量均来自R型细菌。
【对点训练】
1.D [解析] S型肺炎双球菌的菌落为光滑的,R型肺炎双球菌的菌落是粗糙的,A错误;因加热杀死的S型菌不能在小鼠体内繁殖,所以仅注射加热杀死的S型菌后小鼠存活,B错误;S型菌中有活性的DNA能将部分R型菌转化为S型菌,因此从病死小鼠中分离得到的肺炎双球菌有S型菌和R型菌,C错误;该实验证明S型菌中存在某种转化因子,能将R型菌转化为S型菌,但不能证明R型菌转化为S型菌是由S型菌的DNA引起的,D正确。
2.D [解析] ①S型菌的DNA+DNA酶,DNA被水解,失去了转化作用,对后面加入的R型菌没有转化作用,R型菌无毒,注入小鼠体内,小鼠存活;②R型菌的DNA+DNA酶,DNA被水解,不起作用,加入S型菌,有毒性,注入小鼠体内导致小鼠死亡;③R型菌+DNA酶,DNA酶对细菌不起作用,高温加热后冷却,DNA酶变性失活,R型菌被杀死(R型菌的DNA有活性,冷却后复性),加入S型菌的DNA,没有了R型活菌,不能转化,也就相当于把两种DNA注入小鼠体内,两种DNA没有毒性,也不会使小鼠的细胞发生转化,小鼠存活;④S型菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入R型菌的DNA→注入小鼠,和③类似,小鼠存活。
3.C [解析] DNA酶与S型活菌混合后,S型菌依然存在毒性,小鼠会患败血症死亡,A错误。S型活菌的DNA不会使小鼠患败血症,B错误。活体转化实验中,从患病致死小鼠血液中可分离出S型活菌,C正确。离体转化实验中,R型活菌转化为S型活菌的原因是基因重组,D错误。
4.C [解析] 将加热杀死的S-Ⅲ型菌与R-Ⅱ型菌混合后同时注入小鼠体内,小鼠患病大量死亡,并从患病死亡小鼠体内获得具有活性的S-Ⅲ型菌;而单独注射加热杀死的S-Ⅲ型菌小鼠未死亡,说明R-Ⅱ型菌经过转化形成了S-Ⅲ型菌,故选C项。
考点二
【知识梳理】
1.同位素标记 噬菌体的蛋白质和DNA
2.(1)DNA C、H、O、N、P 蛋白质 C、H、O、N、S等
(2)活细胞寄生
3.(1)①大肠杆菌 ②大肠杆菌 ③噬菌体 ④噬菌体 (2)高 低 低 高
4.32P-DNA进入了宿主细胞内 35S-蛋白质外壳未进入宿主细胞,留在了外面
5.DNA
正误辨析
(1)× (2)× (3)× (4)× (5)√
[解析] (1)噬菌体必须寄生在细菌内才能繁殖,在培养基上无法生存。
(2)在实验中,搅拌、离心的目的是将噬菌体外壳与大肠杆菌分离开。
(3)噬菌体增殖所需要的模板来自于亲代的噬菌体。
(4)由于侵染时,噬菌体的蛋白质外壳留在外面,不能进入细菌内,因此不能说明蛋白质不是遗传物质。
教材拓展
S是蛋白质的特征元素,P是DNA的特征元素,若用14C和18O进行标记,由于蛋白质和DNA都含有C和O,因此无法确认被标记的是何种物质。
【对点训练】
1.C [解析] T2噬菌体是专门寄生在大肠杆菌体内的病毒,不能在肺炎双球菌中复制和增殖,A项错误。病毒颗粒内没有合成mRNA和蛋白质的“工具”和原料等,B项错误。T2噬菌体侵染大肠杆菌后可利用宿主细胞内的脱氧核苷酸合成其自身的核酸,故大肠杆菌所摄取的32P可出现在T2噬菌体的核酸中,C项正确。人类免疫缺陷病毒属于逆转录病毒,含有RNA,T2噬菌体属于DNA病毒,二者的核酸类型和增殖过程不同,D项错误。
2.B [解析] 本实验是以32P标记的T2噬菌体侵染大肠杆菌,因此图中亲代噬菌体已用32P标记,培养大肠杆菌的培养液中不能有含32P的物质,A错误。过程②为搅拌,目的是使噬菌体的外壳与大肠杆菌分离,B正确。若只有沉淀物C中含大量放射性,可直接证明噬菌体的DNA侵入了大肠杆菌,C错误。若B(上清液)中出现放射性,可能是培养时间过短,部分噬菌体还未吸附、侵染至大肠杆菌细胞或培养时间过长,造成部分大肠杆菌裂解并释放出子代噬菌体,D错误。
3.C [解析] DNA分子中含有H、N,所以用3H、15N、35S标记噬菌体后,噬菌体的蛋白质和DNA都被标记了,A错误;由于3H、15N、35S标记的是噬菌体蛋白质外壳,不进入细菌,3H、15N标记的是噬菌体DNA分子,进入细菌但不能用于合成子代噬菌体的外壳,
所以子代噬菌体的外壳中没有放射性,B错误;由于3H、15N标记了噬菌体的DNA分子,所以子代噬菌体的DNA分子中可检测到3H、15N,C正确;子代噬菌体的DNA分子中不含有S,D错误。
4.C [解析] 35S标记在蛋白质外壳上,32P标记在DNA分子上。若混合后立即离心,亲代噬菌体还没有侵染大肠杆菌,因此,放射性主要分布在上清液中;若混合培养一段时间后再离心,则蛋白质外壳(35S)主要分布在上清液中,DNA(32P)主要分布在沉淀物中。综合上述分析,若放射性为35S,则无论是Ⅰ还是Ⅱ,均主要分布在上清液中;若放射性为32P,则Ⅰ主要分布在上清液中,Ⅱ主要分布在沉淀物中,故选C项。
5.B [解析] 培养基中的32P经宿主摄取后,可以作为噬菌体DNA复制的原料,因此可出现在T2噬菌体的核酸中,A正确;格里菲思的转化实验只能证明转化因子的存在,不能证明转化因子是DNA,B错误;离心的目的是将噬菌体与大肠杆菌分离,让上清液中析出重量较轻的T2噬菌体颗粒,C正确;将S型菌的DNA与R型活菌混合培养,S型菌的DNA可以将部分R型菌转化为S型菌,因此一段时间后培养基中会有两种菌落,D正确。
6.B [解析] 肺炎双球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验证明DNA是遗传物质的关键是设法将DNA与其他物质分开,单独地、直接地观察它们的作用,A正确;艾弗里选用的实验材料是肺炎双球菌,赫尔希与蔡斯选用的实验材料是噬菌体和大肠杆菌,B错误;两个实验中都有细菌的培养过程,都应用了细菌培养技术,C正确;两个实验都证明了DNA是遗传物质,即亲代的各种性状是通过DNA遗传给后代的,D正确。
考点三
【知识梳理】
1.(2)RNA
2.DNA DNA DNA RNA
3.DNA RNA
正误辨析
(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)×
[解析] (1)生物的遗传物质是DNA或RNA,基本组成单位是脱氧核糖核苷酸或核糖核苷酸。
(2)细胞核内的遗传物质是DNA,细胞质内的遗传物质也是DNA。
(3)小麦的遗传物质就是DNA。
(4)乳酸菌无染色体。
(5)病毒无细胞结构,病毒的核酸也是遗传物质。
教材拓展
就生物个体而言,其遗传物质是唯一的,即真核生物与原核生物等细胞生物,其遗传物质是DNA。DNA病毒的遗传物质是DNA,RNA病毒的遗传物质是RNA。对整个生物界来说,绝大多数生物的遗传物质是DNA,只有少数生物(RNA病毒)的遗传物质是RNA,因此,DNA是主要的遗传物质是对生物界而言,而不是对某一特定的生物个体而言。
【对点训练】
1.A [解析] 从图示可看出,该病原体是病毒,将病毒的RNA接种在叶片上,叶片出现了病斑,而将其蛋白质外壳接种到叶片上,叶片上没有出现病斑,所以该病毒的遗传物质是RNA。病毒都是寄生在细胞内的。
2.C [解析] 真核生物和原核生物的遗传物质都是DNA;细胞核和细胞质中的遗传物质都是DNA;甲型H1N1流感病毒属于RNA病毒,遗传物质是RNA。
3.C [解析] 因为烟草花叶病毒的遗传物质是RNA,所以决定病毒类型和病斑类型的是RNA,而不是蛋白质。实验③中的RNA是b型TMV的,分离出的病毒类型就应该是b型。
【五年真题】
1.B [解析] 烟草花叶病毒是一种RNA病毒,所以,可以从烟草花叶病毒中提取到RNA,A项正确。T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒,不能感染肺炎双球菌,B项错误。HIV主要侵染人体的T淋巴细胞,几乎破坏人体的所有特异性免疫,从而引起人的获得性免疫缺陷综合征,C项正确。病毒必须寄生在宿主细胞内才能繁殖, 阻断病毒的传播可降低其所致疾病的发病率,D项正确。
2.D [解析] 32P标记的是DNA,合成子代噬菌体DNA子链的原料是无放射性的脱氧核苷酸,所以子代噬菌体只有少数具有放射性,A项错误。肺炎双球菌活体细菌转化实验中,R型菌转化为S型菌是基因重组的结果,B项错误。肺炎双球菌离体细菌转化实验中,S型菌的DNA使R型菌转化为S型菌只能说明DNA是遗传物质,不能说明蛋白质不是遗传物质,C项错误。用TMV A的RNA和TMV B的蛋白质重建的病毒感染烟草叶片细胞后检测到A型病毒,说明RNA是TMV A的遗传物质,D项正确。
3.C [解析] 格里菲思实验只证明S型细菌含有转化因子,A项错误。艾弗里实验证明从S型肺炎双球菌中提取的DNA可以使R型细菌转化成S型细菌,B项错误。赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染大肠杆菌实验中,离心后细菌主要存在于沉淀中, C项正确。赫尔希和蔡斯实验中32P标记的细菌裂解后得到的噬菌体才带有32P 标记,D项错误。
4.(1)思路
甲组:将宿主细胞培养在含有放射性标记尿嘧啶的培养基中,之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。
乙组:将宿主细胞培养在含有放射性标记胸腺嘧啶的培养基中,之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。
(2)结果及结论
若甲组收集的病毒有放射性,乙组无,即为RNA病毒;反之为DNA病毒。
[解析] RNA病毒只含有RNA一种核酸,DNA病毒只含有DNA一种核酸,且RNA中有碱基尿嘧啶,DNA中没有,DNA中有胸腺嘧啶,RNA中没有。所以用含有放射性同位素标记尿嘧啶的宿主细胞培养RNA病毒,子代病毒中就会有放射性,如果培养的是DNA病毒,子代病毒中就不会有放射性。用含有放射性同位素标记胸腺嘧啶的宿主细胞培养DNA病毒,子代病毒中就有放射性,而如果培养的是RNA病毒,子代病毒中就不会有放射性。
【2020预测】
1.B [解析] 加热杀死的S型菌与R型菌混合使R型菌转化成S型菌属于基因重组,A项错误;S型菌与R型菌在结构上最大的不同是S型菌的菌体有多糖类的荚膜,B项正确;肺炎双球菌利用自身的核糖体合成蛋白质,C项错误;高温处理过的S型菌的蛋白质变性时肽键不断裂,能与双缩脲试剂发生紫色反应,D项错误。
2.D [解析] 32P标记的是噬菌体的DNA,35S标记的是噬菌体的蛋白质外壳,因为噬菌体侵染细菌时,只有DNA进入细菌内,所以子代噬菌体中只有核酸可检测到32P,A错误;
用噬菌体侵染32P和35S标记的细菌,可在子代噬菌体核酸中检测到32P,在外壳中检测到35S,B错误;用14C标记的噬菌体侵染普通细菌,只能在子代噬菌体核酸中检测到14C,C错误;用14C标记的细菌的核苷酸和氨基酸均被标记,用噬菌体侵染14C标记的细菌,子代噬菌体核酸和外壳中均可检测到14C,D正确。
第18讲 DNA分子的结构、复制及基因的本质
考点一
【知识梳理】
1.C、H、O、N、P 脱氧核苷酸 脱氧核糖与磷酸 氢键 A—T、G—C 反向平行
2.(1)氢键 (2)多样 4种碱基的排列顺序 4n
(3)特异 特定的碱基排列顺序
正误辨析
(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)×
[解析] (1)同一条脱氧核苷酸链上相邻的两个碱基通过“脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖”连接。
(2)DNA双链的两端各有一个脱氧核糖只连接着一个磷酸。
(3)DNA为双链,两条链间以氢键连接,RNA为单链,但也有双链区域,如tRNA的三叶草构象,双链区域也含氢键。
(5)因为碱基互补配对,所以DNA双螺旋结构中嘧啶数等于嘌呤数。
(6)分子大小相同、碱基含量相同的核酸分子中的碱基排列顺序可能不同,因此分子大小相同、碱基含量相同的核酸分子所携带的遗传信息不一定相同。
教材拓展
1.并非所有的DNA分子均具“双链”结构,有的DNA分子为单链结构。
2.目前发现链状的DNA存在于真核细胞的细胞核中,并与蛋白质结合组成染色体,而细胞器(线粒体、叶绿体)中的DNA、原核细胞中的DNA以及病毒DNA均为环状。
【对点训练】
1.A [解析] DNA双螺旋结构具有如下特点:①一个DNA分子是由两条脱氧核苷酸链构成的双螺旋结构,两条链等长且是反向平行的。②DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧构成基本骨架;碱基排列在内侧。③DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对时,A与T配对,G与C配对,综上可知,A错误。
2.B [解析] 脱氧核糖核苷酸相互连接形成脱氧核苷酸单链时,能够产生水,A正确。①和②相间排列构成了DNA的骨架,B错误。碱基互补配对原则为A和T相配对,G和C相配对,C正确。DNA分子的两条链是反向平行的,并且游离的磷酸基分别位于两端,D正确。
3.B [解析] 互补配对的碱基之和在一条链中与在整个DNA分子中所占的比例是相同的,因此,一条链中A、T、C、G的比例分别为31.3%、32.9%、17.1%和18.7%,根据碱基互补配对原则,它的互补链中T、C的比例分别为31.3%、18.7%。
4.C [解析] 由碱基互补配对原则可知,不同双链DNA分子中,一条单链中的值与DNA分子双链中的值总是相等;一条单链中的值是不确定的,而DNA分子双链中的值为1,故C项正确。
考点二
【知识梳理】
1.(2)有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期
(3)能量 解旋 DNA双链 母链 脱氧核苷酸 DNA聚合酶 碱基互补配对 母链 双螺旋
(4)边解旋边复制 半保留复制
(5)①DNA独特的双螺旋结构 ②碱基互补配对原则
(6)遗传信息 遗传信息
2.(1)遗传效应 DNA
(2)①染色体 ②一个或两个 ③有遗传效应 ④线性 ⑤遗传信息
(3)传递 表达
正误辨析
(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)×
[解析] (1)体内DNA分子的复制是边解旋边复制的。
(2)DNA酶是催化DNA水解,而不是催化其形成子链。
(3)DNA聚合酶是在有模板的条件下催化单个游离的脱氧核苷酸与脱氧核苷酸链的片段连接。
(5)基因的表达包括转录、翻译,DNA复制不属于基因的表达。
(6)解旋酶作用于DNA的氢键,DNA聚合酶、DNA连接酶、限制性核酸内切酶作用于磷酸二酯键。
教材拓展
染色体复制后形成两条姐妹染色单体,刚复制产生的两个子DNA分子即位于两条姐妹染色单体中,由着丝点相连,其对应片段所含基因在无突变等特殊变异情况下完全相同,两个子DNA分子将于有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝点分裂时,随两条姐妹染色单体分离而分开,分别进入两个子细胞中。
【对点训练】
1.C [解析] 多起点双向同时复制,能保证DNA复制在短时间内完成,A正确;DNA复制时以亲代DNA分子的两条链分别为模板,通过碱基互补配对原则合成子链,所以每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代,B正确;复制过程中氢键的破坏需要解旋酶的催化,C错误;DNA分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则,即A与 T配对、G与C配对,D正确。
2.C [解析] 不同DNA分子的碱基比例可能相同,但不同DNA的碱基对排列顺序一定不同,所以其特异性体现在碱基对的排列顺序,A错误;DNA聚合酶可催化形成②处的化学键(磷酸二酯键),而①处的氢键,其形成不需要DNA聚合酶的催化,B错误;该基因全部碱基中A占20%,由碱基互补配对原则可知T=A=20%,C=G=30%,因此该DNA分子中(C+G)/(A+T)=(30%+30%)/(20%+20%)=3/2=1.5,又由于在双链DNA分子中一条核苷酸链中(C+G)/(A+T)的值等于整个DNA分子中(C+G)/(A+T)的值,因此该基因的一条核苷酸链中(C+G)/(A+T)的值为1.5,C正确;DNA复制为半保留复制,不管复制几次,最终都有2个子代DNA含15N,所以含有15N的DNA分子占DNA分子总数的比例为2/8=1/4,D错误。
3.D [解析] 携带隐性致病基因的个体不一定患病;若是染色体变异引起的遗传病,该病患者不携带致病基因,A错误。一个基因的碱基排列顺序是特定的,构成了基因的特异性,B
错误。性染色体上基因的遗传也遵循分离定律,C错误。染色体的主要成分是DNA和蛋白质,基因在染色体上呈线性排列,一个DNA分子上有许多个基因,D正确。
4.C [解析] 基因位于染色体上,且呈线性排列,A正确;等位基因是位于同源染色体上同一位置控制相对性状的基因,而l、w、f和m在同一条染色体的不同位置,为非等位基因,B正确;题图说明了基因在染色体上的相对位置,C错误;雄性果蝇的X染色体来自母本,因此雄性X染色体上的基因来自其雌性亲本,D正确。
5.B [解析] 依据DNA的半保留复制方式可知,某DNA被32P标记的精原细胞在不含32P的培养液中经过一次有丝分裂后,产生的两个精原细胞中,每个核DNA分子均为1条链含32P,1条链不含32P。其中一个精原细胞接着进行一次减数分裂,在减数第一次分裂前的间期,每一个核DNA分子经过复制后所形成的2个子代DNA分子中,有1个DNA的1条链含32P,另1条链不含32P,另一个DNA分子的2条链都不含有32P,这2个DNA分子分别位于一条染色体的2条姐妹染色单体上。综上所述,四分体时期的一对同源染色体上的DNA组成如B项所示。
6.C [解析] 该动物细胞经过3H标记后,放在不含3H的培养基中培养,经过两次有丝分裂后形成的4个细胞,每个细胞中含3H的染色体数可能是0~2N,A错误。如果该细胞发生的是减数分裂,则含3H的DNA分子数为N,B错误。如果子细胞中染色体都含有3H,该细胞可能发生的是减数分裂,减数分裂过程中会发生基因重组,C正确。如果子细胞中有的染色体不含3H,则该细胞发生的是有丝分裂,不可能发生同源染色体分离,D错误。
【五年真题】
1.B [解析] 真核细胞中染色体和染色质是同一种物质,都由DNA和蛋白质组成,A项正确。真核细胞和原核细胞中都会发生DNA复制的过程,DNA复制时,DNA聚合酶会与DNA分子相结合,形成DNA-蛋白质复合物,B项错误。DNA分子复制时,需要DNA聚合酶的参与,DNA会与DNA聚合酶形成DNA-蛋白质复合物,C项正确。若复合物中正进行RNA的合成,该过程可能是转录,此时RNA聚合酶与DNA形成DNA-蛋白质复合物,D项正确。
2.D [解析] 引物一般是一小段核苷酸序列,A项错误。真核细胞内 DNA 和 RNA 的合成主要在细胞核内进行,在线粒体和叶绿体中也能完成,B项错误。肺炎双球菌体外转化实验证实了DNA是遗传物质,不能证实RNA是遗传物质,C项错误。原核细胞和真核细胞中基因表达出蛋白质都需要经过转录和翻译过程,都有 DNA 和 RNA 的参与,D项正确。
3.D [解析] 由于A与T互补,C与G互补,故(A+C)/(T+G)=1,A项错误。A和T间有2个氢键,G和C间有3个氢键,(A+T)/(G+C)的值大,说明A和T数目多,双链DNA分子的稳定性低,B项错误。两个比值相同时,这个DNA也可能是单链,C项错误。经半保留复制得到的DNA分子,A与T、C与G分别互补且数目相等,D项正确。
【2020预测】
1.A [解析] DNA分子由两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构,每一条链有1个游离的磷酸基团,所以复制后产生的两个子代DNA分子共含有4个游离的磷酸基团,A正确;某DNA分子内胞嘧啶占25%,则每条单链上的胞嘧啶占0~50%,B错误;DNA分子中碱基的特定的排列顺序构成了每一个DNA分子的特异性,C错误;DNA的一条单链上相邻碱基之间以“脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖”连接,D错误。
2.C [解析] DNA复制的显著特点是边解旋边复制,其中酶①为解旋酶,打开双螺旋,酶②为DNA聚合酶,催化合成新的DNA链。复制结果是一个DNA变成两个子代DNA,
分别位于同一条染色体的两条姐妹染色单体上,在有丝分裂后期、减数第二次分裂后期随染色单体分开而分开。由于DNA是半保留复制,因而在15N培养液中复制3次后,含15N的DNA占100%,故选C项。
第19讲 基因的表达
考点一
【知识梳理】
1.核糖核苷酸 A、U、C、G 单链 细胞核 细胞质 氨基酸 密码子 核糖体
2.(1)DNA的一条链
(2)RNA聚合酶 一条链 核糖核苷酸 RNA分子 DNA链 双螺旋结构
3.(1)mRNA
(2)①mRNA ②61 3 ③mRNA tRNA 氨基酸 密码子 氨基酸 DNA模板链 mRNA中密码子
(3)游离的氨基酸 tRNA 核糖体 mRNA 多肽
核糖体 tRNA mRNA 终止密码子
正误辨析
(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)× (6)× (7)× (8)√
[解析] (1)细胞中的RNA均由DNA转录而来。
(2)有的氨基酸只有一个密码子如甲硫氨酸,有的密码子不决定氨基酸,如终止密码子。
(3) 一个mRNA中决定一个氨基酸的相邻的3个碱基组成一个密码子,一个mRNA中含有多个密码子。一个tRNA中只含有一个反密码子。
(4)结合在同一条mRNA上的核糖体,利用了相同的模板,所以翻译形成的肽链的氨基酸序列完全相同。
(5)mRNA、tRNA、rRNA中只有mRNA携带遗传信息。
(6)DNA聚合酶与RNA 聚合酶的结合位点都在DNA上。
(7)不具有遗传效应的DNA片段不发生转录,不会形成mRNA,所以mRNA分子的碱基数小于n/2个。
(8)自然界中几乎所有的生物体都共用同一套遗传密码。
教材拓展
20种氨基酸共对应61种密码子,其意义主要表现为如下两方面:①增强容错性:当密码子中有一个碱基改变时,由于密码子的简并性,可能并不会改变其对应的氨基酸种类,因而有利于蛋白质或性状的稳定。②保证翻译速率:当某种氨基酸使用频率高时,几种不同的密码子都编码一种氨基酸可以保证翻译的速率。
【对点训练】
1.C [解析] 密码子是指mRNA上能编码氨基酸的三个相邻的碱基,A错误;有些氨基酸只对应一种密码子,B错误;由于密码子的简并性,当发生基因突变后氨基酸的种类可能并未发生改变,即可以减少有害突变,C正确;密码子共64种,反密码子共61种,D错误。
2.D [解析] 据图分析,①为tRNA,是翻译过程中运输氨基酸的工具,其一端含有的三个碱基为反密码子;②表示DNA分子,具有独特的双螺旋结构。根据以上分析可知,①为tRNA,含有反密码子,不同的tRNA含有不同的反密码子,A错误;②为DNA分子,而密码子位于mRNA上,
两者的组成元素基本相同,B错误;①为tRNA,为单链结构,但可自身回折形成部分双链结构,C错误;tRNA和DNA都参与了基因的表达过程,分别是翻译的工具和转录的模板,且tRNA比mRNA(翻译的直接模板)分子小得多,D正确。
3.B [解析] DNA复制发生在分裂间期,转录也应在间期,但翻译在分裂间期和分裂期都可能发生,A错误。DNA复制需要以DNA的两条链为模板,以4种脱氧核苷酸为原料,需要DNA聚合酶、解旋酶和能量;转录需要以DNA的一条链为模板,以4种核糖核苷酸为原料,需要RNA聚合酶和能量;翻译需要以mRNA为模板,以氨基酸为原料,需要多种酶和能量,B正确。从配对方式上看,它们的碱基互补配对方式不完全相同,DNA复制时有A-T碱基对,转录中有A-U碱基对,复制和转录时有T-A碱基对,翻译时有U-A碱基对,C错误。DNA复制和转录可以发生在细胞核,但翻译发生在细胞质中的核糖体上,D错误。
4.C [解析] PER基因存在于所有组织细胞中,只在下丘脑SCN细胞中表达,A错误;过程①是以PER基因的一条链为模板合成mRNA的转录过程,原料为核糖核苷酸,需要的酶是RNA聚合酶,B错误;图(2)中DNA模板链中一个碱基C变成了T,则mRNA中相应位置的碱基由G变成了A,因此嘌呤与嘧啶比例不变,C正确;在翻译时,核糖体沿着mRNA分子移动,由图可知核糖体在mRNA上移动的方向是从左向右,D错误。
5.A [解析] 据图可知,细胞核中DNA上的基因通过转录形成的RNA从核孔到达细胞质的核糖体上,参与蛋白质的合成,通过翻译形成的前体蛋白进入线粒体参与细胞有氧呼吸过程,因此用某药物抑制②(转录)过程,该细胞的有氧呼吸将受到影响,A正确;据图可知,物质Ⅱ上的基因属于细胞质基因,细胞质基因的遗传不遵循孟德尔定律,B错误;据图可知,①为DNA的复制过程,需要解旋酶与DNA聚合酶;④为转录过程,需要RNA聚合酶,二者不是同一生理过程,需要的酶也不同,C错误;③⑤均为翻译过程,由于其翻译的模板mRNA不同,因此所用密码子的种类相同,数量不一定相同,D错误。
6.C [解析] 据图可知,图中左侧表示DNA转录形成mRNA的过程,此过程需要的模板为DNA的一条链,原料为四种游离的核糖核苷酸,同时需要RNA聚合酶的参与,因此甲是RNA聚合酶,A错误;图示过程中转录与翻译同时进行,说明此过程发生在原核细胞中,B错误;翻译过程中需要tRNA运输氨基酸,运输氨基酸的过程需要ATP水解供能,而ATP的水解可以产生ADP与磷酸,C正确;根据tRNA的移动方向可知,核糖体沿着mRNA从右向左移动,D错误。
7.A [解析] 所有活细胞都需要呼吸,呼吸酶基因在所有活细胞中都能表达,A正确。该基因中A占全部碱基的20%,根据此条件不能确定两条单链中A所占的比例,因此不能确定该基因转录形成的mRNA中U占全部碱基的比例,B错误。解旋酶作用于②部位,DNA聚合酶作用于①部位,C错误。将该细胞(基因被15N标记)置于14N培养液中完成三个细胞周期,根据DNA半保留复制特点,子代所有细胞中均含有14N,因此含14N的子细胞占100%,D错误。
8.B [解析] 胰岛素基因编码的两条多肽链中氨基酸总数是m+n,所以基因中对应碱基数应大于6(m+n),A正确;一个基因在编码蛋白质的过程中,只有一条链作为模板链,B错误;形成的两条肽链中氨基酸共有m+n个,根据密码子和氨基酸的一一对应关系(不考虑终止密码子)可知,与之对应的胰岛素mRNA中至少含有的密码子应该为m+n个,C正确;A、B两条肽链可能是翻译形成的一条肽链经蛋白酶作用使一个肽键断裂后形成的,D正确。
考点二
【知识梳理】
1.(1)DNA复制 转录 翻译 RNA复制 逆转录
(2)①abc ②dc ③abc ④eabc
(3)DNARNA蛋白质
(4)
2.(1)蛋白质的结构 (2)酶的合成 代谢过程
(3)①—b,②—a,③—b, ④—a, ⑤—b, ⑥—b
3.多 一种 (1)一一对应 (2)基因型 环境
正误辨析
(1)× (2)√ (3)√ (4)√ (5)√ (6)√
[解析] (1)白化病是由于控制酪氨酸酶合成的基因异常,从而缺少酪氨酸酶。
(2)叶绿体和线粒体中的DNA能进行复制、转录,进而翻译出蛋白质。
(3)基因与性状之间不是简单的一一对应的线性关系。
(5)成熟叶肉细胞高度分化,不能分裂,不能进行DNA复制;哺乳动物成熟的红细胞无细胞核和细胞器,故无信息传递。
(6)由于密码子的简并性等原因,不同的核苷酸序列可表达出相同的蛋白质,基因通过控制蛋白质的合成来控制生物的性状,因此,遗传信息传递到蛋白质是表现型得以实现的基础。
教材拓展
1.不一定;因为生物的性状是由遗传物质(基因型)和环境共同决定的。
2.受基因控制。基因是通过控制酶的合成来控制代谢过程,间接控制生物的性状这一途径控制其合成的。
【对点训练】
1.C [解析] 亲代DNA能通过自我复制在亲子代之间传递遗传信息,通过转录和翻译表达遗传信息,A错误;真核生物基因表达的过程包括转录和翻译,是基因控制蛋白质的合成过程,B错误;细胞核和线粒体中都含有DNA,都可以发生基因的转录过程,C正确;烟草花叶病毒没有细胞结构,不能独立生活,必须寄生于活细胞中,因此其蛋白质和RNA的合成都发生在烟草细胞中,D错误。
2.C [解析] 图示为遗传信息的流动过程,其中过程①为DNA复制,过程②为转录,过程③为翻译,过程④为逆转录,过程⑤为RNA复制,人体内正常情况下不发生④⑤过程,A错误;转录的产物还包括tRNA和rRNA,B错误;过程④有U-A、C-G、T-A三种碱基配对方式,C正确;RNA分子为单链结构,不具有半保留复制的特点,D错误。
3.D [解析] ①过程是转录,以DNA的一条链为模板合成mRNA,A错误;②过程是翻译,除了需要mRNA、氨基酸、核糖体、酶、ATP外,还需要tRNA,B错误;基因除了能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状外,还可以通过控制酶的合成影响代谢,从而间接控制生物的性状,C错误;由于密码子具有简并性,基因突变可改变mRNA,但不一定改变氨基酸的种类,D正确。
4.D [解析] 人体内不同细胞都是由同一个受精卵经过有丝分裂和细胞分化形成的,因此都含有基因2和基因4,A错误;缺乏酶3不会导致苯丙酮酸在体内积累,
不会引起苯丙酮尿症,B错误;老年人头发会变白是由于酶2的活性降低,导致黑色素合成减少,C错误;图中过程①为转录,需要RNA聚合酶的催化,过程②为翻译,需要mRNA、tRNA、rRNA共同参与完成,D正确。
【五年真题】
1.C [解析] 逆转录和DNA复制的产物都是DNA,A正确;转录需要RNA聚合酶,逆转录需要逆转录酶,B正确;转录需要的反应物是核糖核苷酸,逆转录需要的反应物是脱氧核苷酸,C错误;细胞核中的DNA复制和转录都以DNA为模板,D正确。
2.B [解析] miRNA基因转录时,RNA聚合酶和该基因的启动子部位相结合,起始密码位于mRNA上,A项错误。W基因转录出的mRNA不成熟,需在细胞核中加工后再转移到细胞质中用于翻译,B项正确。RNA之间结合,互补配对的碱基是A与U、G与C,C项错误。根据图中信息可知,miRNA抑制W蛋白的合成是通过miRNA蛋白质复合物与W基因mRNA结合,阻止核糖体移动,从而阻止其翻译过程,D项错误。
3.C [解析] 真核细胞中的RNA(包括mRNA、tRNA、rRNA)均由DNA通过碱基互补配对转录而来,转录产生的RNA与模板链的相应区域碱基互补,A、D项正确。同一细胞中,不同的DNA可同时转录,B项正确。线粒体和叶绿体中的DNA也可转录合成mRNA,C项错误。
4.C [解析] DNA是边解旋边复制或边转录的,该物质插入DNA分子中后DNA双链不能解开,会导致DNA的复制和转录过程发生障碍,A、B项正确。DNA的复制发生在分裂间期,故该物质可将细胞周期阻断在分裂间期,C项错误。该物质可阻断细胞周期,因此对癌细胞的增殖有抑制作用,D项正确。
【2020预测】
1.C [解析] 在某个细胞的一生中,核DNA可能只复制一次(细胞分裂),基因可多次转录,A正确。转录需要DNA解螺旋,而分裂期染色体高度螺旋化是不利于转录的,因此基因转录水平下降,B正确。细胞分化时,不进行DNA的复制,真核细胞内转录与翻译不能同时进行,C错误。DNA分子上不同的基因转录的模板链可能是不同的,但特定的某一基因模板链固定,D正确。
2.D [解析] T-cDNA分子是单链的,因此其分子中的嘌呤碱基与嘧啶碱基数目不一定相等,A错误;T-cDNA是以唾液腺细胞中提取的全部mRNA为模板合成的,而唾液腺细胞中还有rRNA、tRNA,因此唾液腺细胞中的RNA并不都能与T-cDNA进行分子杂交,B错误;唾液腺细胞不能分泌抗体是因为编码抗体的相关基因没有表达,C错误;由于所有细胞中呼吸酶基因都表达,因此能与T-cDNA互补的J-mRNA中含有编码呼吸酶的mRNA,D正确。
3.D [解析] 夜间Per蛋白积累,而过多的Per蛋白与Tim蛋白结合能入核抑制基因的活性,使白天Per蛋白水平降低,实现昼夜节律,说明“生物钟”的形成过程存在反馈调节,A正确;果蝇的“生物钟”受某些细胞中X染色体上的Per基因和2号染色体上的Tim基因调控,说明“生物钟”的形成与基因的选择性表达有关,B正确;过多的Per蛋白与Tim蛋白结合能入核抑制基因的活性,则Tim基因表达障碍时,Per蛋白会发生持续性积累,C正确;Per基因和Tim基因是位于非同源染色体上的基因,遗传时相对独立,但是表达时并不是互不干扰的,D错误。
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