第2章 遗传的分子基础（期中知识清单）高一生物下学期苏教版

专题二 遗传的分子基础（必备清单） 考点01 实验验证DNA是主要遗传物质 考点02 DNA是主要遗传物质的理解 考点03 DNA分子的结构 考点04 DNA半保留复制的实验证据 考点05 DNA复制的过程 考点06 基因通常是有遗传效应的DNA片段 考点07 基因指导蛋白质的合成 考点08 中心法则 考点09 基因表达与性状的关系 ▉考点01 实验验证DNA是主要遗传物质 一、肺炎链球菌的转化实验 1.格里菲思实验(肺炎链球菌体内转化实验) (1)两种肺炎链球菌比较 项目 S型细菌 R型细菌 菌落 表面光滑Smooth 表面粗糙Rough 菌体 有多糖的荚膜 没有多糖的荚膜 有无致病性 有 无 (2)实验过程及现象 实验过程与结果：下图为肺炎链球菌的转化实验示意图 (1)实验一二对比说明R型细菌无毒，S型细菌有毒。 (2)实验二三对比说明加热致死的S型细菌无毒。 (3)实验二三四对比说明加热致死的S型细菌能使部分R型细菌转化为S型细菌。 (4)综合以上实验得出的结论是加热致死的S型细菌中含有一种转化因子，能使R型活细菌转化为S型活细菌。 2.艾弗里的实验(肺炎双球菌体外转化实验) （1）实验目的：探究S型细菌中的“转化因子”究竟是什么物质？ （2）实验过程及现象: ①获得S型细菌细胞提取物：将加热致死的S型细菌破碎后，设法去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质，制成细胞提取物。 ②实验过程及结果 (3)实验结论：细胞提取物中含有转化因子，其很可能是DNA。 (4)后续研究：艾弗里等人分析了细胞提取物的理化性质，发现这些特性都与DNA极为相似，于是艾弗里提出：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。 （5）在对照实验中，控制自变量可以采用“加法原理”或“减法原理”。 二、噬菌体侵染细菌的实验 1.实验材料和实验技术：1952年，赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记的新技术，完成了另一个更具说服力的实验—噬菌体侵染细菌的实验。 2.T2噬菌体 (1)T2噬菌体的模式图：它的头部和尾部的外壳都是由蛋白质构成的，头部内含有DNA。 (2)生活方式：专门寄生在大肠杆菌体内。 (3)增殖特点： ①合成T2噬菌体的DNA的模板：进入大肠杆菌体内的T2噬菌体的遗传物质。 ②合成T2噬菌体的DNA的原料：大肠杆菌提供的四种脱氧核苷酸。 ③合成T2噬菌体的蛋白质的原料：大肠杆菌的氨基酸；场所：大肠杆菌的核糖体。 3．实验过程 4.实验结果： 含35S的噬菌体+大肠杆菌 上清液放射性高，沉淀物放射性低。 含32P的噬菌体+大肠杆菌 上清液放射性低，沉淀物放射性高。 进一步观察发现：细菌裂解释放出的噬菌体中，可以检测到32P标记的DNA，但却不能检测到35S标记的蛋白质。 5. 实验结论： (1)T2噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌的细胞中，而蛋白质外壳留在外面。 (2)子代T2噬菌体的各种性状是通过亲代的DNA来遗传的。 （注意：该实验没有证明蛋白质不是遗传物质，因蛋白质外壳未进入细菌。） 6.实验误差分析 用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌,上清液中有少量放射性，原因是：保温时间过短或过长。 用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中也有少量放射性，原因是：搅拌不充分。 易错警示 (1)转化实质：肺炎链球菌转化的实质是S型细菌的DNA片段整合到R型细菌的DNA中，使受体细胞获得了新的遗传信息，即发生了基因重组(在第5章将会学到)，从而使R型细菌转化为S型细菌。 (2)一般情况下，转化率很低，只有极少数R型细菌被S型细菌的DNA侵入并发生转化，培养基中(或小鼠体内)的大量S型细菌大多是由转化后的S型细菌繁殖而来的。 (3)仅仅是S型细菌的DNA不能使小鼠致死。 (4) 噬菌体侵染细菌实验中的标记误区 该实验不能标记C、H、O、N这些DNA和蛋白质共有的元素，否则无法将DNA和蛋白质区分开。 (2)35S(标记蛋白质)和32P(标记DNA)不能同时标记在同一个噬菌体上，因为在进行放射性检测时只能检测到放射性的存在部位，而不能确定是何种元素的放射性。 ▉考点02 DNA是主要遗传物质的理解 1.RNA是遗传物质的证据 (1)实验材料：烟草花叶病毒(只含有蛋白质和RNA)、烟草。 (2)实验过程 (3)结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，不是蛋白质。 五、DNA是主要的遗传物质： 细胞生物(包括真核、原核生物)体内的核酸有 DNA和RNA两种 ，但遗传物质是 DNA 。 DNA病毒体内的核酸是DNA，遗传物质是DNA；RNA病毒体内的核酸是RNA，遗传物质是RNA。 因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。 易错警示 因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。 注意：①对整个生物界来说，DNA是主要的遗传物质 ②对某些生物体来说，遗传物质只能是DNA或RNA，不能加“主要”二字 ▉考点03 DNA分子的结构 一、DNA双螺旋结构模型的构建 1.构建者　沃森和克里克（方法：物理模型构建法） 2.构建过程 3．新模型的特点及意义 (1)特点：A—T碱基对与G—C碱基对具有相同的形状和直径，这样组成的DNA分子具有稳定的直径。 (2)意义 ①能解释A、T、G、C的数量关系。 ②能解释DNA的复制。 ③模型与X射线衍射照片完全相符。 二、DNA的结构 1．DNA双螺旋结构的主要特点 项目 特点 整体 由两条脱氧核苷酸链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构 排列 外侧 脱氧核糖和磷酸交替连接，构成基本骨架 内侧 碱基通过氢键连接成碱基对 碱基互补配对 A与T配对、G与C配对 2．DNA空间结构特点 (1)DNA是由两条单链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。 (2)DNA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的规律：A(腺嘌呤)一定与T(胸腺嘧啶)配对；G(鸟嘌呤)一定与C(胞嘧啶)配对。 3．DNA的特性： (1)稳定性：DNA中脱氧核糖和磷酸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：DNA分子中碱基对(脱氧核苷酸对)的排列顺序多种多样，构成了DNA的多样性→遗传信息的多样性→生物多样性。 (3)特异性：每种DNA有别于其他DNA的特定的碱基排列顺序。 易错警示 1.DNA分子中每个脱氧核糖上连接着一个或两个磷酸和一个碱基 2.两条链上互补的碱基通过氢键连接成碱基对 3.DNA分子中一条链上的相邻碱基通过“脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖”连接 4.G—C碱基对的比例越大，DNA分子的稳定性越高 ▉考点04 DNA半保留复制的实验证据 1.半保留复制假说：沃森和克里克在发表DNA分子双螺旋结构的论文后，根据DNA分子结构提出了遗传物质自我复制的假说：DNA分子复制时，DNA分子的双螺旋将解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的两条单链作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依据碱基互补配对原则，通过形成氢键，结合到作为模板的单链上。由于新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此，这种复制方式被称做半保留复制。即图甲所示复制方式。 2.全保留复制假说：沃森和克里克的假说提出后，也有人持不同观点，提出全保留复制等不同假说。全保留复制是指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。即上图乙所示复制方式。 3．DNA半保留复制的实验证据 (1)实验者：美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔。 (2)研究方法：假说—演绎法。 (3)实验材料：大肠杆菌。 (4)实验技术：同位素标记技术和离心技术。 (5)实验原理：只含15N的DNA密度大，只含14N的DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度居中。因此，利用离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA。 (6)实验假设：DNA分子以半保留的方式复制。 (7)实验结果预期：离心后应出现三条DNA带。 ①重带(密度最大)：两条链都为15N标记的亲代双链DNA。 ②中带(密度居中)：一条链为14N标记，另一条链为15N标记的子代双链DNA。 ③轻带(密度最小)：两条链都为14N标记的子代双链DNA。 (8)实验过程 (9)实验结果： 实验结果 条带数量 在试管中位置 DNA含N情况 亲代 1 靠近试管底部 15N/15N－DNA 第一代 1 位置居中 15N/14N－DNA 第二代 2 一条带位置居中，一条带位置靠上 15N/14N－DNA、14N/14N－DNA （10）实验结论：实验结果证明：DNA的复制是以半保留的方式进行的。 易错警示 1.运用假说——演绎法:①孟德尔发现分离定律和自由组合定律，②摩尔根证明基因在染色体上，③梅塞尔森和斯塔尔证明DNA复制方式为半保留复制 2.运用类比推理法：萨顿提出基因在染色体上的假说 ▉考点05 DNA复制的过程 1.DNA复制的过程 （1）概念：以亲代DNA两条链为模板合成子代DNA的过程。 （2）时期：在细胞分裂间期，随着染色体的复制而完成的。 注：间期复制形成的两个相同的DNA分子位于染色体的一对姐妹染色单体上；在有丝分裂后期或减Ⅱ后期着丝粒断裂时分开，分别随机进入两个子细胞中。 场所：细胞核(主要)、线粒体、叶绿体。 （3）DNA复制需要的基本条件： ①模板：DNA两条链 ②酶：解旋酶、DNA聚合酶 ③原料：游离的4种脱氧核苷酸 ④能量：ATP （4）特点： ①半保留复制； ②边解旋边复制。 （5）过程： ①解旋：在细胞提供的能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开，这个过程叫作解旋。 ②复制：DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，以细胞中游离的4种脱氧核苷酸为原料，按碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一条子链。 ③延伸及重新螺旋：随着模板链解旋过程的进行,新合成的子链不断延伸，同时，每条新合成的子链与对应的母链盘绕为双螺旋结构。 ④结果：复制结束后，一个DNA分子就形成了两个相同的DNA分子。新复制的两个子代DNA分子通过细胞分裂分配到子细胞中。 2.DNA复制的意义 将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。 3.准确复制的原因 ①DNA分子独特的双独特结构为复制提供了精确的模板。 ②通过碱基互补配对原则保证了复制准确无误地进行。 易错警示 1. 解旋酶——断开氢键，DNA聚合酶——形成磷酸二酯键（氢键的形成不需要酶） 2.DNA复制分别以亲代DNA分子的两条单链为模板（而非只以其中一条单链为模板） 3.破坏氢键——解旋酶作用，形成氢键——不需要酶的催化 4.亲代DNA分子两条链都可作为模板，其互补链的合成方向均为5′­端到3′­端 5.DNA复制的场所并非只在细胞核中，线粒体、叶绿体中也能进行DNA复制。 6.并非所有细胞都进行DNA复制，只有分裂的细胞才能进行DNA复制。 7.DNA复制并非单向进行，而是双向多起点复制，且各个复制起点并不是同时开始的。 ▉考点06 基因通常是有遗传效应的DNA片段 一、说明基因与DNA关系的实例，说明基因与DNA的关系 二、DNA片段中的遗传信息 1．遗传信息 遗传信息是指基因中的脱氧核苷酸的排列顺序。不同基因的脱氧核苷酸的排列顺序不同，含有的遗传信息不同。 2．DNA分子的多样性和特异性 (1)多样性：DNA分子中共有4种类型的碱基，但是碱基对的数目却可以成千上万，形成的碱基对的排列顺序也可以千变万化，若某个DNA分子具有n个碱基对，则DNA分子可有4n种组合方式，从而构成了DNA分子的多样性。 (2)特异性：每个特定的DNA分子都有特定的碱基排列顺序，即DNA分子的特异性。 3．基因的概念 (1)基因通常是有遗传效应的DNA片段。 (2)有些病毒的遗传物质是RNA，对这些病毒而言，基因就是有遗传效应的RNA片段。 4．全方位理解“基因” (1)本质上，基因通常是有遗传效应的DNA片段。 (2)结构上，基因是含有特定遗传信息的脱氧核苷酸/核糖核苷酸序列。 (3)功能上，基因是遗传物质的结构和功能的基本单位。 (4)位置上，基因在染色体上呈线性排列。 易错警示 基因、染色体、蛋白质、性状的关系 (1)对于真核细胞来说，染色体是基因的主要载体；线粒体和叶绿体是基因的次要载体。 (2)对于原核细胞来说，基因存在于拟核中的DNA分子或质粒上，DNA是裸露的，并没有与蛋白质一起构成染色体，因此，没有染色体这一载体。 ▉考点07 基因指导蛋白质的合成 1、 RNA的结构和功能 1.RNA的基本单位及组成 2.RNA的种类及其作用 信使RNA(mRNA) 转运RNA(tRNA) 核糖体RNA(rRNA) 示意图 分布部位 主要分布于细胞质，常与核糖体结合 细胞质中 与蛋白质结合形成核糖体 特点 信使RNA上带有从DNA转录的遗传信。mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基构成1个遗传密码子 一端能与氨基酸结合，另一端能与mRNA上的遗传密码子互相配对 由核仁区的DNA转录而来，是核糖体的组成成分 功能 携带特定碱基序列的遗传信息翻译时作为模板 转运特定的氨基酸，识别信使RNA上的遗传密码子，在翻译时作搬运氨基酸的工具 与多种蛋白质结合成核糖体，作为蛋白质生物合成的“装配机”。兼有酶的功能，又称为核酶 结构 单链 单链，呈三叶草状 单链 共同点 都是由转录产生；基本组成单位相同；都与翻译过程有关 3.DNA和RNA的比较 比较项目 DNA RNA 分布 主要是细胞核 主要是细胞质 基本单位 脱氧核苷酸 核糖核苷酸 化学组成 磷酸 一分子磷酸 一分子磷酸 五碳糖 脱氧核糖 核糖 碱基 A、T、G、C A、U、G、C 结构 双螺旋结构 一般为单链 二、遗传信息的转录 1．概念：RNA是在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的，这一过程叫作转录。 2.条件： ①模板：DNA的一条链 ②原料：4种游离的核糖核苷酸 ③能量： ATP ④酶：RNA聚合酶 3．过程 4.产物：mRNA、tRNA、rRNA等 三、遗传信息的翻译 1．翻译的概念：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，这一过程叫作翻译。 2.密码子 (1)概念：mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基。密码子的碱基是连续的，没有间隔，图中表示的mRNA上含有3个密码子。 (2)密码子表 ①密码子种类：64种。 ②起始密码子：2种，包括AUG和GUG_，其中后者只在原核生物中作为起始密码子时编码甲硫氨酸，其他情况下编码缬氨酸。 ③终止密码子：共3种，包括UAA、UAG和UGA；不编码氨基酸，是翻译终止的信号，但在特殊情况下UGA可以编码硒代半胱氨酸。 3．tRNA的结构和功能特点 (1)结构和功能 (2)功能特点：每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。 4．翻译过程 5．翻译能高效进行的原因 一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成。 易错警示 1. 转录的场所不一定是细胞核；（线粒体，叶绿体，拟核均可以发生转录） 2. RNA聚合酶具有两个功能：断裂氢键、形成磷酸二酯键 3. 转录的基本单位是基因，而不是整个DNA； 4. 每个基因都是以DNA某条特定链为模板进行转录的； 5. 在真核细胞中，转录出来的RNA 需要经过加工才具有生物活性 6. 转录出来的mRNA去向：进入细胞质，与核糖体结合 ▉考点08 中心法则 1．中心法则的提出：1957年，英国生物学家克里克提出中心法则。遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的复制；也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译。如下图： 2．中心法则的发展：随着研究的不断深入，科学家对中心法则做出了补充：少数生物(如一些RNA病毒)的遗传信息可以从RNA流向RNA以及RNA流向DNA(新的中心法则图解如下)。 （1）以DNA为遗传物质的生物(包括原核生物、真核生物和DNA病毒)的遗传信息流动方向： （2）烟草花叶病毒等部分RNA病毒(可以进行RNA的复制)的遗传信息流动方向： （3） 等逆转录病毒的遗传信息流动方向： 3．生命是物质、能量和信息的统一体 (1)DNA、RNA是信息的载体。 (2)蛋白质是信息的表达产物。 (3)ATP为信息的流动提供能量。 易错警示 (1)并不是所有的生物均能发生中心法则的所有过程。 (2)DNA复制、转录、翻译是所有具有细胞结构的生物所遵循的法则。 (3)DNA复制只发生在能分裂的细胞中，而转录和翻译则可以发生在任何时期。 (4)在病毒体内不会发生RNA的复制和逆转录过程，该过程是在被病毒寄生的宿主细胞内进行的。 (5)细胞生物体内不会自主发生RNA的复制和逆转录过程，除非被病毒侵染。 ▉考点09 基因表达与性状的关系 1.基因对生物性状的间接控制 (1)实质 基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状。 (2)举例 2.基因对生物性状的直接控制 (1)实质 基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。 (2)实例 囊性纤维化成因 二、基因的选择性表达与细胞分化 1．生物体多种性状的形成，都是以细胞分化为基础的。同一生物体中不同类型的细胞，基因都是相同的，而形态、结构和功能却各不相同。 2．表达的基因的类型 (1)一类是在所有细胞中都表达的基因，指导合成的蛋白质是维持细胞基本生命活动所必需的，如核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因。 (2)另一类是只在某类细胞中特异性表达的基因，如卵清蛋白基因、胰岛素基因。 3．细胞分化的本质是基因的选择性表达。 4．细胞分化的结果：由于基因的选择性表达，导致来自同一个体的体细胞中mRNA和蛋白质不完全相同，从而导致细胞具有不同的形态和功能。 三、表观遗传及基因与性状的对应关系 1．表观遗传 (1)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。 (2)实例 ①柳穿鱼花的形态结构遗传 ②某种小鼠毛色的遗传 ③蜂王和工蜂的发育由来问题 (3)类型：表观遗传的类型有DNA的甲基化、组蛋白的甲基化和乙酰化等。 (4)表观遗传现象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。 (5)特点 ①可遗传：基因表达和表型可以遗传给后代。 ②不变性：基因的碱基序列保持不变。 ③可逆性：DNA的甲基化修饰可以发生可逆性变化，即被修饰的DNA可能发生去甲基化。 2.基因与性状间的其他关系 (1)在大多数情况下，基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系。 ①一个基因一种性状(多数性状受单基因控制)。 ②一个基因多种性状(如基因间相互作用)。 ③多个基因一种性状(如身高、体重等)。 (2)生物体的性状也不完全由基因决定，环境对性状也有着重要影响。例如，后天的营养和体育锻炼等对人的身高也有重要作用。 (3)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，这种相互作用形成了一个错综复杂的网络，精细地调控着生物体的性状。 易错警示 (1)并不是所有的生物均能发生中心法则的所有过程。 (2)DNA复制、转录、翻译是所有具有细胞结构的生物所遵循的法则。 (3)DNA复制只发生在能分裂的细胞中，而转录和翻译则可以发生在任何时期。 (4)在病毒体内不会发生RNA的复制和逆转录过程，该过程是在被病毒寄生的宿主细胞内进行的。 (5)细胞生物体内不会自主发生RNA的复制和逆转录过程，除非被病毒侵染。 1 / 17 学科网（北京）股份有限公司 $$