专题四 第一讲 遗传的物质基础

专题四遗传、变异和进化第一讲遗传的物质基础主干知识回扣一、基因的本质1．DNA是主要的遗传物质DNA是遗传物质的实验证据(绝大多数生物)格里菲思转化实验——结论：艾弗里转化实验——结论：噬菌体侵染细菌实验过程结论：DNA是遗传物质用35S标记噬菌体用32P标记噬菌体与细菌混合与细菌混合上清液中沉淀物中上清液中沉淀物中实验思想：搅拌离心搅拌离心加热杀死的S型细菌中含有转化因子DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质放射性高放射性很低放射性很低放射性高将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RNA也是遗传物质——烟草花叶病毒侵染实验（少数生物）2．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)3．DNA分子的复制概念：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)、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为复制提供了精确的模板保证了复制准确无误遗传信息：本质：基因是有的DNA片段保障4．基因的本质反向脱氧核糖磷酸碱基互补配对原则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边解旋边复制半保留复制独特的双螺旋结构碱基互补配对基因中4种碱基的排列顺序遗传效应二、基因的表达1．基因指导蛋白质的合成过程转录场所：(主要)模板：DNA片段(基因)的一条链原料：酶：RNA聚合酶等产物：RNA翻译场所：(主要)模板：mRNA原料：碱基与氨基酸之间的关系：3个相邻碱基(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)中心法则(信息流)：细胞核四种游离的核糖核苷酸细胞质中的核糖体20种氨基酸2．基因对性状的控制控制相互作用单基因对性状的控制：代谢生物体的性状基因与基因与基因与生物体的性状控制控制控制酶蛋白质的结构基因基因产物环境基因高频考点整合考点一遗传物质探索实验的分析及整合1．在证明DNA是遗传物质的两大经典实验中，要特别注意以下问题：(1)格里菲思的实验中最关键的一组是将无毒性的R型活细菌与加热杀死的S型细菌混合，注入到小鼠体内，小鼠死亡。本实验的其他三组都是这一组实验的对照实验，更加有力地证明了DNA是一种转化因子的结论。(2)噬菌体侵染细菌的实验中，两次用到大肠杆菌，第一次是对噬菌体进行同位素标记，第二次是将带标记元素的噬菌体与大肠杆菌进行混合培养，观察同位素的去向。(3)艾弗里实验的结果是通过观察培养皿中的菌落特征而确定的。(4)S型菌DNA重组到R型菌DNA分子上，使R型菌转化为S型菌，这是一种可遗传的变异。(5)被32P标记的噬菌体侵染细菌实验中，上清液应无放射性。若存在放射性，其原因之一可能是培养时间过长，细菌裂解，子代噬菌体已被释放出来；原因之二是部分噬菌体并未侵入细菌内。2．生物的遗传物质总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训练1(2010·江苏卷，4)探索遗传物质的过程是漫长的，直到20世纪初期，人们仍普遍认为蛋白质是遗传物质。当时人们作出判断的理由不包括()A．不同生物的蛋白质在结构上存在差异B．蛋白质与生物的性状密切相关C．蛋白质比DNA具有更高的热稳定性，并且能够自我复制D．蛋白质中氨基酸的不同排列组合可以贮存大量遗传信息解析蛋白质的热稳定性比DNA差，在加热条件下，蛋白质会变性失活，而DNA只是热解旋。蛋白质一般不能够自我复制。答案C训练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：①R型细菌的DNA+DNA酶→加入加热杀死的S型细菌→注射入小鼠②S型细菌的DNA+DNA酶→加入R型细菌→注射入小鼠③R型细菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入加热杀死的S型细菌的DNA→注射入小鼠④S型细菌+DNA酶→高温加热后冷却→加入R型细菌的DNA→注射入小鼠以上4个实验中小鼠存活的情况依次是()A．死亡，存活，存活，存活B．死亡，死亡，存活，存活C．存活，存活，存活，存活D．死亡，存活，存活，死亡解析本题考查肺炎双球菌的转化问题，理解的关键就是只有R型活细菌＋加热杀死的S型细菌的DNA才能发生转化。①R型细菌的DNA被DNA酶分解，因无转化条件故小鼠存活；②S型细菌的DNA在DNA酶的作用下被分解，再注入R型细菌，不发生转化，故小鼠不死亡；③R型细菌高温加热被杀死，再加入加热杀死的S型细菌的DNA，因无转化条件，所以不能发生转化，故小鼠存活；④S型细菌高温加热被杀死，只加入R型细菌的DNA，因此也无转化条件，故小鼠也存活。答案C考点二DNA分子的相关计算1．DNA分子结构中相关碱基计算规律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)mmmnnn互补碱基之和的比例在整个DNA及任一条链中都相等a1/a1b1/b1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CGTAG+CA+TAGTCACG+TAUGCmGCA+UnAG1/UCaAC1/G+Ub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；含有的最初母链占DNA单链总数的2/(2n×2)＝1/2n。(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；第n次复制需要含有该碱基的脱氧核苷酸数为a·2n－1个。训练3(2010·上海卷，4)细胞内某一DNA片段中有30%的碱基为A，则该片段中()A．G的含量为30%B．U的含量为30%C．嘌呤含量为50%D．嘧啶含量为40%解析根据DNA的碱基互补配对原则得知，A＝T＝30%，则G＝C＝20%。双链DNA分子中嘌呤碱基数＝嘧啶碱基数＝50%。U是RNA中的特有碱基，DNA分子中无碱基U。C训练4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。C考点三基因的本质及遗传信息的传递1．基因及其功能(1)本质：基因是有“遗传效应”的DNA片段(遗传效应是指基因能转录并翻译为蛋白质)。(2)功能①通过复制传递遗传信息。②通过转录、翻译表达遗传信息。③其碱基对的排列顺序代表遗传信息，从而使基因有贮存遗传信息的作用。④可发生基因突变、基因重组，从而产生可遗传的变异。(3)基因控制生物性状的途径(4)基因与性状的数量关系一个基因控制共同控制一种或多种性状多个基因一种性状2．遗传信息、密码子、反密码子的区别与联系比较项目位置数量关系遗传信息DNA不同DNA中数量不同DNA两条链上的碱基互补配对密码子mRNA64种(3种终止密码子，61种决定氨基酸的密码子)与DNA模板链上的碱基互补配对(T被U取代)反密码子tRNA61种(理论上)与mRNA上的碱基互补配对特别提醒(1)DNA的复制是典型的半保留复制，利用同位素标记法和密度梯度离心技术可以证明。(2)基因是有遗传效应的DNA片段，随着DNA的复制而复制；遗传信息的表达实际上就是基因的表达。(3)原核生物DNA的复制和转录主要在拟核进行。(4)在遗传物质的转录和翻译过程中始终遵循碱基互补配对原则。①转录时以DNA解旋后的一条链为模板，按照A－U、G－C、T－A、C－G碱基互补配对原则形成mRNA。②翻译时按A－U、G－C、U－A、C－G的碱基互补配对原则，与mRNA上每三个相邻碱基配对的tRNA运载着特定的氨基酸进入核糖体合成蛋白质。训练5回答有关真核细胞中遗传信息及其表达的问题：(1)将同位素标记的尿核苷(尿嘧啶和核糖的结合物)加入细胞培养液中，不久在细胞核中发现被标记的____________、__________、__________。(2)将从A细胞中提取的核酸，通过基因工程的方法，转移到另一种细胞B中，当转入__________时，其遗传信息在B细胞中得到表达并能复制传给下一代，当转入__________时，在B细胞中虽能合成相应的蛋白质，但性状不会遗传。(3)已知某基因片段碱基排列如下图。由它控制合成的多肽中含有“—脯氨酸—谷氨酸—谷氨酸—赖氨酸—”的氨基酸序列。(脯氨酸的密码子是CCU、CCC、CCA、CCG；谷氨酸的是GAA、GAG；赖氨酸的是AAA、AAG；甘氨酸的是GGU、GGC、GGA、GGG。)①—GGCCTGAAGAGAAGT—②—CCGGACTTCTCTTCA—a．翻译上述多肽的mRNA是由该基因的__________链转录的(以图中的①或②表示)。此mRNA的碱基排列顺序是：______________________。b．若该基因由于一个碱基被置换而发生突变，所合成的多肽的氨基酸排列顺序成为“—脯氨酸—谷氨酸—甘氨酸—赖氨酸—”。写出转录并翻译出此段多肽的DNA单链的碱基排列顺序：_______________。解析(1)尿核苷是形成RNA的一种原料，故只要标记尿核苷，在所有的RNA中都能检测到。而RNA又分为mRNA、tRNA和rRNA三种。(2)细胞中的遗传信息能得到表达(即能转录和翻译)并能复制给下一代的只有DNA。只能合成相应蛋白质(即只能翻译)，而性状不能遗传的是RNA。(3)题干中的多肽含有4个氨基酸，但DNA的一条链却有15个碱基，这说明转录一定不是从两边开始的(若从两边开始转录，则不论从哪一边开始都能形成5个氨基酸，这与题干不符)。比较DNA的碱基序列，可以看出最特殊的是赖氨酸的密码子，最可能的应是AAG，正好对应②链中的最右边碱基TTC，从右向左即CTC对应密码子GAG为谷氨酸，CTT对应GAA为谷氨酸，GGA对应CCU为脯氨酸，所以，本题的模板链为该基因的②链。既然是从左边第三个碱基开始转录的，确定好了模板链后，该mRNA的碱基序列就能够准确的写出了。若该基因的一个碱基被置换，则很容易看出一个谷氨酸突变成甘氨酸，即由GAG只能转变成甘氨酸的密码子GGG，即由A→G，则模板链的碱基排列顺序就变成了—GGACTTCCCTTC—。答案(1)mRNAtRNArRNA(2)DNARNA(3)a.②—CCUGAAGAGAAG—b．—GGACTTCCCTTC—训练6(2010·天津卷，2)根据下表中的已知条件，判断苏氨酸的密码子是()DNA双链TGmRNAtRNA反密码子A氨基酸苏氨酸A.TGUB．UGAC．ACUD．UCU解析密码子是指mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。根据碱基互补配对原则和DNA上的碱基序列可知，苏氨酸的密码子前两个碱基分别是AC或UG，根据反密码子的碱基序列可知第三个碱基是U，结合选项可知，只有C项正确。解题过程中要注意mRNA上与反密码子中的碱基A配对的碱基是U。C应考高分突破选择题抢分技巧——找准选项例1美、以三位科学家因为“核糖体的结构和功能”的研究而获得2009年的诺贝尔化学奖。如图为细菌内核糖体作用的机制(AA代表氨基酸)，下列有关核糖体和细菌的叙述中，正确的是()A．给图示过程提供的遗传信息位于染色体上B．形成②和④的过程中均有水