第一讲 遗传的物质基础

专题三遗传、变异和进化DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质加热杀死的S型细菌中含有转化因子格里菲思转化实验——结论：↓艾弗里转化实验——结论：第一讲遗传的物质基础一、基因的本质1.DNA是主要遗传物质（1）DNA是遗传物质的实验证据（绝大多数生物）噬菌体侵染细菌实验实验思想：将DNA和蛋白质等分开，直接地、单独地去观察DNA和蛋白质等的作用（2）RNA也是遗传物质（少数生物）——烟草花叶病毒侵染实验考点一DNA是遗传物质的经典实验分析1.设计思路与方法思路肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的实验思路基本相同，即将肺炎双球菌或噬菌体的DNA与其他化学成分（特别是蛋白质）分离，然后用各种成分分别单独进行转化实验或侵染实验，观察各自的遗传功能方法采用的方法有所不同。在肺炎双球菌转化实验中，采用直接分离法，即真正将S型细菌的DNA与其他成分分离，然后用每种单一成分与R型细菌混合，做体外转化实验。在噬菌体侵染细菌的实验中，采用放射性同位素标记法进行实验2.实验设计原则（1）肺炎双球菌转化实验中的相互对照S型细菌DNA糖类蛋白质脂质DNA分解物①DNA是遗传物质②其他物质不是遗传物质（2）噬菌体侵染细菌实验中的自身对照噬菌体侵染细菌后离心上清液沉淀物被35S标记了蛋白质放射性很高放射性很低被32P标记了DNA放射性很低放射性很高（3）实验结论肺炎双球菌转化实验的结论：证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。噬菌体侵染细菌实验的结论：证明DNA是遗传物质，不能证明蛋白质不是遗传物质，因蛋白质没有进入细菌体内。生物的遗传物质小结生物所含核酸所含核苷酸含氮碱基遗传物质细胞生物(原核、真核生物)2DNA种RNA四种核糖8核苷酸种四种脱氧核苷酸5种：A、T、C、G、U均为DNADNA病毒1种，为DNA4种脱氧核苷酸4种：A、T、C、GDNA病毒RNA病毒1种，为RNA4种核糖核苷酸4种：A、U、C、GRNA（08·江苏卷）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→注射入小鼠②R型菌的DNA+DNA酶→加入S型菌→注射入小鼠③R型菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入S型菌的DNA→注射入小鼠④S型菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入R型菌的DNA→注射入小鼠以上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，存活解析①中S型菌DNA已被DNA酶分解，小鼠存活；②中可完成细胞的转化，小鼠死亡；③④高温加热后，细菌被杀灭，小鼠存活。D（09·江苏卷）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，不可能出现的结果是（）实验编号实验过程实验结果类型病斑病斑中分离出的病毒类型①a型TMV→感染植物a型a型②b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①B.实验②C.实验③D.实验④解析烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，所以由RNA控制其性状。③中的组合病毒感染植物后，病斑类型是b型，应分离出b型病毒。答案C2.DNA分子的结构:规则的双螺旋结构两条脱氧核苷酸长链平行盘旋而成外侧的基本骨架由和交替连接而成，碱基排列于内侧两条长链上的碱基通过氢键按形成碱基对（A与T，G与C）反向脱氧核糖磷酸碱基互补配对原则概念：以亲代DNA分子为模板合成子代DNA分子的过程时间：场所：主要在中过程：解旋→合成子链→形成子代DNA分子条件：、、酶（解旋酶、DNA聚合酶等）、有丝分裂间期或减数第一次分裂间期细胞核模板原料能量3.DNA分子的复制特点：、结果：1个DNA→2个子代DNA意义：使遗传信息从亲代传给子代，保持遗传信息的连续性保障边解旋边复制半保留复制为复制提供了精确的模板保证了复制准确无误独特的双螺旋结构碱基互补配对4.基因的本质遗传信息：本质：基因是有的DNA片段基因中4种碱基的排列顺序遗传效应考点二与碱基数量有关的计算规律的总结1.关于DNA的计算比较设其中一条链为H链H链的互补链DNA分子mRNA(以H链为模板)规律(DNA)mmm互补碱基之和的比例在整个DNA及任一条链中都相等nnna1/a1非互补碱基之和的比例在整个DNA分子中为1，在两条互补链中互为倒数b1/b1CGTAG+CA+TAUGCmGCA+UnAGTCAG1/UCaACG+TAC1/G+Ub双CGTACGUACGTACGTARNAβα下列公式中的RNA是以α链为模板合成的注意上述这个公式是很有用的，“单双链过渡公式”需熟练推导，灵活运用。%C)(G%C)(G%）CG（%）CG（%U)(A%）TA（%）TA（%TARNAβαRNAβα双双一个DNA分子中，G+C占全部碱基的46%，又知在该DNA分子的一条链中，A和C分别占碱基数的28%和22%，则该DNA分子的另一条链中，A和C分别占碱基数的_____、________。答案：26%24%2.DNA复制过程中相关计算规律(1)1个DNA分子复制n次，可形成2n个子代DNA分子，其中含最初母链的DNA分子占DNA分子总数的2/2n，即1/2n－1。(2)在DNA分子复制过程中，若DNA分子含有某碱基a个，则此DNA分子复制n次需要含有该碱基的脱氧核苷酸数为a(2n－1)个。训练某个DNA片段由500对碱基组成，A＋T占碱基总数的34%，若该DNA片段复制2次，共需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸分子个数为()A．330B．660C．990D．1320解析本题考查DNA的分子结构及复制中的相关计算。解答此类型题应对DNA分子的结构和复制特点能准确把握，尤其是碱基互补配对原则的灵活运用。DNA分子中A与T配对，G与C配对，故A＝T，G＝C，则该DNA分子片段中A＝T＝17%×500×2＝170，G＝C＝330，故复制2次后形成4个DNA分子片段所需要的C的数量为990个。C2.关于DNA复制中的计算（3）有关重轻链问题：利用同位素（如15N）示踪技术和密度梯度离心技术检测，DNA复制n次后，只有两个中链DNA（一条链含14N，一条链含15N），其余（2n-2）个DNA全为轻链（两条链均为14N）。3.碱基比例的运用由核酸所含碱基种类及比例可以分析判断核酸的种类。（1）若有U无T，则该核酸为RNA。（2）若有T无U，且A=T，G=C，则该核酸一般为双链DNA。（3）若有T无U，且A≠T，G≠C，则该核酸为单链DNA。A.③对维持DNA分子结构的稳定性起到非常重要的作用，是限制性核酸内切酶的作用部位B.该DNA分子的特异性表现在碱基种类和（A+T）/（G+C）的比例上C.若该DNA分子中A有p个，占全部碱基的n/m（m2n），则G的个数为（pm/2n-p）个D.把此DNA分子放在含15N的培养液中复制两代，子代中含15N的DNA占3/4关于下图中DNA分子的说法，正确的是（）C将含有两对同源染色体，其DNA分子都已用32P标记的精原细胞，放在只含31P的原料中进行减数分裂。则该细胞所产生的四个精子中，含31P和32P标记的精子所占的比例分别是（）A.50%、50%B.50%、100%C.100%、50%D.100%、100%解析精原细胞中有两对同源染色体，其DNA分子都已用32P标记，在减数分裂的间期，进行DNA分子的复制，复制的结果是形成一条链含32P、一条链含31P的DNA分子，因此减数分裂形成的每个精子中的两条DNA分子链中，一条链含32P、一条链含31P。D∣↓翻译场所：（主要）模板：mRNA原料：碱基与氨基酸之间的关系：3个碱基（1个密码子）决定一种氨基酸搬运工：tRNA（有反密码子）产物：蛋白质（肽链）细胞质中的核糖体20种氨基酸（2）中心法则（信息流）：2.基因对性状的控制单基因对性状的控制：基因与基因与基因与基因基因产物环境考点三DNA的功能——基因的功能1.复制、转录、翻译的比较DNA的功能传递遗传信息（多个DNA）表达遗传信息（以基因为单位）复制转录翻译时间在细胞分裂（有丝分裂和减数第一次分裂）的间期个体发育的全过程进行场所主要在细胞核主要在细胞核细胞质的核糖体模板以DNA的两条链为模板以DNA的一条链为模板以信使RNA为模板原料4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸20种氨基酸条件需要特定的酶和ATP产物两个双链DNA分子一条单链mRNA具有特定氨基酸顺序的蛋白质信息传递DNA→DNADNA→mRNAmRNA→蛋白质2.基因与DNA、染色体、脱氧核苷酸、遗传信息、蛋白质、性状之间的关系（1）基因与DNA的关系：基因是控制生物性状的遗传物质的结构单位和功能单位，是有遗传效应的DNA分子片断。每个DNA分子上有许多基因。（2）基因与染色体的关系：基因在染色体上呈线性排列（即同一个染色体上的基因连锁在一起）。染色体是基因的主要载体。3.基因表达与个体发育之间的关系（1）个体发育受精卵卵————→幼体——→成体（性成熟）发育细胞分裂细胞分化在这一过程中，生物个体的各种性状（或表现型）得以逐渐表现。个体发育过程是受遗传物质控制的，发育过程是细胞内基因选择性表达的结果。（2）个体发育过程中产生的众多体细胞均来自同一受精卵的有丝分裂，因而含有相同的遗传物质或基因，但生物体不同部位细胞表现出的性状不同，而且不同性状是在不同时期表现的。所以在个体发育过程中，生物体内基因的表达有如下特点：①虽然不同的细胞含有相同的基因，但不同的细胞选择性表达不同的基因，如胰岛细胞能表达胰岛素基因，但不表达血红蛋白基因。②细胞内基因的顺序表达。同一细胞的不同发育时期表达不同的基因。4.基因表达控制个体发育的方式基因控制性状需经过一系列步骤，有如下两种方式：（08·江苏生物）下图为原核细胞中转录、翻译的示意图。据图判断，下列描述中正确的是（多选）()A.图中表示4条多肽链正在合成B.转录尚未结束，翻译即已开始C.多个核糖体共同完成一条多肽链的翻译D.一个基因在短时间内可表达出多条多肽链解析原核细胞由于没有核膜的阻断，所以可以边转录边翻译。原核生物的基因结构多数以操纵子形式存在，即完成同类功能的多个基因聚集在一起，处于同一个启动子的调控之下，下游同时具有一个终止子。图中附有核糖体的四条链是转录后的mRNA，而不是4条肽链，核糖体合成的才是肽链；在蛋白质合成过程中，同一条mRNA分子能够同多个核糖体结合，同时合成若干条蛋白质多肽链，结合在同一条mRNA上的核糖体就称为多聚核糖体，这样一个基因在短时间内可表达出多条肽链。答案BD（08·上海卷）中心法则揭示了生物遗传信息由DNA向蛋白质传递与表达的过程。请回答下列问题：（1）a、b、c、d所表示的四个过程依次分别是、、和。（2）需要tRNA和核糖体同时参与的过程是（用图中的字母回答）。（3）a过程发生在真核细胞分裂的期。（4）在真核细胞中，a和b两个过程发生的主要场所是。（5）能特异性识别信使RNA上密码子的分子是，它所携带的分子是。（6）RNA病毒的遗传信息传递与表达的途径有（用类似本题图中的形式表述）：①；②。解析由图可知，a过程为DNA的复制，发生在细胞分裂的间期；b为转录，在真核细胞中，主要发生在细胞核中，还发生在绿色植物的叶绿体和线粒体中；c为翻译过程，发生在细胞质中；d过程为逆转录，主要是少数病毒侵入宿主细胞后发生的遗传信过程；e为RNA的复制；tRNA是翻译过程的翻译者，能识别mRNA上的密码子；RNA病毒遗传信息的传递和表达途径有RNA→蛋白质或RNA→DNA→RNA→蛋白质。答案（1）DNA复制转录翻译逆转录（2）c（3）间（4）细胞核（5）tRNA（转运RNA）氨基酸（6