資源簡介

第一節　DNA是主要的遺傳物質
新課程標準
學業質量目標
3.2.1闡明減數分裂產生染色體數量減半的精細胞或卵細胞
合格考試
1.基于模型分析,歸納概括精子形成過程中各個時期染色體的行為變化。(科學思維)2.基于模型分析,歸納概括卵細胞形成過程中各個時期染色體的行為變化。(科學思維)
等級考試
1.基于模型分析,比較并歸納概括卵細胞與精子形成的區別。(科學思維)2.通過對植物細胞減數分裂裝片的觀察,識別減數分裂不同時期染色體的形態、位置和數目,加深對減數分裂過程的理解。(科學探究)
一、肺炎鏈球菌轉化實驗
1.肺炎鏈球菌:
判一判:基于對肺炎鏈球菌的理解進行判斷。
(1)R型活細菌無多糖類莢膜,在培養基上形成的菌落表面光滑。
(×)
提示:R型活細菌無多糖類莢膜,在培養基上形成的菌落表面粗糙。
(2)S型活細菌有多糖類莢膜,在培養基上形成的菌落表面光滑。
(√)
(3)S型活細菌無致病性,不會使人和小鼠患病。
(×)
提示:S型活細菌有致病性,會使人和小鼠患肺炎,小鼠并發敗血癥死亡。
(4)R型活細菌有致病性,會使人和小鼠患病。
(×)
提示:R型活細菌無致病性,不會使人和小鼠患病。
2.格里菲斯的實驗:
(1)實驗過程:
(2)實驗推論:被加熱殺死的S型細菌中可能含有某種轉化因子,使R型細菌轉化為S型細菌,而且這種轉化是可以遺傳的。
3.艾弗里的實驗:
(1)基于對艾弗里實驗過程的理解,填空:
(2)實驗結論:DNA使R型細菌轉化為S型細菌。
　上述實驗中蛋白酶、RNA酶、DNA酶的作用分別是什么?
提示:蛋白酶催化蛋白質水解,RNA酶催化RNA水解,DNA酶催化DNA水解。
二、噬菌體侵染細菌的實驗
1.實驗材料:T2噬菌體和大腸桿菌。
(1)T2噬菌體的結構及生活方式:
(2)T2噬菌體的繁殖:
①繁殖過程:吸附→侵入→增殖→成熟→裂解。
②T2噬菌體侵染大腸桿菌后,會在噬菌體DNA的作用下,利用大腸桿菌體內的物質來合成自身的組成成分。
2.實驗方法:放射性同位素標記法。
從元素組成的角度分析標記元素的選擇:
(1)DNA的組成元素:C、H、O、N、P,蛋白質的主要組成元素:C、H、O、N、S。
(2)該實驗中用35S、32P分別標記噬菌體的蛋白質和DNA。
3.實驗過程:
4.實驗結果分析:
(1)噬菌體侵染細菌時,DNA進入細菌的細胞中,而蛋白質外殼仍留在細胞外。
(2)在噬菌體DNA的指導下,新組裝并釋放出來的子代噬菌體與侵染大腸桿菌的噬菌體完全相同。
5.結論:DNA才是真正的遺傳物質。
教材【積極思維】大腸桿菌裂解釋放出的噬菌體中不能檢測到35S的蛋白質,那么蛋白質外殼來源于哪里?
提示:蛋白質外殼是以大腸桿菌的氨基酸為原料合成的。
三、RNA是某些病毒的遺傳物質
1.煙草花葉病毒的實驗:
(1)煙草花葉病毒的結構:
(2)實驗過程:
(3)結論:RNA起著控制性狀的作用,而不是蛋白質,即RNA是煙草花葉病毒的遺傳物質。
2.TMV(煙草花葉病毒)與HRV(車前草病毒)的病毒重建實驗:
(1)實驗過程:
(2)實驗結論:在只含有RNA而不含有DNA的病毒中,遺傳物質是RNA。
病毒中的核酸、核苷酸、五碳糖和堿基分別有多少種?病毒的遺傳物質是否都是RNA?
提示:1種、4種、1種和4種。不一定,如T2噬菌體的遺傳物質是DNA。
四、生物與遺傳物質的種類
選一選:基于對生物遺傳物質的理解填空。下列生物中遺傳物質是DNA的有:①③④⑤⑥⑦⑨;遺傳物質為RNA的有:②⑧⑩。
①T2噬菌體　②煙草花葉病毒?、鬯{細菌
④大腸桿菌　⑤酵母菌?、藁认x?、邨顦?br/>⑧SARS病毒?、嵋腋尾《尽、獍滩〔《?br/>知識點一
肺炎鏈球菌兩個轉化實驗的比較
1.區別:
體內轉化實驗
體外轉化實驗
科學家
格里菲斯
艾弗里及其同事
細菌培養
小鼠體內
體外培養基
實驗構思
用加熱致死的S型細菌注射到小鼠體內作為對照實驗來說明確實發生了轉化
將S型細菌的DNA、RNA、蛋白質分別與R型細菌混合培養,觀察能否使R型細菌發生轉化
觀察指標
小鼠是否死亡
培養基中菌落類型
實驗結論
加熱致死的S型細菌體內有轉化因子
轉化因子很可能是DNA
2.聯系:
(1)體內轉化實驗是體外轉化實驗的基礎,體外轉化實驗則是前者的延伸。
(2)實驗設計都遵循對照原則和單一變量原則。
特別提醒:肺炎鏈球菌實驗的三點提醒
①加熱會使蛋白質變性失活,這種失活是不可逆的,溫度降低后蛋白質活性也不可恢復;而加熱會使DNA雙鏈解旋,隨溫度的降低,仍可恢復活性。
②轉化的實質是S型細菌的DNA片段整合到R型細菌的DNA中。
③艾弗里的實驗思路實際是將S型肺炎鏈球菌中提純的各種物質分別和R型活細菌混合培養,單獨、直接地觀察它們的作用效果。
【知識拓展】
　　區分R型肺炎鏈球菌與S型肺炎鏈球菌的方法
(1)顯微觀察:制作裝片,用光學顯微鏡觀察肺炎鏈球菌是否有莢膜。有莢膜的為S型肺炎鏈球菌,無莢膜的為R型肺炎鏈球菌。
(2)宏觀觀察:培養成菌落,觀察菌落的形態。菌落表面光滑的為S型肺炎鏈球菌,表面粗糙的為R型肺炎鏈球菌。
(3)動物實驗:將菌體注入小動物體內,有致病性的為S型肺炎鏈球菌,無致病性的為R型肺炎鏈球菌。
　在肺炎鏈球菌的轉化實驗中,在培養R型細菌的1、2、3、4四支試管中,依次加入從S型活細菌中提取的DNA、DNA和DNA酶、蛋白質、多糖,經過培養,檢查結果發現試管內仍然有R型細菌的是
(　　)
A.3和4　　　　　　　　
B.1、3和4
C.2、3和4
D.1、2、3和4
【解題思維】解答本題需突破以下兩個關鍵點:
【解析】選D。在2、3、4三支試管內,只有R型細菌,因為沒有S型細菌的DNA,所以都不會發生轉化。1號試管內因為有S型細菌的DNA,所以會使R型細菌發生轉化,但是發生轉化的R型細菌只是一部分,故試管內仍然有R型細菌存在。
【母題追問】
(1)上述1號試管中含有肺炎鏈球菌的種類及各自的來源是什么?
提示:R型和S型。S型細菌的DNA插入R型細菌的DNA上,R型細菌發生轉化形成S型細菌,試管中部分R型細菌發生轉化,仍存在R型細菌。
(2)上題導致R型細菌轉化為S型細菌的遺傳物質、原料、能量分別由哪方提供?
提示:實現轉化時遺傳物質來自S型細菌,原料和能量均來自R型細菌。
【審答誤區】
不能理解什么是轉化,S型細菌的DNA整合到R型細菌中,使R型細菌由無毒變成有毒,即轉化成功。
1.肺炎鏈球菌轉化實驗的部分過程如圖所示,下列敘述正確的是
(　　)
A.S型肺炎鏈球菌的菌落為粗糙的,R型肺炎鏈球菌的菌落是光滑的
B.S型菌的DNA經加熱后失活,因而注射S型菌后的小鼠仍存活
C.從病死小鼠中分離得到的肺炎鏈球菌只有S型菌而無R型菌
D.該實驗未證明R型菌轉化為S型菌是由S型菌的DNA引起的
【解析】選D。S型肺炎鏈球菌的菌落為光滑的,R型肺炎鏈球菌的菌落是粗糙的,A錯誤;S型菌的蛋白質經過加熱后已經失活,但其DNA經加熱后沒有失去活性,B錯誤;S型細菌中的DNA能將部分R型細菌轉化為S型細菌,因此從病死小鼠中分離得到的肺炎鏈球菌有S型菌和R型菌,C錯誤;該實驗證明S型細菌中存在某種轉化因子,能將R型細菌轉化為S型細菌,但不能證明R型菌轉化為S型菌是由S型菌的DNA引起的,D正確。
2.“肺炎鏈球菌的轉化實驗”證明了DNA是遺傳物質,而蛋白質不是遺傳物質,得出這一結論的關鍵是
(　　)
A.用S型活細菌和加熱殺死后的S型細菌分別對小鼠進行注射,并形成對照
B.用殺死的S型細菌與無毒的R型細菌混合后注射到小鼠體內,測定小鼠體液中抗體的含量
C.從死亡小鼠體內分離獲得了S型細菌
D.將S型細菌的各種組成物質分離并分別加入各培養基中,培養R型細菌,觀察是否發生轉化
【解析】選D。將S型細菌的各種組成物質分離并分別與R型細菌混合培養后,發現只有加入DNA的培養基中R型細菌發生轉化,出現S型細菌,而加入其他組成物質的培養基中R型細菌(如加入蛋白質)不發生轉化,即不出現S型細菌。
【補償訓練】
　　如圖表示肺炎鏈球菌的轉化實驗,下列說法中正確的是
(　　)
A.該實驗的設計遵循了對照原則和單一變量原則
B.a、d組小鼠死亡是小鼠免疫功能喪失的結果
C.從d組死亡小鼠身上分離得到的S型活細菌是由S型死細菌轉化而成的
D.S型細菌的DNA可使小鼠死亡
【解析】選A。對照原則和單一變量原則是生物實驗設計的基本原則,圖中的實驗是肺炎鏈球菌的體內轉化實驗。四組實驗的處理方法不同并相互對照,A項正確;a、d兩組小鼠是由于感染了S型活細菌后患敗血癥死亡的,B項錯誤;d組小鼠體內出現的S型活細菌是由R型活細菌轉化而來的,C項錯誤;S型細菌的DNA并不直接使小鼠死亡,而是使R型細菌轉化為有毒的S型細菌,最終使小鼠死亡,D項錯誤。
知識點二
噬菌體侵染細菌的實驗
1.噬菌體侵染細菌的過程:
過程
過程圖示
過程分析
吸附
噬菌體用尾部的尾絲附著在細菌表面
侵入
噬菌體將自身的DNA侵入細菌體內,而蛋白質外殼留在細菌體外
過程
過程圖示
過程分析
增殖
親代噬菌體的DNA利用細菌體內的營養物質為原料,復制子代噬菌體的DNA,并合成子代噬菌體的蛋白質外殼
成熟
合成的子代噬菌體的DNA和蛋白質組裝成子代噬菌體
裂解
細菌裂解,釋放出子代噬菌體;釋放的子代噬菌體再去侵染其他細菌
特別提醒:
①T2噬菌體營寄生生活,寄主細胞只能是大腸桿菌。
②噬菌體在大腸桿菌中繁殖后代過程中,DNA由噬菌體提供,合成子代噬菌體的DNA和蛋白質外殼所需要的原料都是由大腸桿菌提供。
2.噬菌體中放射性元素分析:
放射性元素
標記生物
檢測物質
檢測結果
32P
噬菌體
子代噬菌體的核酸
部分含放射性
大腸桿菌
全部含放射性
35S
噬菌體
子代噬菌體的蛋白質
均無放射性
大腸桿菌
均含放射性
14C、3H
噬菌體
子代噬菌體的核酸
部分含放射性
子代噬菌體蛋白質
均不含放射性
大腸桿菌
子代噬菌體的核酸
全部含放射性
子代噬菌體蛋白質
全部含放射性
特別提醒:
①P是DNA的特有元素,只標記噬菌體的DNA;S是蛋白質的特有元素,只標記噬菌體的蛋白質外殼。
②噬菌體的蛋白質和DNA中均含有C、H、O三種元素,所以不能標記這三種元素,否則無法區分標記的是DNA
還是蛋白質。
3.實驗中放射性正?；虍惓７植记闆r及原因:
(1)用含32P的T2噬菌體侵染大腸桿菌時:
(2)用含35S的T2噬菌體侵染大腸桿菌時:
特別提醒:
①實驗過程中保溫時間要合理(不能過長或過短),否則上清液中會含有放射性。
②攪拌要充分,否則沉淀物中會含有放射性。
【知識拓展】
　　同位素標記法
(1)適用范圍及實驗原理:同位素標記法一般是在需要研究的物質體系中,加入一些放射性同位素原子(標記原子),用放射性檢測手段來跟蹤其行跡,研究出該系統的變化規律?？捎脕硌芯吭卦谕簧矬w內各細胞之間以及細胞內各細胞器之間、各物質之間的運行和變化情況。
(2)常用元素:用于跟蹤技術的放射性同位素一般是構成細胞化合物的重要元素,如3H、14C、32P、35S等。
(3)一般流程:明確研究的生命活動→確定密切相關的化合物→選擇恰當的放射性元素→用含放射性元素的物質處理細胞或生物→放射性檢測→得出規律。
如果用3H、14C、32P、35S標記噬菌體后,讓其侵染細菌,在產生的子代噬菌體的組成結構成分中,能夠找到的放射性元素為
(　　)
A.可在蛋白質外殼中找到3H、14C、35S
B.可在DNA中找到3H、14C、32P
C.可在蛋白質外殼中找到
14C、32P、35S
D.可在DNA中找到14C、32P、35S
【解題思維】解答本題需要突破兩個關鍵點:
【解析】選B。噬菌體的蛋白質和DNA中都有C、H、O、N四種元素,蛋白質中特有的元素是S,DNA中特有的元素是P。當用3H、14C、32P、35S標記噬菌體后,3H、14C、35S標記在噬菌體的蛋白質外殼上,3H、14C、32P標記在噬菌體的DNA上,由于細菌沒有被標記,噬菌體侵染細菌時只有其DNA分子進入細菌中,重新合成了子代的蛋白質外殼。故在子代噬菌體的組成成分中,其蛋白質外殼含3H、14C,部分DNA中含3H、14C、32P,B正確。
【審答誤區】常見以下兩種錯誤:
(1)3H、14C標記噬菌體時,噬菌體的蛋白質外殼和DNA均被標記,而不是其中一種被標記。
(2)噬菌體侵染細菌過程中,只有DNA進入宿主細胞,利用宿主細胞的原料進行物質合成。
【方法規律】二看法判斷子代放射性的有無
1.如圖所示為赫爾希和蔡斯實驗中的T2噬菌體侵染大腸桿菌的過程示意圖。下列說法正確的是
(　　)
A.過程⑤釋放的噬菌體都不含有親代的成分
B.培養噬菌體和大腸桿菌可用相同的培養基
C.T2噬菌體和大腸桿菌含有的核酸種類相同
D.T2噬菌體增殖需要大腸桿菌的核糖體參與
【解析】選D。過程⑤釋放的噬菌體中有少數含有親代的DNA,A錯誤;噬菌體是DNA病毒,營寄生生活,故培養噬菌體的培養基中必須有活細胞,而培養大腸桿菌的培養基中不需要活細胞,B錯誤;T2噬菌體含有的核酸是DNA,大腸桿菌含有的核酸是DNA和RNA,C錯誤;T2噬菌體沒有細胞結構,增殖需要大腸桿菌的核糖體參與,合成蛋白質,D正確。
2.赫爾希和蔡斯的T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗證實了DNA是遺傳物質,下列關于該實驗的敘述正確的是
(　　)
A.實驗中可用15N代替32P標記DNA
B.噬菌體的蛋白質外殼是大腸桿菌編碼的
C.噬菌體DNA的合成原料來自大腸桿菌
D.實驗證明了大腸桿菌的遺傳物質是DNA
【解析】選C。N是蛋白質和DNA共有的元素,若用15N代替32P標記噬菌體的DNA,則其蛋白質也會被標記,A錯誤;噬菌體的蛋白質外殼是由噬菌體的DNA在大腸桿菌體內編碼的,B錯誤;噬菌體的DNA合成的模板來自噬菌體自身的DNA,而原料來自大腸桿菌,C正確;該實驗證明了噬菌體的遺傳物質是DNA,D錯誤。
【補償訓練】
　　赫爾希和蔡斯“噬菌體侵染細菌”的實驗中,操作及結果正確的是
(　　)
A.同時用含同位素35S、32P標記的培養基培養細菌,再用此細菌培養噬菌體
B.分別用含同位素35S、32P標記的噬菌體侵染未經標記的細菌
C.噬菌體侵染細菌并經保溫、攪拌與離心后,含35S的放射性同位素主要分布在沉淀物中
D.噬菌體侵染細菌并經保溫、攪拌與離心后,含32P的放射性同位素主要分布在上清液中
【解析】選B。分別(而不能同時)用含同位素35S、32P標記的培養基培養細菌,然后用細菌培養噬菌體,再分別用含同位素35S、32P標記的噬菌體侵染未經標記的細菌,A錯誤、B正確;35S標記的是噬菌體的蛋白質,噬菌體在侵染細菌時,蛋白質沒有進入細菌,留在外面,經過攪拌、離心后,35S主要存在于上清液中,C錯誤;32P標記的是噬菌體的DNA,噬菌體在侵染細菌時,DNA進入細菌,并隨著細菌離心到沉淀物中,所以32P主要分布在沉淀物中,D錯誤。
知識點三
DNA是主要的遺傳物質
1.探索“遺傳物質”的思路和方法:
(1)探究思路:設法將各種物質分開,單獨觀察它們的作用。
(2)三種方法:
2.生物的遺傳物質不同:
生物類型
細胞生物
非細胞生物
真核生物
原核生物
DNA病毒
RNA病毒
實例
動物、植物和真菌等
細菌等
T2噬菌體等
HIV、煙草花葉病毒等
核酸種類
DNA和RNA
DNA和RNA
DNA
RNA
遺傳物質
DNA
DNA
DNA
RNA
結果
絕大多數生物的遺傳物質是DNA,少數生物的遺傳物質是RNA
結論
DNA是主要的遺傳物質
特別提醒:
①生物體內具有的核酸不一定是遺傳物質,如細胞中的RNA。
②絕大多數生物的遺傳物質是DNA,只有極少數病毒(RNA病毒)的遺傳物質是RNA。
　生物親子代之間是通過遺傳物質來傳遞遺傳信息的。下列關于生物遺傳物質的敘述,正確的是
(　　)
A.病毒的遺傳物質是DNA
B.藍細菌的遺傳物質主要是DNA
C.既有DNA又有RNA的生物,其遺傳物質是DNA
D.真核生物的遺傳物質是DNA,原核生物的遺傳物質是RNA
【解析】選C。病毒的遺傳物質是DNA或RNA,A錯誤;藍細菌的遺傳物質就是DNA,B錯誤;既有DNA又有RNA的生物,其遺傳物質是DNA,C正確;無論真核生物還是原核生物,只要具有細胞結構,其遺傳物質就是DNA,D錯誤。
【審答誤區】
(1)對于某種特定的生物而言,其遺傳物質只有一種,DNA或RNA,沒有主要和次要之分。
(2)具有細胞結構的生物,其遺傳物質為DNA,病毒的遺傳物質為DNA或RNA。
【母題追問】
(1)將病毒的遺傳物質徹底水解會得到幾種物質?
提示:6種,1種磷酸、4種堿基、1種五碳糖。
(2)將人體細胞的核酸徹底水解會得到幾種物質?
提示:8種,1種磷酸、5種堿基、2種五碳糖。
1.科學家從煙草花葉病毒(TMV)中分離出a、b兩個不同品系,它們感染植物產生的病斑形態不同。下列4組實驗結果中,不可能出現的是
(　　)
實驗編號
實驗過程
實驗結果
病斑類型
病斑中分離出的病毒類型
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
組合病毒(a型TMV的蛋白質+b型TMV的RNA)→感染植物
b型
a型
④
組合病毒(b型TMV的蛋白質+a型TMV的RNA)→感染植物
a型
a型
A.實驗①　　
B.實驗②　　
C.實驗③　　
D.實驗④
【解析】選C。a型TMV→感染植物,病斑類型是a型,病斑中分離出的病毒類型是a型,A正確;b型TMV→感染植物,病斑類型是b型,病斑中分離出的病毒類型是b型,B正確;組合病毒的RNA來自b型TMV的RNA,由于RNA病毒中RNA是遺傳物質,因此組合病毒(a型TMV的蛋白質+b型TMV的RNA)→感染植物,病斑類型是b型,病斑中分離出的病毒類型是b型,C錯誤;組合病毒的RNA來自a型TMV的RNA,由于RNA病毒中RNA是遺傳物質,因此組合病毒(b型TMV的蛋白質+a型TMV的RNA)→感染植物,病斑類型是a型,病斑中分離出的病毒類型是a型,D正確。
2.核酸是一切生物的遺傳物質,下列說法正確的是
(　　)
A.煙草的遺傳物質中含有4種堿基
B.真核生物的遺傳物質都是DNA,部分原核生物的遺傳物質是
RNA
C.肺炎鏈球菌利用人體細胞的核糖體合成蛋白質
D.RNA病毒的遺傳物質均能在宿主細胞中反轉錄生成DNA
【解析】選A。煙草的遺傳物質是DNA,含有A、T、C、G
4種堿基,A正確;真核生物和原核生物的遺傳物質都是DNA,B錯誤;肺炎鏈球菌是原核生物,自身細胞中含有核糖體,可合成蛋白質,C錯誤;只有具有逆轉錄酶的RNA病毒才能在宿主細胞中反轉錄生成DNA,D錯誤。
【補償訓練】
　　如圖是某種高等植物的病原體的遺傳過程實驗,實驗表明這種病原體
(　　)
A.寄生于細胞內,通過RNA遺傳
B.寄生于細胞間,通過蛋白質遺傳
C.寄生于細胞內,通過蛋白質遺傳
D.寄生于細胞間,通過RNA遺傳
【解析】選A。從題圖可看出,將RNA接種在葉片上,葉片出現了病斑,而將蛋白質外殼接種到葉片上,葉片上沒有病斑,所以該病原體是通過RNA遺傳的。病毒都是寄生在活細胞內的,利用細胞提供的物質進行相關代謝。
1.【實驗情境】赫爾希和蔡斯研究了T2噬菌體的蛋白質和DNA在侵染大腸桿菌過程中的功能,攪拌離心后的實驗數據如圖所示,請分析:
(1)圖中被侵染的大腸桿菌的存活率基本保持在100%,本組數據的意義是什么?(科學探究)
提示:作為對照組,以證明大腸桿菌未裂解。
(2)攪拌時間足夠長,細胞外的32P含量也有約30%,原因可能是什么?(科學探究)
提示:有部分標記的噬菌體還沒有侵染大腸桿菌。
2.【生活情境】2020年新型冠狀病毒引起的疫情對全球多個國家造成不同程度的影響。目前已知新型冠狀病毒的核酸為正鏈單鏈RNA。假設在宿主細胞內不發生堿基之間的相互轉換,請利用放射性同位素標記的方法,以體外培養的宿主細胞等為材料,設計實驗以驗證其遺傳物質。簡要寫出實驗思路,預期實驗結果及結論。(要求:實驗包含可相互印證的甲、乙兩個組)(科學探究)
提示:①思路:甲組:將宿主細胞培養在含有放射性標記的尿嘧啶的培養基中,之后接種新病毒。培養一段時間后收集病毒檢測其放射性。乙組:將宿主細胞培養在含有放射性標記的胸腺嘧啶的培養基中,之后接種新病毒。培養一段時間后收集病毒并檢測其放射性。②預期實驗結果及結論:甲組收集的病毒有放射性,乙組無放射性。結論:新型冠狀病毒的遺傳物質為RNA。
1.遺傳物質是親代與子代之間傳遞遺傳信息的物質,下列關于探索DNA是主要的遺傳物質的實驗中,敘述正確的是____________。?
①格里菲斯實驗證明DNA可以改變生物體的遺傳性狀
②艾弗里實驗證明從S型肺炎鏈球菌中提取的DNA可以使小鼠死亡
③赫爾希和蔡斯的實驗證明DNA是遺傳物質,蛋白質不是遺傳物質
④赫爾希和蔡斯的實驗中細菌裂解后得到的噬菌體都帶有32P標記
⑤酵母菌的遺傳物質分布在染色體和葉綠體中
⑥噬菌體侵染細菌實驗中分別用含32P、35S的培養基培養大腸桿菌來獲得被標記的噬菌體
⑦新型冠狀病毒的遺傳物質是RNA
【解析】選⑥⑦。格里菲斯實驗只證明了轉化因子的存在,沒有證明轉化因子是DNA,①錯誤;艾弗里實驗證明了DNA是轉化因子,從S型肺炎鏈球菌中提取的DNA使R型細菌轉化為S型細菌才導致小鼠死亡,②錯誤;赫爾希和蔡斯的實驗僅證明了DNA是噬菌體的遺傳物質,由于蛋白質未進入宿主細胞,不能說明蛋白質不是遺傳物質,③錯誤;赫爾希和蔡斯的實驗中細菌裂解后得到的噬菌體中僅有少部分帶有32P標記,④錯誤;酵母菌的遺傳物質是DNA,分布在染色體和線粒體中,酵母菌無葉綠體,⑤錯誤;噬菌體侵染細菌實驗中分別用含32P、35S的培養基培養大腸桿菌來獲得被標記的噬菌體,⑥正確;新型冠狀病毒的遺傳物質是RNA,⑦正確。
2.肺炎鏈球菌的轉化實驗中,使R型細菌轉化為S型細菌的轉化因子是
(　　)
A.S型細菌的DNA
B.R型細菌的DNA
C.莢膜
D.S型細菌的RNA
【解析】選A。S型細菌的DNA能使R型細菌轉化為S型細菌,因此S型細菌的DNA是轉化因子,A正確,B錯誤;S型細菌的莢膜、RNA等物質不能使R型細菌轉化為S型細菌,因此S型細菌的莢膜、RNA等物質不是轉化因子,C、D錯誤。
3.為驗證DNA是遺傳物質,某同學利用R型和S型肺炎鏈球菌做了如下實驗。下列敘述正確的是
(　　)
組別
接種菌株
添加物質
菌落生長情況
①
R型
S型活菌DNA
?
②
S型活菌DNA(經DNA酶處理)
?
③
無菌水
?
A.①為實驗組,實驗結果是一定有S型菌落出現
B.②為對照組,實驗結果是一定有R型菌落出現
C.實驗進行的全過程一定要采用懸浮培養方法
D.結果說明DNA是遺傳物質,蛋白質不是遺傳物質
【解析】選B。①為實驗組,因為受到多方面因素的影響,實驗結果中不一定有S型菌落出現,A錯誤;②為對照組,實驗結果是一定有R型菌落出現,B正確;實驗進行的過程中應該在固體培養基上培養,C錯誤;該實驗中沒有涉及蛋白質的實驗組,因此該實驗能說明DNA是遺傳物質,但不能說明蛋白質不是遺傳物質,D錯誤。
4.用32P標記噬菌體的DNA,用35S標記噬菌體的蛋白質,用這種噬菌體去侵染大腸桿菌,則在新形成的噬菌體中
(　　)
A.不可能檢測到32P
B.可能檢測到35S
C.可能檢測到32P和35S
D.大部分檢測不到32P
【解析】選D。噬菌體侵染細菌時,只有DNA進入細菌作為模板控制子代噬菌體的合成,而且合成子代噬菌體所需的原料均來自細菌,因此子代噬菌體的蛋白質外殼均不含有35S。根據DNA半保留復制特點,子代噬菌體的DNA含有少量的32P和大量的31P。
5.在對照實驗中,控制自變量可以采用“加法原理”或“減法原理”。下列實驗中,采用“加法原理”的是
(　　)
A.驗證過氧化氫酶可加快過氧化氫分解
B.驗證Mg是植物的必需元素
C.驗證光是光合作用的條件
D.艾弗里的肺炎鏈球菌的轉化實驗
【解析】選A。驗證過氧化氫酶可加快過氧化氫分解,應進行有無過氧化氫酶的對照實驗,采用了“加法原理”,故A正確;驗證Mg是植物的必需元素,應在常態條件下,除去Mg元素,采用了“減法原理”,故B錯誤;驗證光是光合作用的條件,應在常態條件下,除去光照條件,采用了“減法原理”,故C錯誤;艾弗里的肺炎鏈球菌轉化實驗,每組實驗都去除一種物質,采用了“減法原理”,故D錯誤。
6.(2017·全國卷Ⅱ)在證明DNA是遺傳物質的過程中,T2噬菌體侵染大腸桿菌的實驗發揮了重要作用。下列與該噬菌體相關的敘述,正確的是
(　　)
A.T2噬菌體也可以在肺炎鏈球菌中復制和增殖
B.T2噬菌體病毒顆粒內可以合成mRNA和蛋白質
C.培養基中的32P經宿主攝取后可出現在T2噬菌體的核酸中
D.人類免疫缺陷病毒與T2噬菌體的核酸類型和增殖過程相同
【解析】選C。本題主要考查T2噬菌體侵染細菌的實驗及病毒的特點。T2噬菌體是一種專門寄生在大腸桿菌細胞內的病毒,A錯誤;T2噬菌體缺乏獨立代謝的能力,只能在宿主細胞內進行代謝,B錯誤;T2噬菌體侵入宿主細胞后,利用宿主細胞的核苷酸合成自身的核酸,培養基中32P經宿主攝取后,可以出現在T2噬菌體的核酸中,C正確;人類免疫缺陷病毒(HIV)的遺傳物質是RNA,T2噬菌體的遺傳物質是DNA,D錯誤。
7.(教材“應用題”改編)赫爾希和蔡斯用35S或32P標記的T2噬菌體分別侵染大腸桿菌的實驗,證明了DNA是遺傳物質。圖中被32P標記的基團是
(　　)
A.1
B.2
C.3
D.4
【解析】選B。S是蛋白質的特有元素,DNA
分子中含有P,蛋白質中幾乎不含有,用放射性同位素32P和放射性同位素35S分別標記DNA和蛋白質,直接單獨去觀察它們的作用。P元素存在于核苷酸的磷酸基團2上,故被32P標記的基團是2,B正確。
8.如表為T2噬菌體侵染大腸桿菌的實驗。請根據實驗,回答下列問題:
編號
實驗過程和操作
結果
A組
含35S噬菌體+大腸桿菌攪拌、離心→檢測放射性
上清液中的放射性很高,下層沉淀中的放射性很低
B組
含32P噬菌體+大腸桿菌攪拌、離心→檢測放射性
上清液中的放射性很低,下層沉淀中的放射性很高
(1)從理論上分析,A組的下層沉淀和B組的上清液中的放射性應該為零,原因是?__。?
(2)由于實驗數據和理論數據之間存在著較大差異,請對實驗過程進行分析:
①在A組實驗的沉淀中檢測到放射性,可能的原因是?__。?
②在B組實驗中,32P標記的噬菌體和大腸桿菌混合培養時間過長,會使上清液中放射性含量______,其可能的原因是__。?
③實驗中如果保溫時間過短,32P標記的噬菌體______(填“能”或“不能”)全部侵染到大腸桿菌的體內,這______(填“是”或“不是”)誤差的來源,理由是__________________________________________________________________。
(3)子代噬菌體合成其蛋白質外殼的場所是________。?
【解析】(1)由于親代噬菌體侵染細菌時,含32P的DNA全部注入大腸桿菌內,而含35S的蛋白質外殼在大腸桿菌外面,所以理論上分析,A組的下層沉淀和B組的上清液中的放射性應該為零。
(2)①在A組實驗的沉淀中檢測到放射性,可能的原因是攪拌不充分,沒有將吸附在大腸桿菌外的35S標記的噬菌體外殼與其完全分離。②在B組實驗中,若32P標記的噬菌體和大腸桿菌混合培養時間過長,部分噬菌體在大腸桿菌內增殖后釋放出來,經離心后分布于上清液中,會使上清液中放射性含量升高。③在實驗中,如果保溫時間過短,則32P標記的噬菌體將不能全部侵染到大腸桿菌的體內,這部分沒有侵入大腸桿菌的噬菌體經離心后分布于上清液中,會使上清液出現放射性,所以這是誤差的來源。
(3)子代噬菌體合成其蛋白質外殼的場所是大腸桿菌細胞內的核糖體。
答案:(1)噬菌體將含32P的DNA全部注入大腸桿菌內,含35S的蛋白質外殼在大腸桿菌外面
(2)①攪拌不充分,沒有將吸附在大腸桿菌外的35S標記的噬菌體外殼與其完全分離
②升高　部分噬菌體在大腸桿菌內增殖后釋放出來,經離心后分布于上清液中
③不能　是　沒有侵入大腸桿菌的噬菌體經離心后分布于上清液中,使上清液出現了放射性
(3)大腸桿菌細胞內的核糖體
【補償訓練】
　　某科學家做“噬菌體侵染細菌實驗”時用同位素32P和35S作了如下標記:
噬菌體成分
細菌成分
核苷酸
標記32P
31P
氨基酸
32S
標記35S
若實驗所得結果是子代噬菌體與親代噬菌體的外形以及侵染細菌的特征相同,請分析:
(1)子代噬菌體的DNA分子中含有的上述元素是____________,原因是____________。
(2)子代噬菌體的蛋白質分子中含有的上述元素是__________,原因是______________________。
(3)此實驗證明了____________________。
【解析】(1)子代噬菌體的DNA分子中含有的上述元素是31P和32P,原因是以親代噬菌體的DNA(含32P)為模板,合成子鏈(含31P)。(2)子代噬菌體的蛋白質分子中含有的上述元素是35S,原因是親代噬菌體的蛋白質(含32S)沒進入細菌,細菌提供原料(含35S)合成子代噬菌體蛋白質外殼。(3)此實驗以親代噬菌體的DNA為模板,利用細菌體內的化學成分進行DNA的復制和蛋白質的合成,進而組裝復制出很多個一模一樣的子代噬菌體,證明DNA是遺傳物質。
答案:(1)31P和32P　以親代噬菌體的DNA(含32P)為模板,合成子鏈(含31P)
(2)35S　親代噬菌體的蛋白質(含32S)沒進入細菌,細菌提供原料(含35S)合成子代噬菌體蛋白質外殼　(3)DNA是遺傳物質?
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-第二節　DNA分子的結構和復制
新課程標準
學業質量目標
3.2.2說明進行有性生殖的生物體,其遺傳信息通過配子傳遞給子代
合格考試
1.基于受精作用過程的分析,歸納概括減數分裂和受精作用的意義。(科學思維)2.基于模型分析,理解配子中染色體組合的多樣性,領悟減數分裂的意義。(科學思維)
等級考試
1.運用模型分析配子中染色體組合的多樣性。(科學探究)2.運用結構與功能觀,解釋減數分裂和受精作用對生物遺傳和變異的意義。(科學思維)
一、沃森和克里克解開了DNA分子結構之謎
判一判:基于科學家對DNA結構的探究歷程,判斷下列說法的正誤:
1.查哥夫通過定量分析發現DNA分子中腺嘌呤的總量總與胸腺嘧啶的量相當,鳥嘌呤的量總是與胞嘧啶的量相當。
(√)
2.由于DNA雙螺旋結構的發現,沃森、克里克和威爾金斯共同獲得了諾貝爾生理學或醫學獎。
(√)
提示:由于沃森和克里克撰寫的《核酸的分子結構——脫氧核糖核酸的一個結構模型》論文的發表,沃森、克里克和威爾金斯共同獲得了諾貝爾生理學或醫學獎。
3.A—T堿基對和G—C堿基對的形狀和直徑是不相同的,使得DNA的直徑也不同。
(×)
提示:由于A—T堿基對和G—C堿基對具有相同的形狀和直徑,使得DNA具有恒定的直徑。
4.受威爾金斯和富蘭克林的影響,沃森和克里克改變了堿基配對的方式。
(×)
提示:威爾金斯和富蘭克林提供了DNA衍射圖譜,推算出DNA呈螺旋結構,受查哥夫的影響,沃森和克里克改變了堿基配對方式。
　沃森和克里克構建的DNA雙螺旋結構模型屬于哪一類模型?
提示:物理模型。
二、DNA的結構
1.基于對DNA結構的理解進行填空:
2.DNA分子的特點:
(1)多樣性:堿基對排列順序的千變萬化。
(2)特異性:由DNA分子中特定的堿基對排列順序決定。
三、設計和制作
DNA分子雙螺旋結構模型
　某學習小組,利用材料制作了DNA雙螺旋結構模型,請將合理的制作順序排列起來③①②⑤④。
①組裝“脫氧核苷酸模型”
②組成多核苷酸長鏈
③制作若干個磷酸、堿基和脫氧核糖
④獲得DNA分子的立體結構
⑤制作DNA分子平面結構
　制作一個含有n個A—T堿基對,m個G—C堿基對的長鏈,需要多少個扭扭棒?
提示:(2n+3m)個。
四、DNA分子通過半保留方式進行復制
1.DNA復制方式的探究:
(1)方式:半保留復制。
(2)實驗過程:
Ⅰ.
Ⅱ.
(3)實驗結論:DNA復制方式為半保留復制。
2.基于對DNA復制的過程與特點的理解,填空:
(1)概念:以親代DNA分子為模板合成子代DNA分子的過程。
(2)場所:主要是細胞核。
(3)時期:細胞的有絲分裂間期和減數第一次分裂間期。
(4)過程:
(5)特點:邊解旋邊復制。
(6)方式:半保留復制。
(7)結果:形成兩個完全相同的DNA。
(8)意義:確保了遺傳信息代代遺傳的連續性。
　從DNA的結構角度分析,DNA能準確復制的原因是什么?
提示:(1)DNA的雙螺旋結構,為復制提供精確的模板。(2)通過堿基互補配對,保證了復制能準確無誤地進行。
知識點一
DNA分子的結構
1.DNA分子的結構:
(1)數量關系。
①游離磷酸基團:每個DNA片段有2個。
②氫鍵:A-T之間有2個,G-C之間有3個。
③脫氧核糖數=磷酸數=含氮堿基數。
(2)位置關系。
①單鏈中:相鄰堿基通過“—脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖—”連接。
②雙鏈間:相鄰堿基通過氫鍵相連。
(3)化學鍵。
①氫鍵:連接互補鏈中配對的堿基。
②磷酸二酯鍵:連接單鏈中相鄰兩個脫氧核苷酸的脫氧核糖和磷酸。
2.DNA分子的結構特點:
(1)穩定性:DNA分子結構的穩定性是指其雙螺旋結構的相對穩定性。
(2)多樣性:其決定因素是DNA分子中堿基對排列順序的千變萬化。
(3)特異性:不同的DNA分子具有不同的特性,所以DNA的多樣性也就意味著DNA分子的特異性。
DNA分子的多樣性與特異性,從分子水平上說明了生物界的多樣性和生物個體之間存在差異的原因。
特別提醒:
①在脫氧核苷酸鏈中,并不是每個磷酸都與兩個脫氧核糖相連,如鏈的一端游離的磷酸只與一個脫氧核糖相連。
②若一個DNA分子含有n個堿基對,那么堿基對的排列方式就是4n種,而不是42n。
③不同的堿基對排列順序代表了不同的遺傳信息,因此,DNA分子能夠儲存大量遺傳信息。
　如圖是核酸的基本組成單位核苷酸的結構圖,下列說法正確的是
(　　)
A.比較組成DNA與RNA的④,只有②不同
B.若③是T,則④叫作胸腺嘧啶脫氧核苷酸
C.若③是尿嘧啶,則②是脫氧核糖
D.構成T2噬菌體和人體的④均有8種
【解題思維】
【解析】選B。組成DNA與RNA的④核苷酸,除了②五碳糖(分別是脫氧核糖和核糖)不同外,在③含氮堿基(分別是A、T、G、C和A、U、G、C)方面也不完全相同,A錯誤;若③是T,則是DNA的組成單位,④叫作胸腺嘧啶脫氧核苷酸,B正確;若③是尿嘧啶,則②是核糖,C錯誤;T2噬菌體只含有DNA一種核酸,人體中含有DNA和RNA兩種核酸,構成T2噬菌體和人體的④含氮堿基分別有4種(A、T、G、C)、5種(A、T、G、C、U),D錯誤。
【審答誤區】本題常見錯因有兩種:
(1)不能準確比較DNA與RNA在化學組成上的不同:不僅五碳糖不同,含氮堿基也不完全相同。
(2)不能區別T2噬菌體和人體的區別:T2噬菌體為病毒,只含一種核酸——DNA,DNA即為遺傳物質,而人體含有兩種核酸——DNA和RNA,但只有DNA是遺傳物質。
【母題追問】
(1)N、P分別位于圖示哪種結構?
提示:N位于③中,P位于①中。
(2)一個雙鏈DNA分子中含有多少個游離的①?
提示:2個。
　　　
1.(2020·浙江7月選考)某DNA片段的結構如圖所示。下列敘述正確的是
(　　)
A.①表示胞嘧啶
B.②表示腺嘌呤
C.③表示葡萄糖
D.④表示氫鍵
【解析】選D。本題主要考查DNA分子的結構。根據圖示分析,①表示T(胸腺嘧啶),②表示C(胞嘧啶),③表示脫氧核糖,④表示氫鍵。
2.1953年沃森和克里克構建了DNA的雙螺旋結構模型,推動了現代遺傳學迅猛發展。如圖是一個DNA分子的片段。下列敘述中錯誤的是
(　　)
A.圖中②代表氫鍵
B.DNA是規則的雙螺旋結構
C.圖中①代表腺嘌呤(A)
D.該DNA中含有4種脫氧核苷酸
【解析】選C。圖中②代表氫鍵,A正確;DNA是規則的雙螺旋結構,B正確;圖中①代表鳥嘌呤,C錯誤;看圖可知:該DNA中含有4種脫氧核苷酸,D正確。
【補償訓練】
　　核苷酸可通過脫水形成多核苷酸,脫水后一個核苷酸的五碳糖與下一個單體的磷酸基團相連,結果在多核苷酸中形成了一個糖—磷酸主鏈(如圖)。下列敘述正確的是
(　　)
A.糖—磷酸主鏈含C、H、O、N、P五種元素
B.合成圖示化合物時,共需要脫去5分子水
C.圖中的一個磷酸基團只與一個五碳糖相連
D.與圖中互補的另一脫氧核苷酸鏈上的堿基序列是ACGAT
【解析】選D。因糖—磷酸主鏈是由脫水后一個核苷酸的五碳糖與下一個單體的磷酸基團相連,故只含有C、H、O、P四種元素,A錯誤;圖示化合物由五個核苷酸相連而成,共需要脫去4分子水,B錯誤;該化合物最上端的核苷酸的磷酸基團只與一個五碳糖相連,下面四個核苷酸的磷酸基團與兩個五碳糖相連,C錯誤;按照堿基互補配對原則及DNA分子中兩條脫氧核苷酸鏈反向平行的特點,與圖中互補的另一條脫氧核苷酸鏈上的堿基序列是ACGAT,D正確。
知識點二
DNA中堿基數量的計算
　根據堿基互補配對原則:A與T配對、G與C配對,4種堿基之間存在以下關系:
(1)在DNA雙鏈中,由于堿基互補配對,有A=T,G≡C。
(2)在DNA雙鏈中,嘌呤總數與嘧啶總數相同,即A+G=T+C。
(3)互補堿基之和的比例在任意一條鏈及整個DNA分子中都相同,即若在一條鏈中=m,則在互補鏈及整個DNA分子中=m。
(4)非互補堿基之和的比例在兩條互補鏈中互為倒數,在整個DNA分子中為1,即若在DNA一條鏈中=a,則在其互補鏈中=,而在整個DNA分子中=1。
(5)某種堿基在DNA分子中所占比例,等于這種堿基在DNA每條鏈中所占比例和的平均數。如DNA中A占n%,則=n%。
特別提醒:
①上述計算規律的前提條件是DNA是雙鏈結構。
②在DNA雙鏈結構中,任意兩種不互補的堿基數之和占總堿基數的50%,即A+G=C+T=A+C=G+T=50%。
　某DNA分子中A+T占整個DNA分子堿基總數的44%,其中一條鏈(a)上的G占該鏈堿基總數的21%,那么,對應的另一條互補鏈(b)上的G占該鏈堿基總數的比例是
(　　)
A.35%
B.29%
C.28%
D.21%
【解題思維】
【解析】選A。已知DNA分子中A+T占整個DNA分子堿基總數的44%,根據堿基互補配對原則:A=T、C=G,所以A=T=22%,則C=G=50%-22%=28%,又已知一條鏈(a)上的G占該鏈堿基總數的21%,即G1=21%。在雙鏈DNA分子中,G=(G1+G2)/2,則G2=35%。
【方法規律】DNA中有關堿基比例計算的三個步驟
第一步:弄清題中已知的和所求的堿基比例是占整個DNA堿基的比例,還是占DNA一條鏈上的堿基的比例。
第二步:畫一個DNA模式圖,并在圖中標明已知的和所求的堿基。
第三步:根據堿基互補配對原則和相關規律進行計算。
1.
DNA分子的穩定性與堿基對之間的氫鍵數目有關。下列關于生物體內DNA分子中(A+T)/(G+C)與(A+C)/(G+T)兩個比值的敘述,正確的是
(　　)
A.堿基序列不同的雙鏈DNA分子,后一比值不同
B.前一個比值越大,雙鏈DNA分子的穩定性越高
C.當兩個比值相同時,可判斷這個DNA分子是雙鏈
D.雙鏈DNA分子中,后一比值等于1
【解析】選D。所有雙鏈DNA分子中,A=T、C=G,因此后一比值等于1,A錯誤,D正確;雙鏈DNA分子中,A、T之間形成2個氫鍵,C、G之間形成3個氫鍵,因此前一比值越小,雙鏈DNA分子穩定性越高,B錯誤;雙鏈DNA分子的后一比值恒為1,與兩個比值是否相同無關,C錯誤。
2.某研究小組測定了多個不同雙鏈DNA分子的堿基組成,根據測定結果繪制了DNA分子的一條單鏈與其互補鏈、一條單鏈與其所在DNA分子中堿基數目比值的關系圖,下列正確的是
(　　)
【解題思維】
(1)明確DNA的一條單鏈中堿基比例與DNA及其互補鏈中的堿基比例關系。
(2)明確坐標系中橫縱坐標之間的數量關系。
【解析】選C。雙鏈DNA分子中應始終等于1;一條單鏈中與其互補鏈中互為倒數,一條單鏈中=0.5時,互補鏈中=2;一條單鏈中與其互補鏈中及DNA分子中都相等。
【補償訓練】
　　某DNA分子片段中共有400個脫氧核苷酸,其中鳥嘌呤脫氧核苷酸占20%,則該DNA分子中“A-T”堿基對共有
(　　)
A.240
B.200　
C.120
D.80
【解析】選C。由題意可知,該DNA分子中鳥嘌呤(G)的數量為400×20%=80個,根據堿基互補配對原則可知C=G=80個,則A=T=(400-80×2)÷2=120個,則該DNA分子中“A-T”堿基對共有120個。
知識點三
DNA的復制過程及相關計算
1.DNA復制過程:
時期
細胞分裂前的間期
場所
主要在細胞核
結果
形成兩個完全相同的DNA
條件
模板、原料、能量、酶
意義
保持了遺傳信息的連續性
過程
解旋——合成子鏈——重新螺旋
特點
邊解旋邊復制、半保留復制
特別提醒:
①不同生物DNA復制的場所不同,例如原核生物是在擬核區進行DNA的復制,病毒是在宿主細胞內進行DNA的復制,而真核生物DNA復制可以發生在細胞核、線粒體和葉綠體中。
②子代DNA分子的組成是:新合成的子鏈和模板鏈。
【知識拓展】
與DNA復制有關的酶
(1)使DNA鏈解旋的酶:解旋酶、DNA旋轉酶、單鏈DNA結合蛋白。
(2)DNA復制過程中的酶:RNA引物酶、DNA聚合酶、DNA連接酶。
2.用“圖解法”分析DNA復制的相關計算:
(1)將含有15N的DNA分子放在含有14N的培養基上培養,復制n次,則:
①子代DNA共2n個
②脫氧核苷酸鏈共2n+1條:含15N的脫氧核苷酸鏈2條;含14N的脫氧核苷酸鏈(2n+1-2)條。
(2)DNA復制中消耗的脫氧核苷酸數:
若親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個,
①經過n次復制需要消耗該種脫氧核苷酸數為m·(2n-1)。
②第n次復制需要消耗該種脫氧核苷酸數為m·(2n-1)-m·(2n-1-1)=m·2n-1個。
3.復制次數與被標記的DNA分子數及單鏈數的關系:
通過上圖總結被標記DNA分子數、單鏈數所占比例:
分子或鏈所占比例　　
　世代
只含15N分子
含14N、15N雜交分子
只含14N分子
含15N的鏈
含14N的鏈
親代(結合圖中a)
1
0
0
1
0
第一代(結合圖中b)
0
1
0
1/2
1/2
第二代(結合圖中d)
0
1/2
1/2
1/4
3/4
第n代
0
2/2n
1-2/2n
1/2n
1-1/2n
特別提醒:
①在DNA復制中,無論復制幾次,含親代DNA脫氧核苷酸的子代DNA分子都只有兩個,親代脫氧核苷酸鏈也只有兩條。
②復制n次和第n次復制的區別:復制n次是從第1次到第n次復制的總和,第n次復制只指第n次的這一次復制。
③分析標記DNA分子的比例時,應注意求的是DNA分子數,還是脫氧核苷酸數;還應注意培養基中化學元素的轉換。
　(2020·濰坊高一檢測)如圖為真核細胞DNA復制過程模式圖,相關分析錯誤的是
(　　)
A.酶①為解旋酶,酶②為DNA聚合酶
B.圖示體現了邊解旋邊復制及半保留復制的特點
C.在復制完成后,甲、乙可在有絲分裂后期、減數第一次分裂后期分開
D.復制結束后形成的兩個DNA分子是完全相同的
【解題思維】解答本題需突破以下兩個關鍵點。
【解析】選C。由題圖可知酶①作用于DNA的兩條母鏈之間,使DNA雙鏈的配對堿基之間的氫鍵斷開,為解旋酶,②是DNA聚合酶,將游離的脫氧核苷酸結合在一起形成子鏈DNA,A正確;題圖顯示了新形成的甲、乙兩條DNA分子中均含有一條親代DNA母鏈,符合半保留復制的特點,同時題圖中顯示了DNA邊解旋邊復制的特點,B正確;細胞分裂間期1個DNA分子復制形成的2個DNA分子由1個著絲粒連接,有絲分裂后期以及減數第二次分裂后期時著絲粒分裂,兩個DNA分子也隨之分開,減數第一次分裂后期著絲粒不分裂,C錯誤;復制時以親代DNA分子的兩條鏈為模板,并遵循堿基互補配對的原則,所以復制結束后得到的兩個DNA分子完全相同,D正確。
【審答誤區】誤認為細胞分裂導致核DNA減半,復制的子代DNA一定也分離。事實上,復制的核DNA位于姐妹染色單體上,當姐妹染色單體分離后,形成的子代DNA才分離,若著絲粒不分離,形成的子代DNA不會分離。
1.如圖為真核生物染色體上DNA分子復制過程示意圖,有關敘述錯誤的是
(　　)
A.圖中DNA分子復制是從多個起點同時開始的
B.圖中DNA分子復制是邊解旋邊雙向復制的
C.真核生物DNA分子復制過程需要解旋酶
D.真核生物的這種復制方式提高了復制速率
【解析】選A。分析題圖可知圖中的三個復制點復制的DNA片段的長度不同,因此復制的起始時間不同,A錯誤;分析題圖可知,DNA分子的復制過程是邊解旋邊復制的,B正確;DNA分子的復制首先要在解旋酶的作用下進行解旋,C正確;真核細胞的DNA分子具有多個復制起點,這種復制方式加速了復制過程,提高了復制速率,D正確。
2.下列關于DNA分子的結構與復制的敘述中,正確的是
(　　)
A.含有a個腺嘌呤的DNA分子第n次復制需要腺嘌呤脫氧核苷酸a×2n個
B.在一個雙鏈DNA分子中,G+C占堿基總數的M%,那么該DNA分子的每條鏈中G+C都占該鏈堿基總數的M%
C.細胞內全部DNA被32P標記后在不含32P的環境中進行連續有絲分裂,第二次分裂的每個子細胞染色體均有一半有標記
D.DNA雙鏈被32P標記后,復制n次,子代DNA中有標記的占1/2n
【解析】選B。DNA分子進行第n次復制時,需要新合成2n-1個DNA分子,每個DNA分子含有a個腺嘌呤,則第n次復制需要腺嘌呤脫氧核苷酸2n-1×a個,A錯誤;DNA雙鏈中G與C互補配對,則雙鏈中G+C占M%,每條鏈中G+C也都占該鏈M%,B正確;第二次分裂結束后有4個子細胞,根據半保留復制,親代被標記的兩條DNA單鏈,分別進入2個子細胞中,則子代4個子細胞中,只有2個子細胞中有一半染色體被標記,C錯誤;復制n次,得到2n個子代DNA,根據半保留復制,其中有2個各含親代DNA的一條單鏈,因此子代有標記的DNA占2/2n,D錯誤。
【補償訓練】
下列有關真核細胞DNA分子復制的敘述,正確的是
(　　)
A.復制后兩個子代DNA分子共有4個游離的磷酸基團
B.DNA復制時以一條脫氧核苷酸鏈作為模板
C.DNA聚合酶催化兩個脫氧核苷酸堿基對之間的連接
D.復制過程中先全部解旋成單鏈,再進行半保留復制
【解析】選A。每個DNA分子單鏈都含有1個游離的磷酸基團,復制后兩個子代DNA分子共有4條單鏈,共有4個游離的磷酸基團,選項A正確;DNA復制時兩條脫氧核苷酸鏈都作為模板,選項B錯誤;DNA聚合酶催化相鄰核苷酸的脫氧核糖和磷酸基團之間形成磷酸二酯鍵,選項C錯誤;DNA復制是邊解旋邊復制,選項D錯誤。
1.【生活情境】DNA分子雜交技術在社會生活中已經得到廣泛應用。如用在刑偵領域上,可從犯罪嫌疑人和現場遺留物中分別提取DNA,在一個溫度下水浴加熱,使氫鍵斷裂,雙鏈打開。若兩份樣本來自同一個體,在溫度降低時,兩份樣本中的DNA單鏈會通過氫鍵連接在一起;若不是來自同一個體,則兩份樣本中的DNA單鏈在一定程度上不能互補,這樣可以鑒別犯罪嫌疑人。
探究:(生命觀念)
(1)該應用實例的理論基礎是什么?
提示:由于每個人的DNA分子不同,利用了DNA分子的特異性。
(2)DNA分子中堿基互補配對原則對遺傳信息的傳遞有什么意義?
提示:能保證遺傳信息在傳遞過程中的準確性。
2.【科技情境】下列為DNA復制的有關圖示,A→B→C表示大腸桿菌的DNA復制,D→E→F表示哺乳動物的DNA分子復制。圖中黑點表示復制起點,“→”表示復制方向,“?”表示時間順序。
(1)據圖比較大腸桿菌和哺乳動物DNA分子復制的異同點。(科學思維)
①相同點:均是邊解旋邊復制,均是雙向復制。
②不同點:大腸桿菌是單起點復制;哺乳動物是多起點復制。
(2)C圖與A圖、F圖與D圖相同,C、F能被如此準確的復制出來,原因是什么?(科學思維)
提示:DNA分子獨特的雙螺旋結構為復制提供了精確的模板,堿基互補配對原則保證了DNA分子復制的準確無誤。
1.沃森和克里克構建了DNA分子的雙螺旋結構模型。下列關于DNA分子結構的敘述正確的是________。?
①每個DNA分子中一般都含有四種脫氧核苷酸
②每個DNA分子中,都是堿基數=磷酸數=脫氧核糖數
③DNA兩條鏈上的堿基以氫鍵相連,且A與T配對,G與C配對
④每個脫氧核糖上均連著一個磷酸和一個堿基
⑤DNA分子的基本骨架由脫氧核糖、磷酸和含氮堿基交替連接構成
⑥若DNA分子片段中有a個堿基對,胞嘧啶有b個,則該DNA分子中的氫鍵數為(2a+b)個
【解析】選①②③⑥。DNA分子的基本單位是四種脫氧核苷酸,①正確;一分子脫氧核苷酸由一分子堿基、一分子磷酸、一分子脫氧核糖構成,所以每個DNA分子中,都是堿基數=磷酸數=脫氧核糖數,②正確;DNA兩條鏈上的堿基以氫鍵相連,遵循堿基互補配對原則,即A=T、G=C,③正確;DNA分子中大部分脫氧核糖連接兩個磷酸和一個堿基,④錯誤;DNA分子的基本骨架是脫氧核糖和磷酸交替連接構成的,⑤錯誤;DNA分子片段中有a個堿基對,胞嘧啶有b個,則A有(a-b)個,由于A與T之間通過兩個氫鍵相連,G與C之間通過三個氫鍵相連,所以該DNA分子中的氫鍵數為(2a+b)個,⑥正確。
2.(2019·山東合格考)圖中圓形、五邊形和長方形分別代表磷酸、脫氧核糖和含氮堿基。下列脫氧核苷酸鏈的模型構建正確的是
(　　)
【解析】選B。核苷酸的連接順序是磷酸與脫氧核糖的5號碳相連,含氮堿基與1號碳相連,而一條鏈上相鄰兩個脫氧核苷酸之間是通過磷酸二酯鍵相連,即上一個核苷酸的3號碳與下一個核苷酸的磷酸相連,B正確。
【方法規律】“三看法”判斷DNA結構的正誤
3.(2018·江蘇學考)如圖是一位學生制作的分子結構模型(●表示脫氧核糖),該模型模擬的是
(　　)
A.RNA的單鏈結構
B.DNA雙螺旋結構
C.蛋白質空間結構
D.多糖的空間結構
【解析】選B。據圖可知,該模型由兩條鏈組成,且其分子中含有脫氧核糖,符合此條件的只有DNA,因此該模型模擬的是DNA的雙螺旋結構。
4.在DNA分子的一條單鏈中相鄰的堿基A與T的連接是通過
(　　)
A.氫鍵
B.脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖
C.肽鍵
D.磷酸—脫氧核糖—磷酸
【解析】選B。雙鏈DNA分子之間的堿基通過氫鍵連接,A錯誤;一條單鏈中相鄰的堿基A與T是通過脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖連接的,B正確;肽鍵是氨基酸脫水縮合形成的,C錯誤;磷酸—脫氧核糖—磷酸交替連接構成DNA的基本骨架,D錯誤。
5.一個DNA分子復制完畢后,新形成的DNA子鏈
(　　)
A.是DNA母鏈的片段
B.與DNA母鏈相同,但U取代T
C.與DNA母鏈之一相同
D.與DNA母鏈完全不同
【解析】選C。新合成的子鏈與DNA母鏈之一相同,并不是母鏈的片段,A錯誤;新合成的子鏈與DNA母鏈之一相同,且子鏈中沒有堿基U,B錯誤;DNA復制方式為半保留復制,新合成的子鏈與DNA母鏈之一相同,C正確;新合成的子鏈與DNA母鏈之一完全相同,與另一條母鏈互補配對,D錯誤。
6.DNA分子復制時,和胸腺嘧啶(T)互補配對的堿基是
(　　)
A.胞嘧啶(C)
B.鳥嘌呤(G)
C.腺嘌呤(A)
D.尿嘧啶(U)
【解析】選C。DNA復制是以親代DNA分子為模板合成子代DNA分子的過程。在復制過程中,以解開的每一段母鏈為模板,在DNA聚合酶等酶的作用下,利用游離的4種脫氧核苷酸為原料,按照堿基互補配對原則,合成與母鏈互補的子鏈,該過程中的堿基配對方式為:A-T、T-A、C-G、G-C。因此,DNA分子復制時,與胸腺嘧啶(T)配對的堿基是腺嘌呤(A)。
7.已知一個DNA分子中有1
000個堿基對,其中鳥嘌呤有600個,這個DNA分子中脫氧核苷酸數目和腺嘌呤的數目依次是
(　　)
A.2
000個和200個
B.2
000個和400個
C.1
000個和400個
D.1
000個和600個
【解析】選B。一個脫氧核苷酸含有1個堿基,因此DNA分子中堿基數目與脫氧核苷酸數目相同。已知1個DNA分子中有1
000個堿基對,則這個DNA分子含有2
000個脫氧核苷酸;雙鏈DNA分子中,非互補配對的堿基之和占堿基總數的一半,已知一個DNA分子中有1
000個堿基對,其中鳥嘌呤有600個,則這個DNA分子中腺嘌呤的數目為1
000-600=400個。
8.一個被15N標記的DNA分子,以含14N
的4種脫氧核苷酸為原料,連續復制3次,則含15N的脫氧核苷酸鏈占全部脫氧核苷酸鏈的比例是
(　　)
A.1/2
B.1/4
C.1/6
D.1/8
【解析】選D。DNA分子的復制為半保留復制,連續復制3次后形成8個DNA分子,則含15N的脫氧核苷酸鏈只有2條,占全部脫氧核苷酸鏈的比例是2/16=1/8,選項D正確。
9.(教材“思辨題“改編)在DNA復制過程中,保證復制準確無誤進行的關鍵步驟是(　　)
A.破壞氫鍵并使DNA雙鏈分開
B.游離核苷酸與母鏈堿基互補配對
C.配對的游離核苷酸連接成子鏈
D.子鏈與模板母鏈盤繞成雙螺旋結構
【解析】選B。DNA復制過程為:(1)解旋:需要細胞提供能量,在解旋酶的作用下,兩條螺旋的雙鏈解開。(2)合成子鏈:以解開的每一段母鏈為模板,在DNA聚合酶等酶的作用下,利用游離的4種脫氧核苷酸為原料,按照堿基互補配對原則,合成與母鏈互補的子鏈。(3)形成子代DNA分子:延伸子鏈,母鏈和相應子鏈盤繞成雙螺旋結構。其中,游離核苷酸與母鏈堿基互補配對保證了復制能夠準確地進行。
10.下列關于DNA分子結構和復制的敘述,錯誤的是(　　)
A.DNA分子中磷酸與脫氧核糖交替連接,構成DNA的基本骨架
B.科學家利用“假說-演繹法”證實DNA分子是以半保留的方式復制的
C.DNA復制時,DNA聚合酶可催化2個游離的脫氧核苷酸連接起來
D.DNA雙螺旋結構模型的建立為DNA復制機制的闡明奠定了基礎
【解析】選C。DNA分子中磷酸與脫氧核糖交替連接,排列在外側,構成DNA分子的基本骨架,A正確;科學家利用“假說-演繹法”證實了DNA分子是以半保留的方式復制的,B正確;DNA聚合酶催化游離的脫氧核苷酸與DNA鏈上的脫氧核苷酸之間的連接,C錯誤;DNA雙螺旋結構模型的建立為DNA復制機制的闡明奠定了基礎,D正確。
11.如圖為大腸桿菌DNA分子結構圖示(片段)。請根據圖示分析并回答:
(1)圖中1表示______,2表示____,1、2、3結合在一起的結構叫作________。?
(2)3有______種,中文名稱分別是____________。?
(3)DNA分子中3與4是通過______連接起來的。?
(4)DNA被徹底水解后,能產生含氮廢物的是__________與______(用序號表示)。?
(5)圖中DNA分子片段中,游離的磷酸基團有____個,若大腸桿菌的DNA分子的堿基G有x個,占其堿基總量的比例是y,則該DNA分子的堿基之間的氫鍵數目是__________。?
【解析】(1)據圖分析可知,圖中1表示磷酸基團,2表示脫氧核糖,3表示含氮堿基,1、2、3結合在一起形成脫氧核苷酸。
(2)3表示含氮堿基,由于3與4之間的氫鍵是3個,因此3可能是G或C,共2種可能。
(3)DNA分子中3和4通過氫鍵連接形成堿基對。
(4)DNA被徹底水解后的產物有磷酸、脫氧核糖和含氮堿基,其中只有含氮堿基內含有氮元素,能產生含氮廢物,位于圖中的3和4。
(5)圖中DNA分子片段中,游離的磷酸基團有2個;該DNA分子中鳥嘌呤數目為x,因此G—C堿基對數目為x,腺嘌呤=胸腺嘧啶=x/y×1/2-x,由于G—C堿基對之間的氫鍵是3個,A—T堿基對之間的氫鍵是2個,因此DNA分子的堿基之間的氫鍵數是3x+2×[x/y×1/2-x]=x+x/y。
答案:(1)磷酸基團　脫氧核糖　脫氧核苷酸
(2)2　鳥嘌呤、胞嘧啶
(3)氫鍵　(4)3　4
(5)2　x(1+1/y)(或x+x/y)
12.如圖為DNA的復制圖解,請據圖回答下列問題:
(1)DNA復制發生在__期。?
(2)②過程稱為________。?
(3)指出③中的子鏈________。?
(4)③過程必須遵循________________原則。?
【解析】DNA分子的復制發生在有絲分裂間期和減數第一次分裂間期,復制方式為半保留復制,每個子代DNA分子中有一條母鏈和與母鏈互補的子鏈;②過程為解旋,③過程中母鏈為Ⅰ和Ⅳ,子鏈為Ⅱ和Ⅲ,且遵循堿基互補配對原則。
答案:(1)有絲分裂間期和減數第一次分裂間
(2)解旋　(3)Ⅱ、Ⅲ　(4)堿基互補配對
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-第一課時　DNA分子通過RNA指導蛋白質的合成
新課程標準
學業質量目標
3.1.4　概述DNA分子上的遺傳信息通過RNA指導蛋白質的合成,細胞分化的本質是基因選擇性表達的結果,生物的性狀主要通過蛋白質表現
合格考試
1.初步以結構與功能觀,理解RNA的結構與功能。(生命觀念)2.通過分析與綜合,理解遺傳信息的轉錄和翻譯過程。(科學思維)
等級考試
1.結合具體實例,分析說明基因和遺傳信息的關系。(科學思維)2.構建轉錄和翻譯的過程模型,深入理解基因指導蛋白質合成的過程。(科學思維)
一、遺傳信息的轉錄
1.RNA的結構和種類:
選一選:下列關于RNA的結構和種類說法正確的有:①③④。
①RNA
初步水解產物是4種核糖核苷酸
②RNA徹底水解產物有6種,分別是磷酸、核糖、A、G、C、T
③RNA有三種,分別是信使RNA、轉運RNA、核糖體RNA
④RNA一般是單鏈,可以通過核孔從細胞核轉移到細胞質
2.轉錄的概念:
RNA主要是在細胞核中以DNA分子的一條鏈為模板,按照堿基互補配對原則合成的,這一合成過程稱為轉錄。
3.轉錄的過程:
填一填:根據遺傳信息的轉錄過程圖解進行填空:
4.遺傳信息的傳遞方向:DNA→RNA。
　RNA分子中都不存在氫鍵嗎?
提示:不是,tRNA呈“三葉草”型,存在氫鍵。
二、遺傳信息的翻譯
1.翻譯的場所:核糖體。
2.判一判:基于對密碼子和反密碼子的理解,判斷下列說法的正誤:
(1)密碼子是指mRNA上決定氨基酸的3個相鄰核苷酸。
(√)
(2)密碼子的種類有64種,所以對應64種氨基酸。
(×)
提示:密碼子有64種,但組成蛋白質的氨基酸約20種。
(3)反密碼子有64種,位于mRNA上。
(×)
提示:反密碼子有61種,位于tRNA上。
(4)一種密碼子對應一種氨基酸。
(√)
(5)一種氨基酸對應多種密碼子。
(×)
提示:一種氨基酸對應一種或多種密碼子。
3.翻譯的概念:
在細胞中,以mRNA為模板,從一個特定的起始位點開始,按照每三個相鄰的核糖核苷酸代表一個氨基酸的原則,依次合成具有一定氨基酸順序的多肽鏈的過程。
4.翻譯的過程:
填一填:基于對翻譯過程圖解的理解進行填空:
第1步:mRNA進入細胞質,與核糖體結合,攜帶甲硫氨酸的tRNA,通過與堿基AUG互補配對,進入第一位置。
第2步:攜帶異亮氨酸的tRNA以同樣的方式進入第二位置。
第3步:甲硫氨酸通過與異亮氨酸形成肽鍵而轉移到占據第二位置的tRNA上。
第4步:核糖體讀取下一個密碼子,原來占據第一位置的tRNA離開核糖體,占據第二位置的tRNA進入第一位置,一個新的攜帶甘氨酸的tRNA進入第二位置,繼續肽鏈的合成。
　教材二次開發:教材【積極思維】拓展:科學家已經發現密碼子有64種,而組成蛋白質的氨基酸約有20種,二者之間有什么樣的對應關系?
提示:除3種終止密碼子外,一種密碼子對應一種氨基酸,一種氨基酸對應一種或多種密碼子。
知識點一
遺傳信息的轉錄和翻譯
1.相關圖解及分析:
(1)圖解:
(2)分析:
2.DNA復制、轉錄和翻譯的比較:
項目
DNA復制
轉　錄
翻　譯
場所
主要是細胞核
主要是細胞核
細胞中的核糖體
模板
DNA的兩條鏈
DNA的一條鏈
mRNA
原料
4種脫氧核苷酸
4種核糖核苷酸
20種氨基酸
時間
細胞分裂間期
生物生長發育的過程中
產物
2個相同的DNA
RNA(mRNA、tRNA、rRNA)
具有一定氨基酸順序的蛋白質
特點
邊解旋邊復制,半保留復制
邊解旋邊轉錄,DNA仍保留
1個mRNA分子可結合多個核糖體,提高合成蛋白質的速度
研究方法
可用放射性同位素標記“T”
可用放射性同位素標記“U”
可用放射性同位素標記“氨基酸”
3.DNA、RNA、蛋白質的關系:
特別提醒:
①轉錄時,解開DNA雙鏈的不是解旋酶,而是RNA聚合酶。
②轉錄的產物不只是mRNA,還有tRNA和rRNA。
③翻譯時,核糖體沿著mRNA移動,而mRNA不動。
④一個mRNA可以相繼結合多個核糖體,同時進行多條相同肽鏈的合成。
【知識拓展】
　　真核生物的前體mRNA加工過程
真核生物RNA前體一般無生物學特性,需要進行加工修飾,RNA加工修飾主要的加工方式是切斷和堿基修飾,包括下面幾步:
①加帽:發生在細胞核內,在轉錄的早期或轉錄終止前已經形成。
②加尾:也是在細胞核內完成。
③剪接:一般需snRNA(一種小核RNA)通過形成套索結構而將內含子切除掉。
④內部甲基化:對某些堿基進行甲基化處理。
　DNA攜帶的遺傳信息通過轉錄和翻譯傳遞到細胞質中指導蛋白質的合成。下列關于DNA復制、轉錄、翻譯的敘述,正確的是
(　　)
A.RNA聚合酶與DNA分子結合只能使一個基因的雙螺旋解開
B.DNA復制時,兩條脫氧核苷酸鏈均可作為模板,轉錄以一條核糖核苷酸鏈為模板
C.多個核糖體串聯在一個mRNA上,共同完成一條多肽鏈的合成,提高了翻譯效率
D.轉錄時,會形成RNA-DNA雜交區域
【解題思維】解答本題需突破以下兩個關鍵點:
【解析】選D。RNA聚合酶與DNA分子結合可以使DNA分子上多個基因的雙螺旋解開,A錯誤;DNA復制時,兩條脫氧核苷酸鏈均可作為模板,轉錄以一條脫氧核苷酸鏈為模板,B錯誤;同一條mRNA分子能夠同多個核糖體結合,同時合成若干條蛋白質多肽鏈,從而提高了翻譯效率,C錯誤;轉錄時,以一條脫氧核苷酸鏈為模板,會形成RNA-DNA雜交區域,D正確。
【審答誤區】混淆DNA復制、轉錄和翻譯的模板
(1)DNA復制:模板為DNA的兩條鏈。
(2)DNA轉錄:模板為DNA的一條鏈。
(3)翻譯:模板為mRNA。
【母題追問】
(1)RNA聚合酶有什么作用?
提示:催化DNA雙鏈解旋,同時催化游離的核糖核苷酸之間形成磷酸二酯鍵。
(2)人體細胞中的核糖體可以分布在哪些場所?
提示:游離在細胞質基質中;附著在內質網上;分布于線粒體中。
如圖為基因控制蛋白質合成的示意圖,相關分析正確的是
(　　)
氨基酸
丙氨酸
苯丙氨酸
賴氨酸
甲硫氨酸
密碼子
GCA
UUU
AAA
AUG
GCG
UUC
AAG
GCC
GCU
A.真核細胞中a過程只發生在細胞核中,需要RNA聚合酶的催化
B.若①中共有360個堿基,并考慮結構②中終止密碼子的情況下,則通過圖示過程合成的肽鏈最多有60個氨基酸
C.④的形成方式是脫水縮合,脫去的水中的氧只來自羧基
D.⑤上攜帶的氨基酸是賴氨酸
【解析】選C。a為轉錄過程,在真核細胞中主要發生在細胞核中,此外在線粒體和葉綠體中也能發生,A錯誤;若①中共有360個堿基,則結構②中的堿基個數最多有180個,密碼子最多有60個,若考慮終止密碼子,則能夠編碼氨基酸的密碼子最多有59個,因此合成的肽鏈最多有59個氨基酸,B錯誤;④是多肽鏈,由氨基酸脫水縮合形成,脫去的水中的氧只來自羧基,C正確;⑤的反密碼子是AAG,其對應的密碼子是UUC,編碼苯丙氨酸,因此⑤上攜帶的氨基酸是苯丙氨酸,D錯誤。
【補償訓練】
　　如圖表示藍細菌DNA上遺傳信息、密碼子、反密碼子間的對應關系。下列說法中正確的是
(　　)
A.由圖分析可知①鏈應為DNA的α鏈
B.DNA形成②的過程發生的場所是細胞核
C.酪氨酸和天冬氨酸的密碼子分別是AUG、CUA
D.圖中②與③配對的過程需要在核糖體上進行
【解析】選D。據堿基互補配對原則,可知①鏈是DNA的β鏈,A錯誤;藍細菌屬于原核生物,沒有由核膜包被的細胞核,B錯誤;tRNA的一端的三個相鄰的堿基是反密碼子,密碼子在mRNA上,C錯誤;圖中②與③配對的過程是翻譯,需要在核糖體上進行,D正確。
知識點二
轉錄、翻譯過程中概念比較和堿基計算
1.遺傳信息、密碼子、反密碼子的比較:
項目
遺傳信息
密碼子
反密碼子
位置
主要在DNA上
mRNA
tRNA
作用
控制生物體的性狀
直接決定蛋白質中的氨基酸序列
識別密碼子
種類
多樣性
64種
61種
圖解
2.基因表達過程中的相關計算:
(1)DNA(基因)、mRNA上堿基數目與氨基酸數目之間的關系。
①圖示:
②規律:蛋白質中氨基酸數目=1/3
mRNA中堿基數目=1/6
DNA(或基因)中堿基數目。
③計算公式:蛋白質中肽鏈數+肽鍵數=氨基酸數=
1/3
mRNA中堿基數=1/6基因中堿基數。
(2)計算中“最多”和“最少”的分析。
①翻譯時,mRNA上的終止密碼子有的不決定氨基酸,則mRNA上的堿基數目是蛋白質中氨基酸數目的3倍或多于3倍。
②基因或DNA中存在不編碼氨基酸的堿基序列,因此其中的堿基數目比對應的蛋白質中氨基酸數目的6倍還要多一些。
③在回答問題時應加上“最多”或“最少”等字,如mRNA上有n個堿基,轉錄產生它的基因中最少有2n個堿基,該mRNA指導合成的蛋白質中最多有n/3個氨基酸。
特別提醒:
①由于終止密碼子的參與,翻譯并不是mRNA上所有堿基都對應氨基酸。
②蛋白質的相對分子質量=氨基酸的平均相對分子質量×氨基酸數-18×肽鍵數。
【知識拓展】
　　RNA的功能
(1)mRNA——蛋白質合成的直接模板。
(2)rRNA——核糖體的重要組成成分。
(3)tRNA——氨基酸的轉運工具。
(4)病毒RNA——RNA病毒的遺傳物質。
(5)酶——少數酶為RNA,可降低化學反應的活化能,起催化作用。
　某條多肽的相對分子質量為3
318,若氨基酸的平均相對分子質量為128,如考慮終止密碼子,則編碼該多肽的基因長度至少是
(　　)
A.75對堿基　　　　　　
B.78對堿基
C.90對堿基
D.93對堿基
【解題思維】解答本題需要突破兩個關鍵點:
【解析】選D。蛋白質相對分子質量=氨基酸平均相對分子質量×氨基酸個數-水的個數×18=128×氨基酸個數-(氨基酸個數-1)×18=3318,計算可得氨基酸數目為30個。DNA(或基因)中堿基數∶mRNA上堿基數∶氨基酸個數=6∶3∶1,該多肽含有30個氨基酸,若考慮終止密碼子,則編碼該多肽的基因長度至少是(30+1)×6÷2=93對。
如圖為蛋白質的合成過程示意圖,請據圖回答有關問題:
(1)圖中發生在細胞核中的過程是________。?
(2)圖中基因表達的最后階段是在[__]________上完成的,這一過程中還需要mRNA、氨基酸、________、________和________。?
(3)圖中③稱為________,在蛋白質合成過程中將多肽鏈中氨基酸種類與mRNA上的遺傳信息聯系起來的物質是________。?
(4)若②中共有堿基120個,則其翻譯的多肽鏈最多由________個氨基酸組成(考慮終止密碼子)。?
【解析】(1)圖示細胞核中DNA分子正在進行轉錄;(2)基因表達的最后階段為翻譯,是在核糖體上完成的,翻譯需要mRNA、氨基酸、ATP、tRNA和酶;(3)③為mRNA上相鄰的三個堿基,屬于密碼子,由于tRNA一端存在反密碼子,另一端攜帶相應的氨基酸,所以tRNA是將多肽鏈中氨基酸種類與mRNA上的遺傳信息聯系起來的物質;(4)mRNA中120個堿基最多構成40個密碼子,其中終止密碼子不對應氨基酸,故多肽鏈中最多有39個氨基酸。
答案:(1)轉錄　(2)⑤　核糖體　酶　tRNA　ATP
(3)密碼子　tRNA　(4)39。
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9
-第二課時　中心法則、細胞分化和表觀遺傳
新課程標準
學業質量目標
3.1.4　概述DNA分子上的遺傳信息通過RNA指導蛋白質的合成,細胞分化的實質是基因選擇性表達的結果,生物的性狀主要通過蛋白質表現3.1.5　概述某些基因中堿基序列不變但表型改變的表觀遺傳現象
合格考試
1.通過實例分析,歸納基因表達產物與性狀的關系。(科學思維)2.通過對實驗結果的分析,理解細胞分化的實質。(科學思維)
等級考試
1.通過分類和比較,明確中心法則各生物過程的異同。(科學思維)2.基于生物學事實和證據,構建基因控制性狀的模型,理解基因與性狀的關系。(科學思維)3.運用結構與功能觀,理解表觀遺傳產生的原因。(生命觀念)
一、中心法則詮釋了基因與生物性狀的關系
1.中心法則的提出及發展
(1)提出者:克里克。
(2)中心法則內容:
根據圖示,完成下表:
項目
序號
生理過程
遺傳信息傳遞過程
最初提出
①
DNA復制
DNA流向DNA
②
轉錄
DNA流向RNA
③
翻譯
RNA流向蛋白質
發展補充
④
RNA復制
RNA流向RNA
⑤
逆轉錄
RNA流向DNA
2.基因表達產物與性狀的關系
(1)基因控制性狀的兩種途徑:
①基因酶的合成代謝過程生物性狀。
②基因蛋白質的結構生物性狀。
(2)基因與性狀的關系:
判一判:結合基因與性狀的對應關系,判斷下列說法的正誤:
①生物的大多數性狀受核基因控制。
(√)
②一個基因只能控制一種性狀。
(×)
提示:一個基因可以影響多個性狀。
③有些性狀是由多個基因決定的。
(√)
④基因型相同的個體表型一定相同。
(×)
提示:基因型相同的個體表型不一定相同,生物性狀也受環境影響。
⑤表型相同的個體基因型不一定相同。
(√)
　在人體細胞中,是否能發生上述中心法則的5個過程?舉例說明。
提示:不能。人體中的RNA
不能進行復制。
二、細胞分化的本質是基因的選擇性表達
1.生物體多種性狀的形成,都是以細胞分化為基礎的。
2.基因選擇性表達的實例:
選一選:下列基因中能在所有細胞中都表達的基因有:①②⑤,只在某類細胞中特異性表達的基因有:③④。
①核糖體蛋白基因?、贏TP合成酶基因
③卵清蛋白基因?、芤葝u素基因?、莺粑富?br/>3.細胞分化的實質:基因的選擇性表達。
三、表觀遺傳
1.表觀遺傳的概念:生物體基因的堿基序列保持不變,而表型發生可遺傳變化的現象。
2.基因組表觀遺傳修飾的兩種形式:DNA甲基化和組蛋白修飾。
　柳穿魚的花器官由對稱變成了不對稱的原因是什么?
提示:由于基因Lcyc發生了高度甲基化,引起基因表達水平下降所致。
知識點一
中心法則
1.不同生物中心法則的體現:
生物種類
舉例
遺傳信息的傳遞過程
DNA病毒
T2噬菌體
RNA病毒
不含逆轉錄酶
煙草花葉病毒
含逆轉錄酶
艾滋病病毒
細胞生物
具有分裂能力的細胞
高度分化的細胞
DNARNA蛋白質
2.中心法則與基因表達的關系:
3.中心法則五個過程的比較:
過　程
?！“?br/>原　料
酶
堿基配對方式
產　物
實　例
DNA的復制
DNA的每一條母鏈
脫氧核苷酸
解旋酶、DNA聚合酶
A-T、T-A、G-C、C-G
DNA
以DNA作遺傳物質的生物
轉錄
DNA的一條鏈
核糖核苷酸
RNA聚合酶
A-U、T-A、G-C、C-G
RNA
除病毒外幾乎所有生物
翻譯
信使RNA
21種氨基酸
A-U、U-A、G-C、C-G
多肽
除病毒外的細胞生物
RNA的復制
RNA
核糖核苷酸
RNA復制酶
A-U、U-A、G-C、C-G
RNA
以RNA作遺傳物質的生物
RNA的逆轉錄
RNA
脫氧核苷酸
逆轉錄酶
A-T、U-A、G-C、C-G
DNA
某些RNA病毒等
特別提醒:
①在一種生物或細胞內不能發生中心法則的所有過程。
②DNA復制只發生在細胞分裂前的間期,而轉錄和翻譯則可以發生在任何時期。
③在病毒體內不會發生RNA復制和逆轉錄過程,該過程是在被病毒寄生的宿主細胞內進行的。
　如圖是4種遺傳信息的流動過程,對應的敘述不正確的是
(　　)
A.甲可表示胰島細胞中胰島素合成過程中的遺傳信息的傳遞方向
B.乙可表示逆轉錄病毒在宿主細胞內繁殖時的遺傳信息傳遞方向
C.丙可表示DNA病毒(如噬菌體)在宿主細胞內繁殖時的遺傳信息傳遞方向
D.丁可表示RNA病毒(如煙草花葉病毒)在宿主細胞內繁殖過程中的遺傳信息傳遞方向
【解題思維】解答本題需突破以下兩個關鍵點:
【解析】選A。甲表示胰島B細胞合成胰島素,但胰島B細胞高度分化,不能進行DNA自我復制,A錯誤;乙能進行逆轉錄過程,可表示逆轉錄病毒在宿主細胞內繁殖時的遺傳信息傳遞方向,B正確;丙包括DNA的復制、轉錄和翻譯,可表示DNA病毒(如噬菌體)在宿主細胞內繁殖時的遺傳信息傳遞方向,C正確;丁包括RNA的自我復制和翻譯,可表示RNA病毒,如煙草花葉病毒在宿主細胞內繁殖過程中的遺傳信息傳遞方向,D正確。
【審答誤區】常見以下兩種錯誤:
(1)DNA復制、轉錄和翻譯是所有具有細胞結構的生物所遵循的法則,但不一定是某一種細胞中都具有這三個途徑。
(2)不能判斷什么樣的細胞可以發生DNA復制。只有進行分裂的細胞才發生DNA復制。
【方法規律】中心法則各生理過程快速確定的三大依據
1.圖甲所示為基因表達過程,圖乙為中心法則,①~⑤表示生理過程。下列敘述正確的是
(　　)
A.圖甲所示為染色體DNA上的基因表達過程,需要多種酶參與
B.紅霉素影響核糖體在mRNA上的移動,故影響基因的轉錄過程
C.圖甲所示過程為圖乙中的②③過程
D.①②③過程只發生在真核細胞中,④⑤過程只發生在原核細胞和一些病毒中
【解析】選C。圖甲中,轉錄和翻譯同時進行,屬于原核生物的基因表達過程,而原核生物沒有染色體,A錯誤;紅霉素影響核糖體在mRNA上的移動,所以影響基因的翻譯過程,B錯誤;圖乙中①是DNA復制、②是轉錄過程、③是翻譯過程、④是RNA的復制,⑤是逆轉錄過程,圖甲是基因控制蛋白質的合成過程,即轉錄和翻譯,為圖乙中的②③過程,C正確;①②③過程發生在真核細胞、原核細胞和DNA病毒中,④⑤過程一般發生在一些RNA病毒中,D錯誤。
2.人類白化病和苯丙酮尿癥是由于代謝異常引起的疾病,如圖表示在人體代謝中產生這兩類疾病的過程。由圖中不能得出的結論是
(　　)
A.基因可以通過控制蛋白質的結構來控制生物的性狀
B.基因可以通過控制酶的合成來控制生物的性狀
C.一個基因可以控制多種性狀
D.一個性狀可以由多個基因控制
【解析】選A。分析題圖可知,本圖顯示的是基因通過控制酶的合成控制代謝進而控制生物的性狀,A符合題意;由A項分析可知,B不符合題意;分析題圖可知,基因1發生突變,會影響黑色素和多巴胺的合成,同時苯丙酮酸的含量增加,由此可以推出,一個基因可以控制多種性狀,C不符合題意;分析題圖可知,黑色素的形成是由基因1和基因2共同控制的,多巴胺是由基因1和基因4共同控制的,由此可以推出一個性狀可由多個基因控制,D不符合題意。
【補償訓練】
　　如圖為有關遺傳信息傳遞和表達的模擬實驗。下列相關敘述合理的是
(　　)
A.若X是mRNA,Y是多肽,則管內必須加入氨基酸
B.若X是DNA,Y含有U,則管內必須加入逆轉錄酶
C.若X是tRNA,Y是多肽,則管內必須加入脫氧核苷酸
D.若X是HIV的RNA,Y是DNA,則管內必須加入DNA酶
【解析】選A。X是mRNA,Y是多肽,則管內發生的是翻譯過程,因此管內必須加入氨基酸;若X是DNA,Y含有U,則Y為RNA,管內發生的是轉錄過程,因此不需要加入逆轉錄酶,而需要加入RNA聚合酶等;若X是tRNA,Y是多肽,則管內發生的是翻譯過程,因此不需要加入脫氧核苷酸;若X是HIV的RNA,Y是DNA,則管內發生的是逆轉錄過程,因此需要加入逆轉錄酶。
知識點二
基因的選擇性表達與表觀遺傳
1.基因選擇性表達的結果
(1)細胞形態的改變:如肌細胞的梭形、哺乳動物成熟紅細胞的圓餅狀、神經細胞的突起狀等。
(2)細胞結構的變化:細胞器的種類和數量發生變化。
(3)細胞功能的特化:執行特定的功能,如運動功能、反射功能、免疫功能等。
(4)特殊分子的合成:如合成唾液淀粉酶、抗體、胰島素、血紅蛋白和肌動蛋白等。
2.表觀遺傳機制:
(1)細胞分裂、分化過程中內外因素的共同作用導致DNA甲基化、構成染色體的組蛋白的甲基化、乙?；刃揎?。
(2)甲基化等修飾抑制了基因的表達。
3.基因與性狀的關系:
(1)一個基因決定一種性狀(多數性狀受單基因控制)。
(2)一個基因影響多種性狀(如基因間相互作用)。
(3)多個基因控制一種性狀(如身高、體重等)。
圖解如下:
特別提醒:
①生物的性狀不只受基因控制,環境對性狀也有影響,如后天營養和體育鍛煉會影響人的身高。
②基因的表達產物可發生表觀遺傳的差異,引起生物的性狀不同。
【知識拓展】
　　基因的種類
(1)管家基因:是指在所有細胞中均要表達的一類基因,其產物是維持細胞基本生命活動所必需的。如RNA聚合酶基因、呼吸酶基因與核糖體蛋白基因等。
(2)奢侈基因:是指在不同類型細胞中特異性表達的基因,其產物賦予各種類型細胞特異的形態結構與功能。如血紅蛋白基因、胰島素基因等。
如圖表示人體內干細胞的增殖分化過程,下列有關敘述正確的是
(　　)
A.干細胞與白細胞的基因型不同,但合成的mRNA和蛋白質的種類相同
B.血小板和成熟的紅細胞內遺傳信息的流動方向是DNA→DNA→RNA→蛋白質
C.圖中所示的細胞中,干細胞具有細胞周期,而且其分裂能力較強
D.白細胞能夠穿過血管壁去吞噬病菌,這是因為細胞膜具有選擇透過性
【解題思維】解答本題需突破以下兩個關鍵點:
【解析】選C。白細胞由造血干細胞增殖分化形成,故干細胞與白細胞的基因型相同,但合成的mRNA和蛋白質的種類不同,A錯誤;血小板和成熟的紅細胞內無細胞核及細胞器,不能進行DNA的復制和蛋白質的合成,B錯誤;圖中所示的細胞中,干細胞具有細胞周期,而且其分裂能力較強,C正確;白細胞能夠穿過血管壁去吞噬病菌,這是因為細胞膜具有流動性,D錯誤。
【審答誤區】常見以下兩種錯誤:
(1)不能理解細胞分化的實質:同一個體不同的細胞基因型相同(除生殖細胞),只是表達的基因不完全相同。
(2)不能理解遺傳信息傳遞發生的時期及條件:例如DNA復制只能發生在分裂的細胞中,而高度分化的細胞不能進行DNA復制。
【母題追問】
(1)圖中各種細胞結構和功能不同的根本原因是什么?
提示:基因的選擇性表達。
(2)白細胞吞噬病菌時是否有蛋白質的參與?
提示:有,白細胞吞噬病菌時要進行識別,起識別作用的物質是糖蛋白。
1.下列對細胞分化不同水平的分析中,不正確的是
(　　)
A.從細胞水平分析,細胞分化使細胞形態、結構和功能發生了改變
B.從細胞器水平分析,細胞分化是細胞器的種類、數目改變的結果
C.從蛋白質分子角度分析,細胞分化是蛋白質種類、數量改變的結果,這是細胞分化的根本原因
D.從核酸分子角度分析,細胞分化是基因選擇性表達的結果
【解析】選C。細胞分化就是指細胞在形態、結構和功能上發生穩定差異的過程,A正確;細胞的功能與細胞器的種類和數量密切相關,B正確;細胞分化的根本原因是基因的選擇性表達,C錯誤;從核酸分子的角度分析,細胞分化是基因選擇性表達的結果,D正確。
2.黃色小鼠(AA)與黑色小鼠(aa)雜交,產生的(Aa)不同個體出現了不同體色。研究表明,不同體色的小鼠A基因的堿基序列相同,但A基因上二核苷酸(CpG)胞嘧啶有不同程度的甲基化(如圖)現象出現,甲基化不影響基因DNA復制。有關分析錯誤的是
(　　)
A.F1個體體色的差異與A基因甲基化程度有關
B.甲基化可能影響RNA聚合酶與該基因的結合
C.堿基甲基化不影響堿基互補配對過程
D.甲基化是引起基因突變的常見方式
【解析】選D。根據題意和題圖分析,基因型都為Aa的小鼠毛色不同,關鍵原因是A基因中二核苷酸(CpG)胞嘧啶有不同程度的甲基化,甲基化不影響基因DNA復制,但影響該基因的表達,所以會影響小鼠的毛色出現差異。根據分析可知,F1個體的基因型都是Aa,但體色有差異,顯然與A基因甲基化程度有關,A正確;RNA聚合酶與該基因的結合屬于基因表達的關鍵環節,而A基因甲基化會影響其表達過程,所以B正確;堿基甲基化不影響DNA復制過程,而DNA復制過程有堿基互補配對過程,C正確;基因突變是基因中堿基對增添、缺失或替換導致基因結構的改變,而基因中堿基甲基化后仍然屬于該基因,所以不屬于基因突變,D錯誤。
【補償訓練】
　　如圖為基因與性狀的關系示意圖,據圖判斷錯誤的是
(　　)
A.一種基因可以影響和控制多種性狀
B.多種基因可以影響和控制一種性狀
C.所有基因都能控制表現出相應的性狀
D.圖中的產物可以是酶、激素或者抗體等
【解析】選C。由題圖可知,性狀a、b、c、d受同一種基因產物影響,說明一種基因可以影響和控制多種性狀,A正確;性狀e受三種基因產物影響,表明多種基因可以影響和控制一種性狀,B正確;生物的性狀除了受基因控制外,還受環境條件的影響,并非所有基因都能控制表現出相應的性狀,C錯誤;多數酶、有些激素和抗體是蛋白質,可以是基因表達的產物,D正確。
1.【科技情境】2020年新型冠狀病毒肺炎疫情在全球迅速蔓延,研究發現新型冠狀病毒是一種單鏈+RNA病毒,其遺傳信息的傳遞途徑如圖所示:
探究:
(1)根據圖示推測新型冠狀病毒遺傳信息的傳遞方向。(科學思維)
提示:
(2)根據圖示推測新型冠狀病毒是如何形成子代病毒的。(科學思維)
提示:新型冠狀病毒的遺傳物質+RNA侵入宿主細胞后,在宿主細胞內以+RNA為模板在RNA聚合酶的作用下生成-RNA,然后以-RNA為模板生成+RNA即遺傳物質,同時以+RNA為模板在宿主細胞的核糖體上合成病毒蛋白質,然后病毒蛋白質和合成的子代+RNA組裝,即形成子代病毒。
2.【科技情境】美國宇航局(NASA)為了研究太空環境對人基因的影響,利用雙胞胎“宇航員Scott·Kelly與Mark·Kelly”做了一個“天地隔離實驗”。受試者是同卵雙生,有著幾乎完全相同的基因組。其中,弟弟Scott被送進國際空間站為期340天,發現其身高增加了5cm(在此之前,兄弟二人身高相同)。為了進一步了解太空環境對人體的影響,研究人員對結束任務的Scott繼續進行了長達一年的監測,并對比了他與哥哥Mark的DNA差異。發現盡管兄弟二人的DNA依然相同。但分析顯示Scott細胞內甲基化水平明顯差異化,或升高或降低。總體而言進入太空后基因表達達到了一個前所未有的高峰。
探究:
(1)上述資料中,弟弟Scott性狀改變的原因是什么?是否可以遺傳?(科學思維)
提示:環境導致其基因發生甲基化,進而影響基因表達,表型發生差異。可以遺傳。
(2)上述現象是否只有在太空中才能發生?請舉例說明。(科學思維)
提示:表觀遺傳普遍存在于生物體的生長、發育和衰老的生命活動過程中。例如同卵雙胞胎所具有的微小差異、一個蜂群中蜂王和工蜂的差異等。
1.細胞通過精準的調控,實現了基因對性狀的控制。下列有關說法,正確的是______。?
①基因通過控制蛋白質的合成直接控制生物的性狀
②同一個體的不同組織細胞中蛋白質種類不完全相同
③柳穿魚花的不同形態是由一對等位基因控制的
④DNA的甲基化修飾不能遺傳給后代
⑤基因能否表達是基因表達調控的唯一方式
⑥基因通常是有遺傳效應的DNA片段,不同基因之間的作用可能相互影響
【解析】選②⑥。基因控制性狀的途徑包括直接途徑和間接途徑兩種類型,①錯誤;同一個體的不同組織細胞中蛋白質種類不完全相同,②正確;柳穿魚花的不同形態是表觀遺傳現象,不是由一對等位基因控制的,③錯誤;DNA的甲基化修飾能遺傳給后代,④錯誤;基因表達調控包括基因能否表達以及表達水平的高低,⑤錯誤;不同基因之間的作用可能相互影響,⑥正確。
2.如圖為中心法則的示意圖。下列敘述錯誤的是
(　　)
A.①表示DNA復制,需要DNA聚合酶參與
B.②表示轉錄,需要RNA聚合酶參與
C.③表示翻譯,需要蛋白酶參與
D.④表示逆轉錄,需要逆轉錄酶參與
【解析】選C。①表示DNA的復制過程,該過程需要DNA聚合酶的參與,A正確;②表示轉錄過程,該過程需要RNA聚合酶的參與,B正確;蛋白酶能水解蛋白質,而③表示翻譯合成蛋白質的過程,因此該過程不需要蛋白酶的參與,C錯誤;④表示逆轉錄過程,該過程需要逆轉錄酶的參與,D正確。
3.下列有關基因與性狀關系的敘述,正確的是
(　　)
A.基因與性狀之間是一一對應的關系
B.基因都通過控制蛋白質的結構直接控制性狀
C.染色體上的基因控制生物性狀不受環境影響
D.不同基因之間相互作用,精細調控生物性狀
【解析】選D?；蚺c性狀之間不僅僅是一一對應的關系,也可能是一對多,A錯誤;基因可通過控制酶的合成控制代謝過程,間接控制生物體的性狀,B錯誤;生物體的性狀是由基因型和環境共同作用的結果,C錯誤;不同基因之間相互作用,精細調控生物性狀,D正確。
4.如圖表示同一個體的5種細胞中5種基因的表達情況,下列分析錯誤的是
(　　)
A.此圖能說明細胞分化的實質
B.基因B可能控制RNA聚合酶的合成
C.細胞中mRNA差異最大的是細胞2和4
D.一般來說,這5種細胞的核遺傳物質相同
【解析】選C。圖示表示不同細胞選擇表達的基因不同,即細胞分化的實質是基因的選擇性表達,A正確;生物體內幾乎所有細胞都能控制RNA聚合酶合成,因此基因B可能控制RNA聚合酶的合成,B正確;2和5中mRNA的差異大于2和4,C錯誤;同一個生物體內不同細胞都是由同一個受精卵有絲分裂形成的,都含有相同的基因,因此這5種細胞的核遺傳物質相同,D正確。
5.是否具有豌豆淀粉分支酶,導致豌豆產生圓粒和皺粒這對相對性狀,這可以說明(　　)
A.發生基因突變,必然導致蛋白質的結構改變
B.基因通過控制酶的合成,控制生物體的性狀
C.基因通過控制激素的合成,控制生物體的性狀
D.基因通過控制蛋白質結構,控制生物體的性狀
【解析】選B。基因突變,轉錄形成的密碼子一定改變,但由于密碼子的簡并性,不一定導致蛋白質的結構改變,A錯誤;控制合成淀粉分支酶的基因發生突變而不能合成淀粉分支酶,使得豌豆粒不能合成淀粉而變得皺縮,說明基因是通過控制酶的合成間接控制生物性狀的,B正確;由題干信息不能說明基因通過控制激素的合成來控制生物體的性狀,C錯誤;“是否具有豌豆淀粉分支酶,導致豌豆產生圓粒和皺粒這對相對性狀”,說明基因是通過控制酶的合成間接控制生物性狀的,D錯誤。
6.同一動物個體的神經細胞與肌細胞在功能上是不同的,造成這種差異的主要原因是
(　　)
A.二者所處的細胞周期不同
B.二者所含有的基因組不同
C.二者核DNA的復制方式不同
D.二者合成的特定蛋白不同
【解析】選D。神經細胞和肌細胞都已經高度分化,都沒有細胞周期,A錯誤;神經細胞和肌細胞是由同一個受精卵有絲分裂形成的,都含有相同的遺傳物質,二者所含的基因組相同,B錯誤;二者核DNA的復制方式相同,都是半保留復制,但這兩種細胞都已經高度分化,不再分裂,因此都不會發生核DNA的復制,C錯誤;神經細胞和肌細胞在功能上不同的原因是基因的選擇性表達,即這兩種細胞合成的特定蛋白不同,D正確。
7.下列關于基因與性狀之間的關系的敘述錯誤的是(　　)
A.基因與性狀是一一對應的關系
B.基因可通過控制蛋白質的結構來控制生物的性狀
C.基因可通過控制酶的合成來控制代謝過程,進而控制生物的性狀
D.生物性狀既受基因的控制,也受環境條件的影響
【解析】選A。基因與性狀之間不是簡單的一一對應的關系,有可能多對基因控制一對相對性狀,A錯誤;基因可通過控制蛋白質的結構來控制生物的性狀,B正確;基因可通過控制酶的合成來控制代謝過程,進而控制生物的性狀,C正確;生物性狀既受基因的控制,也受環境條件的影響,D正確。
8.在甲基轉移酶的催化下,DNA的胞嘧啶被選擇性地添加甲基導致DNA甲基化,進而使染色質高度螺旋化,因此失去轉錄活性。下列相關敘述不正確的是
(　　)
A.DNA甲基化,會導致基因堿基序列的改變
B.DNA甲基化,會導致mRNA合成受阻
C.DNA甲基化,可能會影響生物的性狀
D.DNA甲基化,可能會影響細胞分化
【解析】選A。DNA甲基化是指DNA的胞嘧啶被選擇性地添加甲基,這不會導致基因堿基序列的改變,A錯誤;DNA甲基化,會使染色質高度螺旋化,因此失去轉錄活性,即導致mRNA合成受阻,B正確;DNA甲基化會導致mRNA合成受阻,進而導致蛋白質合成受阻,這樣可能會影響生物的性狀,C正確;細胞分化的實質是基因的選擇性表達,而DNA甲基化會導致mRNA合成受阻,即會影響基因表達,因此DNA甲基化可能會影響細胞分化,D正確。
9.1970年,科學家發現了致癌的RNA病毒。該病毒感染人體細胞后,將其基因組整合到人的基因組中,從而誘發人的細胞癌變?；卮鹣铝袉栴}:
(1)RNA病毒進入人體細胞后,以自身的RNA為模板,通過__________酶,合成DNA片段。在此過程中,存在的堿基互補配對方式有________,其原料為宿主細胞提供的______________________。?
(2)若將同一人體胰島B細胞和漿細胞的全部的mRNA分別提取出來,通過相關的酶反應分別獲得多段DNA單鏈,通過堿基測序發現兩份DNA單鏈的序列__________(填“相同”“不同”或“不完全相同”);說明人體胰島B細胞和漿細胞的基因表達具有__________。?
【解析】(1)以RNA為模板合成DNA的過程為逆轉錄過程,需要逆轉錄酶的催化,原料是宿主細胞提供的脫氧核苷酸;該過程遵循堿基互補配對原則,具體為A-T、U-A、C-G、G-C。
(2)同一人體不同的細胞中含有的基因是相同的,但是基因是選擇性表達的,所以將胰島B細胞和漿細胞的全部的mRNA分別提取出來,通過相關的酶反應分別獲得多段DNA單鏈,檢測的結果是這些DNA單鏈的序列不完全相同。
答案:(1)逆轉錄　
A-T、U-A、C-G、G-C
4種脫氧核苷酸
(2)不完全相同　選擇性
【補償訓練】
關于表觀遺傳的理解,下列說法正確的是(　　)
A.DNA的甲基化與環境因素無關
B.DNA的甲基化影響基因的翻譯過程
C.表觀遺傳現象不符合孟德爾遺傳定律
D.DNA的甲基化導致基因的堿基序列改變
【解析】選C。環境因素會影響DNA的甲基化,A項錯誤;DNA的甲基化影響基因的轉錄過程,B項錯誤;表觀遺傳現象不符合孟德爾遺傳定律,C項正確;DNA的甲基化不會導致基因的堿基序列改變,D項錯誤。
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14
-第二章
遺傳的分子基礎
嘗試填寫圖中序號代表的含義:
①放射性同位素標記技術?、贒NA是噬菌體的遺傳物質　③雙螺旋結構?、苓吔庑厪椭啤氡Ａ魪椭啤、軩NA的一條鏈　⑥mRNA　⑦逆轉錄　⑧基因的選擇性表達
主題一　　DNA是主要的遺傳物質
噬菌體侵染細菌的實驗中,下列說法錯誤的是
(　　)
A.用35S標記蛋白質
B.證明了DNA是主要的遺傳物質
C.用32P標記DNA
D.證明了噬菌體的遺傳物質是DNA
【解析】選B。噬菌體侵染細菌的關鍵就是將DNA與蛋白質分開,單獨地觀察它們各自的作用,故分別用35S或32P標記噬菌體,A、C正確;本實驗證明了DNA是遺傳物質,B錯誤,D正確。
1.噬菌體的繁殖:
(1)噬菌體的組成成分是DNA和蛋白質。
(2)繁殖過程:吸附→注入DNA(填“蛋白質”或”DNA”)→生物合成,利用自身DNA為模板,利用大腸桿菌體內的脫氧核苷酸和氨基酸為原料→組裝→釋放。
2.噬菌體侵染細菌實驗過程:
(1)實驗思路:將蛋白質和DNA分別處理,單獨、直接觀察它們各自的作用。
(2)實驗方法:同位素標記法和離心法,組成蛋白質的特有元素:S;組成DNA的特有元素:P。
(3)實驗結論:子代噬菌體的各種性狀,是通過親代的DNA遺傳的,即DNA才是噬菌體的遺傳物質。
某研究人員模擬赫爾希和蔡斯關于噬菌體侵染細菌的實驗,進行了以下4個實驗:
①用未標記的噬菌體侵染35S標記的細菌
②用未標記的噬菌體侵染3H標記的細菌
③用32P標記的噬菌體侵染未標記的細菌
④用14C標記的噬菌體侵染未標記的細菌
一段時間后離心,以上各實驗檢測到放射性的主要部位是
(　　)
A.沉淀物、沉淀物、沉淀物、沉淀物和上清液
B.沉淀物、沉淀物、沉淀物和上清液、沉淀物和上清液
C.上清液、上清液、沉淀物和上清液、上清液
D.沉淀物、上清液、沉淀物、沉淀物和上清液
【解析】選A。①用未標記的噬菌體侵染35S標記的細菌,細菌經過離心后分布在沉淀物中,所以離心后主要在沉淀物中檢測到放射性;②用未標記的噬菌體侵染3H標記的細菌,細菌經過離心后分布在沉淀物中,所以離心后主要在沉淀物中檢測到放射性;③用32P標記的噬菌體侵染未標記的細菌,32P標記的是噬菌體的DNA,噬菌體侵染細菌后,只有DNA進入細菌并隨著細菌離心到沉淀物中,所以離心后主要在沉淀物中檢測到放射性;④用14C標記的噬菌體侵染未標記的細菌,由于14C標記噬菌體的DNA和蛋白質,蛋白質外殼出現在上清液中,14C標記的噬菌體DNA將出現在新的噬菌體中,所以離心后主要在沉淀物和上清液中檢測到放射性。
主題二　核酸分子的結構和功能
如圖所示為真核細胞中遺傳信息的傳遞和表達過程。相關敘述正確的是
(　　)
A.①②過程所需要的酶、原料、能量均相同
B.②過程c鏈是以a、b鏈中的一條鏈為模板合成的
C.①②③三個過程中堿基配對情況完全相同
D.③過程d、e、f最終形成的物質結構各不相同
【解析】選B。①是復制過程,需要解旋酶和DNA聚合酶,原料是脫氧核苷酸;②是轉錄過程,需要RNA聚合酶,原料是核糖核苷酸,A錯誤;②是轉錄過程,該過程的模板是DNA的一條鏈,即該過程c鏈是以a、b鏈中的一條鏈為模板合成的,B正確;DNA復制過程中堿基配對為:A-T、C-G、G-C、T-A,轉錄過程中堿基配對為A-U、C-G、G-C、T-A,翻譯過程中堿基配對為A-U、C-G、G-C、U-A,可見這三個過程中堿基配對情況不完全相同,C錯誤;③是翻譯過程,由于控制d、e、f三條肽鏈合成的模板相同,因此該過程d、e、f最終形成的物質結構相同,D錯誤。
1.不同生物基因所在位置的判斷:
(1)有細胞結構的生物,基因是有遺傳效應的DNA(填“DNA”或“RNA”)片段。
(2)對于DNA病毒,基因是有遺傳效應的DNA(填“DNA”或“RNA”)片段。
(3)對于RNA病毒,基因是有遺傳效應的RNA(填“DNA”或“RNA”)片段。
2.DNA分子的結構特點:
(1)DNA分子由兩條單鏈組成,兩條鏈反向平行盤旋成雙螺旋結構。
(2)DNA的基本骨架是:脫氧核糖和磷酸交替排列在外側。
(3)兩條鏈上的堿基遵循堿基互補配對原則。
3.DNA復制和轉錄:
(1)DNA復制方式是:半保留復制。
(2)DNA復制條件。
①酶:解旋酶、DNA聚合酶。
②原料:脫氧核苷酸。
③模板:DNA的每一條鏈。
④能量:ATP提供。
(3)轉錄的條件。
①酶:RNA聚合酶。
②原料:核糖核苷酸。
③模板:DNA的一條鏈。
④能量:ATP提供。
1.如圖為真核細胞蛋白質合成過程中遺傳信息流動圖解,1、2、3表示相關過程,據圖判斷下列說法正確的是
(　　)
A.真核細胞中都會發生圖中1~3過程
B.核苷酸序列不同的基因可表達出相同的蛋白質
C.1過程中氫鍵的斷裂不需要酶參與,磷酸二酯鍵的形成則需要DNA聚合酶催化
D.3過程以mRNA的一條鏈為模板,核糖體在mRNA上的移動方向是從右到左
【解析】選B。1為DNA復制過程,細胞不分裂DNA不復制,A錯誤;由于密碼子的簡并性,核苷酸序列不同的基因有可能表達出相同的蛋白質,B正確;1過程中氫鍵的斷裂需要解旋酶參與,C錯誤;由題圖可以看出,核糖體在mRNA上的移動方向是從左到右,D錯誤。
2.病毒的核酸包括雙鏈DNA、單鏈DNA、雙鏈RNA、單鏈RNA等不同類型。某研究小組通過一系列實驗確定新型動物病毒X的核酸類型。請回答。
用放射性同位素標記堿基的方法,探究病毒X是DNA病毒還是RNA病毒。
(1)實驗思路:設置兩組實驗,將________________________分別培養在含有放射性標記的________________________(記為甲組)和__________________(記為乙組)的培養基中,然后分別接種病毒X。培養一段時間后收集病毒并檢測其放射性。?
(2)預期結果:若________________________________________________________,則病毒X為DNA病毒;反之為RNA病毒。?
對病毒X進行堿基分析,結果如表:
堿基種類
A
C
G
T
堿基比例/%
36
24
18
22
據上表可判斷,病毒X的核酸類型是____________,理由是__。?
【解析】根據DNA和RNA的異同,可用放射性同位素標記堿基的方法,探究病毒X是DNA病毒還是RNA病毒。(1)實驗思路:設置兩組實驗,將動物細胞分別培養在含有放射性標記的胸腺嘧啶(記為甲組)和尿嘧啶(記為乙組)的培養基中,然后分別接種病毒X。培養一段時間后收集病毒并檢測其放射性。(2)預期結果:若甲組收集的病毒含有放射性而乙組無放射性,則病毒X為DNA病毒;反之為RNA病毒。根據表格中數據可知,病毒X的核酸含有DNA特有的堿基胸腺嘧啶,且嘌呤總數不等于嘧啶總數,所以病毒X的核酸類型是單鏈DNA。
答案:(1)動物細胞　　胸腺嘧啶(T)　　尿嘧啶(U)
(2)甲組收集的病毒含有放射性而乙組無放射性
單鏈DNA　病毒X的核酸含有DNA特有的堿基胸腺嘧啶,且嘌呤總數不等于嘧啶總數
主題三　遺傳信息的傳遞途徑
圖1是核糖體合成的過程示意圖,圖2是核糖體上進行的生理過程,a、b、c代表物質。下列相關敘述正確的是
(　　)
A.物質b、rRNA和物質c都由細胞核中的a轉錄產生
B.過程①中a與b存在堿基A—T,C—G,T—A的配對
C.過程②所需的tRNA上的反密碼子都能與b上的密碼子相對應
D.圖2中核糖體在c上由左向右移動,合成的多肽鏈一般是相同的
【解析】選D。b(mRNA)、c(mRNA)和rRNA可由細胞核中的a(DNA)轉錄產生,在真核細胞中,轉錄大多發生在細胞核中,少部分發生在線粒體和葉綠體中,A錯誤;過程①表示轉錄,a(DNA)與b(mRNA)存在堿基A-U,C-G,T-A的配對,B錯誤;過程②表示遺傳信息的翻譯過程,mRNA上的終止密碼子不會與tRNA上的反密碼子發生堿基配對現象,C錯誤;根據圖2中兩條肽鏈的長度可知,核糖體在mRNA上由左向右移動進行翻譯,合成的多肽鏈一般是相同的,D正確。
1.辨析氨基酸與密碼子、反密碼子的數量關系:
(1)每種氨基酸對應一種或多種(填“一種”“多種”或“一種或多種”)密碼子,可由一種或多種(填“一種”“多種”或“一種或多種”)tRNA轉運。
(2)一種密碼子只能決定一種(填“一種”或“多種”)氨基酸,一種tRNA只能轉運一種(填“一種”或“多種”)氨基酸。
(3)密碼子有64種(3種終止密碼子;反密碼子理論上有61種。
2.正確區分翻譯過程中多聚核糖體模式圖:
(1)圖1表示真核細胞的翻譯過程。圖中①是mRNA,⑥是核糖體,②③④⑤表示正在合成的4條多肽鏈,翻譯的方向是自右向左。
(2)圖2表示原核細胞的轉錄和翻譯過程,圖中①是DNA模板鏈,②③④⑤表示正在合成的4條mRNA,在核糖體上同時進行翻譯過程。
1.(2019·全國卷Ⅰ)用體外實驗的方法可合成多肽鏈。已知苯丙氨酸的密碼子是UUU,若要在體外合成同位素標記的多肽鏈,所需的材料組合是
(　　)
①同位素標記的tRNA
②蛋白質合成所需的酶
③同位素標記的苯丙氨酸
④人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸
⑤除去了DNA和mRNA的細胞裂解液
A.①②④　　　　　　　　B.②③④
C.③④⑤
D.①③⑤
【解析】選C。本題考查基因表達的條件。用體外實驗的方法合成多肽鏈,應該提供蛋白質合成的各種條件,如果在體外合成同位素標記的多肽鏈,就應該以同位素標記的苯丙氨酸為原料,以人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸為模板,還需要tRNA、酶等條件,這些可以由除去了DNA和mRNA的細胞裂解液提供,所以所需的材料組合是③④⑤。
2.如圖為某種真核細胞中蛋白質的生物合成示意圖,請據圖回答下列問題:
(1)完成①過程需要的酶是__________,該酶通過__________從細胞質基質進入細胞核。?
(2)②過程得到的mRNA先要在__________中進行__________后才用于翻譯,翻譯時一條mRNA會與多個核糖體結合,最后得到的多肽鏈上氨基酸序列__________(填“相同”或“不相同”)。若圖中前體蛋白的一條肽鏈由30個氨基酸組成,則控制它合成的基因片段至少有______個堿基?
(3)根據所學知識并結合如圖推知:該細胞中核糖體分布的場所有細胞質基質、______和__________等。?
(4)圖中所示生理過程的完成需要遵循堿基互補配對原則的有__________(填序號)。?
(5)用α-鵝膏蕈堿處理細胞后發現,細胞質基質中的RNA含量顯著減少,由此推測α-鵝膏蕈堿抑制的過程是__________(填序號)。?
【解析】(1)①過程為DNA復制的過程,DNA復制過程需要的酶為DNA聚合酶,該酶是在細胞質中的核糖體上合成的,然后通過核孔從細胞質基質進入細胞核。(2)②過程為轉錄過程,該過程得到的mRNA是不能直接作為模板進行翻譯的,而是先要在細胞核中進行加工修飾后才用于翻譯,翻譯時一條mRNA會與多個核糖體結合,最后得到多條氨基酸序列相同的肽鏈。由于在mRNA上每三個相鄰的堿基決定一個氨基酸,而RNA為單鏈分子,DNA為雙鏈分子,所以氨基酸數目與基因中堿基數目的比值為1∶6,所以若前體蛋白的一條肽鏈由30個氨基酸組成,則控制它合成的基因片段至少有30×6=180個堿基。(3)真核細胞中核糖體的分布場所有細胞質基質,內質網,圖中顯示在線粒體中也有核糖體。(4)圖中的①過程為DNA的復制,②為DNA的轉錄,④為翻譯過程,⑥為線粒體DNA的復制,⑦為線粒體DNA的轉錄,⑧為翻譯過程,這些過程的進行都要按照堿基互補配對原則進行。(5)用a-鵝膏蕈堿處理細胞后發現,細胞質基質中的RNA含量顯著減少,而細胞質基質中的RNA來自細胞核中的轉錄過程,即圖中的②過程,所以可推測a-鵝膏蕈堿抑制的過程是核中DNA的轉錄過程,即圖中的②過程。
答案:(1)DNA聚合酶　核孔
(2)細胞核　加工修飾　相同　180
(3)內質網　線粒體　(4)①②④⑥⑦⑧　(5)②
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