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第3章 基因的本质&第4章 基因的表达
章末整合提升
一、必备知识——构建知识导图
二、关键能力——发展核心素养
1.“两看法”判断真核细胞(核基因)和原核细胞基因表达过程图
B
[例1] 如图1、2是两种细胞中遗传信息的主要表达过程。据图分析,下列叙述中不正确的是(　 　)
A.图1细胞中没有核膜围成的细胞核,可以边转录边翻译
B.两细胞中基因表达过程均主要由线粒体提供能量
C.真核生物细胞核中转录出的mRNA必须通过核孔后才能翻译
D.图中所示的遗传信息的流动方向都是DNA→mRNA→蛋白质
解析:图1细胞没有核膜包被的成形的细胞核,属于原核细胞,可以边转录边翻译;图1细胞是原核细胞,没有线粒体;真核生物细胞核DNA中的遗传信息通过转录到mRNA中,mRNA必须通过核孔与细胞质中的核糖体结合才能作为翻译的模板;图示表示遗传信息的转录和翻译过程,遗传信息的流动方向为DNA→mRNA→蛋白质。
2.生命是物质、能量和信息的统一体
中心法则内容可概括为下图。
不同种生物遗传信息流的流动情况有所不同。
(1)细胞生物及噬菌体等DNA病毒
(2)烟草花叶病毒等RNA病毒
(3)HIV等逆转录病毒
(4)高度分化的细胞内中心法则的表达式
(5)能分裂的细胞内中心法则的表达式
由中心法则的内容可知,在遗传信息的流动过程中,DNA、RNA是信息的载体,蛋白质是信息的表达产物,而ATP为信息的流动提供能量,可见,生命是物质、能量和信息的统一体。
解析:反密码子是tRNA分子上特定部位的三个相邻碱基,均与密码子对应;mRNA上决定一个氨基酸的或提供翻译的终止信号的三个相邻的碱基构成密码子;DNA上脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息;遗传信息在不同物质之间的传递过程均需要能量供应。
[例2] 生命是物质、能量和信息的统一体。下列关于遗传信息、密码子、反密码子的叙述正确的是(　 　)
A.每一种反密码子都与一个密码子相互对应
B.mRNA上任意三个碱基构成密码子
C.DNA上脱氧核糖的排列顺序代表遗传信息
D.遗传信息从DNA到DNA需要能量,从DNA到蛋白质不需要能量
A
B
[例3] 如图为遗传信息传递和表达的途径,下表为几种抗生素的抗菌机制。结合图表分析,下列说法正确的是(　 　)
抗菌药物 抗菌机制
青霉素 抑制细菌细胞壁的合成
环丙沙星 抑制细菌DNA解旋酶的活性(可促进DNA螺旋化)
红霉素 能与核糖体结合
利福平 抑制细菌RNA聚合酶的活性
A.环丙沙星和红霉素分别能抑制①②过程
B.青霉素和利福平均不能抑制细菌的①过程
C.结核杆菌的④⑤过程都发生在细胞质中
D.①～⑤过程可发生在人体的健康细胞中
解析:DNA复制过程需要解旋酶,所以环丙沙星可以抑制①过程,红霉素与核糖体结合,干扰mRNA与核糖体结合,可以抑制③过程;据表可知,青霉素抑制的应该是合成细胞壁的酶的活性,不能抑制①过程,只有转录过程需要RNA聚合酶,所以利福平只可抑制②过程,不能抑制①过程;细菌细胞中不发生④⑤过程,④⑤过程只发生在RNA病毒的遗传信息传递过程中;人体健康的细胞中只发生①②③过程。
3.研究DNA的技术和方法
(1)研究DNA是遗传物质及其复制方式的技术方法
实验 技术方法
艾弗里的肺炎链球菌转化实验 酶解去除法
噬菌体侵染细菌实验 放射性同位素标记法
DNA结构的研究 DNA衍射技术和模型构建
DNA分子的复制方式 密度梯度离心和同位素标记法
(2)实验设计中的“加法原理”和“减法原理”
定义 实例
加法 原理 与常态相比,人为增加某种影响因素 在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中,实验组分别作加温、滴加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液处理;
探究不同酸碱度对酶活性的影响实验组分别加入酸、加入碱
减法 原理 与常态相比,人为去除某种影响因素 在艾弗里的肺炎链球菌转化实验中,每个实验组特异性地去除一种物质;
验证甲状腺激素的作用,切除实验动物的甲状腺
[例4] 科学是技术的基础,技术是科学进步的动力。在研究生命的遗传物质历程中,新技术的应用大大加速了研究的进度，提高了实验的可信度。下列关于技术在研究中应用的叙述,正确的是(　 　)
A.肺炎链球菌的转化实验中,通过细菌培养和同位素标记技术,证明了DNA是转化因子
B.噬菌体侵染细菌的实验中,用放射性同位素32P和35S同时标记噬菌体,证明了DNA是遗传物质
C.科学家用15N标记大肠杆菌的DNA,通过细菌培养和离心技术,证明了DNA分子是通过半保留的方式复制的
D.通过DNA体外复制技术,科学家破译了决定氨基酸的遗传密码
C
解析:肺炎链球菌的转化实验中没有用到同位素标记技术;噬菌体侵染细菌的实验不能用两种同位素同时标记噬菌体;破译遗传密码是通过蛋白质体外合成技术实现的。
三、综合应用——形成核心价值观
[例5] 心肌细胞不能增殖,ARC基因在心肌细胞中特异性表达,抑制其细胞凋亡,以维持其正常数量。细胞中某些基因转录形成的前体RNA加工过程中会产生许多小RNA,如miR-223(链状)、HRCR(环状)。HRCR可以吸附miR-223等,以达到清除它们的目的(如图)。当心肌细胞缺血、缺氧时,某些基因过度表达会产生过多的miR-223,导致心肌细胞凋亡,最终引起心力衰竭。请回答下列相关问题。
(1)过程①的原料是　　　　　　,催化该过程的酶是　　 　　　　。过程②的场所是　　　　。
解析:根据题意和图示分析可知,题图中①表示转录形成mRNA、②表示翻译过程,其中mRNA可与miR-223结合形成核酸杂交分子1,miR-223可与HRCR结合形成核酸杂交分子2。
(1)过程①形成mRNA为转录过程,催化该过程的酶是RNA聚合酶,原料是核糖核苷酸,过程②表示翻译,翻译过程的场所是核糖体。
答案:(1)核糖核苷酸　RNA聚合酶　核糖体
[例5] 心肌细胞不能增殖,ARC基因在心肌细胞中特异性表达,抑制其细胞凋亡,以维持其正常数量。细胞中某些基因转录形成的前体RNA加工过程中会产生许多小RNA,如miR-223(链状)、HRCR(环状)。HRCR可以吸附miR-223等,以达到清除它们的目的(如图)。当心肌细胞缺血、缺氧时,某些基因过度表达会产生过多的miR-223,导致心肌细胞凋亡,最终引起心力衰竭。请回答下列相关问题。
(2)若某HRCR中含有n个碱基,则其中有　　　　个磷酸二酯键。链状小RNA越短越容易被HRCR吸附,这是因为其碱基数目少,特异性　　　　,更容易与HRCR结合。与ARC基因相比,核酸杂交分子1中特有的碱基对是　　　　　　。
解析:(2)HRCR为单链环状RNA分子,其中所含磷酸二酯键数目与碱基数目相同,因此若某HRCR中含有n个碱基,则其中有n个磷酸二酯键。链状小RNA越短越容易被HRCR吸附,这是因为其碱基数目少,特异性弱,更容易与HRCR结合。与ARC基因(碱基配对方式为A—T、C—G)相比,核酸杂交分子1(碱基配对方式为A—U、T—A、C—G)中特有的碱基对是A—U。
答案:(2)n　弱　A—U
[例5] 心肌细胞不能增殖,ARC基因在心肌细胞中特异性表达,抑制其细胞凋亡,以维持其正常数量。细胞中某些基因转录形成的前体RNA加工过程中会产生许多小RNA,如miR-223(链状)、HRCR(环状)。HRCR可以吸附miR-223等,以达到清除它们的目的(如图)。当心肌细胞缺血、缺氧时,某些基因过度表达会产生过多的miR-223,导致心肌细胞凋亡,最终引起心力衰竭。请回答下列相关问题。
(3)缺血、缺氧时,某些基因过度表达产生过多的miR-223,会导致过程②因
　　　　　　的缺失而受阻,最终导致心力衰竭。
解析:(3)缺血、缺氧时,某些基因过度表达产生过多的miR-223,miR-223与mRNA结合形成核酸杂交分子1,导致过程②因模板(mRNA)的缺失而受阻,最终导致心力衰竭。
答案:(3)模板(mRNA)
[例5] 心肌细胞不能增殖,ARC基因在心肌细胞中特异性表达,抑制其细胞凋亡,以维持其正常数量。细胞中某些基因转录形成的前体RNA加工过程中会产生许多小RNA,如miR-223(链状)、HRCR(环状)。HRCR可以吸附miR-223等,以达到清除它们的目的(如图)。当心肌细胞缺血、缺氧时,某些基因过度表达会产生过多的miR-223,导致心肌细胞凋亡,最终引起心力衰竭。请回答下列相关问题。
(4)科研人员认为,HRCR有望成为减缓心力衰竭的新药物,其依据是 　 。
解析:(4)HRCR有望成为减缓心力衰竭的新药物,其依据是HRCR与miR-223碱基互补配对,导致ARC基因的表达增加,抑制心肌细胞的凋亡。
答案:(4)HRCR与miR-223碱基互补配对,导致ARC基因的表达增加,抑制心肌细胞的凋亡
[例6] 图①～③分别表示人体细胞中发生的3种生物大分子的合成过程。请回答下列问题。
(1)细胞中过程②发生的主要场所是　　　　。需要的原料为　 ,
若DNA的一条链上某部分碱基顺序为TGGGCTAAACCG,则其互补链转录生成的mRNA链上的碱基排列顺序为　　　　　　　　　　。
解析:(1)在人体细胞中,含有DNA分子的结构有细胞核和线粒体,过程②属于转录过程,合成mRNA,所以发生的场所主要是细胞核,需要的原料为游离的4种核糖核苷酸。若DNA的一条链上某部分碱基顺序为TGGGCTAAACCG,根据碱基互补配对原则,其互补链转录生成的mRNA链上的碱基排列顺序为UGGGCUAAACCG。
答案:(1)细胞核　游离的4种核糖核苷酸　UGGGCUAAACCG
[例6] 图①～③分别表示人体细胞中发生的3种生物大分子的合成过程。请回答下列问题。
(2)已知过程②的α链中鸟嘌呤与尿嘧啶之和占碱基总数的54%,α链及其模板链对应区段的碱基中鸟嘌呤分别占29%、19%,则与α链对应的双链DNA区段中腺嘌呤所占的碱基比例为　　　　。
解析:(2)α链是mRNA,其中G占29%,U占25%,则其模板链中C占29%、A占25%,再者模板链中G占19%,则T占27%,则α链对应的DNA区段中A占(25%+27%)÷2=26%。
答案:(2)26%
[例6] 图①～③分别表示人体细胞中发生的3种生物大分子的合成过程。请回答下列问题。
(3)图中②、③所示的过程在遗传学上分别称为　　　　、　　　　。
解析:(3)图中②、③所示的过程在遗传学上分别称为转录和翻译。
答案:(3)转录　翻译
[例6] 图①～③分别表示人体细胞中发生的3种生物大分子的合成过程。请回答下列问题。
(4)噬菌体的信息传递途径为 　。
[例6] 图①～③分别表示人体细胞中发生的3种生物大分子的合成过程。请回答下列问题。
(5)人体不同组织细胞的相同DNA进行过程②时启用的起始点　　　 　(填“都相同”“都不同”或“不完全相同”),其原因是　 　。
解析:(5)由于不同组织细胞中的基因进行选择性表达,所以人体不同组织细胞的相同DNA进行过程②时启用的起始点不完全相同。
答案:(5)不完全相同　不同组织细胞中的基因进行选择性表达

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