第一讲 遗传的分子基础

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遗传、变异和进化,第一讲,遗传的分子基础,1,体验高考,一、理解能力,1,(2010,江苏生物,，,4),探索遗传物质的过程是漫长的，直到,20,世纪初期，,人们仍普遍认为蛋白质是遗传物质。当时人们作出判断的理由不包括,(,),A,不同生物的蛋白质在结构上存在差异,B,蛋白质与生物的性状密切相关,C,蛋白质比,DNA,具有更高的热稳定性，并且能够自我复制,D,蛋白质中氨基酸的不同排列组合可以贮存大量遗传信息,解析,：,作为遗传物质的特点：结构上存在差异，其基本单位不同的排,列组合可以贮存大量遗传信息，与生物性状密切相关，具有较高的稳,定性，并且能够自我复制。选项,C,应为,DNA,比蛋白质具有更高的热稳,定性，并且能够自我复制。,答案,：,C,2,2,(2010,福建理综,，,2),下列有关造血干细胞中物质运输的途径，可能存在,的是,(,),A.,吸收的葡萄糖：细胞膜细胞质基质线粒体,B.,合成的细胞膜蛋白：高尔基体核糖体细胞膜,C.,转录的,mRNA,：细胞核细胞质基质高尔基体,D.,合成的,DNA,聚合酶：核糖体细胞质基质细胞核,解析,：,葡萄糖被吸收进入造血干细胞可参与呼吸作用，穿过细胞膜进入,细胞质基质被分解成丙酮酸和，丙酮酸进入线粒体；合成的细胞膜蛋白,的运输途径：核糖体高尔基体细胞膜；转录的,mRNA,在细胞核中合,成，通过核孔进入细胞质基质，最后与核糖体结合，参与翻译过程；合,成的,DNA,聚合酶的去路：核糖体细胞质基质细胞核，参与,DNA,复制。,答案,：,D,3,3,(2010,山东理综,，,7),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,解析,：,DNA,复制是半保留复制，蚕豆根尖细胞在含,3H,标记的胸腺嘧啶,脱氧核苷,(3HT),培养基中完成一个细胞周期，每一个,DNA,分子都有一,条脱氧核苷酸链含,3HT,，然后在不含放射性标记的培养液中培养至中,期，每个,DNA,分子复制的两个,DNA,分子存在于同一染色体的两条姐妹,染色单体上，其中一个,DNA,分子的一条链含,3HT,，如下图：,4,答案,：,B,5,4,(2010,广东理综,，,4),下列叙述正确的是,(,),A,DNA,是蛋白质合成的直接模板,B,每种氨基酸仅由一种密码子编码,C,DNA,复制就是基因表达的过程,D,DNA,是主要的遗传物质,解析,：,本题主要考查遗传信息的传递与表达过程。,A,项，蛋白质合,成的直接模板是,mRNA,，属于基因表达中的翻译过程；,B,项，密码,子具有简并性，即存在多个密码子决定同一种氨基酸的现象；,C,项，,基因表达的过程包括转录和翻译，,DNA,复制属于遗传信息的传递过,程；,D,项，绝大多数生物的遗传物质是,DNA,，少数生物,(,部分病毒,),的,遗传物质是,RNA,，因而,DNA,是主要的遗传物质。,答案,：,D,6,二、获取信息的能力,5,(2010,天津理综，,2),根据下表中的已知条件，判断苏氨酸的密码子是,(,),A.TGU B,UGA C,ACU D,UCU,解析,：,由表格信息无法直接确定转录的模板链，因,DNA,两链间、模板链与,mRNA,间、,mRNA,与反密码子间均遵循碱基互补配对原则及密码子位于,mRNA,上可确定苏氨酸的密码子为,ACU,或,UGU,。,答案,：,C,7,6,(2010,安徽理综,，,3),大肠杆菌可以直接利用葡萄糖，也可以通过合成,半乳糖苷酶将乳糖分解为葡萄糖和半乳糖加以利用。将大肠杆菌,培养在含葡萄糖和乳糖的培养基中，测定其细胞总数及细胞内,半,乳糖苷酶的活性变化,(,如图,),。据图分析，下列叙述合理的是,(,),A,0,50 min,，细胞内无,半乳糖苷酶基因,B,50,100 min,，细胞内无分解葡萄糖的酶,C,培养基中葡萄糖和乳糖同时存在时，,半乳糖苷酶基因开始表达,D,培养基中葡萄糖缺乏时，,半乳糖苷酶基因开始表达,8,解析：,图中曲线变化表明：,0,50 min,期间，细胞数目一直在增加，,50 min,后一段时间内，细胞数目不变，之后，,半乳糖苷酶才表现出生物活性，将乳糖分解为半乳糖和葡萄糖，细胞数目继续增加。因而可确定分解葡萄糖的酶一直存在，分解乳糖的酶,(,半乳糖苷酶,),在葡萄糖缺乏时才开始合成。酶的合成受基因控制，,半乳糖苷酶基因一直存在。,答案,：,D,9,7,(2010,上海综合,，,21)1983,年科学家证实，引起艾滋病的人类免疫缺,陷病毒,(HIV),是一种逆转录病毒。下列正确表示,HIV,感染人体过程,的“遗传信息流”示意图是,(,),10,解析：,HIV,病毒是以,RNA,为遗传物质的病毒，能控制宿主细胞合成逆转录酶，以,RNA,为模板逆转录成,DNA,，该,DNA,又和人体细胞核内的,DNA,整合在一起，整合后的,HIV,的,DNA,分子在人体细胞又可以复制，还可以转录出,RNA,，以,RNA,为模板翻译成病毒的蛋白质。该,DNA,转录而来的,RNA,可作为,HIV,的遗传物质。该病毒无法控制宿主细胞合成,RNA,复制酶，故,HIV,的,RNA,不能复制，所以,A,、,B,、,C,错误。,答案：,D,11,三、实验与探究能力,8,(2010,北京理综,，,30),科学家以大肠杆菌为实验对象，运用同位素,示踪技术及密度梯度离心方法进行了,DNA,复制方式的探索实验，,实验内容及结果见下表。,组别,1,组,2,组,3,组,4,组,培养液中唯一氮源,14,NH,4,C1,15,NH,4,C1,14,NH,4,C1,14,NH,4,C1,繁殖代数,多代,多代,一代,两代,培养产物,A,B,B,的子,代,B,的子,代,操作,提取,DNA,并离心,离心结果,仅为轻带,(,14,N/,14,N),仅为重带,(,15,N/,15,N),仅为中带,(,15,N/,14,N),1/2,轻带,(,14,N/,14,N),1/2,中带,(,15,N/,14,N),12,请分析并回答：,(1),要得到,DNA,中的,N,全部被放射性标记的大肠杆菌,B,，必须经过,_,代培养，且培养液中的,是唯一氮源。,(2),综合分析本实验的,DNA,离心结果，第,_,组结果对得到结论起到了关键作用，但需把它与第,_,组和第,_,组的结果进行比较，才能说明,DNA,分子的复制方式是,。,(3),分析讨论：,若子,代,DNA,的离心结果为“轻”和“重”两条密度带，则“重带”,DNA,来自于,_,，据此可判断,DNA,分子的复制方式不是,_,复制。,若将子,代,DNA,双链分开后再离心，其结果,_(,选填“能”或“不能”,),判断,DNA,的复制方式。,多,15,N/,15,NH,4,C1,3,1,2,半保留复制,B,半保留,不能,13,若在同等条件下将子,代继续培养，子,n,代,DNA,离心的结果是：密度带的数量和位置,，放射性强度发生变化的是,_,带。,若某次实验的结果中，子,代,DNA,的“中带”比以往实验结果的“中带”略宽，可能的原因是新合成,DNA,单链中的,N,尚有少部分为,_,。,没有变化,轻,15,N,解析,：,(1),要得到,DNA,中的,N,全部被放射性标记的大肠杆菌,B,，必须经过多代培养，并且培养液中,15,NH,4,C1,是唯一氮源。,(2),从图表看，证明,DNA,分子的复制方式是半保留复制，第,3,组实验结果起到了关键作用，因为其离心后仅为中带,(,15,N/,14,N),；作为对照，还需与第,1,组和第,2,组的结果进行比较。,(3),亲代,DNA,为,15,N/,15,N,，原料为,14,N,，离心的结果为,14,“,轻”,(,14,N/,14,N),和“重”,(,15,N/,15,N),，则“重带”,DNA,来自于亲代,DNA,，即,B,，这种复制方式没有发生母链与子链的重新组合，因而不是半保留复制。判断,DNA,的复制方式主要是看子代,DNA,与亲代,DNA,的关系，实质是母链与子链是否发生重新组合，若将,DNA,双链分开离心，则不能判断,DNA,的复制方式。在同等条件下，将子,代继续培养,(,原料为,14,N),，密度带仍为两种，即轻带,(,14,N/,14,N),和中带,(,15,N/,14,N),，位置未发生变化，其中随着,n,的增加轻带的数量会逐渐增加，而中带不变，因而放射性强度发生变化的是轻带。子,代,DNA,的“中带”,(,15,N/,14,N),比以往实验结果略宽，说明该实验结果中的“中带”不完全是,15,N/,14,N,，有可能新形成的子链,(,14,N),中混有少量的,15,N,。,15,四、综合应用能力,9,(2010,江苏生物,，,34),铁蛋白是细胞内储存多余,Fe,3,的蛋白，铁蛋白,合成的调节与游离的,Fe,3,铁调节蛋白、铁应答元件等有关。铁应答,元件是位于铁蛋白,mRNA,起始密码上游的特异性序列，能与铁调节蛋,白发生特异性结合，阻遏铁蛋白的合成。当,Fe,3,浓度高时，铁调节,蛋白由于结合,Fe,3,而丧失与铁应答元件的结合能力，核糖体能与铁,蛋白,mRNA,一端结合，沿,mRNA,移动，遇到起始密码后开始翻译,(,如下,图所示,),。回答下列问题：,16,(1),图中甘氨酸的密码子是,_,，铁蛋白基因中决定“”的模板链碱基序列为,。,(2)Fe,3,浓度低时，铁调节蛋白与铁应答元件结合干扰了,，从而抑制了翻译的起始；,Fe,3,浓度高时，铁调节蛋白由于结合,Fe,3,而丧失与铁应答元件的结合能力，铁蛋白,mRNA,能够翻译。这种调节机制既可以避免,_,对细胞的毒性影响，又可以减少,。,(3),若铁蛋白由,n,个氨基酸组成，指导其合成的,mRNA,的碱基数远大于,3,n,，主要原因是,_,。,GGU,CCACTGACC(CCAGTCACC),核糖体在,mRNA,上,的结合与移动,Fe,3,细胞内物质和能量的浪费,mRNA,两端存在不翻译的序列,17,(4),若要改造铁蛋白分子，将图中色氨酸变成亮氨酸,(,密码子为,UUA,、,UUG,、,CUU,、,CUC,、,CUA,、,CUG),，可以通过改变,DNA,模板链上的一个碱基来实现，即由,_,。,CA,解析,：,(1),由翻译的特点，肽链合成过程中每结合一个氨基酸，核糖体就向右移动,3,个碱基的距离，由图可知甘氨酸对应密码子应为,GGU,，甘、天、色氨酸对应,mRNA,的碱基序列为,GGUGACUGG,，所以相应基因模板链碱基序列为,CCACTGACC,，也可以是,CCAGTCACC(,转录方向与前者相反,),。,(2),从题干信息看出铁应答元件是位于铁蛋白,mRNA,起始密码上游的特异性序列，当,Fe,3,浓度低时，铁调节蛋白会与铁应答元件结合，干扰核糖体在,mRNA,上的结合与移动，从而抑制翻译的起始；当,Fe,3,浓度高时，,F,3,会与铁调节蛋白结合，使翻译正常进行。这样既可,18,以避免,Fe,3,对细胞的毒性影响，又可以减少细胞内物质和能量的浪费。,(3),因,mRNA,上存在着铁应答元件和终止密码等不对应氨基酸的碱基序列，故,mRNA,上碱基数远大于氨基酸数的,3,倍。,(4),比较色氨酸和亮氨酸的密码子，色氨酸,(UGG),与亮氨酸,(UUG),只有一个碱基的差别，可以确定改变,DNA,模板链上的一个碱基可以实现色氨酸变成亮氨酸,(UGGUUG),，故,DNA,模板链上碱基变化为,CA,。,19,考点,1,遗传物质探索的经典实验,1,肺炎双球菌转化实验与噬菌体侵染细菌实验的比较。,(1),实验设计思路及结论的比较,20,(2),两个实验遵循相同的实验设计原则,对照原则,肺炎双球菌转化实验中的相互对照：,噬菌体侵染细菌实验中的相互对照：,21,(3),同位素标记的差异,22,2.,几个探索实验整合,23,1,加热杀死,S,型细菌的过程中，其蛋白质变性失活，但是其内部的,DNA,在,加热结束后随温度的恢复又逐渐恢复其活性。,2,R,型细菌转化成,S,型菌的原因是,S,型菌,DNA,进入,R,型细菌内，与,R,型菌,DNA,实现重组，表现出,S,型菌的性状，此变异属于基因重组。,3,培养含放射性标记的噬菌体不能用培养基直接培养，因为病毒专营寄生,生活，故应先培养细菌，再用细菌培养噬菌体。,4,因放射性检测时只能检测到部位，不能确定是何种元素的放射性，故,35,S(,标记蛋白质,),和,32,P(,标记,DNA),不能同时标记在同一噬菌体上，应将,二者分别标记，即把实验分成两组。,5,噬菌体侵染细菌的实验中，两次用到大肠杆菌，第一次是对噬菌体进行,同位素标记，第二次是将带标记元素的噬菌体与大肠杆菌进行混合培,养，观察同位素的去向。,24,6,生物的遗传物质总结,25,【,例,1】 (2010,江苏高考,),下列有关生物体遗传物质的叙述，正确的是龙江,(,),A,豌豆的遗传物质主要是,DNA,B,酵母菌的遗传物质主要分布在染色体上,C,T,2,噬菌体的遗传物质含有硫元素,D,HIV,的遗传物质水解产生,4,种脱氧核苷酸,听课心得,审题关键：,“,遗传物质,”,、,“,主要,”,、,“,T2,噬菌体,”,、,“,HIV,”,命题来源：,遗传物质的探索,。,思路分析：,豌豆、酵母菌、,T,2,噬菌体的遗传物质均为,DNA,，,DNA,在真核生物中主要分布在染色体上，酵母菌为真核生物；,DNA,仅含,C,、,H,、,O,、,N,、,P,五种元素；,HIV,的遗传物质为,RNA,，初步水解产物为,4,种核糖核苷酸，彻底水解产物是核糖、磷酸和,4,种含氮碱基。,答案,：,B,26,考点,2,与中心法则相关问题整合,1,DNA,复制、转录、翻译、逆转录、,RNA,复制的比较,27,28,2.,遗传信息、密码子和反密码子,29,3,中心法则信息流动的种类,(1),中心法则中遗传信息的流动过程为：,在生物生长繁殖过程中遗传信息的传递方向为,在细胞内蛋白质合成过程中，遗传信息的传递方向,(,如胰岛细胞中胰岛素的合成,),为,30,含逆转录酶的,RNA,病毒在寄主细胞内繁殖过程中，遗传信息的传递方向为,DNA,病毒,(,如噬菌体,),在寄主细胞内繁殖过程中，遗传信息的传递方向为,RNA,病毒,(,如烟草花叶病毒,),在宿主细胞内繁殖过程中，遗传信息的传递方向为,(2),中心法则中几个生理过程能准确进行的原因,前者为后者的产生提供了一个标准化的模板。,严格的碱基互补配对原则决定了后者是以前者提供的模板为依据形成的。,31,中心法则与基因表达的关系,32,【,例,2】,如下图所示为生物体内遗传信息的传递与表达过程。据图回答：,33,(1),比较图一与图二，两过程所需要的条件除模板有所不同之外，,_,和,_,也不同。,(2),图一中与,A,链相比，,C,链特有的化学组成是,。,(3),图三所示的是遗传信息传递的规律，被命名为,_,。图三中可在人体正常细胞内发生的过程有,_(,填序号,),。,(4),图四中,Bt,为控制晶体蛋白合成的基因，,c,过程对应于图三中,_,过程,(,填序号,),。,酶,原料,核糖和尿嘧啶,中心法则,34,听课心得,审题关键：“,RNA,聚合酶”、“传递与表达”、“人体”,命题来源：,转录、复制、中心法则、转基因。,思路分析：,根据图一的,“,RNA,聚合酶,”,等信息，可知该过程属于转录，对应图三中的，而图二是,DNA,的复制，对应图三中的，图三所示规律是中心法则，是逆转录，是,RNA,的复制。图四是转基因技术，从抗虫基因到晶体蛋白，涉及图三中的,(,转录,),、,(,翻译,),。,35,网 络 构 建,36,浮 想 联 编,1.,核心术语,：,(1),遗传物质,(,转化因子、侵染,),(2)DNA,双螺旋结构,(,反向平行、基本骨架、碱基互补配对原则,),(3)DNA,分子复制,(,边解旋边复制、半保留复制、,DNA,解旋酶、,DNA,聚合酶,),(4),基因,(,遗传效应、遗传信息,),(5),基因表达,(,转录、翻译、密码子、反密码子,),(6),中心法则,2,内连外展,：,本部分内容是遗传的分子基础，与细胞的结构及生物工程密切关联，也,与生命活动的调节相关联。你还想到哪些联系？请补充。,内化知识、系统归纳、编织成网，方能做到游刃有余,37,点击此处进入 课后练案,38,