艺考生高考生物复习专题四遗传、变异和进化第1讲遗传的分子基础课件

艺考生生物专题四遗传、变异和进化

专题突破第1讲遗传的分子基础【思维导图】【考点梳理】考点1探究遗传物质的两个经典实验(1)实验设计思路:将DNA和蛋白质分开分别观察,从而确定谁是遗传物质。(2)肺炎双球菌的转化实验①S型活菌的RNA

R型菌②S型活菌的多糖、蛋白质等R型菌③S型活菌的DNAR型菌+S型菌④S型活菌的DNA+DNA酶R型菌含R型活菌的培养基注入注入注入注入

格里菲斯的体内转化实验→结论:S型死菌中,必定存在使R型菌转化为S型菌的转化因子。

艾弗里等的体外转化实验→结论:DNA是使R型菌转化为S型菌的转化因子,DNA是遗传物质。(3)噬菌体侵染细菌的实验

实验方法:同位素标记法。

噬菌体侵染大肠杆菌的一般过程:吸附→注入→合成→组装→释放。

搅拌的目的:吸附在细菌上的噬菌体蛋白质外壳与细菌分离。离心的目的:让上清液中析出重量较轻的噬菌体白质外壳,沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。

噬菌体侵染细菌时,进入细菌的只有DNA。合成子代噬菌体,模板DNA链由噬菌体提供,合成DNA和蛋白质外壳的原料、场所等均由大肠杆菌提供。

结论:DNA是遗传物质。①35S标记的噬菌体

子代噬菌体放射性低②32P标记的噬菌体

子代噬菌体放射性高大肠杆菌侵染侵染误差分析:①35S标记蛋白质的噬菌体侵染大肠杆菌,沉淀中放射性高的原因是搅拌不充分,少量35S标记的噬菌体的蛋白质外壳吸附在大肠杆菌表面。②32P标记DNA的噬菌体侵染大肠杆菌,上清液中放射性高的原因是保温时间过短部分噬菌体未侵染大肠杆菌或保温时间过长部分子代噬菌体释放出来。(4)遗传物质小结:DNA是主要的遗传物质。除少数病毒的遗传物质是RNA外,其他生物(细胞生物+大多数病毒)的遗传物质是DNA。RNA病毒有:新冠病毒、SARS病毒、HIV、烟草花叶病毒、流感病毒等。

细胞生物(真核、原核)非细胞生物(病毒)DNA病毒RNA病毒核酸DNA和RNA只含DNA只含RNA遗传物质DNADNARNA(少数)1.DNA双螺旋结构(1)基本组成元素:C、H、O、N、P。(2)基本单位:脱氧核糖核苷酸。考点2遗传信息的传递和表达(3)DNA双螺旋结构的主要特点:①由两条反向平行的脱氧核苷酸链盘旋成双螺旋结构。②外侧:脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架。③内侧:由氢键相连的碱基对组成。遵循碱基互补配对原则:A=T;G≡C。(4)DNA的特性:①稳定性:DNA分子双螺旋空间结构的相对稳定性。②多样性:碱基对的排列顺序是千变万化的。排列种类数:4n(n为碱基对对数)。③特异性:每个特定DNA分子的碱基排列顺序是特定的。(5)双链DNA分子中碱基的计算规律:2个最基本的公式:①整个DNA分子中A=T,G=C。②两条互补链中A1=T2,T1=A2,G1=C2,C1=G2。

基因在DNA上不连续分布,DNA中有些片段不是基因。

基因是具有遗传效应的DNA片段。2.基因是具有遗传效应的DNA片段基因和DNA的关系

基因A

基因B

基因C

基因间区

基因间区

染色体DNA基因脱氧核苷酸每条染色体上有1个或2个DNA每个DNA分子上含有多个基因每个基因含有多个脱氧核苷酸3.遗传信息的传递过程①DNA的复制和基因表达

DNA复制转录翻译场所细胞核、线粒体和叶绿体细胞核、线粒体和叶绿体核糖体模板DNA的双链DNA的一条单链mRNA原料4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸21种氨基酸酶解旋酶、DNA聚合酶RNA聚合酶相关的酶

DNA复制转录翻译信息传递DNA→DNADNA→RNAmRNA→蛋白质碱基配对A—T

T—AG—C

C—GA—U

T—AG—C

C—GA—U

U—AG—C

C—G产物DNARNA蛋白质DNA复制和转录均发生在DNA存在的部位:细胞核、线粒体和叶绿体。DNA复制的特点:边解旋边复制,半保留复制;转录一般只转录DNA一条链中属于基因的片段。

基因表达:基因指导蛋白质的合成,包括转录和翻译。

遗传信息:基因中脱氧核苷酸的排列顺序。

密码子:mRNA中决定一个氨基酸的

3个相邻碱基。共64种,其中决定氨基酸的密码子有

61种。

反密码子:tRNA上与mRNA中的密码子互补配对的3个碱基。

密码子特点:简并性(每种氨基酸对应1种或几种密码子);通用性(所有生物共用1套密码子)。②DNA、RNA和蛋白质的相关计算(不考虑终止密码子):

基因中碱基数:mRNA中碱基数:蛋白质中氨基酸数=6∶3∶1。③多聚核糖体(如下图)

现象:一个mRNA可同时结合多个核糖体,形成多聚核糖体。

意义:少量的mRNA迅速合成大量的蛋白质。

核糖体移动方向:从左向右(见上图)。判断依据:多肽链的长短,方向由短到长。④DNA半保留复制的实验证据

实验材料:大肠杆菌(繁殖快,20min一代)。

实验方法:同位素标记法、密度梯度离心。

实验过程:

实验结论:DNA的复制是半保留复制。4.基因表达与性状的关系(1)中心法则:DNA复制、转录和翻译,一般生物都会发生,但逆转录和RNA自我复制只有少数病毒才会进行。DNA复制。

DNA、RNA是信息的载体;蛋白质是信息的表达产物;ATP为信息的流动提供能量。可见生命是物质、能量和信息的统一体。(2)基因对性状的控制:

基因通过控制酶的合成来控制细胞代谢过程,进而控制生物体的性状。

基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。(3)基因的选择性表达与细胞分化:

细胞分化的本质:基因的选择性表达。同一个体细胞分化过程中各细胞DNA相同,RNA和蛋白质不同。

基因的选择性表达与基因表达的调控有关。(4)表观遗传:

概念:生物体基因的碱基序列保持不变,但基因表达和表型发生可遗传变化的现象。

时间:普遍存在于生物体的生长、发育和衰老的整个生命活动过程中。

原因:DNA甲基化(主要抑制转录)、染色体组蛋白甲基化和乙酰化等修饰(影响基因表达)。

特点:

可遗传性:基因表达和表型可以遗传给后代。

不变性:基因的碱基序列保持不变。

可逆性:DNA甲基化修饰可以发生可逆性变化,即被修饰的DNA可以发生去甲基化。

基因与性状不是一一对应的关系,一个性状可以受到多个基因的影响,一个基因也可以影响多个性状。

基因表达要受到环境的影响,表现型=基因型+环境。基因与基因、基因与基因表达产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用。典例示范一(2021·全国乙卷)在格里菲思所做的肺炎双球菌转化实验中,无毒性的R型活细菌与被加热杀死的S型细菌混合后注射到小鼠体内,从小鼠体内分离出了有毒性的S型活细菌。某同学根据上述实验,结合现有生物学知识所做的下列推测中,不合理的是(

) A.与R型菌相比,S型菌的毒性可能与荚膜多糖有关 B.S型菌的DNA能够进入R型菌细胞指导蛋白质的合成 C.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 D.将S型菌的DNA经DNA酶处理后与R型菌混合,可以得

到S型菌【答案】

D【重点归纳】肺炎双球菌转化实验,DNA的功能,基因对性状的控制。【详解】与R型菌相比,S型菌具有荚膜多糖,S型菌有毒,故可推测S型菌的毒性可能与荚膜多糖有关,A正确;S型菌的DNA进入R型菌细胞后使R型菌具有了S型菌的性状,可知S型菌的DNA进入R型菌细胞后指导蛋白质的合成,B正确;加热杀死的S型菌不会使小白鼠死亡,说明加热杀死的S型菌的蛋白质功能丧失,而加热杀死的S型菌的DNA可以使R型菌发生转化,可知其DNA功能不受影响,C正确;将S型菌的DNA经DNA酶处理后,DNA被水解为小分子物质,故与R型菌混合,不能得到S型菌,D错误。变式训练一下列关于“核酸是遗传物质的证据”的相关实验的叙述,正确的是 (

) A.噬菌体侵染细菌实验中,用32P标记的噬菌体侵染细菌后

的子代噬菌体多数具有放射性 B.肺炎双球菌活体细菌转化实验中,R型肺炎双球菌转化

为S型菌是基因突变的结果 C.肺炎双球菌离体细菌转化实验中,S型菌的DNA使R型菌

转化为S型菌,说明DNA是遗传物质,蛋白质不是遗传物质 D.烟草花叶病毒感染和重建实验中,用TMVA的RNA和

TMVB的蛋白质重建的病毒感染烟草叶片细胞后,可检

测到A型病毒,说明RNA是TMVA的遗传物质【答案】

D【详解】噬菌体侵染细菌的实验中,用32P标记的是噬菌体的DNA,而DNA进行半保留复制,因此子代噬菌体极少数具有放射性,A错误;肺炎双球菌活体细菌转化实验中,R型肺炎双球菌转化为S型菌是基因重组的结果,B错误;肺炎双球菌离体细菌转化实验中,S型菌的DNA使R型菌转化为S型菌,说明DNA是遗传物质,C错误;烟草花叶病毒感染和重建实验中,用TMVA的RNA和TMVB的蛋白质重建的病毒感染烟草叶片细胞后,可检测到A型病毒,说明RNA是TMVA的遗传物质,D正确。典例示范二图为DNA分子部分结构示意图,对该图的描述错误的是(

)

A.脱氧核糖核苷酸相互连接形

成DNA单链时能够产生水 B.④的名称是胞嘧啶脱氧核苷

酸,②和③相间排列,构成了 DNA分子的基本骨架 C.⑤⑥⑦⑧对应的碱基依次为 A、G、C、T D.DNA分子的两条链是反向平行的,并且游离的磷酸基团

位于不同端【答案】

B【重点归纳】

DNA分子双螺旋结构的主要特点。【详解】图示表示DNA分子部分结构,其中①是磷酸,②是脱氧核糖,③含氮碱基(胞嘧啶),④是脱氧核苷酸(含有一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基),⑤⑥⑦⑧对应的碱基依次为A、G、C、T,⑨是氢键。脱氧核糖核苷酸相互连接形成磷酸二酯键时,有水生成,A正确;④由一分子磷酸、一分子胞嘧啶和一分子脱氧核糖构成,④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸;脱氧核糖②和磷酸①交替连接,构成基本骨架,B错误;由分析可知,⑤⑥⑦⑧对应的碱基依次为A、G、C、T,C正确;DNA分子的两条链是反向平行的,因此游离的磷酸基团位于DNA两条单链的不同端,D正确。变式训练二1.下图为大肠杆菌的拟核DNA复制图,下列说法不正确的是(

) A.甲中DNA分子的碱基对总数大于其上所有基因的碱基

对总数之和 B.甲是环状DNA,没有游离的磷酸基团 C.如果甲有1000个碱基,腺嘌呤脱氧核苷酸占全部碱基的 35%,则从甲到乙共需消耗150个鸟嘌呤脱氧核苷酸 D.大肠杆菌中rRNA的合成与核仁密切相关【答案】

D【详解】

基因是具有遗传效应的DNA片段,DNA上有些片段无遗传效应,A正确;一条链状DNA含有两个游离的磷酸基团,环状DNA无,B正确;一个DNA中鸟嘌呤脱氧核苷酸个数为1000×(50%-35%)=150个,从甲到乙复制一次,消耗鸟嘌呤脱氧核苷酸个数为150×(21-1)=150,C正确;大肠杆菌是原核生物,无核仁,D错误。小结:DNA分子复制中的相关计算DNA分子的复制为半保留复制,一个DNA分子复制n次,则有:(1)DNA分子数:①子代DNA分子数=2n个;②含有亲代DNA链的子代DNA分子数=2个;③不含亲代DNA链的子代DNA分子数=(2n-2)个。(2)脱氧核苷酸链数①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数=2n+1条;②亲代脱氧核苷酸链数=2条;③新合成的脱氧核苷酸链数=(2n+1-2)条。(3)消耗的脱氧核苷酸数①若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸数m·(2n-1)个;②第n次复制需该脱氧核苷酸数=(2n-1)·m-m·(2n-1-1)=m(2n-2n-1)=m·2n-1个。2.下图Ⅰ、Ⅱ表示某生物细胞内发生的某些生理过程,X表示某种酶。下列说法正确的是 (

)

A.Ⅰ过程中的X表示DNA聚合酶

B.Ⅰ过程的原料是核糖核苷酸,Ⅱ过程的原料是氨基酸

C.tRNA参与过程Ⅱ,主要功能是传递遗传信息 D.图中核糖体移动的方向是从右到左【答案】

B【详解】

Ⅰ过程表示转录,X表示RNA聚合酶;转录的原料是核糖核苷酸,Ⅱ是翻译,原料是氨基酸;tRNA在翻译过程中作为氨基酸转运的“搬运工”;由图中左侧的肽链最短可知,核糖体移动方向是从左到右。真题回顾1.(2021·广东卷)DNA双螺旋结构模型的提出是二十世纪自然科学的伟大成就之一。下列研究成果中,为该模型构建提供主要依据的是 (

)①赫尔希和蔡斯证明DNA是遗传物质的实验②富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱③查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等④沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制

A.①② B.②③ C.③④ D.①④【答案】

B【解析】

①赫尔希和蔡斯通过噬菌体侵染大肠杆菌的实验,证明了DNA是遗传物质,与构建DNA双螺旋结构模型无关,①错误;②沃森和克里克根据富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱,推算出DNA分子呈螺旋结构,②正确;③查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等,沃森和克里克据此推出碱基的配对方式,③正确;④沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制,是在DNA双螺旋结构模型之后提出的,④错误。2.(2021·广东卷)金霉素(一种抗生素)可抑制tRNA与mRNA的结合,该作用直接影响的过程是 (

) A.DNA复制 B.转录

C.翻译 D.逆转录【答案】

C【解析】分析题意可知,金霉素可抑制tRNA与mRNA的结合,使tRNA不能携带氨基酸进入核糖体,从而直接影响翻译的过程,C正确。3.(2020·新课标Ⅲ卷)细胞内有些tRNA分子的反密码子中含有稀有碱基次黄嘌呤(I),含有I的反密码子在与mRNA中的密码子互补配对时,存在如图所示的配对方式(Gly表示甘氨酸)。下列说法错误的是 (

)【答案】

C【解析】由图示分析可知,I与U、C、A均能配对,因此含I的反密码子可以识别多种不同的密码子,A正确;密码子与反密码子的配对遵循碱基互补配对原则,碱基对之间通过氢键结合,B正确;由图示可知,tRNA分子由单链RNA经过折叠后形成三叶草的叶形,C错误;由于密码子的简并性,mRNA中碱基的改变不一定造成所编码氨基酸的改变,从图示三种密码子均编码甘氨酸也可以看出,D正确。 A.一种反密码子可以识别不同的密码子 B.密码子与反密码子的碱基之间通过氢键结合

C.tRNA分子由两条链组成,mRNA分子由单链组成

D.mRNA中的碱基改变不一定造成所编码氨基酸的改变4.(2020·新课标Ⅲ卷)关于真核生物的遗传信息及其传递的叙述,错误的是 (

) A.遗传信息可以从DNA流向RNA,也可以从RNA流向蛋白质 B.细胞中以DNA的一条单链为模板转录出的RNA均可编

码多肽 C.细胞中DNA分子的碱基总数与所有基因的碱基数之和

不相等 D.染色体DNA分子中的一条单链可以转录出不同的

RNA

分子【答案】

B【解析】

遗传信息的表达过程包括DNA转录成mRNA,mRNA进行翻译合成蛋白质,A正确;以DNA的一条单链为模板可以转录出mRNA、tRNA、rRNA等,mRNA可以编码多肽,而tRNA的功能是转运氨基酸,rRNA是构成核糖体的组成物质,B错误;基因是有遗传效应的DNA片段,而DNA分子上还含有不具遗传效应的片段,因此DNA分子的碱基总数大于所有基因的碱基数之和,C正确;染色体DNA分子上含有多个基因,由于基因的选择性表达,一条单链可以转录出不同的RNA分子,D正确。5.(2022·广东卷)λ噬菌体的线性双链DNA两端各有一段单链序列。这种噬菌体在侵染大肠杆菌后其DNA会自连环化(如图),该线性分子两端能够相连的主要原因是 (

) A.单链序列脱氧核苷酸数量相等

B.分子骨架同为脱氧核糖与磷酸

C.单链序列的碱基能够互补配对

D.自连环化后两条单链方向相同【答案】

C【解析】

单链序列脱氧核苷酸数量相等、分子骨架同为脱氧核糖与磷酸交替连接,不能决定该线性DNA分子两端能够相连,AB错误;据图可知,单链序列的碱基能够互补配对,决定该线性DNA分子两端能够相连,C正确;DNA的两条链是反向的,因此自连环化后两条单链方向相反,D错误。故选C。6.(2020·新课标Ⅱ卷)大豆蛋白在人体内经消化道中酶的作用后,可形成小肽(短的肽链)。回答下列问题:(1)在大豆细胞中,以mRNA为模板合成蛋白质时,除mRNA外还需要其他种类的核酸分子参与,它们是

、

。

氨基酸密码子色氨酸UGG谷氨酸GAA、GAG酪氨酸UAC、UAU组氨酸CAU、CACrRNAtRNA【解析】翻译过程中除了需要mRNA外,还需要的核酸分子有组成核糖体的rRNA和运输氨基酸的tRNA。(2)大豆细胞中大多数mRNA和RNA聚合酶从合成部位到执行功能部位需要经过核孔。就细胞核和细胞质这两个部位来说,作为mRNA合成部位的是

,作为mRNA执行功能部位的是

;作为RNA聚合酶合成部位的是

,作为RNA聚合酶执行功能部位的是

。

细胞核细胞质细胞质细胞核【解析】就细胞核和细胞质这两个部位来说,mRNA是在细胞核内以DNA的一条链为模板合成的,合成后需进入细胞质翻译出相应的蛋白质。RNA聚合酶的化学本质是蛋白质,在细胞质中合成后,进入细胞核用于合成RNA。(3)部分氨基酸的密码子如表所示。若来自大豆的某小肽对应的编码序列为UACGAACAUUGG,则该小肽的氨基酸序列是

。

若该小肽对应的DNA序列有3处碱基发生了替换,但小肽的氨基酸序列不变,则此时编码小肽的RNA序列为

。酪氨酸—谷氨酸—组氨酸—色氨酸UAUGAGCACUGG【解析】根据该小肽的编码序列和对应的部分密码子表可知,该小肽的氨基酸序列是:酪氨酸—谷氨酸—组氨酸—色氨酸。由于谷氨酸、酪氨酸、组氨酸对应的密码子各有2种,故可知对应的DNA序列有3处碱基发生替换后,氨基酸序列不变,则形成的编码序列为UAUGAGCACUGG。7.(2021·全国甲卷)用一段由放射性同位素标记的DNA片段可以确定基因在染色体上的位置。某研究人员使用放射性同位素32P标记的脱氧腺苷三磷酸(dATP,dA—Pα~Pβ~Pγ)等材料制备了DN