1、专题10遗传的分子基础,高考生物,考点一人类对遗传物质的探索历程,知识清单,一DNA是遗传物质的证据1.肺炎双球菌体内转化实验(1928年格里菲思)(1)实验材料:S型和R型肺炎双球菌、小鼠。,(2)实验过程及结果:,(3)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.肺炎双球菌体外转化实验(1944年艾弗里)(1)实验材料:S型和R型细菌、培养基。(2)实验目的:探究S型细菌中的“转化因子”是DNA还是蛋白质或多糖。(3)实验过程及结果:,(4)结论:DNA是“转化因子”,是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。3.噬菌体侵染细菌的实验(1952年赫尔希和蔡斯)(
2、1)噬菌体,(2)实验方法:同位素标记法。,(3)实验过程及结果第一步:标记噬菌体,第二步:噬菌体侵染细菌,(4)实验结论:噬菌体的遗传物质是DNA。二RNA是遗传物质的证据1.实验过程及结果,2.结论:在烟草花叶病毒中,RNA是遗传物质。,三DNA是主要的遗传物质1.对“DNA是主要的遗传物质”的理解(1)凡具有细胞结构的生物,既有DNA又有RNA,其遗传物质是DNA。(2)无细胞结构的病毒,只含有一种核酸,其遗传物质是DNA或RNA。,(3)对所有生物来说,绝大多数生物的遗传物质是DNA,只有少数病毒的遗传物质是RNA,因此说DNA是主要的遗传物质。2.遗传物质的载体(1)主要载体:染色体
3、。(2)真核细胞中DNA的其他分布:线粒体和叶绿体。,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,思维点拨对肺炎双球菌“转化”的理解(1)转化的实质是基因重组:肺炎双球菌转化实验中S型细菌的DNA片段整合到R型细菌的DNA中,即发生了基因重组。(2)发生转化的只是少部分R型细菌,并不是所有的R型细菌都转化成S,型细菌。(3)影响体外转化的因素有:供体细胞的DNA越纯,转化率越高;两种细菌的亲缘关系越近,转化越容易;处于感受态的受体菌更易被转化。,2.噬菌体侵染细菌实验中上清液和沉淀物放射性分析(1)被32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌(2)被35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌,例1(2017
4、福建漳州八校第一次联考,7)关于“噬菌体侵染细菌的实验”的叙述,正确的是()A.分别用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培养基培养噬菌体B.分别用35S和32P标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌,进行长时间的保温培养C.用35S标记噬菌体的侵染实验中,沉淀物存在少量放射性可能是搅拌不充分所致D.32P、35S标记的噬菌体侵染实验分别说明DNA是遗传物质、蛋白质不是遗传物质,解析培养噬菌体需用含活细菌大肠杆菌的培养基;在噬菌体侵染细菌的实验中,用被标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌,经短时间培养后,搅拌离心处理;用35S标记的噬菌体侵染实验中,若搅拌不充分,噬菌体的外壳没有与细菌完全分
5、离,沉淀物中会存在少量放射性;噬菌体侵染细菌的实验仅能说明DNA是遗传物质,没有说明蛋白质不是遗传物质。答案C,3.不同生物的遗传物质,易混易错(1)对整个生物界而言,绝大多数生物的遗传物质是DNA,所以说DNA是主要的遗传物质。对某种生物而言,其遗传物质是DNA或RNA,遗传物质只是二者中的一种,而不能说“主要”。(2)细胞质遗传和细胞核遗传的遗传物质都是DNA。,例2(2018安徽蚌埠二中上学期期中,3)下列有关生物体遗传物质的叙述,正确的是()A.玉米的遗传物质是DNA,HIV的遗传物质是RNAB.豌豆的遗传物质主要是DNAC.真核生物的遗传物质是DNA,原核生物的遗传物质是RNAD.细
6、胞核的遗传物质是DNA,细胞质的遗传物质是RNA,解析真核生物和原核生物的遗传物质均为DNA,DNA病毒(如T2噬菌体)的遗传物质是DNA,RNA病毒(如HIV)的遗传物质是RNA,A正确、C错误;豌豆的遗传物质是DNA,RNA不是豌豆的遗传物质,B错误;细胞核遗传和细胞质遗传的遗传物质都是DNA,D错误。答案A,方法“两看法”分析子代噬菌体的标记情况,方法技巧,例3(2017山西康杰中学第一次联考,10)如果用15N、32P共同标记噬菌体后,让其侵染用35S、14C标记的大肠杆菌,在产生的子代噬菌体中,能够找到的标记元素为()A.在外壳中找到14C和35S、32PB.在DNA中找到15N和3
7、2P、14CC.在外壳中找到15N、14CD.在DNA中找到15N、35S、32P,解析用15N、32P共同标记噬菌体后,亲代噬菌体的蛋白质含有15N,DNA含有15N、32P。噬菌体侵染大肠杆菌过程中蛋白质外壳未进入大肠杆菌,而DNA进入大肠杆菌后进行半保留复制,所以子代噬菌体外壳中无15N,部分子代噬菌体DNA中含有15N、32P。合成子代噬菌体用的原料均来自大肠杆菌,所以子代噬菌体的外壳中均含有35S、14C,DNA中均含有14C。综上所述,在子代噬菌体的外壳中可找到35S、14C,在DNA中可找到15N和32P、14C,B正确、C错误;噬菌体蛋白质不含P元素,DNA中不含S元素,故A、
8、D错误。答案B,考点二DNA分子的结构与复制,一DNA分子的结构与特性1.DNA分子的化学组成(1)组成元素:C、H、O、N、P。(2)组成单位:脱氧核苷酸2.DNA分子的空间结构(1)由两条脱氧核苷酸链组成,按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。(2)外侧:脱氧核糖和磷酸交替连接构成主链的基本骨架。,内侧:由氢键相连的碱基对组成。(3)碱基配对遵循碱基互补配对原则:;。3.DNA分子的结构特性(1)多样性:n个碱基对构成的DNA具有4n种碱基排列顺序。(2)特异性:每个DNA分子都有其特定的碱基排列顺序。(3)稳定性:磷酸与脱氧核糖交替排列形成的基本骨架和碱基互补配对方式不变。二DNA分子的复制1
9、.概念:DNA的复制是以亲代DNA分子的两条链为模板,合成子代DNA的过程。2.时期:主要发生在有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期。,3.场所:主要是细胞核,在叶绿体和线粒体中也可能发生。4.过程,5.DNA的复制特点(1)过程特点:边解旋边复制。,(2)复制方式:半保留复制。6.意义(1)遗传:DNA分子复制,使遗传信息从亲代传递给子代,从而确保了遗传信息的连续性。(2)变异:复制出现差错基因突变。,三基因、DNA与染色体的关系,1.DNA分子的组成,2.DNA分子结构解读(1)磷酸基团:每个DNA片段中,游离的磷酸基团有2个,分别位于DNA分子的两端。,碱基对通过氢键连接。一条链中相邻的
10、两个碱基通过“脱氧核糖磷酸脱氧核糖”连接。一条链上的脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键连接。(3)氢键可用解旋酶使其断裂,也可加热使其断裂。A与T之间靠2个氢键连接,G与C之间靠3个氢键连接。DNA分子中G和C的比例越高,DNA分子越稳定。,(2)DNA分子中的3种连接,3.DNA半保留复制的特点分析DNA分子复制为半保留复制,若将一个全部N原子被15N标记的DNA转移到含14N的培养基中培养(复制)若干代,其结果分析如下:,(1)子代DNA共2n个(2)脱氧核苷酸,链共2n+1条(3)若将上述亲代和前3代的DNA分子用离心方法分离得到的结果如下:,(4)若已知某亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个
11、,则,例4(2018江苏盐城上学期期中,24)某未被32P标记的DNA分子含有1 000个碱基对,其中鸟嘌呤300个,将该DNA分子置于含32P的培养基中连续复制3次。下列有关叙述错误的是()A.所有子代DNA分子都含32PB.含32P的子代DNA分子中,可能只有一条链含32PC.第三次复制过程中需要消耗腺嘌呤脱氧核苷酸4 900个D.子代DNA分子中不含32P的脱氧核苷酸链占总链数的1/8,解析该DNA分子置于含32P的培养基中连续复制3次,得到8个DNA分子,其中6个DNA分子两条链均含32P,另外2个DNA分子其中的一条链含32P,A、B正确;子代DNA共含有16条链,其中不含32P的脱
12、氧核苷酸链有2条,占总链的1/8,D正确;一个DNA分子中含有腺嘌呤数=1 000-300=700,则第三次复制过程中需要消耗腺嘌呤脱氧核苷酸数=700(23-22)=2 800。答案C,方法1“归纳法”求解DNA分子中碱基数量的计算规律1.涉及DNA碱基计算的4个常用规律规律一:双链DNA分子中配对的两种碱基数量相等,即A=T、C=G。规律二:双链DNA分子中不能配对的两种碱基之和占碱基总数的一半。规律三:配对的两碱基之和在单、双链中所占比例均相等。规律四:双链DNA分子一条链中的两个不互补碱基之和的比值是其互补链中这一比值的倒数;一条链中两个互补碱基之和的比值与其互补链中这一比值相等。,方
13、法技巧,结合下表理解碱基数量在单、双链中的比例关系:,2.涉及DNA单链碱基计算的3个解题步骤,例5(2014山东理综,5,5分)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,下列正确的是(),解析根据DNA分子的结构特点可知,若DNA分子双链中(A+T)/(C+G)的比值均为m,则每条链中(A+T)/(C+G)比值为m,由此可判断C正确、D错误;DNA分子中(A+C)/(T+G)=1,而每条链中的(A+C)/(T+G)不能确定,但两条链中(A+C)/(T+G)的比值互为倒数,故A、B错误。
14、答案C,方法2“图解法”突破分裂过程中染色体放射性追踪问题示例:已知某细胞中的4对同源染色体全部被3H标记,将其移入不含放射性的培养基上培养,试分析有丝分裂和减数分裂各期细胞中染色体标记情况。(说明:“*”代表含放射性的染色体、染色单体或DNA链)1.若进行连续的两次有丝分裂(以一条染色体为例分析),说明:第二次有丝分裂后期着丝点分裂后的两条子染色体,其中一条染色体含3H,故后期时含3H的染色体占一半,但两条子染色体移向哪一极是随机的,所以第二次分裂形成的4个子细胞中每个细胞含有3H的染色体数目不确定(08),含有3H的子细胞数目也不确定(24)。如下表所示:,2.若进行减数分裂(以一对同源染
15、色体为例分析)结果如下表所示:,例6蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷培养基中完成一个细胞周期,然后在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期,其染色体的放射性标记分布情况是()A.每条染色体的两条单体都被标记B.每条染色体中都只有一条单体被标记C.只有半数的染色体中一条单体被标记D.每条染色体的两条单体都不被标记,解析DNA复制是半保留复制,蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷(3H-T)培养基中完成一个细胞周期,每一个DNA分子都有一条脱氧核苷酸链含3H-T,然后在不含放射性标记的培养液中培养至中期,每个DNA分子复制的两个DNA分子存在于同一染色体的两条姐妹染色单体上,其中一
16、个DNA分子的一条链含3H-T,如图:,答案B,考点三基因的表达,一RNA的结构和种类,二遗传信息的转录和翻译1.转录(1)场所:主要是细胞核,在叶绿体、线粒体中也能发生转录过程。(2)条件,(4)产物:信使RNA、核糖体RNA、转运RNA。,(3)过程,(2)条件,2.翻译(1)场所或装配机器:核糖体。,(3)过程,(4)产物:多肽蛋白质(具有生物活性),二基因对性状的控制1.中心法则(1)提出者:克里克。(2)补充后的内容图解:。2.基因控制性状的途径(1)直接控制:通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。,(2)间接控制:通过控制酶的合成来控制代谢过程,从而间接控制生物体的性状。,1.
17、转录和翻译过程的要点解读(1)转录:是指以DNA的一条链为模板合成RNA的过程。一个DNA分子中有许多个基因,转录是以基因为单位进行的,每个基因可分别转录成一条mRNA,由于基因的选择性表达,一个DNA分子中某个基因进行转录时,其他基因可能转录也可能不转录,它们之间互不影响。,转录的起点和终点分别是DNA分子上基因首端和尾端的启动子和终止子,其中启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位。真核生物的DNA转录形成的mRNA需要在细胞核加工处理成为成熟的mRNA后才能作为翻译的模板。转录的产物不只是mRNA,tRNA、rRNA也是转录的产物。(2)翻译:游离在细胞质中的各种氨基酸,以mRNA为模板合成
18、具有一定氨基酸序列的蛋白质的过程。放大图中、分别为tRNA、核糖体、mRNA、多肽链。一个核糖体与mRNA的结合部位形成2个tRNA结合位点。翻译起点:起始密码子决定的是甲硫氨酸或缬氨酸。,翻译进程:核糖体沿着mRNA移动,mRNA不移动。(3)mRNA与核糖体数量、翻译速度的关系数量关系:一个mRNA可同时结合多个核糖体,形成多聚核糖体。,翻译终点:识别到终止密码子(不决定氨基酸)翻译停止。,译在前,短的肽链翻译在后。结果:合成的仅是多肽链,要形成蛋白质往往还需要运送至内质网、高尔基体等结构中进一步加工。图示中4个核糖体最终合成的4条多肽链相同,因为模板 mRNA 相同。,目的意义:少量的m
19、RNA分子可以迅速合成大量的蛋白质。方向:从左向右(如上图所示),判断依据是多肽链的长短,长的肽链翻,例7(2018河南南阳一中第三次测评)如图是两种细胞中主要遗传信息的表达过程。据图分析,下列叙述中不正确的是()A.两种表达过程均主要由线粒体提供能量,由细胞质提供原料B.甲没有核膜围成的细胞核,所以转录和翻译同时发生在同一空间内,C.乙细胞的基因转录形成的mRNA需要通过核孔才能进入细胞质D.若合成某条肽链时脱去了100个水分子,则该肽链中至少含有102个氧原子,解析从图中可以看出,甲细胞是原核细胞,乙细胞是真核细胞,甲细胞不含线粒体,A错误;原核细胞的转录和翻译都发生在细胞质中,B正确;乙
20、细胞翻译的场所为细胞质中的核糖体,细胞核基因转录出来的mRNA必须通过核孔才能从细胞核出来,C正确;若合成某肽链时脱去了100个水分子,则该肽链含有100个肽键,每个肽键中含有1个氧原子,再加上一端的羧基含有2个氧原子,该肽链至少含有102个氧原子,D正确。答案A,2.遗传信息、密码子、反密码子的区别和联系(1)概念辨析,(2)数量关系每种氨基酸对应一种或几种密码子(即密码子简并性),可由一种或几种tRNA转运。除终止密码子外,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。密码子有64种(3种终止密码子;61种决定氨基酸的密码子);反密码子理论上有61种。,均占30%,mRNA
21、链中A+U也占30%。(2)DNA(基因)、mRNA上碱基数目与氨基酸数目之间的关系,如图所示:,3.基因表达中相关计算(1)DNA(基因)与mRNA中碱基之间的关系互补的两碱基之和在mRNA、DNA单链及DNA分子中的比值相等。例如DNA模板链中A+T占30%,则其互补DNA链和双链DNA分子中A+T,知能拓展基因表达过程中,蛋白质中氨基酸的数目=参加转运的tRNA数目=1/3mRNA的碱基数目=1/6基因中的碱基数。这个比例关系都是,最大值,原因如下:(1)DNA中有的片段无遗传效应,不能转录出mRNA。(2)在基因片段中,有的片段起调控作用,不转录。(3)转录出的mRNA中有终止密码子,
22、终止密码子不对应氨基酸,所以基因或DNA上碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的6倍要多,转录出的mR-NA上的碱基数目比蛋白质中氨基酸数目的3倍要多。,4.各种生物的遗传信息传递过程,知能拓展“三看法”判断中心法则各过程,例8下图a、b、c分别代表人类免疫缺陷病毒(HIV)增殖过程中的部分步骤。请据图回答:(1)a过程表示,所需的原料是,c过程所需原料的结构简式表示为。,(2)若逆转录酶中有一段氨基酸序列为“丝氨酸谷氨酸组氨酸”,转运丝氨酸、谷氨酸和组氨酸的tRNA上的反密码子分别为A-GA、CUU、GUG,则基因中决定该氨基酸序列的模板链碱基序列为。(3)前病毒是指整合到宿主细胞染色体上的病毒DNA,它会随着宿主DNA的复制而复制,前病毒复制时需要的酶是。假若一个前病毒含有a个碱基对,则其第三次复制时,需要的嘌呤碱基数目是个。,解析(1)图中过程a、b、c分别代表逆转录、转录和翻译过程。(2)根据反密码子密码子基因模板链可知,tRNA上反密码子的序列与基因中模板链的碱基序列相似,仅需把U换成T即可。(3)DNA复制用到的酶是解旋酶和DNA聚合酶。前病毒含有a个碱基对,则含有嘌呤碱基a个,第三次复制需要的嘌呤碱基数=a23-1=4a。答案(1)逆转录4种脱氧核糖核苷酸(2)AGACTTGTG(3)解旋酶、DNA聚合酶4a,
