内容正文:
第七讲 遗传的物质基础
考点一 DNA是主要的遗传物质
重点1 肺炎链球菌的转化实验
知识点全覆盖
1.光滑 粗糙 有 无
2.死亡 不死亡 死亡 R型活细菌无致病性,S型活细菌有致病性 被加热致死的S型细菌无致病性 R型活细菌能转化为S型活细菌 已经加热致死的S型细菌,含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——转化因子
3.R型、S型 R型 ① ②③④⑤ S型细菌的细胞提取物用蛋白酶、RNA酶或酯酶处理后仍然具有转化活性 S型细菌的细胞提取物经DNA酶处理后失去转化活性 DNA
考点突破
基础巩固
能力进阶
1
2
1
2
C
D
D
D
【综合突破】
1.A 【解析】 A.分析题意,将AS菌与灭活的AR菌混合后,接种于含Amp的固体培养基上,获得了少数菌落,而仅接种AS菌的对照组培养基上没有菌落,说明实验组培养基上的部分细菌是由AS菌转化而来的,但转化成功的细菌可能通过分裂产生子代,故并非每个细菌都是由AS菌转化而来的,A错误;B.灭活的AR菌释放的DNA片段(含抗Amp基因)被AS菌吸收并整合,导致AS菌获得抗性,B正确;C.用Ca2+处理AS菌(感受态细胞制备)可提高细胞膜的通透性,促进外源DNA的摄取,故转化效率可能提高,菌落数可能会增多,C正确;D.经限制酶处理的AR菌DNA可能被切割,但仍可能有完整的功能基因片段可被AS菌吸收并整合,故转化仍可能发生,D正确。故选A。
2.C 【解析】 A.由乙、丙两组实验中分别加入了蛋白酶和DNA酶可知,该实验的假设是“使肺炎链球菌发生转化的物质是蛋白质或DNA”,A正确。B.甲组实验只加了S型细菌的提取物,未加蛋白酶或DNA酶,因此甲组作为对照,培养皿中应当有R型细菌和S型细菌两种菌落,B正确。C.与常态比较,人为去除某种影响因素的称为“减法原理”,结合乙、丙两组实验过程可知,该实验控制自变量的方法用到了“减法原理”,因为乙、丙两组分别去除了蛋白质、DNA,C错误。D.乙组加入了蛋白酶,水解了S型细菌的蛋白质,排除了蛋白质的干扰;丙组加入了DNA酶,S型细菌的DNA被水解,若乙组培养皿中有两种菌落,丙组培养皿中有一种菌落,则说明乙组肺炎链球菌发生了转化,而丙组未发生转化,从而说明使肺炎链球菌发生转化的物质是DNA,D正确。故选C。
重点2 噬菌体侵染细菌的实验
知识点全覆盖
1.(1)DNA C、H、O、N、P 蛋白质 C、H、O、N、S等 (2)放射性同位素标记 35S 32P (3)低 高 高 低 ①使吸附在大肠杆菌上的T2噬菌体与大肠杆菌分离 让上清液中析出质量较轻的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 ②DNA 蛋白质外壳 DNA ③DNA (4)噬菌体 大肠杆菌 大肠杆菌的氨基酸 大肠杆菌的核糖体 (5)①偏高 ②偏高
2.RNA和蛋白质 感染病毒 RNA 蛋白质
3.DNA DNA DNA RNA
考点突破
基础巩固
能力进阶
1
2
1
2
D
A
A
C
【综合突破】
1.D 【解析】 A.保温的目的是让噬菌体侵染细菌,过程①保温时间过短会导致部分噬菌体未侵染细菌,过长则会导致细菌裂解,均会对实验结果产生影响,A错误;B.T2噬菌体的侵染实验通过步骤②实现噬菌体(蛋白质外壳)与细菌分离,B错误;C.由于DNA进行半保留复制,过程③中分离出的子代噬菌体,全部含31P,少部分含32P和31P,C错误;D.该组实验不能根据沉淀物放射性结果证明DNA是噬菌体的遗传物质,还需观察子代噬菌体是否有放射性,D正确。故选D。
2.D 【解析】 A.噬菌体是DNA病毒,菌M是细菌,它们的遗传物质都是DNA。由于DNA都具有相似的双螺旋结构,所以来自不同生物的DNA片段可以拼接在一起,A正确。B.噬菌体只能寄生在其他生物的活细胞中,不能直接在培养基上培养,需要先培养其宿主菌M,然后接种噬菌体P1和P2继续培养,B正确。C.根据实验结果,将能够侵染菌M的各类噬菌体的DNA片段与重复序列交替排列,可能会使菌M对噬菌体的抗性增强,从而制备低敏感性工程菌,C正确。D.从图2可以看出,间隔序列中某噬菌体的DNA片段越多,菌M对该噬菌体的敏感性越高,D错误。故选D。
考点二 DNA分子的结构与基因本质
知识点全覆盖
1.(1)沃森和克里克
(2)脱氧核苷酸 A=T,G=C T C 相反的
2.C、H、O、N、P 脱氧核糖 A、T、G、C 脱氧核苷酸 磷酸
脱氧核糖 碱基 氢键 A T G C 反向平行
3.(1)氢键 (2)多样 4种碱基的排列顺序 4n
(3)特异 特定的碱基排列顺序
(4)DNA的多样性和特异性
5.遗传效应的DNA片段 有遗传效应的RNA片段
6.染色体 线性 遗传信息
考点突破
基础巩固
能力进阶
1
2
1
2
C
B
C
C
【综合突破】
A 【解析】 A.图中发夹结构主要是通过碱基互补配对形成氢键来构建的,并没有磷酸二酯键的断裂与重新形成,A错误;B.根据碱基互补配对规则,DNA双链中,G与C配对,C与G配对,因此发夹结构的双链互补区域中,a链和b链的(G+C)含量相等,B正确;C.改变订书钉链的碱基序列,则订书钉链与脚手架链的互补区域改变,则DNA折纸结构的形状改变,C正确;D.氢键在高温下会断裂,所以高温可能破坏该发夹结构,D正确。故选A。
考点三 DNA的复制
知识点全覆盖
1.(1)半保留复制
(2)①梅塞尔森 斯塔尔 ②同位素标记技术 密度梯度离心 ④DNA以半保留的方式复制 ⑦全部重带 全部中带 1/2轻带、1/2中带 ⑧DNA的复制是以半保留的方式进行的 (3)①亲代DNA 子代DNA ②细胞分裂间期
③能量 解旋 DNA双螺旋的两条链 脱氧核苷酸 DNA聚合酶 双螺旋结构
(4)边解旋边复制 (5)氢键、磷酸二酯键
(6)半保留复制 (8)遗传信息 遗传信息
(9)DNA独特的双螺旋结构 碱基互补配对
2.(1)遗传效应 (2)RNA
【拓展2】2.(1)相同 相反 (2)DNA连接 4.多 双
5.(1)单 双 (2)不同步
考点突破
基础巩固
能力进阶
1
2
1
2
D
B
A
A
【综合突破】
1.A 【解析】 A.亲代DNA均无3H脱氧核苷,①区域只含亲代DNA,所以为无色;第一次复制时,②③区域新合成的DNA单链中有3H脱氧核苷而模板链中没有,所以为浅色,A正确;B.DNA复制方式为半保留复制,第一次复制后产生的两个子代DNA中含有一条不含3H脱氧核苷的链和一条含3H脱氧核苷的链,第一次产生的DNA分子可以作为第二次复制的模板,所以图①一定是浅色,②③中一个是深色,一个是浅色,B错误;C.①②③分别属于DNA分子的不同区段,A+T/C+G的值不一定相同,C错误;D.若观察到一个细胞中含有23个核DNA分子,则该细胞为精细胞,精细胞不再进行细胞分裂,所以不会出现一个正在复制的细胞内仅有23个核DNA分子的情况,D错误。故选A。
2.B 【解析】 A.据图可知,甲、乙、丙三个细胞中的染色体数目∶染色单体数目均为1∶2,且甲细胞的染色体数目均为乙、丙细胞的2倍,这说明甲细胞正处于第2次有丝分裂的前期或中期,乙、丙细胞正处于减数分裂Ⅱ的前期或中期,所以该精原细胞总共经历了2次DNA复制(有丝分裂前的)间期1次,后续有丝分裂或减数分裂前的间期1次)和1次着丝粒分裂(第一次有丝分裂后期),A正确;B.据图可知,甲、乙、丙三个细胞中的染色体数目∶染色单体数目均为1∶2,且甲细胞的染色体数目均为乙、丙细胞的2倍,这说明甲细胞正处于第2次有丝分裂的前期或中期,若处于有丝分裂前期,则着丝粒并不位于赤道板上,B错误;C.丙细胞的含32P的染色体数为4条,染色单体数目为8条,但其中含32P的染色单体数目有5条,这说明其中一对同源染色体的非姐妹染色单体发生了互换,其发生的时期是联会形成四分体时,C正确;D.丙细胞分裂产生的子细胞均含32P,若甲、乙细胞在分裂后期,不含32P的子染色体全部移到细胞的一极,则其分裂产生的4个子细胞中,2个含32P,2个不含32P,D正确。故选B。
考点四 基因的表达、基因与性状的关系
重点1 遗传信息的转录和翻译
知识点全覆盖
1.核糖核苷酸 细胞核 细胞质 密码子 氨基酸 核糖体
2.脱氧核糖 T(胸腺嘧啶) 双链 核糖 U(尿嘧啶) 单链
3.(1)RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的
(2)细胞核 叶绿体 线粒体
(3)RNA 4种游离的核糖核苷酸 mRNA
(4)信使RNA、核糖体RNA、转运RNA
4.(1)mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质
(2)核糖体
(3)mRNA tRNA mRNA tRNA 终止密码子 脱离
考点突破
基础巩固
能力进阶
1
2
1
2
D
D
B
A
【综合突破】
1.D 【解析】 A.过程①是DNA复制,发生在细胞分裂前的间期(有丝分裂前的间期、减数第一次分裂前的间期)。双链DNA分子复制通过半保留复制,将遗传信息传递给子代 DNA,保证了亲子代 DNA的连续性,A正确;B.HIV是逆转录病毒,侵入人体辅助性T细胞后,遗传信息流向为:RNA(病毒遗传物质)→DNA(④,逆转录,需逆转录酶)→DNA复制(①,整合到宿主基因组后复制)→转录(②),DNA→RNA)→翻译(③,RNA→蛋白质,合成病毒蛋白),B正确;C.抗菌药物利福平能抑制RNA聚合酶活性,而RNA聚合酶在转录过程中起作用,即过程②为转录过程,所以利福平可作用于过程②抑制细菌增殖,C正确;D.烟草花叶病毒是RNA病毒,感染烟草时,过程⑤(RNA复制)所需的RNA复制酶由病毒自身的RNA通过过程⑥翻译合成,而不是来自烟草细胞的过程②③,D错误。故选D。
2.C 【解析】A.酶B是解旋酶(催化DNA解旋),酶C是RNA聚合酶(催化转录),二者不是同一种酶,A错误;B.DNA复制或转录时,游离的核苷酸是与子链的3'端结合(遵循5'→3'的合成方向),而非5'端,B错误;C.图中3个核糖体结合在同一条mRNA上,最终合成的多肽链氨基酸序列和长度相同(只是合成进度不同),C正确;D.两个酶A(DNA聚合酶)分别作用于DNA的两条链,而DNA两条链是反向的,因此酶A在核苷酸链上的移动方向相反,D错误。故选C。
重点2 中心法则的提出及其发展
知识点全覆盖
1.克里克
2.DNA的复制 转录 翻译 RNA的复制 逆转录 碱基互补配对原则
3.载体 表达产物 ATP 物质 信息
4.
考点突破
基础巩固
能力进阶
1
2
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A
A
A
D
【综合突破】
1.B 【解析】 A.由图可知,为了修补端粒内侧的受到损伤的DNA,端粒酶向右移动以自身所含短重复序列5'UAACCC3'为模板,完成G链的延伸为逆转录过程,A错误;B.DNA分子中特有的碱基是T,RNA中特有碱基是U,由于模板含短重复序列5'UAACCC3',根据碱基互补配对原则,端粒酶延伸端粒DNA的短重复序列为5'GGGTTA3',B正确;C.在DNA复制过程中,新的DNA链是以已有的DNA链为模板,在DNA聚合酶的催化下合成的。根据图示,当G链延伸完成后,它就可以作为模板来合成C链。这个过程需要DNA聚合酶的催化,C错误;D.支原体是原核生物,没有染色体,没有端粒结构,D错误。故选B。
2.A 【解析】 A.由图可知:①为转录过程,②为转录和翻译过程,非编码RNA通过一种滚环逆转录方式形成一段串联重复的单链互补DNA序列,应比模板RNA链长很多,③为以DNA一条链为模板合成互补DNA链过程,④为转录和翻译过程,⑤为Neo蛋白发挥作用,从而抑制细菌生长。编码Neo蛋白的基因并不在细菌DNA中,A正确;B.噬菌体是一种病毒,增殖过程中会从细菌中获取相应的氨基酸、核苷酸、能量等,不会获取细菌的核酸,B错误;C.细菌基因转录和翻译过程中会有氢键的形成与断裂,无磷酸二酯键的断裂,C错误;D.图示过程没有RNA的复制,D错误。故选A。
重点3 基因表达产物与性状的关系
知识点全覆盖
1.(1)酶的合成 代谢过程
①酪氨酸酶 黑色素 不能将酪氨酸转化为黑色素
②淀粉分支酶 淀粉含量 皱粒 淀粉分支酶 圆粒
(2)蛋白质的结构 缺失3个 CFTR蛋白结构
2.(1)基因的选择性表达
(2)①维持细胞基本生命活动所必需的 (3)调控
3.保持不变 基因表达和表型 甲基化修饰 遗传
4.(1)一一对应 ②多种性状 ③多个基因
(2)基因和环境 (3)基因与环境
考点突破
基础巩固
能力进阶
1
2
1
2
A
D
B
C
【综合突破】
1.D 【解析】 A.图中表示铁蛋白基因表达中的翻译过程,该翻译过程的方向是从左到右,A正确;B.从图可知携带甘氨酸的tRNA上的反密码子是3'CCA5',故其mRNA上的密码子为5'GGU3',B正确;C.Fe3+浓度低时,铁调节蛋白与铁应答元件结合干扰了核糖体与mRNA的结合,抑制了翻译的起始,C正确;D.Fe3+浓度高时,铁调节蛋白由于结合Fe3+而丧失与铁应答元件的结合能力,铁蛋白的表达量增加,储存细胞内多余的Fe3+,D错误。故选D。
2.C 【解析】 A.Ⅰ1、Ⅰ2正常,而Ⅱ1患病(女患者),可知,苯丙酮尿症的遗传方式为常染色体隐性遗传病,A正确;B.Ⅱ1用限制酶MspⅠ切割出来为23/23,说明致病基因(a)所在片段有两个MspⅠ位点,母亲19kb的片段含正常的基因(A),父亲两个23kb的片段一个含有正常基因,一个含有致病基因,根据图中MspⅠ酶切检测结果可知,Ⅱ2的19kb的片段含正常的基因(A)来自母亲,23kb的片段来自父亲,Ⅱ2的基因型为,表现正常,B正确;C.结合B项可知,根据图中MspⅠ酶切检测结果可知,Ⅱ3含有双亲遗传的23kb片段(含有致病基因),Ⅱ3的基因型为Aa或aa;用EcoR Ⅰ进行切割,Ⅱ1为17/11,说明a基因的两侧有3个酶切位点,得到的条带可以是17或11kb,A为17kb,进一步结合EcoR Ⅰ酶切检测结果可确认Ⅱ3(aa)的表型为患病,一定为隐性纯合子,C错误;D.生物体的性状由基因决定,但环境因素(如营养、温度等)可影响基因表达,导致表型差异,D正确。故选C。
3.(1)转录前 需要 转录、翻译 (2)27.5% (3)脱氧核糖核苷酸 RNA复制 碱基互补配对 RNA病毒蛋白与Dicer酶和AGO2蛋白竞争结合位点,分别阻止siRNA的产生和RISC的装配 属于 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
【解析】 (1)基因的选择性表达中,通过DNA选择性重排实现产生不同受体,这属于转录前调控。转录形成的mRNA通过核孔复合体从细胞核转运至细胞质的过程需要消耗能量;当细胞中缺乏氨基酸时,空载tRNA来抑制基因的表达过程,而表达包括转录和翻译,所以属于转录、翻译调控。
(2)已知过程①产生的mRNA链中鸟嘌呤(G)与尿嘧啶(U)之和占碱基总数的46%,该mRNA链中G占26%,则U占46%-26%=20%,其模板链中C占26%,A占20%,又因为模板链中G占19%,所以模板链中T占1-26%-19%-20%=35%,根据DNA双链中A与T配对,该mRNA对应的DNA区段中腺嘌呤(A)所占的碱基比例为(20%+35%)÷ 2=27.5%。
(3)①miRNA基因是具有遗传效应的DNA片段,其基本单位为脱氧核糖核苷酸,“RNAi免疫途径”中,过程④由单链RNA变为双链RNA,为RNA复制过程。RISC复合体中siRNA作为分子向导,可通过碱基互补配对原则,靶向结合病毒基因组;AGO2蛋白将病毒基因组RNA降解为核苷酸碎片说明有RNA(水解)酶的作用。为了加强病毒的侵染效率,病毒蛋白可以和dsRNA和siRNA相结合。由图分析,RNA病毒蛋白与Dicer酶和AGO2蛋白竞争结合位点,分别阻止siRNA的产生和RISC的装配,不能装配形成RISC复合体,抑制“RNAi免疫途径”。②表观遗传是指DNA序列不发生变化,但基因的表达却发生了可遗传的改变,即基因型未发生变化而表现型却发生了改变,RNA介导的基因沉默由RNA介导且可遗传,但未改变DNA序列,属于表观遗传。
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第七讲 遗传的物质基础
课标解读
考查内容
题型特点
难度分析
1.梳理遗传物质的探究实验,证明DNA是主要遗传物质,培养实验分析思维。
2.概述DNA双螺旋结构特点,理解碱基互补配对原则的意义,落实结构与功能观。
3.阐明DNA半保留复制的过程、条件与意义,理解其对遗传信息传递的保障作用。
4.明确基因的定义,理解DNA的多样性与特异性。
5.概述遗传信息的转录、翻译过程与中心法则,建立遗传信息传递逻辑。
6.阐明基因控制性状的两种路径,理解基因与性状的对应关系。
1.DNA是主要遗传物质的实验证据(肺炎链球菌转化实验、噬菌体侵染细菌实验)
2.DNA 的结构(双螺旋结构特点、碱基互补配对原则)
3.DNA 的复制(过程、条件、特点、意义)
4.基因的表达(转录、翻译过程及密码子、反密码子作用)
1.广东卷:结合 “荔枝基因测序” 考 DNA 复制过程,或考 “珠三角生物制药中蛋白质合成” 的转录(翻译)机制
2.共性:选择题考实验结论或碱基计算,非选择题结合流程图考遗传物质复制、表达过程
中偏难,需掌握实验逻辑与碱基计算,广东卷侧重本土生物科技案例与过程应用
1.实验证据:肺炎链球菌转化实验证明 “转化因子是 DNA”,噬菌体侵染实验证明 “DNA 是遗传物质”;
2.DNA结构:双螺旋,外侧磷酸+脱氧核糖,内侧碱基对(A-T、G-C);
3.DNA复制:半保留复制,需模板、原料(脱氧核苷酸)、酶(解旋酶、DNA 聚合酶)、能量,主要发生于间期;
4.基因表达:转录(DNA→RNA,细胞核),翻译(RNA→蛋白质,核糖体,密码子对应氨基酸)。
考点一 DNA是主要的遗传物质
重点1 肺炎链球菌的转化实验
1.肺炎链球菌的类型
2.格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
3.艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
1.比较肺炎链球菌体内和体外转化实验
项目
体内转化实验
体外转化实验
培养
细菌
小鼠体内培养
培养基培养
实验
原则
R型细菌与S型细菌的致病性对照
S型细菌体内各成分的相互对照
实验
结果
已经加热致死的S型细菌能使R型细菌转化为S型细菌
S型细菌的DNA能使R型细菌转化为S型细菌
实验
结论
已经加热致死的S型细菌体内含有某种“转化因子”
DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质
联系
①所用材料相同,都是肺炎链球菌;②体内转化实验是基础,仅说明加热致死的S型细菌体内含有某种“转化因子”,而体外转化实验则进一步说明“转化因子”就是DNA;③实验设计都遵循对照原则、单一变量原则
2.转化的实质
(1)加热致死的S型细菌,其蛋白质变性失活,DNA在加热过程中,双螺旋解开,氢键断裂,但缓慢冷却时,其结构可恢复。
(2)转化的实质是S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中,即实现了基因重组。
(3)一般情况下,转化率很低,形成的S型细菌很少,转化后形成的S型细菌可以遗传下去,快速繁殖形成大量的S型细菌,说明S型细菌的DNA是遗传物质。
(1)在肺炎链球菌体内转化实验中,使小鼠死亡的是S型细菌,不是S型细菌的DNA。
(2)在肺炎链球菌体内转化实验中,只有少数的R型细菌转化为S型细菌,并非全部的R型细菌都发生转化。
(3)艾弗里的实验证明了DNA是遗传物质,同时证明了蛋白质等不是遗传物质,而格里菲思的实验没有证明DNA是遗传物质。
(2024·甘肃)科学家发现染色体主要是由蛋白质和DNA组成。关于证明蛋白质和核酸哪一种是遗传物质的系列实验,下列叙述正确的是 ( )
A.肺炎链球菌体内转化实验中,加热致死的S型菌株的DNA分子在小鼠体内可使R型活菌的相对性状从无致病性转化为有致病性
B.肺炎链球菌体外转化实验中,利用自变量控制的“加法原理”,将“S型菌DNA+DNA酶”加入R型活菌的培养基中,结果证明DNA是转化因子
C.噬菌体侵染实验中,用放射性同位素分别标记了噬菌体的蛋白质外壳和DNA,发现其DNA进入宿主细胞后,利用自身原料和酶完成自我复制
D.烟草花叶病毒实验中,以病毒颗粒的RNA和蛋白质互为对照进行侵染,结果发现自变量RNA分子可使烟草出现花叶病斑性状
【答案】D
【解析】A.格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验未单独研究每种物质的作用,在艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验中,S型菌株的DNA分子可使R型活菌的相对性状从无致病性转化为有致病性,A错误;B.在肺炎链球菌的体外转化实验中,利用自变量控制中的“减法原理”设置对照实验,通过观察只有某种物质存在或只有某种物质不存在时,R型菌的转化情况,最终证明了DNA是遗传物质,例如“S型菌DNA+DNA酶”组除去了DNA,B错误;C.噬菌体为
DNA病毒,其DNA进入宿主细胞后,利用宿主细胞的原料和酶完成自我复制,C错误;D.烟草花叶病毒的遗传物质是RNA,以病毒颗粒的RNA和蛋白质互为对照进行侵染,结果发现RNA分子可使烟草出现花叶病斑性状,而蛋白质不能使烟草出现花叶病斑性状,D正确。故选D。
基础巩固
1.(2025·柳州一模)肺炎链球菌分为光滑型(S型)和粗糙型(R型)。在肺炎链球菌的转化实验中,格里菲思将R型活菌与加热致死的S型细菌混合后注入小鼠体内,几天后小鼠死亡,从小鼠体内分离出S型活菌,其后代也是S型细菌。下列叙述正确的是 ( )
A.R型细菌表面具有荚膜,菌体粗糙
B.S型细菌内蛋白质加热后变性,常温下恢复活性
C.从死亡小鼠体内能同时分离出R型细菌和S型细菌
D.证明了S型细菌DNA可促使R型菌转化为S型细菌
2.(2025·四川一模)艾弗里等人的肺炎链球菌转化实验是探索遗传物质的经典实验。结合下图中组一和组二的实验流程,下列叙述正确的是 ( )
A.组一的培养基甲上只有R型细菌的菌落
B.若加入的是DNA酶,则培养基乙上会出现S型细菌
C.组一、组二的提取物加入量并不影响转化结果
D.酶处理时间不宜太短,否则会影响实验结果
能力进阶
1.(2025·廊坊三模)某生物兴趣小组在探究“遗传物质的本质”时,尝试模拟经典实验。他们将S型肺炎链球菌的细胞提取物分为四组,分别用蛋白酶、RNA酶、酯酶和DNA酶处理,将处理后的提取物与R型菌混合培养。若仅有一组无法观察到光滑型菌落(S型细菌),下列对该组实验现象的分析,正确的是 ( )
A.蛋白酶破坏了提取物中的关键成分
B.RNA酶降解了提取物中的遗传信息载体
C.酯酶降解了细菌荚膜形成所需的脂质
D.DNA酶降解了将R型细菌转化为S型细菌的物质
2.(2025·白银三模)从牛胰腺中提取的DNA酶需要Mg2+或Mn2+激活才具备活性;柠檬酸钠能使Mg2+失去作用而不影响Mn2+。在S型细菌提取液中加入DNA酶时分别加入①Mg2+、②Mg2++柠檬酸钠、③Mn2+、④Mg2++柠檬酸钠,统计R型细菌转化为S型细菌的转化率(注:R型细菌和S型细菌为两种肺炎链球菌)。下列叙述正确的是( )
A.该实验的自变量是离子和细菌的种类
B.实验结果是转化率为①=③,②<④
C.高活性的DNA酶能够提高转化率
D.该实验可以检测DNA是否为转化因子
综合突破
1.(2025·河南三模)AR菌、AS菌是大肠杆菌的两种菌株类型、AR菌对氨苄青霉素(Amp)有抗性,AS菌对Amp无抗性。研究者将AS菌与灭活的AR菌混合后,接种于含Amp的固体培养基上,获得了少数菌落,仅接种AS菌的对照组培养基上没有菌落,不考虑突变。下列叙述错误的是 ( )
A.实验组培养基上,组成菌落的每个细菌都是由AS菌转化而来的
B.来自AR菌的含抗Amp基因的DNA片段使AS菌发生了转化
C.用经Ca2+处理的AS菌重复上述实验,菌落数可能会增多
D.经限制酶处理的AR菌细胞提取物仍有可能使AS菌发生转化
2.(2020·衡水模拟)为研究使肺炎链球菌发生转化的物质,某学习小组进行了肺炎链球菌体外转化实验,其基本过程如图所示。下列叙述错误的是 ( )
A.该实验的假设是“使肺炎链球菌发生转化的物质是蛋白质或DNA”
B.甲组实验作对照,培养皿中应当有两种菌落
C.该实验控制自变量用到了“加法原理”
D.若乙组培养皿中有两种菌落,丙组培养皿中有一种菌落,则说明使肺炎链球菌发生转化的物质是DNA
重点2 噬菌体侵染细菌的实验
1.噬菌体侵染细菌的实验
(1)实验材料:T2噬菌体(模式图如下)和大肠杆菌。
提醒:T2噬菌体的专一宿主为大肠杆菌。
(2)实验方法: 技术,用 、 分别标记T2噬菌体的蛋白质和DNA。
(3)实验过程(对比实验)
①实验中,保温的目的是使T2噬菌体侵染大肠杆菌;搅拌的目的是 ;
离心的目的是 。
②实验结果分析:噬菌体侵染细菌时, 进入细菌的细胞中,而 仍留在细胞外。子代噬菌体的各种性状,是通过亲代的 遗传的。
③结论: 才是噬菌体的遗传物质。
(4)噬菌体的增殖
过程
增殖需要
的条件
内容
合成T2
噬菌体
DNA
模板
的DNA
原料
提供的4种脱氧核苷酸
合成T2
噬菌体
蛋白质
原料
场所
(5)噬菌体侵染细菌实验的误差分析
①32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌
②35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌
1.比较肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验
项目
肺炎链球菌体
外转化实验
噬菌体侵染
细菌实验
设计
思路
运用“减法原理”,人为去除某个影响因素后,观察实验结果的变化
设法将DNA与蛋白质分开,单独、直接研究它们各自不同的功能
处理
方法
对细胞提取物分别进行不同的处理后,将细胞提取物加入R型细菌的培养基中进行转化实验
同位素标记法:分别用同位素35S、32P标记噬菌体的蛋白质和DNA
检测
方式
观察菌落类型
检测放射性同位素存在位置
结论
DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质
DNA才是噬菌体的遗传物质
“二看法”判断子代噬菌体标记情况
2.烟草花叶病毒感染烟草的实验
3.DNA是主要的遗传物质
生物类型
所含核酸
遗传物质
举例
细胞
生物
真核
生物
DNA和
RNA
动物、植物、真菌等
原核
生物
细菌、放线菌等
非
细胞
生物
DNA
病毒
仅DNA
乙肝病毒、T2噬菌体、天花病毒等
RNA
病毒
仅RNA
烟草花叶病毒、艾滋病病毒、SARS病毒等
探索“遗传物质”的3种方法
(2025·河南)在T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验中,子代噬菌体中的元素全部来自其宿主细胞的是 ( )
A.C B.S C.P D.N
【答案】B
【解析】T2噬菌体侵染大肠杆菌时,只有DNA进入大肠杆菌中并作为模板控制子代T2噬菌体的合成,而合成子代T2噬菌体所需的原料均由大肠杆菌提供,因此子代T2噬菌体外壳中元素全部来自大肠杆菌;但由于DNA复制为半保
留复制,因此子代噬菌体DNA中一些元素来自亲代噬菌体,一些来自大肠杆菌。已知蛋白质通常由C、H、O、N、S组成,DNA由C、H、O、N、P组成,综上分析,子代噬菌体中的元素全部来自其宿主细胞大肠杆菌的是S,B正确。故选B。
基础巩固
1.(2025·云南模拟)疟原虫是单细胞真核生物,感染人体后其细胞膜表蛋白能与红细胞细胞膜表蛋白发生特异性结合,从而吸附于红细胞表面后导致红细胞细胞膜内陷,最终侵入红细胞寄生并大量繁殖,红细胞破裂,子代疟原虫释放后进一步侵染其他红细胞,进而引发一系列症状导致疟疾。下列叙述正确的是 ( )
A.红细胞受到疟原虫感染后最终破裂死亡的过程属于细胞凋亡
B.疟原虫在红细胞内大量增殖时需要红细胞提供模板、酶和原料
C.疟原虫和T2噬菌体侵染宿主细胞都需先吸附,然后整体进入细胞
D.疟原虫侵入红细胞会吸食血红蛋白主要是为了获取氨基酸
2.(2025·肇庆一模)赫尔希和蔡斯用32P或35S标记T2噬菌体,并用其侵染未被标记的大肠杆菌。下列叙述正确的是 ( )
A.子代噬菌体中的S元素全部来自大肠杆菌
B.35S标记组,子代噬菌体可检测到放射性
C.搅拌不充分导致 35S标记组上清液放射性偏高
D.两组实验相互对照,证明了DNA是主要的遗传物质
能力进阶
1.(2025·吴忠二模)关于DNA是遗传物质的推测,历史上科学家们找到了很多直接或者间接证据,下列能说明DNA是遗传物质的直接证据的有 ( )
①同一种生物,在一定条件下,每个细胞核的DNA含量基本相同,而精子的DNA含量正好是体细胞的一半
②能改变DNA结构的化学物质一般会引起变异
③同一种生物的各种细胞中,DNA在量和质上都是恒定的;而RNA和蛋白质在质和量上不是恒定的
④赫尔希和蔡斯用同时被32P、35S标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌,检测上清液和沉淀物的放射性
⑤格里菲思用加热杀死的S型细菌把某些R型细菌转化为S型细菌
⑥艾弗里在S型细菌的细胞提取物中分别加入各类酶,再加入有R型活细菌的培养基中,最终把一部分R型细菌转化为S型细菌
A.⑥ B.④⑥
C.④⑤⑥ D.①②③④⑤⑥
2.(2024·郴州模拟)某实验小组模拟“T2噬菌体侵染大肠杆菌实验”。如图所示,在实验操作正确的情况下,下列相关叙述,正确的是 ( )
A.上清液和沉淀物放射性都很高
B.大部分子代T2噬菌体被32P标记
C.子代T2噬菌体均会被35S标记
D.实验前需用含32P的培养液培养T2噬菌体
综合突破
1.(2025·南通一模)赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染细菌实验,其中一组如下图所示,下列叙述正确的是 ( )
A.过程①保温时间的长短不会对实验结果产生影响
B.T2噬菌体的侵染实验通过步骤②实现噬菌体的蛋白质与DNA分离
C.过程③中分离出的子代噬菌体,大部分含31P,少部分含32P
D.该组实验不能根据放射性结果证明DNA是噬菌体的遗传物质
2.(2025·襄阳模拟)研究发现一些特定的大肠杆菌(菌M)DNA分子中存在一种特殊的DNA序列,由重复序列(◆)和间隔序列(□)交替排列组成,间隔序列中部分DNA片段来自噬菌体(如图1)。科学家用两种噬菌体(P1和P2)侵染野生型菌M后,研究菌M对噬菌体侵染的敏感性,结果如图2所示。下列有关说法错误的是 ( )
A.噬菌体P1、P2和菌M的遗传物质都是DNA,来自不同生物的DNA片段可以拼接在一起
B.实验室培养P1和P2需要先在培养基中培养菌M,然后接种P1和P2继续培养
C.可以将能够侵染菌M的各类噬菌体的DNA片段与重复序列交替排列,制备低敏感性工程菌
D.若间隔序列中某噬菌体的DNA片段越多,则菌M对该噬菌体的敏感性越低
考点二 DNA分子的结构与基因本质
1.DNA双螺旋结构模型的构建
(1)构建者: 。
(2)构建过程
2.DNA分子的结构层次
DNA双螺旋结构常考热点解读
(1)
(2)
(3)
(4)
上图为DNA双螺旋结构的简化形式,其中①是磷酸二酯键,③是氢键。
(5)
3.DNA分子的特性
(1)稳定性:磷酸和脱氧核糖交替连接,排列在外侧,构成基本骨架,两条链互补的碱基之间通过 相连。
(2) 性:遗传信息蕴藏在 之中。碱基排列顺序千变万化,如某DNA分子中有n个碱基对,则排列顺序有 种(其中n代表碱基对数)。
(3) 性:每种DNA分子都有 。
(4) 是生物体多样性和特异性的物质基础。
4.DNA中碱基数量的计算规律
(1)碱基互补配对原则:A与T配对,G与C配对,图示如下:
(2)有关推论
提醒:(1)DNA在DNA酶作用下能够水解生成4种脱氧核苷酸;脱氧核苷酸彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。(2)不是所有的脱氧核糖都连接着2个磷酸基团,DNA的2条链各有一个3'端的脱氧核糖连接着一个磷酸基团。
5.基因的本质
基因通常是有 。有些病毒的遗传物质是RNA,对于这些病毒而言,基因就是 。
6.基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸的关系
真、原核细胞基因的结构
(2024·广西)研究发现真核生物基因组DNA普遍存在5甲基胞嘧啶和N6甲基腺嘌呤,分别被称为DNA的第5、6个碱基。关于这两个碱基的说法,正确的是 ( )
A.均含有N元素
B.均含有脱氧核糖
C.都排列在DNA骨架的外侧
D.都不参与碱基互补配对
【答案】A
【解析】A.真核生物基因组DNA普遍存在5甲基胞嘧啶和N6甲基腺嘌呤,分别被称为DNA的第5、6个碱基,故DNA的第5、6个碱基均含有N元素,A正确;B.DNA存在5甲基胞嘧啶和N6甲基腺嘌呤,两者不含脱氧核糖,B错误;C.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,C错误;D.DNA双链存在A—T、G—C配对关系,5甲基胞嘧啶和N6甲基腺嘌呤参与碱基互补配对,D错误。故选A。
基础巩固
1.(2025·贵阳模拟)科学家探索利用DNA分子替代传统硅基芯片储存数据,将数据写入DNA分子,该项技术借助了DNA分子结构实现数据储存。下列关于DNA分子的叙述错误的是 ( )
A.碱基排列顺序的千变万化可使DNA分子储存大量信息
B.磷酸和脱氧核糖交替连接形成了DNA分子的基本骨架
C.DNA分子一条单链有两个末端,含有羟基一端称为5'端
D.DNA分子稳定的双螺旋结构可实现数据的长期保存
2.(2025·广州三模)下列关于遗传物质DNA经典实验的叙述,正确的是 ( )
A.格里菲思通过肺炎链球菌感染小鼠的实验,推测S型细菌的DNA使R型细菌发生转化
B.肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验均采用了能区分DNA和蛋白质的技术
C.摩尔根依据果蝇杂交实验结果首次推理出基因位于染色体上
D.沃森和克里克通过双螺旋模型阐明了DNA分子的半保留复制方式
能力进阶
1.(2025·衡水一模)全国多地呼吸道感染高发,如表为诱发呼吸道感染“毒株”的有关信息,下列分析正确的是 ( )
病原体
遗传物质
人偏肺病毒
RNA
肺炎支原体
DNA
人腺病毒
DNA
A.抑制细胞壁合成的药物对支原体肺炎有效,对新冠病毒引起的肺炎无效
B.肺炎支原体与人腺病毒的组成成分只含DNA和蛋白质
C.支原体的遗传物质中嘌呤数一定等于嘧啶数,而病毒的遗传物质不一定
D.以上“毒株”引起的呼吸道疾病可以用抗生素进行治疗
2.(2025·南宁模拟)核苷酸的排列方式叫作序列,在高度重复序列中存在重复序列单元的“核心序列”,如果把“核心序列”串联起来作为分子探针,与不同个体的DNA进行分子杂交,就会呈现出各自特有的杂交图谱,称“DNA指纹”。提取某小孩和其父母的DNA,进行DNA指纹鉴定,部分结果如图所示。下列相关叙述错误的是 ( )
A.不同的个体DNA指纹图谱具有特异性
B.DNA指纹区带的遗传遵循孟德尔遗传定律
C.同一个体不同组织的细胞的DNA指纹图谱完全一致
D.检测时需要用特定的限制酶对长链的DNA进行切割
综合突破
(2025·河南模拟)DNA折纸术借助DNA分子的独特性质与碱基互补配对规则,把一条长的DNA单链(脚手架链)特定区域折叠,并用短链(订书钉链)固定,形成预期结构,如图中的发夹结构。下列叙述错误的是 ( )
A.图中发夹结构的形成过程涉及磷酸二酯键的断裂与重新形成
B.在发夹结构的双链互补区域中,a链和b链的(G+C)含量相等
C.改变订书钉链的碱基序列,可能得到不同形状的DNA折纸结构
D.高温可能破坏该发夹结构,因为高温会使碱基对之间的氢键断裂
考点三 DNA的复制
1.DNA分子的复制
(1)方式推测
沃森和克里克提出假说:DNA分子复制方式为 。
(2)实验证据
①实验者:美国生物学家 和 。
②实验方法: 和 技术。
③实验原理:含15N的双链DNA密度大,含14N的双链DNA密度小,一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度居中。
④实验假设: 。
⑤实验预期结果:离心后应出现3条DNA带。重带(密度最大):两条链都被15N标记的亲代双链DNA;中带(密度居中):一条链含14N,另一条链含15N的子代双链DNA;轻带(密度最小):两条链都含14N的子代双链DNA。
⑥实验过程
⑦过程分析:立即取出,提取DNA→离心→ 。繁殖一代后取出,提取DNA→离心→ 。繁殖两代后取出,提取DNA→离心→ 。
⑧实验结论: 。
(3)复制过程
①概念:以 为模板合成 的过程。
②时间: 。
③图解
(4)过程特点: 。
(5)复制中形成的化学键(或作用力): 。
(6)方式: 。
(7)结果:形成两个完全相同的DNA分子。
(8)意义:将 从亲代细胞传递给子代细胞,从而保持了 的连续性。
(9)准确复制的原因: ,为复制提供了精确的模板;通过 ,保证了复制能够准确地进行。
注:特殊情况下,在外界因素和生物内部因素的作用下,可能造成DNA分子复制时碱基配对发生差错,引发基因突变。
2.基因的概念
(1)基因通常是有 的DNA片段。
(2)对RNA病毒,基因就是有遗传效应的 片段。
(3)基因能够储存、传递和表达遗传信息,4种碱基的排列顺序蕴藏着遗传信息。
1.DNA复制相关计算的分析
(1)将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养液中培养,连续复制n次,则:
①子代DNA共2n个
②脱氧核苷酸链
共条
(2)DNA分子复制过程中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次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·(2n-1)。
②第n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·2n-1。
【注意】DNA复制相关计算的3个易错点
(1)“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别,前者包括所有的复制,但后者只包括最后一次复制。(2)碱基的数目单位是“对”还是“个”。(3)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。
2.染色体中的DNA分子半保留复制图像及解读
3.脱氧核苷酸、基因、DNA和染色体的关系
【拓展1】
1.对于真核细胞(遗传物质为DNA)来说,染色体是基因的主要载体;线粒体和叶绿体也是基因的载体。
2.遗传效应一般是指基因能够转录成mRNA,进而翻译成蛋白质,能够控制一定的性状。
3.DNA分子中还存在着不具有遗传效应的片段,在真核细胞中这部分片段所占比例很大,但这些片段不是基因。
4.基因通常是指具有遗传效应的DNA片段,而RNA病毒的基因是指具有遗传效应的RNA片段。
【拓展2】
1.DNA的复制需要引物:DNA聚合酶不能从头合成DNA,而只能从已存在的DNA链的3'端延长,因此DNA复制需要引物(在细胞中是一段与模板DNA互补配对的短链RNA,PCR中的引物是DNA)。
2.半不连续复制
(1)据图可知,连续复制链(前导链)延伸方向与解旋方向 ,不连续复制链(后随链)延伸方向与解旋方向 。
(2)后随链合成过程中,先合成的小片段的引物被切除,切除引物留下的空隙由后合成的相邻片段继续延长来补充。各个片段由 酶将其连成一条完整的DNA子链。
(3)切除引物后,子链会比母链短一截(如图中连续复制链),这就是端粒DNA在每次细胞分裂后缩短的原因,可由端粒酶延长。
3.双向复制:绝大多数DNA采取双向复制,少数DNA单向复制
4.真核生物染色体DNA的复制特点
5.几种环状DNA的复制:θ复制、D环复制、滚环复制。
(1) θ复制:如大肠杆菌DNA复制,特点是 起点 向复制。
(2)D环复制:如线粒体或叶绿体DNA复制,特点是两条链复制 (填“同步”或“不同步”)。
(3)滚环复制:如某些噬菌体单链DNA、环状质粒的复制。
【拓展3】
1.有丝分裂中染色体标记情况分析
过程
图解
复制一次(母链标记,培养液不含标记同位素):
转至不含放射性培养液中再培养一个细胞周期:
规律
总结
若只复制一次,产生的子染色体全部带有标记;若复制两次,产生的子染色体只有一半带有标记
2.减数分裂中染色体标记情况分析
过程
图解
减数分裂一般选取一对同源染色体为研究对象,如图(母链标记,培养液不含标记同位素):
规律
总结
由于减数分裂没有细胞周期,DNA只复制一次,因此产生的子染色体都带有标记
(2025·北京)1958年,Meselson和Stahl通过15N标记DNA的实验,证明了DNA的半保留复制。关于这一经典实验的叙述正确的是 ( )
A.因为15N有放射性,所以能够区分DNA的母链和子链
B.得到的DNA带的位置有三个,证明了DNA的半保留复制
C.将DNA变成单链后再进行离心也能得到相同的实验结果
D.选择大肠杆菌作为实验材料是因为它有环状质粒DNA
【答案】B
【解析】A.15N没有放射性,它是14N的稳定同位素,A错误。B.在15N标记 DNA 的实验中,得到的 DNA 带的位置有轻带(两条链都含14N)、中带(一条链含14N,一条链含15N)、重带(两条链都含15N)三个。根据不同代 DNA 在离心后出现的这些带的位置和比例,证明了 DNA 的半保留复制,B正确。C.若将DNA解旋为单链后离心,无论是全保留复制还是半保留复制,都是只有两条条带,不能证明DNA的半保留复制,C错误。D.选择大肠杆菌作为实验材料是因为大肠杆菌繁殖快,容易培养,能在短时间内获得大量的子代,便于观察实验结果,而不是因为它有环状质粒DNA,D错误。故选B。
基础巩固
1.(2025·肇庆一模)1958年,M.Meselson和F.Stahl通过15N标记DNA的实验,证明了DNA的半保留复制。下列关于这一经典实验的叙述正确的是 ( )
A.用32P或35S替代15N标记DNA可以获得同样的实验结果
B.可以选择烟草花叶病毒替代大肠杆菌获得同样的实验结果
C.将DNA变成单链后再进行离心也能得到相同的实验结果
D.实验过程中可得到只含14N的DNA带或只含15N的DNA带
2.(2025·晋中模拟)为了证明DNA是半保留复制,科学家以大肠杆菌为实验材料,进行了图1所示实验。提取子二代DNA进行离心,若DNA是半保留复制,则应该出现的结果是图2中的 ( )
A.① B.② C.③ D.④
能力进阶
1.(2025·宁河模拟)下图为某真核生物细胞核DNA复制的示意图。下列有关叙述正确的是 ( )
A.图中酶1与酶2的移动方向一致,与酶3的移动方向相反
B.图中的酶包括解旋酶、DNA聚合酶以及RNA聚合酶
C.复制完成后,子链③和④会形成一个完整的子代DNA分子
D.复制形成的两个DNA分子会随同源染色体的分离而分开
2.(2025·广州三模)科学技术和科学方法推动了生物学的研究与发展,下列叙述正确的是 ( )
A.沃森和克里克构建的DNA分子双螺旋结构模型属于物理模型
B.DNA半保留复制的实验探究中利用了15N标记的放射性同位素
C.艾弗里实验中向细胞提取物中加入不同的酶利用了“加法原理”
D.萨顿提出“基因位于染色体上”这一结论运用了假说—演绎法
综合突破
1.(2025·丹东模拟)细胞在含有3H脱氧核苷培养液中培养,3H脱氧核苷掺入新合成的DNA链中,经特殊方法显色,可观察到双链都掺入3H脱氧核苷的DNA区段显深色,仅单链掺入的显浅色,未掺入的不显色。现将某男子的精原干细胞进行掺入培养,下图为DNA复制时局部示意图。不考虑变异,下列说法正确的是 ( )
A.第一次复制时,图示①②③一定是无色、浅色、浅色
B.第二次复制时,图示①②③一定是浅色、深色、深色
C.第三次复制时,图示①②③片段中A+T/C+G的值一定相同
D.可观察到在一个正在复制的细胞内有23个核DNA分子,且它们的显色情况相同
2.(2025·四川一模)研究人员将DNA均被32P标记的果蝇(2n=8)的精原细胞置于不含32P的培养液中培养,结果发现其中一个精原细胞经历一次有丝分裂后形成两个细胞,这两个细胞中的一个再次经历一次有丝分裂,另一个进入减数分裂,此两细胞分裂过程中产生了甲、乙、丙三个细胞,这些细胞的染色体和染色单体情况如图所示。在不考虑其他变异的情况下,下列叙述错误的是 ( )
A.该精原细胞已经历了 2 次 DNA 复制和 1 次着丝粒分裂
B.甲细胞的纺锤丝牵引着染色体运动且着丝粒在赤道板上
C.形成丙细胞的过程发生了四分体的非姐妹染色单体互换
D.分裂结束后,3 个细胞最多可形成 2 个不含32P的子细胞
考点四 基因的表达、基因与性状的关系
重点1 遗传信息的转录和翻译
1.RNA的结构与功能
2.RNA与DNA的区别
物质组成
结构特点
五碳糖
特有碱基
DNA
一般是
RNA
通常是
3.遗传信息的转录
(1)概念:RNA是在细胞核中,通过 ,这一过程叫作转录。
(2)场所:主要是 ,在 、 中也能发生。
(3)过程(以mRNA为例)
提醒:①遗传信息的转录过程也有DNA的解旋过程,该过程不需要解旋酶参与。②一个基因转录时以基因的一条链为模板,一个DNA分子上的不同基因的模板链不一定相同。
(4)产物: 等。
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 的过程。
(2)场所或装配机器: 。
(3)过程
(4)产物:多肽蛋白质。
1.遗传信息、密码子和反密码子及其与氨基酸的关系
(1)tRNA的结构和功能
①结构:如图为tRNA的三叶草结构。图中1为结合氨基酸的部位,2为碱基配对,可形成氢键,3为反密码子。
②功能:识别密码子,运输特定的氨基酸。
(2)界定遗传信息、密码子(遗传密码)、反密码子
(3)氨基酸、密码子和反密码子的对应关系
①每种氨基酸对应一种或几种密码子(密码子的简并性),可由一种或几种tRNA转运。
②一种密码子只能决定0种或一种氨基酸,一种tRNA只能转运一种氨基酸。
③终止密码子有3种:UAA、UAG、UGA。正常情况下终止密码子不编码氨基酸,仅作为翻译终止的信号。终止密码子UGA在特殊情况下,可以编码硒代半胱氨酸。
④在原核生物中,GUG作为起始密码子时编码甲硫氨酸。
2.翻译过程的模型分析
(1)图甲模型分析
①Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别为tRNA、核糖体、mRNA、肽链。
②一个核糖体与mRNA的结合部位会形成2个tRNA结合位点。
③翻译起点:起始密码子编码的是甲硫氨酸。
④翻译终点:识别到终止密码子(不决定氨基酸)时翻译停止。
⑤翻译进程:核糖体沿着mRNA移动,mRNA不移动。
(2)图乙模型分析
图乙表示真核细胞的翻译过程,其中①是mRNA,⑥是核糖体,②③④⑤表示正在合成的4条肽链,具体分析如下:
a.数量关系:一个mRNA可同时结合多个核糖体,同时进行多条肽链的合成。
b.意义:少量的mRNA分子可以迅速合成大量的蛋白质。
c.方向:核糖体的移动方向为从右向左,判断依据是肽链的长短,长的翻译在前。
d.结果:合成的仅是肽链,要形成蛋白质往往还需要运送至内质网、高尔基体等结构中进一步加工。
e.形成的多条肽链的氨基酸序列相同的原因:有相同的模板mRNA。
(3)图丙模型分析
图丙表示原核细胞的转录和翻译过程,图中①是DNA模板链,②③④⑤表示正在合成的4条mRNA,在核糖体上同时进行翻译过程。
3.DNA复制、转录和翻译的比较
1.用“两看法”判断真核生物和原核生物基因表达过程图
2.基因表达中的相关数量关系
实际基因表达过程中的数量关系不符合6∶3∶1的原因:①基因中的内含子转录后被剪切。②在基因片段中,有的片段(如非编码区)起调控作用,不参与转录。③转录出的mRNA中有终止密码子,正常情况下,终止密码子不编码氨基酸。④mRNA中的起始密码子可能不在开头。⑤合成的肽链在加工过程中可能会被剪切掉部分氨基酸。
(1)转录的产物不只是mRNA,还有tRNA、rRNA,但只有mRNA携带遗传信息,3种RNA都参与翻译过程,只是作用不同。
(2)转录过程中的碱基配对方式是A—U、T—A、G—C、C—G。
(2025·云南)RNA干扰原理是指mRNA形成局部互补结构后阻断mRNA翻译。X菌是兼性厌氧菌,能杀伤正常细胞和处于缺氧微环境的肿瘤细胞。我国科学家基于RNA干扰原理改造X菌获得Y菌时,将厌氧启动子PT置于X菌生存必需基因asd上游,启动基因asd转录,PT启动转录效率与氧浓度成反比;同时将好氧启动子PA置于基因asd下游,启动互补链转录,PA启动转录效率与氧浓度成正比。下列说法正确的是 ( )
A.Y菌存在asd基因DNA双链同时启动转录的状态
B.PT和PA分别启动转录得到的mRNA相同
C.PA的作用是防止有氧环境下Y菌死亡
D.改造X菌目的是增强无氧环境下杀伤肿瘤细胞的能力
【答案】A
【解析】A.因为将厌氧启动子PT置于X菌生存必需基因asd上游启动基因asd转录,将好氧启动子PA置于基因asd下游启动互补链转录,在一定的氧浓度条件下,有可能同时满足PT和PA的启动条件,从而存在asd基因DNA双链同时启动转录的状态,A正确; B.PT启动的是基因asd转录,PA启动的是基因asd互补链转录,所以PT和PA分别启动转录得到的mRNA是互补的,不相同,B错误;C.好氧环境中,PA转录效率高(与氧浓度成正比),产生的mRNA会与PT转录的mRNA互补形成双链,通过RNA干扰抑制asd基因表达。而asd是生存必需基因,其表达受抑制会导致Y菌死亡。因此,PA的作用是促进有氧环境下Y菌死亡,而非防止,C错误;D.改造X菌的目的是让Y菌无氧环境中,PT高效转录asd基因(Y菌存活),PA低效转录(无干扰),Y菌可杀伤肿瘤细胞;有氧环境中,PA高效转录引发干扰(Y菌死亡),减少对正常细胞的损伤。改造目的是提高靶向性,而非单纯增强无氧环境下的杀伤能力,D错误。故选A。
基础巩固
1.(2025·雅安模拟)RNA编辑是指转录形成的初始RNA在特定酶的作用下发生碱基的增添、缺失或替换,成为成熟RNA的过程。APOB基因广泛存在于哺乳动物的组织细胞中,在肝细胞中表达出含4 536个氨基酸的蛋白质,但在肠细胞中表达的蛋白质仅含有2 152个氨基酸,这种现象与RNA编辑密切相关。下列分析错误的是 ( )
A.依据RNA编辑后合成的蛋白质的氨基酸排列顺序不能推导原基因的碱基排列顺序
B.推测RNA编辑可修正某些DNA转录过程中产生的错误,维持细胞功能的稳定性
C.APOB基因在肠细胞中表达的蛋白质氨基酸数量减少,可能是RNA编辑导致终止密码子提前出现
D.肝细胞和肠细胞中APOB基因的遗传信息因RNA编辑而不同
2.(2025·海淀二模)下图所示的基因编码区序列,编码的氨基酸序列为:甲硫氨酸-组氨酸-脯氨酸-赖氨酸……。下列叙述错误的是 ( )
A.甲链是转录的模板链,其左侧是3'端,右侧是5'端
B.6号碱基对由A/T替换为G/C后,合成的肽链不变
C.5号和6号碱基对之间插入G/C,合成的肽链变短
D.甲链和乙链上均有终止密码子,可使转录终止
能力进阶
1.(2025·大理一模)如图为真核细胞分泌蛋白(丙)的合成与加工过程,甲、乙为单链核酸。下列叙述错误是 ( )
A.a过程发生在核糖体上,需要多种RNA的作用
B.a过程RNA聚合酶读取到甲和乙上的终止密码子时停止转录
C.b过程需要内质网和高尔基体的参与
D.b过程中氨基酸之间能够形成氢键
2.(2025·湖南月考)真核细胞中的多数基因经转录会产生前体mRNA,前体mRNA中由内含子转录的RNA片段会被剪接体SnRNA切除并快速水解,由外显子转录的RNA片段会相互连接形成成熟mRNA。下图表示拟南芥F基因的转录及加工获得Fγ mRNA和Fβ mRNA的过程,其中Fγ 、Fβ表示蛋白质。当Fβ含量过多时,拟南芥响应高温开花的时间延后。下列相关推测错误的是 ( )
A.在低温条件下,Fβ表达水平较低,从而抑制拟南芥开花
B.F基因指导合成Fγ的过程中,存在磷酸二酯键的断裂和形成以及碱基互补配对
C.剪接体SnRNA能特异性识别前体mRNA序列,剪切内含子转录的RNA片段
D.拟南芥开花时间受环境和mRNA剪接形式的影响
综合突破
1.(2025·黑龙江月考)如图为生物体内遗传信息传递过程示意图,其中序号表示过程,虚线箭头表示少数生物的遗传信息流向。下列叙述错误的是 ( )
A.过程①可发生于细胞分裂前的间期,能保证亲子代DNA的连续性
B.HIV侵入人体的辅助性T细胞后遗传信息流向为④→①→②→③
C.抗菌药物利福平能抑制RNA聚合酶活性,故其可作用于过程②抑制细菌增殖
D.烟草花叶病毒感染烟草时,过程⑤所需的RNA复制酶来自烟草细胞的过程②③
2.(2025·承德期中)如图为在原核细胞拟核中进行的生理过程,a代表核糖体,下列分析正确的是 ( )
A.酶B 和酶C 属于同一种酶,催化 DNA解旋
B.DNA 复制或转录过程中游离的核苷酸与子链的5'端结合
C.图中3个核糖体最终合成的多肽链长度相同
D.图中两个酶A 在核苷酸链上移动的方向相同
重点2 中心法则的提出及其发展
1.提出者: 。
2.中心法则包括五个过程:① ;② ;③ ;④ ;⑤ ,每一个过程都需要模板、原料、酶、能量,也都遵循 。
3.在遗传信息的流动过程中,DNA、RNA是信息的 ,蛋白质是信息的 ,而 为信息的流动提供能量,可见,生命是 、能量和 的统一体。
4.归纳不同类型生物遗传信息的传递
生物
种类
举例
遗传信息的传递过程
DNA
病毒
T2噬菌体
RNA
病毒
烟草花
叶病毒
艾滋病
病毒
(逆转录
病毒)
细胞
生物
动物、植
物、细菌、
真菌等
提醒:病毒的遗传信息的传递过程发生在宿主细胞中。
5.中心法则与基因表达关系
遗传信息是基因中脱氧核苷酸的排列顺序,通过转录,使遗传信息传递到mRNA的核糖核苷酸的排列顺序上。mRNA直接控制蛋白质分子中氨基酸的排列顺序,反密码子则起到翻译的作用。
1.“三看法”判断中心法则各过程(都遵循碱基互补配对原则)
(2022·河北)关于中心法则相关酶的叙述,错误的是 ( )
A.RNA聚合酶和逆转录酶催化反应时均遵循碱基互补配对原则且形成氢键
B.DNA聚合酶、RNA聚合酶和逆转录酶均由核酸编码并在核糖体上合成
C.在解旋酶协助下,RNA聚合酶以单链DNA为模板转录合成多种RNA
D.DNA聚合酶和RNA聚合酶均可在体外发挥催化作用
【答案】C
【解析】A.RNA聚合酶催化DNA→RNA的转录过程,逆转录酶催化RNA→DNA的逆转录过程,两个过程中均遵循碱基互补配对原则,且存在DNA-RNA之间的氢键形成,A正确;B.DNA聚合酶、RNA聚合酶和逆转录酶的本质都是蛋白质,蛋白质是由核酸控制合成的,其合成场所是核糖体,B正确;C.以单链DNA为模板转录合成多种RNA是转录过程,该过程不需要解旋酶,C错误;D.酶的作用机理是降低化学反应的活化能,从而起催化作用,在适宜条件下,酶在体内外均可发挥作用,如体外扩增DNA分子的PCR技术中可用到耐高温的DNA聚合酶,D正确。故选C。
基础巩固
1.(2025·广安模拟)人轮状病毒是一种双链RNA病毒,主要感染小肠上皮细胞,可使机体出现呕吐、腹泻等症状导致脱水,其遗传信息的传递途径如图所示。以下相关叙述正确的是 ( )
A.人轮状病毒的基因是有遗传效应的RNA片段
B.入侵的轮状病毒利用人体细胞的R酶、核糖体、ATP等复制子代病毒
C.过程①合成mRNA,属于基因表达的转录过程
D.过程①消耗的嘌呤数和过程③消耗的嘌呤数相等
2.(2024·广安一模)图甲表示真核细胞DNA复制的部分过程,其中一条链具有“不连续合成”的特点。图乙表示真核生物基因的遗传信息从DNA转移到RNA上之后,对有效遗传信息进行“剪断”与重新“拼接”的过程。下列叙述正确的是 ( )
A.图甲中两条子链的合成方向都是由5'端延伸到3'端
B.由图乙中正常mRNA逆转录形成的cDNA与S基因相同
C.图乙过程①有DNA聚合酶的参与,②中有磷酸二酯键的断裂和形成
D.图乙过程③表示在核糖体上进行的翻译过程,该过程需要两类RNA的参与
能力进阶
1.(2025·广州三模)研究表明:tau蛋白在神经细胞中异常聚合,严重影响神经细胞功能,结合中心法则示意图,对tau蛋白的相关分析错误的是 ( )
A.tau蛋白的合成与细胞质中的②、③过程密切相关
B.神经细胞中一般不会发生①、④、⑤过程
C.③过程中一个mRNA分子上可相继结合多个核糖体
D.tau蛋白具有一定空间结构的原因之一是氨基酸之间能形成氢键
2.(2025·南通模拟)下图为乙肝病毒侵染人体肝细胞后的增殖过程。相关叙述错误的是 ( )
A.过程①是人感染乙肝病毒后难以根除的主要原因
B.过程②需要的原料是4种核糖核苷酸
C.过程③需要逆转录酶催化,过程④需要多种RNA参与
D.治疗时,通过药物抑制过程④比抑制过程③的副作用小
综合突破
1.(2025·菏泽二模)端粒是染色体两端一段特殊序列的DNA蛋白质复合体,端粒DNA序列随细胞分裂次数增加而缩短,当短到一定程度时,端粒内侧的正常基因会受到损伤。端粒酶以其携带的RNA为模板(含短重复序列5'UAACCC3')使端粒DNA序列延伸,作用机理如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.端粒酶向左移动完成G链的延伸为逆转录过程
B.端粒酶延伸端粒DNA的短重复序列为5'GGGTTA3'
C.以延伸的G链为模板形成C链需要端粒酶的催化
D.支原体的端粒DNA序列会随复制次数增加逐渐缩短
2.(2025·安徽一模)防御相关逆转录酶(DRT)系统在细菌抵抗噬菌体侵染方面发挥着重要作用,科研人员最新解析了肺炎克雷伯菌的DRT2系统抵御T5噬菌体侵染的机制如图所示。下列叙述正确的是 ( )
A.该研究表明细菌能以RNA为模板创造自身不含有的基因
B.抑制细菌生长影响了噬菌体从细菌中获取相应的氨基酸、核酸、能量等
C.①、②过程都有氢键、磷酸二酯键的形成与断裂
D.图示过程包括了中心法则的所有内容
重点3 基因表达产物与性状的关系
1.基因表达产物与性状的关系
(1)间接途径:基因 生物体的性状。
①白化病致病机理图解
②豌豆的圆粒和皱粒的形成机理图解
(2)直接途径:基因通过控制 直接控制生物体的性状。
2.基因的选择性表达与细胞分化
(1)细胞分化的本质: 。
(2)表达的基因的类型
①在所有细胞中都能表达的基因,指导合成的蛋白质是 ,如核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因等。
②只在某类细胞中特异性表达的基因,如卵清蛋白基因、胰岛素基因等。
(3)基因的选择性表达与基因表达的 有关。
3.表观遗传
提醒:(1)表观遗传不遵循孟德尔遗传规律。(2)表观遗传可以通过有丝分裂和减数分裂传递被修饰的基因。(3)表观遗传一般是影响基因的转录过程,进而影响蛋白质的合成。
4.基因与性状的关系
(1)基因与性状的数量对应关系:在大多数情况下,基因与性状的关系并不都是简单的 的关系。
①一对基因控制一种性状。
②一个基因影响 。
③ 控制一种性状,如人的身高。
(2)生物的性状是 共同作用的结果。基因型相同,表型可能不同,如同一水毛茛,裸露在空气中的叶和浸在水中的叶,表现出了两种不同的形态;基因型不同,表型也可能相同,如基因型为DD和Dd的豌豆均表现为高茎。
(3)基因与基因、基因与基因表达产物、 之间存在着复杂的相互作用,这种相互作用形成一个错综复杂的网络,精细地调控着生物体的性状。
基因与性状的联系
(2025·江苏)甲基化读取蛋白Y识别甲基化修饰的mRNA,引起基因表达效应改变,如图所示。下列相关叙述正确的是 ( )
A.甲基化通过抑制转录过程调控基因表达
B.图中甲基化的碱基位于脱氧核糖核苷酸链上
C.蛋白Y可结合甲基化的mRNA并抑制表达
D.若图中DNA的碱基甲基化也可引起表观遗传效应
【答案】D
【解析】A.观察可知,甲基化是发生在 mRNA 上,不是抑制转录过程,而是影响 mRNA 的翻译或稳定性来调控基因表达,A 错误;B.由图可知甲基化发生在 mRNA 上,mRNA 是核糖核苷酸链,不是脱氧核糖核苷酸链,B 错误;C.从图中可以看出甲基化的 mRNA 会降解,而蛋白
Y与甲基化的 mRNA结合后可以表达,说明蛋白Y结合甲基化的mRNA并促进表达,C 错误;D.表观遗传可以由某些碱基的甲基化或蛋白质乙酰化引起,图中DNA的碱基甲基化也可引起表观遗传效应,D 正确。故选D。
基础巩固
1.(2025·资阳一模)生物的性别决定与多种因素有关。海龟的性别由性别决定基因决定,且这些基因受去甲基化酶基因Kdm6b表达产物的调控。去甲基化酶基因Kdm6b表达过程在性腺分化前受温度影响,低温时该基因活跃,导致胚胎发育成雄性;而高温条件下Kdm6b基因几乎不表达,使得胚胎发育成雌性。下列叙述错误的是 ( )
A.Kdm6b调控海龟性别体现了基因通过控制蛋白质结构直接控制生物体性状
B.海龟可通过DNA序列以外的方式影响性别
C.甲基化可能会关闭某些基因的活性,进行去甲基化处理利于某些基因表达
D.温度的高低影响海龟性别属于表观遗传调控
2.(2025·广州一模)利用甲基化读取蛋白Y,可识别并翻译甲基化修饰的mRNA,引起基因表达效应改变,如图所示,下列叙述正确的是 ( )
A.甲基化改变了mRNA上核苷酸的排列顺序
B.图中mRNA甲基化的原因是DNA模板链发生了甲基化
C.蛋白Y是构成核糖体的重要组成部分
D.RNA、DNA的碱基甲基化均可引起表观遗传效应
能力进阶
1.(2025·大理一模)某种XY型性别决定的二倍体动物,控制其毛色的等位基因G、g只位于X染色体上,仅G表达时为黑色,仅g表达时为灰色,二者均不表达时为白色。受甲基化的影响,G、g来自父本时才表达,来自母本时不表达。某研究小组利用杂合灰毛雌性个体M与白毛雄性个体N杂交,F1中灰毛∶白毛=1∶1。下列相关叙述错误的是 ( )
A.基因G、g的遗传遵循基因的分离定律
B.该动物种群的白色个体中既有雄性又有雌性
C.M和N的基因型分别是XGXg、XgY
D.M和N细胞中g基因表达情况不同但g基因的碱基序列未改变
2.(2025·赤峰一模)为消除亲本基因由环境变化引起的遗传修饰被遗传给后代,卵细胞和精子在发育过程中会经历大量的重编辑。但某些基因的遗传修饰可以通过基因印记的方式传递给子代,导致这些基因在子代中不能表达。下图是利用不同性状的两种小鼠进行正反交的结果,下列说法正确的是 ( )
A.控制小鼠尾型的基因中,F1的E基因有来自父本的基因印记
B.基因印记导致基因的碱基序列发生改变从而影响生物的性状
C.让反交亲本中的黑色短尾与ddee杂交,后代全是黑色正常尾
D.让正交亲本中的黑色短尾与ddee杂交,后代黑色正常尾∶黑色短尾为1∶1
综合突破
1.(2025·湖南一模)铁蛋白是细胞内储存多余Fe3+的蛋白,铁蛋白合成的调节与游离的Fe3+、铁调节蛋白、铁应答元件有关。铁应答元件是位于铁蛋白mRNA起始密码子上游的特异性序列,能与铁调节蛋白发生特异性结合,阻遏铁蛋白的合成。据图分析下列叙述错误的是 ( )
A.图中表示铁蛋白基因表达中的翻译过程,该翻译过程的方向是从左到右
B.图中甘氨酸的密码子为GGU
C.Fe3+浓度低时,铁调节蛋白与铁应答元件结合干扰了核糖体与mRNA的结合,从而抑制了翻译的起始
D.Fe3+浓度高时,铁调节蛋白由于结合Fe3+而丧失与铁应答元件的结合能力,铁蛋白的表达量降低,储存细胞内多余的Fe3+
2.(2025·广州三模)苯丙酮尿症是苯丙氨酸羟化酶(PH)基因异常引起的。对胎儿进行基因诊断时,可利用PH基因所在染色体临近位置上的限制酶MspⅠ切割位点多样性:一条染色体上若含有两个MspⅠ位点,切割后可得到23kb的信号条带;若含有3个MspⅠ位点,因切割的随机性,切割后可得到23kb或19kb的信号条带(如图1)。同理,用EcoRⅠ进行切割检测则可能得到17kb或11kb的片段。若不考虑交叉互换(完全连锁),利用该原理检测某家系,结果如图2。下列说法错误的是( )
A.该病的遗传方式为常染色体隐性遗传
B.根据MspⅠ酶切结果可知Ⅱ2的表型为正常
C.根据MspⅠ、EcoRⅠ酶切结果推测Ⅱ3的基因型一定为杂合子
D.生物体的性状受基因控制,也受环境等因素的影响
3.(2025·南通一模)细胞中基因的表达过程受到多水平的调控,包括转录前调控、转录调控、翻译调控和翻译后调控等,每一水平的调控都会实现基因的选择性表达。下图表示几种不同的调控方式,请分析回答:
(1)已分化的B细胞中C、J、D、V等片段编码受体蛋白结构的不同部位,通过如图1所示方式,实现产生不同的受体,基因的这种选择性表达,属于 调控。转录形成的mRNA通过核孔复合体从细胞核转运至细胞质的过程 (填“需要”或“不需要”)消耗能量;据图2分析当细胞中缺乏氨基酸时,空载tRNA(没有携带氨基酸的tRNA)来抑制基因的表达过程,属于 调控。
(2)已知图2中过程①产生的mRNA链中鸟嘌呤与尿嘧啶之和占碱基总数的46%,该mRNA链及其模板链对应区段的碱基中鸟嘌呤分别占26%、19%,则该mRNA对应的DNA区段中腺嘌呤所占的碱基比例为 。
(3)RNA介导的基因沉默即RNA干扰(RNAi)是当前生物学研究的热点。RNAi主要是对mRNA进行干扰,起作用的有miRNA和siRNA,作用机制如图3。其中宿主通过siRNA的作用降解病毒基因组RNA的过程又称为“RNAi免疫途径”。
图3
①图3miRNA基因的基本单位为 ,“RNAi免疫途径”中,过程④为 过程。RISC复合体需要分子向导siRNA和AGO2蛋白协调发挥功能,siRNA作为分子向导,可通过 原则,靶向结合病毒基因组;而AGO2蛋白利用自身的RNA酶活性将病毒基因组RNA降解为核苷酸碎片。病毒为了加强侵染效率,病毒蛋白可以和dsRNA和siRNA相结合。由图分析,病毒蛋白抑制“RNAi免疫途径”的机制是 。
②研究发现,RNA介导的基因沉默是可以遗传给子代的,这 (填“属于”或“不属于”)表观遗传,理由是 。
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