2024届高三生物二轮复习专题讲义 第6单元 遗传的分子基础

2024年高考生物复习专题讲义 第6单元 遗传的分子基础 第18讲 DNA是主要的遗传物质 课标要求 人类对遗传物质的探索过程。 考点一 肺炎链球菌转化实验 必备知识整合 1.格里菲思的体内转化实验 1)实验材料: 型和 型肺炎链球菌 项目 菌落 荚膜 毒性 型 光滑 有 有 型 粗糙 无 无 2)实验过程及结果 结果分析: 实验①②对比说明 型细菌无毒性, 型细菌有致病性 。 实验②③对比说明 被加热杀死的 型细菌无致病性 。 实验②③④对比说明 型细菌转化成了 型细菌 。 3)实验结论: 已经被加热杀死的 型细菌中,含有使 型细菌转化为 型细菌的“转化因子” 。 2.艾弗里体外转化实验 1)方法:依次用不同酶处理 型细菌的细胞提取物后,观察其转化活性。 2) 3)结果分析 实验①是对照组,②③④⑤是实验组;实验②③④分别说明 蛋白质、RNA、脂质没有转化作用 ;实验①⑤说明 DNA 有转化作用。 4)结论: DNA 是使 型细菌产生稳定遗传变化的物质,即DNA是遗传物质。 教材基础诊断 1. 型肺炎链球菌可以使人和小鼠患败血症而死亡,具有致病性。(必2 P43正文)( ) 2. 格里菲思实验中,第四组死亡小鼠身上分离得到的 型活细菌是由 型死细菌转化而来的。(必2 P43图3-2)( ) 3. 格里菲思的实验证明DNA可以改变生物体的遗传性状。(必2 P43正文)( ) 4. 在艾弗里的实验中,DNA酶将 型细菌的DNA分解为脱氧核苷酸,因此不能使 型细菌发生转化。(必2 P44图3-3)( √ ) 5. 艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验证明了DNA是主要的遗传物质。(必2 P44正文)( ) 教材深度拓展 1. (必2 P43图3-2) 1) 在体内转化实验中,如果没有第三组实验,不能(填“能”或“不能”)得出格里菲思的结论,原因是无对照实验,不能说明加热后杀死的 型细菌含有促使 型活细菌转化成 型活细菌的转化因子。 2) 第四组实验,在死亡的小鼠体内,是否只存在 型活细菌?不是,原因是只有少部分 型细菌转化为 型细菌。 3) 如果由你设计完成体内转化实验,应该注意哪些无关变量对实验的影响?四组实验应选用年龄、体重相同且健康的小鼠;所用 型活菌液、 型活菌液的浓度及注射量应该相同。 2. (必2 P44图3-3) 1) 体外转化实验中导致 型细菌转化为 型细菌的遗传物质由 型细菌提供,原料、能量由 型细菌提供,转化的实质是 型细菌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,即广义上的基因重组。 2) 实验中设置“ 型细菌的DNA中加DNA酶”实验组的作用是起对照作用,用DNA酶分解从 型细菌中提取的DNA,不能使 型细菌转化,可见DNA被分解后的产物不能使 型细菌转化,进一步说明DNA才是使 型细菌转化的物质。 重难突破 1.肺炎链球菌体内和体外转化实验的比较 比较项目 体内转化实验 体外转化实验 科学家 格里菲思 艾弗里及其同事 细菌培养场所 小鼠体内 培养基(体外) 实验构思 用加热致死的 型细菌注射到小鼠体内作为对照实验来说明确实发生了转化 利用不同的酶,每一实验组特异性地去除一种物质,从而观察这种物质对转化的影响 结果观察 小鼠是否死亡 培养基中菌落类型 实验结论 型细菌体内有转化因子 型细菌的DNA是遗传物质,蛋白质不是遗传物质 联系 ①所用材料相同:都巧妙选用 型和 型两种肺炎链球菌;②体内转化实验是体外转化实验的基础,说明 型细菌体内有“转化因子”;体外转化实验则是前者的延伸,进一步证明了“转化因子”是DNA;③实验设计都遵循对照原则和单一变量原则 2.肺炎链球菌转化实验的4个注意点 1)加热并没有使DNA完全失去活性:加热杀死 型细菌的过程中,其蛋白质变性失活,但是其内部的DNA在加热结束后随着温度的降低又逐渐恢复活性。 2)并非所有的 型细菌都能被转化,只是少部分 型细菌被转化成 型细菌。 3)肺炎链球菌体外转化实验利用的是减法原理,每个实验组特异性地去除一种物质,从而鉴定出DNA是遗传物质。 4)体内转化实验不能简单地说成 型细菌的DNA可使小鼠致死,而是具有致病性的 型细菌可使小鼠致死。 关键能力提升 考向一 肺炎链球菌转化实验的分析(科学探究、科学思维) 1. [2021湖南四大名校联考]用肺炎链球菌甲、乙进行如下的转化实验,对此有关叙述中正确的是( B ) ①活菌甲注射到小鼠 体内,小鼠 存活; ②死菌乙注射到小鼠 体内,小鼠 存活; ③活菌甲与死菌乙混合培养后,注射到小鼠 体内,小鼠 死亡。 A. 活菌甲是无荚膜的 型细菌,活菌乙是有荚膜的 型细菌 B. 能从死亡的小鼠 血液中分离出活菌甲和乙,甲的数量要远多于乙 C. 型细菌转化为 型细菌的原理是基因突变 D. 该实验证明了DNA是使 型细菌转化为 型细菌的转化因子 [解析]活菌甲注射到小鼠体内,小鼠存活,则说明活菌甲是无荚膜的 型细菌,则死菌乙是有荚膜的 型细菌,A错误;死亡的小鼠 血液中能分离出活菌甲和乙,甲的数量要远多于乙,因为只有少数 型细菌转化为了 型细菌,B正确; 型细菌转化为 型细菌的原理是基因重组,C错误;该实验不能证明DNA是使 型细菌转化为 型细菌的转化因子,D错误。 2. [2021广东珠海一中考前模拟]艾弗里及其同事用 型和 型肺炎链球菌进行培养实验,结果如表。下列叙述正确的是( D ) 实验组号 接种菌型 对要加入的 型细菌的细胞提取物所进行的处理 培养基长菌情况 一 型 — 型、 型 二 型 蛋白酶 型、 型 三 型 RNA酶 型、 型 四 型 酯酶 型、 型 五 型 DNA酶 型 ①实验采用了自变量控制中的“加法原理” ②第一、第二组说明蛋白质不是转化因子 ③加入DNA酶后细胞提取物失去转化活性 ④该实验说明DNA是生物主要的遗传物质 A. ①② B. ③④ C. ①④ D. ②③ [解析]实验的不同组中加入不同的酶是为了特异性地去除某种物质,采用的是自变量控制中的“减法原理”,①错误;第二组中加入蛋白酶后,培养基中仍出现 型细菌,所以与第一组对照,能说明 型细菌的蛋白质不是转化因子,②正确;第五组加入DNA酶后, 型细菌不能转化为 型细菌,即细胞提取物失去转化活性,③正确;该实验不能说明DNA是主要的遗传物质,只能说明DNA是遗传物质,④错误。 考向二 肺炎链球菌转化实验拓展分析(科学思维) 3. [2021四川成都七中模拟]在肺炎链球菌的转化实验中,将加热杀死的 型细菌与 型细菌相混合后,注射到小鼠体内,小鼠死亡,则小鼠体内 型、 型细菌含量变化情况最可能是( B ) A. B. C. D. [解析]随着 型细菌转化成 型细菌, 型细菌的数量变化呈现“ ”形曲线。 型细菌在小鼠体内开始时大部分会被免疫系统消灭,随着小鼠免疫系统的破坏, 型细菌数量又开始增加。 4. [2021福建龙岩上杭一中最后一卷]格里菲思在进行肺炎链球菌转化实验时,只有在小鼠体内才能成功,他将高温杀死的 型菌与 型活菌混合物在培养基中培养时,很难得到转化现象。而艾弗里在培养基中加了一定量的抗 型菌的抗体,在体外就比较容易观察到转化现象。下列说法不合理的是( A ) A. 抗 型菌抗体使 型菌的DNA较易进入 型细菌,易发生转化作用 B. 型细菌对小鼠免疫力的抵抗力较 型细菌弱,因此在小鼠体内容易转化成功 C. 未加抗 型菌抗体的培养基中 型菌的竞争力较强,很难看到转化现象 D. 可通过培养基上菌落的特征判断是否出现转化现象 [解析]在体外条件下,发生转化的 型菌很少, 型菌在竞争中处于优劣,故很难得到转化现象,加入抗 型菌的抗体,抑制 型菌生长繁殖,易观察到 型菌,A错误,C正确;根据题意,格里菲思转化实验只有在小鼠体内才能成功,而艾弗里实验需要在培养基中加入一定量的抗 型菌的抗体才易发生转化,说明 型细菌对小鼠免疫力的抵抗力更强,B正确; 型菌的菌落表现粗糙, 型菌的菌落表现光滑,所以实验过程中,可通过观察菌落的特征来判断是否发生转化,D正确。 考点二 噬菌体侵染细菌实验 必备知识整合 1.实验材料: 噬菌体和大肠杆菌 ) 噬菌体的结构及生活方式 答案见图中 2)实验方法: 放射性同位素标记法 ,用 、 分别标记噬菌体的 蛋白质 和 DNA 。 2.实验过程及结果 1)标记噬菌体 答案见图中 2)已标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌 提示 搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离;离心的目的是让上清液中析出重量较轻的T2噬菌体颗粒,而离心管的沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。 3.实验结果分析 1)噬菌体侵染细菌时, DNA 进入细菌细胞中,而 蛋白质外壳 留在细胞外。 2)子代噬菌体的各种性状,是通过亲代的 DNA 遗传的。 4.结论: DNA 是遗传物质。 教材基础诊断 1. 噬菌体侵染细菌实验比肺炎链球菌转化实验更具有说服力。(必2 P44正文)( √ ) 2. 噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒。(必2 P45正文)( √ ) 3. 在T2噬菌体的化学组成中, 是蛋白质, 是DNA,仅蛋白质分子中含有硫,磷几乎都存在于DNA分子中。(必2 P45相关信息)( √ ) 4. 分别用含有放射性同位素 和放射性同位素 的培养基培养噬菌体。(必2 P45正文)( ) 5. 离心管内的沉淀物中主要是被侵染的大肠杆菌。(必2 P45正文)( √ ) 教材深度拓展 1. (必2 P46思考与讨论1)噬菌体侵染细菌实验中,以细菌或病毒作为遗传物质探索的实验材料的优点是①个体很小,结构简单,容易看出因遗传物质改变导致的结构和功能的变化。细菌是单细胞生物,病毒无细胞结构,只有核酸和蛋白质外壳。②繁殖快,细菌 就可繁殖一代,病毒短时间内可大量繁殖。 2. (必2 P45正文)请写出将T2噬菌体标记上 的步骤: 1) 配制适合培养大肠杆菌的培养基,在培养基中加入用 标记的脱氧核苷酸,作为合成DNA的原料; 2) 在培养基中接种大肠杆菌,培养一段时间后再接种T2噬菌体,继续进行培养; 3) 在培养液中提取出所需要的T2噬菌体,其体内的DNA被标记上 。 3. (必2 P47拓展应用2)结合教材两大经典实验,尝试总结DNA作为遗传物质具备的条件有哪些? 重难突破 1.艾弗里肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较 项目 艾弗里肺炎链球菌体外转化实验 噬菌体侵染细菌实验 实验思路 设法将DNA与其他物质分开,单独、直接地研究它们各自不同的作用 设计原则 对照原则和单一变量原则 处理方式的区别 分别用蛋白酶、RNA酶、DNA酶和酯酶处理 型细菌的细胞提取物,之后与 型活细菌混合培养 放射性同位素标记法:分别标记DNA和蛋白质的特征元素( 和 ) 实验结论 DNA是遗传物质,蛋白质不是遗传物质 DNA是遗传物质 2.噬菌体侵染细菌实验中上清液和沉淀物放射性分析 ) 标记的T2噬菌体侵染大肠杆菌 ) 标记的T2噬菌体侵染大肠杆菌 关键能力提升 考向一 噬菌体侵染细菌实验的过程分析(科学探究、科学思维) 1. [2022山西大同摸底]如图为用 标记的T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验,相关叙述错误的是 ( C ) A. 锥形瓶中的培养液用于培养大肠杆菌,其中应不含 B. 搅拌的目的是使吸附在大肠杆菌上的噬菌体与大肠杆菌分离 C. 若实验操作正确,放射性主要集中在上清液中 D. 仅凭图示实验并不能证明DNA是遗传物质,还需一组用 标记噬菌体的实验 [解析]锥形瓶中的培养液是用来培养大肠杆菌的,标记应只来源于被标记的噬菌体,培养大肠杆菌的培养液中不能有放射性,所以培养液中不添加 ,A正确;搅拌的目的是使吸附在大肠杆菌上的噬菌体与大肠杆菌分离,B正确; 标记的是噬菌体的DNA,DNA进入大肠杆菌随大肠杆菌沉淀,故放射性主要集中在沉淀物中,C错误;证明DNA是遗传物质需要设计两组实验,即分别用 和 标记的噬菌体去侵染大肠杆菌,两组实验结果对比得出DNA是遗传物质的结论,故仅凭图示实验并不能证明DNA是遗传物质,还需一组用 标记噬菌体的实验,D正确。 2. [2021山东潍坊一中开学摸底]分别用含有 和 的培养基培养大肠杆菌,再用上述大肠杆菌培养T2噬菌体,得到含 或含 标记的T2噬菌体,然后用 或 标记的T2噬菌体分别侵染未被标记的大肠杆菌,经过短暂保温,再进行搅拌、离心后检测放射性元素分布情况。下列相关分析错误的是( D ) A. 标记组,沉淀物中放射性明显高于上清液 B. 标记组,沉淀物和上清液中放射性均较高 C. 标记组, 只存在于部分子代噬菌体的DNA中 D. 标记组, 存在于子代噬菌体的DNA和蛋白质中 [解析] 标记组中, 存在于标记的T2噬菌体的DNA分子中,随DNA分子进入未被标记的大肠杆菌,放射性主要存在于沉淀物中,只有部分子代噬菌体的DNA中含有 ,A、C正确; 标记组中, 存在于标记的T2噬菌体的DNA分子和蛋白质外壳中, 标记的DNA分子进入未被标记的大肠杆菌,存在于沉淀物中, 标记的蛋白质外壳没有进入大肠杆菌,主要存在于上清液中,故沉淀物和上清液中放射性均较高,B正确;由于合成子代噬菌体蛋白质的原料全部来自大肠杆菌,因此子代噬菌体蛋白质中不存在 ,D错误。 题后悟道 归纳 “二看法”判断子代噬菌体标记情况 考向二 噬菌体侵染细菌实验的拓展及应用(科学思维) 3. 如图1中的噬菌斑(白色区域),是在长满大肠杆菌的培养基上,由一个T2噬菌体侵染细菌后不断裂解细菌产生的不长细菌的透明小圆区,它是检测噬菌体数量的重要方法之一。现利用培养基培养并连续取样,得到噬菌体在侵染大肠杆菌后数量的变化曲线(如图2),下列叙述错误的是( D ) 图1 图2 A. 培养基中加入含 或 的营养物质,则放射性先在细菌中出现,后在噬菌体中出现 B. 曲线 段,细菌内正旺盛地进行噬菌体DNA的复制和有关蛋白质的合成 C. 限制 段噬菌斑数量增加的因素最可能是绝大部分细菌已经被裂解 D. 曲线 段所对应的时间内噬菌体共繁殖了10代 [解析] 噬菌体必须寄生在大肠杆菌中,依赖大肠杆菌提供繁殖所需的原料,培养基中加入含 或 的营养物质,则放射性先在细菌中出现,后在噬菌体中出现,A正确;曲线 段,细菌内正旺盛地进行噬菌体DNA的复制和有关蛋白质的合成,为噬菌体繁殖准备物质基础,B正确;限制 段噬菌斑数量增加的因素最可能是绝大部分细菌已经被裂解,C正确;曲线 段所对应的时间内噬菌体数量扩大了10倍,而不是繁殖了10代,D错误。 4. 如图为T4噬菌体感染大肠杆菌后,大肠杆菌体内放射性RNA与T4噬菌体DNA及大肠杆菌DNA的杂交结果。下列叙述错误的是( C ) A. 可在培养基中加入 尿嘧啶用以标记RNA B. 参与分子杂交的放射性RNA为相应DNA的转录产物 C. 第 时,与DNA杂交的RNA来自T4噬菌体及大肠杆菌的转录 D. 随着感染时间增加,噬菌体DNA的转录增加,细菌基因活动受到抑制 [解析]尿嘧啶是RNA特有的碱基,可以用 尿嘧啶标记RNA,A正确;能与DNA杂交的RNA为相应DNA的转录产物,B正确;在第 时,大肠杆菌还没有被T4噬菌体感染,所以在大肠杆菌体内不存在T4噬菌体的DNA,C错误;从图中可以看出,随着感染时间增加,和T4噬菌体DNA杂交的放射性RNA所占百分比越来越高,说明噬菌体DNA的转录增加,而和大肠杆菌DNA杂交的放射性RNA所占百分比越来越低,说明其转录受到抑制,D正确。 考点三 烟草花叶病毒感染烟草叶实验及生物的遗传物质 必备知识整合 1.烟草花叶病毒对烟草叶细胞的感染实验 1)实验过程及现象 答案见图中 2)实验结论 RNA 是烟草花叶病毒的遗传物质, 蛋白质 不是烟草花叶病毒的遗传物质。 提醒 烟草花叶病毒 的增殖方式与噬菌体增殖方式类似, 裸露的RNA可以通过植物叶片摩擦形成的微伤口进入植物细胞。一旦 的RNA顺利进入烟草的细胞内,就能像噬菌体一样繁殖,产生新的 ,从而让烟草植株感染。 2.DNA是主要的遗传物质:DNA是主要的遗传物质,因为实验证明 绝大多数 生物的遗传物质是DNA,只有少部分生物的遗传物质是RNA。 3.加法原理与减法原理 在对照实验中,控制自变量可以采用“加法原理”或“减法原理”。 1)加法原理:与常态比较,人为 增加 某种影响因素,称为“加法原理”,如“比较过氧化氢在不同条件下的分解”。 2)减法原理:与常态比较,人为 去除 某种影响因素,称为“减法原理”,如艾弗里肺炎链球菌转化实验中每个组特异性去除一种物质。 教材基础诊断 1. 烟草花叶病毒的遗传物质主要是RNA。(必2 P46正文)( ) 2. 细胞生物的遗传物质是DNA,病毒的遗传物质是RNA。(必2 P46正文)( ) 3. 绝大多数生物的遗传物质是DNA,少部分病毒的遗传物质是RNA。(必2 P46正文)( √ ) 关键能力提升 考向一 RNA是遗传物质的实验探究(科学思维) 1. [2021山西运城调研]已知烟草花叶病毒 和车前草病毒 都能侵染烟草叶片,且两者都由蛋白质和RNA组成,如图是探索 的遗传物质是蛋白质还是RNA的操作流程图。请据图分析下列说法错误的是( A ) A. 本实验运用了对照原则,无空白对照组 B. 实验过程中重组病毒的后代是 C. 该实验只能说明RNA是 的遗传物质 D. 若运用放射性同位素标记法,不能选择 标记 [解析] 组和 组分别由 和 直接侵染烟草叶片,属于空白对照组,A错误;将 的蛋白质外壳和 的RNA进行重组,获得重组病毒,其后代是 ,B正确;该实验只设计用 的RNA和 的蛋白质外壳重组获得的病毒侵染烟草叶片的实验,因此,该实验只能证明RNA是 的遗传物质,C正确;病毒的蛋白质外壳和RNA均含有 ,故无法用 将蛋白质外壳和RNA区分开,且 没有放射性,因此,不能选择 标记,D正确。 考向二 探索遗传物质的思路和方法(科学探究) 2. [2021安徽蚌埠联考]某科研机构发现了一种新型病毒,并对该病毒的遗传物质做了进一步研究。请思考并回答下列相关问题: 1) 据研究人员介绍,该病毒的遗传物质比 的遗传物质更加稳定。据此可初步推测,该病毒的遗传物质是DNA,理由是DNA是双链而RNA一般是单链,DNA的结构比RNA更稳定,不易发生变异。 [解析] 的遗传物质是RNA,易发生变异,而题中病毒的遗传物质比 的遗传物质稳定,说明其遗传物质是DNA,DNA具有独特的双螺旋结构,不易发生变异。 2) 通过化学分析的方法对该病毒的遗传物质种类进行研究,分析其五碳糖或碱基种类均可作出判断,如果五碳糖是脱氧核糖或含碱基 ,则为DNA;如果五碳糖是核糖或含碱基 ,则为RNA。 [解析]两种核酸中,DNA特有的成分是脱氧核糖和胸腺嘧啶,RNA特有的成分是核糖和尿嘧啶。 3) 也可以用放射性同位素标记技术研究其遗传物质种类,将宿主细胞置于含有放射性标记核苷酸的培养基中培养,再用病毒感染该宿主细胞,一段时间后搜集病毒并检测其放射性。培养基中的各种核苷酸是否都需要标记?不需要,理由是如果对各种核苷酸都进行标记,则该病毒的核酸无论是DNA还是RNA,在病毒中均能检测到放射性。 [解析]如果对各种核苷酸都进行标记,则该病毒的核酸无论是DNA还是RNA,在病毒中均能检测到放射性,因此培养基中的核苷酸不需要都标记。 题后悟道 方法 遗传物质探索的3种方法 真题演练 1. [2021全国乙,5,6分]在格里菲思所做的肺炎双球菌转化实验中,无毒性的 型活细菌与被加热杀死的 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 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( D ) A. 与 型菌相比, 型菌的毒性可能与荚膜多糖有关 B. 型菌的DNA能够进入 型菌细胞指导蛋白质的合成 C. 加热杀死 型菌使其蛋白质功能丧失而DNA功能可能不受影响 D. 将 型菌的DNA经DNA酶处理后与 型菌混合,可以得到 型菌 [解析]与 型菌相比, 型菌有毒且菌体有荚膜多糖,推测 型菌的毒性可能与荚膜多糖有关,A正确;加热杀死的 型菌的转化因子进入 型菌中,并将部分 型菌转化成了 型菌,因为加热后蛋白质会变性而DNA热稳定性高,所以加热杀死 型菌使其蛋白质功能丧失而DNA功能可能不受影响,C正确;由于蛋白质功能丧失而DNA结构和功能仍能保持,因此推测 型菌的DNA能够进入 型菌细胞指导蛋白质的合成,B正确;DNA酶可以把 型菌的DNA水解,因此 型菌的DNA经DNA酶处理后的产物不能将 型菌转化成 型菌,D错误。 2. [2019江苏,3,2分]赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染大肠杆菌实验证实了DNA是遗传物质,下列关于该实验的叙述正确的是( C ) A. 实验中可用 代替 标记DNA B. 噬菌体外壳蛋白是大肠杆菌编码的 C. 噬菌体DNA的合成原料来自大肠杆菌 D. 实验证明了大肠杆菌的遗传物质是DNA [解析]本实验巧妙地运用 标记DNA,将DNA与蛋白质区分开,单独直接观察DNA的遗传作用,DNA和蛋白质中都含有 ,故不可用 代替 标记DNA,A错误;子代T2噬菌体的外壳蛋白是由T2噬菌体DNA控制合成的,B错误; 噬菌体DNA的合成所需要的原料由大肠杆菌提供,C正确;该实验证明了T2噬菌体的遗传物质是DNA,D错误。 3. [2017课标全国 ,29,10分]根据遗传物质的化学组成,可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒两种类型。有些病毒对人类健康会造成很大危害。通常,一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。 假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换。请利用放射性同位素标记的方法,以体外培养的宿主细胞等为材料,设计实验以确定一种新病毒的类型。简要写出1)实验思路,2)预期实验结果及结论即可。(要求:实验包含可相互印证的甲、乙两个组) [解析]该实验设计的目的是确定新病毒是DNA病毒还是RNA病毒,因为RNA和DNA含有的特有碱基分别是尿嘧啶和胸腺嘧啶,所以两种病毒增殖所需的原料不同。结合题目所要求的方法(放射性同位素标记法)和所给的材料(体外培养的宿主细胞)分析,可利用含有放射性标记的尿嘧啶(甲组)和胸腺嘧啶(乙组)分别培养宿主细胞,之后分别接种新病毒,培养一段时间后收集病毒检测其放射性。若为RNA病毒,甲组收集的病毒因增殖过程中利用了含放射性的尿嘧啶而具有放射性,乙组收集的病毒则无放射性;若为DNA病毒,乙组收集的病毒因增殖过程中利用了含放射性的胸腺嘧啶而具有放射性,甲组收集的病毒则无放射性。 夯基提能作业 1. [2022广东质量检测]在DNA分子结构被认识之前,蛋白质是遗传物质的观点占据主导地位。人类对遗传物质本质的探索经历了漫长的历程,下列说法错误的是( C ) A. 氨基酸的种类之多、排列顺序之多是人们认为蛋白质是遗传物质的原因之一 B. 人类的遗传信息贮存在脱氧核糖核苷酸的排列顺序中 C. 格里菲思证明 型细菌的DNA使 型细菌发生转化 D. 基因通常是有遗传效应的DNA片段,而DNA不仅仅是基因的集合 [解析]艾弗里证明 型细菌的DNA使 型细菌发生转化,C错误。 2. 将 型细菌注入小鼠体内,会引起小鼠患败血症死亡。下列叙述正确的是( D ) A. 型细菌在小鼠体内以无丝分裂方式大量繁殖 B. 型细菌利用小鼠细胞的核糖体合成细菌的蛋白质 C. 型细菌的荚膜与细胞膜都是生物膜 D. 型细菌在小鼠体内不会转化成 型细菌 [解析] 型细菌属于原核生物,增殖方式是二分裂,细胞内有且只有一种细胞器(核糖体),能利用自己的核糖体合成自己的蛋白质,A、B错误; 型细菌的荚膜成分为多糖,不是生物膜,C错误; 型细菌在小鼠体内不会转化为 型细菌,D正确。 3. [2020湖南衡阳二模]格里菲思通过实验发现, 型肺炎链球菌是人类肺炎和小鼠败血症的病原体,而 型菌却无致病性。下列说法中正确的是( B ) A. 型肺炎链球菌的基因位于拟核的染色体上,呈线性排列 B. 型肺炎链球菌再次进入人体后,可引起记忆细胞中某些基因的表达 C. 科学家从加热杀死的 型菌中提取各种化合物进行离体细菌转化实验 D. 将 型活菌中的DNA与 型活菌混合培养观察到的菌落全为光滑型 [解析] 型肺炎链球菌属于原核生物,没有染色体,A错误; 型肺炎链球菌再次进入人体后可刺激记忆 细胞中某些基因的表达,从而使记忆 细胞分化形成浆细胞,B正确;科学家将活的 型菌进行分离,分别得到荚膜多糖、蛋白质和DNA等物质后,进行离体细菌转化实验,而不是从加热杀死的 型菌中提取各种化合物,C错误;将 型活菌中的DNA与 型活菌混合培养观察到的菌落既有光滑型,也有粗糙型,D错误。 4. [2021山东菏泽郓城高级中学月考]有关艾弗里肺炎链球菌的体外转化实验,错误的是( A ) A. 通过“加法原理”控制自变量 B. 该实验的自变量是不同处理的细胞提取物,因变量是培养基中细菌的种类 C. 该实验的结论:转化因子很可能是DNA D. 艾弗里进一步对细胞提取物的理化特性分析,得出DNA是转化因子的结论 [解析]该实验依据自变量控制中的“减法原理”,A错误;实验的自变量是不同处理的细胞提取物,因变量是培养基中细菌的种类,B正确;该实验中用DNA酶处理后,细胞提取物就失去了转化活性,故该实验的结论是转化因子很可能就是DNA,C正确;艾弗里等人进一步分析了细胞提取物的理化特性,发现这些特性都与DNA的极为相似,于是艾弗里提出DNA才是使 型细菌产生稳定遗传变化的物质,即DNA是转化因子,D正确。 5. [2022河南部分学校摸底联考]将噬菌体用 标记后,侵染未标记的大肠杆菌,短时间保温再进行搅拌离心,然后对离心管中的沉淀物、上清液及子代噬菌体进行放射性检测。下列说法错误的是( C ) A. 用含有 的大肠杆菌培养噬菌体使其带上标记 B. 沉淀物中的放射性不可能来自大肠杆菌中的RNA C. 搅拌时间过短上清液中的放射性就会明显减少 D. 100个噬菌体增殖2代,子代噬菌体中带标记的为200个 [解析]噬菌体不能直接生活在培养液中,应先用含 的培养液培养大肠杆菌,得到 标记的大肠杆菌,然后用噬菌体侵染带标记的大肠杆菌,就能使噬菌体带有 ,A正确;大肠杆菌中的RNA是以大肠杆菌中不带标记的核糖核苷酸为原料合成的,故沉淀物中的放射性不可能来自大肠杆菌中的RNA,B正确;搅拌时间过短会使附着在细菌上的噬菌体外壳增多,对上清液中的放射性影响不大,C错误;DNA的复制方式为半保留复制,100个噬菌体增殖2代,即DNA复制2次,形成的DNA数为 (个),其中带标记的为200个,D正确。 6. [2021广东深圳调研]用 标记的噬菌体侵染大肠杆菌,经培养、搅拌、离心、检测,上清液的放射性占 ,沉淀物的放射性占 。上清液带有放射性的原因可能是( B ) A. 搅拌不充分,吸附在大肠杆菌上的噬菌体未与细菌分离 B. 噬菌体侵染大肠杆菌后,大肠杆菌裂解释放出子代噬菌体 C. 离心时间过长,上清液中析出较重的大肠杆菌 D. 标记噬菌体的蛋白质外壳,离心后存在于上清液中 [解析]用 标记的噬菌体侵染大肠杆菌时,搅拌不充分,吸附在大肠杆菌上的噬菌体未与细菌分离,上清液中不会出现放射性,A错误;上清液的放射性占 ,原因可能是保温时间偏长,噬菌体大量繁殖,部分大肠杆菌裂解释放出子代噬菌体,B正确;不论离心时间多长,上清液中也不会析出较重的大肠杆菌,C错误; 标记的是噬菌体的DNA,D错误。 7. [2021安徽淮北一模]下列有关人类对遗传物质探索过程中相关实验的叙述,正确的是( B ) A. 肺炎链球菌体内转化实验中, 型菌利用宿主细胞的核糖体合成自身的蛋白质 B. 肺炎链球菌体外转化实验中,经DNA酶处理的 型菌提取物不能使 型菌转化成 型菌 C. 标记的噬菌体侵染细菌实验中,细菌体内含有 标记的噬菌体DNA,但不能产生不含 的子代噬菌体 D. 标记的噬菌体侵染细菌实验中,细菌体内不含有 标记的噬菌体蛋白质,但可产生含 的子代噬菌体 [解析] 型菌属于细菌,利用自身的核糖体合成自身的蛋白质,A错误;DNA酶能够分解DNA,故肺炎链球菌体外转化实验中,经DNA酶处理的 型菌DNA不能使 型菌转化成 型菌,B正确; 标记的噬菌体侵染细菌实验中,细菌体内含有 标记的噬菌体DNA,其利用细菌体内的原料,复制出不含 的子代噬菌体,C错误; 标记的噬菌体侵染细菌实验中, 标记的蛋白质不能进入细菌体内,细菌体内不含 标记的噬菌体蛋白质,也不能产生含 的子代噬菌体,D错误。 8. [2021山东潍坊联考]在探索遗传物质本质的历程中,几个经典实验发挥了重要作用。请回答下列问题。 (一) 以下是某同学总结的噬菌体侵染细菌实验的步骤。 ①在含 和 的培养基中培养大肠杆菌 ②用上述大肠杆菌培养T2噬菌体,使噬菌体被标记 ③把上述被标记的噬菌体与未被标记的大肠杆菌混合 ④经过短时间保温后进行离心 ⑤分别检测上清液和沉淀物中的放射性 (1) 上述步骤存在两处错误,请改正。 第一处:步骤①中应该是在分别含有 和 的培养基中培养大肠杆菌; 第二处:步骤④中应该先搅拌再离心。 [解析]用同时含 和 的培养基去培养大肠杆菌,会使子代T2噬菌体中的DNA和蛋白质同时有标记,不能区分两种物质,因此步骤①中应该是在分别含有 和 的培养基中培养大肠杆菌。搅拌能使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离,因此步骤④中应该先搅拌再离心。 (2) 该实验如果保温时间过长, 标记噬菌体的一组上清液的放射性会增高,沉淀物的放射性会降低。 [解析] 标记的噬菌体侵染实验中,保温时间过长,噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放子代,子代噬菌体经离心后分布于上清液中,会使上清液的放射性含量增高,沉淀物的放射性降低。 (3) 两位科学家进行实验时,搅拌不同时间分别检测上清液的放射性,结果如表。 搅拌持续时间 1 2 3 4 5 上清液 所占比例(%) 50 70 75 80 80 上清液 所占比例(%) 21 25 28 30 30 被侵染细菌成活率(%) 100 100 100 100 100 搅拌 时,被侵染的大肠杆菌成活率为 ,细菌没有被裂解,而上清液中仍有 放射性出现,说明有一部分含有 标记的噬菌体没有侵入细菌中。 [解析]搅拌 ,被侵染细菌的成活率为 ,说明被侵染的细菌没有裂解释放子代噬菌体,而上清液中仍有 放射性出现,说明有一部分含有 标记的噬菌体没有侵入细菌中。 (二) 艾弗里的肺炎链球菌转化实验应用了自变量控制中的“减法原理”。某生物活动小组借鉴该实验来探究 禽流感病毒的遗传物质种类,他们设计了以下实验方案,请对该方案进行补充完善(将答案填在方案后的横线上)。 材料用具: 显微注射器, 禽流感病毒的核酸提取液,活鸡胚细胞,DNA酶,RNA酶,生理盐水等。 方法步骤: (1) 取三支相同的试管 、 、 ,分别加入等量的病毒核酸提取液,然后在 、 两支试管中分别加入等量的相同浓度的DNA酶、RNA酶,在 试管中加入等量生理盐水。 [解析]该实验利用“减法原理”探究 禽流感病毒的遗传物质种类,自变量为有无RNA,因变量为活鸡胚细胞中是否有病毒产生。由于 、 两支试管中分别加入等量的相同浓度的DNA酶(DNA酶能分解DNA)、RNA酶(RNA酶能分解RNA),故还需要一组空白对照组,应在 试管中加入等量生理盐水(维持活鸡胚细胞形态)。 (2)取等量的活鸡胚细胞分成甲、乙、丙三组。用显微注射器分别把第(1)步处理过的 、 、 三支试管中的核酸提取液等量注入甲、乙、丙三组的活鸡胚细胞中。 (3) 把三组活鸡胚细胞放在相同且适宜环境中培养一段时间,然后分别抽样检测细胞中是否有病毒产生。 预测实验结果及结论: ①若甲、丙两组有病毒产生,乙组没有,则说明该病毒遗传物质是RNA; ②若乙、丙两组有病毒产生,甲组没有,则说明该病毒遗传物质是DNA; ③若甲、乙、丙三组均有病毒产生,则说明该病毒遗传物质既不是DNA,也不是RNA。 [解析]甲组中没有DNA,乙组中没有RNA,若甲、丙两组有病毒产生,乙组没有病毒产生,则说明该病毒遗传物质是RNA;若乙、丙两组有病毒产生,甲组没有病毒产生,则说明该病毒遗传物质是DNA;若甲、乙、丙三组均有病毒产生,则说明该病毒遗传物质既不是DNA,也不是RNA。 第19讲 DNA的结构、复制与基因的结构 课标要求 概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成的,通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构,碱基的排列顺序代表遗传信息;概述DNA分子通过半保留方式进行复制。 考点一 DNA分子的结构 必备知识 整合 1.DNA双螺旋结构 )DNA双螺旋结构模型构建者: 沃森 和 克里克 。 2)DNA双螺旋结构的特点 ①DNA由两条单链组成,这两条链按 反向平行 方式盘旋成双螺旋结构。DNA的一条链具有两个末端,一端有一个游离的磷酸基团,称作 端 ,另一端有一个羟基 ,称作 端 ,DNA两条单链走向 相反 ,一条单链是从 端到 端的,另一条单链是从 端到 端的。 ②DNA中的 脱氧核糖和磷酸 交替连接,排列在外侧,构成基本骨架; 碱基 排列在内侧。 ③两条链上的碱基通过 氢键 连接成碱基对,并且碱基配对具有一定规律: (腺嘌呤) 一定与 (胸腺嘧啶)配对, (鸟嘌呤) 一定与 (胞嘧啶)配对。碱基之间的这种一一对应的关系,叫作 碱基互补配对 原则。 提醒 ①氢键的形成不需要酶,而断裂需解旋酶或加热处理。②除双链DNA末端的两个脱氧核糖外,其余每个脱氧核糖都连接着2个磷酸。每个双链DNA片段中,游离的磷酸基团有2个,而环状DNA不存在游离的磷酸基团。 2.DNA分子的特性 1)相对稳定性:DNA分子中 磷酸和脱氧核糖 交替连接的方式不变,两条链间 碱基互补配对 的方式不变。 2)多样性:不同的DNA分子中 脱氧核苷酸 的数目不同,排列顺序多种多样。若某DNA分子中有 个碱基对,则排列顺序有 种。 3)特异性:每种DNA分子都有区别于其他DNA的特定的 碱基对排列顺序 ,代表了特定的遗传信息。 教材基础诊断 1. 沃森和克里克以威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱的有关数据为基础,推算出DNA分子呈螺旋结构。(必2 P48、 思考 讨论)( √ ) 2. 沃森和克里克提出腺嘌呤的量等于胸腺嘧啶的量;鸟嘌呤的量等于胞嘧啶的量。(必2 P48、 思考 讨论)( ) 3. DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基。(必2 P50图3-8)( ) 4. DNA分子一条链上的相邻碱基通过磷酸—脱氧核糖—磷酸相连。(必2 P50图3-8)( ) 教材深度拓展 1. (必2 P50图3-8) 1) DNA中反向平行的两条链的碱基之间通过氢键连接;同一条链上碱基之间通过—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—相连;一条链上的脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键连接。 2) DNA初步水解的产物是4种脱氧核苷酸,彻底水解的产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。 2. (必2 P51探究 实践)DNA只有4种脱氧核苷酸,能够储存足够量遗传信息的原因是构成DNA的4种脱氧核苷酸的数目成千上万,脱氧核苷酸的排列顺序千差万别。 重难突破 双链DNA分子中碱基的计算规律 提醒 在DNA分子单链中,嘌呤数不一定等于嘧啶数。 关键能力 提升 考向一 DNA的结构与特点(生命观念) 1. [2019湖南常德期末]下列关于DNA结构与功能的说法,错误的是( B ) A. DNA分子中能储存大量的遗传信息 B. 双链DNA分子中每个五碳糖上连接一个磷酸和一个含 碱基 C. DNA分子中 与 碱基对含量越高,其分子结构越稳定 D. 若DNA分子的一条链中 ,则其互补链中该比例大于1 [解析]DNA分子中碱基对的排列顺序蕴含着大量的遗传信息,A正确;除双链DNA末端的两个脱氧核糖外,其余每个脱氧核糖上都连接两个磷酸和一个含 碱基,B错误; 、 碱基对间有3个氢键, 、 碱基对间有2个氢键,故DNA分子中 与 碱基对含量越高,分子结构越稳定,C正确;DNA分子两条单链中的 互为倒数,D正确。 2. [2021辽宁大连期末]如图为某链状DNA分子部分结构示意图,以下叙述正确的是( D ) A. ④是一个鸟嘌呤脱氧核苷酸 B. DNA聚合酶可催化⑦形成 C. 解旋酶可断开⑤,因此DNA的稳定性与⑤无关 D. 链和 链的方向相反,该DNA分子共具有2个游离的磷酸基团 [解析]①是胸腺嘧啶脱氧核苷酸中的磷酸,①②③不是一个鸟嘌呤脱氧核苷酸的组成部分,A错误;DNA聚合酶催化磷酸二酯键的形成,B错误;⑤是氢键,氢键是维持DNA结构稳定的因素之一,C错误;链状DNA分子两条链的末端各有一个游离的磷酸基团,所以该DNA中共具有2个游离的磷酸基团,D正确。 题后悟道 归纳 ) ) 3) 考向二 DNA结构的相关计算(科学思维) 3. [2021黑龙江哈尔滨一中期中]下列有关计算结果,错误的是( A ) A. 若某DNA分子中,一条链中的 占该链的 ,另一条链的 占另一条链的 ,则DNA双链中 占双链的 B. 在某双链DNA分子的所有碱基中,鸟嘌呤占 ,则腺嘌呤占 C. 某DNA分子的一条单链中 ,其互补链中该碱基比例也是0.4 D. 若某DNA分子中 占双链的比例为 ,则一条链中的 占该单链的比值为0到 [解析]根据双链中 占双链的比例等于两条单链中 占单链的比例之和的一半,可知答案应为 ,A错误;在某双链DNA分子的所有碱基中,非互补配对的碱基之和占碱基总数的一半,因此鸟嘌呤的分子数占 ,则腺嘌呤的分子数占 ,B正确;某DNA分子的一条单链中 ,根据碱基互补配对原则,其互补链中该碱基比例也是0.4,C正确;若DNA分子中 占双链的比例为 ,则一条链中的 占该单链的比值范围为 ,D正确。 4. [2021河南顶尖名校联考]如图表示DNA分子中的部分关系,下列判断正确的是( C ) A. 若 、 分别表示DNA两条互补链中 的量,则符合甲曲线变化 B. 若 、 分别表示DNA两条互补链中 的量,则符合甲曲线变化 C. 若 、 分别表示DNA两条互补链中 的量,则符合乙曲线变化 D. 若 、 分别表示DNA一条链和整个DNA中嘌呤/嘧啶的量,则符合乙曲线变化 [解析]DNA两条互补链中, 的量互为倒数, 的量互为倒数,均不符合甲曲线变化,A、B错误;根据碱基互补配对原则,DNA两条互补链中 的量是相等的,此情况符合乙曲线变化,C正确;双链DNA中 ,即嘌呤/嘧啶始终等于1,但DNA一条链中嘌呤/嘧啶的量不确定,D错误。 考点二 DNA的复制及基因的本质 必备知识 整合 1.DNA复制的假说与证据 1)沃森和克里克的假说: 半保留 复制。 2)实验材料:大肠杆菌。 3)实验方法: 同位素 标记法、密度梯度离心技术。 4)实验过程 5)实验结论:DNA分子复制的特点是 半保留复制 。 2.DNA复制的过程 1)概念:以 亲代DNA 为模板合成 子代DNA 的过程。 2)时间:在真核生物中,这一过程发生在 细胞分裂前的间期 。 3)图解 答案见图中 4)场所:真核生物在 细胞核 、 线粒体 和 叶绿体 ;原核生物在 拟核 和细胞质。 5)特点: 边解旋边复制、半保留复制 。 6)方向: 。 7)意义:DNA分子通过复制,将 遗传信息 从亲代传给了子代,从而保持了 遗传信息 的连续性。 )DNA分子精确复制的原因 ①DNA分子的 双螺旋 结构提供精确的模板。 ② 碱基互补配对原则 保证复制准确进行。 3.基因的本质 1)染色体、DNA和基因的关系 答案见图中 2)基因与碱基的关系 遗传信息蕴藏在 4种碱基 的排列顺序中,构成基因的碱基数 小于 (填“大于”“小于”或“等于”)DNA分子的碱基总数。 提醒 ①并非所有DNA片段都是基因,基因通常是有遗传效应的DNA片段,不是连续分布在DNA上的,而是由碱基序列将不同的基因分隔开。 ②对于原核细胞来说,拟核中的DNA分子或者质粒DNA均是裸露的,没有与蛋白质一起构成染色体。 教材基础诊断 1. 将已被 标记了DNA的大肠杆菌在含 的培养基中培养繁殖一代,若子代大肠杆菌的DNA分子中既含有 ,又含有 ,则可说明DNA的复制为半保留复制。(必2 P54思考 讨论)( ) 2. DNA分子复制时,解旋酶与DNA聚合酶不能同时发挥作用。(必2 P55图3-10)( ) 3. 单个脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下连接合成新的子链。(必2 P55图3-10)( ) 4. 生物体内所有基因的碱基总数与DNA分子的碱基总数相同。(必2 P57思考 讨论)( ) 5. 基因是碱基对随机排列成的DNA片段。(必2 P58思考 讨论)( ) 6. 基因的遗传效应是指基因能够复制、传递和表达性状的过程。(必2 P59正文)( √ ) 7. 真核细胞基因中核糖核苷酸的排列顺序代表遗传信息。(必2 P59正文)( ) 8. DNA分子的多样性和特异性主要与它的空间结构密切相关。(必2 P59正文)( ) 教材深度拓展 1. (必2 P54思考 讨论)若DNA的复制方式为如图所示的全保留方式或分散方式,绘出连续繁殖两代( 和 )的实验结果中各条带的分布图像(重带、中带和轻带)。 2. (必2 P56拓展应用2)真核细胞中DNA复制的速率一般为 ,果蝇DNA的电镜照片中有一些泡状结构,叫作DNA复制泡,是DNA上正在复制的部分,果蝇DNA上形成多个复制泡,这说明果蝇的DNA有多个复制起点,可同时从不同起点开始DNA复制,由此加快DNA复制的速率,为细胞分裂做好物质准备。 重难突破 DNA复制过程中相关计算的规律方法 DNA分子复制为半保留复制,若将一个被 标记的DNA转移到含 的培养基中培养(复制)若干代,其结果分析如下: 1)第 代DNA分子数: ①无论复制多少次,含 的DNA分子始终是2个。 ②含 的DNA分子有 个,只含 的DNA分子有 个,做题时应看准是“含 ”还是“只含”。 2)第 代DNA分子的总链数: ①无论复制多少次,含 的单链始终是2条。做题时应看准是“DNA分子数”还是“单链数”。 ②含 的单链是 条。 3)消耗的脱氧核苷酸数 若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸 个,则进行 次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸 个;进行第 次复制,需消耗游离的该脱氧核苷酸 个。 关键能力 提升 考向一 DNA复制的过程分析(科学思维) 1. [2021广东高州二模]复制叉是复制时双链打开,分开成两股,各自作为模板,子链沿模板延长所形成的 字形结构(如图),复制叉从复制起始点开始沿着DNA链有序移动。DNA甲基化会引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变。下列叙述正确的是( D ) A. 解旋酶能使DNA两条螺旋的双链完全打开后再复制 B. DNA聚合酶作用对象是氢键 C. 甲基化修饰DNA链不会影响复制叉的有序移动 D. 多起点双向复制可提高复制速率 [解析]DNA分子的复制特点是边解旋边复制,解旋酶能使DNA两条螺旋的双链打开,A错误;DNA聚合酶的作用对象是磷酸二酯键,B错误;由于DNA甲基化引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式发生了改变,故甲基化修饰DNA链会直接停顿复制叉,C错误;多起点双向复制可以提高复制的速率,能在短时间内得到较多的DNA分子,D正确。 2. [2019山东日照期末]如图为某原核细胞DNA分子的复制方式模式图,图中“ ”表示复制方向。下列叙述错误的是( A ) A. 由图可知,该DNA分子复制方式为多起点双向复制 B. 除图示酶外,DNA分子复制还需DNA聚合酶等 C. DNA分子复制时,子链的延伸方向是相同的 D. 解旋经过含 碱基对较多的区域时,消耗的能量相对较多 [解析]由题图可知,该DNA分子复制方式为单起点双向复制,A错误;图示解旋酶能打开双链间的氢键,使双链DNA解旋,DNA分子复制还需要DNA聚合酶等,B正确;DNA分子两条链是反向平行的,而复制的时候只能从 端向 端延伸,所以两条子链合成方向相反,但延伸方向是相同的,C正确; 碱基对含有三个氢键, 碱基对含有两个氢键,故解旋经过含 碱基对较多的区域时,消耗的能量相对较多,D正确。 考向二 DNA复制过程中的有关计算(科学思维) 3. [2018海南,15,2分]现有DNA分子的两条单链均只含有 (表示为 )的大肠杆菌,若将该大肠杆菌在含有 的培养基中繁殖两代,再转到含有 的培养基中繁殖一代,则理论上DNA分子的组成类型和比例分别是( D ) A. 有 和 两种,其比例为 B. 有 和 两种,其比例为 C. 有 和 两种,其比例为 D. 有 和 两种,其比例为 [解析]将含有 的大肠杆菌置于含有 的培养基中繁殖两代后,由于DNA的半保留复制,得到的子代DNA为2个 和2个 ,再将其转到含有 的培养基中繁殖一代,会得到6个 和2个 ,比例为 ,D正确。 4. [2021广东二模]一个 标记的、含1 000个碱基对的DNA分子片段,其中一条中 占 ,若将该DNA分子放在 的培养基中连复制3次,相关叙述正确的是 ( C ) A. 该DNA分子的另一条链中 占 B. 该DNA分子中含有 的数目为400个 C. 该DNA分子第3次复制时需要消耗2 800个 D. 经3次复制后,子代DNA分子中含 的比例为 [解析]DNA分子片段的一条链中 占一条链的 ,根据碱基互补配对原则,另一条链中 占另一条链的 ,A错误。根据碱基互补配对原则,该DNA分子一条链中 占 ,则整个DNA分子中 占 ,所以DNA分子中 (个),则鸟嘌呤 (个)。第3次复制时需要消耗 (个),C正确,B错误。经3次复制后,8个子代DNA中都含 ,故其比例为1,D错误。 题后悟道 易错 ①注意“DNA复制了 次”和“第 次复制”的区别,前者包括所有的复制,后者只包括第 次的复制。②DNA复制计算时看清题中所给出的碱基的单位是“对”还是“个”;所问的是“DNA分子数”还是“链数”,“含”还是“只含”。③注意在DNA复制过程中,无论复制了几次,含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两个。 考向三 DNA复制方式的实验探究(科学思维、科学探究) 5. [2021河南部分学校开学考试]早期,科学家对DNA分子复制方式的预测如图甲所示。1958年,科学家以大肠杆菌为实验材料,设计了一个巧妙的实验(如图乙所示),试管②③④⑤是模拟实验中可能出现的结果。下列相关叙述正确的是( B ) 甲 乙 A. 图乙实验运用的主要技术包括荧光标记和密度梯度离心 B. 图乙中 的目的是标记DNA,至少需要 才会出现试管④的结果 C. 若培养 后离心得到试管③的结果,则可以确定DNA复制的方式是半保留复制 D. 若为全保留复制,则复制 代后 所占比例为 ,离心呈现结果② [解析]图乙实验运用的主要技术为同位素标记和密度梯度离心,A错误;图乙中 的目的是标记大肠杆菌的DNA,每 复制一代,故至少需要 才会出现试管④的结果,B正确;若培养 后离心得到试管③的结果,只能排除全保留复制,还不能确定DNA复制的方式是分散复制还是半保留复制,C错误;若为全保留复制,则复制 代后只有1个 ,其余全为 ,故 所占比例为 ,离心呈现结果为最上边和最下边两种条带,不是结果②,D错误。 考向四 基因的本质、DNA复制与细胞分裂的关系(科学思维) 6. [2021云南两校质量检测]下列有关基因、DNA、染色体的说法,错误的是( C ) A. 碱基特定的排列顺序构成了每一个DNA分子的特异性 B. 随着细胞质基因的发现,基因与染色体的关系可概括为染色体是基因的主要载体 C. 分子大小相同、碱基含量相同的基因所携带的遗传信息一定相同 D. 一条染色体上含有1个或2个DNA分子 [解析]分子大小相同,碱基含量相同的基因中碱基排列顺序可能不同,所携带的遗传信息可能不同,C错误。 7. [2021广东深圳二模]为研究牛蛙细胞 有丝分裂和减数分裂的特点,将牛蛙的甲、乙两个精原细胞置于含 的培养液中培养,若甲细胞连续进行两次有丝分裂,乙细胞进行减数分裂,则下列分析错误的是( C ) A. 甲分裂中期与乙第一次分裂中期细胞核DNA数量相同 B. 乙产生的4个精子所含 标记的核DNA单链数相同 C. 甲第二次分裂后期细胞中含有 的染色体数为26 D. 乙第二次分裂后期细胞中含有 的染色体数为26 [解析]甲进行的是有丝分裂,分裂中期核DNA数量是体细胞的2倍,乙进行的是减数分裂,减数分裂 中期,细胞核DNA的数量是体细胞的2倍,A正确;乙细胞核DNA只复制一次,其产生的4个精子中所有核DNA均含 标记的单链,B正确;甲第一次有丝分裂后产生的子细胞中每条染色体都含有 标记,进行第二次有丝分裂时,染色体复制后,每条染色体上两条染色单体都含有 标记,则第二次有丝分裂后期,细胞中含有 的染色体数为52,C错误;乙细胞只进行一次DNA的复制,第二次分裂后期细胞中含有染色体数为26,每条染色体都含有 ,D正确。 真题演练 1. [2021广东,5,2分]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( B ) 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 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 [解析]沃森和克里克以威尔金斯和其同事富兰克林提供的DNA衍射图谱的有关数据为基础,推算出DNA分子呈双螺旋结构;从查哥夫那里得到腺嘌呤的量总是等于胸腺嘧啶的量,鸟嘌呤的量总是等于胞嘧啶的量,于是他们改变了碱基配对方式,让 与 配对, 与 配对,构建出新的DNA模型。所以为该模型提供主要依据的是②③,故选B。 2. [2019浙江4月选考,25,2分]在含有 的培养液中进行DNA复制时, 会取代胸苷掺入新合成的链中,形成 标记链。当用某种荧光染料对复制后的染色体进行染色,发现含半标记DNA(一条链被标记)的染色单体发出明亮荧光,含全标记DNA(两条链均被标记)的染色单体荧光被抑制(无明亮荧光)。若将一个细胞置于含 的培养液中,培养到第三个细胞周期的中期进行染色并观察。下列推测错误的是( D ) A. 的染色体荧光被抑制 B. 的染色单体发出明亮荧光 C. 全部DNA分子被 标记 D. 的DNA单链被 标记 [解析]根据DNA的半保留复制特点,第一次有丝分裂结束后,细胞中的DNA全部为一条链含有 ,一条链不含;第二次有丝分裂结束,子代所有DNA有一半两条链均含 ,有一半DNA只有一条链含有 ;第三次有丝分裂中期,有 的染色体两条染色单体中的DNA双链均含 (即被染色后无明亮荧光),有 的染色体一条染色单体中的DNA一条链含 (被染色后有明亮荧光),另一条染色单体中DNA双链均含 (被染色后无明亮荧光)。因此在第三次有丝分裂中期, 的染色体荧光被抑制,A正确;有 的染色单体发出明亮荧光,B正确;全部DNA分子被 标记,C正确; 的DNA单链被 标记,D错误。 3. [2017海南,24,2分]DNA分子的稳定性与碱基对之间的氢键数目有关。下列关于生物体内DNA分子中 与 两个值的叙述,正确的是( D ) A. 碱基序列不同的双链DNA分子,后一个值不同 B. 前一个值越大,双链DNA分子的稳定性越高 C. 当两个值相同时,可判断这个DNA分子是双链 D. 经半保留复制得到的DNA分子,后一值等于1 [解析]双链DNA分子中碱基数目 、 ,故任何双链DNA分子中 相同,均等于1,但不同DNA分子的 一般不同,A错误,D正确; 、 之间有两个氢键, 、 之间有三个氢键, 所占比例越大,DNA分子的稳定性越高,B错误;单链DNA分子中 与 两个值也可能相同,C错误。 夯基提能作业 1. [2021辽宁丹东阶段测试]下列关于威尔金斯、沃森和克里克、富兰克林、查哥夫等人在DNA分子结构构建方面的突出贡献的说法,正确的是 ( B ) A. 威尔金斯和富兰克林提供了DNA分子的电子显微镜图像 B. 沃森和克里克提出了DNA分子的双螺旋结构模型 C. 查哥夫提出了 与 配对, 与 配对的正确关系 D. 富兰克林和查哥夫发现 的量等于 的量、 的量等于 的量 [解析]威尔金斯和富兰克林提供了DNA衍射图谱,A错误;沃森和克里克提出了DNA分子的双螺旋结构模型,B正确;富兰克林为沃森和克里克提供了DNA衍射图谱,查哥夫为沃森和克里克提供了“碱基 的量总是等于 的量、 的量总是等于 的量”的重要信息,C、D错误。 2. [2021重庆巴蜀中学适应性月考]下列有关双链DNA分子的叙述,错误的是( C ) A. 分子中脱氧核糖与磷酸的数量比为 B. 分子中嘌呤总数与嘧啶总数之比为 C. 分子中磷酸二酯键数目与氢键数目之比为 D. 一条单链中 与其互补链中 之比为 [解析]A与 之间形成两个氢键, 与 之间形成三个氢键,而一条链上相邻两个脱氧核糖核苷酸之间形成一个磷酸二酯键,所以DNA分子中磷酸二酯键数目与氢键数目不相等,C错误。 3. 下列有关双链DNA分子的叙述,正确的是( B ) A. 若DNA分子一条链中的碱基 所占比例为 ,则另一条链的碱基 所占比例为 B. 如果一条链上 ,则另一条链上该比例也为 C. 如果一条链上的 ,则另一条链上该比例为 D. 由50个碱基对组成的DNA分子片段中至少含有氢键150个 [解析]DNA分子一条链中的碱基 所占比例为 ,据此无法计算出另一条链的碱基 所占比例,A错误;如果一条链上 ,根据碱基互补配对原则,则另一条链上该比值也为 ,B正确;如果一条链上的 ,则另一条链上该比例也为 ,C错误;由50个碱基对组成的DNA分子片段中至少含有氢键 (个),最多含有氢键 (个),D错误。 4. [2021黑龙江哈尔滨九中月考]真核细胞中DNA复制如图所示,相关表述错误的是( C ) A. 多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成 B. 每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代 C. 复制过程中氢键的破坏和形成都需要DNA聚合酶的催化 D. DNA分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则 [解析]多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成,提高复制效率,A正确;DNA为半保留复制,每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代,B正确;复制过程中解旋酶催化碱基对之间的氢键断开,使DNA双链解旋,C错误;碱基对之间严格的碱基互补配对原则,保证遗传信息准确地从亲代DNA传向子代DNA,D正确。 5. [2021重庆垫江五中月考]下列有关DNA分子复制的叙述,正确的是( C ) A. DNA分子复制时,在DNA聚合酶的作用下完成解旋和子链的合成 B. DNA分子复制时,以两条链作为模板,各自合成与母链相同的一段子链 C. 若某双链DNA含有碱基对500个,其中 的数目为180个,则复制三次共消耗 个 D. 证明DNA进行半保留复制的实验中运用了差速离心法 [解析]DNA分子复制时,在解旋酶的作用下解开双螺旋,在DNA聚合酶的作用下合成子链,A错误;DNA在复制过程中,分别以两条链为模板,遵循碱基互补配对原则,各自合成与母链互补的一段子链,B错误;若某双链DNA中含有碱基对500个(即碱基数目为1 000个),其中 的数目为180个,根据碱基互补配对原则,含有 或 的数目为 (个),则复制三次,共消耗 的数目为 (个),C正确;证明DNA进行半保留复制的实验中运用了同位素标记技术和密度梯度离心技术,没有用差速离心法,D错误。 6. [2021山东大联考]通常DNA分子是由两条走向相反的多核苷酸长链形成的螺旋,每个螺旋含10个碱基对,螺距为 。双螺旋的表面有一个大沟和一个小沟,在此可发生特异核苷酸序列与特异的DNA结合蛋白质之间的相互作用,活化或抑制结合位点或其附近的基因。下列叙述错误的是( D ) A. DNA的双螺旋结构中的碱基配对方式有 、 、 、 B. 染色体解螺旋形成染色质时,DNA分子的双链并未解螺旋 C. DNA中特定的核苷酸序列与特异的DNA结合蛋白质之间的相互作用具有特异性 D. 单链的RNA与DNA相比,不具有螺旋现象 [解析]DNA的双螺旋结构中碱基配对方式有 、 、 、 ,A正确;DNA双螺旋结构很稳定,只有复制和转录时才会解螺旋,B正确;DNA中特定的核苷酸序列与特异的DNA结合蛋白质之间的相互作用具有特异性,C正确;单链RNA的某些区域也具有螺旋结构,D错误。 7. 某DNA片段(甲)含1 000个碱基对,其中 占碱基总数的 ,该DNA片段连续复制2次后,其中一个子代DNA片段(乙)在继续复制过程中,其模板链上一个碱基 的结构发生改变(改变后的 可与碱基 配对)。下列相关叙述错误的是( D ) A. 细胞中DNA复制时边解旋边复制且碱基之间互补配对 B. 甲经过复制产生的子代DNA片段中 C. 甲连续复制2次,共需消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸数为1 020 D. 乙经过1次复制,产生的1个DNA片段中“ ”被“ ”替换 [解析]细胞内DNA的复制都是以半保留复制方式进行的,且边解旋边复制,并遵循碱基互补配对的原则,A正确;甲DNA片段为双链DNA,其中 、 ,其子代DNA中也存在此关系,所以子代DNA片段中 ,B正确;甲中 占碱基总数的 ,则 占 ,所以 (个),则 个,该DNA片段连续复制2次,共需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸数为 ,C正确;乙为正常DNA片段,但因复制过程中一个 和 配对,该DNA片段第一次复制形成的两个DNA片段,其中一个碱基对正常,另一个存在 与 配对的碱基对,该异常DNA片段再复制一次,在其子代DNA片段中原来的“ ”碱基对才会被“ ”碱基对替换,D错误。 8. [2021贵州贵阳适应性考试]为研究DNA的复制方式,科学家让大肠杆菌先在含 的培养基中培养若干代,使DNA的所有氮元素均为 标记(离心结果见甲试管),后转至含 的培养基中培养。大肠杆菌每 繁殖一代,每 提取大肠杆菌的DNA进行离心,部分实验结果如图中乙、丙两支试管所示。下列有关说法错误的是( C ) A. 本实验所用技术包括同位素标记技术和密度梯度离心技术 B. 大肠杆菌培养 后才能出现丙试管的结果 C. 在 培养基繁殖三代后仅部分大肠杆菌DNA含 D. 本实验结果可证明DNA分子的复制方式为半保留复制 [解析]本实验所用技术包括同位素标记技术和密度梯度离心技术,A正确;丙试管中出现 和 的DNA分子,说明DNA分子复制了两次,而大肠杆菌每 繁殖一代,故大肠杆菌培养 后才能出现丙试管的结果,B正确;由于DNA的半保留复制,且培养基中的原料均为 ,故在 培养基繁殖三代后所有大肠杆菌DNA都含 ,C错误;实验结果可证明DNA分子的复制方式为半保留复制,D正确。 9. [2021江西五市八校联盟]亚硝酸盐可使DNA的某些碱基脱去氨基,碱基脱氨基后的变化如下: 转变为 ( 与 配对), 转变为 ( 为次黄嘌呤,与 配对)。现有一DNA片段为 ① ②,经亚硝酸盐作用后,若链①中的 、 发生脱氨基作用,经过两轮复制后,其子代DNA片段之一为( C ) A. B. C. D. [解析]链① 经亚硝酸盐作用后, 、 发生脱氨基作用,变成 。以该链为模板复制成的DNA分子是 ,该DNA分子再复制一次产生的2个DNA分子分别是 和 ;以②链为模板复制成的2个DNA分子都是 ,C正确。 10. [2021河北邢台质检]请回答下列与DNA分子的结构和复制有关的问题: (1) DNA分子复制的时间是有丝分裂间期和减数分裂前的间期,一条脱氧核苷酸链上相邻的碱基靠—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—连接。 [解析]DNA分子复制发生在有丝分裂间期和减数分裂前的间期。一条脱氧核苷酸链上相邻的碱基靠“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接。 (2) 在DNA分子模型搭建实验中,如果用一种长度的塑料片代表A和 ,用另一种长度的塑料片代表C和 ,那么由此搭建而成的DNA双螺旋的整条模型粗细相同,原因是嘌呤必定与嘧啶互补配对。 [解析] 、 都为嘌呤碱基, 、 都为嘧啶碱基,根据碱基互补配对原则,一条链中嘌呤碱基只能和另一条链中的嘧啶碱基互补配对。故搭建成的DNA模型粗细相同。 (3) 乙基鸟嘌呤不与胞嘧啶(C)配对而与胸腺嘧啶(T)配对。某DNA分子中腺嘌呤(A)占碱基总数的 ,其中的鸟嘌呤(G)全部 乙基化,该DNA分子正常复制产生两个DNA分子,其中一个DNA分子中胸腺嘧啶(T)占碱基总数的 ,另一个DNA分子中鸟嘌呤(G)所占比例为 。 [解析]据DNA分子中的 占 ,可知 占 , 占 , 占 。当其中的 全部 乙基化后,新复制的两个DNA分子中 的比例不变,仍为 。 (4) 请你在下面框图中画出某亲本双链DNA分子连续复制两次后的产物模式图。 [解析]DNA复制为半保留复制,因此在第二次复制形成的4个DNA分子中,其中2个DNA分子是由亲本链和第二次复制子链形成的,另外2个DNA分子是由第一次复制子链和第二次复制子链形成的。 第20讲 基因的表达 课标要求 概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成,生物的性状主要通过蛋白质表现;概述某些基因中碱基序列不变但表型改变的表观遗传现象。 考点一 遗传信息的转录和翻译 必备知识整合 1.RNA的结构与功能 答案见图中 2.RNA与DNA的区别 1) 答案见图中 2) 3) 答案见图中 提醒 DNA和RNA合成的判断:用放射性同位素标记 或 可判断DNA和RNA的合成。若大量消耗 ,可推断正在进行DNA的合成;若大量利用 ,可推断正在进行RNA的合成。 3.遗传信息的转录 1)概念:在细胞核中,通过RNA聚合酶以 DNA的一条链 为模板合成RNA的过程。 2)场所:主要是 细胞核 ,在 叶绿体、线粒体 中也能发生转录过程。 3)转录过程(如图) 答案见图中 提醒 ①一个DNA分子上有许多个基因,其中某个基因进行转录时,其他基因可能转录也可能不转录,它们之间互不影响。②真核生物的DNA转录形成的mRNA需要在细胞核加工处理成为成熟的mRNA后才能作为翻译的模板。③转录完成后,RNA从DNA上释放,原DNA恢复双螺旋结构。 4.遗传信息的翻译 1)概念:游离在细胞质中的各种氨基酸,以 mRNA 为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。 2)密码子 ①概念: mRNA 上3个相邻的碱基决定1个氨基酸,每3个这样的碱基称为1个密码子。 ②种类:64种,其中终止密码子有 2种或3 种。 ③一种密码子只能决定一种氨基酸,正常情况下,终止密码子不决定氨基酸。 ④一种氨基酸对应一种或几种密码子(密码子的简并),可由一种或几种 转运。 3)翻译过程(如图) 答案见图中 4)产物:多肽 蛋白质。 教材基础诊断 1. 是核糖体的组成成分,原核细胞中可由核仁参与合成。(必2 P65图4-3)( ) 2. DNA分子转录时,转录的方向是 。(必2 P65图4-4)( √ ) 3. 细菌的一个基因转录时两条DNA链可同时作为模板,提高转录效率。(必2 P65图4-4)( ) 4. 决定氨基酸的密码子最多有61种。(必2 P67表4-1)( ) 5. 翻译时mRNA在核糖体上每次移动3个碱基的位置。(必2 P68图4-7)( ) 6. 翻译时,核糖体的移动方向是 。(必2 P68图4-7)( √ ) 教材深度拓展 1. (必2 P67表 )起始密码子 决定甲硫氨酸,为什么蛋白质的第一个氨基酸往往不是甲硫氨酸?翻译生成的多肽链往往需进行加工修饰,甲硫氨酸在此过程中往往会被剪切掉。 2. (必2 P67思考 讨论)密码子的简并有怎样的生物学意义?什么是密码子的统一性?密码子的统一性说明了什么?可以从增强密码子容错性的角度来解释,当密码子中有一个碱基改变时,由于密码子的简并,可能并不会改变其对应的氨基酸;也可以从密码子的使用频率来考虑,当某种氨基酸使用频率高时,几种不同的密码子都编码同一种氨基酸可以保证翻译的速度。密码子的统一性是指地球上几乎所有的生物都共用一套密码子,这一事实说明各种生物都有一定的亲缘关系或者说生命本质上是统一的。 3. (必2 P68图4-7)翻译过程中,核糖体是如何使肽链延伸的?从核糖体上脱落下来的是有特定功能的成熟蛋白质吗?翻译过程中,核糖体在mRNA上移动并依次读取密码子进行肽链的合成,直到读取到mRNA上的终止密码子,合成才能终止。刚从核糖体上脱落下来的只能称之为多肽,其必须经过一定的加工才能成为具有特定功能的成熟蛋白质。 重难突破 1.遗传信息、密码子、反密码子及与氨基酸的关系 2.常考图示解读 ) 2)真、原核细胞的表达过程 3)翻译过程 3.比较DNA复制、转录、翻译 1)区别 项目 复制 转录 翻译 时间 有丝分裂前的间期和减数分裂 前的间期 个体生长发育的整个过程 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 mRNA 原料 4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 21种氨基酸 条件 酶(解旋酶、DNA聚合酶)、ATP 酶(RNA聚合酶)、ATP 酶、ATP、 产物 2个双链DNA 一个单链RNA 多肽链 产物去向 传递到两个子细胞或子代 通过核孔进入细胞质 组成细胞结构蛋白或功能蛋白 特点 ①半保留复制 ②边解旋边复制 边解旋边转录,DNA双链全保留 一条mRNA上可相继结合多个核糖体,同时合成多条肽链 碱基配对 , , , , , , , , , 信息传递 蛋白质 意义 传递遗传信息 表达遗传信息,使生物表现出各种性状 2)数量上的联系(不考虑终止密码子) 提醒 关注计算中的“最多”和“最少”问题 )mRNA上碱基数目与蛋白质中氨基酸的数目关系:在正常情况下,翻译时,mRNA上的终止密码子不决定氨基酸,因此准确地说,mRNA上碱基数目是蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。 )DNA上的碱基数目与蛋白质中氨基酸的数目关系:基因或DNA上的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。 3)不能忽略“最多”或“最少”等字:如mRNA上有 个碱基,转录产生它的基因中至少有 个碱基,该mRNA指导合成的蛋白质中最多有 氨基酸。 关键能力提升 考向一 考查转录和翻译的相关过程(生命观念、科学思维) 1. [2021湖南长沙雅礼中学二模]甲胎蛋白 是人体血液中的一种微量蛋白,与肝癌及多种肿瘤的发生发展密切相关,在肝癌及多种肿瘤中均可表现出较高浓度。据图分析,下列叙述错误的是( B ) A. ①过程存在氢键的断裂与重新形成 B. ②③两个过程中碱基互补配对方式相同 C. ③过程合成的 、 、 为相同的肽链 D. 与正常肝细胞相比,肝癌细胞中 基因的表达程度可能增强 [解析]据图可知,①为DNA复制过程,存在解旋和恢复螺旋的过程,所以存在氢键的断裂与重新形成,A正确;②为转录过程,碱基互补配对发生在DNA与RNA之间,配对方式为 、 、 、 ,而③为翻译过程,碱基互补配对发生在mRNA与 之间,配对方式为 、 、 、 ,②③两个过程中碱基互补配对方式不完全相同,B错误;由于模板mRNA相同,所以③过程合成的 、 、 为相同的肽链,C正确;甲胎蛋白在肝癌患者体内表现出较高浓度,说明与正常肝细胞相比,肝癌细胞中 基因的表达程度可能增强,D正确。 2. [2020课标全国 ,29,10分]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)。回答有关问题: 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 、 。 [解析]在大豆细胞中,蛋白质的合成(翻译)是在核糖体上进行的,需要mRNA、 和 的参与。该过程中, 作为核糖体的重要组成成分,是核糖体行使其重要功能所必需的;mRNA作为翻译的模板,含有密码子,行使传达DNA上遗传信息的功能; 参与氨基酸的转运。 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合成部位的是细胞核,作为mRNA执行功能部位的是细胞质;作为RNA聚合酶合成部位的是细胞质,作为RNA聚合酶执行功能部位的是细胞核。 [解析]大豆细胞中,细胞核中转录而来的mRNA经过加工成为成熟的mRNA后,需要通过核孔复合体转移到细胞质中的核糖体上进行翻译;RNA聚合酶催化转录过程,其化学本质为蛋白质,因此其合成部位是细胞质,细胞质中合成的RNA聚合酶通过核孔复合体进入细胞核,参与转录过程。 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 ,则该小肽的氨基酸序列是酪氨酸-谷氨酸-组氨酸-色氨酸。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 。 氨基酸 密码子 色氨酸 谷氨酸 酪氨酸 组氨酸 [解析]已知该小肽对应的编码序列为 ,则其中含有的密码子为 、 、 、 ,根据题中提供的密码子表可知对应的氨基酸分别为酪氨酸、谷氨酸、组氨酸、色氨酸,因此该小肽的氨基酸序列为酪氨酸-谷氨酸-组氨酸-色氨酸。若该小肽对应的DNA序列有3处碱基发生了替换,但相应的氨基酸序列不变,即发生碱基替换后的DNA转录而来的mRNA中相应密码子对应的氨基酸并未改变,题表中4种氨基酸除色氨酸外,都含有两种密码子,因此该DNA序列发生的3处碱基替换影响的只能是酪氨酸、谷氨酸、组氨酸对应的密码子,所以此时编码小肽的RNA序列应为 。 考向二 遗传信息、密码子、反密码子的分析与判断(科学思维) 3. [2021福建龙岩连城一中月考]在某反应体系中,用固定序列的核苷酸聚合物(mRNA)进行多肽的合成,实验的情况及结果如表: 实验序号 重复的mRNA序列 生成的多肽中含有的氨基酸种类 实验一 ,即 丝氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸 实验二 ,即 亮氨酸、苏氨酸、酪氨酸 请根据表中的两个实验结果,判断下列说法不正确的是( D ) A. 该反应体系中应加入细胞提取液,但必须除去其中的DNA和mRNA B. 实验一和实验二的密码子可能有: 、 、 和 、 、 、 C. 通过实验二的结果推测:mRNA中不同的密码子有可能决定同一种氨基酸 D. 通过实验一和实验二的结果,能够推测出 为亮氨酸的密码子 [解析]题述反应体系需要除去其中的DNA和mRNA,避免影响实验结果,A正确;信使RNA上决定氨基酸的3个相邻碱基为密码子,实验一密码子可能有 、 、 ,实验二的密码子可能有 、 、 、 ,B正确;实验二有4种密码子,氨基酸有3种,说明mRNA中不同的密码子有可能决定同一种氨基酸,C正确;实验一和实验二共同含有的密码子为 ,共同含有的氨基酸为亮氨酸,故推测出 为亮氨酸的密码子,D错误。 4. [2020课标全国 ,3,6分]细胞内有些 分子的反密码子中含有稀有碱基次黄嘌呤(I)。含有 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( 表示甘氨酸)。下列说法错误的是( C ) 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. 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 [解析]由题图可知,位于 上的反密码子 可以识别mRNA上的 、 、 三种不同的密码子,A正确;密码子和反密码子的碱基之间通过氢键且按照碱基互补配对的原则结合,B正确; 和mRNA分子均由一条链组成,其中 链经过折叠形成三叶草的叶形,其一端是携带氨基酸的部位,另一端是三个相邻的碱基构成的反密码子,反密码子与mRNA上的密码子结合,C错误;由题图可知,mRNA上的三种密码子 、 、 决定的氨基酸均为甘氨酸,所以mRNA中的碱基改变不一定造成所编码氨基酸的改变,D正确。 考向三 基因表达中的有关计算(科学思维) 5. 已知一个由2条肽链组成的蛋白质分子,共有198个肽键,控制翻译该蛋白质分子的mRNA中 和 共占 (不考虑终止密码子),则转录形成该mRNA的DNA分子中, 与 至少有 ( D ) A. 600个 B. 700个 C. 800个 D. 900个 [解析]题述蛋白质分子由2条肽链组成,共有198个肽键,可知该蛋白质由200个氨基酸组成,不考虑终止密码子,则翻译形成该蛋白质的mRNA分子中