重点培优 DNA复制与细胞分裂关系及基因表达调控

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DNA复制与细胞分裂关系

及基因表达调控（点击进入“专题验收评价”）真核细胞有丝分裂的间期、减数分裂前的间期以及原核细胞二分裂间期，细胞将进行DNA复制，保证在子细胞内有足量的DNA进行遗传信息的传递以及蛋白质的合成等多种生物化学反应。每一个细胞中的完整的基因组就是DNA复制最终产生的结果。由于DNA通过氢键进行碱基互补配对产生双链，所以只需要一条核酸链就可以确定双链DNA的碱基序列，即DNA分子的每一条链都含有其互补链的所有信息。培优点(一)

DNA复制与细胞分裂的关系[应用体验]1.某果蝇精原细胞中8条染色体上的DNA已全部被15N标记，其中一对同源染色体上有基因A和a，给此精原细胞提供含14N的原料让其连续进行两次分裂，产生四个子细胞，分裂过程中无基因突变和染色体畸变发生。下列叙述正确的是

(

)A.若四个子细胞中的核DNA均含15N，则每个子细胞均含8条染色体B.若四个子细胞中有一半核DNA含15N，则每个子细胞均含4条染色体C.若四个子细胞中均含8条染色体，则每个子细胞中均含2个A基因D.若四个子细胞中均含4条染色体，则一定有一半子细胞含有a基因答案：D

解析：若四个子细胞中的核DNA均含15N，则DNA只复制一次，细胞进行的是减数分裂，每个子细胞中均含4条染色体，A错误；若四个子细胞中有一半核DNA含15N，则细胞进行的是有丝分裂，每个子细胞均含8条染色体，B错误；若四个子细胞中均含8条染色体，则细胞进行的是有丝分裂，则每个子细胞中均只含有1个A基因，C错误；若四个子细胞中均含4条染色体，则细胞进行的是减数分裂，因此有一半子细胞含有a基因，D正确。2.(2021·浙江6月选考)在DNA复制时，5­溴尿嘧啶脱氧核苷(BrdU)可作为原料，与腺嘌呤配对，掺入新合成的子链。用Giemsa染料对复制后的染色体进行染色，DNA分子的双链都含有BrdU的染色单体呈浅蓝色，只有一条链含有BrdU的染色单体呈深蓝色。现将植物根尖放在含有BrdU的培养液中培养，取根尖用Giemsa染料染色后，观察分生区细胞分裂中期染色体的着色情况。下列推测错误的是

(

)A.第一个细胞周期的每条染色体的两条染色单体都呈深蓝色B.第二个细胞周期的每条染色体的两条染色单体着色都不同C.第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体均为1/4D.根尖分生区细胞经过若干个细胞周期后，还能观察到深蓝色的染色单体答案：C

解析：

DNA的复制方式为半保留复制，第一个细胞周期的每条染色体的两条染色单体中的DNA都是一条链含BrdU，另一条链不含BrdU，都呈深蓝色，A正确。第二个细胞周期的每条染色体的两条染色单体，有一条染色单体中的DNA是一条链含BrdU，另一条链不含BrdU；另一条染色单体中的DNA是两条链都含BrdU，故第二个细胞周期的每条染色体的两条染色单体着色不同，B正确。第二次分裂后期，染色体被纺锤丝牵引着随机移向细胞两极，形成的子细胞内的染色体深蓝色的和浅蓝色的数目不确定，故第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体不一定占1/4，C错误。根尖分生区细胞经过若干个细胞周期后，还会有染色单体上的DNA是一条链含BrdU，另一条链不含BrdU，故还能观察到深蓝色的染色单体，D正确。DNA复制与细胞分裂的关系(以15N标记为例)1.有丝分裂过程|思|维|建|模|解读：(1)一个细胞经过一次有丝分裂，产生了两个子细胞，每个子细胞和亲代细胞一样都含有相同数目的染色体，并且每个细胞中的每一条染色体上的DNA分子都保留了亲代细胞DNA分子的一条链(15N)，体现了DNA分子半保留复制的特点。(2)连续分裂两次，形成四个子细胞，有3种情况出现：第一种情况是4个子细胞都是15N­14N、14N­14N；第二种情况是2个细胞是15N­14N、14N­14N，1个细胞是15N­14N、15N­14N,1个细胞是14N­14N、14N­14N；第三种情况是2个细胞是15N­14N、15N­14N，另外2个细胞是14N­14N、14N­14N。2.减数分裂过程解读：一个性原细胞经过减数分裂，产生了四个子细胞。每个子细胞的染色体数目较性原细胞减少了一半，并且每个子细胞中的每条染色体上的DNA分子都保留了性原细胞DNA分子的一条链(子细胞DNA两条链均为15N­14N)，即半保留复制。基因沉默是真核生物细胞基因表达调节的一种重要手段。以前，“基因沉默”被理解为真核生物染色体形成异染色质(丧失染色体功能)的过程。后来的研究表明，“基因沉默”与“异染色质”存在差异，尽管被沉寂的基因区段也呈高浓缩状态，但“基因沉默”所形成的染色体构象并不完全等同于“异染色质”构象。除此之外，两者还存在着基因表达调控程度上的差异，一般认为处于“基因沉默”的染色质区的基因表达被“彻底”关闭，而“异染色质”状态的基因可能依然进行低水平的表达。培优点(二)

基因表达与沉默[应用体验]3.(2023·浙江1月选考)阅读下列材料，回答(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5­azaC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(2)该植物经5­azaC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：(1)选D

DNA甲基化属于表观遗传。(2)选D由材料可知，DNA甲基化不改变基因序列，只会造成基因转录受阻，则去甲基化会改变基因的转录。4.miR159是一种非编码小RNA，通过碱基配对使结合位点的靶基因沉默。GAMYB基因表达产物在不同器官中发挥不同的作用。如图1表示叶(L)和花(F)中的miR159水平和GAMYB基因的转录水平。图2表示GAMYB基因的表达与赤霉素(GA)、脱落酸(ABA)的关系。下列有关说法不正确的是

(

)A.GAMYB基因是miR159的靶基因，GAMYB表达的蛋白质可被miR159直接降解B.GAMYB基因在花中转录水平高，可能在植物开花及花的发育中起重要作用C.由图2可知，GA和ABA通过调节基因的表达来调节种子萌发D.图示说明植物的生长发育与基因选择性表达有关答案：A

解析：由图1可知，GAMYB基因是miR159的靶基因，miR159是通过碱基配对与GAMYB基因结合从而抑制GAMYB基因的转录，A错误；分析图1，花中miR159水平低，GAMYB基因转录水平高，说明该基因可能在植物开花及花的发育中起重要作用，B正确；分析图2，GA能促进GAMYB基因的表达，促进种子萌发，ABA能抑制GAMYB基因的表达，抑制种子萌发，两者通过调节基因的表达来调节种子萌发，C正确；由图1可知，同一基因在植株不同部位表达不同，而其表达产物在不同器官中发挥不同作用，故图示说明植物的生长发育与基因选择性表达有关，D正确。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。|思|维|建|模|(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，而共抑制现象是有关转录后水平的基因沉默研究的热点。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。专题验收评价一、选择题1.在遗传信息传递过程中，若模板DNA的部分碱基序列是5′­TGCAGT­3′，则由其转录形成的mRNA的碱基序列是

(

)A.5′­ACGTCA­3′

B.5′­ACGUCA­3′C.5′­ACUGCA­3′ D.5′­ACTGCA­3′答案：C

解析：在遗传信息传递过程中，若模板DNA的部分碱基序列是5′­TGCAGT­3′，根据碱基互补配对原则，以该链为模板转录形成的信使RNA中的碱基排列顺序为5′­ACUGCA­3′，C正确。如图是DNA平面结构模式图，据图完成2～3题。2.下列说法错误的是

(

)A.其基本骨架由①②交替排列构成B.⑦和⑧依次是胸腺嘧啶和胞嘧啶C.DNA复制时，解旋酶能使⑨断开D.A和T越多，DNA分子结构越稳定答案：D

解析：

DNA分子的基本骨架由①磷酸、②脱氧核糖交替排列构成，A正确；根据碱基配对原则，A与T配对、G与C配对，⑦和⑧依次是胸腺嘧啶和胞嘧啶，B正确；DNA复制时，解旋酶能使⑨氢键断开，C正确；DNA分子中，A和T之间有两个氢键，G与C之间有三个氢键，G和C越多，氢键数目越多，DNA分子结构越稳定，D错误。3.若该DNA的一条链中(A＋T)/(G＋C)＝0.4，该比值在其互补链和整个DNA分子中分别是

(

)和0.6 和1.0和0.4 和1.0答案：C

解析：根据碱基互补配对原则，DNA分子一条链中(A＋T)/(G＋C)的比值等于其互补链和整个DNA分子中该种比例的比值。因此其互补链和整个DNA分子中均为0.4。故选C。4.(2023·温州模拟)细菌内一条mRNA可能含有多个AUG密码子，仅起始密码子AUG上游有一段SD序列，该序列能与rRNA互补结合。下列叙述正确的是

(

)A.SD序列很可能与转录过程的起始有关B.SD序列突变以后产生的多肽链会变长C.mRNA中含有的多个AUG并不是都作为起始密码子D.一条mRNA结合多个核糖体就表明有多个SD序列答案：C

解析：

SD序列位于起始密码子上游，且能与rRNA互补结合，推测SD序列很可能与翻译过程的起始有关，A错误；SD序列与翻译过程的起始有关，SD序列突变后，翻译过程不能启动，因此不会产生肽链，B错误；由题意可知，仅AUG上游有一段SD序列的可以作为起始密码子，因此mRNA中含有的多个AUG并不是都作为起始密码子，C正确；一条mRNA结合多个核糖体，多个核糖体应是从一个位点结合的，并不能表明一条mRNA上有多个SD序列，D错误。5.(2023·浙江金丽衢十二校3月联考)如图为遗传信息流的传递过程，即中心法则。下列叙述正确的是

(

)A.真核细胞中过程②和⑤发生的场所分别是细胞核和细胞质B.过程①的进行往往伴随着细胞数目增多C.被HIV感染的细胞内会发生③④两个过程D.烟草花叶病毒内可能发生过程④答案：B

解析：②为转录，⑤为翻译，真核细胞中转录主要发生在细胞核中，翻译主要发生在细胞质中，此外转录和翻译也可以发生在叶绿体和线粒体中，A错误；过程①为DNA的复制，DNA复制常发生在细胞分裂时，即过程①的进行往往伴随着细胞数目增多，B正确；HIV是逆转录病毒，因此在宿主细胞中能发生③逆转录过程，但不会发生④RNA复制过程，C错误；病毒没有细胞结构，不能进行过程④，其只有在宿主细胞中才能进行过程④，D错误。6.(2023·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

(

)选项实验名称实验结论检测指标A肺炎链球菌活体转化实验S型菌存在的“转化因子”能使R型菌转化为S型菌检测小鼠的存活情况，并从死亡小鼠体内分离出S型菌B肺炎链球菌离体转化实验DNA是遗传物质观察平板中菌落的特征CT2噬菌体侵染细菌实验DNA是遗传物质检测沉淀物、上清液及子代噬菌体的放射性D烟草花叶病毒感染实验RNA是遗传物质检测烟草的叶片细胞中是否含有RNA答案：D

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有几种肺炎链球菌，从而可判断能将R型菌均转化为S型菌的物质是DNA，B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，C正确；烟草的叶片细胞中本就含有RNA，检测叶片细胞是否含有RNA，无法判断RNA是否为遗传物质，D错误。7.基因通过转录将遗传信息传递到RNA中，有些RNA携带遗传信息通过核孔从细胞核进入细胞质中指导蛋白质合成。如图为基因的转录过程，下列相关叙述正确的是

(

)A.以DNA的一条链为模板转录出的RNA均可编码多肽链B.RNA聚合酶可使氢键断裂，催化形成磷酸二酯键和氢键C.图示的转录方向为从左向右，b为解开双螺旋，a为恢复双螺旋D.在一个细胞周期中，每个基因只转录一次答案：C

解析：转录以DNA的一条链为模板合成RNA，合成的RNA并不都编码多肽链，如rRNA和tRNA，A错误；RNA聚合酶有解旋和延伸RNA链的功能，故可使氢键断裂、形成磷酸二酯键，氢键的形成不需要酶催化，B错误；转录的特点是边解旋边转录，RNA的延伸方向为5′­端到3′­端，故转录方向为从左往右，b为解螺旋，a为恢复螺旋，C正确；一个DNA上含有多个基因，转录以基因为单位，转录时需要RNA聚合酶结合到启动子部位，根据细胞的需求随时完成转录，故在一个细胞周期中，有的基因可转录多次，D错误。8.(2023·浙江强基联盟统测)某基因含有100个碱基对，其中一条链中的A＋T占42%，互补链中G与T分别占30%和22%。下列有关说法正确的是

(

)A.该基因复制一次需消耗44个腺嘌呤脱氧核苷酸B.该基因中碱基之间形成的氢键有258个C.以该基因为模板转录形成的RNA中A占22%D.该基因控制合成的多肽链最多含33种氨基酸答案：B

解析：复制一次产生两个子代DNA分子，根据DNA半保留复制特点，其中相当于只有一个DNA分子需要消耗原料，因此需消耗42个腺嘌呤脱氧核苷酸，A错误；A和T之间有2个氢键，G和C之间有3个氢键，因此氢键数＝42×2＋58×3＝258，B正确；由于无法确定基因的哪一条链为模板链，所以无法确定该基因为模板转录形成的RNA中A的比例，C错误；构成蛋白质的氨基酸只有21种，D错误。9.如图表示某生物环状DNA分子上进行的部分生理过程，下列叙述正确的是

(

)A.进行过程①时，需要向细胞核内运入4种脱氧核苷酸、ATP、相关酶等物质

B.图中酶的作用具有专一性，都参与磷酸二酯键的形成或断裂

C.过程③确保少量mRNA分子可以迅速合成大量蛋白质

D.复制、转录、翻译时都是沿着模板链3′→5′方向进行答案：C

解析：据图分析可知，该生物的转录和翻译同时进行，则该生物为原核生物，原核细胞没有核膜包被的细胞核，A错误。图中酶的作用具有专一性，酶A(DNA聚合酶)和酶C(RNA聚合酶)都参与磷酸二酯键的形成，而酶B(解旋酶)参与氢键的断裂，B错误。过程③表示翻译，一个mRNA可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，确保少量mRNA分子可以迅速合成大量蛋白质，C正确。DNA复制时，子链延伸的方向是从5′→3′，即沿着模板链的3′→5′方向进行；转录时，以DNA的一条链为模板，并沿着模板链的3′→5′方向合成mRNA；翻译时都是沿着模板链5′→3′方向进行，D错误。(2023·嘉兴二模)阅读下列材料，回答第10～11题。在原核生物中，大多数基因表达的调控是通过操纵子实现的。如图表示大肠杆菌乳糖操纵子模型及其调节过程：大肠杆菌乳糖操纵子包括lacZ、lacY、lacA三个结构基因(编码参与乳糖代谢的酶，其中酶a能够水解乳糖)以及启动子和操纵基因。没有乳糖存在时，调节基因编码的阻遏蛋白与操纵基因结合，导致RNA聚合酶不能与启动子结合，结构基因无法表达；有乳糖存在时，阻遏蛋白与乳糖结合后构象变化，失去与操纵基因的亲和力，从而使结构基因得以表达。10.下列关于乳糖操纵子的叙述，错误的是

(

)A.乳糖操纵子包含多个基因B.调节基因表达产生阻遏蛋白C.没有乳糖时结构基因无法复制D.RNA聚合酶在操纵子上的移动是有方向的答案：C

解析：结合材料信息可知，乳糖操纵子包含多个基因，调节基因表达产生阻遏蛋白，A、B正确；没有乳糖存在时，结构基因无法表达，而非不能复制，C错误；转录时RNA聚合酶在DNA上沿5′→3′方向移动，即RNA聚合酶在操纵子上的移动是有方向的，D正确。11.结构基因的表达及调控受环境中乳糖的影响，下列叙述正确的是

(

)A.结构基因转录时，α链和β链均可作为模板B.酶a催化乳糖水解，可使结构基因的表达受抑制C.阻遏蛋白与操纵基因的结合是一个不可逆的过程D.当乳糖为唯一碳源时，结构基因不表达答案：B

解析：转录时，双链DNA分子中只有一条链作为转录模板，指导转录生成RNA，此链称为模板链，A错误；结合材料可知，酶a催化乳糖水解，可使结构基因的表达受抑制，B正确；结合材料可知阻遏蛋白与操纵基因的结合是一个可逆的过程，C错误；由材料可知当乳糖为唯一碳源时，结构基因可以正常表达，D错误。12.(2023·杭州、宁波二模)大肠杆菌在乳糖诱导下使控制乳糖水解酶的基因(其编码链上的3个碱基是5′­AGT­3′)表达，从而将乳糖水解，可为大肠杆菌的生命活动供能。下列叙述正确的是

(

)A.其转录出的RNA经剪切成为成熟的mRNAB.翻译时核糖体在mRNA上由3′移向5′C.对应的tRNA上的反密码子的3个碱基是3′­UGA­5′D.经乳糖水解酶催化产生的单糖，进一步在细胞溶胶和线粒体内氧化分解生成ATP供能答案：C

解析：原核生物转录出的RNA不需要经过剪切等加工过程，直接可以翻译，A错误；翻译时核糖体在mRNA上由5′移向3′，B错误；控制乳糖水解酶的基因编码链上3个碱基是5′­AGT­3′，所以转录的mRNA上的密码子是5′­ACU­3′，则tRNA上的反密码子是3′­UGA­5′，C正确；经乳糖水解酶催化产生的单糖是葡萄糖和半乳糖，大肠杆菌没有线粒体，只能在细胞溶胶中将其分解，D错误。13.(2023·杭州二模)新型化合物XP­524能阻断两种表观遗传调节因子BET蛋白和EP300(组蛋白乙酰转移酶)的功能，促进胰腺癌细胞中相关基因的转录，从而帮助治疗癌症。下列叙述正确的是

(

)A.BET蛋白和EP300发挥作用使基因的碱基序列发生改变B.BET蛋白和EP300会导致基因表达和表型发生可遗传的变化C.高度分化的胰腺细胞一般不再分裂，其组蛋白不存在乙酰化D.“相关基因”指的是胰腺细胞中的某些原癌基因答案：B

解析：表观遗传不会改变基因的碱基序列，表观遗传可能会影响基因的表达，同时也会影响表型，A错误；表观遗传可能会影响基因的表达，同时也会影响表型，并且可以遗传给后代，B正确；组蛋白乙酰化会影响基因的表达，高度分化的胰腺细胞一般不再分裂，但细胞中仍会有基因的转录，其组蛋白依然可能存在乙酰化，C错误；抑癌基因是一类存在于正常细胞内可抑制细胞不正常增殖并具有潜在抑癌作用的基因，由题干可知，相关基因转录可以治疗癌症，因此可以推导相关基因是抑癌基因，D错误。14.(2023·温州三校月考)红光对植物体内SSU蛋白前体合成的促进机理如图所示。下列叙述正确的是

(

)A.有活性的RP与SSU基因启动子结合后阻碍SSU基因的转录B.在红光作用下，SSU基因以编码链为模板合成SSUmRNAC.核糖体在mRNA上由左向右移动，合成SSU蛋白前体D.红光通过影响RP蛋白的活性进而调节基因的表达过程答案：D

解析：有活性的RP与SSU基因启动子结合后促进SSU基因的转录，A错误；基因中的编码链不转录，而模板链才是合成RNA的模板，B错误；根据多肽链的长短，长的翻译在前，短的翻译在后，核糖体在mRNA上由右向左移动，合成SSU蛋白前体，C错误；图中显示，在红光的作用下，RP蛋白由无活性状态变为有活性状态，进而调节基因的表达过程，D正确。二、非选择题15.(2023·杭州六县期中)miRNA是真核细胞中一类不编码蛋白质的短序列RNA，其主要功能是调控其他基因的表达。研究发现，BCL2是一个抗凋亡基因，其编码的蛋白质有抑制细胞凋亡的作用。该基因的表达受MIR­15a基因控制合成的miRNA调控，如图所示。请分析回答：(1)A过程名称是________，需要消耗从细胞质进入细胞核的原料有________________。(2)B过程核糖体移动方向是________(填“从左往右”或“从右往左”)，一个mRNA上可同时连接多个核糖体，是其意义是____________________________________________。(3)BCL2基因表达可能会引起细胞________，若MIR­15a基因缺失，则细胞发生癌变的可能性将________。(4)癌变的细胞在适宜条件下能无限增殖，细胞增殖过程中DNA准确复制的原因是__________________________________________。(5)癌细胞因表面缺乏________，在体内容易转移扩散。研究表明，癌细胞中线粒体表现为不同的多型性、肿胀及增生，从而导致功能障碍，由此推测，癌细胞对葡萄糖的摄取量________(填“大于”“小于”或“等于”)正常细胞。解析：(1)A过程表示转录，需要消耗从细胞质进入细胞核的原料有4种游离的核糖核苷酸。(2)根据两条肽链的长度可知，B过程核糖体移动的方向是从右往左。图中①为转录形成的mRNA，可与多个核糖体结合形成多聚核糖体，一个mRNA上结合多个核糖体可以在短时间内合成大量多肽链，其意义是显著提高翻译的效率。(3)由题图推测：若MIR­15a基因缺失，则无法合成miRNA，无法调控BCL2基因的表达，使BCL2基因表达产物增加，抑制细胞凋亡，所以细胞癌变的可能性上升。(4)细胞增殖过程中DNA准确复制