【学海导航】2013届高考生物第一轮总复习 第18讲遗传的物质基础课件（广西专版）

生 物 的 生 殖 和 发 育 、 遗 传与 变 异 、 生 物 的 进 化第 18 讲 【 考 纲 搜 索 】(1)DNA是主要的遗传物质；(2)DNA的分子结构和复制；(3)基因的概念；(4)基因控制蛋白质的合成；(5)基因对性状的控制。 【 分 析 预 测 】遗传的物质基础包括DNA是主要遗传物质、DNA的分子结构和复制、基因的概念、基因的表达，其中考查的重点是DNA是遗传物质的两个经典实验、DNA的结构和复制及基因的表达。这部分的内容多，能力要求高，常以选择、填空、填图、实验设计和图表分析等形式出现，充分体现由基础知识的考查向运用知识能力的考查，由单一知识的考查向综合能力的考查。题型情景更新颖，关注生命科学新进展。 一 、 知 识 概 述 生 殖 的 类 型 (一)DNA是遗传物质的证据噬菌体侵染细菌的实验肺炎双球菌的转化实验 1.肺炎双球菌品系S型R型菌落.菌体多糖类的荚膜多糖类的荚膜毒性有毒性，可致死无毒性光滑粗糙有无 2.体内转化实验：1928年，英国科学家等人进行原理：S型肺炎双球菌能使人患肺炎或小鼠患败血症R型肺炎双球菌对人和动物基本无影响过程：A.无毒R型活细菌注射到小鼠体内，小鼠正常B.有毒S型活细菌注射到小鼠体内，小鼠死亡C.加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内，小鼠正常D.无毒性的R型活细菌与加热杀死后的S型细菌混合，注射到小鼠体内，小鼠结论：加热杀死的S型细菌中，必然含有“转化因子”格里菲思死亡 3.体外转化实验：1944年，美国科学家等人进行过程：结论：DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质4.肺炎双球菌转化作用的实质：外源DNA与受体细胞DNA之间的重组，使受体细胞获得了新的遗传信息。DNA越纯，转化率也就越高艾弗里 1.T2噬菌体的特点T2噬菌体由蛋白质和DNA两种化合物组成元素仅存在于蛋白质分子中，99%的都存在于DNA分子中2.制备含放射性同位素T2噬菌体的方法含放射性同位素(如32P)的培养基培养细菌用上述细菌培养含放射性元素(如DNA分子中含32P)的T 2噬菌体硫磷T2噬菌体 3.噬菌体侵染细菌的实验过程被标记的噬菌体与未标记的细菌混合搅拌离心上清液，放射性很高沉淀物，放射性很低被标记的噬菌体与未标记的细菌混合搅拌离心上清液，放射性很低沉淀物，放射性很高结果说明：35S32P 上清液中主要含有重量较轻的T2噬菌体的蛋白质外壳，沉淀物中主要含有被感染的细菌。用35S标记的一组实验，主要在上清液中检测到放射性同位素，而用32P标记的一组实验，主要在沉淀物中检测到放射性同位素。这一结果说明：噬菌体侵染细菌时，留在细菌体外，进入细菌体内的是噬菌体的蛋白质外壳DNA 此实验中释放的大量T2噬菌体中，可以检测到32P标记的DNA，却不能检测到35S标记的蛋白质。这一结果进一步说明：进入细菌的是噬菌体的DNA，DNA是在亲代和子代之间具有连续性的物质，因此，DNA是遗传物质 (二)DNA分子的结构和复制分子的结构和复制DNA分子的复制DNA分子的结构 化 学 组 成 ：元素组成：C、H、O、N、P基本单位：脱氧核苷酸聚合脱氧核苷酸长链 空间结构规则的双螺旋结构由两条脱氧核苷酸长链盘绕而成外侧：和交替连接构成基本骨架内侧：碱基通过连接成碱基对A与T配对，G与C配对特点：稳定性；多样性；特异性反向平行脱氧核糖磷酸氢键 DNA分 子 的 复 制概念：以亲代DNA分子为模板，合成子代DNA的过程时间：有丝分裂的和的间期场所：细胞核(主要)、线粒体、叶绿体模板：亲代DNA的每一条链原料：4种游离的脱氧核苷酸能量：ATP酶：解旋酶、DNA聚合酶等条件间期减数第一次分裂 过程解旋：在的作用下，氢键断开，双链解开合成子链：以游离的为原料，按照原则，在有关酶的作用下，各自合成与母链互补的子链形成两个DNA分子：每条子链与其对应的母链盘旋成双螺旋结构，从而形成2个子代DNA分子特点：解旋酶脱氧核苷酸碱基互补配对边解旋边复制半保留复制 (三)基因基因控制蛋白质的合成基因的概念 基因的概念化学本质：具有的DNA片段基因的载体：主要位于染色体上，呈线性排列其次位于细胞质中的线粒体和叶绿体中(真核生物)遗传信息：指基因中脱氧核苷酸的排列顺序功能：通过复制传递遗传信息通过控制蛋白质合成而表达遗传信息遗传效应 基因控制蛋白质的合成转录：在细胞核中，以为模板，按照碱基互补配对原则，合成的过程。通过转录，DNA分子上的遗传信息传递到RNA上翻译：在细胞质的上，以为模板，以为运载工具，合成具有一定的蛋白质的过程中心法则：DNA的一条链RNA核糖体信使RNA转移RNA氨基酸顺序 (四)基因控制生物性状的途径基因通过控制来控制代谢过程，从而控制生物的性状基因通过控制来直接影响性状酶的合成蛋白质分子的结构 二 、 要 点 归 纳 肺 炎 双 球 菌 转 化 实 验1.格里菲思的体内转化实验结论：加热杀死的S型细菌中，必然含有某种促成R型细菌转化为S型细菌的活性物质“转化因子”，这种转化因子将无毒性的R型活细菌转化为有毒性S型活细菌。要 点 1 2.艾弗里的体外转化实验(1)实验设计思路对S型细菌中的物质进行提取、分离，分别单独观察各种物质的作用体现了实验设计中的对照原则。(2)实验过程 (3)结论：S型细菌的DNA是“转化因子”，即DNA是遗传物质，蛋白质等其他物质不是遗传物质。注 意 ： 细 菌 转 化 实 验 属 于 基 因 重 组 。 要 点 2 噬 菌 体 侵 染 细 菌 的 实 验1.实验思路及方法S是蛋白质的特征元素，P是DNA的特征元素，用放射性同位素32P和35S分别标记DNA和蛋白质，直接单独去观察它们的作用。2.实验过程：(1)标记细菌35S培养基+细菌35S标记的细菌 32P培养基+细菌32P标记的细菌 (2)标记噬菌体噬菌体+35S标记的细菌35S标记的噬菌体噬菌体+32P标记的细菌32P标记的噬菌体(3)标记噬菌体侵染未标记细菌 35S标记的噬菌体32P标记的噬菌体 + 细菌 细菌 离心 离心(4)测放射性 上清液放 上清液放 射性高， 射性低， 沉淀物放射性低 沉淀物放射性高 3.实验结论：噬菌体的蛋白质外壳并未进入细菌内部，DNA才进入了细菌内部，因此，DNA才是真正的遗传物质。4.噬菌体侵染细菌的实验说明：DNA能自我复制，使前后代保持一定的连续性；DNA能控制蛋白质的生物合成，从而能够控制新陈代谢及生物性状。5.噬菌体侵染细菌的实验与肺炎双球菌转化实验的比较 相同点：两个经典实验的思路基本相同，都是设法把DNA和蛋白质等其他成分分开，单独、直接地去观察DNA的作用，且都充分运用了对照原则和单一变量原则。不同点：他们采用的方法有所不同，在肺炎双球菌转化实验中是采用直接分离法，即真正将DNA和其他成分分离。在噬菌体侵染细菌实验中，是采用放射性同位素标记示踪法间接将DNA和蛋白质分离。 生 物 的 遗 传 物 质1.作为遗传物质必须具备以下4个条件：(1)在生长和繁殖的过程中，能够精确地复制自己，使前后代具有一定的连续性。(2)能够指导蛋白质的合成，从而控制生物的性状和新陈代谢的过程。(3)具有储存大量遗传信息的潜在能力。要 点 3 (4)结构比较稳定，但在特殊情况下又能发生突变，而且突变以后还能继续复制，并能遗传给后代。2.DNA是主要的遗传物质绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有少数病毒的遗传物质是RNA，所以DNA是主要的遗传物质。注 意 ： 有 细 胞 结 构 的 生 物 体 内 核 酸 包 括DNA和 RNA， 但 DNA才 是 遗 传 物 质 ； 病 毒 只 有一 种 核 酸 (DNA或 RNA)， 其 遗 传 物 质 为 DNA或RNA。 DNA分 子 的 结 构 及 特 点1.DNA分子的结构(1)点：4种脱氧核苷酸腺嘌呤(A)腺嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤(G )鸟嘌呤脱氧核苷酸胞嘧啶(C)胞嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶(T)胸腺嘧啶脱氧核苷酸要 点 4 (2)线：脱氧核苷酸链： (3)面：两条脱氧核苷酸链组成平面结构两条链反向平行外侧由脱氧核糖和磷酸交替排列构成 基本骨架内侧由碱基通过氢键连接成碱基对(4)体：两条脱氧核苷酸链盘旋成立体双螺旋结构 2.DNA分子的特点稳定性DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替排列的顺序稳定。DNA分子的两条链上的碱基通过氢键连接形成碱基对，使两条链连接在一起。多样性碱基对(或脱氧核苷酸对)排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性。 特异性每个DNA分子的碱基对的排列顺序都是特定的，构成了每个DNA分子的特异性 决定了 遗传信息的特异性 决定了 生物的特异性。 染 色 体 、 DNA、 基 因 、 脱 氧 核 苷 酸 的 关 系要 点 5 基因的概念包括三方面的含义：基因是控制生物性状的遗传物质的结构和功能单位。基因是具有遗传效应的DNA片段。基因在染色体上呈线性排列。说明：所谓遗传效应是指具备某性状的信息，能够控制某性状的发育和遗传。细胞核的染色体上有基因，而细胞质中的线粒体和叶绿体中也有基因存在，也能控制生物性状。基因并不是DNA的任一片段，只有具备遗传效应的DNA片段才是基因。 复 制 、 转 录 、 翻 译 的 比 较要 点 6DNA功能传递遗传信息表达遗传信息复制转录翻译时间在细胞分裂的间期个体发育过程个体发育过程进行场所主要在细胞核主要在细胞核细胞质的核糖体模板DNA的两条链DNA的一条链原料信使 DNA功能传递遗传信息表达遗传信息复制转录翻译酶解旋酶DNA聚合酶等解旋酶RNA聚合酶等酶碱基互补配对方式A与TC与G T与AA与UC与GG与C A与UC与G 注 意 ： DNA、 RNA中 核 苷 酸 成 分 的 比 较 ： 遗 传 信 息 存 在 于 DNA上 ， 遗 传 密 码存 在 于 mRNA上 ； 不 同 生 物 的 遗 传 信 息 不 同 ，但 几 乎 所 有 生 物 共 用 一 套 遗 传 密 码 。一定相同的成分磷酸一定不同的成分五碳糖可能不同的成分含氮碱基 与 DNA复 制 相 关 的 计 算(1)DNA分子中各种碱基的数量关系最根本的原则：碱基互补配对原则在双链DNA分子中，A=T、G =C；A+G =T+C或A+C=T+G；(A+G )/(T+C)=1。在双链DNA分子中，一条链中的A+T与另一条链中的T+A的和相等，一条链中的G +C与另一条链中的C+G的和相等。要 点 7 在双链DNA分子中，如果一条链中的(A+T)/(G +C)=a，那么另一条链中的此比值也为a；如果一条链中的(A+G )/(T+C)=b，那么另一条链中的此比值为1/b。在双链DNA分子中，因A=T、G =C，嘌呤碱基总数=嘧啶碱基总数，所以A+G =T+C=A+C=T+G =50%。在双链DNA分子的一条链中A+T的和占该链的碱基比率=另一条链中A+T的和占该链的碱基比率=双链DNA分子中A+T的和占整个DNA分子的碱基比率。 (2)DNA复制过程中的计算已知DNA的复制次数，求子代DNA分子中含有亲代DNA单链的DNA分子数(或不含亲代DNA单链的DNA分子数)。一个双链DNA分子，复制n次，形成的子代DNA分子数为2n个。一个DNA复制一次形成两个新的DNA分子，依据半保留复制的特点，这两个子代DNA分子中都含有亲代DNA单链； 一个DNA连续复制两次形成四个新的DNA分子，由于亲代DNA分子只有两条单链，因此子二代DNA分子中只有两个DNA中含有亲代DNA分子的单链，依此类推，不管亲代DNA分子复制几次，子代DNA分子中含有亲代DNA单链的DNA分子都只有两个。已知DNA分子中的某种脱氧核苷酸数(或碱基数)，求复制过程中需要的游离脱氧核苷酸数(或碱基数)。 DNA分子的复制为半保留复制，复制形成的子代DNA的单链中有2条是亲代DNA分子的单链，因此复制过程中实际合成的DNA分子数为2n-1(n为复制次数)，实际合成了22n-2条DNA单链，又因为子代DNA分子的结构与亲代DNA分子完全相同，所以复制过程中需要的游离脱氧核苷酸数(或碱基数)为(2n-1)亲代DNA分子中某种脱氧核苷酸数(或碱基数)。如设一个DNA分子中有胸腺嘧啶m个，则该DNA复制n次后，形成子代DNA分子需游离的胸腺嘧啶为(2 n-1)m个。 与 基 因 控 制 蛋 白 质 合 成 有 关 的 计 算(1)已知蛋白质中的氨基酸数(或基因中的碱基数)，求控制这个蛋白质合成的基因中的碱基数(或蛋白质中的氨基酸数)。基因控制蛋白质的合成要通过转录和翻译两个过程，基因中的碱基数信使RNA中的碱基数蛋白质中的氨基酸数=6 3 1。由此可知：已知蛋白质中的氨基酸数为n(基因中的碱基数为6n)，则控制它合成的基因中的碱基数为6n(蛋白质中的氨基酸数为n)。要 点 8 因真核细胞的基因中不仅存在非编码区，而且在编码区中还含有不能编码蛋白质的序列(内含子)，信使RNA中存在着终止密码。因此实际上基因中的碱基数大于6n，信使RNA中的碱基数大于3n。因此，一般题干中有“最多”、“至少”等字样。 (2)已知蛋白质的相对分子质量(n)，由a条肽链构成，氨基酸的平均相对分子质量(m)，求控制它合成的基因中的碱基数。先求组成这个蛋白质的氨基酸数(X个)。因氨基酸脱水缩合成蛋白质的过程中要失去Xa分子的水，因此n=Xm(Xa)18，X=(n18a)/(m18)个；再求基因中的碱基数。基因中的碱基数=6X=6(n18a)/(m18)个。 (3)已知基因中的碱基数(6n个)，氨基酸的平均相对分子质量(m)，求它控制合成的蛋白质的最大相对分子质量(假设此蛋白质由a条肽链构成)。先求它控制合成的蛋白质的氨基酸数。氨基酸数=6n6=n个；再求它控制合成的蛋白质的最大相对分子质量。蛋白质的最大相对分子质量=nm(na)18，na为失去的水分子数。 (2010 江 苏 )下列关于核酸的叙述中，正确的是()ADNA和RNA中的五碳糖相同B组成DNA与ATP的元素种类不同CT2噬菌体的遗传信息贮存在RNA中D双链DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数 本题考查核酸的组成元素和结构。DNA含有的五碳糖是脱氧核糖，RNA含有的五碳糖是核糖，A错；DNA和ATP的化学元素组成都是C、H、O、N、P，B错；T2噬菌体的遗传物质是DNA，遗传信息储存在DNA中，C错；双链DNA中碱基A和T的数量相等，C和G数量相等，D正确。答案：D (2010 山 东 )蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期，其染色体的放射性标记分布情况是()A每条染色体的两条单体都被标记B每条染色体中都只有一条单体被标记C只有半数的染色体中一条单体被标记D每条染色体的两条单体都不被标记 23 2323 23 本题考查DNA复制与放射性同位素标记法。由于DNA分子的复制方式为半保留复制。在有放射性标记的培养基中培养一个细胞周期后，每个DNA分子中有一条链含放射性。继续在无放射性的培养基中培养时，由于DNA的半保留复制，DNA分子一半含放射性，一半不含放射性。每条染色单体含一个DNA分子，所以每条染色体中都只有一条单体被标记。答案：B (2010 上 海 )细胞内某一DNA片段中有30%的碱基为A，则该片段中()AG的含量为30% BU的含量为30%C嘌呤含量为50% D嘧啶含量为40% 本题考查DNA的结构和相关计算。依题意，该DNA片段中嘌呤含量与嘧啶含量相等，又由A占30%可知，T占30%，C、G都为20%。答案：C (2009江苏)下图为某种真菌线粒体中蛋白质的生物合成示意图，请据图回答下列问题。 (1)完成过程需要等物质从细胞质进入细胞核。(2)从图中分析，核糖体的分布场所有。(3)已知溴化乙啶、氯霉素分别抑制图中过程、，将该真菌分别接种到含溴化乙啶、氯霉素的培养基上培养，发现线粒体中RNA聚合酶均保持很高活性。由此可推测该RNA聚合酶由中的基因指导合成。核DNA(细胞核)ATP、核糖核苷酸、酶细胞质基质和线粒体 (4)用-鹅膏蕈碱处理细胞后发现，细胞质基质中RNA含量显著减少，那么推测-鹅膏蕈碱抑制的过程是(填序号)，线粒体功能(填“会”或“不会”)受到影响。会 本题以图文为资料考查转录翻译相关知识。(1)过程为转录，需要从核外获取ATP、核糖核苷酸、酶。(2)过程表示翻译，场所是核糖体，在细胞质基质、线粒体中能进行过程翻译。 (3)已知溴化乙啶、氯霉素分别抑制图中过程、，但是将该真菌分别接种到含溴化乙啶、氯霉素的培养基上培养，线粒体中RNA聚合酶均保持很高活性。所以RNA聚合酶不是线粒体的基因控制合成的，而是由细胞核中的基因指导合成。 (4)用-鹅膏蕈碱处理细胞后细胞质基质中RNA含量显著减少，所以抑制了转录合成RNA的过程；线粒体由于前体蛋白减少，所以功能受影响。