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2023届高考生物二轮复习 遗传的分子基础作业含答案
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这是一份2023届高考生物二轮复习 遗传的分子基础作业含答案，共43页。
专题10 遗传的分子基础 A组
简单情境
1.前体RNA(2022梅州质检,10)真核生物的核基因在转录过程中会先形成前体RNA(hnRNA),、hnRNA经过加工才能形成作为翻译模板的成熟RNA(mRNA),如图甲、乙是人的胰岛素基因(图中的实线表示基因)分别与其hnRNA和mRNA杂交的结果示意图。下列叙述错误的是( )
A.hnRNA和mRNA不能形成杂交带
B.图中杂交带的形成遵循碱基互补配对原则
C.人的胰岛素基因含有不编码蛋白质的碱基序列
D.可从胰岛B细胞的细胞质中获取mRNA、hnRNA
答案 D 由图可知,hnRNA和mRNA都可以与模板链进行碱基互补配对,故hnRNA和mRNA不能形成杂交带,A正确;图中杂交带的形成遵循碱基的互补配对原则即A—U,T—A,C—G,G—C,B正确;根据经过加工的mRNA中缺少部分与模板链互补的序列可知,人的胰岛素基因含有不编码蛋白质的碱基序列,C正确;hnRNA在细胞核内加工,成为成熟的mRNA,并转移到细胞质中,故不能从胰岛B细胞的细胞质中获取hnRNA,D错误。
2.转录发夹(2022广东一模,14)基因的转录终止位点(富含A—T碱基对)上游存在富含G、C碱基且对称的区域,以该区域为模板转录出的部分序列容易形成发夹结构,阻止RNA聚合酶移动,其过程如图所示。下列叙述正确的是( )
A.链①和链③中的G代表的是同一种核苷酸
B.发夹结构中,互补配对的碱基通过氢键结合
C.转录时,链①为模板链,RNA聚合酶从右向左移动
D.转录时,tRNA携带游离的核糖核苷酸连接成mRNA
答案 B 链①和链②为DNA,链①中的G表示鸟嘌呤脱氧核苷酸,链③为RNA,链③中的G代表鸟嘌呤核糖核苷酸,A错误;发夹结构中,碱基间遵循碱基互补配对原则,通过氢键连接,B正确;基因的转录终止位点(富含A—T碱基对)上游存在富含G、C碱基且对称的区域,推断基因转录时RNA聚合酶从左向右移动,C错误;tRNA参与翻译过程,将氨基酸转运到核糖体和mRNA复合物的特定位点,D错误。
复杂情境
3.重组病毒(2022广州二模,4)烟草花叶病毒(TMV)和车前草花叶病毒(HRV)是两种亲缘关系较近的RNA病毒。将TMV和HRV的RNA与蛋白质分离后,用两种RNA分别感染烟草植株的叶片,叶片上出现不同形状的病灶,用两类蛋白质分别感染则叶片上均不出现病灶。将一种RNA与另一种病毒的蛋白质重组,得到两种杂交体,再用杂交体分别感染烟叶,烟叶上也出现病灶,病灶类型与杂交体的RNA种类有关而与蛋白质种类无关。下列叙述正确的是( )
A.实验结果说明病毒RNA也可独立完成完整的生命活动
B.因两种病毒RNA的亲缘关系较近,故二者的核苷酸含量相同
C.在被杂交体感染的烟叶上所形成的病灶中能收集到子代杂交体
D.实验证明了RNA是TMV和HRV的遗传物质而蛋白质不是
答案 D 病毒没有独立生存能力,只能寄生在活细胞内,所以病毒的RNA不能独立完成完整的生命活动,A错误;TMV和HRV虽然亲缘关系较近,但它们的遗传物质不同,所以无法判断它们的RNA核苷酸的含量,B错误;被杂交体感染的烟叶上所形成的病灶中不能收集到子代杂交体,只能收集到TMV或HRV(取决于RNA的来源),C错误;根据题干信息“将TMV和HRV的RNA与蛋白质分离后,用两种RNA分别感染烟草植株的叶片,叶片上出现不同形状的病灶,用两类蛋白质分别感染则叶片上均不出现病灶”,可知RNA是TMV和HRV的遗传物质而蛋白质不是,D正确。
4.杀虫剂解毒酶(2022惠州二模,15)甲基化是指在酶的催化下,甲基由甲基化合物转移至其他化合物的过程。正常情况下,某害虫的基因CYP4C64可以表达合成少量杀虫剂解毒酶,但该基因某个位点发生突变,产生的mRNA经甲基化修饰后,促进翻译使抗性增强,有关机理如图。以下说法正确的是( )
A.mRNA的碱基A甲基化后,改变了碱基排列顺序
B.mRNA甲基化可以促进该害虫体内合成更多杀虫剂解毒酶
C.抑制CYP4C64的过量表达可以降低害虫对杀虫剂的敏感性
D.敏感变为抗性的根本原因是mRNA上的碱基T突变为A
答案 B mRNA的甲基化属于表观遗传,mRNA的碱基序列并没有改变,A错误;由题图可知,mRNA的甲基化能促进翻译过程,能够使杀虫剂解毒酶的合成量增加,B正确;抑制CYP4C64的过量表达能够导致杀虫剂解毒酶的合成量减少,因而会增强害虫对杀虫剂的敏感性,C错误;敏感变为抗性的根本原因是该基因某个位点上的碱基A突变为T,使得mRNA上的T变为A,从而被甲基化修饰,D错误。
5.密码子读取(2022广州二模,7)遗传物质为单链DNA的某种噬菌体,其DNA进入宿主细胞后,先形成双链DNA,再以此为模板,控制合成病毒单链DNA和蛋白质,组装成子代噬菌体。如图表示该病毒DNA片段中D基因和E基因的部分碱基序列及其编码氨基酸的情况(Met、Glu等表示不同的氨基酸)。下列叙述正确的是( )
A.两种基因上的终止密码子有所不同,这体现了密码子具有简并性
B.该噬菌体蛋白质的翻译过程需要宿主细胞的DNA聚合酶的参与
C.该DNA序列的一个碱基发生变化,可能引起两种病毒蛋白质结构的改变
D.子代噬菌体的蛋白质中可能含有宿主细胞内不存在的氨基酸
答案 C 密码子存在于mRNA上,在基因上没有密码子,A错误;DNA聚合酶催化DNA的合成,不能催化翻译过程,B错误;由于D基因和E基因共用一段序列进行转录,因此如果该DNA序列的一个碱基发生变化,可能引起两种病毒蛋白质结构的改变,C正确;病毒没有独立生存能力,只能依赖于宿主细胞才能生存,合成蛋白质的原料全部来自宿主,所以子代噬菌体的蛋白质中不可能含有宿主细胞内不存在的氨基酸,D错误。
复杂陌生情境
6.非编码RNA(2022韶关二模,14)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)。下列相关说法错误的是( )
A.过程②最终合成的T1、T2、T3三条多肽链的氨基酸顺序相同
B.miR-223可通过形成核酸杂交分子1来调控遗传信息的翻译
C.基因miR-223的转录使基因ARC表达增强
D.HRCR有望成为减缓心肌细胞凋亡的新药物
答案 C 根据题图分析可知,②为翻译过程,合成的T1、T2、T3三条多肽链使用同一个模板mRNA,所以T1、T2、T3三条多肽链的氨基酸顺序相同,A正确;根据题图分析可知,miR-223可与基因ARC转录形成的mRNA特定序列通过碱基互补配对结合形成核酸杂交分子1,使过程②(翻译过程)被抑制,基因ARC转录形成的mRNA不能进行翻译,即miR-223可通过形成核酸杂交分子1来调控遗传信息的翻译,使基因ARC表达减弱,B正确,C错误;根据题图分析可知,miR-223可与HRCR结合形成核酸杂交分子2,使miR-223失去作用,从而减弱对基因ARC表达的抑制,减缓心肌细胞凋亡,所以HRCR有望成为减缓心肌细胞凋亡的新药物,D正确。
7.叶绿体基因组(2022佛山二模,14)叶绿体具有自身的基因组和遗传信息表达系统,叶绿体中的蛋白质一部分由自身基因编码,一部分由核基因编码。核基因编码的叶绿体蛋白质前端含有一段转运肽,可以引导其进入叶绿体。D1是叶绿体进行光反应依赖的一种核心蛋白,由自身的psbA基因编码。高温造成叶绿体内活性氧(ROS)的大量积累,ROS不但会破坏D1,还会抑制psbA mRNA的翻译。为了克服高温对作物产量的影响,我国科学家克隆了拟南芥叶绿体中的psbA基因,与高温响应的启动子连接,导入水稻细胞的核基因组中,培育出适应高温的转基因水稻。相关说法正确的是( )
A.D1核心蛋白主要分布在叶绿体基质中
B.拟南芥叶绿体中psbA基因的复制需要用到DNA酶
C.转基因水稻细胞核中转录产生的psbA mRNA进入叶绿体翻译
D.除高温响应的启动子外,目的基因psbA还要与编码转运肽的DNA片段连接
答案 D D1是叶绿体进行光反应依赖的一种核心蛋白,而光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜,据此可推测该蛋白主要分布在叶绿体的类囊体薄膜上,A错误;拟南芥叶绿体中psbA基因的复制需要用到DNA聚合酶等,DNA酶能催化DNA水解,B错误;转基因水稻细胞核中转录产生的psbA mRNA不进入叶绿体翻译,而在细胞质中的核糖体上进行翻译,C错误;由于目的基因导入的是水稻细胞的核基因组中,而核基因编码的叶绿体蛋白质前端含有一段转运肽,据此可推测除高温响应的启动子外,目的基因psbA还要与编码转运肽的DNA片段连接,D正确。
专题10 遗传的分子基础 B组
情境应用
简单情境
1.正链RNA病毒的增殖(2022湖南隆回二中4月模拟考,5)新型冠状病毒是正链RNA病毒,该正链进入宿主细胞后,可以直接作为mRNA链指导蛋白质的合成,也可以通过RNA聚合酶作用,生成双链,之后双链解旋,再以负链(新合成的RNA链)为模板,在RNA聚合酶作用下,生成双链后再解旋,生成新的正链。下列有关叙述错误的是( )
A.新型冠状病毒的蛋白质外壳是在宿主细胞的核糖体上合成的
B.新型冠状病毒的遗传物质复制时涉及两次碱基互补配对
C.核糖体可以直接与新型冠状病毒的RNA结合生成蛋白质
D.新型冠状病毒的繁殖过程涉及中心法则的全部内容
答案 D 新型冠状病毒无细胞结构,营寄生生活,其蛋白质外壳在宿主细胞的核糖体上合成,A正确;新型冠状病毒的遗传物质复制时先以正链为模板合成负链,然后以负链为模板合成正链,涉及两次碱基互补配对,B正确;正链RNA病毒可以直接作为mRNA链指导蛋白质的合成,故核糖体可以直接与新型冠状病毒的RNA结合生成蛋白质,C正确;新型冠状病毒的繁殖过程未涉及逆转录、转录、DNA复制过程,未涉及中心法则的全部内容,D错误。
2.肽链合成的特殊形式(2022高中学业水平选择性考试冲刺试卷六,9)非核糖体肽合成酶(NRPSs)是蛋白质复合体,由多个模块构成,每一个模块特异性识别一种氨基酸。NRPSs以模块的特定序列为模板催化合成肽链,很多微生物能利用NRPSs合成多种短的活性肽。相关叙述错误的是( )
A.NRPSs合成多肽不需tRNA参与
B.NRPSs合成多肽的模板是mRNA
C.细胞中有多种不同模块序列的NRPSs
D.具有NRPSs的微生物细胞中含有核糖体
答案 B 由题干可知,NRPSs含多个模块,每一个模块特异性识别一种氨基酸,其以模块的特定序列为模板催化合成肽链,因此NRPSs合成肽链不需要tRNA,A正确;由题干可知,NRPSs的模板是它本身,B错误;由题可知,很多微生物能利用NRPSs合成多种短的活性肽,所以也就有多种NRPSs,C正确;具有NRPSs的微生物可以利用NRPSs合成活性肽,但不代表NRPSs可以替代核糖体,除极少部分细胞和病毒外,其余细胞都有核糖体,D正确。
3.单链DNA病毒的增殖(2022湖南新高考教学教研联盟二联,14)某噬菌体的遗传物质是单链DNA,感染宿主细胞时,先形成复制型的双链DNA分子(其中母链称为正链DNA,子链称为负链DNA),转录时以负链DNA作为模板合成mRNA。如图为该噬菌体的部分DNA序列(正链),D基因和E基因存在部分序列重叠现象,所编码的氨基酸用三个字母缩写表示(如Met表示甲硫氨酸)。下列有关说法正确的是( )
A.基因E内部插入一个脱氧核苷酸会导致基因D、E均发生基因突变
B.D基因和E基因重叠部分编码的氨基酸相同
C.D基因和E基因的表达过程在该噬菌体内完成
D.D基因和E基因终止密码子分别为TAA、TGA
答案 A 分析题意可知,基因E内部插入一个脱氧核苷酸后,D、E基因的碱基序列均会改变,均发生基因突变,A正确;D、E基因重叠部分,由于编码氨基酸的碱基读取起始位点不一致,密码子不同,因此编码的氨基酸不一样,B错误;噬菌体无细胞结构,不能独立代谢,其基因的表达过程在宿主细胞内完成,C错误;密码子存在于信使RNA上,不含有碱基T,D错误。
复杂情境
4.DNA半不连续复制假说(2022湖南师大附中一模,7)1966年,科学家提出了DNA半不连续复制假说:DNA复制形成互补子链时,一条子链连续形成,另一条子链不连续,即先形成短片段后再进行连接(如图1)。为验证假说,进行如下实验:用3H标记T4噬菌体,在培养噬菌体的不同时刻,分离出噬菌体DNA并加热使其变性,再进行密度梯度离心,以DNA单链片段分布位置确定片段大小,并检测相应位置DNA单链片段的放射性,结果如图2。下列相关叙述错误的是( )
A.与60 s相比,120 s结果中短链片段减少的原因是短链片段连接形成长片段
B.DNA的半不连续复制保证了DNA的两条链能够同时作为模板进行复制
C.该实验可用32P标记的脱氧核苷酸代替3H标记的脱氧核苷酸标记DNA
D.若以DNA连接缺陷的T4噬菌体为材料,则图2中的曲线峰值将右移
答案 D 图2中,与60 s相比,120 s时有些短链片段连接成长链片段,所以短链片段减少了,A正确;DNA的半不连续复制,使得一条子链连续形成,另一条子链不连续,即先形成短片段后再进行连接,保证了DNA的两条链能够同时作为模板进行复制,B正确;32P和3H都具有放射性,脱氧核苷酸中含有P和H,故该实验可用 32P 标记的脱氧核苷酸代替3H标记的脱氧核苷酸标记DNA,C正确;DNA连接缺陷的 T4 噬菌体内复制形成的短链片段无法连接,故图2中的曲线峰值将向左移,D错误。
复杂陌生情境
5.组蛋白乙酰化与去乙酰化(2022百校大联考新高考标准卷,13)(不定项)已知组蛋白乙酰化与去乙酰化分别是由HAT(组蛋白乙酰转移酶)和HDAC(去乙酰化转移酶)催化的,组蛋白的乙酰化促进转录,而去乙酰化则抑制转录。染色质上的组蛋白被乙酰化后成为活性染色质、去乙酰化后成为非活性染色质,如图。下列相关推测不合理的是( )
A.染色质中的组蛋白乙酰化与去乙酰化不属于可逆反应
B.HDAC复合物使组蛋白去乙酰化伴随着对基因转录的抑制
C.激活因子、抑制因子可能改变了组蛋白的空间结构
D.活性染色质更便于DNA聚合酶与DNA的结合
答案 D 催化染色质中的组蛋白乙酰化与去乙酰化的酶不同,反应条件不同,故不是可逆反应,A正确;HDAC复合物催化组蛋白去乙酰化,而去乙酰化抑制转录,B正确;激活因子、抑制因子分别使组蛋白乙酰化与去乙酰化,可能改变了组蛋白的空间结构,C正确;在HAT复合物作用下染色质具有转录活性,更便于RNA聚合酶与DNA的结合,D错误。
6.表观遗传的三种调控途径(2022高中学业水平选择性考试冲刺试卷五,14)(不定项)表观遗传是基因的DNA序列没有发生改变的情况下,基因功能发生了可遗传的变化,并最终导致了表型的变化。如图表示三种调控基因表达的途径,且这三种调控途径都直接影响生物的性状,并可遗传给下一代。下列叙述正确的是( )
A.途径1、2、3都在没有改变DNA序列的情况下改变了生物性状
B.途径1和途径2都是通过干扰遗传信息的翻译调控基因表达
C.依据途径3推测,在神经细胞中控制呼吸酶合成的基因与组蛋白的紧密程度低于肌蛋白基因
D.若基因中碱基发生替换,一定导致其控制合成的蛋白质功能发生改变
答案 AC 据图分析可知,途径1是转录启动区域DNA甲基化,导致基因无法转录;途径2是利用RNA干扰,使mRNA被切割成片段,导致mRNA无法翻译;途径3通过改变组蛋白与DNA结合的紧密程度,从而促进或关闭相关基因的表达。因此,途径1、2、3都在没有改变DNA序列的情况下改变了生物性状,A正确,B错误。在神经细胞中,呼吸酶合成基因表达,而肌蛋白基因不表达,从而推测控制呼吸酶合成的基因与组蛋白的紧密程度低于肌蛋白基因,C正确。密码子具有简并性,基因中碱基发生替换,不一定导致其控制合成的蛋白质功能发生改变,D错误。
专题十 遗传的分子基础 C组
情境应用
简单情境
1.基因沉默(2022北京东城一模,7)研究人员在线虫细胞中发现了一种只由21个核苷酸组成的RNA,命名为lin4。lin4本身不能指导蛋白质的合成,但是可以结合在M基因转录出的mRNA上,抑制M蛋白的合成。下列相关说法正确的是( )
A.lin4中碱基的数量关系满足A+G=C+U
B.lin4与M基因的mRNA存在碱基互补的序列
C.lin4通过抑制M基因的转录过程,进而抑制M蛋白的合成
D.若lin4的基因发生突变,则细胞中M蛋白的含量将会下降
答案 B 根据题干信息可知,lin4是一种只由21个核苷酸组成的RNA,碱基的数量关系不一定满足A+G=C+U,A错误;lin4与M基因转录出的mRNA存在碱基互补的序列,可以与其结合,通过抑制M基因的翻译过程抑制M蛋白的合成,B正确,C错误;若lin4的基因发生突变,则不能与M基因转录出的mRNA结合,对M蛋白合成的抑制作用减弱,细胞中M蛋白的含量将会上升,D错误。
易混突破 只有在双链DNA或RNA分子中,碱基的数量关系才满足嘌呤总数=嘧啶总数,即A+G=C+T或A+G=C+U,在单链DNA或RNA分子中,不一定满足嘌呤总数=嘧啶总数。
2.表观遗传(2022北京朝阳一模,7)蜜蜂的幼虫取食蜂王浆发育成蜂王,取食花粉和花蜜则发育成工蜂。DNMT3蛋白是一种DNA甲基化转移酶,能使DNA某些区域甲基化(如图)。敲除DNMT3基因后,蜜蜂幼虫将发育成蜂王,与取食蜂王浆有相同效果。下列有关叙述错误的是( )
A.胞嘧啶和5'-甲基胞嘧啶在DNA分子中均可与鸟嘌呤配对
B.DNA甲基化的本质是基因突变,从而导致性状发生改变
C.蜂王浆可能会使蜜蜂细胞中DNMT3基因的表达水平下降
D.DNA甲基化可能干扰了RNA聚合酶结合DNA相关区域
答案 B 由题图可以看出,胞嘧啶和5'-甲基胞嘧啶(添加了甲基的胞嘧啶)在DNA分子中均可与鸟嘌呤配对,A正确;由题干和题图可推知,DNA甲基化是指在DNA甲基化转移酶(DNMT3蛋白)的作用下,胞嘧啶5号碳位会结合一个甲基基团,该过程并没有改变碱基序列,没有发生基因突变,B错误;敲除DNMT3基因后,蜜蜂幼虫将发育成蜂王,与取食蜂王浆有相同效果,说明蜂王浆可能会使蜜蜂细胞中DNMT3基因的表达水平下降,C正确;DNA甲基化可能干扰了RNA聚合酶结合DNA相关区域(如启动子序列),使基因的表达有差异,从而导致性状发生改变,D正确。
知识拓展 DNA甲基化为DNA化学修饰的一种形式,是指在DNA甲基化转移酶的作用下,可在胞嘧啶5号碳位上共价结合一个甲基基团。能够在不改变DNA序列的前提下,改变遗传表现。大量研究表明,DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式改变,从而影响基因表达。除了DNA甲基化,构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰也会影响基因的表达。
陌生情境
3.组蛋白乙酰化和转录因子对生物生命活动的调控(2022北京东城一模,20)冷驯化指植物经过不致死低温短时间处理后,可以获得更强的抗冷能力。为阐明植物对低温响应的分子机制,科研工作者利用拟南芥展开了相关研究。
(1)在冷驯化过程中,植物感受低温信号后会启动相关冷响应基因(COR基因)的表达以提高冷冻耐受性。CBF蛋白可以结合在COR基因的启动子上,调控COR基因的 过程。研究结果显示,CBF蛋白过表达可导致冷冻耐受性增强,而CBF基因缺失突变体表现为对冷冻敏感,以上信息表明CBF蛋白 。
(2)染色体主要由 和组蛋白组成。组蛋白乙酰化使染色质区域结构变得松散,有利于相关蛋白与某些基因的启动子结合,增强基因的表达水平。组蛋白去乙酰化酶(D)可以去除乙酰基团。已有实验证实,S蛋白能够直接与D相互作用。检测野生型、S缺失突变体和D缺失突变体植株在低温下的生长状况(如表),实验结果表明S蛋白和D分别能够 植株的冷冻耐受性。
22 ℃
-4 ℃
-6 ℃
-8 ℃
-10 ℃
野生型
++++
++++
+++
++
S缺失突变体
++++
++++
+
D缺失突变体
++++
++++
+++
+++
++
注:“+”的数量表示植株中绿叶的数量
(3)科研人员对0 ℃处理后的野生型和三种突变体植株进行了检测,结果如图。此结果支持S蛋白与D在同一通路,且S蛋白通过影响D的作用提高了COR基因启动子区域乙酰化水平这一推测,做出此判断的理由是 。
(4)为进一步研究S蛋白对D的具体作用,科研人员检测了施加蛋白质合成抑制剂条件下野生型和S缺失突变体植株中D的含量,实验结果如下图。
请综合上述实验结果阐述CBF蛋白、D和S蛋白调控拟南芥冷冻耐受的分子机制。
答案 (1)转录 通过促进COR基因转录来增强拟南芥的冷冻耐受性 (2)DNA 提高、降低 (3)3组乙酰化水平低于1组,说明S蛋白可提高COR基因启动子区域组蛋白乙酰化水平;4组与2组的乙酰化水平无显著差异,说明在D缺失时有无S蛋白对乙酰化水平无显著影响,由此可推知S蛋白需要通过影响D的作用提高COR基因启动子区域组蛋白乙酰化水平 (4)在冷处理条件下,S蛋白促进D的降解,导致COR基因启动子区域乙酰化水平上升,该区域的染色质松散,CBF蛋白更容易结合COR基因的启动子,促进COR基因表达,增强拟南芥的冷冻耐受性。
解析 (1)CBF蛋白结合在COR基因的启动子(一段可与RNA聚合酶结合的DNA序列,可启动下游基因转录)上,调控COR基因的转录。由题干信息可知,低温信号COR基因表达冷冻耐受性;CBF蛋白COR基因转录;CBF蛋白过表达 冷冻耐受性;CBF缺失突变体冷冻敏感,故CBF蛋白可通过促进COR基因转录来增强拟南芥的冷冻耐受性。(2)染色体主要由DNA和组蛋白组成。植株中绿叶数量越多,冷冻耐受性越强,由表可知,冷冻耐受性:D缺失突变体>野生型>S缺失突变体,表明S蛋白和D分别能够提高、降低植株的冷冻耐受性。(3)题干中的推测可分为两点:①S蛋白与D在同一通路且S蛋白通过影响D发挥作用;②S蛋白可提高COR基因启动子区域乙酰化水平(S→D→乙酰化水平)。由题图可知,3组乙酰化水平低于1组,②成立,4组与2组的乙酰化水平无显著差异,①成立。(4)根据电泳结果以及(3)中的结论可知,在冷处理条件下,S蛋白促进D的降解,使COR基因启动子区域乙酰化水平提高,导致该区域的染色质松散,CBF蛋白更容易结合COR基因的启动子,促进COR基因表达,增强拟南芥的冷冻耐受性。
解题技巧 画流程图解决“分子机制/信号通路”类问题
本题(1):CBF蛋白结合COR基因启动子COR基因转录冷冻耐受性
本题(2):D组蛋白乙酰化染色质区域结构松散CBF蛋白结合COR基因启动子COR基因表达冷冻耐受性
本题(3):S蛋白D组蛋白乙酰化水平
本题(4):S蛋白D组蛋白乙酰化水平
(S蛋白对D的抑制作用是通过促进D降解实现的)
最后,综合(1)~(4)信息,可得出CBF蛋白、D和S蛋白调控拟南芥冷冻耐受性的分子机制。
复杂情境
4.密码子的简并性及物种对密码子的偏好(2022北京东城一模,12)为提高转基因抗虫棉的抗性,我国科学家通过基因改造,采用了植物偏好的密码子,大大提高了棉花细胞中抗虫蛋白的表达量,如将天冬氨酸的密码子GAU改为了GAC。此过程发生的变化有( )
A.抗虫蛋白的空间结构发生改变
B.抗虫基因转录的mRNA含量增加
C.抗虫基因的核苷酸序列发生改变
D.棉花细胞染色体的结构发生改变
答案 C 科学家通过基因改造,提高棉花细胞抗虫蛋白表达量时,将天冬氨酸的密码子GAU改为了GAC,则其对应模板链中的CTA转变为CTG,碱基对发生了替换,抗虫基因的核苷酸序列发生改变,C正确;GAU和GAC均为天冬氨酸的密码子,因此抗虫蛋白的氨基酸序列未发生改变,空间结构也未发生改变,A错误;采用植物偏好的密码子后,抗虫基因转录出的mRNA在植物细胞内更容易翻译出抗虫蛋白,但其含量不一定增加,B错误;本题中碱基对的替换不会导致染色体结构发生改变,D错误。
5.新冠病毒(RNA病毒)(2022北京丰台一模,6)新冠病毒的遗传物质RNA表达后,经剪切加工才能形成功能蛋白。抗新冠病毒药物M是一种核苷类似物,能在新冠病毒复制时掺入新合成的RNA中,抑制病毒增殖。相关叙述不正确的是( )
A.阻止蛋白酶的剪切加工能保证功能蛋白的完整性
B.新冠病毒进入人体后引起体液免疫和细胞免疫
C.新冠病毒RNA的复制和表达均发生在宿主细胞中
D.感染病毒的中晚期患者使用药物M治疗效果可能不佳
答案 A 新冠病毒的RNA表达后,经剪切加工才能形成功能蛋白,若阻止蛋白酶的剪切加工,则无法保证功能蛋白的完整性,A错误;新冠病毒进入人体后引起体液免疫(新冠病毒表面的抗原刺激机体产生抗体,抗体和病毒特异性结合,阻止病毒进一步侵染宿主细胞)和细胞免疫(新冠病毒侵染宿主细胞后,被细胞毒性T细胞识别并裂解,使病毒暴露出来,抗体可与之结合,或被其他细胞吞噬掉),B正确;新冠病毒没有独立的代谢系统,RNA的复制和表达均发生在宿主细胞中,C正确;根据题干信息可知,抗新冠病毒药物M能在新冠病毒复制时掺入新合成的RNA中,从而抑制病毒增殖,感染病毒的中晚期患者体内的病毒含量已经很高,使用药物M治疗效果可能不佳,D正确。
专题10 遗传的分子基础 D组
情境应用
简单情境
1.密度梯度离心(2022潍坊二模,7)研究人员将1个含14NH4-DNA的大肠杆菌转移到以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中,培养24 h后提取子代大肠杆菌的DNA,进行密度梯度离心,试管中出现两种条带(如图),且条带2中DNA分子数是条带1的3倍。下列说法正确的是( )
A.该分离方法可用于分离细胞中的细胞器
B.若每一代都要收集大肠杆菌,应每6 h收集一次
C.子代DNA进行密度梯度离心前,需先用DNA酶处理
D.根据图示条带的数目和位置不能确定DNA的复制方式
答案 D 分离细胞中的细胞器应使用差速离心法,密度梯度离心不能用来分离细胞器,A错误;提取子代大肠杆菌的DNA,应每8 h收集一次,B错误;子代DNA进行密度梯度离心前,不能用DNA酶处理,否则DNA被降解成脱氧核苷酸,得不到条带,C错误;仅根据图示条带的数目和位置不能确定DNA的复制方式,需要与第一次复制的结果进行比较才能得出DNA的复制方式为半保留复制,D正确。
名师点睛 由于DNA进行半保留复制,因此含14N和15N的DNA数目为2,条带1中有2个DNA,说明条带2中有6个DNA,因此DNA复制了3次,大肠杆菌分裂三次需要24 h,则大肠杆菌分裂一次的时间为8 h。
2.双功能密码子(2022德州二模,17)科学家发现,一种特殊的纤毛虫在某些情形下将传统的终止密码子UGA读取为色氨酸密码子,然而另一种纤毛虫中的UGA可编码两种不同的氨基酸,因此UGA被喻为双功能密码子。下列说法错误的是( )
A.密码子具有普遍性和特殊性
B.同一基因可能表达出不同的蛋白质
C.双功能密码子体现了密码子的简并性
D.同一密码子编码不同氨基酸的现象是自然选择的结果
答案 C 自然界所有的生物共用一套遗传密码,因此密码子具有普遍性,但在一些特殊的生物体内,如题中的纤毛虫又表现出密码子的特殊性,A正确;根据UGA被喻为双功能密码子信息可推测,同一基因可能表达出不同的蛋白质,B正确;双功能密码子体现了密码子的特殊性,密码子的简并性是指不同的密码子能决定相同氨基酸,C错误;同一密码子编码不同氨基酸的现象是长期自然选择的结果,这种特性的存在使生物能更好适应环境,D正确。
知识归纳 密码子具有专一性,一般情况下,一种密码子只能编码一种氨基酸,但一种氨基酸可能由一种或多种密码子编码;密码子具有普遍性,即自然界所有的生物共用一套遗传密码;密码子具有简并性,不同的密码子能决定相同的氨基酸。
复杂情境
3.polyA尾(2022烟台一模,4)真核基因尾部没有T串序列,但是转录出的mRNA的3'端有一个含100~200个A的特殊结构,称为polyA尾,有polyA尾的mRNA可以结合更多的核糖体。科研人员将含有polyA尾和无polyA尾的珠蛋白mRNA分别注入爪蟾卵母细胞中,起初二者都能合成珠蛋白,6 h后后者不能继续合成珠蛋白。下列分析错误的是( )
A.基因转录结束后polyA尾才添加到mRNA的3'端
B.polyA尾可以增强mRNA的稳定性以延长发挥作用的时间
C.含polyA尾的mRNA合成蛋白质的效率更高
D.翻译出的多肽末端含多个密码子AAA对应的氨基酸
答案 D 真核生物基因的尾部没有T串序列,故判断polyA尾不是转录而来的,再根据题干信息“3'端有一个含100~200个A的特殊结构”可知,该序列是mRNA合成后,在相应酶的作用下依次在其3'端添加腺嘌呤核糖核苷酸形成的,A正确;根据题干信息“科研人员将含有polyA尾和无polyA尾的珠蛋白mRNA分别注入爪蟾卵母细胞中,起初二者都能合成珠蛋白,6 h后后者不能继续合成珠蛋白”,说明polyA尾可以增强mRNA的稳定性以延长发挥作用的时间,B正确;有polyA尾的mRNA可以结合更多的核糖体,说明含polyA尾的mRNA合成蛋白质的效率更高,C正确;polyA尾并没有编码氨基酸,翻译出的多肽末端不含多个密码子AAA对应的氨基酸,D错误。
4.某染色体上的基因内部结构图(2022泰安二模,5)如图为某染色体上的基因内部和周围DNA片段,长度为8千碱基对(单位:kb)。人为划分a~g七个区间,转录生成的RNA中d区间所对应的区域会被加工切除。下列说法错误的是( )
A.在a、d、g中发生的碱基对改变不一定影响蛋白质产物
B.转录一次需要消耗6 300个游离的核糖核苷酸
C.核糖体会从b移动到c,读取c、d、e区间的密码子
D.该基因的转录发生在细胞核,翻译发生在细胞质
答案 C 由题可知,转录生成的RNA中d区间所对应的区域会被加工切除,在a、d、g中发生的碱基对改变不一定影响转录形成的成熟的mRNA的碱基序列,因此不一定影响蛋白质产物,A正确;转录从转录起点A开始,到转录终点D结束,由图示可知,参与转录的DNA的长度为7.5 kb-1.2 kb=6.3 kb,因此转录一次需要消耗6 300个游离核糖核苷酸,B正确;核糖体在mRNA上移动,不能直接认读基因上的碱基序列,C错误;该基因为染色体上的基因,是真核细胞的核基因,其转录发生在细胞核,翻译发生在细胞质,D正确。
5.细胞DNA甲基化水平图(2022聊城二模,5)基因启动子内由碱基序列GGCGGG组成的GC框是一个转录调节区,GC框中的胞嘧啶易被甲基化而影响基因的表达。Tet3基因的表达产物Tet3蛋白具有解除DNA甲基化的功能。小鼠胚胎发育过程中各期细胞DNA甲基化水平如图所示。下列说法错误的是( )
A.GC框发生甲基化不影响遗传信息的传递
B.第3次卵裂时Tet3基因表达能力显著增强
C.双亲染色体DNA去甲基化不是同步进行的
D.原肠胚DNA甲基化水平升高有利于细胞分化
答案 B GC框与转录过程有关,而遗传信息的传递主要与DNA分子复制有关,故GC框发生甲基化不影响遗传信息的传递,A正确;第3次卵裂形成8细胞,由图可知,父源染色体和母源染色体在第3次卵裂时DNA甲基化水平均最低,而Tet3基因的表达产物Tet3蛋白具有解除DNA甲基化的功能,故第3次卵裂时Tet3基因表达能力最强,显著增强的时期应是母源染色体在2细胞至4细胞时,父源染色体在受精到受精卵期间,B错误;由题图中曲线可知,受精卵中父源染色体DNA甲基化水平与母源染色体DNA变化不同步,父源染色体的曲线先下降,C正确;细胞分化的实质是基因的选择性表达,原肠胚DNA甲基化水平升高有利于细胞分化,D正确。
复杂陌生情境
6.冈崎片段(2022济宁二模,17)(不定项)端粒学说认为随细胞不断分裂,线性染色体的末端不断缩短,当缩短至染色体的临界长度时,细胞将失去活性而衰老死亡。研究发现,端粒缩短与DNA复制方式有关,如图中引物会被酶切除,产生的“空白”区域,可以通过新链合成修复,把DNA复制损失的端粒填补起来,在这个修复过程中端粒酶起到重要作用,但最后的冈崎片段的引物切除后,留下的“空白”M区域将无法修复。下列叙述错误的是( )
A.图示引物是一小段短单链核酸
B.理论上可以通过提高端粒酶活性延缓细胞衰老
C.图中“空白”区域M无法修复的原因可能是缺少相关的酶和能量
D.由图可知,DNA分子复制的特点有半保留复制、多起点双向复制、边解旋边复制
答案 CD 在生物体内,DNA复制需要引物,常常是一段RNA,即图示引物是一小段短单链核酸,A正确;端粒酶可以修复DNA复制过程中产生的“空白”区域,理论上可以通过提高端粒酶活性延缓细胞衰老,B正确;DNA分子复制时,子链是从5'端到3'端的方向延伸的,因而一条DNA分子的母链在复制时是不连续的,必须借助于引物的参与,并且游离的脱氧核苷酸要连接在引物的3'端,所以冈崎片段的引物切除后无法修复,可能是由于缺少引物,也可能是缺少了5'端上游的序列,C错误;由题图无法得出DNA分子复制具有多起点双向复制的特点,D错误。
专题十 遗传的分子基础 E组
情境应用
简单情境
1.新冠病毒与中心法则(2022天津河东一模,11改编)新冠疫情爆发以来, 新型冠状病毒(SARS-CoV-2)已出现阿尔法、贝塔、伽马、德尔塔、奥密克戎等变异毒株。防止新冠疫情出现聚集性爆发和扩散,构筑新冠病毒防线的任务依然艰巨,目前防控重要措施包括:①注射新冠疫苗,以增强人体免疫力;②进行新冠病毒的检测, 以阻断传播途径。
新型冠状病毒(SARS-CoV-2)是单股正链RNA病毒,其遗传信息传递的过程如图所示。
有关新型冠状病毒叙述合理的是( )
A.据图可知,新冠病毒蛋白质的合成需经转录和翻译两个生理过程
B.图中+RNA既含有该病毒的基因,又含有多个起始密码子和终止密码子
C.新型冠状病毒已出现多种变异毒株,主要是由于抗生素诱导产生的
D.接种新冠病毒灭活疫苗后,灭活病毒能在内环境中表达抗原蛋白,激活机体的免疫反应
答案 B 据图可知,新冠病毒的+RNA可以直接作模板指导蛋白质的合成,蛋白质的合成可不经转录过程, A错误;图中+RNA能经复制产生-RNA,+RNA又能直接作模板指导蛋白质的合成,说明+RNA既含有该病毒的基因,又含有多个起始密码子和终止密码子,B正确; 新型冠状病毒出现多种变异毒株是基因突变的结果,具有随机性和不定向性,并非抗生素诱导产生的, C错误;接种新冠病毒灭活疫苗后,灭活病毒不能在内环境中表达抗原蛋白,D错误。
复杂情境
表观遗传与基因表达(2022天津河西一模,9—10)阅读下列材料,回答2、3小题。
一个典型的蜜蜂蜂群数量最多的是工蜂,工蜂都是丧失繁殖能力的雌蜂,具有适于采集花粉的性状。蜜蜂受精卵(2n=32)发育成的幼虫若持续食用蜂王浆则发育为蜂王,否则发育为工蜂,未受精的卵细胞发育成雄蜂。
2.蜂王浆中含有丰富的microRNA,这些microRNA被幼虫摄入后与Dnmt3基因转录出的mRNA结合而抑制其表达,从而显著降低幼虫体内dynactinp62基因的甲基化水平。下列说法错误的是( )
A.抑制幼虫的dynactinp62基因表达可以使其发育成蜂王
B.microRNA通过干扰Dnmt3基因的翻译抑制其表达
C.蜂王浆中的microRNA可以不经分解而被蜜蜂幼虫吸收
D.Dnmt3基因的表达产物可能是一种DNA甲基化酶
答案 A 显著降低幼虫体内dynactinp62基因的甲基化水平,可以促进幼虫的dynactinp62基因表达,使其发育成蜂王,A错误;microRNA与Dnmt3基因的mRNA结合,使Dnmt3基因的翻译过程受抑制,B正确;由题干信息“microRNA被幼虫摄入后与Dnmt3基因转录出的mRNA结合”可知,蜂王浆中的microRNA被蜜蜂幼虫摄入后可不经分解而被吸收,C正确;Dnmt3基因的翻译过程受抑制后,可显著降低幼虫体内dynactinp62基因的甲基化水平,则Dnmt3基因的表达产物可能是一种DNA甲基化酶,D正确。
3.下列有关蜂群中蜂王、工蜂和雄蜂的分析中,错误的是( )
A.雄蜂体细胞中含有本物种配子染色体数,属于单倍体
B.决定工蜂适于采集花粉性状的基因只位于蜂王体内,通过蜂王传递给子代
C.工蜂和虫媒花表现出来的相互适应的性状都是协同进化的结果
D.若蜂王基因型为Aabb,则该蜂群中新发育成的雄蜂基因型可能有Ab和ab两种
答案 B 凡是由配子发育而来的个体均称为单倍体,雄蜂由未受精的卵细胞发育而来,故其体细胞中含有本物种配子染色体数,属于单倍体,A正确;决定工蜂适于采集花粉性状的基因可能存在于蜂王、雄蜂、工蜂体内,B错误;协同进化是指不同物种之间、生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展,工蜂和虫媒花表现出来的相互适应的性状是协同进化的结果,C正确;蜂王基因型为Aabb,可形成基因型为ab和Ab的卵细胞,雄蜂由未受精的卵细胞发育而成,则该蜂群中新发育成的雄蜂基因型可能有Ab和ab两种,D正确。
4.氨基酸与基因表达(2022天津十二校联考一模,6)四膜虫是实验研究的理想材料,当缺乏必需氨基酸时,细胞内tRNA会被细胞内某些蛋白类内切酶切割成若干个片段,从而影响蛋白质的合成,而非必需氨基酸缺乏时,不会引起tRNA的切割。下列说法错误的是( )
A.内切酶破坏tRNA中的磷酸二酯键,将其切割成若干个片段
B.内切酶与tRNA之间可能通过碱基互补配对相互识别
C.缺乏必需氨基酸会直接影响翻译过程,减少蛋白质的合成
D.基因发生甲基化修饰,会影响基因的转录
答案 B 由题可知,内切酶能将tRNA切割成若干片段,可推测其破坏的是tRNA中核苷酸之间的磷酸二酯键,A正确;内切酶为蛋白质,其不含碱基,故内切酶与tRNA之间不能通过碱基互补配对相互识别,B错误;必需氨基酸缺乏会引起tRNA被切割,因此会直接影响翻译过程,减少蛋白质的合成,C正确;基因发生甲基化,可影响RNA聚合酶对于基因序列的识别,进而影响基因的转录,D正确。
复杂陌生情境
乳糖操纵子(2022天津十二校联考一模,11—12)阅读下列材料,回答5、6小题。
乳糖操纵子是细菌中参与乳糖分解的一个基因群,由乳糖系统的阻遏物和操纵序列组成,使得一组与乳糖代谢相关的基因受到同步的调控,科学家提出了著名的操纵子学说。
乳糖操纵子是由调节基因(lacI)、启动子(lacP)、操纵基因(lacO)和结构基因(lacZ、lacY、lacA)组成的,具体功能如图所示。
lacI会编码阻遏蛋白,lacZ、lacY、lacA分别编码β-半乳糖苷酶、β-半乳糖苷透性酶、β-半乳糖苷转乙酰基酶。当培养基中没有乳糖时,阻遏蛋白结合到操纵子中的操纵基因上,RNA聚合酶就不能与启动子结合,结构基因不表达。当培养基中有乳糖时,乳糖分子与阻遏蛋白结合,引起阻遏蛋白构象发生改变,不能结合到操纵基因上,使RNA聚合酶能正常催化转录操纵子上的结构基因,即乳糖操纵子被诱导表达。细胞质中有了β-半乳糖苷酶后,便催化分解乳糖为半乳糖和葡萄糖,乳糖被分解后,又造成了阻遏蛋白与操纵基因结合,使结构基因关闭。
5.关于乳糖操纵子的描述,错误的是( )
A.操纵子中包含多个基因
B.调节基因的表达生成阻遏蛋白
C.lacZ中不存在RNA聚合酶的识别位点
D.阻遏蛋白与启动子结合调控基因表达
答案 D 乳糖操纵子是由调节基因、启动子、操纵基因和结构基因组成的,因此操纵子中包含多个基因,A正确;从题图可以看出,调节基因经过转录、翻译生成阻遏蛋白,B正确;启动子是RNA聚合酶识别和结合的位点,由图可知,lacZ为结构基因,无启动子,C正确;由题图可知,阻遏蛋白是通过与操纵基因结合来调控基因表达的,D错误。
6.下列对材料的分析叙述,不合理的是( )
A.阻遏蛋白与操纵基因的结合与后者的碱基排列顺序有关
B.乳糖操纵子对于细菌中乳糖的利用为负反馈调节机制
C.阻遏蛋白构象的改变是一个不可逆的过程
D.乳糖操纵子的存在能使细菌更有效地利用培养基中的营养成分
答案 C 阻遏蛋白可以与操纵基因结合,不可与其他基因结合,是因为不同的基因有其特定的碱基排列顺序,A正确;当培养基中有乳糖时,乳糖与阻遏蛋白结合,引起阻遏蛋白构象发生改变,不能结合到操纵基因上,而当乳糖分解为半乳糖和葡萄糖时,又造成了阻遏蛋白与操纵基因的结合,使结构基因不能表达,可见乳糖操纵子对于细菌中乳糖的利用为负反馈调节机制,阻遏蛋白的构象改变是可逆的,B正确,C错误;由材料分析可知,乳糖操纵子的存在使得细菌能更有效地利用培养基中的营养成分,D正确。
7.生物节律与中心法则(2022天津新华中学统练六,7)日节律是动物普遍存在的节律性活动,如图表示某种动物以24 h为周期的日节律形成机理。下列说法错误的是( )
注:X蛋白代表与日节律现象有关的多种蛋白
A.P蛋白和T蛋白形成的二聚体可通过核孔进入细胞核发挥作用
B.X蛋白基因的转录和翻译过程中碱基互补配对的原则不完全相同
C.白天T蛋白的降解可导致X蛋白减少,从而使动物表现日节律现象
D.晚上P蛋白和T蛋白的合成受细胞内的负反馈调节机制控制
答案 C 由图可知,若T蛋白和P蛋白均在晚上合成时,则可在细胞质中形成P-T蛋白二聚体,并经核孔到细胞核中发挥作用,A正确;X蛋白基因的转录是以DNA的一条链为模板合成RNA的过程,碱基互补配对是A—U、T—A、G—C、C—G,翻译时的碱基互补配对为A—U、U—A、G—C、C—G,则转录和翻译过程碱基互补配对的原则不完全相同,B正确;由图可知,白天时,T蛋白降解,T蛋白减少导致P蛋白降解,X蛋白积累量增加,动物表现出日节律现象,C错误;据图可知,晚上P蛋白和T蛋白积累到一定数量时,会在细胞质内结合形成P-T蛋白二聚体,二聚体通过核孔进入细胞核,抑制相关基因的转录,从而减少二聚体的形成,这是一种(负)反馈调节机制,D正确。
专题10 遗传的分子基础 F组
情境应用
简单情境
1.细菌的转化实验(2022河北保定一模,14)(多选)转化是细胞从周围介质中吸收来自另一基因组成细胞的DNA,而使其自身基因组成和性状发生变化的现象。下列关于肺炎链球菌转化实验的叙述,正确的是( )
A.格里菲思的实验证明了S型细菌和R型细菌的DNA均可使对方转化
B.艾弗里的实验证明了S型细菌的DNA能使R型细菌的基因组成发生改变并使其具有荚膜
C.给小鼠注入R型细菌与加热致死的S型细菌的混合物后,R型细菌会被转化并导致小鼠死亡
D.在R型细菌的培养基中只加S型细菌的DNA比加入等量DNA和蛋白质混合物的转化效率要高
答案 BCD 格里菲思的实验仅证明了S型细菌内存在转化因子可使R型细菌转化为S型细菌,没有证明R型细菌DNA可使S型细菌转化,A错误。
2.染色体外ecDNA(2022福建泉州三模,6)ecDNA是染色体外的双链环状DNA,可在癌细胞中大量分布。ecDNA比染色体DNA更加松散,其上的癌基因更易表达,从而促进肿瘤的发生。有关ecDNA的叙述,错误的是( )
A.ecDNA分子不存在游离的磷酸基团
B.ecDNA分子中的每个磷酸均连接着两个脱氧核糖
C.ecDNA分子复制方式为半保留复制
D.癌细胞中不存在ecDNA与蛋白质结合物
答案 D ecDNA为双链环状DNA,其上的每个磷酸均连接着两个脱氧核糖,不含游离的磷酸基团,A、B正确;双链DNA分子的复制方式为半保留复制,C正确;当ecDNA上的基因进行复制和表达时,就会产生蛋白质类酶与该DNA的结合物,D错误。
复杂情境
3.DNA修复机制(2022辽宁辽南协作体二模,6)科学家研究发现,细胞可通过多种酶系统和其他物理化学方法来修复和纠正偶然发生的DNA损伤,图为DNA结构缺陷时的一种切除修复的方式,相关说法不正确的是( )
A.由图可知酶①的移动方向为由右向左
B.酶②催化磷酸二酯键合成
C.图示过程涉及碱基互补配对原则
D.若该片段所在的DNA分子,全部碱基中C占30%,则该DNA分子的一条核苷酸链中(C+G)/(A+T)为3∶2
答案 A 图中显示DNA修复时,首先切除含有损伤部位的核苷酸片段,然后由DNA聚合酶(酶①)合成缺失的片段,再由DNA连接酶(酶②)催化形成完整的DNA分子。合成结束酶①结合在新链的右侧,说明酶①的移动方向为由左向右,A错误;DNA连接酶催化磷酸二酯键合成,B正确;DNA修复过程遵循碱基互补配对原则,C正确;若该片段所在的DNA分子,全部碱基中C占30%,则G占30%,A=T占(1-30%-30%)÷2=20%,双链DNA的单、双链中,互补碱基之和的比值相等,故题述DNA分子中(C+G)/(A+T)等于该DNA分子的一条核苷酸链中(C+G)/(A+T),为3∶2,D正确。
4.核糖体移框(2022辽宁沈阳二模,4)遗传信息的翻译过程包括起始、延伸和终止。在延伸过程中,偶尔会出现核糖体一次移动的不是三个碱基的“距离”,而是两个或者四个碱基的“距离”,此现象称为“核糖体移框”。下列有关该现象的推断,错误的是( )
A.可导致细胞中某些基因的碱基发生增添或缺失
B.不会导致mRNA上起始密码子的位置发生改变
C.可导致mRNA上提前或者延后出现终止密码子
D.可导致翻译出的多肽链的氨基酸顺序发生改变
答案 A 翻译时,核糖体是在mRNA上移动,因此“核糖体移框”不会改变基因的结构,也不改变mRNA上的密码子序列,A错误,B正确;“核糖体移框”读取两个或者四个碱基的“距离”,会导致结合的tRNA出现变化,氨基酸的顺序可能发生改变,也有可能会导致mRNA上提前或者延后出现终止密码子,C、D正确。
复杂陌生情境
5.表观遗传的机制(2022 T8联考二模,14)科学家在对肥胖症进行研究时发现,正常小鼠体内FTO基因的敲除或失活会导致细胞内RNA的甲基化修饰水平增加约20%,同时减少成熟脂肪细胞内脂肪含量,而敲除METTL3基因后,其结果刚好相反。相关叙述正确的是( )
A.FTO基因的过量表达会减少脂肪含量
B.mRNA的甲基化不会导致遗传信息的改变
C.FTO与METTL3对脂肪含量的影响属于负反馈调节
D.FTO与METTL3可在转录水平对基因的表达进行调节
答案 B FTO基因的敲除或失活会导致细胞内RNA甲基化修饰水平增加约20%,同时减少成熟脂肪细胞内脂肪含量,推知FTO基因过量表达会增加脂肪含量,A错误;反馈调节是指在一个系统中,系统本身的工作效果,反过来又作为信息调节该系统的工作,FTO与METTL3对脂肪含量的影响不属于负反馈调节,C错误;FTO与METTL3是通过控制甲基转移酶和脂肪形成酶的形成来影响甲基化修饰水平和脂肪含量的,D错误。
6.新冠病毒的增殖(2022河北邯郸一模,5)新冠病毒是+RNA病毒,其+RNA可直接与核糖体结合后合成病毒所需的酶,图是该病毒在宿主细胞内增殖的示意图。下列有关叙述错误的是 ( )
A.+RNA可作为翻译的模板合成RNA复制酶
B.-RNA中碱基的改变不会导致子代病毒变异
C.酶1、酶2和酶3都能催化磷酸二酯键的形成
D.合成病毒蛋白质所需的tRNA来自宿主细胞
答案 B 新冠病毒+RNA直接与宿主细胞的核糖体结合来合成病毒所需的酶,A正确;图中,+RNA在酶1催化下形成-RNA,-RNA再作为模板在酶3催化下合成+RNA,+RNA和mRNA指导合成的蛋白质组装子代病毒,-RNA中碱基的改变会导致+RNA发生改变,使子代病毒发生变异,B错误;酶1、酶2和酶3催化的产物都是RNA,都催化磷酸二酯键的形成,C正确;合成病毒蛋白质所需的原料和工具tRNA均来自宿主细胞,D正确。
7.RNA编辑(2022福建漳州一模,16)RNA编辑是某些RNA,特别是mRNA前体的一种加工方式,如插入、删除或取代一些核苷酸,导致DNA所编码的mRNA发生改变。载脂蛋白基因编码区共有4 563个密码子对应的碱基对,在表达过程中存在RNA编辑现象。如图是在哺乳动物肝脏和肠组织中分离到的载脂蛋白mRNA序列,两种RNA只有图示中的碱基不同。据此分析,下列叙述正确的是( )
A.RNA编辑属于基因突变,原因是基因表达的产物发生了变化
B.通过RNA编辑,使肠载脂蛋白mRNA中终止密码子提前出现
C.①过程发生在细胞核内,需要解旋酶和RNA聚合酶参与催化
D.②过程共需要mRNA和tRNA两种RNA参与,tRNA的作用是运输氨基酸
答案 B RNA编辑可改变mRNA的碱基序列,其基因结构并未发生变化,不属于基因突变,A错误;肠载脂蛋白mRNA中碱基U取代了碱基C,发生了RNA编辑,形成的蛋白质中氨基酸的数目减少,说明终止密码子提前出现,B正确;①过程是转录,可发生在细胞核中,转录需要RNA聚合酶,不需要解旋酶,C错误;②过程是翻译,需要mRNA、rRNA和tRNA的参与,tRNA可识别反密码子,也可运输氨基酸,D错误。
8.遗传印记分析(2022福建莆田二模,20)遗传印记是指同一个基因由于来源于父本与母本的不同而产生表达差异的现象。DNA甲基化不改变DNA序列,通过碱基连接甲基基团来抑制基因表达,是遗传印记的重要原因之一。胰岛素样生长因子2(Igf2)基因是最早发现的印记基因,位于小鼠7号常染色体上,存在有功能型的A基因和无功能型的a基因,A基因能促进小鼠生长,而a基因无此功能。Igf2基因在雌鼠形成配子时印记重建为甲基化,在雄鼠形成配子时为去甲基化,过程如图所示。回答下列问题:
(1)图中雌雄小鼠基因型相同,但表型不同的原因是 。
(2)图中雌鼠在形成配子时,A和a基因遵循 定律。雌鼠的A基因来自它的 (“母本”或“父本”或“不确定”)。
(3)某研究小组要验证雌配子形成过程中A基因印记重建为甲基化。现有小鼠若干:①纯合的生长正常雌鼠 ②杂合的生长正常雌鼠 ③杂合的生长缺陷雌鼠 ④纯合的生长正常雄鼠 ⑤纯合的生长缺陷雄鼠,请选择一个杂交组合并预期实验结果。
杂交组合(写序号): 。
预期实验结果: 。
(4)小鼠毛色褐色(B)对黄色(b)为显性,且基因B、b没有遗传印记。将基因型为AaBb的雌雄小鼠杂交,根据子代生长情况和毛色可以推知基因B、b是否在7号染色体上:
若子代生长正常褐色鼠∶生长缺陷褐色鼠∶生长正常黄色鼠∶生长缺陷黄色鼠= ,则基因B、b不在7号染色体上;否则在7号染色体上。
答案 (1)雄性小鼠A基因甲基化,抑制其表达;雌性小鼠A基因没有甲基化,正常表达 (2)分离 父本 (3)①×⑤(或②×⑤) 子代全为生长缺陷 (4)3∶3∶1∶1
解析 (1)亲代雌、雄鼠的基因型相同,但表型不同,原因是雄性小鼠A基因甲基化,抑制其表达;雌性小鼠A基因没有甲基化,正常表达。(2)A和a基因为一对等位基因,遵循分离定律;雄鼠形成配子时印记重建为去甲基化,雌鼠形成配子时印记重建为甲基化,雌鼠的A基因未甲基化,可以断定亲代雌鼠的A基因来自父方。(3)为验证雌配子形成过程中A基因印记重建为甲基化,可以选择纯合的生长正常雌鼠(①)或杂合的生长正常雌鼠(②)与纯合的生长缺陷雄鼠(⑤)杂交得到F1,观察并统计F1的表型及比例,若F1全为生长缺陷鼠,说明雌配子形成过程中A基因印记重建为甲基化。(4)将基因型为AaBb的雌雄小鼠杂交,分别考虑两对基因的遗传,雌鼠产生的配子中A基因不能表达,雄鼠产生含A和a的两种数量相等的配子,则子代生长正常∶生长缺陷=1∶1,褐色∶黄色=3∶1,若基因B、b不在7号染色体上,则A、a和B、b符合自由组合定律,则子代生长正常褐色鼠∶生长缺陷褐色鼠∶生长正常黄色鼠∶生长缺陷黄色鼠=3∶3∶1∶1。
专题10 遗传的分子基础 G组
情境应用
简单情境
1.噬菌体侵染细菌的实验分析(2022浙江温州二模,15)图示为“T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验”中32P标记的实验。
下列对于图示实验的分析,正确的是( )
A.实验中先后进行了2次放射性检测
B.说明T2噬菌体的DNA能单独侵染大肠杆菌
C.只有少部分子代T2噬菌体得到了亲代的遗传信息
D.若省去搅拌操作,图示实验结果将发生明显变化
答案 A 实验中先后检测了悬浮液(上清液)和沉淀物中的放射性,A正确;该组实验不明确蛋白质外壳的去向,还不能说明T2噬菌体的DNA能单独侵染大肠杆菌,B错误;子代T2噬菌体均得到了亲代的遗传信息,C错误;若省去搅拌操作,T2噬菌体的蛋白质外壳未能与大肠杆菌很好地分离,对实验结果也不会产生明显影响,D错误。
易错警示 生物的遗传物质是DNA或RNA,遗传信息储存在DNA或RNA的核苷酸序列中。
2.转录过程图(2022浙江金华十校二模,19)图示为转录过程,下列叙述正确的是( )
A.图中的RNA聚合酶移动的方向为由右向左
B.图中RNA聚合酶可识别RNA上特定碱基序列
C.转录时多个RNA聚合酶催化形成同一条RNA
D.转录过程中DNA同一部位会出现2次氢键的断裂和形成
答案 D 由RNA链的合成方向可知,RNA聚合酶的移动方向是由左向右,A错误;图中RNA聚合酶可识别DNA上特定碱基序列,B错误;转录时一个RNA聚合酶催化形成一条RNA,C错误;在转录区域,DNA双链会解螺旋和重新螺旋,模板链会与RNA链形成杂链(DNA-RNA配对区域)及分开,因此同一部位会出现2次氢键的断裂和形成,D正确。
复杂情境
3.探究肺炎链球菌转化机理(2022浙江嘉兴二模,18)肺炎链球菌R型菌转化为S型菌的实质是S型菌DNA整合到了R型菌DNA上。为了研究转化是否需要S型菌和R型菌的直接接触,利用如图装置进行了实验。先将两种类型的菌株分别加入U型管左、右两臂内,U型管中间隔有微孔滤板。实验过程中,在U型管右臂端口将培养液缓慢地吸过来、压过去,让两菌株共享一种培养液,吸压过程也会导致少量菌体破裂。一段时间后取U型管两臂菌液涂布培养,左臂菌液只出现S型菌落,右臂菌液同时出现S型、R型两种类型菌落。下列叙述错误的是( )
A.微孔滤板不允许肺炎链球菌通过
B.微孔滤板允许DNA分子通过
C.左侧的透气塞允许肺炎链球菌通过
D.R型菌转化成S型菌不需要两者直接接触
答案 C 该实验要研究转化是否需要S型菌和R型菌的直接接触,因此微孔滤板不允许肺炎链球菌通过而相互接触,但可允许DNA分子等非细胞的成分通过,A、B正确;左侧的透气塞不允许肺炎链球菌通过,以排除外来肺炎链球菌的污染,C错误;R型菌转化为S型菌的实质是基因重组,即S型菌DNA整合到了R型菌DNA上,由实验结果可知,该过程不需要两者直接接触,D正确。
4.BrdU与DNA复制(2022浙江嘉兴二模,25)5-溴尿嘧啶脱氧核苷(BrdU)可代替胸腺嘧啶脱氧核苷参与DNA复制,细胞在含BrdU的培养液中培养若干细胞周期,经染色可观察到不同染色体的染色结果,如表所示。SCEs是指两条姐妹染色单体之间的同源片段的互换。在某细胞周期,发现了如图所示色差染色体。
1个 DNA分子中的BrdU的掺入情况
未掺入
只有1条掺入
2条均掺入
染色结果
深蓝色
深蓝色
浅蓝色
注: 表示不含BrdU的DNA单链
表示含BrdU的DNA单链
下列关于该色差染色体的成因分析中,错误的是 ( )
A.第1个细胞周期发生交换,第1个细胞周期能观察到SCEs现象
B.第1个细胞周期发生交换,第2个细胞周期能观察到SCEs现象
C.第2个细胞周期发生交换,第2个细胞周期能观察到SCEs现象
D.第3个细胞周期发生交换,第3个细胞周期能观察到SCEs现象
答案 A 在第1个细胞周期,根据DNA半保留复制特点可知,复制出的子代DNA双链中均只有1条链掺入BrdU,则两个子代DNA分子所在的姐妹染色单体均被染成深蓝色,因此即使两条姐妹染色单体之间发生同源片段的互换,也不会出现图示色差染色体,即在第1个细胞周期不能观察到SCEs现象,A错误;若在第1个细胞周期发生交换,则交换后的DNA双链分子复制后会出现如下图所示的两种子代DNA分子(虚线代表掺入BrdU的DNA片段),即在第2个细胞周期中能观察到SCEs现象,B正确;经历第1次正常情况的有丝分裂后,核DNA分子双链均为只有1条链掺入BrdU,在第2次有丝分裂中,经复制会产生1个DNA分子只有1条链掺入BrdU,另1个DNA分子双链均掺入BrdU,两个DNA分子所在的姐妹染色单体之间发生同源片段的互换后,可观察到SCEs现象,第3个细胞周期中也可以出现此情况,C、D正确。
5.hnRNA与mRNA(2022浙江宁波二模,21)甲、乙为小鼠细胞核中的β-球蛋白基因(图中实线表示DNA双链)分别与其未经加工的转录产物(hnRNA)和加工后的转录产物(mRNA)杂交结果示意图。下列叙述错误的是( )
A.hnRNA加工成mRNA发生在细胞核中
B.图中存在的碱基配对方式与翻译时的碱基配对方式存在差异
C.β-球蛋白基因中存在不编码蛋白质的核苷酸序列
D.hnRNA和mRNA之间杂交会出现比较多的杂交区域
答案 D 核基因转录出的RNA在细胞核中加工成熟,A正确;图中存在的DNA与DNA之间、RNA与DNA之间的碱基配对方式,与翻译时RNA与RNA之间的碱基配对方式存在差异,B正确;根据甲、乙杂交结果可知,加工成熟的mRNA切除了部分序列,据此判断β-球蛋白基因中存在不编码蛋白质的核苷酸序列,C正确;mRNA由hnRNA加工而来,两者杂交一般不会出现较多的杂交区域,D错误。
易错提醒 mRNA是在hnRNA的基础上切除了部分序列而形成的,两者具有一些相同的序列,均可与模板链杂交,但两者之间一般不能形成较多的杂交区域。
6.边转录边翻译(2022浙江绍兴二模,19) 某细胞中基因表达过程如图所示,其中甲、乙、丙、丁分别代表不同物质,Ⅰ、Ⅱ代表碱基三联体。下列叙述正确的是( )
A.该图示为真核细胞核内基因的表达过程
B.图中甲既能催化磷酸二酯键的形成,也能催化双螺旋的解开
C.乙分子中碱基互补配对原则与丙、丁互补配对原则完全不同
D.图中碱基三联体Ⅰ可能有64种,而Ⅱ通常只有1种
答案 B 题图所示的边转录边翻译过程不能表示真核细胞核内基因的表达过程,A错误; 甲是RNA聚合酶,既能催化磷酸二酯键的形成,也能解开双螺旋,B正确;乙分子(DNA)中碱基互补配对原则与RNA分子(丙为mRNA,丁为tRNA)之间的碱基互补配对原则有部分相同,C错误;终止密码子通常不编码氨基酸,因此图中碱基三联体Ⅰ不可能有64种,D错误。
易错提醒 RNA聚合酶能以模板链为模板,通过磷酸二酯键聚合成相对应的RNA分子,也能催化DNA双螺旋解开和重新形成。
7.嘌呤霉素与翻译(2022浙江温州二模,17)嘌呤霉素是一种氨基核苷类物质,可随机进入核糖体相应位点,其氨基端连接到延伸中的肽链上,使肽链末端成为嘌呤霉素残基,不能再连接氨基酸而终止翻译。某研究小组在大肠杆菌培养液中加入了足量嘌呤霉素,探究其作用效果。下列关于嘌呤霉素的叙述,错误的是( )
A.能认读mRNA上的终止密码子
B.能与肽链的羧基端缩合形成肽键
C.能使一条mRNA翻译得到多条不同的肽链
D.能通过对基因表达过程的干扰起到抑菌作用
答案 A 在翻译过程中,核糖体认读mRNA上的密码子,A错误;已知嘌呤霉素的氨基端可连接到延伸中的肽链上,使肽链末端成为嘌呤霉素残基,并终止翻译,因此嘌呤霉素会与肽链的羧基端缩合形成肽键,B正确;嘌呤霉素会随机进入核糖体相应位点阻断翻译过程,导致一条mRNA翻译得到多条长短不同的肽链,C正确;嘌呤霉素能抑制翻译过程,因此能通过对基因表达过程的干扰起到抑制细菌生长的作用,D正确。
易错提醒 在翻译合成蛋白质的过程中,核糖体沿着mRNA运行并认读其上的密码子。
8.基因沉默机制(2022浙南名校联考,18)细胞中存在一种调控mRNA降解引发基因沉默的机制,其具体调控机理如图。下列叙述错误的是( )
A.①过程形成的miRNA中不存在氢键和碱基互补配对现象
B.②过程发生的磷酸二酯键的形成和断裂都需要相应酶催化
C.siRNA介导的基因沉默是通过抑制基因表达中的翻译过程实现的
D.siRNA的碱基序列与基因中的一条链的相应序列互补
答案 A 由题图可知,miRNA中存在部分双链结构,因此存在氢键和碱基互补配对现象,A错误;②过程表示miRNA的加工,在特定酶的催化下发生磷酸二酯键的断裂和形成,B正确;siRNA介导的基因沉默是通过降解相应mRNA来实现的,即抑制了翻译过程,C正确;siRNA的碱基序列应与基因中的一条链的相应序列互补,才能结合相应的mRNA,D正确。
专题10 遗传的分子基础 A组
简单情境
1.前体RNA(2022梅州质检,10)真核生物的核基因在转录过程中会先形成前体RNA(hnRNA),、hnRNA经过加工才能形成作为翻译模板的成熟RNA(mRNA),如图甲、乙是人的胰岛素基因(图中的实线表示基因)分别与其hnRNA和mRNA杂交的结果示意图。下列叙述错误的是( )
A.hnRNA和mRNA不能形成杂交带
B.图中杂交带的形成遵循碱基互补配对原则
C.人的胰岛素基因含有不编码蛋白质的碱基序列
D.可从胰岛B细胞的细胞质中获取mRNA、hnRNA
答案 D 由图可知,hnRNA和mRNA都可以与模板链进行碱基互补配对,故hnRNA和mRNA不能形成杂交带,A正确;图中杂交带的形成遵循碱基的互补配对原则即A—U,T—A,C—G,G—C,B正确;根据经过加工的mRNA中缺少部分与模板链互补的序列可知,人的胰岛素基因含有不编码蛋白质的碱基序列,C正确;hnRNA在细胞核内加工,成为成熟的mRNA,并转移到细胞质中,故不能从胰岛B细胞的细胞质中获取hnRNA,D错误。
2.转录发夹(2022广东一模,14)基因的转录终止位点(富含A—T碱基对)上游存在富含G、C碱基且对称的区域,以该区域为模板转录出的部分序列容易形成发夹结构,阻止RNA聚合酶移动,其过程如图所示。下列叙述正确的是( )
A.链①和链③中的G代表的是同一种核苷酸
B.发夹结构中,互补配对的碱基通过氢键结合
C.转录时,链①为模板链,RNA聚合酶从右向左移动
D.转录时,tRNA携带游离的核糖核苷酸连接成mRNA
答案 B 链①和链②为DNA,链①中的G表示鸟嘌呤脱氧核苷酸,链③为RNA,链③中的G代表鸟嘌呤核糖核苷酸,A错误;发夹结构中,碱基间遵循碱基互补配对原则,通过氢键连接,B正确;基因的转录终止位点(富含A—T碱基对)上游存在富含G、C碱基且对称的区域,推断基因转录时RNA聚合酶从左向右移动,C错误;tRNA参与翻译过程,将氨基酸转运到核糖体和mRNA复合物的特定位点,D错误。
复杂情境
3.重组病毒(2022广州二模,4)烟草花叶病毒(TMV)和车前草花叶病毒(HRV)是两种亲缘关系较近的RNA病毒。将TMV和HRV的RNA与蛋白质分离后,用两种RNA分别感染烟草植株的叶片,叶片上出现不同形状的病灶,用两类蛋白质分别感染则叶片上均不出现病灶。将一种RNA与另一种病毒的蛋白质重组,得到两种杂交体,再用杂交体分别感染烟叶,烟叶上也出现病灶,病灶类型与杂交体的RNA种类有关而与蛋白质种类无关。下列叙述正确的是( )
A.实验结果说明病毒RNA也可独立完成完整的生命活动
B.因两种病毒RNA的亲缘关系较近,故二者的核苷酸含量相同
C.在被杂交体感染的烟叶上所形成的病灶中能收集到子代杂交体
D.实验证明了RNA是TMV和HRV的遗传物质而蛋白质不是
答案 D 病毒没有独立生存能力,只能寄生在活细胞内,所以病毒的RNA不能独立完成完整的生命活动,A错误;TMV和HRV虽然亲缘关系较近,但它们的遗传物质不同,所以无法判断它们的RNA核苷酸的含量,B错误;被杂交体感染的烟叶上所形成的病灶中不能收集到子代杂交体,只能收集到TMV或HRV(取决于RNA的来源),C错误;根据题干信息“将TMV和HRV的RNA与蛋白质分离后,用两种RNA分别感染烟草植株的叶片,叶片上出现不同形状的病灶,用两类蛋白质分别感染则叶片上均不出现病灶”,可知RNA是TMV和HRV的遗传物质而蛋白质不是,D正确。
4.杀虫剂解毒酶(2022惠州二模,15)甲基化是指在酶的催化下,甲基由甲基化合物转移至其他化合物的过程。正常情况下,某害虫的基因CYP4C64可以表达合成少量杀虫剂解毒酶,但该基因某个位点发生突变,产生的mRNA经甲基化修饰后,促进翻译使抗性增强,有关机理如图。以下说法正确的是( )
A.mRNA的碱基A甲基化后,改变了碱基排列顺序
B.mRNA甲基化可以促进该害虫体内合成更多杀虫剂解毒酶
C.抑制CYP4C64的过量表达可以降低害虫对杀虫剂的敏感性
D.敏感变为抗性的根本原因是mRNA上的碱基T突变为A
答案 B mRNA的甲基化属于表观遗传,mRNA的碱基序列并没有改变,A错误;由题图可知,mRNA的甲基化能促进翻译过程,能够使杀虫剂解毒酶的合成量增加,B正确;抑制CYP4C64的过量表达能够导致杀虫剂解毒酶的合成量减少,因而会增强害虫对杀虫剂的敏感性,C错误;敏感变为抗性的根本原因是该基因某个位点上的碱基A突变为T,使得mRNA上的T变为A,从而被甲基化修饰,D错误。
5.密码子读取(2022广州二模,7)遗传物质为单链DNA的某种噬菌体,其DNA进入宿主细胞后,先形成双链DNA,再以此为模板,控制合成病毒单链DNA和蛋白质,组装成子代噬菌体。如图表示该病毒DNA片段中D基因和E基因的部分碱基序列及其编码氨基酸的情况(Met、Glu等表示不同的氨基酸)。下列叙述正确的是( )
A.两种基因上的终止密码子有所不同,这体现了密码子具有简并性
B.该噬菌体蛋白质的翻译过程需要宿主细胞的DNA聚合酶的参与
C.该DNA序列的一个碱基发生变化,可能引起两种病毒蛋白质结构的改变
D.子代噬菌体的蛋白质中可能含有宿主细胞内不存在的氨基酸
答案 C 密码子存在于mRNA上,在基因上没有密码子,A错误;DNA聚合酶催化DNA的合成,不能催化翻译过程,B错误;由于D基因和E基因共用一段序列进行转录,因此如果该DNA序列的一个碱基发生变化,可能引起两种病毒蛋白质结构的改变,C正确;病毒没有独立生存能力,只能依赖于宿主细胞才能生存,合成蛋白质的原料全部来自宿主,所以子代噬菌体的蛋白质中不可能含有宿主细胞内不存在的氨基酸,D错误。
复杂陌生情境
6.非编码RNA(2022韶关二模,14)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)。下列相关说法错误的是( )
A.过程②最终合成的T1、T2、T3三条多肽链的氨基酸顺序相同
B.miR-223可通过形成核酸杂交分子1来调控遗传信息的翻译
C.基因miR-223的转录使基因ARC表达增强
D.HRCR有望成为减缓心肌细胞凋亡的新药物
答案 C 根据题图分析可知,②为翻译过程,合成的T1、T2、T3三条多肽链使用同一个模板mRNA,所以T1、T2、T3三条多肽链的氨基酸顺序相同,A正确;根据题图分析可知,miR-223可与基因ARC转录形成的mRNA特定序列通过碱基互补配对结合形成核酸杂交分子1,使过程②(翻译过程)被抑制,基因ARC转录形成的mRNA不能进行翻译,即miR-223可通过形成核酸杂交分子1来调控遗传信息的翻译,使基因ARC表达减弱,B正确,C错误;根据题图分析可知,miR-223可与HRCR结合形成核酸杂交分子2,使miR-223失去作用,从而减弱对基因ARC表达的抑制,减缓心肌细胞凋亡,所以HRCR有望成为减缓心肌细胞凋亡的新药物,D正确。
7.叶绿体基因组(2022佛山二模,14)叶绿体具有自身的基因组和遗传信息表达系统,叶绿体中的蛋白质一部分由自身基因编码,一部分由核基因编码。核基因编码的叶绿体蛋白质前端含有一段转运肽,可以引导其进入叶绿体。D1是叶绿体进行光反应依赖的一种核心蛋白,由自身的psbA基因编码。高温造成叶绿体内活性氧(ROS)的大量积累,ROS不但会破坏D1,还会抑制psbA mRNA的翻译。为了克服高温对作物产量的影响,我国科学家克隆了拟南芥叶绿体中的psbA基因,与高温响应的启动子连接,导入水稻细胞的核基因组中,培育出适应高温的转基因水稻。相关说法正确的是( )
A.D1核心蛋白主要分布在叶绿体基质中
B.拟南芥叶绿体中psbA基因的复制需要用到DNA酶
C.转基因水稻细胞核中转录产生的psbA mRNA进入叶绿体翻译
D.除高温响应的启动子外,目的基因psbA还要与编码转运肽的DNA片段连接
答案 D D1是叶绿体进行光反应依赖的一种核心蛋白,而光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜,据此可推测该蛋白主要分布在叶绿体的类囊体薄膜上,A错误;拟南芥叶绿体中psbA基因的复制需要用到DNA聚合酶等,DNA酶能催化DNA水解,B错误;转基因水稻细胞核中转录产生的psbA mRNA不进入叶绿体翻译,而在细胞质中的核糖体上进行翻译,C错误;由于目的基因导入的是水稻细胞的核基因组中,而核基因编码的叶绿体蛋白质前端含有一段转运肽,据此可推测除高温响应的启动子外,目的基因psbA还要与编码转运肽的DNA片段连接,D正确。
专题10 遗传的分子基础 B组
情境应用
简单情境
1.正链RNA病毒的增殖(2022湖南隆回二中4月模拟考,5)新型冠状病毒是正链RNA病毒,该正链进入宿主细胞后,可以直接作为mRNA链指导蛋白质的合成,也可以通过RNA聚合酶作用,生成双链,之后双链解旋,再以负链(新合成的RNA链)为模板,在RNA聚合酶作用下,生成双链后再解旋,生成新的正链。下列有关叙述错误的是( )
A.新型冠状病毒的蛋白质外壳是在宿主细胞的核糖体上合成的
B.新型冠状病毒的遗传物质复制时涉及两次碱基互补配对
C.核糖体可以直接与新型冠状病毒的RNA结合生成蛋白质
D.新型冠状病毒的繁殖过程涉及中心法则的全部内容
答案 D 新型冠状病毒无细胞结构,营寄生生活,其蛋白质外壳在宿主细胞的核糖体上合成,A正确;新型冠状病毒的遗传物质复制时先以正链为模板合成负链,然后以负链为模板合成正链,涉及两次碱基互补配对,B正确;正链RNA病毒可以直接作为mRNA链指导蛋白质的合成,故核糖体可以直接与新型冠状病毒的RNA结合生成蛋白质,C正确;新型冠状病毒的繁殖过程未涉及逆转录、转录、DNA复制过程,未涉及中心法则的全部内容,D错误。
2.肽链合成的特殊形式(2022高中学业水平选择性考试冲刺试卷六,9)非核糖体肽合成酶(NRPSs)是蛋白质复合体,由多个模块构成,每一个模块特异性识别一种氨基酸。NRPSs以模块的特定序列为模板催化合成肽链,很多微生物能利用NRPSs合成多种短的活性肽。相关叙述错误的是( )
A.NRPSs合成多肽不需tRNA参与
B.NRPSs合成多肽的模板是mRNA
C.细胞中有多种不同模块序列的NRPSs
D.具有NRPSs的微生物细胞中含有核糖体
答案 B 由题干可知,NRPSs含多个模块,每一个模块特异性识别一种氨基酸,其以模块的特定序列为模板催化合成肽链,因此NRPSs合成肽链不需要tRNA,A正确;由题干可知,NRPSs的模板是它本身,B错误;由题可知,很多微生物能利用NRPSs合成多种短的活性肽,所以也就有多种NRPSs,C正确;具有NRPSs的微生物可以利用NRPSs合成活性肽,但不代表NRPSs可以替代核糖体,除极少部分细胞和病毒外,其余细胞都有核糖体,D正确。
3.单链DNA病毒的增殖(2022湖南新高考教学教研联盟二联,14)某噬菌体的遗传物质是单链DNA,感染宿主细胞时,先形成复制型的双链DNA分子(其中母链称为正链DNA,子链称为负链DNA),转录时以负链DNA作为模板合成mRNA。如图为该噬菌体的部分DNA序列(正链),D基因和E基因存在部分序列重叠现象,所编码的氨基酸用三个字母缩写表示(如Met表示甲硫氨酸)。下列有关说法正确的是( )
A.基因E内部插入一个脱氧核苷酸会导致基因D、E均发生基因突变
B.D基因和E基因重叠部分编码的氨基酸相同
C.D基因和E基因的表达过程在该噬菌体内完成
D.D基因和E基因终止密码子分别为TAA、TGA
答案 A 分析题意可知,基因E内部插入一个脱氧核苷酸后,D、E基因的碱基序列均会改变,均发生基因突变,A正确;D、E基因重叠部分,由于编码氨基酸的碱基读取起始位点不一致,密码子不同,因此编码的氨基酸不一样,B错误;噬菌体无细胞结构,不能独立代谢,其基因的表达过程在宿主细胞内完成,C错误;密码子存在于信使RNA上,不含有碱基T,D错误。
复杂情境
4.DNA半不连续复制假说(2022湖南师大附中一模,7)1966年,科学家提出了DNA半不连续复制假说:DNA复制形成互补子链时,一条子链连续形成,另一条子链不连续,即先形成短片段后再进行连接(如图1)。为验证假说,进行如下实验:用3H标记T4噬菌体,在培养噬菌体的不同时刻,分离出噬菌体DNA并加热使其变性,再进行密度梯度离心,以DNA单链片段分布位置确定片段大小,并检测相应位置DNA单链片段的放射性,结果如图2。下列相关叙述错误的是( )
A.与60 s相比,120 s结果中短链片段减少的原因是短链片段连接形成长片段
B.DNA的半不连续复制保证了DNA的两条链能够同时作为模板进行复制
C.该实验可用32P标记的脱氧核苷酸代替3H标记的脱氧核苷酸标记DNA
D.若以DNA连接缺陷的T4噬菌体为材料,则图2中的曲线峰值将右移
答案 D 图2中,与60 s相比,120 s时有些短链片段连接成长链片段,所以短链片段减少了,A正确;DNA的半不连续复制,使得一条子链连续形成,另一条子链不连续,即先形成短片段后再进行连接,保证了DNA的两条链能够同时作为模板进行复制,B正确;32P和3H都具有放射性,脱氧核苷酸中含有P和H,故该实验可用 32P 标记的脱氧核苷酸代替3H标记的脱氧核苷酸标记DNA,C正确;DNA连接缺陷的 T4 噬菌体内复制形成的短链片段无法连接,故图2中的曲线峰值将向左移,D错误。
复杂陌生情境
5.组蛋白乙酰化与去乙酰化(2022百校大联考新高考标准卷,13)(不定项)已知组蛋白乙酰化与去乙酰化分别是由HAT(组蛋白乙酰转移酶)和HDAC(去乙酰化转移酶)催化的,组蛋白的乙酰化促进转录,而去乙酰化则抑制转录。染色质上的组蛋白被乙酰化后成为活性染色质、去乙酰化后成为非活性染色质,如图。下列相关推测不合理的是( )
A.染色质中的组蛋白乙酰化与去乙酰化不属于可逆反应
B.HDAC复合物使组蛋白去乙酰化伴随着对基因转录的抑制
C.激活因子、抑制因子可能改变了组蛋白的空间结构
D.活性染色质更便于DNA聚合酶与DNA的结合
答案 D 催化染色质中的组蛋白乙酰化与去乙酰化的酶不同,反应条件不同,故不是可逆反应,A正确;HDAC复合物催化组蛋白去乙酰化,而去乙酰化抑制转录,B正确;激活因子、抑制因子分别使组蛋白乙酰化与去乙酰化,可能改变了组蛋白的空间结构,C正确;在HAT复合物作用下染色质具有转录活性,更便于RNA聚合酶与DNA的结合,D错误。
6.表观遗传的三种调控途径(2022高中学业水平选择性考试冲刺试卷五,14)(不定项)表观遗传是基因的DNA序列没有发生改变的情况下,基因功能发生了可遗传的变化,并最终导致了表型的变化。如图表示三种调控基因表达的途径,且这三种调控途径都直接影响生物的性状,并可遗传给下一代。下列叙述正确的是( )
A.途径1、2、3都在没有改变DNA序列的情况下改变了生物性状
B.途径1和途径2都是通过干扰遗传信息的翻译调控基因表达
C.依据途径3推测,在神经细胞中控制呼吸酶合成的基因与组蛋白的紧密程度低于肌蛋白基因
D.若基因中碱基发生替换,一定导致其控制合成的蛋白质功能发生改变
答案 AC 据图分析可知,途径1是转录启动区域DNA甲基化,导致基因无法转录;途径2是利用RNA干扰,使mRNA被切割成片段,导致mRNA无法翻译;途径3通过改变组蛋白与DNA结合的紧密程度,从而促进或关闭相关基因的表达。因此,途径1、2、3都在没有改变DNA序列的情况下改变了生物性状,A正确,B错误。在神经细胞中,呼吸酶合成基因表达,而肌蛋白基因不表达,从而推测控制呼吸酶合成的基因与组蛋白的紧密程度低于肌蛋白基因,C正确。密码子具有简并性,基因中碱基发生替换,不一定导致其控制合成的蛋白质功能发生改变,D错误。
专题十 遗传的分子基础 C组
情境应用
简单情境
1.基因沉默(2022北京东城一模,7)研究人员在线虫细胞中发现了一种只由21个核苷酸组成的RNA,命名为lin4。lin4本身不能指导蛋白质的合成,但是可以结合在M基因转录出的mRNA上,抑制M蛋白的合成。下列相关说法正确的是( )
A.lin4中碱基的数量关系满足A+G=C+U
B.lin4与M基因的mRNA存在碱基互补的序列
C.lin4通过抑制M基因的转录过程,进而抑制M蛋白的合成
D.若lin4的基因发生突变,则细胞中M蛋白的含量将会下降
答案 B 根据题干信息可知,lin4是一种只由21个核苷酸组成的RNA,碱基的数量关系不一定满足A+G=C+U,A错误;lin4与M基因转录出的mRNA存在碱基互补的序列,可以与其结合,通过抑制M基因的翻译过程抑制M蛋白的合成,B正确,C错误;若lin4的基因发生突变,则不能与M基因转录出的mRNA结合,对M蛋白合成的抑制作用减弱,细胞中M蛋白的含量将会上升,D错误。
易混突破 只有在双链DNA或RNA分子中,碱基的数量关系才满足嘌呤总数=嘧啶总数,即A+G=C+T或A+G=C+U,在单链DNA或RNA分子中,不一定满足嘌呤总数=嘧啶总数。
2.表观遗传(2022北京朝阳一模,7)蜜蜂的幼虫取食蜂王浆发育成蜂王,取食花粉和花蜜则发育成工蜂。DNMT3蛋白是一种DNA甲基化转移酶,能使DNA某些区域甲基化(如图)。敲除DNMT3基因后,蜜蜂幼虫将发育成蜂王,与取食蜂王浆有相同效果。下列有关叙述错误的是( )
A.胞嘧啶和5'-甲基胞嘧啶在DNA分子中均可与鸟嘌呤配对
B.DNA甲基化的本质是基因突变,从而导致性状发生改变
C.蜂王浆可能会使蜜蜂细胞中DNMT3基因的表达水平下降
D.DNA甲基化可能干扰了RNA聚合酶结合DNA相关区域
答案 B 由题图可以看出,胞嘧啶和5'-甲基胞嘧啶(添加了甲基的胞嘧啶)在DNA分子中均可与鸟嘌呤配对,A正确;由题干和题图可推知,DNA甲基化是指在DNA甲基化转移酶(DNMT3蛋白)的作用下,胞嘧啶5号碳位会结合一个甲基基团,该过程并没有改变碱基序列,没有发生基因突变,B错误;敲除DNMT3基因后,蜜蜂幼虫将发育成蜂王,与取食蜂王浆有相同效果,说明蜂王浆可能会使蜜蜂细胞中DNMT3基因的表达水平下降,C正确;DNA甲基化可能干扰了RNA聚合酶结合DNA相关区域(如启动子序列),使基因的表达有差异,从而导致性状发生改变,D正确。
知识拓展 DNA甲基化为DNA化学修饰的一种形式,是指在DNA甲基化转移酶的作用下,可在胞嘧啶5号碳位上共价结合一个甲基基团。能够在不改变DNA序列的前提下,改变遗传表现。大量研究表明,DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式改变,从而影响基因表达。除了DNA甲基化,构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰也会影响基因的表达。
陌生情境
3.组蛋白乙酰化和转录因子对生物生命活动的调控(2022北京东城一模,20)冷驯化指植物经过不致死低温短时间处理后,可以获得更强的抗冷能力。为阐明植物对低温响应的分子机制,科研工作者利用拟南芥展开了相关研究。
(1)在冷驯化过程中,植物感受低温信号后会启动相关冷响应基因(COR基因)的表达以提高冷冻耐受性。CBF蛋白可以结合在COR基因的启动子上,调控COR基因的 过程。研究结果显示,CBF蛋白过表达可导致冷冻耐受性增强,而CBF基因缺失突变体表现为对冷冻敏感,以上信息表明CBF蛋白 。
(2)染色体主要由 和组蛋白组成。组蛋白乙酰化使染色质区域结构变得松散,有利于相关蛋白与某些基因的启动子结合,增强基因的表达水平。组蛋白去乙酰化酶(D)可以去除乙酰基团。已有实验证实,S蛋白能够直接与D相互作用。检测野生型、S缺失突变体和D缺失突变体植株在低温下的生长状况(如表),实验结果表明S蛋白和D分别能够 植株的冷冻耐受性。
22 ℃
-4 ℃
-6 ℃
-8 ℃
-10 ℃
野生型
++++
++++
+++
++
S缺失突变体
++++
++++
+
D缺失突变体
++++
++++
+++
+++
++
注:“+”的数量表示植株中绿叶的数量
(3)科研人员对0 ℃处理后的野生型和三种突变体植株进行了检测,结果如图。此结果支持S蛋白与D在同一通路,且S蛋白通过影响D的作用提高了COR基因启动子区域乙酰化水平这一推测,做出此判断的理由是 。
(4)为进一步研究S蛋白对D的具体作用,科研人员检测了施加蛋白质合成抑制剂条件下野生型和S缺失突变体植株中D的含量,实验结果如下图。
请综合上述实验结果阐述CBF蛋白、D和S蛋白调控拟南芥冷冻耐受的分子机制。
答案 (1)转录 通过促进COR基因转录来增强拟南芥的冷冻耐受性 (2)DNA 提高、降低 (3)3组乙酰化水平低于1组,说明S蛋白可提高COR基因启动子区域组蛋白乙酰化水平;4组与2组的乙酰化水平无显著差异,说明在D缺失时有无S蛋白对乙酰化水平无显著影响,由此可推知S蛋白需要通过影响D的作用提高COR基因启动子区域组蛋白乙酰化水平 (4)在冷处理条件下,S蛋白促进D的降解,导致COR基因启动子区域乙酰化水平上升,该区域的染色质松散,CBF蛋白更容易结合COR基因的启动子,促进COR基因表达,增强拟南芥的冷冻耐受性。
解析 (1)CBF蛋白结合在COR基因的启动子(一段可与RNA聚合酶结合的DNA序列,可启动下游基因转录)上,调控COR基因的转录。由题干信息可知,低温信号COR基因表达冷冻耐受性;CBF蛋白COR基因转录;CBF蛋白过表达 冷冻耐受性;CBF缺失突变体冷冻敏感,故CBF蛋白可通过促进COR基因转录来增强拟南芥的冷冻耐受性。(2)染色体主要由DNA和组蛋白组成。植株中绿叶数量越多,冷冻耐受性越强,由表可知,冷冻耐受性:D缺失突变体>野生型>S缺失突变体,表明S蛋白和D分别能够提高、降低植株的冷冻耐受性。(3)题干中的推测可分为两点:①S蛋白与D在同一通路且S蛋白通过影响D发挥作用;②S蛋白可提高COR基因启动子区域乙酰化水平(S→D→乙酰化水平)。由题图可知,3组乙酰化水平低于1组,②成立,4组与2组的乙酰化水平无显著差异,①成立。(4)根据电泳结果以及(3)中的结论可知,在冷处理条件下,S蛋白促进D的降解,使COR基因启动子区域乙酰化水平提高,导致该区域的染色质松散,CBF蛋白更容易结合COR基因的启动子,促进COR基因表达,增强拟南芥的冷冻耐受性。
解题技巧 画流程图解决“分子机制/信号通路”类问题
本题(1):CBF蛋白结合COR基因启动子COR基因转录冷冻耐受性
本题(2):D组蛋白乙酰化染色质区域结构松散CBF蛋白结合COR基因启动子COR基因表达冷冻耐受性
本题(3):S蛋白D组蛋白乙酰化水平
本题(4):S蛋白D组蛋白乙酰化水平
(S蛋白对D的抑制作用是通过促进D降解实现的)
最后,综合(1)~(4)信息,可得出CBF蛋白、D和S蛋白调控拟南芥冷冻耐受性的分子机制。
复杂情境
4.密码子的简并性及物种对密码子的偏好(2022北京东城一模,12)为提高转基因抗虫棉的抗性,我国科学家通过基因改造,采用了植物偏好的密码子,大大提高了棉花细胞中抗虫蛋白的表达量,如将天冬氨酸的密码子GAU改为了GAC。此过程发生的变化有( )
A.抗虫蛋白的空间结构发生改变
B.抗虫基因转录的mRNA含量增加
C.抗虫基因的核苷酸序列发生改变
D.棉花细胞染色体的结构发生改变
答案 C 科学家通过基因改造,提高棉花细胞抗虫蛋白表达量时,将天冬氨酸的密码子GAU改为了GAC,则其对应模板链中的CTA转变为CTG,碱基对发生了替换,抗虫基因的核苷酸序列发生改变,C正确;GAU和GAC均为天冬氨酸的密码子,因此抗虫蛋白的氨基酸序列未发生改变,空间结构也未发生改变,A错误;采用植物偏好的密码子后,抗虫基因转录出的mRNA在植物细胞内更容易翻译出抗虫蛋白,但其含量不一定增加,B错误;本题中碱基对的替换不会导致染色体结构发生改变,D错误。
5.新冠病毒(RNA病毒)(2022北京丰台一模,6)新冠病毒的遗传物质RNA表达后,经剪切加工才能形成功能蛋白。抗新冠病毒药物M是一种核苷类似物,能在新冠病毒复制时掺入新合成的RNA中,抑制病毒增殖。相关叙述不正确的是( )
A.阻止蛋白酶的剪切加工能保证功能蛋白的完整性
B.新冠病毒进入人体后引起体液免疫和细胞免疫
C.新冠病毒RNA的复制和表达均发生在宿主细胞中
D.感染病毒的中晚期患者使用药物M治疗效果可能不佳
答案 A 新冠病毒的RNA表达后,经剪切加工才能形成功能蛋白,若阻止蛋白酶的剪切加工,则无法保证功能蛋白的完整性,A错误;新冠病毒进入人体后引起体液免疫(新冠病毒表面的抗原刺激机体产生抗体,抗体和病毒特异性结合,阻止病毒进一步侵染宿主细胞)和细胞免疫(新冠病毒侵染宿主细胞后,被细胞毒性T细胞识别并裂解,使病毒暴露出来,抗体可与之结合,或被其他细胞吞噬掉),B正确;新冠病毒没有独立的代谢系统,RNA的复制和表达均发生在宿主细胞中,C正确;根据题干信息可知,抗新冠病毒药物M能在新冠病毒复制时掺入新合成的RNA中,从而抑制病毒增殖,感染病毒的中晚期患者体内的病毒含量已经很高,使用药物M治疗效果可能不佳,D正确。
专题10 遗传的分子基础 D组
情境应用
简单情境
1.密度梯度离心(2022潍坊二模,7)研究人员将1个含14NH4-DNA的大肠杆菌转移到以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中,培养24 h后提取子代大肠杆菌的DNA,进行密度梯度离心,试管中出现两种条带(如图),且条带2中DNA分子数是条带1的3倍。下列说法正确的是( )
A.该分离方法可用于分离细胞中的细胞器
B.若每一代都要收集大肠杆菌,应每6 h收集一次
C.子代DNA进行密度梯度离心前,需先用DNA酶处理
D.根据图示条带的数目和位置不能确定DNA的复制方式
答案 D 分离细胞中的细胞器应使用差速离心法,密度梯度离心不能用来分离细胞器,A错误;提取子代大肠杆菌的DNA,应每8 h收集一次,B错误;子代DNA进行密度梯度离心前,不能用DNA酶处理,否则DNA被降解成脱氧核苷酸,得不到条带,C错误;仅根据图示条带的数目和位置不能确定DNA的复制方式,需要与第一次复制的结果进行比较才能得出DNA的复制方式为半保留复制,D正确。
名师点睛 由于DNA进行半保留复制,因此含14N和15N的DNA数目为2,条带1中有2个DNA,说明条带2中有6个DNA,因此DNA复制了3次,大肠杆菌分裂三次需要24 h,则大肠杆菌分裂一次的时间为8 h。
2.双功能密码子(2022德州二模,17)科学家发现,一种特殊的纤毛虫在某些情形下将传统的终止密码子UGA读取为色氨酸密码子,然而另一种纤毛虫中的UGA可编码两种不同的氨基酸,因此UGA被喻为双功能密码子。下列说法错误的是( )
A.密码子具有普遍性和特殊性
B.同一基因可能表达出不同的蛋白质
C.双功能密码子体现了密码子的简并性
D.同一密码子编码不同氨基酸的现象是自然选择的结果
答案 C 自然界所有的生物共用一套遗传密码,因此密码子具有普遍性,但在一些特殊的生物体内,如题中的纤毛虫又表现出密码子的特殊性,A正确;根据UGA被喻为双功能密码子信息可推测,同一基因可能表达出不同的蛋白质,B正确;双功能密码子体现了密码子的特殊性,密码子的简并性是指不同的密码子能决定相同氨基酸,C错误;同一密码子编码不同氨基酸的现象是长期自然选择的结果,这种特性的存在使生物能更好适应环境,D正确。
知识归纳 密码子具有专一性,一般情况下,一种密码子只能编码一种氨基酸,但一种氨基酸可能由一种或多种密码子编码;密码子具有普遍性,即自然界所有的生物共用一套遗传密码;密码子具有简并性,不同的密码子能决定相同的氨基酸。
复杂情境
3.polyA尾(2022烟台一模,4)真核基因尾部没有T串序列,但是转录出的mRNA的3'端有一个含100~200个A的特殊结构,称为polyA尾,有polyA尾的mRNA可以结合更多的核糖体。科研人员将含有polyA尾和无polyA尾的珠蛋白mRNA分别注入爪蟾卵母细胞中,起初二者都能合成珠蛋白,6 h后后者不能继续合成珠蛋白。下列分析错误的是( )
A.基因转录结束后polyA尾才添加到mRNA的3'端
B.polyA尾可以增强mRNA的稳定性以延长发挥作用的时间
C.含polyA尾的mRNA合成蛋白质的效率更高
D.翻译出的多肽末端含多个密码子AAA对应的氨基酸
答案 D 真核生物基因的尾部没有T串序列,故判断polyA尾不是转录而来的,再根据题干信息“3'端有一个含100~200个A的特殊结构”可知,该序列是mRNA合成后,在相应酶的作用下依次在其3'端添加腺嘌呤核糖核苷酸形成的,A正确;根据题干信息“科研人员将含有polyA尾和无polyA尾的珠蛋白mRNA分别注入爪蟾卵母细胞中,起初二者都能合成珠蛋白,6 h后后者不能继续合成珠蛋白”,说明polyA尾可以增强mRNA的稳定性以延长发挥作用的时间,B正确;有polyA尾的mRNA可以结合更多的核糖体,说明含polyA尾的mRNA合成蛋白质的效率更高,C正确;polyA尾并没有编码氨基酸,翻译出的多肽末端不含多个密码子AAA对应的氨基酸,D错误。
4.某染色体上的基因内部结构图(2022泰安二模,5)如图为某染色体上的基因内部和周围DNA片段,长度为8千碱基对(单位:kb)。人为划分a~g七个区间,转录生成的RNA中d区间所对应的区域会被加工切除。下列说法错误的是( )
A.在a、d、g中发生的碱基对改变不一定影响蛋白质产物
B.转录一次需要消耗6 300个游离的核糖核苷酸
C.核糖体会从b移动到c,读取c、d、e区间的密码子
D.该基因的转录发生在细胞核,翻译发生在细胞质
答案 C 由题可知,转录生成的RNA中d区间所对应的区域会被加工切除,在a、d、g中发生的碱基对改变不一定影响转录形成的成熟的mRNA的碱基序列,因此不一定影响蛋白质产物,A正确;转录从转录起点A开始,到转录终点D结束,由图示可知,参与转录的DNA的长度为7.5 kb-1.2 kb=6.3 kb,因此转录一次需要消耗6 300个游离核糖核苷酸,B正确;核糖体在mRNA上移动,不能直接认读基因上的碱基序列,C错误;该基因为染色体上的基因,是真核细胞的核基因,其转录发生在细胞核,翻译发生在细胞质,D正确。
5.细胞DNA甲基化水平图(2022聊城二模,5)基因启动子内由碱基序列GGCGGG组成的GC框是一个转录调节区,GC框中的胞嘧啶易被甲基化而影响基因的表达。Tet3基因的表达产物Tet3蛋白具有解除DNA甲基化的功能。小鼠胚胎发育过程中各期细胞DNA甲基化水平如图所示。下列说法错误的是( )
A.GC框发生甲基化不影响遗传信息的传递
B.第3次卵裂时Tet3基因表达能力显著增强
C.双亲染色体DNA去甲基化不是同步进行的
D.原肠胚DNA甲基化水平升高有利于细胞分化
答案 B GC框与转录过程有关,而遗传信息的传递主要与DNA分子复制有关,故GC框发生甲基化不影响遗传信息的传递,A正确;第3次卵裂形成8细胞,由图可知,父源染色体和母源染色体在第3次卵裂时DNA甲基化水平均最低,而Tet3基因的表达产物Tet3蛋白具有解除DNA甲基化的功能,故第3次卵裂时Tet3基因表达能力最强,显著增强的时期应是母源染色体在2细胞至4细胞时,父源染色体在受精到受精卵期间,B错误;由题图中曲线可知,受精卵中父源染色体DNA甲基化水平与母源染色体DNA变化不同步,父源染色体的曲线先下降,C正确;细胞分化的实质是基因的选择性表达,原肠胚DNA甲基化水平升高有利于细胞分化,D正确。
复杂陌生情境
6.冈崎片段(2022济宁二模,17)(不定项)端粒学说认为随细胞不断分裂,线性染色体的末端不断缩短,当缩短至染色体的临界长度时,细胞将失去活性而衰老死亡。研究发现,端粒缩短与DNA复制方式有关,如图中引物会被酶切除,产生的“空白”区域,可以通过新链合成修复,把DNA复制损失的端粒填补起来,在这个修复过程中端粒酶起到重要作用,但最后的冈崎片段的引物切除后,留下的“空白”M区域将无法修复。下列叙述错误的是( )
A.图示引物是一小段短单链核酸
B.理论上可以通过提高端粒酶活性延缓细胞衰老
C.图中“空白”区域M无法修复的原因可能是缺少相关的酶和能量
D.由图可知,DNA分子复制的特点有半保留复制、多起点双向复制、边解旋边复制
答案 CD 在生物体内,DNA复制需要引物,常常是一段RNA,即图示引物是一小段短单链核酸,A正确;端粒酶可以修复DNA复制过程中产生的“空白”区域,理论上可以通过提高端粒酶活性延缓细胞衰老,B正确;DNA分子复制时,子链是从5'端到3'端的方向延伸的,因而一条DNA分子的母链在复制时是不连续的,必须借助于引物的参与,并且游离的脱氧核苷酸要连接在引物的3'端,所以冈崎片段的引物切除后无法修复,可能是由于缺少引物,也可能是缺少了5'端上游的序列,C错误;由题图无法得出DNA分子复制具有多起点双向复制的特点,D错误。
专题十 遗传的分子基础 E组
情境应用
简单情境
1.新冠病毒与中心法则(2022天津河东一模,11改编)新冠疫情爆发以来, 新型冠状病毒(SARS-CoV-2)已出现阿尔法、贝塔、伽马、德尔塔、奥密克戎等变异毒株。防止新冠疫情出现聚集性爆发和扩散,构筑新冠病毒防线的任务依然艰巨,目前防控重要措施包括:①注射新冠疫苗,以增强人体免疫力;②进行新冠病毒的检测, 以阻断传播途径。
新型冠状病毒(SARS-CoV-2)是单股正链RNA病毒,其遗传信息传递的过程如图所示。
有关新型冠状病毒叙述合理的是( )
A.据图可知,新冠病毒蛋白质的合成需经转录和翻译两个生理过程
B.图中+RNA既含有该病毒的基因,又含有多个起始密码子和终止密码子
C.新型冠状病毒已出现多种变异毒株,主要是由于抗生素诱导产生的
D.接种新冠病毒灭活疫苗后,灭活病毒能在内环境中表达抗原蛋白,激活机体的免疫反应
答案 B 据图可知,新冠病毒的+RNA可以直接作模板指导蛋白质的合成,蛋白质的合成可不经转录过程, A错误;图中+RNA能经复制产生-RNA,+RNA又能直接作模板指导蛋白质的合成,说明+RNA既含有该病毒的基因,又含有多个起始密码子和终止密码子,B正确; 新型冠状病毒出现多种变异毒株是基因突变的结果,具有随机性和不定向性,并非抗生素诱导产生的, C错误;接种新冠病毒灭活疫苗后,灭活病毒不能在内环境中表达抗原蛋白,D错误。
复杂情境
表观遗传与基因表达(2022天津河西一模,9—10)阅读下列材料,回答2、3小题。
一个典型的蜜蜂蜂群数量最多的是工蜂,工蜂都是丧失繁殖能力的雌蜂,具有适于采集花粉的性状。蜜蜂受精卵(2n=32)发育成的幼虫若持续食用蜂王浆则发育为蜂王,否则发育为工蜂,未受精的卵细胞发育成雄蜂。
2.蜂王浆中含有丰富的microRNA,这些microRNA被幼虫摄入后与Dnmt3基因转录出的mRNA结合而抑制其表达,从而显著降低幼虫体内dynactinp62基因的甲基化水平。下列说法错误的是( )
A.抑制幼虫的dynactinp62基因表达可以使其发育成蜂王
B.microRNA通过干扰Dnmt3基因的翻译抑制其表达
C.蜂王浆中的microRNA可以不经分解而被蜜蜂幼虫吸收
D.Dnmt3基因的表达产物可能是一种DNA甲基化酶
答案 A 显著降低幼虫体内dynactinp62基因的甲基化水平,可以促进幼虫的dynactinp62基因表达,使其发育成蜂王,A错误;microRNA与Dnmt3基因的mRNA结合,使Dnmt3基因的翻译过程受抑制,B正确;由题干信息“microRNA被幼虫摄入后与Dnmt3基因转录出的mRNA结合”可知,蜂王浆中的microRNA被蜜蜂幼虫摄入后可不经分解而被吸收,C正确;Dnmt3基因的翻译过程受抑制后,可显著降低幼虫体内dynactinp62基因的甲基化水平,则Dnmt3基因的表达产物可能是一种DNA甲基化酶,D正确。
3.下列有关蜂群中蜂王、工蜂和雄蜂的分析中,错误的是( )
A.雄蜂体细胞中含有本物种配子染色体数,属于单倍体
B.决定工蜂适于采集花粉性状的基因只位于蜂王体内,通过蜂王传递给子代
C.工蜂和虫媒花表现出来的相互适应的性状都是协同进化的结果
D.若蜂王基因型为Aabb,则该蜂群中新发育成的雄蜂基因型可能有Ab和ab两种
答案 B 凡是由配子发育而来的个体均称为单倍体,雄蜂由未受精的卵细胞发育而来,故其体细胞中含有本物种配子染色体数,属于单倍体,A正确;决定工蜂适于采集花粉性状的基因可能存在于蜂王、雄蜂、工蜂体内,B错误;协同进化是指不同物种之间、生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展,工蜂和虫媒花表现出来的相互适应的性状是协同进化的结果,C正确;蜂王基因型为Aabb,可形成基因型为ab和Ab的卵细胞,雄蜂由未受精的卵细胞发育而成,则该蜂群中新发育成的雄蜂基因型可能有Ab和ab两种,D正确。
4.氨基酸与基因表达(2022天津十二校联考一模,6)四膜虫是实验研究的理想材料,当缺乏必需氨基酸时,细胞内tRNA会被细胞内某些蛋白类内切酶切割成若干个片段,从而影响蛋白质的合成,而非必需氨基酸缺乏时,不会引起tRNA的切割。下列说法错误的是( )
A.内切酶破坏tRNA中的磷酸二酯键,将其切割成若干个片段
B.内切酶与tRNA之间可能通过碱基互补配对相互识别
C.缺乏必需氨基酸会直接影响翻译过程,减少蛋白质的合成
D.基因发生甲基化修饰,会影响基因的转录
答案 B 由题可知,内切酶能将tRNA切割成若干片段,可推测其破坏的是tRNA中核苷酸之间的磷酸二酯键,A正确;内切酶为蛋白质,其不含碱基,故内切酶与tRNA之间不能通过碱基互补配对相互识别,B错误;必需氨基酸缺乏会引起tRNA被切割,因此会直接影响翻译过程,减少蛋白质的合成,C正确;基因发生甲基化,可影响RNA聚合酶对于基因序列的识别,进而影响基因的转录,D正确。
复杂陌生情境
乳糖操纵子(2022天津十二校联考一模,11—12)阅读下列材料,回答5、6小题。
乳糖操纵子是细菌中参与乳糖分解的一个基因群,由乳糖系统的阻遏物和操纵序列组成,使得一组与乳糖代谢相关的基因受到同步的调控,科学家提出了著名的操纵子学说。
乳糖操纵子是由调节基因(lacI)、启动子(lacP)、操纵基因(lacO)和结构基因(lacZ、lacY、lacA)组成的,具体功能如图所示。
lacI会编码阻遏蛋白,lacZ、lacY、lacA分别编码β-半乳糖苷酶、β-半乳糖苷透性酶、β-半乳糖苷转乙酰基酶。当培养基中没有乳糖时,阻遏蛋白结合到操纵子中的操纵基因上,RNA聚合酶就不能与启动子结合,结构基因不表达。当培养基中有乳糖时,乳糖分子与阻遏蛋白结合,引起阻遏蛋白构象发生改变,不能结合到操纵基因上,使RNA聚合酶能正常催化转录操纵子上的结构基因,即乳糖操纵子被诱导表达。细胞质中有了β-半乳糖苷酶后,便催化分解乳糖为半乳糖和葡萄糖,乳糖被分解后,又造成了阻遏蛋白与操纵基因结合,使结构基因关闭。
5.关于乳糖操纵子的描述,错误的是( )
A.操纵子中包含多个基因
B.调节基因的表达生成阻遏蛋白
C.lacZ中不存在RNA聚合酶的识别位点
D.阻遏蛋白与启动子结合调控基因表达
答案 D 乳糖操纵子是由调节基因、启动子、操纵基因和结构基因组成的,因此操纵子中包含多个基因,A正确;从题图可以看出,调节基因经过转录、翻译生成阻遏蛋白,B正确;启动子是RNA聚合酶识别和结合的位点,由图可知,lacZ为结构基因,无启动子,C正确;由题图可知,阻遏蛋白是通过与操纵基因结合来调控基因表达的,D错误。
6.下列对材料的分析叙述,不合理的是( )
A.阻遏蛋白与操纵基因的结合与后者的碱基排列顺序有关
B.乳糖操纵子对于细菌中乳糖的利用为负反馈调节机制
C.阻遏蛋白构象的改变是一个不可逆的过程
D.乳糖操纵子的存在能使细菌更有效地利用培养基中的营养成分
答案 C 阻遏蛋白可以与操纵基因结合,不可与其他基因结合,是因为不同的基因有其特定的碱基排列顺序,A正确;当培养基中有乳糖时,乳糖与阻遏蛋白结合,引起阻遏蛋白构象发生改变,不能结合到操纵基因上,而当乳糖分解为半乳糖和葡萄糖时,又造成了阻遏蛋白与操纵基因的结合,使结构基因不能表达,可见乳糖操纵子对于细菌中乳糖的利用为负反馈调节机制,阻遏蛋白的构象改变是可逆的,B正确,C错误;由材料分析可知,乳糖操纵子的存在使得细菌能更有效地利用培养基中的营养成分,D正确。
7.生物节律与中心法则(2022天津新华中学统练六,7)日节律是动物普遍存在的节律性活动,如图表示某种动物以24 h为周期的日节律形成机理。下列说法错误的是( )
注:X蛋白代表与日节律现象有关的多种蛋白
A.P蛋白和T蛋白形成的二聚体可通过核孔进入细胞核发挥作用
B.X蛋白基因的转录和翻译过程中碱基互补配对的原则不完全相同
C.白天T蛋白的降解可导致X蛋白减少,从而使动物表现日节律现象
D.晚上P蛋白和T蛋白的合成受细胞内的负反馈调节机制控制
答案 C 由图可知,若T蛋白和P蛋白均在晚上合成时,则可在细胞质中形成P-T蛋白二聚体,并经核孔到细胞核中发挥作用,A正确;X蛋白基因的转录是以DNA的一条链为模板合成RNA的过程,碱基互补配对是A—U、T—A、G—C、C—G,翻译时的碱基互补配对为A—U、U—A、G—C、C—G,则转录和翻译过程碱基互补配对的原则不完全相同,B正确;由图可知,白天时,T蛋白降解,T蛋白减少导致P蛋白降解,X蛋白积累量增加,动物表现出日节律现象,C错误;据图可知,晚上P蛋白和T蛋白积累到一定数量时,会在细胞质内结合形成P-T蛋白二聚体,二聚体通过核孔进入细胞核,抑制相关基因的转录,从而减少二聚体的形成,这是一种(负)反馈调节机制,D正确。
专题10 遗传的分子基础 F组
情境应用
简单情境
1.细菌的转化实验(2022河北保定一模,14)(多选)转化是细胞从周围介质中吸收来自另一基因组成细胞的DNA,而使其自身基因组成和性状发生变化的现象。下列关于肺炎链球菌转化实验的叙述,正确的是( )
A.格里菲思的实验证明了S型细菌和R型细菌的DNA均可使对方转化
B.艾弗里的实验证明了S型细菌的DNA能使R型细菌的基因组成发生改变并使其具有荚膜
C.给小鼠注入R型细菌与加热致死的S型细菌的混合物后,R型细菌会被转化并导致小鼠死亡
D.在R型细菌的培养基中只加S型细菌的DNA比加入等量DNA和蛋白质混合物的转化效率要高
答案 BCD 格里菲思的实验仅证明了S型细菌内存在转化因子可使R型细菌转化为S型细菌,没有证明R型细菌DNA可使S型细菌转化,A错误。
2.染色体外ecDNA(2022福建泉州三模,6)ecDNA是染色体外的双链环状DNA,可在癌细胞中大量分布。ecDNA比染色体DNA更加松散,其上的癌基因更易表达,从而促进肿瘤的发生。有关ecDNA的叙述,错误的是( )
A.ecDNA分子不存在游离的磷酸基团
B.ecDNA分子中的每个磷酸均连接着两个脱氧核糖
C.ecDNA分子复制方式为半保留复制
D.癌细胞中不存在ecDNA与蛋白质结合物
答案 D ecDNA为双链环状DNA,其上的每个磷酸均连接着两个脱氧核糖,不含游离的磷酸基团,A、B正确;双链DNA分子的复制方式为半保留复制,C正确;当ecDNA上的基因进行复制和表达时,就会产生蛋白质类酶与该DNA的结合物,D错误。
复杂情境
3.DNA修复机制(2022辽宁辽南协作体二模,6)科学家研究发现,细胞可通过多种酶系统和其他物理化学方法来修复和纠正偶然发生的DNA损伤,图为DNA结构缺陷时的一种切除修复的方式,相关说法不正确的是( )
A.由图可知酶①的移动方向为由右向左
B.酶②催化磷酸二酯键合成
C.图示过程涉及碱基互补配对原则
D.若该片段所在的DNA分子,全部碱基中C占30%,则该DNA分子的一条核苷酸链中(C+G)/(A+T)为3∶2
答案 A 图中显示DNA修复时,首先切除含有损伤部位的核苷酸片段,然后由DNA聚合酶(酶①)合成缺失的片段,再由DNA连接酶(酶②)催化形成完整的DNA分子。合成结束酶①结合在新链的右侧,说明酶①的移动方向为由左向右,A错误;DNA连接酶催化磷酸二酯键合成,B正确;DNA修复过程遵循碱基互补配对原则,C正确;若该片段所在的DNA分子,全部碱基中C占30%,则G占30%,A=T占(1-30%-30%)÷2=20%,双链DNA的单、双链中,互补碱基之和的比值相等,故题述DNA分子中(C+G)/(A+T)等于该DNA分子的一条核苷酸链中(C+G)/(A+T),为3∶2,D正确。
4.核糖体移框(2022辽宁沈阳二模,4)遗传信息的翻译过程包括起始、延伸和终止。在延伸过程中,偶尔会出现核糖体一次移动的不是三个碱基的“距离”,而是两个或者四个碱基的“距离”,此现象称为“核糖体移框”。下列有关该现象的推断,错误的是( )
A.可导致细胞中某些基因的碱基发生增添或缺失
B.不会导致mRNA上起始密码子的位置发生改变
C.可导致mRNA上提前或者延后出现终止密码子
D.可导致翻译出的多肽链的氨基酸顺序发生改变
答案 A 翻译时,核糖体是在mRNA上移动,因此“核糖体移框”不会改变基因的结构,也不改变mRNA上的密码子序列,A错误,B正确;“核糖体移框”读取两个或者四个碱基的“距离”,会导致结合的tRNA出现变化,氨基酸的顺序可能发生改变,也有可能会导致mRNA上提前或者延后出现终止密码子,C、D正确。
复杂陌生情境
5.表观遗传的机制(2022 T8联考二模,14)科学家在对肥胖症进行研究时发现,正常小鼠体内FTO基因的敲除或失活会导致细胞内RNA的甲基化修饰水平增加约20%,同时减少成熟脂肪细胞内脂肪含量,而敲除METTL3基因后,其结果刚好相反。相关叙述正确的是( )
A.FTO基因的过量表达会减少脂肪含量
B.mRNA的甲基化不会导致遗传信息的改变
C.FTO与METTL3对脂肪含量的影响属于负反馈调节
D.FTO与METTL3可在转录水平对基因的表达进行调节
答案 B FTO基因的敲除或失活会导致细胞内RNA甲基化修饰水平增加约20%,同时减少成熟脂肪细胞内脂肪含量,推知FTO基因过量表达会增加脂肪含量,A错误;反馈调节是指在一个系统中,系统本身的工作效果,反过来又作为信息调节该系统的工作,FTO与METTL3对脂肪含量的影响不属于负反馈调节,C错误;FTO与METTL3是通过控制甲基转移酶和脂肪形成酶的形成来影响甲基化修饰水平和脂肪含量的,D错误。
6.新冠病毒的增殖(2022河北邯郸一模,5)新冠病毒是+RNA病毒,其+RNA可直接与核糖体结合后合成病毒所需的酶,图是该病毒在宿主细胞内增殖的示意图。下列有关叙述错误的是 ( )
A.+RNA可作为翻译的模板合成RNA复制酶
B.-RNA中碱基的改变不会导致子代病毒变异
C.酶1、酶2和酶3都能催化磷酸二酯键的形成
D.合成病毒蛋白质所需的tRNA来自宿主细胞
答案 B 新冠病毒+RNA直接与宿主细胞的核糖体结合来合成病毒所需的酶,A正确;图中,+RNA在酶1催化下形成-RNA,-RNA再作为模板在酶3催化下合成+RNA,+RNA和mRNA指导合成的蛋白质组装子代病毒,-RNA中碱基的改变会导致+RNA发生改变,使子代病毒发生变异,B错误;酶1、酶2和酶3催化的产物都是RNA,都催化磷酸二酯键的形成,C正确;合成病毒蛋白质所需的原料和工具tRNA均来自宿主细胞,D正确。
7.RNA编辑(2022福建漳州一模,16)RNA编辑是某些RNA,特别是mRNA前体的一种加工方式,如插入、删除或取代一些核苷酸,导致DNA所编码的mRNA发生改变。载脂蛋白基因编码区共有4 563个密码子对应的碱基对,在表达过程中存在RNA编辑现象。如图是在哺乳动物肝脏和肠组织中分离到的载脂蛋白mRNA序列,两种RNA只有图示中的碱基不同。据此分析,下列叙述正确的是( )
A.RNA编辑属于基因突变,原因是基因表达的产物发生了变化
B.通过RNA编辑,使肠载脂蛋白mRNA中终止密码子提前出现
C.①过程发生在细胞核内,需要解旋酶和RNA聚合酶参与催化
D.②过程共需要mRNA和tRNA两种RNA参与,tRNA的作用是运输氨基酸
答案 B RNA编辑可改变mRNA的碱基序列,其基因结构并未发生变化,不属于基因突变,A错误;肠载脂蛋白mRNA中碱基U取代了碱基C,发生了RNA编辑,形成的蛋白质中氨基酸的数目减少,说明终止密码子提前出现,B正确;①过程是转录,可发生在细胞核中,转录需要RNA聚合酶,不需要解旋酶,C错误;②过程是翻译,需要mRNA、rRNA和tRNA的参与,tRNA可识别反密码子,也可运输氨基酸,D错误。
8.遗传印记分析(2022福建莆田二模,20)遗传印记是指同一个基因由于来源于父本与母本的不同而产生表达差异的现象。DNA甲基化不改变DNA序列,通过碱基连接甲基基团来抑制基因表达,是遗传印记的重要原因之一。胰岛素样生长因子2(Igf2)基因是最早发现的印记基因,位于小鼠7号常染色体上,存在有功能型的A基因和无功能型的a基因,A基因能促进小鼠生长,而a基因无此功能。Igf2基因在雌鼠形成配子时印记重建为甲基化,在雄鼠形成配子时为去甲基化,过程如图所示。回答下列问题:
(1)图中雌雄小鼠基因型相同,但表型不同的原因是 。
(2)图中雌鼠在形成配子时,A和a基因遵循 定律。雌鼠的A基因来自它的 (“母本”或“父本”或“不确定”)。
(3)某研究小组要验证雌配子形成过程中A基因印记重建为甲基化。现有小鼠若干:①纯合的生长正常雌鼠 ②杂合的生长正常雌鼠 ③杂合的生长缺陷雌鼠 ④纯合的生长正常雄鼠 ⑤纯合的生长缺陷雄鼠,请选择一个杂交组合并预期实验结果。
杂交组合(写序号): 。
预期实验结果: 。
(4)小鼠毛色褐色(B)对黄色(b)为显性,且基因B、b没有遗传印记。将基因型为AaBb的雌雄小鼠杂交,根据子代生长情况和毛色可以推知基因B、b是否在7号染色体上:
若子代生长正常褐色鼠∶生长缺陷褐色鼠∶生长正常黄色鼠∶生长缺陷黄色鼠= ,则基因B、b不在7号染色体上;否则在7号染色体上。
答案 (1)雄性小鼠A基因甲基化,抑制其表达;雌性小鼠A基因没有甲基化,正常表达 (2)分离 父本 (3)①×⑤(或②×⑤) 子代全为生长缺陷 (4)3∶3∶1∶1
解析 (1)亲代雌、雄鼠的基因型相同,但表型不同,原因是雄性小鼠A基因甲基化,抑制其表达;雌性小鼠A基因没有甲基化,正常表达。(2)A和a基因为一对等位基因,遵循分离定律;雄鼠形成配子时印记重建为去甲基化,雌鼠形成配子时印记重建为甲基化,雌鼠的A基因未甲基化,可以断定亲代雌鼠的A基因来自父方。(3)为验证雌配子形成过程中A基因印记重建为甲基化,可以选择纯合的生长正常雌鼠(①)或杂合的生长正常雌鼠(②)与纯合的生长缺陷雄鼠(⑤)杂交得到F1,观察并统计F1的表型及比例,若F1全为生长缺陷鼠,说明雌配子形成过程中A基因印记重建为甲基化。(4)将基因型为AaBb的雌雄小鼠杂交,分别考虑两对基因的遗传,雌鼠产生的配子中A基因不能表达,雄鼠产生含A和a的两种数量相等的配子,则子代生长正常∶生长缺陷=1∶1,褐色∶黄色=3∶1,若基因B、b不在7号染色体上,则A、a和B、b符合自由组合定律,则子代生长正常褐色鼠∶生长缺陷褐色鼠∶生长正常黄色鼠∶生长缺陷黄色鼠=3∶3∶1∶1。
专题10 遗传的分子基础 G组
情境应用
简单情境
1.噬菌体侵染细菌的实验分析(2022浙江温州二模,15)图示为“T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验”中32P标记的实验。
下列对于图示实验的分析,正确的是( )
A.实验中先后进行了2次放射性检测
B.说明T2噬菌体的DNA能单独侵染大肠杆菌
C.只有少部分子代T2噬菌体得到了亲代的遗传信息
D.若省去搅拌操作,图示实验结果将发生明显变化
答案 A 实验中先后检测了悬浮液(上清液)和沉淀物中的放射性,A正确;该组实验不明确蛋白质外壳的去向,还不能说明T2噬菌体的DNA能单独侵染大肠杆菌,B错误;子代T2噬菌体均得到了亲代的遗传信息,C错误;若省去搅拌操作,T2噬菌体的蛋白质外壳未能与大肠杆菌很好地分离,对实验结果也不会产生明显影响,D错误。
易错警示 生物的遗传物质是DNA或RNA,遗传信息储存在DNA或RNA的核苷酸序列中。
2.转录过程图(2022浙江金华十校二模,19)图示为转录过程,下列叙述正确的是( )
A.图中的RNA聚合酶移动的方向为由右向左
B.图中RNA聚合酶可识别RNA上特定碱基序列
C.转录时多个RNA聚合酶催化形成同一条RNA
D.转录过程中DNA同一部位会出现2次氢键的断裂和形成
答案 D 由RNA链的合成方向可知,RNA聚合酶的移动方向是由左向右,A错误;图中RNA聚合酶可识别DNA上特定碱基序列,B错误;转录时一个RNA聚合酶催化形成一条RNA,C错误;在转录区域,DNA双链会解螺旋和重新螺旋,模板链会与RNA链形成杂链(DNA-RNA配对区域)及分开,因此同一部位会出现2次氢键的断裂和形成,D正确。
复杂情境
3.探究肺炎链球菌转化机理(2022浙江嘉兴二模,18)肺炎链球菌R型菌转化为S型菌的实质是S型菌DNA整合到了R型菌DNA上。为了研究转化是否需要S型菌和R型菌的直接接触,利用如图装置进行了实验。先将两种类型的菌株分别加入U型管左、右两臂内,U型管中间隔有微孔滤板。实验过程中,在U型管右臂端口将培养液缓慢地吸过来、压过去,让两菌株共享一种培养液,吸压过程也会导致少量菌体破裂。一段时间后取U型管两臂菌液涂布培养,左臂菌液只出现S型菌落,右臂菌液同时出现S型、R型两种类型菌落。下列叙述错误的是( )
A.微孔滤板不允许肺炎链球菌通过
B.微孔滤板允许DNA分子通过
C.左侧的透气塞允许肺炎链球菌通过
D.R型菌转化成S型菌不需要两者直接接触
答案 C 该实验要研究转化是否需要S型菌和R型菌的直接接触,因此微孔滤板不允许肺炎链球菌通过而相互接触,但可允许DNA分子等非细胞的成分通过,A、B正确;左侧的透气塞不允许肺炎链球菌通过,以排除外来肺炎链球菌的污染,C错误;R型菌转化为S型菌的实质是基因重组,即S型菌DNA整合到了R型菌DNA上,由实验结果可知,该过程不需要两者直接接触,D正确。
4.BrdU与DNA复制(2022浙江嘉兴二模,25)5-溴尿嘧啶脱氧核苷(BrdU)可代替胸腺嘧啶脱氧核苷参与DNA复制,细胞在含BrdU的培养液中培养若干细胞周期,经染色可观察到不同染色体的染色结果,如表所示。SCEs是指两条姐妹染色单体之间的同源片段的互换。在某细胞周期,发现了如图所示色差染色体。
1个 DNA分子中的BrdU的掺入情况
未掺入
只有1条掺入
2条均掺入
染色结果
深蓝色
深蓝色
浅蓝色
注: 表示不含BrdU的DNA单链
表示含BrdU的DNA单链
下列关于该色差染色体的成因分析中,错误的是 ( )
A.第1个细胞周期发生交换,第1个细胞周期能观察到SCEs现象
B.第1个细胞周期发生交换,第2个细胞周期能观察到SCEs现象
C.第2个细胞周期发生交换,第2个细胞周期能观察到SCEs现象
D.第3个细胞周期发生交换,第3个细胞周期能观察到SCEs现象
答案 A 在第1个细胞周期,根据DNA半保留复制特点可知,复制出的子代DNA双链中均只有1条链掺入BrdU,则两个子代DNA分子所在的姐妹染色单体均被染成深蓝色,因此即使两条姐妹染色单体之间发生同源片段的互换,也不会出现图示色差染色体,即在第1个细胞周期不能观察到SCEs现象,A错误;若在第1个细胞周期发生交换,则交换后的DNA双链分子复制后会出现如下图所示的两种子代DNA分子(虚线代表掺入BrdU的DNA片段),即在第2个细胞周期中能观察到SCEs现象,B正确;经历第1次正常情况的有丝分裂后,核DNA分子双链均为只有1条链掺入BrdU,在第2次有丝分裂中,经复制会产生1个DNA分子只有1条链掺入BrdU,另1个DNA分子双链均掺入BrdU,两个DNA分子所在的姐妹染色单体之间发生同源片段的互换后,可观察到SCEs现象,第3个细胞周期中也可以出现此情况,C、D正确。
5.hnRNA与mRNA(2022浙江宁波二模,21)甲、乙为小鼠细胞核中的β-球蛋白基因(图中实线表示DNA双链)分别与其未经加工的转录产物(hnRNA)和加工后的转录产物(mRNA)杂交结果示意图。下列叙述错误的是( )
A.hnRNA加工成mRNA发生在细胞核中
B.图中存在的碱基配对方式与翻译时的碱基配对方式存在差异
C.β-球蛋白基因中存在不编码蛋白质的核苷酸序列
D.hnRNA和mRNA之间杂交会出现比较多的杂交区域
答案 D 核基因转录出的RNA在细胞核中加工成熟,A正确;图中存在的DNA与DNA之间、RNA与DNA之间的碱基配对方式,与翻译时RNA与RNA之间的碱基配对方式存在差异,B正确;根据甲、乙杂交结果可知,加工成熟的mRNA切除了部分序列,据此判断β-球蛋白基因中存在不编码蛋白质的核苷酸序列,C正确;mRNA由hnRNA加工而来,两者杂交一般不会出现较多的杂交区域,D错误。
易错提醒 mRNA是在hnRNA的基础上切除了部分序列而形成的,两者具有一些相同的序列,均可与模板链杂交,但两者之间一般不能形成较多的杂交区域。
6.边转录边翻译(2022浙江绍兴二模,19) 某细胞中基因表达过程如图所示,其中甲、乙、丙、丁分别代表不同物质,Ⅰ、Ⅱ代表碱基三联体。下列叙述正确的是( )
A.该图示为真核细胞核内基因的表达过程
B.图中甲既能催化磷酸二酯键的形成,也能催化双螺旋的解开
C.乙分子中碱基互补配对原则与丙、丁互补配对原则完全不同
D.图中碱基三联体Ⅰ可能有64种,而Ⅱ通常只有1种
答案 B 题图所示的边转录边翻译过程不能表示真核细胞核内基因的表达过程,A错误; 甲是RNA聚合酶,既能催化磷酸二酯键的形成,也能解开双螺旋,B正确;乙分子(DNA)中碱基互补配对原则与RNA分子(丙为mRNA,丁为tRNA)之间的碱基互补配对原则有部分相同,C错误;终止密码子通常不编码氨基酸,因此图中碱基三联体Ⅰ不可能有64种,D错误。
易错提醒 RNA聚合酶能以模板链为模板,通过磷酸二酯键聚合成相对应的RNA分子,也能催化DNA双螺旋解开和重新形成。
7.嘌呤霉素与翻译(2022浙江温州二模,17)嘌呤霉素是一种氨基核苷类物质,可随机进入核糖体相应位点,其氨基端连接到延伸中的肽链上,使肽链末端成为嘌呤霉素残基,不能再连接氨基酸而终止翻译。某研究小组在大肠杆菌培养液中加入了足量嘌呤霉素,探究其作用效果。下列关于嘌呤霉素的叙述,错误的是( )
A.能认读mRNA上的终止密码子
B.能与肽链的羧基端缩合形成肽键
C.能使一条mRNA翻译得到多条不同的肽链
D.能通过对基因表达过程的干扰起到抑菌作用
答案 A 在翻译过程中,核糖体认读mRNA上的密码子,A错误;已知嘌呤霉素的氨基端可连接到延伸中的肽链上,使肽链末端成为嘌呤霉素残基,并终止翻译,因此嘌呤霉素会与肽链的羧基端缩合形成肽键,B正确;嘌呤霉素会随机进入核糖体相应位点阻断翻译过程,导致一条mRNA翻译得到多条长短不同的肽链,C正确;嘌呤霉素能抑制翻译过程,因此能通过对基因表达过程的干扰起到抑制细菌生长的作用,D正确。
易错提醒 在翻译合成蛋白质的过程中,核糖体沿着mRNA运行并认读其上的密码子。
8.基因沉默机制(2022浙南名校联考,18)细胞中存在一种调控mRNA降解引发基因沉默的机制,其具体调控机理如图。下列叙述错误的是( )
A.①过程形成的miRNA中不存在氢键和碱基互补配对现象
B.②过程发生的磷酸二酯键的形成和断裂都需要相应酶催化
C.siRNA介导的基因沉默是通过抑制基因表达中的翻译过程实现的
D.siRNA的碱基序列与基因中的一条链的相应序列互补
答案 A 由题图可知,miRNA中存在部分双链结构,因此存在氢键和碱基互补配对现象,A错误;②过程表示miRNA的加工,在特定酶的催化下发生磷酸二酯键的断裂和形成,B正确;siRNA介导的基因沉默是通过降解相应mRNA来实现的,即抑制了翻译过程,C正确;siRNA的碱基序列应与基因中的一条链的相应序列互补,才能结合相应的mRNA,D正确。
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