2023届高考生物二轮复习系统大概念(一)——遗传信息主要编码在DNA分子上学案

系统大概念(一)——遗传信息主要编码在DNA分子上

知识块(一)生物的遗传性质和DNA的结构

1．归纳遗传物质探索历程的“两标记”和“三结论”

(1)噬菌体侵染细菌实验中的两次标记的目的不同

(2)遗传物质发现的三个实验结论

①格里菲思的体内转化实验的结论：加热致死的S型细菌中存在“转化因子”。

②艾弗里的体外转化实验的结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。

③噬菌体侵染细菌实验的结论：DNA是噬菌体的遗传物质，但不能证明蛋白质不是遗传物质。

2．明确噬菌体浸染细菌实验放射性分布误差产生的三个原因

3．“遗传物质”探索的四种方法

[微点拨]

准确理解DNA是主要的遗传物质

(1)“DNA是主要的遗传物质”是总结多数生物的遗传物质后得出的结论，而不是由“肺炎双球菌的转化实验”和“噬菌体侵染细菌的实验”这两个实验得出的。

(2)对于整个生物界而言，生物的遗传物质是核酸，其中绝大多数生物的遗传物质是DNA，少数病毒的遗传物质是RNA，所以说DNA是主要的遗传物质。　　　　

4．DNA的结构

(1)理清DNA结构的两种关系和两种化学键

(2)双链DNA的碱基之间的关系

①双链DNA分子中常用公式：A＝T、C＝G、A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G。

②“单链中互补碱基和”占该链碱基数比例＝“双链中互补碱基和”占双链总碱基数比例。

③某单链不互补碱基之和的比值与其互补链的该比值互为倒数。

需自我补充的知识：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

知识块(二)|遗传信息的传递、表达与生物性状

1．图解遗传信息的传递和表达

(1)DNA分子复制：DNA→DNA(以真核细胞为例)

(2)转录：DNA→RNA

(3)翻译：mRNA→蛋白质

①模型一

②模型二

[微点拨]

①场所问题：原核细胞中边转录边翻译；真核细胞中核基因的表达先在细胞核中转录，后在细胞质中完成翻译过程。

②范围问题：DNA复制时以整个DNA分子为单位进行，产生两个相同的子代DNA分子。转录时，是以基因为单位进行，产生一段RNA，该RNA分子的长度远小于DNA分子。　　

2．中心法则与遗传信息的传递类型

3．基因控制性状的途径

[微点拨]

基因与性状的关系

基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用，这种相互作用形成了一个错综复杂的网络，精细地调控着生物体的性状。　　

需自我补充的知识：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

(一)原因分析类

1．将一个某种噬菌体DNA分子的两条链用32P进行标记，并使其侵染无标记大肠杆菌，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：____________________。

提示：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个噬菌体带标记。

2．在核糖体上翻译出来的胰岛素是否具有降低血糖的生理作用？请分析原因：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

提示：不具有。在核糖体上翻译出来的只是多肽链，还需要被进一步加工，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质，才能承担细胞的生命活动。

3．原核生物的拟核基因表达速率往往比真核生物的核基因表达的速率要快很多，原因是：________________________________________________________________________。

提示：原核生物基因表达时转录和翻译可以同步进行，真核生物基因表达时先在细胞核中转录，转录完成的mRNA在细胞质中完成翻译过程。

4．在细胞内，DNA的两条链都能作为模板，由于DNA分子的两条链是反向平行的，每条链都通过磷酸和脱氧核糖的3′、5′碳原子相连而成，因此每条链的两端是不同的，其中，一端是3′-端(3′-羟基)，另一端是5′-端(5′-磷酸基团)。在DNA复制中，DNA聚合酶催化子链合成的方向是5′→3′，而不是3′→5′。DNA复制又是边解旋边复制。请推测DNA聚合酶是如何催化DNA复制的？__________________________________________

________________________________________________________________________。

提示：DNA复制时，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开，形成两条模板链，一条模板链是3′→5′走向，其互补链在5′→3′方向上连续合成，并称为前导链；另一条模板链的互补链也是沿5′→3′方向合成，但是与前导链的合成方向正好相反，随着复制的进行会形成许多不连续的片段，最后不连续片段连成一条完整的DNA单链，称为后随链。如图所示：

5．在证明烟草花叶病毒的遗传物质是RNA的实验中，能否利用噬菌体侵染细菌的实验操作过程？请说明理由：___________________________________________________。

提示：不能。因为烟草花叶病毒侵染烟草细胞时，RNA和蛋白质没有分开，是完整的病毒侵入宿主细胞。因此，本实验只能通过人工分离提纯技术分离RNA和蛋白质，然后再单独导入宿主细胞，单独观察它们的作用。

(二)科学探究类

1．在一个蜂群中，少数幼虫一直取食蜂王浆而发育成蜂王，而大多数幼虫以花粉和花蜜为食将发育成工蜂。DNMT3蛋白是DNMT3基因表达的一种DNA甲基化转移酶，能使DNA某些区域添加甲基基团(如图所示)，DNA被甲基化后会干扰RNA聚合酶的识别。敲除DNMT3基因后，蜜蜂幼虫将发育成蜂王，这与取食蜂王浆有相同的效果。据此研究解释蜜蜂幼虫因食物不同而发育不同的原因。

提示：蜜蜂的幼虫以花粉和花蜜为食，使DNMT3基因表达，DNMT3基因表达的一种DNA甲基化转移酶，造成一些基因被甲基化而不能表达，发育成了工蜂；蜜蜂的幼虫以蜂王浆为食，使DNMT3基因不表达，一些基因正常表达而发育成蜂王。

2．科研工作者做噬菌体侵染细菌的实验时，分别用同位素32P、35S、18O和14C对噬菌体以及大肠杆菌成分做了如下标记。请回答下列问题：

(1)“噬菌体侵染细菌的实验”与艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验在设计思路上的共同点是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)第二组实验中，子代噬菌体蛋白质外壳中存在的氧元素是________。一般来说，第三组实验中，子代噬菌体的DNA中______________(填“一定含有”“一定不含有”或“不一定含有”)14C。

(3)假设在第一组实验中，噬菌体DNA在细菌体内复制了三次，那么从细菌体内释放出的子代噬菌体中含有32P的噬菌体和35S的噬菌体分别占子代噬菌体总数的________。

(4)第二组与第三组实验经过一段时间培养后离心，检测到放射性的主要部位分别是___________、__________。

(5)若第一组和第三组的噬菌体标签脱落，无法辨别，请设计实验进行鉴别，写出实验设计思路。

提示：(1)设法将DNA和蛋白质分开，单独地、直接地观察DNA和蛋白质的作用　(2)18O　不一定含有　(3)100%、0　(4)沉淀物　 沉淀物和上清液　(5)让第一组和第三组的噬菌体分别侵染未标记的大肠杆菌，保温、离心，比较沉淀物中放射性强度大小，放射性强度很低的是第一组噬菌体，放射性强度较高的是第三组噬菌体

1．科学结论的获得离不开严谨的推理和确凿的实验证据，科学家对基因本质的探索历程也是如此。

判断下列有关遗传物质探索实验的叙述是否正确。

①在格里菲思所做的肺炎双球菌转化实验中，S型菌的DNA能够进入R型菌细胞指导蛋白质的合成。 (2021·全国乙卷)(√)

②加热杀死S型菌使其蛋白质功能丧失而DNA功能可能不受影响。(2021·全国乙卷)(√)

③新冠病毒与肺炎双球菌二者遗传物质所含有的核苷酸是相同的。 (2020·全国卷Ⅱ)(×)

2．DNA作为绝大多数生物的遗传物质，其双螺旋结构和碱基互补配对原则保证了结构的稳定性，而其上的脱氧核糖核苷酸的排列顺序就代表了遗传信息，并通过DNA复制，将遗传信息准确地传递给下一代。

判断下列有关基因的本质和结构的叙述是否正确。

①细胞内DNA复制子链延伸时游离的脱氧核苷酸添加到3′-端。(2021·辽宁卷)(√)

②DNA复制过程中DNA聚合酶的作用是打开DNA双链。(2021·辽宁卷)(×)

③查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等，是DNA双螺旋结构模型构建的主要依据之一。(2021·广东卷)(√)

④若酵母菌的DNA中碱基A约占32%，DNA复制后的DNA分子中C约占18%。(2021·北京卷)(√)

3．基因的表达包括遗传信息的转录和翻译两个过程。基因表达调控着细胞的结构和功能，同时也是细胞分化及生物体的多功能性和适应性的基础。

判断下列有关基因结构和表达的叙述是否正确。

①转录时，DNA双链解开，RNA聚合酶起始转录、移动到终止密码子时停止转录。(2021·河北卷)(×)

②翻译过程中，核酸之间的相互识别保证了遗传信息传递的准确性。(2021·河北卷)(√)

③流向DNA的遗传信息来自DNA或RNA。(√)

④tRNA分子由两条链组成，mRNA分子由单链组成。 (2020·全国卷Ⅲ)(×)

⑤存在于叶绿体和线粒体中的DNA都能进行复制、转录，进而翻译出蛋白质。(√)

⑥DNA甲基化会导致基因碱基序列的改变。(×)

[基础考法·自主评价]

1．(2022·湖南高考)T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程中，下列哪一项不会发生(　 )

A．新的噬菌体DNA合成

B．新的噬菌体蛋白质外壳合成

C．噬菌体在自身RNA聚合酶作用下转录出RNA

D．合成的噬菌体RNA与大肠杆菌的核糖体结合

解析：选C　T2噬菌体侵染大肠杆菌后，其DNA会在大肠杆菌体内复制，合成新的噬菌体DNA，A正确；T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程中，只有DNA进入大肠杆菌，T2噬菌体会用自身的DNA和大肠杆菌的氨基酸等来合成新的噬菌体蛋白质外壳，B正确；噬菌体在大肠杆菌RNA聚合酶作用下转录出RNA，C错误；合成的噬菌体RNA与大肠杆菌的核糖体结合，合成蛋白质，D正确。

2．(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：选C　实验过程中需单独用32P标记噬菌体的DNA和35S标记噬菌体的蛋白质，A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正确；该实验证明噬菌体的遗传物质是DNA，D错误。

3．(2022·南宁模拟)在探究生物遗传物质的过程中，赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染大肠杆菌实验发挥了重要作用。下列相关叙述正确的是(　 )

A．该实验属于对比实验，32P组为实验组、35S组为对照组

B．通过35S组的实验现象可推测出噬菌体外壳未进入大肠杆菌

C．32P组大肠杆菌裂解后，经搅拌离心沉淀物的放射性很高

D．35S组大肠杆菌裂解后，在新形成的噬菌体中能检测到35S

解析：选B　该实验属于对比实验，32P组和35S组均为实验组，两者相互对照，A错误；通过35S组的实验现象(放射性主要分布在上清液中)可推测出噬菌体外壳未进入大肠杆菌，B正确；32P标记的是噬菌体的DNA，其侵染大肠杆菌时只有DNA进入大肠杆菌并随着大肠杆菌离心到沉淀物中，若该组大肠杆菌裂解，则子代噬菌体释放，经搅拌离心到上清液中，导致上清液中的放射性很高，C错误；35S标记的是噬菌体的蛋白质外壳，噬菌体侵染大肠杆菌时经标记的蛋白质外壳没有进入大肠杆菌，而合成子代噬菌体的原料来自大肠杆菌，因此35S组大肠杆菌裂解后，在新形成的噬菌体中不能检测到35S，D错误。

4．(2022·浙江6月选考)某同学欲制作DNA双螺旋结构模型，已准备了足够的相关材料。下列叙述正确的是(　 )

A．在制作脱氧核苷酸时，需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基

B．制作模型时，鸟嘌呤与胞嘧啶之间用2个氢键连接物相连

C．制成的模型中，腺嘌呤与胞嘧啶之和等于鸟嘌呤和胸腺嘧啶之和

D．制成的模型中，磷酸和脱氧核糖交替连接位于主链的内侧

解析：选C　在制作脱氧核苷酸时，需在脱氧核糖上连接磷酸和碱基，A错误；鸟嘌呤和胞嘧啶之间由3个氢键连接，B错误；DNA的两条链之间遵循碱基互补配对原则，即A＝T、C＝G，故在制作的模型中A＋C＝G＋T，C正确；DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架，碱基在内侧，D错误。

5．为了读取染色体上DNA的遗传指令，细胞依靠酶和复杂的“机械”来切割和移动碎片，一次只能读取一部分。新的研究发现，人类肿瘤细胞中有大量环状的染色体外DNA——ecDNA，ecDNA和染色体DNA上的致癌基因都会被转录。下列说法错误的是(　 )

A．真核细胞依靠解旋酶、DNA聚合酶等来读取DNA上的遗传指令

B．ecDNA也可以与蛋白质形成DNA—蛋白质复合物

C．ecDNA与细菌里的质粒类似，其松散开放的状态更利于启动转录，能推动癌症病情恶化进程

D．当肿瘤细胞增殖时，这些ecDNA会被随机分配到子细胞中，产生的某一子代细胞中可能没有致癌基因

解析：选D　真核细胞读取DNA上的遗传指令有复制和转录过程，DNA复制需要解旋酶和DNA聚合酶，转录需要RNA聚合酶，A正确；因为ecDNA和染色体DNA上的致癌基因都会被转录，在转录过程中可形成DNA—RNA聚合酶(蛋白质)复合物，B正确；转录时DNA会解旋，所以ecDNA松散开放的状态更利于启动转录，导致ecDNA的致癌基因转录激活，能推动癌症病情恶化进程，C正确；当肿瘤细胞发生分裂时，因为ecDNA为环状没有着丝点，所以这些ecDNA被随机分配到子细胞中，导致某些子代肿瘤细胞中可能有许多ecDNA，细胞中的癌基因也就更多，另一些子代肿瘤细胞中可能没有ecDNA，但是肿瘤细胞的染色体上有致癌基因，D错误。

6．某真核生物DNA片段的结构示意图如图所示。下列相关叙述错误的是(　 )

A．DNA分子中碱基对C—G所占比例越大，稳定性越强

B．复制时，①的断裂需解旋酶，形成需DNA聚合酶

C．若α链中A＋T占52%，则该DNA分子中G占24%

D．该DNA的空间结构是由α链、β链反向平行盘旋而成的双螺旋结构

解析：选B　①为氢键，复制时，①的断裂需解旋酶，形成氢键不需要DNA聚合酶，B错误。

7．(2022·南阳模拟)下列有关真核细胞内DNA复制、转录和翻译的说法，正确的是(　 )

A．都遵循相同的碱基互补配对方式

B．都可以通过核孔运输得到的产物

C．都可以在动物神经细胞中进行

D．都可以进行遗传信息的传递

解析：选D　DNA复制、转录、翻译都遵循碱基互补配对原则，但由于DNA与RNA碱基不完全相同导致具体的配对方式不完全相同，A错误；核孔是运输大分子的通道，但不能运输DNA分子，B错误；动物神经细胞是高度分化的细胞，不能进行细胞分裂，不能进行核DNA复制，C错误；DNA复制、转录、翻译都是遗传信息传递的过程，D正确。

8．(2022·兰州一模)如图表示细胞内某酶的合成过程，①～③表示生理过程，a～e表示物质或结构。下列叙述错误的是(　 )

A．图示中①和②过程中都要消耗ATP

B．图示中a表示解旋酶，d表示rRNA

C．图示中的c含有肽键

D．图示中①和②过程碱基互补配对方式不完全相同

解析：选B　图示中①为转录、②为翻译，两个过程都要消耗ATP，A正确。图示中a表示RNA聚合酶，d表示tRNA，B错误。图示中c为肽链，其中含有肽键，C正确。图示中的①为转录过程，该过程中碱基配对方式为A—U、T—A、C—G、G—C；②为翻译过程，该过程中碱基互补配对方式为A—U、U—A、C—G、G—C，这两个过程中碱基互补配对方式不完全相同，D正确。

9．某研究小组将不含同位素标记的T2噬菌体与含3H标记的大肠杆菌共同培养，一段时间后在搅拌器中搅拌离心，检测上清液和沉淀物的放射性含量，结果发现上清液和沉淀物的放射性含量均较高。下列叙述正确的是(　 )

A．T2噬菌体的DNA需整合到大肠杆菌的染色体基因组中进行复制

B．上清液中的放射性物质一定是蛋白质

C．搅拌的目的是将T2噬菌体的DNA与蛋白质分开

D．减少培养时间，会降低上清液的放射性

解析：选D　大肠杆菌属于原核生物，细胞中没有染色体，A错误；由于DNA和蛋白质中均含H，则上清液中的放射性物质不一定是蛋白质，B错误；搅拌的目的是将噬菌体的蛋白质外壳与大肠杆菌分开，C错误；减少培养时间，大肠杆菌裂解数目少，释放出的子代噬菌体少，所以会降低上清液的放射性，D正确。

10．真核细胞内的许多物质常常发生转移，以保证细胞代谢正常进行。下列说法不正确的是(　 )

A．DNA聚合酶可由细胞质进入细胞核，参与染色体复制

B．tRNA可由细胞质基质进入核糖体，将氨基酸转运至核糖体内

C．mRNA可由细胞核进入中心体，参与合成组成纺锤体所需的蛋白质

D．肽链可由核糖体进入内质网中，进一步进行分泌蛋白的合成和加工

解析：选C　DNA聚合酶的化学本质是蛋白质，合成场所是核糖体，参与DNA复制过程，核DNA复制场所是细胞核，因此DNA聚合酶可由细胞质进入细胞核，参与染色体复制，A正确；核糖体是翻译的场所，翻译时需要tRNA携带氨基酸进入，因此tRNA可由细胞质基质进入核糖体，将氨基酸转运至核糖体内，B正确；蛋白质的合成场所是核糖体，合成模板是mRNA，mRNA的合成场所主要是细胞核，因此mRNA可由细胞核进入核糖体，参与合成组成纺锤体所需的蛋白质，C错误；内质网可以对来自核糖体上合成的肽链进行粗加工，因此肽链可从核糖体进入内质网中，进一步进行分泌蛋白的合成和加工，D正确。

11．(2022·柳州三模)某种病毒具有包膜和单条正链RNA(＋)，该病毒在宿主细胞内的增殖过程如图所示，a～e表示相应的生理过程。下列相关叙述正确的是(　 )

A．该病毒经主动运输方式进入宿主细胞

B．RNA(＋)既含有该病毒的基因，也含有起始密码子和终止密码子

C．a、c、d表示RNA的复制过程，图中的mRNA与RNA(＋)序列完全相同

D．b、d、e表示翻译过程，该过程所需要的原料、tRNA和能量均来自宿主细胞

解析：选B　该病毒是一种含有包膜的RNA病毒，进入宿主细胞的方式是胞吞，A错误；RNA(＋)是该病毒的遗传物质，因此其含有该病毒的基因，同时RNA(＋)可直接作为模板翻译形成RNA聚合酶，说明其上含有起始密码子和终止密码子，B正确；过程a、c表示RNA的复制过程，d表示转录过程，由于RNA(＋)中除含有控制病毒蛋白质合成的基因外，还有控制合成RNA聚合酶等其他蛋白质的基因，因此图中的mRNA与RNA(＋)序列不完全相同，C错误；过程b、e表示翻译过程，该过程所需的原料、tRNA和能量均来自宿主细胞，d表示转录过程，D错误。