高中生物高考三轮冲刺三轮冲刺 三轮复习DNA的复制与基因的表达 学案

微专题10：DNA的复制与基因的表达一.【知识深化】一.DNA复制DNA复制(DNAreplication)是指以亲代DNA链为模板，以dATP、dGTP、dCTP和dTTP为原料，在DNA聚合酶的催化下合成子代DNA的过程。(一)原核细胞的DNA复制DNA复制是一个连续的过程，为了便于理解，可将其划分为起始、延伸和终止三个阶段，现以大肠杆菌为例对该过程进行介绍。1.起始的环形DNA分子上有一个固定的复制起始点(originC，OriC)，可被多种特定的蛋白因子和酶准确识别并结合从而形成起始复合物。解旋酶能将DNA双链局部解开，形成Y形复制叉(replicationfork);然后在RNA聚合酶的作用下，以DNA链为模板，沿5'→3'方向合成一小段RNA引物以引导复制。复制往往是从复制起点开始同时向两个相反方向进行，即双向复制(bidirectionalreplication)。2.延伸以复制点一侧的DNA复制为例。在RNA引物的引导下，DNA聚合酶催化子链沿5'→3'方向延伸。在3'→5'模板链上，DNA新链按碱基互补原则沿5'→3'方向连续复制，合成的子链称为前导链(leadingstrand)。而在5'→3'模板链上，DNA新链合成的方向与解链方向相反，需分段进行;这些先合成的、短的DNA片段称为冈崎片段(Okazakifragment)，冈崎片段经DNA连接酶连接形成的子链称为后随链(laggingstrand)。前导链DNA的合成是连续的。而后随链则不连续，这种复制方式称为半不连续复制(semi-discontinuousreplication)。3.终止RNA酶水解RNA引物，并使新链继续延伸.填补引物水解后留下的空隙。最后在DNA连接酶作用下，将冈崎片段连接起来，完成DNA复制。复制完成后，一个亲代DNA分子生成2个子代分子，且每个子代分子均由一条亲代DNA链和一条子代DNA链组成，这种复制方式称为半保留复制(semi-conservativereplication)。(二)真核细胞DNA的复制真核细胞的DNA分子量大，通常与组蛋白结合形成核小体，并以染色质的形式存在于细胞核中，故真核细胞的DNA复制过程更为复杂，且速度较慢。真核生物的DNA复制除了拥有与原核生物相似的特点--双向复制、半保留复制和半不连续复制以外，还有其自身特点:①多起点复制，真核细胞的每个DNA分子有100~1000个复制起点，这些复制起点均能起始复制。②延伸速度慢，核小体的存在导致了DNA分子不易解链，从而影响了新DNA链的延伸。③RNA引物和冈崎片段小，真核细胞DNA复制时合成的RNA引物约为10个核苷酸，原核细胞则可达数十个;真核细胞的冈崎片段长100~200个核苷酸，而原核细胞的冈崎片段则是由1000~2000个核苷酸组成。④DNA聚合酶不同，真核细胞有五种不同的DNA聚合酶，其中起主要作用的是聚合酶α及δ，聚合酶α的功能是起始复制，而δ则主要负责延伸子链。⑤复制完成前不能开始下一轮复制，真核细胞的DNA复制全部完成前，各复制起点不能开始下一轮的DNA复制，而快速生长的原核细胞则可在起始点处连续开始新一轮的复制。(一)半保留复制关于DNA分子是如何复制的，在早期的研究中，科学家们提出了三个模型--全保留复制模型、半保留复制模型和弥散复制模型。在全保留复制模型中，DNA分子解旋形成两条模板链，模板链复制形成子链，然后两条模扳链DNA彼此结合，恢复原状，新合成的两条子链彼此互补结合形成一条新的双链DNA分子。在半保留复制模型中，DNA分子解旋形成两条模板链，模板链复制形成子链，然后两条模板链分别与新合成的子链组成子代DNA分子。在弥散(分散)复制模型中，亲代双链被切成双链片段，而这些片段又可以作为新合成双链片段的模板，新、老双链片段又以某种方式聚集成"杂种链"。图4-1给出了三种DNA复制的模型。最终，科学家证明DNA复制的方式为半保留复制。(二)半不连续复制DNA双螺旋由两条方向相反的单链组成，复制开始时，双链打开形成一个复制叉。两条单链分别作为模板，各自合成一条新的DNA链。由于DNA分子中一条链的走向是5'→3'方向，另一条链的走向是3'→5'方向，而且生物体内的DNA聚合酶只能催化DNA从5'→3'的方向合成。所以DNA复制时，其中一条链是连续合成的，另外一条链是不连续合成的。二.基因的表达基因表达是指基因指导下的蛋白质合成过程。生物体生命活动中并不是所有的基因都同时表达，代谢过程中所需要的各种酶和蛋白质的基因以及构成细胞化学成分的各种编码基因，正常情况下是经常表达的，而与生物发育过程有关的基因则要在特定的反应式表达。在的催化下，以DNA为模板合成mRNA的过程称为转录(transcription)。在双链DNA中，作为转录模板的链称为(templatestrand)或(antisensestrand);而不作为转录模板的链称为(codingstrand)或(sensestrand)，编码链与模板链互补，它与转录的差异仅在于DNA中的(T)变为RNA中的尿嘧啶(U)。在含许多的DNA双链中，每个基因的模板链并不总是在同一条链上，亦即可作为某些基因模板链的一条链，同时也可以是另外一些基因的编码链。转录后要进行加工，转录后的加工包括:剪接一个基因的和内含子都转录在一条原始转录物RNA分子中，称为前mRNA(pre-mRNA)，又称核内异质RNA(heterogenousnuclearRNA，hnRNA)。因此前mRNA分子既有外显子序列又有内含子序列，另外还包括前面及后面非翻译序列。这些内含子序列必须除去而把外显子序列连接起来，才能产生成熟的有功能的mRNA分子，这个过程称为RNA剪接(RNAsplicing)，由一个叫做剪切体的RNA和蛋白质组成的复合物执行。剪切发生在外显子的3'末端的GT和内含子3'末端与下一个外显子交界的AG处。加帽几乎全部的真核mRNA端都具"帽子"结构。虽然真核生物的mRNA的转录以嘌呤核苷酸三磷酸(pppAG或pppG)领头，但在5'端的一个核苷酸总是7-甲基鸟(m7GpppAGpNp)。mRNA5'端的这种结构称为帽子(cap)。不同的mRNA具有不同的帽子。mRNA的帽结构功能:①能被核糖体小亚基识别，促使mRNA和核糖体的结合;②m7Gppp结构能有效地封闭RNA5'末端，以保护mRNA免疫5'核酸外切酶的降解，增强mRNA的稳定性。加尾大多数真核生物的mRNA3'末端都有由100~200个AA组成的Poly(A)尾巴。Poly(A)尾不是由DNA编码的，而是转录后的前mRNA以ATP为前体，由RNA末端，即Poly(A)聚合酶到3'末端。加尾并非加在转录终止的3'末端，而是在转录产物的3'末端，由一个特异性酶识别切点上游方向13~20的加尾识别信号AAUAAA以及切点下游的保守顺序GUGUGUG，把切点下游的一段切除，然后再由Poly(A)聚合酶催化，加上Poly(A)尾巴，如果这一识别信号发生突变，则切除作用和作用均显著降低。mRNAPoly(A)尾的功能是:①可能有助mRNA从核到细胞质转运;②避免在细胞中受到降解，增强mRNA的稳定性。翻译过程以mRNA作为模板，tRNA作为运载工具，在有关酶、辅助因子和能量的作用下将活化的在核糖体(亦称核蛋白体)上装配为蛋白质多肽链的过程，称为翻译(translation),这一过程大致可分为3个阶段:肽链起始在许多起始因子的作用下，首先是核糖体的小亚基和mRNA上的结合，然后甲酰甲硫氨酰tRNA(tRNAfMet)结合上去，构成起始复合物。通过tRNA的UAC，识别mRNA上的起始密码子AUG，并相互配对，随后核糖体大亚基结合到小亚基上去，形成稳定的复合体，从而完成了起始的作用。肽链延长上有两个结合点--P位和A位，可以同时结合两个氨酰tRNA。当核糖体沿着mRNA从5'→3'移动时，便依次读出密码子。首先是tRNAfMet结合在P位，随后第二个氨酰tRNA进入A位。此时，在肽基转移酶的催化下，P位和A位上的2个氨基酸之间形成肽键。第一个tRNA失去了所携带的氨基酸而从P位脱落，P位空载。A位上的氨酰tRNA在移位酶和GTP的作用下，移到P位，A位则空载。核糖体沿mRNA5'端向3'端移动一个密码子的距离。第三个氨酰tRNA进入A位，与P位上氨基酸再形成肽键，并接受P位上的肽链，P位上tRNA释放，A位上肽链又移到P位，如此反复进行，不断延长，直到mRNA的终止密码出现时，没有一个氨酰tRNA可与它结合，于是肽链延长终止。肽链终止终止信号是mRNA上的终止密码子(UAA、UAG或UGA)。当核糖体沿着mRNA移动时，多肽链不断延长，到A位上出现终止信号后，就不再有任何氨酰tRNA接上去，多肽链的合成就进入终止阶段。在释放因子的作用下，肽酰tRNA的的酯键分开，于是完整的多肽链和核糖体的大亚基便释放出来，然后小亚基也脱离mRNA。译后加工(postranslationalprocessing):从核糖体上释放出来的多肽需要进一步加工修饰才能形成具有生物活性的蛋白质。翻译后的肽链加工包括肽链切断，某些氨基酸的羟基化、磷酸化、、糖基化等。真核生物在新生手肽链翻译后将甲硫氨酸裂解掉。有一类基因的翻译产物前体含有多种氨基酸顺序，可以切断为不同的蛋白质或肽，称为多蛋白质(polyprotein)。例如(insulin)是先合成86个氨基酸的初级翻译产物，称为(proinsulin)，胰岛素原包括A、B、C三段，经过加工，切去其中无活性的C肽段，并在A肽和B肽之间形成，这样才得到由51个氨基酸组成的有活性的胰岛素。【重点突破】DNA复制2基因的表达【经典例题】例1．用体外实验的方法可合成多肽链。已知苯丙氨酸的密码子是UUU，若要在体外合成同位素标记的多肽链，所需的材料组合是=1\*GB3①同位素标记的tRNA=2\*GB3②蛋白质合成所需的酶=3\*GB3③同位素标记的苯丙氨酸=4\*GB3④人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸=5\*GB3⑤除去了DNA和mRNA的细胞裂解液=1\*GB3①=2\*GB3②=4\*GB3④B．=2\*GB3②=3\*GB3③=4\*GB3④C．=3\*GB3③=4\*GB3④=5\*GB3⑤D．=1\*GB3①=3\*GB3③=5\*GB3⑤例2.等位基因A和a可能位于X染色体上，也可能位于常染色体上。假定某女孩的基因型是XAXA或AA，其祖父的基因型是XAY或Aa，祖母的基因型是XAXa或Aa，外祖父的基因型是XAY或Aa，外祖母的基因型是XAXa或Aa。不考虑基因突变和染色体变异，请回答下列问题：如果这对等位基因对于常染色体上，能否确定该女孩的2个显性基因A来自于祖辈4人中的具体哪两个人？为什么？如果这对等位基因位于X染色体上，那么可判断该女孩两个XA中的一个必然来自于（填“祖父”或“祖母”），判断依据是；此外，（填“能”或“不能”）确定另一个XA来自于外祖父还是外祖母。四.【巩固练习】1.下列关于探索DNA是遗传物质的实验，叙述正确的是（）A．格里菲思实验证明DNA可以改变生物体的遗传性状B．艾弗里实验证明从S型肺炎双球菌中提取的DNA可以使小鼠死亡C．赫尔希和蔡斯实验中离心后细菌主要存在于沉淀中D．赫尔希和蔡斯实验中细菌裂解后得到的噬菌体都带有32P标记2.近年诞生的具有划时代意义的CRISPR/Cas9基因编辑技术可简单、准确地进行基因定点编辑。其原理是由一条单链向导RNA引导核酸内切酶Cas9到一个特定的基因位点进行切割。通过设计向导RNA中20个碱基的识别序列，可人为选择DNA上的目标位点进行切割(见下图)。下列相关叙述错误的是()A．Cas9蛋白由相应基因指导在核糖体中合成B．向导RNA中的双链区遵循碱基配对原则C．向导RNA可在逆转录酶催化下合成D．若α链剪切位点附近序列为……TCCAGAATC……则相应的识别序列为……UCCAGAAUC……3．某亲本DNA分子双链均以白色表示，以灰色表示第一次复制出的DNA子链，以黑色表示第二次复制出的DNA子链，该亲本双链DNA分子连续复制两次后的产物是4．真核生物细胞内存在着种类繁多、长度为21-23个核苷酸的小分子RNA（简称miR），它们能与相关基因转录出来的mRNA互补，形成局部双链。由此可以推断这些miR抑制基因表达的分子机制是A．阻断rRNA装配成核糖体B．妨碍双链DNA分子的解旋C．干扰tRNA识别密码子D．影响RNA分子的远距离转运5.若1个35S标记的大肠杆菌被1个32P标记的噬菌体侵染，裂解后释放的所有噬菌体()A.一定有35S，其中有1个含有32PB.一定有35S，其中有2个含有32PC.一定有32P，其中有1个含有35SD.一定有32P，其中有2个含有35S6.在肺炎双球菌的体内和体外转化实验中，R型菌和S型菌的数量变化曲线依次为()①②B.③②C.①④D.③④7.研究者人工合成的一种微小RNA，不能编码蛋白质，当其进入番茄细胞后，能作用于乙烯受体基因转录的mRNA，从而使该基因“沉默”。下列叙述错误的是（

）A．微小RNA可能与乙烯的受体基因转录的mRNA互补B．微小RNA可能通过干扰翻译过程从而使该基因沉默C．微小RNA与乙烯受体基因的模板链碱基序列相同D．该技术可尝试应用于番茄储藏与运输过程中的保鲜8.如图中，a、b、c表示一条染色体上相邻的3个基因，m、n为基因间的间隔序列，下列相关叙述，正确的是（）A．该染色体上的三个基因一定控制生物的三种性状B．m、n片段中碱基对发生变化会导致基因突变C．若a中有一个碱基对被替换，其控制合成的肽链可能不变D．a、b、c均可在细胞核中复制及表达9.现已知基因M含有碱基共N个，腺嘌呤n个，具有类似如图的平面结构，下列说法正确的是（）A．基因M共有4个游离的磷酸基，﹣n个氢键B．如图a可以代表基因M，基因M的等位基因m可以用b表示C．基因M的双螺旋结构中，脱氧核糖和磷脂交替排列在外侧，构成基本骨架D．基因M和它的等位基因m含有的碱基数可以不相等10.在DNA复制开始时，将大肠杆菌放在含低剂量3H标记的脱氧胸苷（3H-dT）的培养基中，3H-dT可掺入正在复制的DNA分子中，使其带有放射性标记。几分钟后，将大肠杆菌转移到含高剂量3H-dT的培养基中培养一段时间。收集、裂解细胞，抽取其中的DNA进行放射性自显影检测，结果如图所示。据图可以作出的推测是()A.复制起始区在高放射性区域B.DNA复制为半保留复制C.DNA复制从起始点向两个方向延伸D.DNA复制方向为a→c11.如图表示中心法则中部分遗传信息的流动方向示意图，有关说法正确的是A.图1过程①、③、⑤一般发生于烟草花叶病毒的体内B.图1过程①〜⑤不可能同时发生于同一个细胞内C.图2过程只发生在可增殖的细胞，复制起点A先于B复制D.图2、图3过程均可能发生在真核细胞内，均具有双向复制的特点12.如图表示基因与性状之间的关系示意图，下列相关说法中，不正确的是（）A．过程①、②合称基因表达B．基因控制生物的性状有间接控制和直接控制两种，间接控制是通过控制酶的合成实现的C．密码子位于tRNA上，反密码子位于mRNA上D．蛋白质结构具有多样性的根本原因是DNA上的遗传信息千变万化13.下图表示生物体内三个重要的生理活动。根据所学知识结合图形回答下列问题：(1)甲、乙、丙三图正在进行的生理过程分别是________。对于小麦的叶肉细胞来说，能发生乙过程的场所有________。(2)在正常情况下，碱基的排列顺序相同的单链是_________________________。(3)对于乙图来说，RNA聚合酶结合位点位于________分子上，起始密码子和终止密码子位于________分子上。(填字母)(4)分子l彻底水解得到的化合物有________种。(5)丙图所示的生理过程是从分子l链的________端开始的。如果该链由351个基本单位构成，则对应合成完整的n链，最多需要脱掉________分子的水。14.双链DNA是由两条反向平行的脱氧核苷酸链组成。早在1966年，日本科学家冈崎提出DNA半不连续复制假说：DNA复制形成互补子链时，一条子链是连续形成，另一条子链不连续即先形成短链片段（如图1）。为验证这一假说，冈崎进行了如下实验：让T4噬菌体在20°C时侵染大肠杆菌70min后，将同位素3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，在2秒、7秒、15秒、30秒、60秒、120秒后，分离T4噬菌体DNA并通过加热使DNA分子变性、全部解螺旋，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（分子越小离试管口距离越近），并检测相应位置DNA单链片段的放射性，结果如图2。请分析回答：（1）DNA双螺旋结构的构建属于构建________________模型。（2）若1个双链DNA片段中有1000个碱基对，其中胸腺嘧啶350个，该DNA连续复制四次，在第四次复制时需要消耗________________个胞嘧啶脱氧核苷酸。（3）以3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，最终子代噬菌体________________（全部有/部分有/无）放射性分布。（4）DNA解旋在细胞中需要解旋酶的催化，在体外通过加热也能实现。解旋酶不能为反应提供能量，其作用机理是________________。研究表明，在DNA分子加热解链时，DNA分子中G＋C的比例越高，需要解链温度越高的原因是________________。（5）图2中，与60秒结果相比，120秒结果中短链片段减少的原因是________________。该实验结果为冈崎假说提供的有力证据是________________。（6）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）。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。若用带有32P标记的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。微专题10：DNA的复制与基因的表达例例2.（1）不能（1分）女孩AA中的一个A必然来自于父亲，但因为祖父和祖母都含有A，故无法确定父传给女儿的A是来自于祖父还是祖母；另一个A必然来自于母亲，也无法确定母亲给女儿的A是来自外祖父还是外祖母。（3分，其他合理答案也给分）（2）祖母（2分）该女孩的一个XA来自父亲，而父亲的XA来一定来自于祖母（3分）不能（1分）1-5:DCDCB6-10:BCCDC11-12:DC13：(1)DNA复制、转录、翻译细胞核、线粒体、叶绿体(2)a和c、b和d(3)ef(4)6(5)A11614(1).物理(2).5200(3).全部有(4).降低反应所需要的活化能(5).DNA分子中G＋C的比例越高，氢键数越多，DNA结构越稳定(6).短链片段连接形成长片段(7).在实验时间内，细胞中均能检测到较多的短链片段(8).γ(9).α微专题10：DNA的复制与基因的表达例例2.（1）不能（1分）女孩AA中的一个A必然来自于父亲，但因为祖父和祖母都含有A，故无法确定父传给女儿的A是来自于祖父还是祖母；另一个A必然来自于母亲，也无法确定母亲给女儿的A是来自外祖父还是外祖母。（3分，其他合理答案也给分）（2）祖母（2分）该女孩的一个XA来自父亲，而父亲的XA来一定来自于祖母（3分）不能（1分）1-5:DCDCB6-10:BCCDC11-12:DC13：(1)DNA复制、转录、翻译细胞核、线粒体、叶绿体(2)a和c、b和d(3)ef(4)6(5)A11614(1).物理(2).5200(3).全部有(4).降低反应所需要的活化能(5).DNA分子中G＋C的比例越高，氢键数越多，DNA结构越