专题六遗传的分子基础.docx
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专题六遗传的分子基础
专题六遗传的分子基因
一、核酸和遗传物质的关系:
生物
核酸
遗传物质
核苷酸和碱基
举例
真核生物
DNA和RNA
DNA
8种核苷酸(4种脱氧核苷酸、4种核糖核苷酸);5种碱基(A、T、C、G、U)
动物、植物、真菌等
原核生物
DNA和RNA
DNA
8种核苷酸(4种脱氧核苷酸、4种核糖核苷酸);5种碱基(A、T、C、G、U)
杆菌、球菌等细菌;蓝细菌
病毒
DNA病毒
DNA
DNA
4种脱氧核苷酸
4种碱基(A、T、C、G)
T2噬菌体
RNA病毒
RNA
RNA
4种核糖核苷酸;
4种碱基(A、U、C、G)
HIV、甲型H1N1流感病毒、H5N1禽流感病毒、烟草花叶病毒
【小结1】:
在整个生物界中(对于所有生物而言),DNA是主要的遗传物质,RNA是次要的遗传物质;而对于一种生物而言,遗传物质是唯一的,DNA或RNA是它的遗传物质。
例1.(09江苏)下列有关;生物体遗传物质的叙述,正确的是(B)
A.大肠杆菌的遗传物质主要是DNAB.酵母菌的遗传物质主要分布在染色体上
C.T噬菌体的遗传物质含有硫元素D.HIV的遗传物质水解产生4种脱氧核苷酸
二、核酸是遗传物质的证据:
RNA是遗传物质的证据
知识网络:
——烟草花叶病毒感染和重建实验
间接证据(课本P48)
DNA是遗传物质的证据
核酸是遗传物质的证据
肺炎双球菌转化实验
噬菌体侵染细菌实验
直接证据
(一)肺炎双球菌转化实验:
1、活体细菌转化实验(1928年,格里菲思):
(1)过程(见右图):
(2)结论:
加热杀死的S型细菌内有某种“转化因子”,能使R型细菌转化为S型细菌。
(3)思考:
①为什么S型肺炎双球菌可以使小鼠患病死亡而R型细菌则不能?
S型菌有荚膜,对小鼠有毒。
能使小鼠得败血症死亡。
②加热杀死S型细菌,却为何杀不死其DNA?
这样的DNA还具有遗传功能吗?
高温对DNA来说只是将氢键断裂,双链解开,当温度降至65℃以下,氢键又会重新生成,DNA双链重新恢复,这个过程是可逆的,所以DNA仍具有遗传功能。
③格里菲思有没有找到“转化因子”?
如何设计实验才能找出“转化因子”?
预期结果如何?
没有。
将S型细菌中 DNA、蛋白质 及其他物质分离出来,分别与 R型菌 混合培养,观察结果(观察指标:
菌落形态)。
预期结果:
只有DNA才能使R型菌转化成S型菌。
2、离体细菌转化实验(1944年,艾弗里):
(1)过程(见下页图)
(2)思考:
①本实验中为什么还要增加一个用DNA酶处理的对照组?
起到 条件对照 的作用,从反面说明促使细菌转化的物质确实是DNA,使实验更严密,更有说服力。
②该实验能得出什么样的结论,有何不足之处?
结论:
“转化因子”是DNA,即DNA是遗传物质,而蛋白质不是遗传物,且DNA纯度越高,转化效率就越高。
离体细菌转化实验
不足之处:
因为受到当时技术的限制,实验用的DNA纯度不高,仍有少量蛋白质和其他物质的存在,这些也有可能就是转化因子。
③如何设计实验才能使结论更加有说服力?
要使实验更有说服力,实验设计的思路就是要使DNA和其他物质完全分开,然后直接地、单独地去观察各种成分的作用。
(3)细菌转化的实质:
是外源DNA与受体DNA之间发生了基因重组,并非发生了基因突变。
例2.肺炎双球菌在小鼠身上的转化实验,此实验结果(D)
A.证明了DNA是遗传物质B.证明了RNA是遗传物质
C.证明了蛋白质是遗传物质D.没有具体证明哪一种物质是遗传物质
例3.(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(D)
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
注意:
①杀死小鼠的是S型菌,而不是S型菌的DNA
②S型菌的DNA的转化对象是R型菌,不是R型菌的DNA,更不是小鼠细胞。
例4.肺炎双球菌转化实验中,将加热杀死的S型细菌与R型细菌相混合后,注射到小鼠体内,在小鼠体内S型、R型细菌含量变化情况如图所示,下列有关叙述中正确的是(B)
A、死亡的小鼠体内只能检出有S型细菌
B、曲线ab段的原因是小鼠的体内还没有形成大量的免疫R型菌效应细胞毒性T细胞和抗体
C、曲线bc段下降是因为绝大多数的R型菌转化成了S型菌
D、R型细菌转化为S型细菌,是因为R型细菌内DNA发生了基因突变。
注:
曲线bc段的原因:
绝大多数的R型细菌被小鼠的免疫系统所消灭;曲线cd段的原因:
S型细菌破坏了小鼠的免疫系统,从而降低了小鼠的免疫能力。
(二)噬菌体侵染细菌实验
1、过程:
(见右图)
2、思考:
①细菌和病毒都很小,用肉眼无法观察到,那么科学家如何知道噬菌体的DNA进入了细菌体内,而蛋白质没有进入呢?
进行同位素标记(同位素示踪)
②把T2噬菌体直接放在含同位素32P或35S的培养基上培养能得到同位素标记的T2噬菌体吗?
为什么?
如何才能得到同位素标记的T2噬菌体?
不能,因为病毒不能独立生活,必须寄生在宿主细胞内才能增殖,所以要用活细胞来培养病毒。
标记方法及同位素检测结果见右图。
分析:
从同位素检测结果可知,噬菌体侵染细菌时,侵染进入细菌的是DNA,而蛋白质外壳留在外面;说明在亲、子代噬菌体之间蛋白质没有连续性,而DNA有连续性,从而证明亲、子代噬菌体的相同是因为DNA,即DNA是遗传物质。
③此实验的结论是什么?
有何不足之处?
添加怎样的步骤即可证明?
结论:
噬菌体的增殖是在噬菌体DNA的作用下完成的,DNA是遗传物质。
不足之处:
没有证明蛋白质不是遗传物质。
添加步骤:
将噬菌体蛋白质外壳人工注射到细菌内,观察是否能形成子代噬菌体。
思考:
短时间的培养、搅拌、离心的目的?
短时间培养:
让噬菌体吸附到细菌表面,并侵入其核酸;搅拌:
使细菌外的噬菌体(完整的噬菌体和噬菌体的蛋白质外壳)与细菌分离;离心:
使悬浮液分层,密度小的噬菌体(完整的噬菌体和噬菌体的蛋白质外壳)上浮,密度大的细菌下沉。
思考:
用35S标记蛋白质外壳的噬菌体去侵染未标记的细菌,理论上只有上清液出现放射性,如沉淀物也出现放射性,则主要是什么原因造成?
培养时间长短不影响其放射性的分布,而搅拌、离心不充分会使沉淀物中出现放射性。
思考:
用32P标记DNA的噬菌体去侵染未标记的细菌,理论上只有沉淀物出现放射性,如上清液也出现放射性,则主要是什么原因造成?
搅拌充分与否不影响其放射性的分布,而培养时间过长(释放出有放射性的子代噬菌体)或过短(有放射性的DNA未侵入)、离心不充分会合上清液出现放射性。
例5.下图为用含32P的T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验,据图回答:
(1)根据上述实验对下列问题进行分析:
①图中锥形瓶中的培养液是用来培养大肠杆菌,其内的营养成分中是否含有32P?
否
②图中的A表示侵染过程,此过程中进入大肠杆菌的是噬菌体DNA,没有进入的是噬菌体蛋白质。
(2)对下列可能出现的实验误差进行分析:
①实验测定,发现在搅拌后的上清液中含有0.8%的放射性,其最可能的原因是培养时间过短,有部分噬菌体的DNA未侵入细菌,仍存在于培养液中。
②当接种噬菌体后培养时间过长,发现在搅拌后的上清液中发现有放射性,其最可能的原因是复制增殖后形成的噬菌体从大肠杆菌中释放出来,进入上清液。
例6.(实验材料)1952年赫尔希与蔡斯用35S和32P分别标记T2噬菌体时,做法是(C)
A.分别用35S和32P的人工培养基培养T2噬菌体
B.分别将35S和32P注入鸡胚,再用T2噬菌体感染鸡胚
C.分别用35S和32P的培养基培养细菌,再分别用上述细菌培养T2噬菌体
D.分别用35S和32P的动物血清培养T2噬菌体
例7.(实验方法)赫尔希和蔡斯用同位素标记的标记T2噬菌体与无标记的细菌培养混合,以此实验来证明DNA是遗传物质。
与此有关的叙述正确的是(D)
A.用14C和18O分别标记T2噬菌体,然后再与细菌分别混合培养
B.用14C和18O同时标记T2噬菌体,然后再与细菌混合培养
C.用32P和35S同时标记T2噬菌体,然后再与细菌混合培养
D.用32P和35S分别标记T2噬菌体,然后再与细菌分别混合培养
例8.、(实验过程)如果用15N、32P、35S标记噬菌体后,让其侵染细菌,在产生的子代噬菌体的组成结构成分中,能够找到的放射性元素是(A)
A.可在DNA中找到15N和32PB.可在外壳中找到15N和35S
C.可在DNA中找到15N、32P、35SD.可在外壳中找到15N
(三)烟草花叶病毒的重建及其对烟草的感染实验
结论:
证明了RNA病毒的遗传物质是RNA,而不是蛋白质。
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
例9.(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(C)
A.实验①B.实验②C.实验③D.实验④
【小结2】1、探究生物遗传物质的实验中,科学家们的最关键的实验设计思路:
设法把DNA(或RNA)与蛋白质分开,单独地、直接地去观察DNA(或RNA)或蛋白质的作用。
例10.在证明DNA是遗传物质的几个著名经典实验中,在实验设计思路中最关键的是(B)
A.要用到同位素标记的DNA和蛋白质B.要分离DNA和蛋白质,单独观察他们的作用
C.要得到噬菌体和肺炎双球菌D.要区分DNA和蛋白质,单独观察他们的作用
【小结3】
(1)DNA是主要的遗传物质(因为绝大多数生物的遗传物质都是DNA);
(2)核酸是一切生物的遗传物质;
(3)含DNA的生物以DNA作为遗传物质;
(4)不含DNA只含RNA的生物以RNA作为遗传物质
(5)具细胞结构的生物均以DNA作为遗传物质;
(6)不具细胞结构的生物(病毒)以DNA或RNA作为遗传物质;
例11.(12江苏卷)人类对遗传物质本质的探索经历了漫长的过程,下列有关叙述正确的是(B)
A.孟德尔发现遗传因子并证实了其传递规律和化学本质
B.噬菌体侵染细菌实验比肺炎双球菌体外转化实验更具说服力
C.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
D.烟草花叶病毒感染烟草实验说明所有病毒的遗传物质是RNA
例12.(2008年海南卷)下列关于蛋白质代谢的叙述,错误的是(D)
A.噬菌体利用细菌的核糖体合成自身的蛋白质B.绿色植物可以合成自身所需的蛋白质
C.tRNA、mRNA、rRNA都参与蛋白质的合成D.肺炎双球菌利用人体细胞的核糖体合成自身的蛋白质
三、中心法则及补充
中心法则是对遗传信息的传递过程的概括。
备注:
只有在极少数被RNA病毒寄生的宿主细胞中,才有逆转录、RNA复制的过程。
中心法则的5个过程全都运用了碱基互补配对原则。
(一)
DNA分子与RNA分子的比较
核酸
项目
DNA
RNA
结构
规则的双螺旋结构
通常呈单链结构
基本组成单位
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
碱基
嘌呤
A、G
A、G
嘧啶
C、T
C、U
五碳糖
脱氧核糖
核糖
无机酸
磷酸
磷酸
因此,构成核酸的碱基共5种,核苷酸共8种
(二)DNA的结构
1.组成元素:
C、H、O、N、P
2.DNA基本组成单位:
脱氧核苷酸(上右图中的④)
3.DNA的空间结构:
规则的双螺旋结构
4.DNA分子双螺旋结构的主要特点:
①两条反向平行的脱氧核苷酸链盘旋而成。
外侧:
脱氧核糖和磷酸交替连接形成主链的基本骨架(上右图中的⑦)。
内侧:
碱基通过氢键(上右图中的⑤)连接形成碱基对(上右图中的⑥)。
②碱基之间的连接遵循碱基互补配对原则;
③DNA分子中的碱基含量符合卡伽夫法则法则。
即A=T,G=C,但A+T不一定等于C+G。
例13.(09广东卷)有关DNA分子结构的叙述,正确的是(A)
A.DNA分子由4种脱氧核苷酸组成B.DNA单链上相邻碱基以氢键连接
C.碱基与磷基相连接D.磷酸与核糖交替连接构成DNA链的基本骨架
例14.(10江苏卷)1.下列关于核酸的叙述中,正确的是(D)
A.DNA和RNA中的五碳糖相同B.组成DNA与ATP的元素种类不同
C.T2噬菌体的遗传信息贮存在RNA中D.双链DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数
5、碱基互补配对原则的一般规律及相关计算
①一个双链DNA分子中,A=T,C=G,A+G=T+C,故(A+G)%=(T+C)%=50%
②DNA分子一条链中(A+G)/(C+T)=另一条链中(C+T)/(A+G)
③DNA分子一条链中(A+T)/(C+G)=另一条链中(A+T)/(C+G)=整个DNA分子中(A+T)/(C+G)
④不同生物的DNA中,(A+T)/(C+G)的比值不同。
注意:
做题时要分清楚是DNA分子(双链)还是脱氧核苷酸单链。
例15、某双链DNA分子中,鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基的54%,其中a链的碱基中,22%是腺嘌呤,28%是胞嘧啶,则b链中腺嘌呤占该链碱基的比例和胞嘧啶占整个DNA分子碱基的比例分别为(A)
A.24%、13%B.23%、27%C.48%、26%D.22%、28%
(三)DNA的复制、转录和翻译的比较:
项目
传递遗传信息
表达遗传信息
DNA的复制
转录
翻译
时间
有丝分裂间期和减Ⅰ间期
生长发育的过程中(分裂和不分裂的细胞)
场所
主要在细胞核
主要在细胞核
主要在细胞溶胶的核糖体
模板
DNA的两条链
基因的一条链
信使RNA
原料
4种脱氧核苷酸
4种核糖核苷酸
20种氨基酸
原则
A-T;T-A;G-C;C-G
A-U;T-A;G-C;C-G
A-U;U-A;C-G;G-C
酶
解旋酶、DNA聚合酶
RNA聚合酶等
蛋白质合成酶
能量
ATP
ATP
ATP
其他条件
∕
∕
转运RNA
特点
半保留复制、边解旋边复制
DNA边解旋,边转录;遵循碱基互补配对原则
一个mRNA连续结合多个核糖体;遵循碱基互补配对原则
产物
两个相同子代DNA分子
一个DNA分子形成多个多种RNA分子
具有特定氨基酸顺序的多肽
信息传递
DNA→DNA
DNA→mRNA
mRNA→蛋白质
例16.(09江苏卷)12.下图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图,有关叙述错误的是(A)
A.图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的
B.图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的
C.真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶
D.真核生物的这种复制方式提高了复制速率
例17.(2012年福建卷)双脱氧核昔酸常用于DN人侧序,其结构与脱载核昔酸相似,能参与DNA的合成,且遵循玻基互补配对原则。
DNA合成时,在DNA聚合酶作用下,若连接上的是双脱氧核昔酸,子链延伸终止;若连接上的是脱氧核昔酸,子链延伸继续。
在人工合成体系中,有适量的GTACATACATC的单链模板、胸腺嘧啶双脱氧核苷酸和4中脱氧核苷酸,则以该链为模板合成出的不同长度的子链最多有(D)
A.2种B.3种C.4种D.5种
例18、(09广东卷)有关蛋白质合成的叙述,错误的是(C)
A.终止密码子不编码氨基酸B.每种tRNA只运转一种氨基酸
C.tRNA的反密码子携带了氨基酸序列的遗传信息D.核糖体可在mRNA上移动
例19、(10天津卷).根据表中的已知条件,判断苏氨酸的密码子是(C)
A.TGUB.UGAC.ACUD.UCU
【小结4】
比较项目
遗传信息
密码子
反密码子
概念
基因中核苷酸的排列顺序
mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基
在tRNA上与密码子互补配对的三个碱基
存在位置
DNA或RNA(基因)
mRNA
tRNA
作用
决定氨基酸的排列顺序,即通过转录和翻译控制蛋白质的生物合成,从而控制生物性状
直接控制蛋白质的氨基酸的排列顺序
识别密码子
三者的对应关系:
例20.下列关于遗传信息传递的叙述,错误的是(D)
A.线粒体和叶绿体中遗传信息的传递遵循中心法则B.DNA中的遗传信息可决定蛋白质中氨基酸的排列顺序
C.DNA中的遗传信息是通过转录传递给mRNA的D.DNA病毒中没有RNA,其遗传信息的传递不遵循中心法则
例21.(2012年安徽卷)图示细胞内某些重要物质的合成过程,该过程发生在(C)
A.真核细胞内,一个mRNA分子上结合多个核糖体同时合成多条肽链
B.原核细胞内,转录促使mRNA在核糖体上移动以便合成肽链
C.原核细胞内,转录还未结束便启动遗传信息的翻译
D.真核细胞内,转录的同时核糖体进入细胞核启动遗传信息的翻译
例22.(09海南卷)已知a、b、c、d是某细菌DNA片段上的4个基因,右图中W表示野生型,①、②、③分别表示三种缺失不同基因的突变体,虚线表示所缺失的基因。
若分别捡测野生型和各种突变体中某种酶的活性,发现仅在野生型和突变体①中该酶有活性,则编码该酶的基因是(B)
A.基因aB.基因bC.基因cD.基因d
注意:
题中的突变体①②③变异类型是染色体结构变异中的缺失。
而来是基因突变。
例23.(09海南卷)有关真核细胞DNA复制和转录这两种过程的叙述,错误的是(C)
A.两种过程都可在细胞核中发生B.两种过程都有酶参与反应
C.两种过程都以脱氧核糖核苷酸为原料D.两种过程都以DNA为模板
例24.(2008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DNA复制、转录、翻译和逆转录。
(2)需要tRNA和核糖体同时参与的过程是C(用图中的字母回答)。
(3)a过程发生在真核细胞分裂的有丝分裂间(S)或减Ⅰ间期期。
(4)在真核细胞中,a和b两个过程发生的主要场所是细胞核。
(5)能特异性识别信使RNA上密码子的分子是tRNA(转运RNA),后者所携带的分子是氨基酸。
(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。
判断题:
①每种tRNA能识别并转运多种氨基酸(×)②tRNA共有64种(×)③tRNA能识别mRNA上的密码子(√)④密码子的种类共有64种(√)⑤密码子位于基因中(×)⑥一种氨基酸对应一种密码子(×)⑦tRNA只有三个碱基且这三个碱基称为反密码子。
(×)
【小结5】DNA、mRNA、氨基酸相关计算:
①转录时、组成基因的两条链只有一条链能转录,称为模板链。
所以,mRNA中碱基数目是基因中碱基数目的1/2。
②翻译时,mRNA中三个相邻的碱基决定1个氨基酸,所以,经翻译合成的蛋白质中氨基酸数目是mRNA中碱基数目的1/3(不考虑终止密码)。
所以,蛋白质中氨基酸数:
mRNA中碱基数:
基因中碱基数=1:
3:
6
推断过程:
氨基酸数目→密码子个数→1/2mRNA中碱基数目→1/6基因中碱基数
比较
内容
基因中能编码蛋白质序列的碱基数
mRNA上的碱基数
参与转运氨基酸的tRNA的最多个数
蛋白质中氨基酸数
蛋白质中的肽链数
蛋白质中的肽键数
脱水缩合失去的水分子数
数目
6m
3m
m
m
n
m-n
m-n
比较内容
蛋白质分子量
至少含有的-NH2或-COOH数
至少含有的O个数
数目
am-18(m-n)
n
m+n
注:
①设氨基酸的平均分子量为a②如存在-S-S-,则形成一个-S-S-再减去2。
例25.(09上海卷)某条多肽的相对分子质量为2778,若氨基酸的平均相对分子质量为110,如考虑终止密码子,则编码该多肽的基因长度至少是(D)
A.75对碱基B.78对碱基C.90对碱基D.93对碱基
例26.一段原核生物的mRNA通过翻译可合成一条含有11个肽键的多肽,则此mRNA分子至少含有的碱基个数及合成这段多肽需要的tRNA个数,依次为(B)
A.3311B.3612C.1236D.1136
变式题1.由n个碱基组成的基因,控制合成由1条多肽链组成的蛋白质,氨基酸的平均分子量为a,则该蛋白质的相对分子质量最大为(D)
A.na/6B.na/3-18(n/3-1)C.na-18(n-1)D.na/6-18(n/6-1)
例27.某DNA分子中,若A占32.8%,当其复制两次后,其中T应该占到多少?
(B)
A.17.2%B.32.8%C.50%D.65.6%
例28.(2012年山东卷)假设一个双链均被32P标记的噬菌体DNA由5000个碱基对组成,其中腺嘌呤占全部碱基的20%,用这个噬菌体侵染只含31P的大肠杆菌,共释放出100个子代噬菌体。
下列叙述正确的是(C)
A.该过程至少需要3×105个鸟嘌呤脱氧核苷酸B.噬菌体增殖需要细菌提供模版、原料和酶等
C.含32P与只含31P的子代噬菌体的比例为1:
49D.该DNA发生突变,其控制的性状即发生改变
【小结6】一个双链DNA分子连续复制n次,所需游离的脱氧核苷酸数=M×(2n-1),
其中M为的所求的脱氧核苷酸在原来DNA分子中的数量。
【小结7】用一个15N标记噬菌体的DNA去侵染大肠杆菌,复制了n次,得到2n个噬菌体,其中DNA分子总数__2n__;只含15N的分子的DNA__0__;含15N14N的分子的DNA__2__;只含14N的分子的DNA__2n-2__;脱氧核苷酸链总数__2n+1___;含15N的脱氧核苷酸链为__2__;含14N的脱氧核苷酸链为__2n+1_-2_。
例29.假如一个D
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