高考生物二轮课件：4.9 遗传的分子基础

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第九讲　遗传的分子基础
噬菌体侵染细菌实验　
具有遗传效应的DNA片段　
特定的碱基(脱氧核苷酸)　
有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期
通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状　
通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物的性状
1.DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板;通过碱基互补配对原则,保证了复制能够准确地进行。2.基因是有遗传效应的DNA片段,染色体是DNA的主要载体,基因在染色体上呈线性排列。3.基因的表达是通过基因指导蛋白质的合成来实现的,包括转录和翻译两个过程。4.基因对性状的控制一是通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物体的性状;二是通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。5.在个体发育过程中,生物个体的表现型不仅要受到基因的控制,也要受到环境的影响,表现型是基因型和环境共同作用的结果。
(　　)1.格里菲思实验中肺炎双球菌R型转化为S型是基因突变的结果。(2016江苏,1A)(　　)2.T2噬菌体的核酸由脱氧核糖核苷酸组成。(2015课标Ⅰ,1C)(　　)3.用35S标记的噬菌体侵染细菌后,上清液中放射性很高,沉淀物中放射性很低。(　　)4.使DNA双链不能解开的物质可导致细胞中的DNA复制和RNA转录发生障碍。(2016全国甲卷,2D)(　　)5.含有G、C碱基对比较多的DNA分子对热比较稳定。(　　)6.细胞周期中染色质DNA比染色体DNA更容易复制。(2016海南,6C)
(　　)7.基因可通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物体的性状。(　　)8.由逆转录酶催化的是RNA→DNA的过程。(2015海南,7B)(　　)9.细菌的一个基因转录时两条DNA链可同时作为模板,提高转录效率。(　　)10.与脱氧核苷酸结构相似的物质Y抑制RNA病毒增殖的机制是抑制该RNA病毒的反转录过程。(2016海南,13C改编)
考向1DNA是遗传物质的实验证据(2013课标卷Ⅱ,5)在生命科学发展过程中,证明DNA是遗传物质的实验是(　　)①孟德尔的豌豆杂交实验　②摩尔根的果蝇杂交实验③肺炎双球菌转化实验　④T2噬菌体侵染大肠杆菌实验　⑤DNA的X光衍射实验A.①②　　　B.②③　　　C.③④　　　D.④⑤
1.有关肺炎双球菌转化的实质和影响因素3个错混点(1)在加热杀死的S型细菌中,其蛋白质变性失活,但不要认为DNA也变性失活,DNA在加热过程中,双螺旋解开,氢键被打开,但缓慢冷却时,其结构可恢复。(2)转化的实质并不是基因发生突变,而是S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中,即实现了基因重组。(3)在转化过程中并不是所有的R型细菌均转化成S型细菌,而是只有少部分R型细菌转化为S型细菌。原因是转化受DNA的纯度、两种细菌的亲缘关系、受体菌的状态等因素影响。
2.有关噬菌体侵染细菌实验中标记的2个错混点(1)因噬菌体蛋白质含有DNA没有的特殊元素S,所以用35S标记蛋白质;DNA含有蛋白质没有的元素P(几乎都存在于DNA分子中),所以用32P标记DNA;因DNA和蛋白质都含有C、H、O、N元素,所以此实验不能用C、H、O、N作为标记元素。(2)35S(标记蛋白质)和32P(标记DNA)不能同时标记在同一噬菌体上,因为放射性检测时只能检测到存在部位,不能确定是何种元素的放射性。
3.有关噬菌体侵染细菌实验与艾弗里的肺炎双球菌转化实验的2个错混点(1)前者采用放射性同位素标记法,即分别标记DNA和蛋白质的特征元素(32P和35S)。(2)后者则采用直接分离法,即分离S型细菌的DNA、多糖、蛋白质等,分别与R型细菌混合培养。
考查角度1　考查DNA是遗传物质的实验对比1.(2016山东淄博期中,10)图甲是将加热杀死的S型细菌与R型活菌混合注射到小鼠体内后两种细菌的含量变化,图乙是利用同位素标记技术完成噬菌体侵染细菌实验的部分操作步骤。下列叙述,不正确的是(　　)
A.图甲中ab对应的时间段内,小鼠体内还没形成大量的抗R型细菌的抗体B.图甲中,后期出现的大量S型细菌是由R型细菌转化并增殖而来的C.图乙沉淀物中新形成的子代噬菌体完全没有放射性D.图乙中若用32P标记亲代噬菌体,裂解后子代噬菌体中大部分具有放射性〚导学号06890022〛
解题模板　DNA是遗传物质的实验比对策略 解答DNA是遗传物质实验比对类试题时,要牢记以下几点:(1)R型细菌转化成S型细菌的实质是S型细菌的DNA与R型细菌DNA实现重组,表现出S型细菌的性状,此变异属于广义上的基因重组。(2)含放射性标记的噬菌体不能用培养基直接培养,因为病毒营专性寄生生活,故应先培养细菌,再用细菌培养噬菌体。(3)噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA是遗传物质,但是没有证明蛋白质不是遗传物质。(4)因DNA和蛋白质都含有C、H、O、N元素,所以噬菌体侵染细菌实验不能标记C、H、O、N元素。
考查角度2　考查生物遗传物质经典实验的分析2.(2016河南中原名校一联,28)在“噬菌体侵染细菌的实验”中,如果对35S标记的噬菌体一组(甲组)不进行搅拌、32P标记的噬菌体一组(乙组)保温时间过长,其结果是 (　　)A.甲组沉淀物中也会出现较强放射性,乙组上清液中也会出现较强放射性B.甲组上清液中也会出现较强放射性,乙组上清液中也会出现较强放射性C.甲组沉淀物中也会出现较强放射性,乙组沉淀物中也会出现较强放射性D.甲组上清液中也会出现较强放射性,乙组沉淀物中也会出现较强放射性
3.(2016湖北武汉二中期末,8)下图是“噬菌体侵染大肠杆菌”实验,其中亲代噬菌体已用32P标记,A、C中的方框代表大肠杆菌。下列关于本实验的叙述,不正确的是(　　)
A.图中锥形瓶内的培养液是用来培养大肠杆菌的,其营养成分中的P应含32P标记B.若要达到实验目的,还要再设计一组用35S标记噬菌体进行的实验,两组相互对照 C.图中若只有C中含大量放射性,可直接证明的是噬菌体的DNA侵入了大肠杆菌D.实验中B对应部分有少量放射性,可能原因是实验时间过长,部分细菌裂解
技巧方法　噬菌体侵染细菌实验分析策略 噬菌体侵染细菌实验分析试题可运用“两看法”达成:
考向2DNA的结构、复制及相关计算(2016全国乙卷,29)在有关DNA分子的研究中,常用32P 来标记DNA分子。用α、β和γ表示ATP或dATP(d表示脱氧)上三个磷酸基团所处的位置(A-Pα~Pβ~Pγ或dA-Pα~Pβ~Pγ)。回答下列问题:(1)某种酶可以催化ATP的一个磷酸基团转移到DNA末端上,同时产生ADP。若要用该酶把32P标记到DNA末端上,那么带有32P的磷酸基团应在ATP的　　　(填“α”“β”或“γ”)位上。 
(2)若用带有32P的dATP作为DNA生物合成的原料,将32P 标记到新合成的DNA分子上,则带有32P的磷酸基团应在dATP的　　　　(填“α”“β”或“γ”)位上。 (3)将一个某种噬菌体DNA分子的两条链用32P进行标记,并使其感染大肠杆菌,在不含有32P的培养基中培养一段时间。若得到的所有噬菌体双链DNA分子都装配成噬菌体(n个)并释放,则其中含有32P的噬菌体所占比例为2/n,原因是   　。 
答案: (1)γ(2)α(3)一个含有32P标记的噬菌体双链DNA分子经半保留复制后,标记的两条单链只能分配到两个噬菌体的双链DNA分子中,因此在得到的n个噬菌体中只有2个带有标记
解析: 本题考查ATP的结构和DNA分子的复制。解题的切入点是ATP的水解过程及DNA分子的半保留复制。(1)ATP 水解时,远离腺苷的高能磷酸键断裂提供能量。ATP水解变为ADP时,要把其中的32P标记到DNA末端上,那么带有32P的磷酸基团应在ATP的γ位上。(2)若用带有32P 标记的dATP作为DNA生物合成的原料,dATP要断裂两个高能磷酸键才变为脱氧核苷酸。所以要将32P标记到新合成的DNA分子上,则带有32P的磷酸基团应在dATP的α位上。(3)DNA分子的复制方式为半保留复制。一个噬菌体DNA分子用32P标记后,在不含32P的大肠杆菌中培养,不管复制多少代,复制形成的n个DNA分子中只有两个DNA分子含32P,所以含有32P 的噬菌体所占比例为2/n。
1.有关DNA分子结构的4个错混点(1)DNA分子中,脱氧核苷酸数∶脱氧核糖数∶磷酸基团数∶碱基数=1∶1∶1∶1。(2)每条脱氧核苷酸链上都只有1个游离的磷酸基团,因此DNA分子中含有2个游离的磷酸基团。(3)A与T配对,G与C配对,配对的碱基中,A与T之间形成2个氢键,G与C之间形成3个氢键。DNA分子中G与C碱基对所占比例越大,DNA分子结构越稳定。(4)在脱氧核苷酸链中,由于磷酸与脱氧核糖交替连接,因此,与一个磷酸基团相连接的一般有2个脱氧核糖(链端的连接1个),同样与脱氧核糖连接的一般也有2个磷酸基团(链端的连接1个)。
2.一个DNA分子复制后的4个错混点(1)经n次复制,DNA分子总数为2n个;脱氧核苷酸链数为2n+1条。(2)子代所有链中始终保持亲代的2条母链,且占子代DNA分子总链数的1/2n。(3)一个DNA分子第n次复制时,形成的DNA分子总数为2n-1个。(4)若一个DNA分子含有a个T,复制n次,需要a·(2n-1)个T,第n次复制,需要a·2n-1个T。
考查角度1　考查DNA的结构及复制1.如图为真核细胞DNA复制过程的模式图,据图分析,下列相关叙述错误的是(　　)A.由图示得知,DNA分子复制的方式是半保留复制B.解旋酶能使双链DNA解开,但需要消耗ATPC.由图示可知DNA分子的两条链是反向平行排列的D.DNA在复制过程中是先进行解旋,后半保留复制
技巧方法　“三看法”判断DNA分子结构的技巧 一看外侧链成键位置是否正确,正确的成键位置位于一分子脱氧核苷酸5号碳原子上的磷酸基团与相邻脱氧核苷酸的3号碳原子之间;二看外侧链是否反向平行;三看内侧链碱基配对是否遵循碱基互补配对原则,即有无“同配”“错配”现象。
考查角度2　考查与DNA结构及复制的相关计算2.(2016江西南昌二中月考,35)假如检测某DNA分子得知碱基A的比例为x%,又知该DNA的一条链所含的碱基中y%是鸟嘌呤,以下推断正确的是(　　)A.DNA分子中碱基总数量为x/yB.DNA分子中碱基U的数目为x%C.另一条链中鸟嘌呤是(1-x%-y%)D.DNA分子中碱基C的比例为50%-x%
3.(2016山东潍坊期末,12)一个32P标记的噬菌体侵染在31P环境中培养的大肠杆菌,已知噬菌体DNA上有m个碱基对,其中胞嘧啶有n 个,以下叙述不正确的是(　　)A.大肠杆菌为噬菌体增殖提供原料和酶等B.噬菌体DNA含有(2m+n)个氢键C.该噬菌体繁殖四次,子代中噬菌体只有14个含有31PD.噬菌体DNA第四次复制共需要8(m-n)个腺嘌呤脱氧核苷酸
解题模板　DNA结构及复制的计算策略 解答DNA结构及复制计算类试题时,应分以下层次达成:(1)碱基计算①不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值不同,即(A+T)/(C+G)的值不同。该比值体现了不同生物DNA分子的特异性。②若已知A占双链的比例=c%,则A1/单链的比例无法确定,但最大值可求出为2c%,最小值为0。
(2)水解产物及氢键数目计算①DNA水解产物:初步水解产物是脱氧核苷酸,彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和含氮碱基。②氢键数目计算:若碱基对为n,则氢键数为2n~3n;若已知A有m个,则氢键数为3n-m。(3)DNA复制计算在做DNA分子复制的计算题时,应看准是“含”还是“只含”,是“DNA分子数”还是“链数”。
考向3中心法则(2015安徽理综,4)Qβ噬菌体的遗传物质(Qβ RNA)是一条单链RNA。当噬菌体侵染大肠杆菌后,Qβ RNA立即作为模板翻译出成熟蛋白、外壳蛋白和RNA复制酶(如图所示),然后利用该复制酶复制Qβ RNA。下列叙述正确的是(　　)
A.Qβ RNA的复制需经历一个逆转录过程B.Qβ RNA的复制需经历形成双链RNA的过程C.一条Qβ RNA模板只能翻译出一条肽链D.Qβ RNA复制后,复制酶基因才能进行表达导学号06890023〛
1.有关DNA复制、转录和翻译中的9个错混点(1)DNA复制、转录时分别需要解旋酶和RNA聚合酶将双链DNA解旋。(2)DNA复制的模板是两条DNA单链,转录的模板是解旋的一条DNA链。(3)复制、转录不只发生在细胞核中。DNA存在的部位,如细胞核、叶绿体、线粒体、拟核和质粒等都可发生。(4)转录产物不只是mRNA。转录的产物有mRNA、tRNA和rRNA,但携带遗传信息的只有mRNA。
(5)mRNA直接决定氨基酸的排列顺序,DNA间接决定氨基酸的排列顺序。(6)密码子的专一性和简并性保证翻译的准确性和蛋白质结构及遗传性状的稳定性。(7)密码子、反密码子、氨基酸并非是一一对应的关系。(8)翻译过程中核糖体沿着mRNA移动,读取下一个密码子,但mRNA不移动。一个mRNA分子上可连接多个核糖体同时合成多条相同的肽链。(9)解答蛋白质合成的相关计算时,应看清是DNA上(或基因中)的碱基对数还是个数;是mRNA上密码子的个数还是碱基的个数;是合成蛋白质中氨基酸的个数还是种类。
2.有关“中心法则”五大过程的3个错混点(1)高等动植物只有DNA复制、转录、翻译三条途径,但具体到不同细胞情况不尽相同,如根尖分生区细胞等分裂旺盛的组织细胞中三条途径都有;但叶肉细胞等高度分化的细胞无DNA复制途径,只有转录和翻译两条途径;哺乳动物成熟的红细胞无信息传递。(2)RNA复制和逆转录只发生在被RNA病毒感染的细胞中,是后来发现的,是对中心法则的补充和完善。(3)进行碱基互补配对的过程有DNA的复制、转录、翻译、RNA复制和逆转录;进行互补配对的场所有四个,即细胞核、叶绿体、线粒体、核糖体。
考查角度1　考查DNA的复制、转录和翻译1.(2016辽宁五校协作体期初,23)如图1和图2是基因控制胰蛋白酶合成的两个主要步骤,下列叙述正确的是 (　　)A.图1和图2所示过程的进行方向都是从右往左B.图1中乙与丁是同一种物质C.图2中共有RNA、多肽和多糖三种大分子物质D.图1和图2中的碱基互补配对方式相同
2.下图是马铃薯细胞的部分DNA片段自我复制及控制多肽合成过程示意图,下列说法正确的是(注:脯氨酸的密码子为CCA、CCG、CCU、CCC)(　　)A.a链中A、T两个碱基之间通过氢键相连B.若b链上的CGA突变为GGA,则丙氨酸将变为脯氨酸C.与③相比,②过程中特有的碱基配对方式是A—UD.图中丙氨酸的密码子是CGA
解题模板　遗传信息传递、表达解题策略 以“示意图”为信息载体是本部分常考题型,解答时可按照以下模板进行:第一步,阅读试题,分析题干文字、示意图,明确考查意图;第二步,根据考查意图,分析示意图表示的生理过程,如确定是复制还是转录、翻译,即定位过程;第三步,联系教材知识,结合题目选项或问题综合分析,判断或确定答案;第四步,若是非选择题,注意用科学、准确的生物专业术语回答,如DNA聚合酶不能写为聚合酶(因为还有RNA聚合酶)或DNA连接酶、DNA复制不能写为复制(因为还有RNA复制)等。
考查角度2　考查基因对性状的控制及中心法则3.(2016山东武城二中月考,21)下图所示的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,下列相关叙述正确的是(　　)①a、b过程都以DNA为模板,以脱氧核糖核苷酸为原料,都有酶参与反应　②原核细胞中b、c过程同时进行　③人体细胞中,无论在何种情况下都不会发生e、d过程　④在真核细胞有丝分裂间期,a先发生,b、c过程后发生　⑤能特异性识别信使RNA上密码子的分子是tRNA,后者所携带的分子是氨基酸　⑥真核细胞中,a过程只发生在细胞核,b过程只发生在细胞质A.①⑤　　　B.②④　　　C.③⑥　　　D.②⑤
4.如图甲、乙、丙表示细胞内正在进行的新陈代谢过程,据图分析下列表述中不恰当的是(　　)A.正常人体细胞内不会进行4、6、7过程B.1、4、6、8、10过程均需要核糖核苷酸作为原料C.1过程需要RNA聚合酶参与,3过程需要DNA聚合酶参与D.病毒体内不能单独进行图甲、乙或丙所代表的新陈代谢过程〚导学号06890024〛