高中生物学考复习专题突破10遗传的分子基础课件
展开1.概述多数生物的基因是DNA分子的功能片段,有些病毒的基因在RNA分子上2.概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成,通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构,碱基的排列顺序编码了遗传信息3.概述DNA分子通过半保留方式进行复制4.概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成,细胞分化的本质是基因选择性表达的结果,生物的性状主要通过蛋白质表现5.概述某些基因中碱基序列不变但表型改变的表观遗传现象
考点1 核酸是遗传物质的证据
1.肺炎链球菌活体转化实验证明在加热杀死的S型菌中存在DNA这种转化因子。( )2.噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是主要遗传物质。( )3.烟草花叶病毒的感染和重建实验证明了病毒的遗传物质是RNA。( )
提示 肺炎链球菌活体转化实验并未涉及对DNA分子的研究。
提示 噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是噬菌体的遗传物质。
提示 烟草花叶病毒的感染和重建实验证明了烟草花叶病毒的遗传物质是RNA,并未对其他病毒的遗传物质进行证明。
4.肺炎链球菌中的S型菌和R型菌结构及致病性不同的原因是二者遗传信息不同,与细胞分化无关。( )5.噬菌体侵染的是未标记的大肠杆菌,为保证侵染的效果可以延长保温的时间。( )6.活R型菌与死S型菌混合后注射到小鼠体内,可导致小鼠死亡,这就证明了DNA是遗传物质。( )
提示 需要进行适宜时间的保温,过长或过短均会造成实验误差。
提示 活R型菌与死S型菌混合后注射到小鼠体内,可导致小鼠死亡,只能证明可能存在某种转化因子。
7.噬菌体侵染大肠杆菌实验中细菌裂解后得到的噬菌体都带有32P标记。( )8.用32P标记的T2噬菌体侵染35S标记的大肠杆菌,合成子代噬菌体外壳的原料来自大肠杆菌,子代噬菌体外壳都含35S。( )
提示 由于DNA的复制具有半保留性,因此噬菌体侵染大肠杆菌实验中细菌裂解后得到的噬菌体少部分带有32P标记。
1.肺炎链球菌的转化实验(1)肺炎链球菌的类型
(2)活体肺炎链球菌转化实验
(3)肺炎链球菌离体转化实验
特别说明:DNA不仅可以引起细菌的转化,而且纯度越高,转化效率就越高。(4)实验结论:DNA是遗传物质,DNA赋予了生物的遗传特性。
2.噬菌体侵染细菌的实验(1)T2噬菌体结构及生活方式
(2)同位素标记噬菌体
(3)已标记噬菌体侵染及离心操作
(4)实验结论:DNA是遗传物质。
3.烟草花叶病毒对烟草叶细胞的感染实验(1)烟草花叶病毒对烟草叶片的感染实验①实验过程及现象
②实验结论:RNA是烟草花叶病毒的遗传物质,蛋白质不是其遗传物质。
(2)病毒重建及其对烟草叶片的感染①实验过程及现象
②结果分析与结论:重组病毒感染烟草,所繁殖的病毒类型取决于提供RNA的株系,而不是提供蛋白质的株系。
4.不同生物的遗传物质
考向1 肺炎链球菌转化实验分析
典例1(2023浙江杭州建德月考)艾弗里等人为了弄清转化因子的本质,进行了一系列的实验。下图是他们所做的一组实验,则三个实验的培养皿中存在两种菌落的是( )A.实验一和实验二B.只有实验二C.实验二和实验三D.实验一和实验三
解析 实验一:RNA酶不能将S型菌的DNA水解,因此S型菌的DNA能将R型菌转化为S型菌,该培养基中出现S型菌和R型菌两种菌落;实验二:DNA酶将S型菌的DNA水解了,因此不能将R型菌转化为S型菌,该培养基中只出现R型菌一种菌落;实验三:蛋白酶不能将S型菌的DNA水解,因此S型菌的DNA能将R型菌转化为S型菌,该培养基中出现S型菌和R型菌两种菌落。
典例2(2023浙江衢州期末)肺炎链球菌转化实验的部分过程如下图所示。下列有关叙述正确的是( )A.R型菌转化为S型菌后的DNA中,嘌呤与嘧啶碱基比例不变B.提取S型活菌的DNA直接注射到正常小鼠体内,小鼠会死亡C.在加热杀死的S型菌中,存在某物质能把所有R型菌转化为S型菌D.整合到R型菌内的DNA分子片段,可以直接表达出产物荚膜多糖
解析 DNA双链分子中嘌呤和嘧啶配对,故R型菌转化为S型菌后的DNA中,嘌呤与嘧啶碱基比例不变,A项正确;S型活菌的DNA本身没有毒性,所以提取S型活菌的DNA直接注射到正常小鼠体内,小鼠不会患败血症致死,B项错误;在加热杀死的 S型菌中,存在某物质能把R型菌转化为S型菌,但转化效率较低,不是所有R型菌都转化,C项错误;荚膜多糖属于多糖,而DNA分子表达的产物是蛋白质,所以整合到R型菌内的DNA分子片段,不能直接表达出产物荚膜多糖,D项错误。
能力提升活体转化实验与离体转化实验的本质区别 肺炎链球菌的转化实验分为两个,一个是采用活小鼠(或其他活的生物)进行侵染实验,这是 活体转化实验;另一个是采用分离的方法,获取 S 型菌的DNA、蛋白质、荚膜物质,分别与R 型菌混合进行培养,然后检测是否出现活的S型菌,这是离体转化实验。因此,区分活体与离体转化实验的标准不是对象是不是小鼠,而是有没有将 S型菌的各种物质分离,单独研究每一种物质的遗传功能。
考向2 噬菌体侵染细菌实验分析
典例3(2022浙江6月选考)下列关于“噬菌体侵染细菌的实验”的叙述,正确的是( )A.需用同时含有32P和35S的噬菌体侵染大肠杆菌B.搅拌是为了使大肠杆菌内的噬菌体释放出来C.离心是为了沉淀培养液中的大肠杆菌D.该实验证明了大肠杆菌的遗传物质是DNA
解析 实验过程中需分别用32P和35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌,A项错误;实验过程中搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体外壳与细菌分离,B项错误;大肠杆菌的质量大于噬菌体,离心的目的是沉淀培养液中的大肠杆菌,C项正确;该实验证明噬菌体的遗传物质是DNA,D项错误。
考向3 核酸是遗传物质证据实验的综合分析
典例4(2023浙江温州二模)检测指标应当能够科学地反映因变量。下列所述实验中,若要得出相应的结论,对应的检测指标错误的是( )
解析 S型菌具有致病性,所以感染了S型菌的小鼠会死亡,并且能从其体内分离出S型菌,因此可以得出结论:S型菌存在的“转化因子”能使R型菌转化为S型菌,A项正确;不同类型的肺炎链球菌的菌落特征不同,可根据菌落特征判断平板中肺炎链球菌的种类,从而可判断能将R型菌转化为S型菌的物质是DNA,B项正确;T2噬菌体侵染细菌实验是利用同位素标记法将噬菌体的DNA和蛋白质彻底分开,T2噬菌体侵染细菌只有遗传物质进入细菌,经过离心可将T2噬菌体的蛋白质外壳和细菌分开,所以可以通过检测沉淀物、上清液及子代噬菌体的放射性,得出DNA是遗传物质的结论,C项正确;烟草的叶片细胞中本就含有RNA,并不能说明烟草花叶病毒的遗传物质是RNA,D项错误。
考点2 DNA的结构与复制
1.DNA指纹技术利用了DNA分子的特异性。 ( )2.磷酸和核糖交替连接构成了DNA分子的基本骨架。( )3.DNA分子中C与G含量越高,其结构稳定性相对越大。( )4.DNA复制时,所用的原料是T、G四种碱基。( )5.DNA分子的一条链中,一个脱氧核糖通常连接一个磷酸基团。( )
提示 磷酸和脱氧核糖交替连接构成了DNA分子的基本骨架。
提示 DNA复制时,所用的原料是四种脱氧核苷酸。
提示 DNA分子中大多数脱氧核糖连接着两个磷酸基团,只有每条DNA单链的一端的一个脱氧核糖只连接一个磷酸基团。
6.DNA的遗传信息储存在脱氧核糖和磷酸的交替排列顺序中。( )7.DNA复制遵循碱基互补配对原则,新合成的DNA分子中两条链均是新合成的。( )8.某双链DNA片段中碱基G占总碱基数的30%,则该DNA的其中一条链中碱基T占总碱基数的10%。( )
提示 DNA中脱氧核苷酸的排列顺序蕴藏着遗传信息。
提示 DNA的复制特点为半保留式复制,因此新合成的DNA分子的两条链中只有一条链是新合成的。
提示 若双链DNA片段中碱基G占总碱基数的30%,则该双链DNA片段中碱基C占30%、碱基A占20%、碱基T占20%,但其中一条链中的碱基T不一定占总碱基数的10%。
一、DNA分子结构模型分析图示
(1)一个脱氧核糖分子连接一个或两个磷酸基团,由于DNA两条链具有反向平行特点,因此,应注意两条链上脱氧核苷酸的磷酸基团位置。如上图中,左链腺嘌呤脱氧核苷酸的磷酸基团在左上方,而右链中腺嘌呤脱氧核苷酸的磷酸基团在右下方。(2)氢键数量与DNA的稳定性:氢键数量越多,DNA越稳定。(3)嘌呤与嘧啶有结构差异,嘌呤为双环结构,嘧啶为单环结构。两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对,排列在内侧并且遵循碱基互补配对原则:A与T配对、G与C配对。
(4)DNA结构中,基本骨架固定不变,碱基对排列顺序千变万化
二、制作DNA双螺旋结构模型1.实验原理(1)DNA分子由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成。 (2)DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成主链的基本骨架。(3)DNA分子两条链上的碱基按照碱基互补配对原则两两配对,并且以氢键连接。2.制作程序
三、DNA分子的复制1.DNA通过半保留方式进行复制(1)探究DNA的复制过程①实验方法:同位素示踪技术和密度梯度离心技术。②实验原理:若DNA的两条链都用15N标记,那么DNA分子密度较大,离心后应该在试管的下部;若两条链中都含有14N,那么DNA分子密度较小,离心后应该在试管的上部;若DNA的两条链中一条含有15N,一条含有14N,那么DNA分子密度居中,离心后应该在试管的中部。
(2)DNA复制的特点、条件及准确复制的原因
(3)DNA复制的过程(如下图)
①解旋:首先利用细胞提供的能量,在解旋酶的作用下,两条DNA链的配对碱基之间的氢键断开,双链解开,碱基暴露出来,形成两条母链。②合成子链:分别以解开的每一段母链为模板,以细胞中游离的四种脱氧核苷酸为原料,按照碱基互补配对的原则,合成与母链互补的子链。③形成子代DNA:每条子链与其母链盘绕成双螺旋结构,从而形成两个与亲代DNA完全相同的DNA分子。
考向1 DNA的分子结构与模型制作
典例1(2023浙江七彩阳光联盟开学考)下图为在制作DNA双螺旋结构模型时,两个正确摆放的核苷酸模型。其中圆、五边形、长方形分别代表磷酸、五碳糖、含氮碱基,下列叙述正确的是( )A.图中五边形代表核糖或者脱氧核糖B.图中两个长方形分别代表嘌呤和嘧啶C.图中圆和五边形通过磷酸二酯键相连D.若图中两个长方形用两个别针(代表氢键)连接,形成G—C碱基对
解析 题图表示脱氧核苷酸,则其中的五边形代表脱氧核糖,A项错误;图中两个长方形代表含氮碱基,即嘌呤和嘧啶,B项正确;两个脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键相连,图中的圆(磷酸)与五边形(脱氧核糖)之间不是磷酸二酯键,C项错误;若图中两个长方形用两个别针(代表氢键)连接,则形成A—T碱基对,D项错误。
考向2 DNA分子中碱基比例计算
典例2(2021浙江1月学考)某双链DNA分子含有A、T、G、C共4种碱基,其中鸟嘌呤(G)分子数占20%,则胞嘧啶(C)分子数占( )A.10%B.20%C.30%D.40%
解析 某双链DNA分子含有A、T、G、C共4种碱基,其中鸟嘌呤(G)分子数占20%,而鸟嘌呤(G)的数目=胞嘧啶(C)的数目,则胞嘧啶(C)分子数占20%。
考向3 DNA分子的复制过程与计算
典例3(2023浙江杭州四校10月联考)将双链DNA在中性盐溶液中加热,两条DNA单链分开,该过程叫作DNA变性。变性后的DNA如果慢慢冷却,又能恢复成为双链DNA,该过程叫作退火。回答下列关于双链DNA分子的结构和复制的问题。
注:箭头方向代表DNA子链的延伸方向。
(1)从结构上看(图1),DNA两条链的方向________(填“相同”或“相反”)。DNA复制时,催化脱氧核苷酸添加到DNA子链上的酶是____________,该酶只能使新合成的DNA链从5'端向3'端延伸,依据该酶催化DNA子链延伸的方向推断,图1中的DNA复制模型是否完全正确:___ (填“是”或“否”)。 (2)DNA变性时脱氧核苷酸分子间的磷酸二酯键不受影响,而_______________被打开;在细胞内进行DNA复制时,该过程需要________的作用。 (3)如果图2中α链中A+T所占比例为46%,则该DNA分子中A+C所占比例为_________。 (4)图2中α链是以β链为模板逆转录形成的子链,α链的碱基序列是5'-GATACC-3',则β链由5'→3'的碱基序列是__________。
解析 (1)DNA的两条单链方向相反。DNA复制时催化子链合成的酶是DNA聚合酶。由于DNA子链的合成方向都是由5'端向3'端延伸,因此图1中复制模型不正确。(2)DNA变性时,碱基对间的氢键被打开,而在正常细胞内打开氢键,需要解旋酶的作用。(3)DNA分子中,A=T,G=C,A+T=46%,则C+G=54%,A+C=23%+27%=50%。(4)图2中α链是以β链为模板逆转录形成的子链,说明β链为RNA单链,由于α链的碱基序列是5'-GATACC-3',则根据碱基互补配对原则,β链由5'→3'的碱基序列是GGUAUC。
能力提升DNA复制过程中的一些数量关系 DNA 复制为半保留复制,若将亲代 DNA 分子复制n 代,其结果分析如下:
(1)子代 DNA 分子数为2n个 ①含有亲代链的 DNA 分子数为2个。 ②不含亲代链的 DNA 分子数为(2n-2)个。 ③含子代链的 DNA 有2n 个。 (2)子代脱氧核苷酸链数为2n+1 条 ①亲代脱氧核苷酸链数为2条。②新合成的脱氧核苷酸链数为(2n+1-2)条。 (3)消耗的脱氧核苷酸数①若一亲代 DNA 分子含有某种脱氧核苷酸m个,经过n 次复制,需要消耗该脱氧核苷酸数为m·(2n-1)个。②第n次复制所需该脱氧核苷酸数为m·2n-1个。
考向4 探究DNA的半保留复制过程
典例4(2023浙江嘉兴海宁模拟)在研究DNA复制机制的过程中,为检验“D NA半保留复制”假说是否成立,研究者用蚕豆根尖进行实验,主要步骤如下:
第一个细胞周期的检测结果为(注:图为中期的染色体示意图,深色代表染色单体具有放射性)( )
解析 DNA分子为半保留复制,将蚕豆根尖置于含放射性3H标记胸腺嘧啶的培养液中,培养大约一个细胞周期的时间,则所得到的DNA分子都是一条链带标记,一条链不带标记,有丝分裂中期,一条染色体上含有2条染色单体,每条染色单体都含有一个这样的DNA分子(一条链带标记,一条链不带标记),即每条染色单体都带有标记。
考点3 遗传信息的传递与表达
1.转录以DNA的双链为模板、以游离核糖核苷酸为原料。( )2.翻译时一条mRNA上只能结合一个核糖体。( )3.一个DNA分子可以转录产生多个RNA分子。( )
提示 转录是以DNA的一条链为模板、以游离核糖核苷酸为原料合成RNA的过程。
提示 翻译时一个mRNA上可以同时结合多个核糖体共同合成多条相同的肽链。
4.DNA复制、转录和翻译过程中,碱基互补配对的方式均相同。( )5.转录时RNA聚合酶能识别DNA中特定的碱基序列。( )6.表观遗传发生是因为改变基因序列造成的遗传性状改变。( )
提示 DNA复制中碱基互补配对方式为:A—T、T—A、C—G、G—C,转录过程中碱基互补配对方式为:A—U、T—A、C—G、G—C,翻译过程中碱基互补配对方式为:A—U、U—A、C—G、G—C,三者的碱基互补配对的方式不完全相同。
提示 表观遗传是指细胞内基因序列没有改变,但基因的表达发生可遗传变化的现象。
7.基因都通过控制酶的合成控制代谢进而控制性状。( )8.基因在不同生物的细胞中本质不同,可能是一段具有遗传效应的DNA片段,也可能是一段RNA片段。( )
提示 基因通过控制酶的合成控制代谢进而控制性状,或通过控制某些蛋白质的合成,直接控制生物性状。
提示 由细胞组成的生物,遗传物质均为DNA,只有部分病毒的遗传物质才可能为RNA。
一、遗传信息的转录与翻译1.RNA的结构与种类(1)RNA的结构
(2)RNA与DNA的比较
(3)RNA的种类及其作用
2.遗传信息的转录(1)概念分析
3.遗传信息的翻译(1)密码子(遗传密码)①概念:mRNA上每3个相邻的核苷酸排列成的三联体,决定一种氨基酸。②种类
(2)tRNA:RNA链经过折叠,看上去像三叶草的叶形,其一端是有氨基酸的结合部位,另一端有3个核苷酸序列,能与mRNA密码子的核苷酸互补配对,以此来识别密码子,叫作反密码子。(3)翻译①概念分析
二、中心法则及基因对生物性状的控制1.中心法则(1)提出者:克里克。(2)要点:遗传信息通过复制从DNA传递到DNA,由DNA通过转录传递到RNA,然后由RNA通过翻译合成蛋白质,决定蛋白质的特异性。(3)内容图解(用简式表示):
2.基因(1)作用:是遗传的一个基本功能单位,它在适当的环境条件下控制生物的性状。(2)与染色体的关系:以一定的次序排列在染色体上。(3)本质:有功能的核酸分子片段,在大多数生物中是一段DNA,而在RNA病毒中则是一段RNA。3.基因控制生物性状(基因→蛋白质→性状)(1)基因通过控制酶的合成来控制生物体内的生物化学反应,从而间接控制生物体性状。
(2)基因通过控制蛋白质的合成,决定生物体特定的组织或器官的结构,进而影响其功能。(3)细胞内有多种功能性RNA分子参与性状的表现或具有调控基因表达的功能,如tRNA、rRNA、核酶等。
三、生物的表观遗传现象1.表观遗传现象的概念指亲代传递给后代的DNA序列没有改变,亲代在生活中由于生活环境或生活习惯的改变而引起的身体状况变化,也会通过某种途径遗传给下一代,即父母的生活经历可以通过DNA序列以外的方式遗传给后代。2.表观遗传与传统遗传学的比较
3.组蛋白的乙酰化乙酰基把氨基(—NH2)上的正电荷屏蔽起来,组蛋白的正电荷减少,与带负电的DNA分子片段(某基因) 缠绕的力量减弱,基因可以被读取即进行转录。4.DNA的甲基化基因启动部位中的胞嘧啶加上甲基基团(—CH3),会使染色质高度螺旋化,凝缩成团,此时基因无法被识别,失去转录活性,因而不能完成转录。
5.表观遗传机制的意义打破DNA变化缓慢的限制,使后代能迅速获得亲代应对环境做出的反应而发生的变化。6.理解表观遗传注意三个问题(1)表观遗传不遵循孟德尔规律。(2)表观遗传可以通过有丝分裂和减数分裂传递被修饰的基因。(3)表观遗传一般是影响到基因的转录过程,进而影响蛋白质的合成。
考向1 遗传信息、密码子、反密码子
典例1下列关于遗传信息、密码子、反密码子的叙述,正确的是( )A.mRNA上任意三个碱基构成密码子B.每一种密码子都与一个反密码子相互对应C.密码子和氨基酸不一定存在一一对应关系D.DNA上核糖核苷酸的排列顺序代表遗传信息
解析 mRNA上三个相邻的核苷酸排列成的三联体,决定一种氨基酸,称为密码子,A项错误;终止密码子不编码氨基酸,没有对应的反密码子,B项错误;除少数氨基酸只有一种遗传密码子外,大多数氨基酸有两种以上的遗传密码子,因此密码子和氨基酸不一定存在一一对应关系,C项正确;DNA上脱氧核糖核苷酸的排列顺序代表遗传信息,D项错误。
考向2 转录过程及图示分析
典例2(2023浙江绍兴越秀区月考)下图为真核细胞内的转录过程示意图,①②表示两条多聚核苷酸链,下列叙述正确的是 ( )A.①的基本单位是4种碱基B.②表示多聚脱氧核苷酸链C.RNA聚合酶催化①②之间磷酸二酯键的形成D.细胞核和线粒体均可发生该过程
解析 ①表示DNA的一条链,基本单位是4种脱氧核苷酸,A项错误;②中含有U,表示多聚核糖核苷酸链,B项错误;RNA聚合酶催化核糖核苷酸之间磷酸二酯键的形成,C项错误;细胞核、叶绿体和线粒体中含有DNA,均可发生转录过程,D项正确。
能力提升转录模型与细节分析
考向3 翻译过程及图示分析
典例3(2023浙江绍兴诸暨期末)真核生物体内肽链的合成过程如下图所示,下列叙述正确的是( )A.图中mRNA沿核糖体从左向右移动B.图示过程需要RNA聚合酶的催化C.图示过程中没有氢键的形成和断裂D.图示过程需要tRNA转运氨基酸
解析 根据肽链的长度可知,核糖体沿着mRNA从左向右移动,A项错误;该过程是以mRNA为模板合成蛋白质的过程,属于翻译过程,翻译过程不需要RNA聚合酶,B项错误;当tRNA携带氨基酸到了核糖体上后,tRNA上的反密码子就会与mRNA上的密码子进行碱基互补配对,形成氢键,当tRNA放下氨基酸离开时,tRNA的反密码子与mRNA上的密码子相互分离开,之间的氢键也就断开了,C项错误,D项正确。
能力提升翻译过程的三种模型图解读
考向4 DNA复制、转录、翻译综合比较
典例4(2023浙江宁波余姚中学期中)基因指导蛋白质合成的过程较为复杂,相关信息如下图所示。图3中的甘、天、色、丙表示甘氨酸、天冬氨酸、色氨酸和丙氨酸;图4为中心法则图解,a~e为生理过程。请据图分析回答下列相关问题。
(1)真核细胞中图1过程发生的主要场所是________,已知某DNA分子共含有1 000个碱基对,其中一条链上A∶G∶T∶C=1∶2∶3∶4。该DNA分子连续复制2次,共需要鸟嘌呤脱氧核苷酸分子数是________个。 (2)图2为________生物基因表达的过程。图3为________过程,决定丙氨酸的密码子是________。核糖体移动的方向是向_______(填“左”或“右”)。 (3)图2所示过程为图4中的________ (填字母,下同)过程。在图4的各生理过程中,在正常动、植物细胞内不存在图4中的________过程。
解析 (1)图1为DNA的复制,发生的主要场所是细胞核。该DNA分子中的一条链的碱基数是1 000个,一条链上的A∶G∶T∶C=1∶2∶3∶4,该链中G=1 000×2/10=200,C=1 000×4/10=400,另一条链中的G=400,因此该DNA分子中G=200+400=600;一个DNA分子复制2次生成4个DNA分子,增加了3个DNA分子,共需要鸟嘌呤脱氧核苷酸分子数是600×3=1 800(个)。(2)图2转录和翻译过程在同一时间和空间进行,为原核生物基因表达的过程。图3是翻译过程,该过程是以mRNA为模板合成具有一定氨基酸序列的蛋白质的过程。图3中携带丙氨酸的tRNA上的反密码子为CGU,因此决定丙氨酸的密码子是GCA。根据tRNA的移动方向可知,核糖体移动的方向是向右。(3)图2为转录和翻译过程,对应图4中的b、e过程。c、d过程只发生在被某些病毒侵染的细胞中,在正常动、植物细胞内不存在。
能力提升DNA复制与转录、翻译的比较
典例5下图所示中心法则反映了遗传信息在细胞内的生物大分子间的传递,RNA病毒的发现丰富了经典中心法则的内容。以下说法正确的是( )
A.人体所有细胞都有①②③过程B.烟草花叶病毒颗粒内会发生③④过程C.⑤过程需要的原料为核糖核苷酸D.③过程遵循碱基互补配对原则
解析 人体中只有能分裂的细胞才能进行①DNA分子的复制过程,A项错误;病毒没有细胞结构,其体内不能发生③④过程,只有在宿主细胞中才能进行③④过程,B项错误;⑤过程为逆转录,产物是DNA分子,所以需要的原料为脱氧核糖核苷酸,C项错误;③过程为翻译,tRNA和mRNA之间遵循碱基互补配对原则,D项正确。
考向6 基因对生物性状的控制
典例6白化病与镰刀形细胞贫血症是两种常见的人类单基因遗传病,发病机理如下图所示。下列有关说法正确的是 ( )A.基因1和基因2可在同一生物的同一细胞中表达B.①②过程的碱基互补配对方式完全相同C.图中两基因对生物性状的控制方式相同D.调查白化病的发病率和遗传方式,选择调查对象的要求不完全相同
解析 由于基因的选择性表达,基因1和基因2不能在同一细胞中表达,A项错误;①是转录过程,该过程中的碱基配对方式为A—U、T—A、C—G、G—C,②是翻译过程,该过程中的碱基配对方式为A—U、U—A、C—G、G—C,B项错误;基因1是通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物的性状,基因2通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状,C项错误;调查白化病的发病率和遗传方式,选择调查对象的要求不完全相同,调查发病率是在群体中随机调查,调查遗传方式是在患者家系中调查,D项正确。
命题方向预测(一) DNA复制方式的实验探究
思维点拨分析此类题目,明确以下两点:(1)实验的思维方法为假说-演绎法;(2)实验操作方法为同位素示踪法及密度梯度离心法。分析过程中,要求考生认真分析表中实验结果,根据结果推测DNA复制方式,得出正确的实验结论。
典例(2021浙江7月学考)阅读下列材料。材料一:卡伽夫发现生物的DNA分子中,腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)的含量相等,鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)的含量相等。威尔金斯和富兰克林利用X射线衍射技术获得了呈对称性的DNA衍射图谱。材料二:科学家将细菌放入以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养若干代,使其DNA都被15N标记,再将细菌转入到以14NHCl为唯一氮源的培养基中培养。分别取亲代、完成一次分裂和完成两次分裂的细菌,并分离出细菌的DNA进行密度梯度离心。实验证明了DNA分子通过半保留方式进行复制。
回答下列问题。(1)沃森和克里克在材料一的基础上提出了DNA分子双螺旋结构模型,该模型的基本骨架由磷酸和脱氧核糖交替连接构成;两条链的碱基位于双链内侧且互补配对,如C与_______配对;DNA分子的两条链是________(填“反向”或“同向”)平行的。 (2)某小组进行“制作DNA分子双螺旋结构模型”的活动,计划搭建一个有34个脱氧核苷酸的DNA片段,其中含7个腺嘌呤。下列是组内同学准备的四项材料,其中正确的两项是_______。 A.7个鸟嘌呤代表物B.10个胞嘧啶代表物C.34个核糖代表物D.34个磷酸代表物
(3)材料二中,分离细菌的DNA需对细菌进行破碎处理,破碎处理________ (填“能”或“不能”)采用将细菌直接置于蒸馏水中使其吸水涨破的方法。 (4)依据材料二完善下表。
DNA分子复制能将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞,保持了遗传信息的连续性
解析 (1)沃森和克里克提出了DNA分子双螺旋结构模型,该模型的基本骨架由磷酸和脱氧核糖交替连接构成;两条链的碱基位于双链内侧且互补配对,如胞嘧啶与鸟嘌呤配对;DNA分子的两条链是反向平行的。(2)一个有34个脱氧核苷酸的DNA片段,其中含7个腺嘌呤,根据碱基互补配对原则,胸腺嘧啶也含有7个,即A+T=14,则C+G=34-14=20,则C=G=10,A项错误,B项正确;DNA分子中含有脱氧核糖,不含核糖,C项错误;每个脱氧核苷酸含有一分子磷酸、一分子脱氧核糖、一分子碱基,制作一个有34个脱氧核苷酸的DNA片段,需要34个磷酸代表物,D项正确。(3)细菌含有细胞壁,细胞壁对细菌具有保护作用,将细菌直接置于蒸馏水中,不能使其吸水涨破。
(4)将亲代细菌(全部N标记为15N)转入14NH4Cl为唯一氮源的培养基中培养,完成两次分裂,该过程中DNA进行了两次半保留复制,则子二代中DNA分子的情况为1/2轻带(14N/14N)、1/2中带(15N/14N),离心后分布在试管的中部和上部,故①处为2n,②处为2n,③处为0。(5)DNA分子复制能将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞,保持了遗传信息的连续性。
命题方向预测(二) 遗传信息表达的实践应用
思维点拨以“中心法则”中遗传信息的流动过程为支撑,识记遗传信息转录和翻译的过程、场所、条件及产物等基础知识,能正确分析题图,再结合图中信息准确答题,并能以病毒的遗传过程为突破口,分析遗传信息表达的实践应用。
典例(2023浙江北仑校级期中)心肌细胞不能增殖,基因ARC在心肌细胞中的特异性表达,能抑制其凋亡,以维持正常数量。细胞中另一些基因通过转录形成前体RNA,再经过加工会产生许多非编码RNA,如miR-223(链状)、HRCR(环状)。结合图回答下列问题。
(1)启动过程①时,__________酶需识别并与基因上的启动部位结合,过程①和②的原料分别是___________________。进行过程②的场所是_______,该过程最终合成的T1、T2、T3三条多肽链的氨基酸顺序________(填“相同”或“不同”),翻译的方向是__________ (填“从左到右”或“从右到左”)。
(2)凋亡抑制因子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AGA、CUU、GUG,则基因ARC中决定该氨基酸序列的模板链碱基序列为__________________。
5'-AGACTTGTG-3‘
(3)当心肌缺血、缺氧时,会引起基因miR-223过度表达,最终导致心力衰竭。请解释导致心力衰竭的原因是_______________________________________________________________________________________________________。 (4)科研人员认为,HRCR有望成为减缓心力衰竭的新药物,原因是____________________________________________________________________________________________________________。
miR-223过度表达,所产生的miR-223可与ARC的mRNA形成核酸杂交分子1,导致mRNA不能翻译得到ARC,促使细胞凋亡
HRCR能够吸附miR-223,使基因ARC转录得到的mRNA可以被正常翻译,表达出正常数量的凋亡抑制因子,可以抑制细胞凋亡
解析 (1)①是转录过程,催化该过程的酶是RNA聚合酶,②是翻译过程。启动过程①时,RNA聚合酶需识别并与基因上的启动子结合,过程①和②的原料分别是核糖核苷酸和氨基酸。进行过程②(翻译)的场所是核糖体。由于控制合成的三条多肽链是同一个模板mRNA,所以过程②最终合成的T1、T2、T3三条多肽链的氨基酸顺序相同;由于T1最短,所以根据肽链长短可推测翻译的方向是从左到右。(2)凋亡抑制因子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AGA、CUU、GUG,则mRNA上的密码子为UCU、GAA、CAC,因此,基因ARC中决定该氨基酸序列的模板链碱基序列为5'-AGACTTGTG-3'。
(3)当心肌缺血、缺氧时,会引起基因miR-223过度表达,所产生的miR-223可与ARC的mRNA形成核酸杂交分子1,导致mRNA不能翻译得到ARC,促使细胞凋亡,最终导致心力衰竭。(4)结合图示可知,HRCR能够吸附miR-223,使基因ARC转录得到的mRNA可以被正常翻译,表达出正常数量的凋亡抑制因子,可以抑制细胞凋亡。据此,科研人员认为,HRCR有望成为减缓心力衰竭的新药物。
(2023浙江宁波鄞州中学期末)狂犬病是由狂犬病毒(RABV)引起的一种人畜共患病。科研人员对RABV的增殖机制及其与宿主相互作用的机制进行了研究。RABV进入机体后会通过神经纤维运动到中枢神经系统后大量增殖,图甲为RABV在神经元中的增殖过程。回答下列问题(图甲中b表示大分子物质,1和2表示中心法则涉及的过程)。
(1)已知人感染RABV初期,病毒少量繁殖且神经细胞仍存活,推测这段时间内,被RABV感染的神经细胞内所有可能发生的中心法则过程为_______ (填序号),其中能在细胞核中进行的过程为_______ (填序号)。 ①DNA复制 ②RNA 复制 ③转录 ④逆转录 ⑤翻译
(2)RABV在宿主细胞内进行1过程,此过程需要的原料为______________。在宿主细胞内进行2过程,生成的产物b为______________。为了提高该过程的效率,一个RNA上会串联多个_______。 华中农业大学狂犬病研究团队报道了一种新型的长链非编码RNA(EDAL)能够显著抑制RABV的增殖,其机制如图乙所示,已知P蛋白可以通过抑制子代RABV逃逸避免其侵染更多的细胞(图乙中“→”表示促进,“⊥”表示抑制)。
(3)由图乙所示信息,推测能够抑制RABV增殖的事件有_______。 A.天然构象的E酶B.修饰后的E酶C.P基因启动子的甲基化D.正常P基因启动子(4)科研人员将EDAL基因导入小鼠体内,一段时间后用RABV感染小鼠,EDAL基因________(填具体中心法则过程)出的EDAL会与E酶结合并________(填“促进”或“抑制”)P基因启动子的甲基化。
解析 (1)RABV是RNA病毒,在宿主细胞内遗传信息的传递所涉及的过程包括②RNA复制和⑤翻译,神经细胞为高度分化的细胞,自身能进行的中心法则过程为③转录和⑤翻译,因此被RABV 感染的神经细胞内能发生的中心法则过程为②③⑤,其中能在细胞核中进行的过程为转录,即③。(2)图甲中1表示RNA复制,RNA的基本单位是核糖核苷酸,因此该过程需要的原料为核糖核苷酸。2表示翻译过程,在宿主细胞内进行,生成的产物b为多肽(蛋白质)。为了提高蛋白质合成的效率,一个RNA上会串联多个核糖体。
(3)据题图可知,未经修饰的E酶会与侵入细胞的RABV一起进入溶酶体后被降解,不再发挥作用,A项错误;P蛋白可以通过抑制子代RABV逃逸避免其侵染更多的细胞,抑制RABV增殖,经修饰后的E酶进入细胞核后可使P基因启动子甲基化,抑制P基因的转录,降低P蛋白的含量,不能抑制RABV增殖,B项错误,C项错误;正常P基因启动子能促进P基因转录,产生P蛋白,P蛋白能抑制RABV增殖,D项正确。(4)EDAL为RNA,RNA由DNA转录而来,故EDAL基因转录出的EDAL会与E酶结合,从而导致用于修饰的E酶减少,抑制了E酶的修饰,由于经修饰后的E酶进入细胞核后可使P基因启动子甲基化,因此用于修饰的E酶减少,会抑制P基因启动子的甲基化。
重难微专题4 基因表达的分子机理及遗传规律解题技巧
突破1 基因表达与沉默
能力强化基因沉默机制综合分析外源基因进入细胞核后,会受到多种因素的作用,根据其作用机制和水平不同可分为三种:位置效应、转录水平的基因沉默和转录后水平的基因沉默。(1)位置效应是指基因在基因组中的位置对其表达的影响。外源基因进入细胞核后首先整合到染色质上,其整合位点与表达有密切的关系。如果整合到甲基化程度高、转录活性低的异染色质上,一般不能表达;如果整合到甲基化程度低、转录活性高的常染色质上,其表达受两侧DNA序列的影响。植物基因组通常是由具有相似GC含量DNA的片段相互嵌合在一起的,外源基因的插入打乱了它们正常的组合。
(2)转录水平的基因沉默是DNA水平上基因调控的结果,主要是由启动子甲基化或导入基因异染色质化所造成的,二者都和转基因重复序列有密切关系。(3)转录后水平的基因沉默是RNA水平基因调控的结果,比转录水平的基因沉默更普遍,特别是共抑制现象更是研究的热点,共抑制是指在外源基因沉默的同时,与其同源的内源DNA的表达也受到抑制。转录后水平的基因沉默的特点是外源基因能够转录成mRNA,但正常的mRNA不能积累,也就是说mRNA一经合成就被降解或被相应的反义RNA或蛋白质封闭,从而失去功能。上述三种机制并不是独立的,而是相互关联的。基因沉默机制在核酸水平上均是DNA-DNA, DNA-RNA,RNA-RNA相互作用的结果,所以人们认为对基因沉默机制的研究开启了认识DNA水平及RNA水平上调节基因表达的新纪元,并提出了基因免疫,即基因组对外源基因入侵有抵抗能力的新观念。
典例1(2023浙江1月选考)阅读下列材料,回答第1~2题。基因启动子区发生DNA甲基化可导致基因转录沉默。研究表明,某植物需经春化作用才能开花,该植物的DNA甲基化水平降低是开花的前提。用5-azaC处理后,该植株开花提前,检测基因组DNA,发现5'胞嘧啶的甲基化水平明显降低,但DNA序列未发生改变,这种低DNA甲基化水平引起的表型改变能传递给后代。1.这种DNA甲基化水平改变引起表型改变,属于( )A.基因突变B.基因重组C.染色体变异D.表观遗传
解析 DNA甲基化属于表观遗传。
2.该植物经5-azaC去甲基化处理后,下列各项中会发生显著改变的是( )A.基因的碱基数量B.基因的碱基排列顺序C.基因的复制D.基因的转录
解析 甲基化不改变基因序列,只是会造成基因转录受阻,去甲基化会促进基因的转录。
典例2诺贝尔生理学或医学奖曾授予对基因沉默研究有贡献的两位科学家。基因沉默是指生物体中特定基因由于种种原因不表达或者表达减少的现象。下列不能造成基因沉默的是( )A.DNA甲基化可能会干扰RNA聚合酶与DNA结合B.某种药物可以与mRNA竞争核糖体的结合部位C.细胞核中形成与mRNA结合的某种小分子RNAD.基因突变导致mRNA指导合成的蛋白质的结构发生改变
解析 基因的表达包括转录和翻译两个过程。DNA甲基化可能干扰RNA聚合酶与DNA结合,导致转录不能进行,造成基因沉默,A项不符合题意;某种药物与mRNA竞争核糖体的结合部位后,导致翻译不能正常进行,可造成基因沉默,B项不符合题意;某种小分子RNA与mRNA结合,导致mRNA无法与核糖体结合,使翻译不能正常进行,可造成基因沉默,C项不符合题意;由于基因突变导致mRNA指导合成的蛋白质的结构发生改变,不会造成基因沉默,D项符合题意。
突破2 病毒的表达机理
能力强化常见RNA病毒的类型及侵染表达机制
1.逆转录病毒(如HIV)
2.侵染性单链RNA病毒的侵染表达(如SARS、新冠病毒、脊髓灰质炎病毒等)
3.非侵染性单链RNA病毒的表达(如弹状病毒、正粘病毒等)以病毒-RNA为模板复制出+RNA,再以+RNA为模板合成出-RNA,-RNA与带有病毒遗传信息的mRNA翻译的病毒蛋白(结构蛋白)相结合,组成子代病毒颗粒。(如下图)
典例3(2023浙江温州乐清期中)新型冠状病毒(SARS-CV-2)属于一种单链+RNA病毒。该+RNA既能作为mRNA翻译出蛋白质,又能作为模板合成-RNA,如下图所示,下列相关分析正确的是( )
A.参与过程①②的酶是RNA复制酶,由宿主细胞的DNA指导合成B.过程③所需的rRNA、tRNA均由SARS-CV-2病毒的+RNA转录形成C.过程①所需的嘧啶比例与过程②所需的嘌呤比例相同D.理论上-RNA和+RNA的核苷酸序列相同
解析 ①②表示RNA复制过程,参与过程①②的酶是RNA复制酶,由图可知,该酶由病毒+RNA指导合成,A项错误;新冠病毒翻译过程所需的rRNA、tRNA均由宿主细胞提供,无需+RNA的转录,B项错误;根据碱基互补配对原则,过程①是以+RNA为模板合成-RNA的过程,过程②是以-RNA为模板合成+RNA的过程,两过程形成的产物正好碱基互补,过程①所需的嘧啶比例与过程②所需的嘌呤比例相同,C项正确;+RNA和-RNA的碱基序列互补,故理论上+RNA和-RNA的核苷酸序列不同,D项错误。
突破3 遗传规律解题技巧
能力强化遗传题解题“三段”法(1)整合提取“题干信息”,推导亲本基因型该步骤是遗传题切入的起点,也是一道遗传题最难的部分,需要仔细斟酌分析题干中的各种信息,并将相关的文字或数字比值关系进行归纳,为提炼亲本基因型做好准备。常见的模式:①通过表格或柱形图中的表型比值(如3∶1、2∶1)等,逆推亲本基因型,同时确定基因所在染色体的位置;②通过题干文字所描述的亲子代遗传关系,确定亲本基因型;③通过遗传系谱图及电泳条带等确定亲本基因型。
特别提醒①涉及一对等位基因时,主要明确基因所处染色体的类型(是常染色体还是性染色体)。 ②涉及2对及以上等位基因时,需明确:不同等位基因是独立遗传还是连锁关系;不同等位基因位于常染色体上还是性染色体上。
(2)推演内化“减数分裂过程”,棋盘列出配子类型及比例该步骤是遗传题分析的核心,只有明确不同亲本产生的配子类型及比例,才能最终完成遗传题结果的输出。需要明确以下内容:①建立动态的减数分裂过程,明确染色体的联会与配子产生的关系;②基于基因频率的计算,能列出相应亲本产生的配子类型及比例;③明确题干信息是否考虑减数分裂时发生交叉互换。(3)精准把握“取值范围”,输出所求子代概率生物学概率并不强调计算过程,而侧重思考,在进行结果输出之前,一定要再三思考是否有致死、是否有取舍,需要及时修改“取值范围”,即修改“分母”。
典例4(2021浙江7月学考)某种果蝇(2n=8)体色有灰体和黑体,翅形有正常翅和张翅。控制体色和翅形的两对等位基因分别位于两对常染色体上。现有4只果蝇,分别进行2组杂交实验,杂交组合及结果见下表。
回答下列问题。(1)果蝇是遗传学实验的理想材料,是因为果蝇具有易饲养以及________________________________(答出2点)等特点。 (2)果蝇的灰体和黑体中属于隐性性状的是________,能作出此判断的杂交组合编号是__________。 (3)4只亲代果蝇中,表型为黑体张翅的有__________只。 (4)若取组合①F1中的全部灰体正常翅雌果蝇、组合②F1中的全部黑体张翅雄果蝇,让其自由交配获得F2,则理论上F2的表型及比例为灰体张翅∶灰体正常翅∶黑体张翅∶黑体正常翅=____________________。
繁殖周期短、子代数量多
解析 (1)繁殖周期短可以缩短遗传学实验的培养时间;子代数量多可以收集更多的样本以供实验。(2)通过①甲×乙的实验,子一代灰体∶黑体=3∶1,符合杂合子自交的性状分离比,因而判断出黑体为隐性性状。而②丙×丁的实验,子一代灰体∶黑体=1∶1,无法判断灰体和黑体的显隐性。(3)由①中张翅∶正常翅=3∶1,符合杂合子自交的性状分离比,判断出张翅为显性性状。结合(2)可以得出甲和乙基因型均为双杂合子,即表型为灰体张翅。对于②灰体∶黑体=1∶1,可以判断丙、丁为单杂合子测交,即丙、丁表型一个为黑体,一个为灰体;张翅∶正常翅=3∶1,符合杂合子自交的性状分离比,可以判断出丙、丁表型均为张翅。综上所述,表型为黑体张翅的果蝇仅有1只。
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