2017卓越学案高考总复习·生物第6单元遗传的物质基础学案

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2017卓越学案高考总复习·生物第6单元遗传的物质基础学案

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第18讲 DNA分子的结构 DNA的复制
基因是有遗传效应的DNA片段
[考纲点击] 1.DNA分子结构的主要特点(Ⅱ) 2.DNA分子的复制(Ⅱ) 3.基因的概念(Ⅱ)
一、DNA分子的结构

记借图记忆
“3”→三种物质:○、、。
“4”→四种碱基对应四种脱氧核苷酸。
“5”→五种元素:?只含C、H、O;○一定含P; 一定含N。二、DNA的复制
1.
2.过程
概念
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程
时期
有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期
过程
解旋→合成子链→子链延伸→亲子链复旋
条件
①模板:亲代DNA的每一条链②原料:4种游离的脱氧核苷酸③能量:ATP释放的能量④酶:DNA解旋酶和DNA聚合酶
结果
1个DNA复制形成2个完全相同的DNA
特点
边解旋边复制,半保留复制
精确复制
①独特的双螺旋结构提供模板②碱基互补配对原则    
意义
将遗传信息从亲代传给子代,从而保持了遗传信息的连续性     
三、基因——有遗传效应的DNA片段
1.据图1写出基因与染色体的关系:基因在染色体上呈线性排列。
2.将代表下列结构的字母填入图2中的相应横线上:
a.染色体、b.DNA、c.基因、d.脱氧核苷酸。
3.基因的实质:具有遗传效应的DNA片段。
1.DNA的“五、四、三、二、一”记忆法
五:五种元素:C、H、O、N、P。
四:四种碱基对应四种脱氧核苷酸。
三:三种物质:磷酸、脱氧核糖、含氮碱基。
二:两条脱氧核苷酸长链(碱基对有A与T、G与C两种配对方式)。
一:一种空间结构——规则的双螺旋结构。
2.DNA复制的两个必记知识点
(1)DNA复制特点:边解旋边复制、半保留复制。
(2)复制的“四要素”。
①模板:DNA分子的两条链。
②原料:游离的四种脱氧核苷酸。
③酶:解旋酶和DNA聚合酶。
④能量:细胞呼吸产生的ATP。
3.基因的两个记忆知识点
(1)基因是有遗传效应的DNA片段。
(2)染色体是基因的主要载体。线粒体和叶绿体中也存在基因。
考法一 DNA分子的结构特点及相关计算
1.DNA分子结构的解读
(1)基本结构——脱氧核苷酸
①由磷酸、脱氧核糖、含氮碱基组成,三者之间的数量关系为1∶1∶1。
②每个DNA片段中,游离的磷酸基团有2个。
(2)水解产物
DNA的初步水解产物是脱氧核苷酸,彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和含氮碱基。
(3)DNA分子中存在的化学键
①氢键:碱基对之间的化学键,可用解旋酶断裂,也可加热断裂。
②磷酸二酯键:磷酸和脱氧核糖之间的化学键,用限制性核酸内切酶处理可切割,用DNA连接酶处理可连接。
(4)碱基对数与氢键数的关系
若碱基对数为n,则氢键数为2n~3n,若已知A有m个,则氢键数为3n-m。
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分子中脱氧核苷酸数目不同,排列顺序多种多样。若某DNA分子中有n个碱基对,则排列顺序有4n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。
3.双链DNA分子中碱基的计算规律
(1)互补的两个碱基数量相等,即A=T,C=G。
(2)任意两个不互补的碱基数量之和占碱基总数的50%,即嘌呤之和=嘧啶之和=总碱基数×50%,A+G=T+C=A+C=T+G=(A+T+C+G)×50%,==1。
(3)在双链DNA分子中,互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等。
设在双链DNA分子中的一条链上A1+T1=n%,因为A1=T2,A2=T1,则:A1+T1=A2+T2=n%。所以A+T=A1+A2+T1+T2==n%。
简记为“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等”。
(4)双链DNA分子中,非互补碱基之和所占比例在两条互补链中互为倒数。
设双链DNA分子中,一条链上:=m,
则:==m,互补链上=。
简记为:“DNA两互补链中,不配对两碱基之和的比值乘积为1。”
 DNA分子中有关碱基比例计算的解题步骤
解DNA分子中有关碱基比例计算的试题时要分三步进行:
(1)搞清题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子碱基的比例,还是占DNA分子一条链上碱基的比例。
(2)画一个DNA分子模式图,并在图中标出已知和所求的碱基。
(3)根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。
视角1  DNA分子结构的分析
1.(模型分析类)在搭建DNA分子模型的实验中,若有4种碱基塑料片共20个,其中4个C,6个G,3个A,7个T,脱氧核糖和磷酸之间的连接物14个,脱氧核糖塑料片40个,磷酸塑料片100个,代表氢键的连接物若干,脱氧核糖和碱基之间的连接物若干,则(  )
A.能搭建出20个脱氧核苷酸
B.所搭建的DNA分子片段最长为7个碱基对
C.能搭建出410种不同的DNA分子模型
D.能搭建出一个4个碱基对的DNA分子片段
解析:选D。要搭建20个脱氧核苷酸,需要脱氧核糖和磷酸之间的连接物的数量为20,A错误;要搭建7个碱基对的DNA分子,至少需要脱氧核糖和磷酸之间的连接物(核苷酸内部和核苷酸之间)26个,B错误;脱氧核糖和磷酸之间的连接物14个,磷酸塑料片8个,能搭建出一个4个碱基对的DNA分子片段,能搭建的DNA分子模型种类少于44种,C错误、D正确。
2.(示意图类)如图为DNA分子结构示意图,对该图的描述正确的是(  )
A.②和③相间排列,构成了DNA分子的基本骨架
B.④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸
C.DNA聚合酶用于⑨的形成
D.DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息
解析:选D。由图示可知,②和①相间排列构成了DNA分子的基本骨架;④中的①应属于上面那个脱氧核苷酸的磷酸基团;⑨的形成依靠碱基互补配对原则,不需DNA聚合酶,DNA聚合酶是将游离的脱氧核苷酸聚合成脱氧核苷酸链。
视角2  
3.(演绎计算类)(2016·江苏南通模拟)某双链DNA分子中,鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基的比例为a,其中一条链上鸟嘌呤占该链全部碱基的比例为b,则互补链中鸟嘌呤占整个DNA分子碱基的比例为(  )
A.a/2—b/2        
B.a—b
C.(a—b)/(1—a)
D.b—a/2
解析:选A。依题意,某双链DNA分子中,G+C=a,依据碱基互补配对原则,则有G=C=a/2,即两条链中所含有的鸟嘌呤之和为a/2;一条链上鸟嘌呤(G)占该链全部碱基的比例为b,则占整个DNA分子碱基的比例=b/2;互补链中鸟嘌呤(G)占整个DNA分子碱基的比例=a/2—b/2,故A项正确。
4.(坐标图示类)
(2014·高考山东卷)某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成,根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图,下列正确的是(  )
解析:选C。A项,无论DNA分子的一条单链中(A+C)/(T+G)的值为多少,整个DNA分子中(A+C)/(T+G)都等于1。B项,由于双链DNA分子中A与T配对、G与C配对,故一条单链中(A+C)/(T+G)的值与其互补链中的(A+C)/(T+G)的值互为倒数。C项,由于双链DNA分子中A与T配对、G与C配对,故一条单链中(A+T)/(G+C)的值与整个DNA分子中(A+T)/(G+C)的值相等。D项,由于双链DNA分子中A与T配对、G与C配对,故一条单链中(A+T)/(G+C)的值与其互补链中(A+T)/(G+C)的值相等。
考法二 以半保留复制为基础,考查DNA复制的过程及相关计算
1.生物体中DNA分子复制的场所
2.影响DNA复制的外界条件
3.DNA分子复制中相关计算的规律方法
DNA分子复制为半保留复制,若将一个全部N原子被15N标记的DNA转移到含14N的培养基中培养(复制)若干代,其结果分析如下:
(1)子代DNA分子数:2n个。
①无论复制多少次,含15N的DNA分子始终是2个。
②含14N的DNA分子有2n个,只含14N的DNA分子有(2n-2)个,做题时应看准是“含”还是“只含”。
(2)子代DNA分子的总链数:2n×2=2n+1条。
①无论复制多少次,含15N的链始终是2条。做题时应看准是“DNA分子数”还是“链数”。
②含14N的链数是(2n+1-2)条。
(3)消耗的脱氧核苷酸数。
①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,则经过n次复制需要消耗游离的该种脱氧核苷酸为m×(2n-1)个。
②若进行第n次复制,则需消耗该种脱氧核苷酸数为m×2n-1个。
 巧借模式图解答与DNA复制有关问题
学会画DNA分子半保留复制图解有助于理解DNA的相关计算规律,如下图所示:
视角1  以分析判断或图形分析的方式,考查DNA复制的过程和特点
1.(模式图类)如图为真核细胞DNA复制过程的模式图,据图分析,下列相关叙述错误的是(  )
A.由图示得知,DNA分子复制的方式是半保留复制
B.解旋酶能使双链DNA解开,但需要消耗ATP
C.子代DNA分子的两条链是反向平行排列的
D.DNA在复制过程中是先进行解旋,后半保留复制
解析:选D。由图示可知,新合成的每个DNA分子中,都保留了原来DNA分子中的一条链,因此复制的方式是半保留复制,A正确;解旋酶使DNA双链解开过程消耗ATP,B正确;子代DNA分子的两条链是反向平行的,C正确;DNA在复制过程中是边解旋,边半保留复制,D错误。
2.(多起点复制类)如图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图,有关叙述错误的是(  )
A.图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的
B.图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的
C.真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶
D.真核生物的这种复制方式提高了复制效率
解析:选A。由图可看出,此段DNA分子有三个复制起点,但多个复制起点并不一定是同时开始的;由图中的箭头方向可知,DNA分子是双向复制的;半保留复制的模式可以保持前后代的遗传稳定性,多起点复制可以大大提高复制效率;DNA分子复制过程需要解旋酶、DNA聚合酶等的催化。
视角2  以演绎计算的形式,考查DNA半保留复制过程中的相关计算
3.(实验装置计算类)某基因(14N)含有3
000个碱基,腺嘌呤占35%。若该DNA分子用15N同位素标记过的四种游离脱氧核苷酸为原料复制3次。将全部复制产物进行密度梯度离心,得到如图1结果;如果将全部复制产物加入解旋酶处理后再离心,则得到如图2结果。下列有关分析正确的是(  )
A.X层全部是仅含14N的基因
B.W层中含15N标记的胞嘧啶3
150个
C.X层中含有的氢键数是Y层的1/4
D.W层与Z层的核苷酸数之比为1∶4
解析:选B。DNA是半保留复制,故复制3次,DNA总数是8个,其中含有14N的DNA为2个(每个DNA均为一条14N链,一条15N链),其余6个均为15N的DNA(两条链均为15N)。因为14N15N的DNA密度比15N15N的DNA密度小,故X层应该为14N15N的DNA,Y层为15N15N的DNA,A错误。一个DNA中含有3
000个碱基,腺嘌呤占35%,那么胞嘧啶占15%,故胞嘧啶的碱基数为450个,复制3次一共得到8个DNA,这样需要的胞嘧啶数为450×7=3
150个,B正确。复制得到的DNA所含有的碱基数都是相同的,那么氢键数也应该是相同的,X层有2个DNA,Y层有6个DNA,这样它们的氢键数之比即为DNA数之比,即X层中含有的氢键数∶Y层中含有的氢键数=1∶3,X层中含有的氢键数是Y层的1/3,C错误。复制后的8个DNA一共含有16条链,其中14N的链2条(分布在Z层),15N的链14条(分布在W层),因为该基因含有3
000个碱基,故每条链的核苷酸数为1
500,这样Z层的核苷酸数为1
500×2=3
000,W层的核苷酸数为1
500×14=21
000个,故W层与Z层的核苷酸数之比为7∶1。
4.(演绎计算类)(2016·福建四地六校联考)用15N标记含有100个碱基对的DNA分子,其中有胞嘧啶60个,该DNA分子在含有14N的培养基中连续复制4次,其结果可能是(  )
A.含有14N的DNA占7/8
B.复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个
C.含有15N的DNA占1/16
D.子代DNA中嘌呤与嘧啶之比是2∶3
解析:选B。该DNA分子在14N培养基中连续复制4次,可得到16个DNA分子,其中含有14N的DNA分子占100%,故A错;由题干可知,该DNA分子中有腺嘌呤(A)40个,则复制4次后需游离的该脱氧核苷酸为40×(24-1)=600个,故B正确;含有15N的DNA分子占2/16,因为DNA复制为半保留复制,亲代DNA分子的两条链只可能进入两个子代DNA分子中,故C错;在子代DNA分子中嘌呤与嘧啶之比是1∶1,故D错。
视角3  DNA复制与细胞分裂
5.(原创题)某生物细胞内有一对同源染色体,如图所示(a与a′、b与b′为姐妹染色单体,着丝点分裂后成为子染色体,细胞在有丝分裂过程中,子染色体a可与b′组合进入一个子细胞,也可与b组合进入一个子细胞,两种可能性在概率上是相等的)。若选取1
000个该生物细胞作为研究对象,用15N标记这对同源染色体上的DNA分子双链,再放入不含15N标记的培养液中培养(细胞分裂同步),则完成1次分裂、2次分裂、3次分裂所得子细胞中含15N标记的细胞个数分别为(  )
A.2
000、3
000、5
000
B.1
000、2
000、4
000
C.2
000、3
000、3
500
D.2
000、3
000、4
500
解析:选C。因为DNA分子2条链均被15N标记,经过1次复制后,DNA分子为15N14N,所以完成1次分裂所得2
000个子细胞都含15N;第2次分裂时,细胞中DNA分子(15N14N)复制后一半为14N14N,一半为15N14N,约有一半(1
000个)细胞选择第一种分裂方式,含15N的子染色体都进入同一子细胞,产生的2
000个子细胞中有一半不含15N,约有一半(1
000个)细胞选择第二种分裂方式,含15N的子染色体分别进入2个子细胞,产生的2
000个子细胞都含15N,所以4
000个子细胞中共有3
000个含15N标记;同理,在第3次分裂中含15N的细胞约有一半细胞选择第一种分裂方式,还有一半选择第二种分裂方式,8
000个子细胞中有3
500个含15N标记。
[误区补短]
易错点1 对并非所有的DNA分子都遵循碱基互补配对原则理解不透
[点拨] (1)双链DNA分子中嘌呤数=嘧啶数,遵循碱基互补配对原则。
(2)单链DNA分子中不遵循碱基互补配对原则,嘌呤数和嘧啶数不一定相等。
易错点2 计算时,乱套公式而出错
[点拨] 用DNA分子相关碱基互补配对演绎出来的各种计算公式是有前提条件的,其前提条件必须确认为“双链DNA分子”才成立,否则不成立。判定如下:①双链DNA分子中A=T、G=C,若出现A≠T或G≠C可肯定不是双链DNA分子。②若出现“嘌呤≠嘧啶”则可肯定不是双链DNA分子,可能为“RNA”、“单链DNA”或“DNA+RNA”。
易错点3 对细胞分裂和DNA复制相结合的知识理解不透
[点拨] 只要亲代细胞所有DNA均标记且只复制1次,产生子代DNA分子全带放射性,不管有丝分裂一次产生2个子细胞,还是减数分裂连续分裂2次产生4个子细胞。
易错点4 对DNA复制过程中“第n次”还是“n次”复制所需某种碱基数量的计算原理不清
[点拨] 第n次复制是所有DNA只复制第n次所需碱基数目;n次复制是指由原来的DNA分子复制n次,所需碱基数目。
易错点5 对DNA复制与基因突变的关系混淆不清
[点拨] (1)一般情况下,DNA分子能准确地进行复制。原因:DNA具有独特的双螺旋结构,能为复制提供精确的模板;通过碱基互补配对,保证了复制能够准确地进行。
(2)在特殊情况下,在外界因素和生物内部因素的作用下,可能造成碱基配对发生差错,引发基因突变。
微观清障
1.判断下列有关DNA结构的叙述
(1)(2014·江苏卷
T4C)富兰克林和威尔金斯对DNA双螺旋结构模型的建立也作出了巨大的贡献。(  )
(2)(2014·全国卷Ⅱ
T5C)双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的。(  )
(3)DNA分子一条链上相邻的两个碱基通过“脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖”间接相连。(  )
(4)含有G、C碱基对比较多的DNA分子相对比较稳定。(  )
(5)双链DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数。(  )
答案:(1)√ (2)× (3)√ (4)√ (5)√
2.判断下列有关DNA复制的叙述
(1)(2015·四川卷
T1D改编)在叶绿体中发生的生理过程中,不需要蛋白质参与的是DNA复制。(  )
(2)(2014·全国卷Ⅱ
T5B)植物细胞的线粒体和叶绿体中均可发生DNA的复制。(  )
(3)DNA复制需要消耗能量。(  )
(4)DNA分子复制n次,不含亲代链的子代DNA分子数为2n-2个。(  )
(5)真核生物大部分核酸在细胞核中合成。(  )
(6)在一个细胞周期中,DNA复制过程中的解旋发生在两条DNA母链之间。(  )
(7)DNA复制就是基因表达的过程。(  )
答案:(1)× (2)√ (3)√ (4)√ (5)√ (6)√ (7)×
[能力培优]
 DNA结构与复制模式图解读
[信息解读]
(1)图甲表示DNA复制,A为解旋酶,B为DNA聚合酶,a、d为母链,b、c为子链。
(2)图乙是图甲中某一片段放大后的DNA分子平面模式图,1、2、3、4表示碱基、5为脱氧核糖、6是磷酸、7是胸腺嘧啶脱氧核苷酸、8为DNA内侧的一个G—C碱基对、9是C—G之间的三个氢键、10为一条脱氧核苷酸长链、11是连接单链中相邻两个脱氧核苷酸的磷酸二酯键。
(3)图丙是图乙的简化形式,其中12是磷酸二酯键,13是氢键,解旋酶作用于13,而限制酶、DNA连接酶和DNA聚合酶作用于12。
强化训练
1.(2016·北京通州模拟)下图是人体细胞中某DNA片段结构示意图,下列有关叙述正确的是(  )
A.图中“X”代表磷酸基团,“A”代表腺苷
B.DNA复制时,图中“N”键首先全部断开
C.DNA转录时,需要DNA聚合酶的催化
D.DNA聚合酶能催化“M”键的形成
解析:选D。图中的“A”代表腺嘌呤,而腺苷包括腺嘌呤和核糖,A错误;DNA复制时边解旋边复制,氢键是逐步断开的,B错误;DNA转录时,需要RNA聚合酶的催化,不需要DNA聚合酶,C错误;DNA聚合酶作用的部位是磷酸二酯键,D正确。
2.关于下图所示DNA分子的叙述,正确的是(  )
A.限制酶作用于①部位,DNA连接酶作用于③部位
B.该DNA的特异性表现在碱基种类和(A+T)/(G+C)的比例上
C.若该DNA分子中A为p个,占全部碱基的n/m(m>2n),则G的个数为(pm/2n)-p
D.把该DNA分子放在含15N的培养液中复制两代,子代中含15N的DNA分子占3/4
解析:选C。限制酶和DNA连接酶都作用于①部位;该DNA的特异性不表现在碱基种类上,而是表现在碱基的排列顺序上;DNA分子中A+G=T+C=50%,如果DNA中含有P个A,占全部碱基的n/m,则DNA分子的碱基总数为pm/n,所以G的个数为(pm/2n)-p;把该DNA放在含15N的培养基中复制两代,子代DNA都含有15N。
考点一 DNA分子的结构及特点(含相关计算)
1.下列能正确表示DNA片段的示意图是(  )
[导学号29520310] 解析:选D。DNA通常为双链结构,由含有A、T、C、G四种碱基的脱氧核苷酸组成。A与T配对,之间有两个氢键;G与C配对,之间有三个氢键。DNA分子的两条链反向平行。
2.在一个双链DNA分子中,碱基总数为m,腺嘌呤碱基数为n,G与C之间形成3个氢键,A与T之间形成2个氢键。则下列有关叙述正确的是(  )
①脱氧核苷酸数=磷酸数=碱基总数=m
②碱基之间的氢键数为(3m-2n)/2
③一条链中A+T的数量为n
④G的数量为m-n
A.①②③④  
B.②③④  
C.③④  
D.①②③
[导学号29520311] 解析:选D。每个脱氧核苷酸中含一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基,故①中的等量关系正确;对于②,因G与C之间形成3个氢键,A与T之间形成2个氢键,故氢键数为2n+3×(m-2n)/2=(3m-2n)/2;③因两条链中A+T的总量为2n,故一条链中A+T的数量应为n;④中计算G的数量有误,应为(m-2n)/2=(m/2)-n。
考点二 DNA分子复制的过程及特点(含相关计算)
3.(2016·安徽安庆模拟)某生物细胞内有1对同源染色体,将200个用15N同位素标记了DNA分子的体细胞加入含14N脱氧核苷酸的培养液中,并在适宜条件下进行同步培养(细胞分裂同步进行),某时刻测定培养液中细胞的总数目为1
600个。在这1
600个细胞中大约有多少个细胞内含有15N放射性?(  )
A.900  
B.800
C.700
D.400
[导学号29520312] 解析:选D。根据题意,体细胞只能进行有丝分裂,DNA复制的特点是半保留复制,解题时只需以一个细胞作为分析的样本即可。每个标记的DNA分子中的两条链最终会分布在两个子代DNA分子中,故1个细胞无论分裂多少次,都有两个子细胞中具有标记的DNA分子,所以最终有200×2=400个细胞中含有放射性,应选D。
4.(2016·河南郑州二测)将正常生长的玉米根尖细胞放在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液中,待其完成一个细胞周期后,再转入不含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液中培养,让其再完成一个细胞周期。此时获得的子细胞内DNA分子不可能为(只考虑其中一对同源染色体上的DNA分子)(  )
A.②  
B.①②
C.③
D.③④
[导学号29520313] 解析:选A。玉米根尖细胞进行有丝分裂,在含3H标记的培养液中培养一个周期,根据DNA半保留复制的特点,则细胞中的每个DNA一条链含3H,另一条链不含。转入不含3H标记的培养液中再培养一个周期,中期时一个着丝点连接的两条姐妹染色单体中的DNA分子,其中一个全部不含3H,即为正常DNA,另一个一条链含3H,另一条不含3H,而在有丝分裂后期,着丝点断裂后,姐妹染色单体分离,随机移向两极,因此可以产生图中的①③④,故选择A选项。
5.(2016·北京海淀月考)在DNA复制开始时,将大肠杆菌放在含低剂量3H标记的脱氧胸苷(3H—dT)的培养基中,3H—dT可掺入正在复制的DNA分子中,使其带有放射性标记。几分钟后,将大肠杆菌转移到含高剂量3H—dT的培养基中培养一段时间。收集裂解细胞,抽取其中的DNA进行放射性自显影检测,结果如图所示。据图可以作出的推测是(  )
A.复制起始区在高放射性区域
B.DNA复制为半保留复制
C.DNA复制从起始点向两个方向延伸
D.DNA复制方向为a→c
[导学号29520314] 解析:选C。由题干信息可知,DNA复制的前一段时间,培养基中含低剂量放射性标记,后一段时间含高剂量放射性标记,最终检测的放射性结果显示低剂量在中段,高剂量在两端,所以可推测DNA复制从起始点向两个方向延伸。
6.(2016·云南部分名校统考)用3H标记蚕豆根尖分生区细胞的DNA分子双链,再将这些细胞转入含秋水仙素但不含3H的普通培养基中培养。若秋水仙素对细胞连续发挥作用,则相关叙述不正确的是(  )
A.秋水仙素可抑制纺锤体的形成,但不影响着丝点的正常分裂
B.通过对细胞中不含染色单体时的染色体计数,可推测DNA复制的次数
C.通过检测DNA链上3H标记出现的情况,可推测DNA的复制方式
D.细胞中DNA第二次复制完成时,每条染色体的单体均带有3H标记
[导学号29520315] 解析:选D。秋水仙素可抑制纺锤体的形成,导致细胞中染色体加倍,但不影响着丝点的正常分裂,A正确;通过对细胞中不含染色单体时的染色体计数,加倍一次是因为复制了一次,可以推测DNA复制次数,B正确;检测DNA链上3H标记出现的情况,可推测DNA的复制方式是半保留复制还是全保留复制,C正确;DNA分子是半保留复制,DNA第二次复制完成时,每条染色体的两条染色单体中有1条含有放射性,D错误。
7.(2016·福建泉州质检)H2O2能将鸟嘌呤(G)氧化损伤为8—氧—7—氢脱氧鸟嘌呤(8 oxodG),8 oxodG与A互补配对。若DNA片段(—TCTCGA—,—AGAGCT—))有两个G发生上述氧化损伤,则该片段复制两次形成的子代DNA中不可能出现的是(  )
A.一半分子碱基序列保持不变
B.一半分子含有8 oxodG
C.全部分子G—C碱基对数减少
D.全部分子A—T碱基对数增多
[导学号29520316] 解析:选D。DNA复制是半保留复制,由题意分析可知,如果是DNA一条链中的2个G发生损伤后,形成的DNA分子中应有一半是正常的,一半是突变的,即一半分子碱基序列保持不变,A正确;一半分子突变后含有8 oxodG,B正确;因为G损伤后与A配对,如果是这两个G的损伤分别在2条链中,那么在复制形成的全部分子中G—C碱基对含量都会减少,C正确;而A—T碱基对最多在复制形成的4个DNA分子中有2个增加,D错误。
8.在DNA分子复制的过程中(  )
A.双链解开时需要解旋酶催化而不需要消耗能量
B.独特的双螺旋结构为复制提供精确的模板
C.双链全部解开后在DNA聚合酶催化下合成子链
D.同一条核苷酸链上的碱基通过氢键形成碱基对
[导学号29520317] 解析:选B。DNA双链解开时需要解旋酶催化也需要消耗能量,A错误;独特的双螺旋结构解旋后,按照碱基互补配对原则为复制提供精确的模板,B正确;DNA复制是边解旋边复制,C错误;两条核苷酸链上的碱基通过氢键形成碱基对,同一条核苷酸链上的碱基不能通过氢键形成碱基对,D错误。
9.亚硝酸盐可使DNA的某些碱基脱去氨基,碱基脱去氨基后的变化如下:C转变为U(U与A配对),A转变为I(I为次黄嘌呤,与C配对)。现有一个DNA片段为:,经亚硝酸盐作用后,若链①中的A、C发生脱氨基作用,则下列哪个片段可能是其经过两轮复制后产生的(  )
A.      
B.
C.
D.
[导学号29520318] 解析:选C。若链①中的A、C发生脱氨基作用,则该DNA片段为,复制1次后2个DNA片段为和,第二次复制时,由于DNA复制为半保留复制,而A、B、D选项中的DNA片段都没有一条链和第一次复制后的2个DNA片段的链相同或互补,故都错。C选项中的DNA片段刚好是以—CCAAC—为模板复制而来,故C正确。
10.具有x个碱基对的一个双链DNA分子片段,含有y个嘧啶。下列叙述正确的是(  )
A.该分子片段即为一个基因
B.该分子片段中,碱基的比例y/x=1
C.该DNA单链中相邻的两个碱基通过氢键连接
D.该分子片段完成n次复制需要(2x-y)·2n个游离的嘌呤脱氧核苷酸
[导学号29520319] 解析:选B。基因是有遗传效应的DNA片段,依题意无法判断该双链DNA分子片段是否有遗传效应,A错误;依题意,在该双链DNA分子片段中,A+T+C+G=2x,T+C=y,依据碱基互补配对原则,在该双链DNA分子片段中,则有A=T、C=G,所以解得x=y,即在该分子片段中,碱基的比例y/x=1,B正确;该DNA单链中,相邻的两个碱基通过“脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖”连接,C错误;依题意,该双链DNA分子片段中,A+T+C+G=2x,T+C=y,解得A+G=2x-y,该分子片段完成n次复制需要游离的嘌呤脱氧核苷酸为(2n-1)(2x-y)个,D错误。
11.(2016·陕西五校联考)现已知基因M含有碱基共N个,腺嘌呤n个,具有类似如右图所示的平面结构,下列说法正确的是(  )
A.基因M共有4个游离的磷酸基,1.5N-n个氢键
B.如图a可以代表基因M,基因M的等位基因m可以用b表示;a链含有A的比例最多为2n/N
C.基因M的双螺旋结构中,脱氧核糖和磷脂交替排列在外侧,构成基本骨架
D.基因M和它的等位基因m含有的碱基数可以不相等
[导学号29520320] 解析:选D。基因M的每一条链有1个游离的磷酸基,故共有2个游离的磷酸基,氢键数为1.5N-n,A错误。基因是两条脱氧核苷酸链组成的,图中a和b共同组成基因M,因此基因M的等位基因m不能用b表示,故B错误。双螺旋结构中脱氧核糖和磷酸交替连接排列在外侧,构成基本骨架,故C错误。基因M和它的等位基因m的碱基数或排列顺序可以不同,故D正确。
12.某长度为1
000个碱基对的双链环状DNA分子,其中含腺嘌呤300个。该DNA分子复制时,1链首先被断开形成3′、5′端,接着5′端与2链发生分离,随后DNA分子以2链为模板,通过滚动从1链的3′端开始延伸子链,同时还以分离出来的5′端单链为模板合成另一条子链,其过程如图所示。下列关于该过程的叙述中正确的是(  )
A.1链中的碱基数目多于2链
B.该过程是从两个起点同时进行的
C.复制过程中2条链分别作模板,边解旋边复制
D.若该DNA连续复制3次,则第三次共需鸟嘌呤4
900个
[导学号29520321] 解析:选C。环状双链DNA分子的两条链的碱基是互补配对的,所以1链和2链均含1
000个碱基;该DNA分子的复制起始于断口处,由于只有一处断开,故只有一个复制起点;断开后两条链分别作模板,边解旋边复制;该DNA分子含腺嘌呤300个,所以胸腺嘧啶也为300个,第三次复制新合成4个DNA,则第三次复制时共需鸟嘌呤700×4=2
800(个)。
13.如图所示为细胞中与基因有关的物质或结构,请分析并回答下列问题:
(1)细胞内的遗传物质是[  ]________,基因和b的关系是________________________________。
(2)遗传物质的主要载体是[  ]________,基因和a的关系是________________________________。
(3)c和b的关系是________________,b被彻底水解后的产物是________(填字母)。
(4)如果基因存在于________________上,则其遗传方式与性别相关联,这就是________________。这种遗传方式既遵循________________定律,又有特殊性。
(5)b的空间结构是________________________。若其中的(A+T)/(G+C)=0.25,则G占总碱基数的比例为________________,其中一条单链中(A+T)/(G+C)=________________。
[导学号29520322] 解析:(1)细胞内的遗传物质是DNA,基因是具有遗传效应的DNA片段。(2)DNA的主要载体是染色体,基因在染色体上呈线性排列。(3)DNA的基本单位是脱氧核苷酸,当DNA分子彻底水解时,产物为磷酸、脱氧核糖和含氮碱基,当DNA分子初步水解时产物为脱氧核苷酸。(4)存在于性染色体上的基因控制的性状与性别有关,伴性遗传符合基因的分离定律。(5)DNA分子具有双螺旋结构。如果DNA分子中(A+T)/(G+C)=0.25,则G占总碱基数的比例是40%。每条单链中(A+T)/(G+C)等于整个DNA分子中的该比例。
答案:(1)b DNA 基因是有遗传效应的b片段
(2)a 染色体 基因在a上呈线性排列
(3)c是组成b的基本单位 d、e、f
(4)性染色体 伴性遗传 基因分离
(5)规则的双螺旋结构 40% 0.25
14.如图1为真核生物染色体上部分DNA分子复制过程示意图,图2为拟核或质粒复制过程示意图,据图回答下列问题:
(1)从图1可以看出,DNA分子复制是______________________________________________。
(2)真核生物DNA分子复制过程需要的条件是________________________等,DNA解旋酶的作用是__________________________________。
(3)图1生物的DNA复制方式的意义是________________________。
(4)将不含放射性的拟核放在含有3H-胸腺嘧啶的培养基中培养,如果第一次复制时,图2中1、2处的放射性强度相同,证明DNA复制方式很可能是________________________。
(5)若图2中DNA在复制开始前的碱基总数是100个,其中T为20个,则复制一次需要游离的C为____________个。
[导学号29520323] 解析:(1)(3)图1中的复制起点有三个,每个起点处复制都是双向进行的,且边解旋边复制,这种复制方式有利于提高复制速率。(2)DNA复制需要模板、原料、酶、ATP等条件。(4)如果第一次复制时图2中1、2处的放射性强度相同,则表明新合成的DNA的两条链中含放射性的链都是一条,也说明了DNA复制属于半保留复制。(5)DNA的碱基总数为100个,其中T为20个,则DNA分子中胞嘧啶C=30个,所以复制一次需要游离的C为30个。
答案:(1)多起点、双向复制,边解旋边复制
(2)模板、能量、脱氧核苷酸、酶 打开DNA分子碱基对之间的氢键,形成两条单链
(3)提高了复制速率
(4)半保留复制 (5)30
15.蚕豆体细胞染色体数目2N=12,科学家用3H标记蚕豆根尖细胞的DNA,可以在染色体水平上研究真核生物的DNA复制方式。
实验的基本过程如下:
Ⅰ.将蚕豆幼苗培养在含有3H的胸腺嘧啶核苷的培养基上,培养一段时间后,观察细胞分裂中期染色体的放射性情况。
Ⅱ.当DNA分子双链都被3H标记后,再将根移到含有秋水仙素的非放射性培养基中,培养一段时间后,观察细胞分裂中期染色体的放射性情况。
请回答相关问题:
(1)蚕豆根尖细胞进行的分裂方式是______________;秋水仙素能使部分细胞的染色体数目加倍,其作用的机理是________________________。
(2)Ⅰ中,在根尖细胞进行第一次分裂时,每一条染色体上带有放射性的染色体单体有________条,每个DNA分子中,有________条链带有放射性。
Ⅱ中,若观察到一个细胞具有24条染色体,且二分之一的染色体单体具有放射性,则表明该细胞的染色体在无放射性的培养基上复制________次,该细胞含有________个染色体组。
(3)上述实验表明,DNA分子的复制方式是________________。
[导学号29520324] 解析:(1)蚕豆根尖细胞为体细胞,其分裂方式为有丝分裂。秋水仙素可以抑制纺锤体的形成,导致染色体不能被拉向两极,从而形成了染色体数目加倍的细胞。(2)由于DNA分子的复制为半保留复制,第一次分裂完成时,每个DNA分子中都有一条链被3H标记,每一条染色体上有2条染色单体被3H标记。当DNA分子双链都被3H标记后,再将根移到含有秋水仙素的非放射性培养基中,观察到一个细胞具有24条染色体,且二分之一的染色单体具有放射性,则表明该细胞的染色体在无放射性的培养基上复制2次,该细胞含有4个染色体组。(3)该实验证明DNA分子的复制方式是半保留复制。
答案:(1)有丝分裂 抑制纺锤体的形成
(2)2 1 2 4
(3)半保留复制第19讲 基因的表达
[考纲点击] 1.遗传信息的转录和翻译(Ⅱ) 2.基因与性状的关系(Ⅱ)
一、RNA的结构和种类
二、遗传信息的转录和翻译
1.转录的过程
2.翻译的过程
三、中心法则与基因对性状的控制
1.中心法则及性状控制解读
2.基因对性状的控制途径[连一连]
1.DNA与RNA的区别看“两点”
(1)物质组成:组成DNA的五碳糖是脱氧核糖,特有碱基T;组成RNA的五碳糖是核糖,特有碱基U。
(2)结构特点:DNA一般是双链,RNA一般是单链。
2.转录与翻译的六点差异
(1)场所不同:转录主要在细胞核内,翻译是在细胞质中的核糖体上。
(2)模板不同:转录的模板是DNA的一条链,翻译的模板是mRNA。
(3)原料不同:转录的原料是4种游离的核糖核苷酸,翻译的原料是20种氨基酸。
(4)所需酶不同:转录需RNA聚合酶,翻译需多种酶。
(5)产物不同:转录的产物是RNA,翻译的产物是多肽。
(6)碱基配对方式不同:转录特有T—A,翻译特有U—A。
3.密码子和反密码子的两点比较
(1)位置:密码子位于mRNA上,反密码子位于tRNA上。
(2)数目:密码子有64种,决定氨基酸的密码子有61种;反密码子有61种。
4.中心法则要点:遗传信息由DNA传递到RNA,然后由RNA决定蛋白质的特异性。蛋白质是生物性状的体现者。
5.基因对性状控制的两条途径
(1)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)基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
考法一 对比分析,考查DNA复制、转录和翻译的异同
1.DNA复制、转录和翻译的区别
项目
复制
转录
翻译
作用
传递遗传信息
表达遗传信息
时间
细胞分裂的间期
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的两条单链
DNA的一条链
mRNA
原料
4种脱氧核苷酸
4种核糖核苷酸
20种氨基酸
能量
都需要

解旋酶、DNA聚合酶
RNA聚合酶
多种酶
产物
2个双链DNA
一个单链RNA
多肽链(或蛋白质)
产物去向
传递到2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
边解旋边复制,半保留复制
边解旋边转录,转录后DNA恢复原状
翻译结束后,mRNA被降解成单体
碱基配对
A-T,T-A,C-G,G-C
A-U,T-A,C-G,G-C
A-U,U-A,C-G,G-C
2.基因、密码子、反密码子及与氨基酸的关系
(1)遗传信息、密码子与反密码子之间的联系
(2)密码子、tRNA和氨基酸之间的对应关系
 基因表达中碱基数量推算方法
(1)DNA和mRNA对应碱基及数量的计算
找准DNA和mRNA之间对应碱基及其比例关系,即DNA模板链中A+T(或C+G)与mRNA中A+U(或C+G)相等,则(A+T)总%=(A+U)mRNA%。
(2)基因控制蛋白质合成中的相关计算
DNA(基因)、mRNA上碱基数目与氨基酸数目之间的关系,如下图所示:
可见,蛋白质中氨基酸数目=1/3mRNA碱基数目=1/6DNA(或基因)碱基数目。
视角1  
1.(分析判断类)(2016·浙江龙游开学考试)下列有关遗传信息表达的叙述,错误的是(  )
A.转录时,包括一个或几个基因的DNA片段的双螺旋解开需要RNA聚合酶
B.转录时,会形成RNA—DNA杂交区域
C.翻译时,若干个mRNA串联在一个核糖体上的多肽链合成方式,增加了翻译效率
D.翻译时,mRNA上决定氨基酸种类的密码由结合在其上的核糖体认读
解析:选C。DNA复制和转录过程均需要解旋,但DNA复制时的解旋需要解旋酶,而转录时的解旋是由RNA聚合酶作用的,A正确;转录时,在RNA聚合酶的作用下,会形成RNA—DNA杂交区域,B正确;翻译时,若干个核糖体串联在一条mRNA上的多肽链合成方式,增加了翻译效率,C错误;翻译时,mRNA上决定氨基酸种类的密码由结合在其上的核糖体认读,D正确。
2.(模式图类)下图表示真核细胞中核基因遗传信息的传递和表达过程,下列叙述正确的是(  )
A.甲、乙两图所示生理过程都需要解旋酶和DNA聚合酶
B.甲、乙两图所示生理过程中,所需模板完全相同
C.乙、丙两图表示的是核基因遗传信息的表达过程
D.甲、乙、丙三图所示生理过程中,碱基配对情况相同
解析:选C。由题图可知,甲、乙、丙分别代表DNA复制、转录、翻译过程。DNA复制过程中需要解旋酶和DNA聚合酶,转录过程中需要RNA聚合酶。DNA复制以DNA的两条链为模板,而转录以DNA的一条链为模板。核基因遗传信息的表达过程分为转录、翻译两个阶段。DNA复制时碱基配对方式为A—T、T—A、C—G、G—C,转录时碱基配对方式为A—U、T—A、C—G、G—C,翻译时碱基配对方式为A—U、U—A、C—G、G—C。
3.(示意图解类)(2016·重庆模拟)科学研究表明,小分子RNA可以干扰细胞中某些基因的表达过程,从而导致基因“沉默”,下面为小分子RNA干扰基因表达过程的示意图,下列叙述正确的是(  )
A.ATP分子中脱去两个磷酸基团可成为组成小分子RNA的基本单位
B.小分子RNA能使基因“沉默”的原因是影响了基因表达的转录过程
C.图中③过程中碱基配对原则是A—T、C—G、T—A、G—C
D.正常表达基因从DNA→RNA有碱基的互补配对,从RNA→蛋白质没有碱基的互补配对
解析:选A。ATP分子中脱去两个磷酸基团后成为腺嘌呤核糖核苷酸,是RNA的组成单位之一;图示信息显示,小分子RNA能使基因“沉默”是影响了基因表达的翻译过程;图示③过程是小分子RNA片段与mRNA之间的碱基配对,其配对原则是A—U、C—G、U—A、G—C;翻译过程中mRNA与tRNA之间可发生碱基的互补配对。
视角2  以图示分析的形式,考查遗传信息、密码子、反密码子的对应关系
4.(过程图类)如图表示蓝藻DNA上遗传信息、密码子、反密码子间的对应关系。请判断下列说法正确的是(  )
A.分析题图可知①是β,完成此过程的场所是细胞核内
B.除图中所示的两种RNA之外,RNA还包括tRNA
C.图中翻译过程需要在核糖体上进行
D.能够决定氨基酸的③的种类有61种
解析:选C。选项A,根据碱基互补配对原则,从图中②的碱基组成可以确定β链是转录模板,蓝藻是原核生物,没有细胞核。选项B,RNA包括mRNA(图中②)、tRNA(图中③)和rRNA(核糖体RNA)。选项C,图中翻译过程在核糖体上进行。选项D,能够决定氨基酸的是密码子,密码子在mRNA上,③是tRNA,能够决定氨基酸的密码子有61种。
5.(图表综合类)(2016·安徽芜湖模拟)已知反密码子的读取方向为“3′端→5′端”。分析图中的tRNA及四种氨基酸对应的全部密码子的表格,下列相关叙述正确的是(  )
密码子
UGG
GGU、GGAGGG、GGC
ACU、ACAACG、ACC
CCU、CCACCG、CCC
氨基酸
色氨酸
甘氨酸
苏氨酸
脯氨酸
A.转录过程中也需要搬运原料的工具
B.该tRNA中含有氢键,由一条链构成
C.该tRNA在翻译过程中可搬运脯氨酸
D.氨基酸与反密码子都是一一对应的
解析:选B。转录过程中不需要搬运原料的工具,直接利用游离的核糖核苷酸,A错误;该tRNA中含有氢键,是由一条链构成的,B正确;反密码子的读取方向为“3′端→5′端”,则图示tRNA上的反密码子为UGG,其对应的密码子为ACC,编码苏氨酸,C错误;一种氨基酸可能由几种密码子编码,因此一种氨基酸可能对应几种反密码子,D错误。
6.(基因突变综合类)(2016·江苏两市一模)若mRNA上决定氨基酸的某个密码子的一个碱基发生替换,则识别该密码子的tRNA及其携带的氨基酸的变化情况是(  )
A.tRNA一定改变,氨基酸不一定改变
B.tRNA不一定改变,氨基酸不一定改变
C.tRNA一定改变,氨基酸一定改变
D.tRNA不一定改变,氨基酸一定改变
解析:选A。mRNA上某个密码子的一个碱基发生替换,则对应的tRNA的反密码子肯定变化,但是由于密码子的简并性,所对应的氨基酸不一定发生改变,所以A项正确。
视角3  以图示分析或案例分析的形式,考查基因表达过程中的相关计算
7.(演绎计算类)(2016·广东龙川月考)由多个氨基酸分子缩合形成含2条肽链的蛋白质时,相对分子质量减少了1
800,则控制此蛋白质合成的基因中所含的嘌呤类碱基数和合成此蛋白质时所需的遗传密码子数分别为(  )
A.618个,206个    
B.306个,102个
C.606个,202个
D.303个,101个
解析:选B。氨基酸通过脱水缩合形成蛋白质,相对分子质量减少了1
800,脱去水分子数为1
800÷18=100个,所以氨基酸数=100+2=102,基因中的碱基数是控制合成蛋白质中氨基酸数的6倍,所以碱基有612个,而DNA分子中嘌呤数=嘧啶数,所以嘌呤数为306个,因为氨基酸数是102个,所以遗传密码子是102个,故选择B。
8.(生理过程示意图类)如图表示细胞中蛋白质合成的部分过程,以下叙述正确的是(  )
A.甲、乙、丙分子的基本单位一共有28种
B.甲分子上有m个密码子,乙分子上有n个密码子,若不考虑终止密码子,该蛋白质中有m+n-2个肽键
C.若控制甲合成的基因受到紫外线照射发生了一个碱基对的替换,那么丙的结构可能会受到一定程度的影响
D.甲和乙分子分别由同一基因的两条链转录而来
解析:选B。分析题图可知,甲和乙均为mRNA,RNA的基本单位含有四种核糖核苷酸;丙为蛋白质,组成蛋白质的氨基酸种类有20种,因此一共为24种,A错误。由于不考虑终止密码子,甲分子上有m个密码子,因此控制合成的多肽链的氨基酸数为m,肽键数为m-1,同理可得乙分子控制合成的多肽中有n-1个肽键,因此丙分子中有m+n-2个肽键,B正确。若控制甲合成的基因受到紫外线照射发生了一个碱基对的替换,这将导致mRNA上的一个密码子发生改变,但是决定的氨基酸种类不一定改变,因此丙的结构不一定会受到影响,C错误。组成丙的两条肽链是以不同的mRNA为模板翻译形成的,可推知丙的合成由2个基因共同控制,D错误。
考法二 以中心法则为基础,考查基因对性状的控制
1.中心法则与生物种类的关系
(1)细胞生物及噬菌体等DNA病毒的中心法则
(2)烟草花叶病毒等大部分RNA病毒的中心法则
(3)HIV等逆转录病毒的中心法则
2.基因控制性状的方式
(1)直接方式
①机理:基因蛋白质结构生物体性状。
②实例:镰刀型细胞贫血症、囊性纤维病的病因。
(2)间接方式
①机理:基因酶的合成细胞代谢生物性状。
②实例:白化病、豌豆粒形的形成原因。
3.基因与性状的关系
(1)一般而言,一个基因决定一种性状。
(2)生物体的一种性状有时受多个基因的影响,如玉米叶绿素的形成至少与50多个不同基因有关。
(3)有些基因可影响多种性状。
 “三看法”判断中心法则中的过程
一看模板
①如果模板是DNA,生理过程可能是DNA复制或DNA转录②如果模板是RNA,生理过程可能是RNA复制或RNA逆转录或翻译
二看原料
①如果原料为脱氧核苷酸,产物一定是DNA,生理过程可能是DNA复制或逆转录②如果原料为核糖核苷酸,产物一定是RNA,生理过程可能是DNA转录或RNA复制③如果原料为氨基酸,产物一定是蛋白质(或多肽),生理过程是翻译
三看产物
①如果产物为DNA,生理过程可能是DNA复制或RNA逆转录②如果产物为RNA,生理过程可能是RNA复制或DNA转录③如果产物是蛋白质(或多肽),生理过程是翻译
视角1  
1.(过程示意图类)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(  )
解析:选D。HIV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为模板逆转录合成DNA,该DNA又和人体细胞核内的DNA整合在一起,整合后的HIV—DNA分子在人体细胞可以复制,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。
2.(表格信息类)分析某病毒的遗传物质,其成分如下:
碱基种类
A
C
G
T
碱基比例(%)
36
24
18
22
据此,下列推测错误的是(  )
A.该病毒的遗传物质不是双链DNA
B.该病毒的遗传信息流动过程不遵循中心法则
C.以该病毒DNA为模板,复制出的DNA不是子代病毒的遗传物质
D.该病毒DNA的突变频率较高
解析:选B。该DNA分子中碱基A和T、C和G的数量不相等,可以确定该病毒的遗传物质为单链DNA;该病毒的遗传信息流动过程遵循中心法则;以该病毒DNA为模板复制出的是与其碱基序列互补的DNA单链,不是子代病毒的遗传物质;该病毒DNA是单链结构,其结构不稳定,容易发生突变。
3.(生理过程图与概念图类)图甲、图乙表示细胞内相关的生理活动,下列表述不正确的是(  )
A.图甲所示生理活动涉及图乙中的a、b、c、f、g过程
B.图乙中涉及碱基A与U配对的过程为b、c、d、e过程
C.遗传信息也可以由RNA传递给DNA
D.可运用放射性同位素示踪技术研究a过程中的半保留复制
解析:选A。图甲表示遗传信息的转录和翻译过程,对应图乙中的b和c过程,A错误。图乙中涉及碱基A与U配对的过程有转录(b)、翻译(c)、逆转录(e)、RNA复制(d),B正确。分析图乙可知,遗传信息可以从RNA通过逆转录过程流向DNA,C正确。运用同位素示踪技术可证明DNA分子的复制是半保留复制,D正确。
视角2  以基因与生物代谢关系图示为载体,考查基因与生物性状的关系
4.(流程示意图类)(2016·广东珠海月考)如图为基因的作用与性状表现的流程示意图。请据图分析,下列说法不正确的是(  )
A.①过程以DNA的一条链为模板、四种核糖核苷酸为原料合成RNA
B.某段DNA上发生了基因突变,但形成的蛋白质不一定会改变
C.③过程中需要多种转运RNA,转运RNA不同,所搬运的氨基酸也不相同
D.人的镰刀型细胞贫血症是基因对性状的直接控制,使结构蛋白发生变化所致
解析:选C。①为转录过程,该过程以DNA的一条链为模扳、四种核糖核苷酸为原料合成RNA,A正确;由于密码子的简并性等原因,基因突变不一定会导致其控制合成的蛋白质改变,B正确;tRNA具有专一性,一种转运RNA只能转运一种氨基酸,但一种氨基酸可能由几种tRNA来运载,因此tRNA不同,其所搬运的氨基酸可能会相同,C错误;基因通过控制蛋白质分子结构来直接控制性状,如镰刀形细胞贫血症,D正确。
5.(原理示意图类)囊性纤维病的病因如图所示,该实例可以说明(  )
A.基因能通过控制酶的合成来控制生物体的性状
B.基因能通过控制激素的合成来控制生物体的性状
C.基因能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状
D.DNA中部分碱基发生改变,相应的蛋白质结构必然改变
解析:选C。囊性纤维病的病因可以说明基因能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。
[误区补短]
易错点1 混淆六类酶——解旋酶、DNA聚合酶、限制酶、DNA连接酶、RNA聚合酶
[点拨] (1)“解旋酶”是DNA分子复制时使氢键断裂。
(2)“限制酶”是使两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键断裂。
(3)“DNA聚合酶”是DNA分子复制时依据碱基互补配对原则使单个脱氧核苷酸连成脱氧核苷酸链。
(4)“DNA连接酶”是将两个DNA分子片段的末端“缝合”起来形成磷酸二酯键。
(5)“RNA聚合酶”是RNA复制或DNA转录时依据碱基互补配对原则将单个核糖核苷酸连接成RNA链。
(6)“逆转录酶”是某些RNA病毒在宿主细胞内利用宿主细胞的脱氧核苷酸合成DNA的一种酶。
易错点2 错误地将下图中的多条肽链看作氨基酸序列不同
[点拨] 翻译过程中,可发生同一mRNA的分子上同时结合多个核糖体的状况,由于不同核糖体均沿同一mRNA分子移动,密码子阅读顺序相同,故所产生的多肽链氨基酸序列应相同。
易错点3 计算中对“最多”和“至少”的分析有误
[点拨] (1)翻译时,mRNA上的终止密码子不决定氨基酸,因此mRNA上的碱基数目是蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。
(2)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)在回答有关问题时,应加上“最多”或“至少”等字。如mRNA上有n个碱基,转录生成它的基因中至少有2n个碱基,由该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。
微观清障
1.判断下列有关RNA的叙述
(1)(2015·全国卷Ⅰ
T1B)一个tRNA分子中只有一个反密码子。(  )
(2)转录和翻译都是以mRNA为模板合成生物大分子的过程。(  )
(3)少数RNA具有生物催化作用。(  )
答案:(1)√ (2)× (3)√
2.判断下列有关转录和翻译的叙述
(1)(2015·全国卷Ⅰ
T5D改编)PrPc的空间结构改变后成为PrPBc的过程属于遗传信息的翻译过程。(  )
(2)(2014·全国卷Ⅱ
T5A)细胞核中发生的转录过程有RNA聚合酶的参与。(  )
(3)反密码子是位于mRNA上相邻的3个碱基。(  )
(4)DNA解旋后每一条链都可以当做转录的模板。(  )
(5)决定氨基酸的密码子有64种,反密码子位于tRNA上,也有64种。(  )
(6)基因翻译时所需tRNA与氨基酸种类数不一定相等。(  )
(7)生长激素基因在转录时需要解旋酶和DNA连接酶。(  )
(8)不同密码子编码同种氨基酸可增强密码的容错性。(  )
(9)细胞中有多种tRNA,一种tRNA只能转运一种氨基酸。(  )
答案:(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)× (6)√ (7)× (8)√ (9)√
3.判断下列关于基因、蛋白质与性状之间的叙述
(1)(2015·海南卷
T7B)由逆转录酶催化的是RNA→DNA的过程。(  )
(2)(2015·浙江卷
T1A)某些逆转录酶抑制剂可用于治疗艾滋病。(  )
(3)基因可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。(  )
(4)克里克提出的中心法则。(  )
(5)胰岛素基因的两条DNA单链分别编码A、B两条肽链。(  )
(6)DNA中的遗传信息可决定蛋白质中氨基酸的排列顺序。(  )
答案:(1)√ (2)√ (3)√ (4)√ (5)× (6)√
[能力培优]
 翻译过程中多聚核糖体模式图解读
[信息解读]
(1)图1表示真核细胞的翻译过程,其中①是mRNA,⑥是核糖体,②、③、④、⑤表示正在合成的4条多肽链,具体内容分析如下:
①数量关系:一个mRNA可同时结合多个核糖体,形成多聚核糖体。
②目的意义:少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质。
③方向:从右向左(见图1),判断依据是多肽链的长短,长的翻译在前。
④结果:合成的仅是多肽链,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。
⑤形成的多条肽链氨基酸序列相同的原因:有相同的模板mRNA。
(2)图2表示原核细胞的转录和翻译过程,图中①是DNA模板链,②、③、④、⑤表示正在合成的4条mRNA,在核糖体上同时进行翻译过程。
强化训练
1.(2016·安徽宿州一检)下图为原核生物某基因控制蛋白质合成的示意图,相关叙述错误的是(  )
A.①处有RNA聚合酶参与,并消耗细胞呼吸产生的ATP
B.②处有核糖体参与,翻译结束后形成的多条肽链完全相同
C.①②两处都发生碱基互补配对,配对方式均为A和U、G和C
D.①②两处分别表示转录和翻译,都能合成生物大分子
解析:选C。分析图形可知,①处有RNA聚合酶参与,是转录形成mRNA的过程,消耗细胞呼吸产生的ATP,A正确;②处有核糖体参与,由于翻译的模板是同一条mRNA,所以翻译结束后形成的多条肽链完全相同,B正确;①②两处都发生碱基互补配对,①处配对方式为A与U、G与C、C与G、T与A,②处没
有T与A配对,C错误;①②两处分别表示转录和翻译,都能合成生物大分子,D正确。
2.(2016·北京房山模拟)甲、乙两图为真核细胞中发生的代谢过程的示意图,下列有关说法正确的是(  )
A.图甲所示的过程叫做翻译,多个核糖体共同完成一条多肽链的合成
B.图乙所示过程叫做转录,转录产物的作用一定是作为图甲中的模板
C.图甲所示翻译过程的方向是从右到左,合成的4条肽链相同
D.图甲和图乙中都发生了碱基互补配对且碱基互补配对方式相同
解析:选C。图甲所示为翻译过程,多个核糖体同时完成多条多肽链的合成,A错误;图乙是转录过程,因转录的产物为mRNA、tRNA、rRNA
3种RNA,而tRNA和rRNA不能作为图甲翻译的模板,B错误;分析图甲可知,左侧肽链②最长,说明翻译过程的方向是从右到左的,C正确;图甲和图乙中都发生了碱基互补配对,但图乙特有的碱基互补配对方式(T-A),图甲没有,D错误。
考点一 基因控制蛋白质的合成
1.(2015·高考江苏卷)如图所示是起始甲硫氨酸和相邻氨基酸形成肽键的示意图,下列叙述正确的是(  )
A.图中结构含有核糖体RNA
B.甲硫氨酸处于图中 的位置
C.密码子位于tRNA的环状结构上
D.mRNA上碱基改变即可改变肽链中氨基酸的种类
[导学号29520325] 解析:选A。A项,分析题干中关键信息“形成肽键”可知,图中正在进行缩合反应,进而推知这是发生在核糖体中的翻译过程,图中的长链为mRNA,三叶草结构为tRNA,核糖体中含有核糖体RNA(rRNA)。B项,甲硫氨酸是起始氨基酸,图中 位置对应的氨基酸明显位于第2位。C项,密码子位于mRNA上,而不是tRNA上。D项,由于密码子的简并性,mRNA上碱基改变时,肽链中的氨基酸不一定发生变化,D项错误。
2.(2016·江苏如皋检测)目的基因转录产物内部结构中有TSS(转录起始位点)、TTS(转录终止位点)、STC(起始密码子)、SPC(终止密码子),它们在转录产物内部的正确排序是(  )
A.TSS——STC——SPC——TTS
B.TSS——STC——TTS——SPC
C.STC——TSS——TTS——SPC
D.STC——SPC——TSS——TTS
[导学号29520326] 解析:选A。基因转录产物为mRNA,因此转录起始位点(TSS)和终止位点(TTS)应在mRNA两端。作为起始密码子(STC)应在转录起始位点之后,终止密码子(SPC)应在转录终止位点之前,这样才能保证翻译的正常开始和终止,故选A项。
3.(2016·广东汕头模拟)如图是马铃薯细胞的部分DNA片段自我复制及控制多肽合成过程示意图,下列说法正确的是(注:脯氨酸的密码子为CCA、CCG、CCU、CCC)(  )
A.a链中A、T两个碱基之间通过氢键相连
B.若b链上的CGA突变为GGA,则丙氨酸将变为脯氨酸
C.与③相比,②过程中特有的碱基配对方式是A—U
D.图中丙氨酸的密码子是CGA
[导学号29520327] 解析:选B。a链中A、T两个碱基之间是不相连的,只有两条链之间的碱基通过氢键相连,A错误;若b链上的CGA突变为GGA,则转录成的信使RNA中对应的密码子变为CCU,因此,丙氨酸将变为脯氨酸,B正确;与③相比,②过程中特有的碱基配对方式是T—A,在③中也有A-U,C错误;密码子指
mRNA
中决定一个氨基酸的三个相邻的碱基,所以图中丙氨酸的密码子是GCU而不是CGA,D错误。
考点二 基因对性状的控制
4.(2015·高考海南卷)关于密码子和反密码子的叙述,正确的是(  )
A.密码子位于mRNA上,反密码子位于tRNA上
B.密码子位于tRNA上,反密码子位于mRNA上
C.密码子位于rRNA上,反密码子位于tRNA上
D.密码子位于rRNA上,反密码子位于mRNA上
[导学号29520328] 解析:选A。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;tRNA上一端的3个碱基可与mRNA上的密码子互补配对,叫反密码子,A项正确。
5.(2016·广东肇庆模拟)人类白化病和苯丙酮尿症是由于代谢异常引起的,下图表示在人体代谢中产生这两类疾病的过程。由图不能得出的结论是(  )
A.基因可以通过控制蛋白质的结构来控制生物的性状
B.基因可以通过控制酶的合成来控制生物的性状
C.一个基因可以控制多种性状
D.一个性状可以由多个基因控制
[导学号29520329] 解析:选A。苯丙酮酸、多巴胺和黑色素的异常与酶的合成有密切的关系,而酶的合成是由基因控制的;若基因1发生变化,则多巴胺和黑色素的合成都受影响;多巴胺和黑色素的合成也都受多个基因的控制。
6.(原创题)如图甲、乙、丙表示细胞内正在进行的新陈代谢过程,据图分析下列表述中不恰当的是(  )



A.正常人体细胞内不会进行4、6、7过程
B.1、4、6、8、10过程均需要核糖核苷酸作为原料
C.1过程需要RNA聚合酶参与,3过程需要DNA聚合酶参与
D.病毒体内不能单独进行图甲、乙或丙所代表的新陈代谢过程
[导学号29520330] 解析:选B。图甲表示DNA的复制、转录和翻译过程,图乙表示RNA的复制和翻译过程,图丙表示RNA的逆转录、DNA的复制、转录和翻译过程。正常人体细胞内不会进行RNA的复制、转录、翻译和逆转录过程,即不会进行4、6、7过程。1、4、6、8过程的产物为RNA,需要核糖核苷酸作为原料,但10过程表示DNA的复制,需要脱氧核糖核苷酸作为原料。1过程需要RNA聚合酶参与,3过程需要DNA聚合酶参与。病毒不具有独立代谢的能力,不能单独进行图甲、乙或丙所代表的新陈代谢过程。
7.(2015·高考安徽卷)Qβ噬菌体的遗传物质(Qβ
RNA)是一条单链RNA。当噬菌体侵染大肠杆菌后,Qβ
RNA立即作为模板翻译出成熟蛋白、外壳蛋白和RNA复制酶(如下图所示),然后利用该复制酶复制Qβ
RNA。下列叙述正确的是(  )
A.Qβ
RNA的复制需经历一个逆转录过程
B.Qβ
RNA的复制需经历形成双链RNA的过程
C.一条Qβ
RNA模板只能翻译出一条肽链
D.Qβ
RNA复制后,复制酶基因才能进行表达
[导学号29520331] 解析:选B。根据题意可知,噬菌体侵染大肠杆菌后,Qβ
RNA翻译出了RNA复制酶,没有逆转录酶,因此Qβ
RNA的复制没有经历逆转录形成DNA的过程,A项错误。Qβ噬菌体在RNA复制酶的作用下,以单链RNA为模板,根据碱基互补配对原则形成子链,因此会经历形成双链RNA的过程,B项正确。据图中信息可知,该Qβ噬菌体的单链RNA在大肠杆菌内可以同时翻译出多条肽链,C项错误。复制酶基因表达后生成RNA复制酶,才能催化RNA的复制,D项错误。
8.下面为细胞中多聚核糖体合成分泌蛋白的示意图,已知分泌蛋白的新生肽链上有一段可以引导其进入内质网的特殊序列(图中P肽段)。以下相关说法正确的是(  )
A.若P肽段功能缺失,虽可继续合成新生肽链,但无法将蛋白质分泌到细胞外
B.合成①的场所是细胞核,但⑥的合成与核仁无关
C.多个核糖体结合的①是相同的,但最终合成的肽链②、③、④、⑤在结构上各不相同
D.若①中有一个碱基发生改变,则合成的多肽链的结构一定会发生改变
[导学号29520332] 解析:选A。依题意可知,P肽段可以引导新生肽链进入内质网,所以当P肽段功能缺失时,新生肽链无法进入内质网进行初步加工,也就无法进入高尔基体进行进一步加工,该蛋白质也无法被分泌到细胞外,但核糖体中仍然可以继续合成肽链。①为mRNA,在细胞核中合成,⑥为核糖体,其合成与核仁有关。多个核糖体均结合在同一条mRNA(①)上,在翻译过程中始终以同一条mRNA(①)为模板,所以合成的多肽链的结构是相同的。①中有一个碱基发生改变,会引起密码子的改变,但由于密码子的简并性,合成的多肽链结构不一定会发生改变。
9.(2016·广西桂林模拟)如图为真核细胞中发生的某些相关生理和生化反应过程,相关叙述错误的是(  )
A.结构a是核糖体,物质b是mRNA,过程①是翻译过程
B.过程②在形成细胞中的某种结构,这一过程与细胞核中的核仁密切相关
C.如果细胞中r 蛋白含量增多,r 蛋白就与b结合,阻碍b与a结合
D.c是基因,是指导rRNA合成的直接模板,需要DNA聚合酶参与催化
[导学号29520333] 解析:选D。据图分析,a代表的结构是核糖体,b代表的物质是mRNA,过程①是翻译产生r 蛋白过程;过程②形成核糖体,核仁与核糖体的形成有关;由图可知细胞中r 蛋白含量较多时,r 蛋白就与b即mRNA结合,阻碍mRNA与核糖体结合,从而抑制翻译过程,这是一种反馈调节过程;c(DNA片段)转录形成rRNA时需要RNA聚合酶的催化。
10.如图甲、乙、丙表示细胞生命活动过程示意图,图乙是图甲中部分结构的放大图,图丙是图乙中部分结构的放大图。下列叙述错误的是(  )
A.图甲中DNA—RNA的杂交区域中可存在T与A配对
B.图甲中b端对应于图乙的左侧,且图乙中存在3种RNA
C.据乙、丙两图可推测tRNA与氨基酸结合的过程中有水生成
D.若DNA模板链上的CCA和GGT分别决定甘氨酸和脯氨酸,则图乙方框内为甘氨酸
[导学号29520334] 解析:选D。图甲表示原核生物的转录和翻译过程,图乙表示其中的翻译过程,图丙是对tRNA的部分结构的放大。转录过程中DNA和RNA配对时遵循碱基互补配对原则,可存在T与A配对,A正确;由图甲中肽链的长短可推知翻译中核糖体的移动方向是从b到a,故b端位于图乙的左侧,翻译过程中需要tRNA、mRNA、rRNA这三种RNA的参与,B正确;图丙中氨基酸的羧基与核糖的羟基脱水缩合从而连接在一起,C正确;图乙方框内氨基酸对应的密码子为CCA,对应到DNA模板链中的碱基序列应为GGT,故该氨基酸为脯氨酸,D错误。
11.下图是两种细胞中主要遗传信息的表达过程。据图分析,下列叙述中不正确的是(  )
A.两种表达过程均主要由线粒体提供能量,由细胞质提供原料
B.甲没有核膜包被的细胞核,所以转录和翻译发生在同一空间内
C.乙细胞的基因转录形成的mRNA需要通过核孔才能进入细胞质
D.若合成某条肽链时脱去了100个水分子,则该肽链中至少含有102个氧原子
[导学号29520335] 解析:选A。从图中可以看出,甲细胞是原核细胞,乙细胞是真核细胞,则甲细胞中不含线粒体,A错误;原核细胞的转录和翻译都发生在细胞质中,B正确;乙细胞翻译的场所为细胞质中的核糖体,细胞核基因转录出来的mRNA必须通过核孔才能进入细胞质,C正确;若合成某肽链时脱去100个水分子,则该肽链含有100个肽键,每个肽键中含有1个氧原子,再加上一端的羧基含有的2个氧原子,该肽链至少含有102个氧原子,D正确。
12.(2015·高考重庆卷)结合下图分析,下列叙述错误的是(  )
A.生物的遗传信息储存在DNA或RNA的核苷酸序列中
B.核苷酸序列不同的基因可表达出相同的蛋白质
C.遗传信息传递到蛋白质是表现型实现的基础
D.编码蛋白质的基因含遗传信息相同的两条单链
[导学号29520336] 解析:选D。A项,对于以DNA为遗传物质的细胞生物及部分DNA病毒来说,遗传信息储存在DNA的脱氧核苷酸序列中;对于RNA病毒来说,遗传信息储存在RNA的核糖核苷酸序列中。B项,由于密码子的简并性(即某些不同的密码子可决定相同的氨基酸)等原因,核苷酸序列不同的基因,也可能表达出相同的蛋白质。C项,蛋白质是生物性状的主要体现者,基因对性状的控制是通过控制蛋白质的合成实现的。D项,具有转录功能的链叫模板链或反义链,另一条无转录功能的链叫编码链或有义链,两条链之间的碱基互补配对,核苷酸排列顺序不同,含有不同的遗传信息。
13.(2016·江苏徐州月考)根据图1至图3遗传信息的传递和表达过程,回答相关问题:
(1)上图中表示脱氧核苷酸长链的字母是________________,能够发生A与T相互配对的是图______。
(2)图3过程不可能发生在________中。
A.神经元      
B.肝细胞
C.心肌细胞
D.哺乳动物成熟的红细胞
(3)若图3合成的产物中有n个氨基酸组成,指导其合成的mRNA的碱基数远大于3n的原因之一是________________。
(4)图1至图3中没有发生的过程是________________,中心法则完整的表达式是________________________________________________________________________。
[导学号29520337] 解析:(1)从图示看出,图1为DNA的复制,能发生A与T的配对;P链、T链、A链、B链表示脱氧核苷酸长链。
(2)图3为翻译过程,而哺乳动物成熟红细胞不仅无细胞核,而且也无线粒体、核糖体等细胞器,不能进行蛋白质的生物合成。
(3)由于终止密码子不编码氨基酸,因此图3合成的产物中如果有n个氨基酸组成,则指导其合成的mRNA的碱基数应远大于3n。
(4)从图示看出,图1至图3中没有发生的过程是逆转录和RNA复制。
答案:(1)P链、T链、A链、B链 1
(2)D 
(3)终止密码不编码氨基酸
(4)逆转录和RNA复制 
14.人体中的胆固醇是构成细胞膜的重要成分,参与血液中脂质的运输。血浆中胆固醇的含量受LDL(一种胆固醇含量为45%的脂蛋白)的影响,细胞中胆固醇的来源如图所示。请分
析回答:
(1)LDL受体的化学本质是______________。
(2)催化①过程的酶是________________,与②过程相比,①过程特有的碱基配对方式是________。
(3)已知mRNA1中有30个碱基,其中A和C共有12个,则其对应基因中至少含G和T共____________个。
(4)与DNA相比,mRNA更适宜于作为信使的原因是________________________________________。
(5)图示过程体现了基因对生物性状的________(直接、间接、直接和间接)控制。
(6)当LDL受体出现遗传性缺陷时,会导致血浆中胆固醇含量________。
[导学号29520338] 解析:(1)生物大分子LDL的受体化学本质是糖蛋白。(2)①过程为转录过程,故催化其能顺利进行的酶是RNA聚合酶;②过程为翻译过程,两者相比较,①过程特有的碱基配对方式是T—A,因为RNA中不含有碱基T。(3)mRNA中有几个A、C,其模板链就有几个G、T,而mRNA中有几个G、U,其模板链的互补链就有几个G、T,加在一起,共30个G、T。(4)DNA是大分子物质,他不能自由出入细胞核,信使RNA是由DNA经剪接而成,是携带遗传信息能指导蛋白质合成的一类单链核糖核酸,所以与DNA相比,mRNA更适宜于作为信使。(5)分析图示可以看出①过程转录形成的mRNA1直接控制合成了LDL受体,转录形成的mRNA2通过控制酶间接控制了乙酰CoA的合成。(6)分析图示,并结合题干中“血浆中胆固醇的含量受LDL(一种胆固醇含量为45%的脂蛋白)的影响”可知,当LDL受体出现遗传性缺陷时,会导致血浆中胆固醇含量增加。
答案:(1)糖蛋白(蛋白质) (2)RNA聚合酶 T—A (3)30 (4)mRNA一般为较短的单链,能通过核孔转移至细胞质 (5)直接和间接 (6)增加单元能力提升
同位素标记法的总结
一、同位素标记法在《分子与细胞》中的应用
1.研究蛋白质或核酸合成的原料及过程
原理:把具有放射性的原子掺到合成蛋白质或核酸的原料(氨基酸或核苷酸)中,让它们一起运动、迁移,再用放射性探测仪器进行追踪,就可知道放射性原子通过什么路径、运动到哪里以及分布如何。
2.研究分泌蛋白的合成和分泌
原理:研究细胞器在分泌蛋白合成中的作用时,标记某一氨基酸如亮氨酸的3H,在一次性给予放射性标记的氨基酸的前提下,通过观察细胞中放射性物质在不同时间出现的位置,就可以明确地看出细胞器在分泌蛋白合成和运输中的作用。研究手段:观察放射性在不同细胞器中出现的时间,来观察不同细胞器在分泌蛋白中的作用。
3.研究细胞的结构和功能
原理:用同位素标记氨基酸或核苷酸并引入细胞内,探测这些放射性标记出现在哪些结构中,从而推断该细胞的结构和功能。
4.研究光合作用中某些物质的变化过程
原理:利用放射性同位素18O、14C、3H作为示踪原子来研究光合作用过程中某些物质的变化过程,从而揭示光合作用的机理。①用18O标记水(HO),生成的氧气全部有放射性。②用18O标记二氧化碳(C18O2),除了碳水化合物(葡萄糖)有放射性外,部分水分子也有放射性,释放的氧气全部无放射性。③用18O、14C标记二氧化碳(14C18O2),
CO2被固定后产生的三碳化合物有放射性(14C3),光合作用产物葡萄糖(14C6HO6)有放射性、产物水(HO)也有放射性。
5.研究细胞呼吸过程中某些物质的变化过程
原理:利用18O作为示踪原子研究细胞呼吸过程中物质的转变途径,揭示呼吸作用的机理。①用18O标记氧气(18O2),生成的水全部有放射性,生成的二氧化碳全部无放射性,即18O2→HO。②用18O标记葡萄糖(C6HO6),生成的水全部无放射性,生成的二氧化碳全部有放射性,即C6HO6→C18O2。
6.研究有丝分裂过程
原理:在处于连续分裂的细胞的分裂期加入用3H标记的胸腺嘧啶,根据胸腺嘧啶被利用的情况,可以确定DNA合成期的起始点和持续时间。还可用32P和35S分别标记蚕豆根尖并做放射性自显影,以了解分裂间期DNA复制、蛋白质合成的相关情况。
(2016·江苏无锡月考)同位素示踪法是科学家研究有关生化反应的基本方法。以下叙述不正确的是(  )
A.32P标记尿嘧啶,一段时间后在植物叶肉细胞中检测到放射性物质,含放射性物质的结构有线粒体、叶绿体、核糖体、细胞核
B.有光条件下,14C标记CO2进入细胞后,首先在叶绿体基质中发生反应,在该结构中含14C的系列产物有14C3、糖类,该结构产生的含14C的产物全部在线粒体中氧化分解,为细胞的生命活动提供能量
C.用18O标记的水在适宜光照下浇灌植物一段时间后,空气中的水、O2、CO2含18O
D.将3H标记的氨基酸注射到豚鼠的胰腺细胞研究分泌蛋白的合成和运输,含放射性的物质依次出现在细胞的核糖体、内质网、高尔基体中,然后经细胞膜分泌到细胞外
[解析] 尿嘧啶是RNA的成分,线粒体、叶绿体和细胞核中都有DNA,可以转录形成RNA,核糖体的成分之一就是RNA。CO2在叶肉细胞中首先参与光合作用的暗反应,与C5结合生成C3,继而合成糖类等有机物,但这些有机物不会全部被有氧呼吸消耗掉。在光合作用过程中,H2O中的氧以O2的形式释放,在有氧呼吸过程中,由反应式可知,H2O中的氧转移到产物CO2中。分泌蛋白合成的场所是核糖体,然后依次在内质网和高尔基体中经过加工,最后经细胞膜分泌到细胞外。
[答案] B
[突破训练1 1] (2016·山东潍坊质检)下图中a、b、c、d为细胞器,3H 亮氨酸参与图示过程可合成物质3H X。请据图回答:
(1)分离细胞中细胞器的常用方法是________________________。其中观察c需用到染色剂________。
(2)在图示过程中,膜面积会发生变化的细胞器有______________(填字母)。
(3)c中的酶有多种,它们的分子结构明显不同的根本原因是________________________________________。
(4)图中含有DNA的结构是________(填字母),蓝藻细胞中也有的细胞器是________(填字母)。
(5)若3H X可使血糖浓度升高,则分泌该物质的细胞是________________________________;若物质3H X可在下丘脑与垂体细胞间传递信息,且在寒冷环境中分泌量明显增多,则物质3H X为________________________。
解析:(1)分离细胞中细胞器的常用方法是差速离心法,c是线粒体,可被健那绿染成蓝绿色。(2)图示为分泌蛋白合成、加工及分泌过程,图中a是核糖体,b是内质网,d是高尔基体,该过程中b、d膜面积会发生变化。(3)线粒体中的酶有多种,它们的化学本质是蛋白质,分子结构明显不同的根本原因是控制合成不同酶的基因的遗传信息不同。(4)图中含有DNA的结构是线粒体。蓝藻细胞是原核细胞,与真核细胞共有的细胞器是核糖体。(5)使血糖浓度升高的物质是胰高血糖素,是由胰岛A细胞合成分泌的。下丘脑合成分泌促甲状腺激素释放激素,作用于垂体细胞,在寒冷环境中促甲状腺激素释放激素分泌量明显增多。
答案:(1)差速离心法 健那绿 (2)b、d
(3)控制合成不同酶的基因的遗传信息不同
(4)c a (5)胰岛A细胞 促甲状腺激素释放激素
[突破训练1 2] (2016·江西南昌一模)苹果成熟过程中积累的糖类主要依靠果实下第一张叶片的光合作用提供。有人将这片叶包在一透明的袋中,袋中始终保持25
℃及充足的14CO2,在该叶基部安装一个可调节叶基部温度的套环,并将茎的一段树皮(内含韧皮部)与木质部分离后用蜡纸隔开,如图甲所示。实验开始时,套环温度调节到20
℃,测定30分钟内透明袋中的CO2吸收量、叶片水分散失量,同时测定含14C的糖在茎中各部分的分布。然后将套环温度调节到5
℃时,发现含14C的糖从叶向果实运输的过程被抑制,继续测定30分钟内透明袋中的CO2吸收量和叶片水分散失量,测得的结果如图乙所示:
(1)CO2参与光合作用的________阶段,写出该阶段CO2参与的反应式:________________________。
(2)停止供给14CO2时,叶绿体中C5的浓度变化是________。(箭头处表示停止供给)
(3)叶片基部温度变化对袋内叶片蒸腾作用有无影响?____________。
(4)叶片基部处于低温(5
℃)状态后CO2的吸收速率下降的主要原因是______________________________________________。
(5)图甲中的实验结果:①在蜡纸隔开的韧皮部有大量14C而木质部没有;②在没有蜡纸隔开的部分,韧皮部和木质部均含有14C。实验结果表明,光合产物是通过________来进行运输的。为了使实验更有说服力,应做的对照实验是____________________________。
解析:(1)CO2参与光合作用暗反应阶段的CO2的固定过程,其反应式为CO2+C52C3。
(2)当停止CO2供应时,短时间内C5消耗减少,C3继续还原生成C5,所以细胞内C5含量增加,当C3被还原越来越少时,C5的生成也会不断减少,C5含量最终不再变化。
(3)由图乙可以看出,在60分钟内叶片水分的散失量始终保持不变,说明叶片基部温度变化对袋内叶片蒸腾作用无影响。
(4)由题干和图分析可知,低温影响的是葡萄糖的运输,叶内的葡萄糖向外运输受到抑制后,葡萄糖在叶片内不断积累进而影响叶片的光合作用,使叶片吸收CO2的速率下降。
(5)实验结果表明,韧皮部是运输葡萄糖的通道,木质部的葡萄糖也来自韧皮部,要想证明此结论还需要再设置一组对照实验,即将韧皮部和木质部分离,但不用蜡纸隔开,使实验结果更具说服力。
答案:(1)暗反应 CO2+C52C3
(2)C (3)无
(4)葡萄糖由叶向果实运输被抑制,叶片中含14C的糖增加
(5)韧皮部 韧皮部和木质部分离后重新密切接触(分离而不用蜡纸隔开)
二、同位素标记法在《遗传与进化》中的应用
1.证明DNA是遗传物质
原理:在研究蛋白质和DNA在遗传中的作用时,分别放射性标记蛋白质和DNA的特征元素(指蛋白质有的而DNA没有的元素,或者是DNA有的而蛋白质没有的元素,如蛋白质的特征元素是S,而DNA的特征元素是P),通过培养、离心等一系列手段,根据上清液或沉淀物中的放射性来“区别”观察这两种物质在进入细胞并产生子代中的作用。
2.研究DNA半保留复制的具体过程
原理:通过放射性标记来“区别”亲代与子代的DNA,如放射性标记15N,因为放射性物质15N的原子量和14N的原子量不同,因此DNA的相对分子质量不同。两链都是15N的DNA,离心时为重带;一链是15N、一链是14N的DNA,离心时为中带;两链都是14N的DNA,离心时为轻带。根据重带、中带、轻带DNA出现的比例可判断DNA复制是全保留复制还是半保留复制。
3.探究基因的转录和翻译
原理:用放射性同位素标记尿嘧啶核糖核苷酸(RNA的特征碱基为U)、氨基酸,则在基因转录、翻译的产物中就会含有放射性同位素,还可以用来确定转录、翻译的场所。
科学家在研究DNA分子复制方式时,进行了如下的实验研究(已知培养用的细菌大约要20
min分裂一次,实验结果见相关图示),下列叙述不正确的是(  )
A.DNA复制过程中需要模板、原料、能量、酶等
B.上述实验研究可以说明DNA复制的特点为半保留复制
C.用15N标记的DNA分子作为模板,用含有14N的培养基培养,第三次复制后50%的DNA分子一条链含15N一条链含14N,50%的DNA分子只含14N
D.DNA复制过程中遵循碱基互补配对原则,但可能发生基因突变
[解析] 用15N标记的DNA分子为模板,用含14N的培养基培养,第一次复制后,全部DNA分子中一条链含15N一条链含14N;第二次复制后50%的DNA分子只含14N,50%的DNA分子一条链含15N一条链含14N,第三次复制后25%的DNA分子一条链含15N一条链含14N,75%的DNA分子只含14N。
[答案] C
[突破训练] (2016·安徽铜陵月考)请利用所给的含有大肠杆菌生长所需各种营养成分的培养基(分别含32P标记的核苷酸和35S标记的氨基酸)、大肠杆菌菌液、T2噬菌体进行实验,证明DNA是遗传物质。实验过程:
步骤一:分别取等量含32P标记核苷酸和含35S标记氨基酸的培养基装入两个相同培养皿中,并分别编号为甲,乙;
步骤二:在两个培养皿中接入________________,在适宜条件下培养一段时间;
步骤三:放入________,培养一段时间,分别获得__________和________标记的噬菌体;
步骤四:用上述噬菌体分别侵染________的大肠杆菌,经短时间保温后,用搅拌器搅拌、放入离心管内离心;
步骤五:检测放射性同位素存在的主要位置。
预测实验结果:
(1)在甲培养皿中获得的噬菌体侵染大肠杆菌,搅拌、离心后结果如________图。
(2)在乙培养皿中获得的噬菌体侵染大肠杆菌,搅拌、离心后结果如________图。
解析:本实验首先应关注的是噬菌体为DNA病毒,营寄生生活,不能直接在培养皿中培养,所以需将大肠杆菌放入含放射性的培养基中培养,然后再通过噬菌体侵染含放射性的大肠杆菌,从而使噬菌体获得放射性元素。由题干可知,甲培养皿中含用32P标记的核苷酸,乙培养皿中含用35S标记的氨基酸。因而通过上述过程,甲、乙培养皿中得到的噬菌体分别含有32P、35S。用上述噬菌体分别侵染未被标记的大肠杆菌,然后搅拌、离心,依据噬菌体在侵染过程中只有DNA进入,而蛋白质外壳不进入的特点,甲培养皿中含32P的噬菌体使大肠杆菌含放射性,实验结果应为B;乙培养皿中含35S的噬菌体的放射性仅留在大肠杆菌外的蛋白质外壳上,实验结果应为A。
答案:等量的大肠杆菌菌液 T2噬菌体 32P 35S 未被标记 B A
肺炎双球菌转化实验与基因重组结合考查
1.(2016·江苏扬州模拟)利用两种类型的肺炎双球菌进行相关转化实验。各组肺炎双球菌先进行图示处理,再培养一段时间后注射到不同小鼠体内。下列说法不正确的是(  )
A.通过E、F对照,能说明转化因子是DNA而不是蛋白质
B.F组可以分离出S和R两种肺炎双球菌
C.F组产生的S型肺炎双球菌可能是基因重组的结果
D.能导致小鼠死亡的是A、B、C、D四组
解析:选D。从图示实验过程看出,通过E、F对照,能说明转化因子是DNA而不是蛋白质。F组加入了S型菌的DNA,可以分离出S型和R型两种肺炎双球菌,而出现的S型肺炎双球菌可能是基因重组的结果。A组经煮沸、D和E组为R型菌,均不能导致小鼠死亡,所以能导致小鼠死亡的是B、C和F组,D错误。
表达过程与细胞器分工合作的综合考查
2.(2016·安徽淮南一模)核基因编码的蛋白质在细胞内的运输取决于自身氨基酸序列中是否包含了信号序列(引导蛋白质定向转移)及信号序列的差异。据图分析下列说法错误的是(  )
A.①过程形成多聚核糖体,加快了多肽链合成的效率
B.③过程输出的蛋白质中信号序列被切除属于对蛋白质的加工
C.无信号序列参与的蛋白质留在了细胞质基质
D.蛋白质经⑥、⑦过程进入相应结构时无选择性
解析:选D。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,因此少量的mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白质,A正确;粗面内质网负责加工来自附着于其中的核糖体合成的蛋白质,B正确;从图上看胞质可溶性蛋白没有信号序列,C正确;蛋白质经⑥、⑦过程进入相应结构是由于信号序列差异造成的,D错误。
表达过程中不同酶活性联系的综合考查
3.大肠杆菌可以直接利用葡萄糖,也可以通过合成β 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β 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β 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,β 半乳糖苷酶基因开始表达
D.培养基中葡萄糖缺乏时,β 半乳糖苷酶基因开始表达
解析:选D。大肠杆菌细胞内含有全部的基因,只是基因选择性表达。因此,在0~50
min,细胞内有β 半乳糖苷酶基因,但β 半乳糖苷酶基因没有表达,A错误;在50~100
min,由于β 半乳糖苷酶基因表达合成了β 半乳糖苷酶,将乳糖分解为葡萄糖和半乳糖,所以细胞内仍有分解葡萄糖的酶,B错误;培养基中葡萄糖和乳糖同时存在时,β 半乳糖苷酶基因开始表达,由题意可知培养基中葡萄糖和乳糖同时存在时,大肠杆菌细胞内β 半乳糖苷酶基因没有表达,不能合成β 半乳糖苷酶,只有在葡萄糖不存在时,β 半乳糖苷酶基因才开始表达,将乳糖分解为葡萄糖和半乳糖加以利用,C错误;在培养基中没有葡萄糖只有乳糖存在时,β 半乳糖苷酶基因开始表达,合成β 半乳糖苷酶,将乳糖分解为葡萄糖和半乳糖加以利用,D正确。
(建议用时:60分钟)
一、选择题
1.(2016·河南洛阳模拟)科学家为探究转化因子的本质,进行了如图所示的一组实验。该组实验不能得到的结果或结论是(  )
A.实验2只出现R型菌落
B.实验1、3均出现R型和S型菌落
C.DNA是转化因子
D.DNA纯度越高转化效率就越高
[导学号29520339] 解析:选D。三组实验中,自变量是培养基中加入的酶,实验1中加入RNA酶,由于R型菌的遗传物质是DNA,加入的是加热杀死的S型菌的DNA,所以RNA酶不起作用,R型菌可发生转化,出现R型和S型菌落,同理推出实验3也出现R型和S型菌落。实验2中加入DNA酶,破坏了DNA,R型菌不发生转化,只出现R型菌落。三个实验说明DNA是转化因子。DNA纯度越高转化效率就越高,但本实验不能得出此结论。
2.(2016·陕西西安月考)关于“噬菌体侵染细菌的实验”的叙述,正确的是(  )
A.分别用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培养基培养噬菌体
B.分别用35S和32P标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌,进行长时间的保温培养
C.用35S标记噬菌体的侵染实验中,沉淀物存在少量放射性可能是搅拌不充分所致
D.32P、35S标记的噬菌体侵染实验分别说明DNA是遗传物质、蛋白质不是遗传物质
[导学号29520340] 解析:选C。因为噬菌体必须寄生在细菌细胞内才能增殖,所以标记噬菌体要用被标记的大肠杆菌来培养噬菌体,A错误;用标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌时,需要进行短时间的保温培养,只要能确保噬菌体的DNA已经注入大肠杆菌细胞内即可,时间太长有可能会有新的子代噬菌体产生,影响实验结果,B错误;搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离,然后通过离心将噬菌体和细菌分开,搅拌不充分会使部分噬菌体在离心时随大肠杆菌沉淀下来,C正确;噬菌体侵染的实验只能说明DNA是遗传物质,并没有说明蛋白质不是遗传物质,D错误。
3.(2016·江苏泰州姜堰模拟)肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验是人类探索遗传物质过程中的两个经典实验,下列相关的叙述中,正确的是(  )
A.R型菌与S型菌的DNA混合培养,R型菌都能转化为S型菌
B.噬菌体吸收和利用培养基中含有35S的氨基酸从而被标记
C.肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是主要的遗传物质
D.肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的思路相同而实验技术不同
[导学号29520341] 解析:选D。R型菌与S型菌的DNA混合培养,一部分R型菌能转化成S型菌,A错误;噬菌体是病毒,必须寄生在活细胞中,不能从培养基中获取营养物质,B错误;肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是遗传物质,不能说明是主要的遗传物质,C错误;肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验实验思路相同,都是设法把DNA和蛋白质分开,单独的去研究他们的作用,而用的技术不同,肺炎双球菌的转化实验使用了分离提纯技术,而噬菌体侵染细菌的实验利用了同位素标记技术,D正确。
4.科学研究发现,小鼠体内HMIGIC基因与肥胖直接相关。具有HMIGIC基因缺陷的实验小鼠与作为对照的正常小鼠吃同样多的高脂肪食物,一段时间后,对照组小鼠变得十分肥胖,而具有HMIGIC基因缺陷的实验小鼠体重仍然保持正常,说明(  )
A.基因在DNA上
B.基因在染色体上
C.基因能够控制性状
D.DNA具有遗传效应
[导学号29520342] 解析:选C。正常小鼠吃高脂肪食物会变得肥胖,而具有HMIGIC基因缺陷的小鼠吃同样多的高脂肪食物体重仍保持正常,这说明肥胖由基因控制,从而得出基因能够控制性状。
5.(原创题)下图表示DNA复制的过程,结合图示判断,下列有关叙述不正确的是(  )
A.DNA复制过程中首先需要解旋酶破坏DNA双链间的氢键,使两条链解开
B.DNA分子的复制具有双向复制的特点,生成的两条子链方向相反
C.DNA分子的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段
D.DNA的两条子链都是连续合成的
[导学号29520343] 解析:选D。由图可知,两条子链中,一条是连续合成的,另一条是不连续合成的。
6.(2016·山东济南模拟)某二倍体生物(染色体数为2N)染色体上的DNA用3H充分标记,再置于不含3H的培养基中培养,其有丝分裂过程中细胞局部结构变化过程如下图所示。下列有关叙述错误的是(  )
A.图甲中DNA解旋酶可从①进入,与③直接相连的具膜细胞器是内质网
B.图乙所处时期核DNA数∶染色单体数∶染色体数∶同源染色体对数=4∶4∶2∶1
C.图丙表示细胞处于有丝分裂末期,其判断依据是核膜正在重新构建
D.若经3H充分标记的细胞经过两次连续的有丝分裂,则子细胞中含3H的染色体数目为N/2
[导学号29520344] 解析:选D。DNA复制需要的解旋酶和DNA聚合酶是由细胞质中的核糖体合成的,并通过①核孔运入细胞核参与DNA的复制,内质网可与③核膜直接相连,A正确。图乙中核膜逐渐解体,出现④染色体,应该为有丝分裂前期,在该时期时,一条染色体上有两个DNA分子、2条染色单体,因此细胞中核DNA数∶染色单体数∶染色体数∶同源染色体对数=4∶4∶2∶1,B正确。图丙中核膜小泡逐渐融合变成核膜,且染色体逐渐解旋变细为染色质,故该图表示有丝分裂末期,C正确。DNA分子的复制是半保留复制,第一次复制后的每个DNA分子中有一条链含3H,则第一次有丝分裂后所形成的子细胞中,含3H的染色体数均为2N,但每条染色体的DNA分子的两条链均为杂合(3H1H);继续在无放射性的培养基中培养时,由于DNA的半保留复制,每条染色体的一条染色单体上DNA分子的两条链为杂合的3H1H,另一条染色单体上DNA分子的两条链为纯合的1H1H,即一半染色单体含放射性,但有丝分裂后期,着丝点分裂,姐妹染色单体成为子染色体后,子染色体的分离具有随机性,因此,含3H的染色体数进入同一个子细胞的数量为0~2N,D错误。
7.(2016·山东潍坊模拟)一个双链均被32P标记的DNA由5
000个碱基对组成,其中腺嘌呤占20%,将其置于只含31P的环境中复制3次。下列叙述不正确的是(  )
A.该DNA分子中含有氢键的数目为1.3×104个
B.复制过程需要2.4×104个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸
C.子代DNA分子中含32P的单链与含31P的单链之比为1∶7
D.子代DNA分子中含32P与只含31P的分子数之比为1∶3
[导学号29520345] 解析:选B。由题意可知,该DNA分子中,A=T=10
000×20%=2
000(个),C=G=10
000×30%=3
000(个),则含有的氢键数为2
000×2+3
000×3=1.3×104(个);DNA复制3次形成8个DNA分子,需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为3
000×7=2.1×104(个);子代DNA分子中含有32P的单链与含有31P的单链之比为1∶7;子代DNA分子中含有32P的分子数与只含有31P的分子数之比为2∶6=1∶3。
8.(2016·广东湛江调研)关于基因控制蛋白质合成的过程,下列叙述正确的是(  )
A.一个含n个碱基的DNA分子,转录形成的mRNA分子碱基数是n/2个
B.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
C.DNA聚合酶和RNA聚合酶的结合位点分别在DNA和RNA上
D.在细胞周期中,mRNA的种类和含量均不断发生变化
[导学号29520346] 解析:选D。基因是有遗传效应的DNA片段,转录时以基因的一条链为模板,因此转录形成的mRNA分子的碱基数少于n/2个,A错误;细菌转录时以其中一条链为模板形成mRNA,B错误;DNA聚合酶和RNA聚合酶的结合位点均在DNA上,C错误;细胞周期中,mRNA的种类和含量均发生变化,D正确。
9.(2016·广东揭阳模拟)埃博拉病毒(EBV)是一种单链RNA病毒,EBV与宿主细胞结合后,将核酸—蛋白复合体( RNA)释放至细胞质,通过下图途径进行增殖。下列推断正确的是(  )
A.过程①所需嘌呤比例与过程③所需嘧啶比例相同
B.过程②需要的氨基酸和tRNA,两者的种类、数量相同
C.埃博拉病毒增殖过程需细胞提供四种脱氧核苷酸和ATP
D.埃博拉病毒只含有核糖体一种细胞器
[导学号29520347] 解析:选A。根据碱基互补配对原则, RNA中嘧啶比例与mRNA中嘌呤比例相同,因此过程①所需嘌呤比例与过程③所需嘧啶比例相同,A正确;过程②翻译形成两种不同的蛋白质,因此所需的氨基酸和tRNA的种类、数量不一定相同,B错误;EBV增殖过程需细胞提供四种核糖核苷酸、ATP等,C错误;病毒无细胞结构,无细胞器,D错误。
10.(2016·河南郑州模拟)有一种人工合成的微小RNA,不能编码蛋白质,当其进入小鼠细胞后,会与小鼠Lin 4基因产生的mRNA结合,并抑制它的功能,最终引起机体患病。下列说法正确的是(  )
A.微小RNA与小鼠mRNA结合很可能是借助细胞内的DNA连接酶
B.微小RNA不能编码蛋白质,很可能是因为它缺乏终止密码子
C.Lin 4基因所产生的mRNA在细胞中的功能一定是产生某种酶
D.微小RNA是通过阻止Lin 4基因的翻译过程来抑制该基因的功能
[导学号29520348] 解析:选D。DNA连接酶连接的是两个DNA片段,A错误;微小RNA不能编码蛋白质,很可能是因为它缺乏起始密码子,B错误;Lin 4基因所产生的mRNA经翻译后产生的是蛋白质,而蛋白质的功能是多样的,不一定是产生某种酶,C错误;“微小RNA能与小鼠Lin 4基因产生的mRNA结合并抑制它的功能”,说明微小RNA是通过阻止Lin 4基因的翻译过程来抑制该基因功能的,D正确。
二、非选择题
11.(2016·浙江五校联考)1952年“噬菌体小组”的赫尔希和蔡斯研究了噬菌体的蛋白质和DNA在侵染细菌过程中的功能,请回答下列有关问题:
(1)实验材料对实验成功具有重要的作用,选择T2噬菌体作为理想的实验材料,是因为它的结构简单,只含有蛋白质和DNA,且______________________________________。
(2)获得分别被32P、35S标记的噬菌体的具体方法是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)侵染一段时间后,用搅拌器搅拌,然后离心得到上清液和沉淀物,检测上清液中的放射性,得到如图所示的实验结果。实验结果表明当搅拌时间在2~5
min时,上清液中的35S、32P分别占初始标记噬菌体放射性的80%和30%,由此可以推断出________________________。图中“被侵染细菌”的存活率曲线基本保持在100%,本组数据的意义是作为对照组,以证明____________________________________。
(4)通过噬菌体侵染细菌实验发现,细菌裂解后释放出来的噬菌体大小、形状等都与原来噬菌体一致,实验证明________________________________。
[导学号29520349] 解析:(1)T2噬菌体结构简单,只含有蛋白质和DNA,且在侵染细菌的过程中蛋白质与DNA(核酸)会自然分离,是理想的实验材料。(2)噬菌体是病毒,营寄生生活,如果想得到分别被32P、35S标记的噬菌体,需先对其宿主细菌用含32P和35S的培养基分别进行培养。(3)35S、32P分别存在于噬菌体的蛋白质和DNA中,实验结果可说明DNA进入细菌,蛋白质没有进入细菌。(4)细菌裂解后释放出来的噬菌体大小、形状等都与原来噬菌体一致,说明噬菌体通过DNA将遗传性状传递给子代,DNA是噬菌体的遗传物质。
答案:(1)侵染细菌过程中蛋白质与DNA(核酸)会自然分离
(2)分别用含32P和35S的培养基培养大肠杆菌,再用噬菌体分别侵染被32P和35S标记的大肠杆菌
(3)DNA进入细菌,蛋白质没有进入细菌 细菌没有裂解,子代噬菌体没有被释放出来
(4)DNA是噬菌体的遗传物质(噬菌体的遗传物质是DNA或噬菌体的各种性状是通过DNA传递给后代的)
12.(2016·山东潍坊模拟)如图中甲~丁表示大分子物质或结构,①、②代表遗传信息的传递过程。请据图回答问题:
(1)①过程需要的原料是________;①过程与②过程碱基配对方式的区别是________________________________________________________________________。
(2)若乙中含1
000个碱基,其中C占26%、G占32%,则甲中胸腺嘧啶的比例是________,此DNA片段经三次复制,在第三次复制过程中需消耗________个胞嘧啶脱氧核苷酸。
(3)少量的mRNA能在短时间内指导合成大量蛋白质的原因是________________________________________________________________________;
②过程涉及的RNA有________类。
(4)在细胞分裂间期发生的遗传信息传递过程是____________________________,在分裂期此图所示过程很难进行,原因是________________________________________________________________________。
(5)下列生物或结构中,与结构丁化学组成相近的是(多选)(  )
A.T2噬菌体     
B.烟草花叶病毒
C.线粒体
D.HIV
[导学号29520350] 解析:(1)①②过程分别表示转录和翻译,前者发生DNA与RNA碱基配对,后者发生mRNA与tRNA碱基配对。(2)mRNA中C+G=58%,所以甲中C+G=58%,T占21%,C=1
000×2×29%=580,该DNA第三次复制消耗胞嘧啶脱氧核苷酸数为580×23-1=2
320。(3)图中一个mRNA可与多个核糖体相继结合,同时合成多条肽链,从而提高了翻译的效率,该过程中涉及mRNA、tRNA、rRNA三类RNA。(4)分裂间期可进行DNA分子的复制、转录和翻译过程。(5)结构丁代表核糖体,由RNA和蛋白质组成,其化学组成与RNA病毒相似。
答案:(1)核糖核苷酸 ①过程中T可与A配对
(2)21% 2
320
(3)一个mRNA可以与多个核糖体相继结合,同时进行多条肽链的合成 三
(4)
DNA处于高度螺旋化的染色体中,无法解旋
(5)BD
13.某研究性学习小组以细菌为实验对象,运用同位素示踪技术及密度梯度离心法对有关DNA复制的方式进行了探究(已知培养用的细菌大约每20
min分裂一次,产生子代,实验结果见相关图示)。请回答下列问题。
(1)综合分析本实验的DNA离心结果,前三组实验中,第________组结果对得到的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。
(2)分析讨论:
①若实验三的离心结果为:如果DNA位于重和轻带位置,则是____________复制;如果DNA位于全中带位置,则是______________复制。为了进一步得出结论,该小组设计了实验四,请分析:如果DNA位于________________(位置及比例,下同)带位置,则是全保留复制;如果DNA位于________________带位置,则是半保留复制。
②若将实验三得到的DNA双链分开再离心,其结果________(填“能”或“不能”)判断DNA的复制方式。为什么?______________________________________________________。
(3)实验得出结论:DNA复制方式为半保留复制。若将实验四的实验时间改为60
min,离心后密度带的数量和位置是否发生变化?________。若实验三的结果中,子一代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的DNA单链中的N尚有少部分为________。
(4)假设某大肠杆菌含14N的DNA的相对分子质量为a,含15N的DNA的相对分子质量为b,现将含15N的DNA的大肠杆菌培养在含14N的培养基中,子二代DNA的相对分子质量平均为________。
[导学号29520351] 解析:(1)前三组实验中,第三组结果对得到的结论起到关键作用,但需把它与第一组轻带和第二组重带的结果进行比较,才能说明DNA分子的复制方式是半保留复制。(2)①若实验三的离心结果为:如果DNA位于重带和轻带位置,则是全保留复制,因为全保留复制产生的子代是两条链含14N的DNA,分布在轻带位置,而亲代DNA的两条链含15N,位于重带位置;如果DNA位于全中带位置,则是半保留复制,子代DNA都是一条链含14N,一条链含15N,所以处于中带位置。同理,实验四中如果DNA位于轻带和重带位置,则是全保留复制;如果DNA位于中带和重带位置,则是半保留复制。②若将实验三得到的DNA双链分开后再离心,其结果不能判断DNA的复制方式,因为不论是全保留复制还是半保留复制,实验结果都是一样的,都会出现位于中带和重带位置。(3)若将实验四的实验时间改为60
min,细菌分裂三次,因为DNA复制方式为半保留复制,离心后密度带还是在重带和中带位置。若实验三的结果中,子一代DNA的“中带”比以往实验结果中的“中带”略宽,可能的原因是新合成的DNA单链中的N尚有少部分为15N。(4)假设某大肠杆菌含14N的DNA的相对分子质量为a,含15N的DNA的相对分子质量为b,将含15N的DNA的大肠杆菌培养在含14N的培养基中,在子二代中有两个中带DNA和两个轻带DNA,相当于一个含15N的DNA和三个含14N的DNA,总质量为3a+b,则四个DNA的平均相对分子质量为。
答案:(1)三 一 二
(2)①全保留 半保留 轻和重 中和重 ②不能 不论DNA是全保留复制方式还是半保留复制方式,实验结果都是一样的
(3)没有变化 15N (4)第17讲 DNA是主要的遗传物质
[考纲点击] 人类对遗传物质的探索过程(Ⅱ)
一、肺炎双球菌转化实验
1.格里菲思体内转化实验
2.艾弗里体外转化实验
二、噬菌体侵染细菌的实验
1.噬菌体结构
2.实验方法:放射性同位素标记法。
3.实验过程及结果
4.结论:DNA是噬菌体的遗传物质。


噬菌体增殖过程
一吸(附)二注(入)三合成,组装、释放、再侵染。三、RNA是遗传物质的实验
1.过程及结果
2.结论:RNA是遗传物质。
四、DNA是主要的遗传物质[连一连]
1.两个肺炎双球菌转化实验的结论
(1)格里菲思实验的结论:加热杀死的S型细菌中存在“转化因子”。
(2)艾弗里实验的结论:DNA才是使R型细菌产生稳定性变化的物质,即DNA是遗传物质。
2.噬菌体侵染细菌实验的两次标记
(1)第一次标记:标记大肠杆菌,分别用含35S和32P的培养基培养大肠杆菌。
(2)第二次标记:标记噬菌体,分别用含35S和32P的大肠杆菌培养噬菌体。
3.证明DNA是遗传物质的两大实验的实验思路
设法将DNA和蛋白质等其他物质分离开来,单独地、直接地观察它们各自的作用。
4.关于遗传物质的三个问题
(1)真核生物和原核生物的遗传物质一定是DNA。
(2)病毒的遗传物质是DNA或RNA。
(3)绝大多数生物的遗传物质是DNA,因此DNA是主要的遗传物质。
考法一 以实验分析为基础,考查肺炎双球菌转化实验
1.肺炎双球菌体内转化实验和体外转化实验的比较
项目
体内转化实验
体外转化实验
培养细菌
在小鼠体内
体外培养基
实验对照
R型细菌与S型细菌的毒性对照
S型细菌各组成成分的作用进行对照
巧妙构思
用加热杀死的S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
将物质提纯分离后,直接地、单独地观察某种物质在实验中所起的作用
实验结论
S型细菌体内有“转化因子”
S型细菌的DNA是遗传物质
联系
(1)所用材料相同(2)体内转化实验是体外转化实验的基础,体外转化实验是体内转化实验的延伸(3)两实验都遵循对照原则、单一变量原则
2.实验拓展分析
(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降低又逐渐恢复活性。
(2)转化后形成的S型细菌的性状可以遗传下去,说明S型细菌的DNA是遗传物质。
 探究遗传物质是DNA、RNA还是蛋白质
(1)基本设计思路:设法将DNA(或RNA)与蛋白质分开,单独、直接地观察各自的作用。
(2)基本设计原则:对照原则。
视角1  
1.(概念图示类)
(2016·广东惠州检测)下图为肺炎双球菌转化实验中的基本步骤,下列有关说法正确的是(  )
A.①要加热处理,②要将各提取物分别与R型菌混合培养,③转入固体培养基
B.①不加热处理,②要将所有提取物与R型菌共同培养,③转入液体培养基
C.③转入固体培养基培养,结果只有S型或R型一种菌落
D.③转入固体培养基培养,结果可能有S型、R型两种菌落
解析:选D。图中①是分离提纯S型菌各组成成分,所以不能加热处理,②是将提取物分别与R型菌混合培养,③是转入固体培养基中培养,可产生R型、S型两种菌。
2.(原理判断类)(2016·福建厦门质检)关于格里菲思的肺炎双球菌转化实验,下列叙述正确的是(  )
A.加热杀死的S型细菌和R型活细菌混合后,R型细菌全部转化为S型细菌
B.R型细菌能够使加热杀死的S型细菌的蛋白质恢复活性,从而产生毒性
C.该实验证明DNA是细菌的遗传物质,而蛋白质不是
D.实验说明S型细菌中必定存在某种因子,使R型细菌发生可遗传的转化
解析:选D。加热杀死的S型细菌和R型活细菌混合后,部分R型细菌转化为S型细菌,还有部分R型细菌生成新的R型细菌,A错误;加热杀死的S型细菌的DNA使R型细菌发生转化生成S型细菌,蛋白质加热变性后不能逆转,B错误;没有设置对照实验对蛋白质和DNA进行对照,不能证明DNA是细菌的遗传物质,C错误;实验说明S型细菌中必定存在某种因子,使R型细菌发生转化生成S型细菌,而该S型细菌可以生成新的S型细菌,D正确。
3.(表格信息类)(2016·北京重点中学开学测试)艾弗里和同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验,结果如下表。从表可知
(  )
实验组号
接种菌型
加入S型菌物质
培养皿长菌情况

R
蛋白质
R型

R
荚膜多糖
R型

R
DNA
R型、S型

R
DNA(经DNA酶处理)
R型
A.①不能证明S型菌的蛋白质不是转化因子
B.②说明S型菌的荚膜多糖有酶活性
C.③和④说明S型菌的DNA是转化因子
D.①~④说明DNA是主要的遗传物质
解析:选C。在含有R型细菌的培养基中加入S型细菌的蛋白质,R型细菌没有转化成S型细菌,说明S型菌的蛋白质不是转化因子,A错误;表中实验结果不能说明S型菌的荚膜多糖有酶活性,B错误;③和④形成对照,说明DNA是S型菌的转化因子,C正确;①~④说明DNA是遗传物质,但不能说明DNA是主要的遗传物质,D错误。
4.(实验装置图类)肺炎双球菌有许多类型,有荚膜的S型菌有毒性,能引起人患肺炎或引起小鼠患败血症死亡,无荚膜的R型菌无毒性。下图为所做的细菌转化实验。下列相关说法错误的是(  )
A.丙组为空白对照,实验结果为小鼠不死亡
B.能导致小鼠患败血症死亡的有甲、丁两组
C.戊组实验表明,加S型菌的蛋白质后试管中长出的还是无毒性的R型菌
D.丁组产生有毒性的肺炎双球菌不能将该性状遗传给后代
解析:选D。含有荚膜的肺炎双球菌是甲、乙、丁三组,煮沸处理能使有荚膜的肺炎双球菌失去毒性,所以只有甲、丁两组能导致小鼠死亡。戊组加S型菌的蛋白质后试管中长出的还是无毒性的R型菌,而丁组产生的有毒性的肺炎双球菌是由遗传物质的改变引起的,可以遗传给后代。
视角2  以图形分析或实验分析的形式,考查肺炎双球菌转化实验的拓展分析与应用
5.(实验流程图类)细菌转化是指某一受体细菌通过直接吸收来自另一供体细菌的一些含有特定基因的DNA片段,从而获得供体细菌的相应遗传性状的现象,如肺炎双球菌转化实验。S型肺炎双球菌有荚膜,菌落光滑,可致病,对青霉素敏感。在多代培养的S型菌中分离出了两种突变型:R型,无荚膜,菌落粗糙,不致病;抗青霉素的S型(记为
PenrS型)。现用PenrS型菌和R型菌进行下列实验,对其结果的分析最合理的是(  )
A.甲组中部分小鼠患败血症,注射青霉素治疗后均可康复
B.乙组中可观察到两种菌落,加青霉素后仍有两种菌落继续生长
C.丙组培养基中含有青霉素,所以生长的菌落是PenrS型菌
D.丁组中因为DNA被水解而无转化因子,所以无菌落生长
解析:选D。甲组中部分R型菌可转化为PenrS型菌,使部分小鼠患败血症,注射青霉素治疗后小鼠不可康复;乙组中可观察到两种菌落,加青霉素后只有PenrS型菌落能继续生长;丙组培养基中含有青霉素,R型菌不能生长,也不能发生转化,所以不会出现菌落;丁组中因为PenrS型菌的DNA被水解而无转化因子,且R型菌不抗青霉素,所以无菌落生长。
6.(原理判断类)S型肺炎双球菌的荚膜表面具有多种抗原类型(如Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等),不同的抗原类型之间不能通过突变而发生转换;在特殊条件下离体培养S Ⅱ型肺炎双球菌可从中分离出R Ⅱ型菌。Griffith
将加热杀死的S Ⅱ型菌与R Ⅱ型菌混合后同时注入小鼠体内,小鼠患病并死亡,而且从患病死亡小鼠体内获得具有活性的S Ⅲ型菌;而单独注射加热杀死的S Ⅲ型菌,小鼠未死亡。此实验结果能支持的假设是(  )
A.S Ⅲ型菌经突变形成了耐高温型菌
B.S Ⅲ型菌是由R Ⅱ型菌突变形成的
C.R Ⅱ型菌经过转化形成了S Ⅲ型菌
D.加热后S Ⅲ型菌可能未被完全杀死
解析:选C。加热杀死的S Ⅱ型菌与R Ⅱ型菌混合后同时注入小鼠体内,小鼠患病并死亡,而且从患病死亡小鼠体内获得具有活性的S Ⅲ型菌;而单独注射加热杀死的S Ⅲ型菌,小鼠未死亡,说明R Ⅱ型菌经过转化形成了S Ⅲ型菌。
考法二 以同位素标记为手段,考查噬菌体侵染细菌实验
1.艾弗里肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验设计思路的实验比较
实验名称
艾弗里肺炎双球菌转化实验
噬菌体侵染细菌实验
实验思路
设法将DNA与其他物质分开,单独地、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
直接分离法:分离S型细菌的DNA、多糖、蛋白质等,分别与R型活细菌混合培养
同位素标记法:分别标记DNA和蛋白质的特征元素(32P和35S)
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,不能证明蛋白质不是遗传物质
2.噬菌体侵染细菌实验中上清液和沉淀物放射性分析
(1)用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌,上清液中含放射性的原因:
①保温时间过短,有一部分噬菌体还没有侵染到大肠杆菌细胞内,经离心后分布于上清液中,上清液中出现放射性。
②噬菌体和大肠杆菌混合培养到用离心机分离,这一段保温时间过长,噬菌体在大肠杆菌内增殖后子代释放出来,经离心后分布于上清液,也会使上清液中出现放射性。
(2)用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌,沉淀物中有放射性的原因:由于搅拌不充分,有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面,随细菌离心到沉淀物中。
[提示] ①因噬菌体蛋白质含有DNA没有的特殊元素S,所以用35S标记蛋白质;噬菌体DNA含有蛋白质没有的元素P,所以用32P标记DNA;而DNA和蛋白质都含有C、H、O、N元素,所以该实验不能标记C、H、O、N元素。
②含放射性标记的噬菌体不能用培养基直接培养,因为病毒营寄生生活,故应先培养细菌,再用细菌培养噬菌体。
③噬菌体侵染细菌的实验证明了DNA是遗传物质,但是没有证明蛋白质不是遗传物质。
3.探索遗传物质的经典实验
 “两看法”解答噬菌体侵染细菌的同位素标记问题
视角1  以基础判断的方式或以图示为信息载体,考查噬菌体侵染细菌实验的过程与结论
1.(表格实验类)某同学分离纯化了甲、乙两种噬菌体的蛋白质和DNA,重新组合为“杂合”噬菌体,然后分别侵染大肠杆菌,并对子代噬菌体的表现型作出预测,见下表。其中预测正确的是(  )
“杂合”噬菌体的组成
实验预期结果
预期结果序号
子代表现型
丙种:甲的DNA+乙的蛋白质
1
与甲种一致
2
与乙种一致
3
与丙种一致
丁种:乙的DNA+甲的蛋白质
4
与甲种一致
5
与乙种一致
6
与丁种一致
A.2、4   
B.1、5   
C.2、5   
D.3、6
解析:选B。以DNA为遗传物质的噬菌体侵染细菌时,蛋白质外壳留在细菌外,DNA注入细菌中,指导合成相应噬菌体的蛋白质和DNA。因此,当甲的DNA+乙的蛋白质组成的“杂合”噬菌体侵染细菌时,其子代应表现为甲种噬菌体的性状;当乙的DNA+甲的蛋白质组成的“杂合”噬菌体侵染细菌时,其子代应表现为乙种噬菌体的性状。
2.(原理判断类)(2016·湖南师大附中月考)下列关于噬菌体侵染细菌实验的相关叙述中,错误的是(  )
A.为确认噬菌体的何种成分注入了细菌体内,可用32P、35S分别标记噬菌体的DNA和蛋白质
B.合成子代噬菌体是以亲代噬菌体DNA为模板,原料、ATP、酶、场所等条件均由细菌提供
C.该实验证明了DNA是遗传物质
D.上述过程中噬菌体的遗传信息流动方向是:RNA→DNA→RNA→蛋白质
解析:选D。由于P是DNA的特征元素、S是蛋白质的特征元素,所以可用32P、35S分别标记噬菌体的DNA和蛋白质,以确认噬菌体的何种成分注入了细菌体内,A正确;噬菌体侵染细菌时只有DNA进入细菌,而蛋白质外壳则留在外面,所以合成子代噬菌体是以亲代噬菌体DNA为模板,原料、ATP、酶、场所等条件均由细菌提供,B正确;在噬菌体的亲子代之间,只有DNA有连续性,子代噬菌体的性状是通过DNA遗传的,DNA是噬菌体的遗传物质,C正确;上述过程中噬菌体的遗传信息流动方向是:DNA→RNA→蛋白质,D错误。
3.(实验流程类)(2016·江西五校联考)某同学模拟赫尔希和蔡斯做了噬菌体侵染大肠杆菌的部分实验,有关分析错误的是(  )
A.仅通过图中实验过程并不能证明DNA是遗传物质
B.沉淀物b中含放射性的高低,与②过程中搅拌是否充分有关
C.离心前混合时间过长会导致上清液放射性升高
D.①过程中与35S标记的噬菌体混合培养的是没有标记的大肠杆菌
解析:选C。题图中实验过程只能证明蛋白质不是遗传物质,并不能证明DNA是遗传物质,A正确;沉淀物b中含放射性的高低,与②过程中搅拌是否充分有关,搅拌充分,几乎没有放射性,搅拌不充分,具有放射性,B正确;离心前混合时间过长会导致大肠杆菌分解,释放噬菌体,但新形成的噬菌体没有放射性,上清液放射性没有变化,C错误;为了观察35S标记的噬菌体的蛋白质的行为,需要将噬菌体与没有标记的大肠杆菌混合培养,D正确。
视角2  借助噬菌体侵染细菌实验,考查噬菌体侵染细菌实验中的同位素标记
4.(分子结构图示类)(2016·山东枣庄检测)在证明DNA是遗传物质的实验中,赫尔希和蔡斯分别用32P和35S标记噬菌体的DNA和蛋白质,在下图中标记元素所在部位依次是(  )
A.①④   
B.②④   
C.①⑤   
D.③⑤
解析:选A。脱氧核苷酸由磷酸、脱氧核糖和含氮碱基组成,P元素存在于磷酸部位;根据氨基酸结构通式,可知S元素存在于氨基酸的R基中。所以用32P和35S标记噬菌体的DNA和蛋白质,标记元素所在部位依次是磷酸和R基团,故选A。
5.(原理判断类)(2016·北京房山月考)赫尔希与蔡斯用32P标记的T2噬菌体与无标记的细菌培养液混合,保温一段时间后经过搅拌、离心得到了上清液和沉淀物。与此有关的叙述,正确的是(  )
A.保温(侵染)时间过长或过短都会导致上清液带有放射性
B.32P标记T2噬菌体DNA在细菌体内复制时,需要噬菌体携带到细菌体内的酶
C.在此实验中最后获得的子代噬菌体大部分含有放射性
D.离心时间过长或搅拌不充分是上清液带有放射性的重要原因之一
解析:选A。32P标记噬菌体DNA,正常情况下是要进入细菌体内到子代噬菌体中。保温(侵染)时间过长会导致部分子代噬菌体释放出来进入上清液,过短会导致部分亲代噬菌体没有侵入细菌,结果都会导致上清液带有放
射性,A正确;噬菌体侵染细菌时,酶由细菌提供,B错误;DNA复制是半保留复制,则子代噬菌体大多数没有放射性,C错误;离心时间过长或搅拌不充分,均不会导致上清液有放射性,D错误。
6.(曲线图实验类)(2016·湖南衡阳月考)1952年“噬菌体小组”的赫尔希和蔡斯研究了噬菌体的蛋白质和DNA在侵染细菌过程中的功能,实验数据如图所示,下列说法不正确的是(  )
A.细胞外的32P含量有30%,原因是有部分标记的噬菌体还没有侵染细菌或由于侵染时间过长,部分子代噬菌体从细菌中释放出来
B.实验结果表明当搅拌时间足够长以后,上清液中的35S和32P分别占初始标记噬菌体放射性的80%和30%
C.图中被侵染细菌的存活率始终保持在100%,说明细菌没有裂解
D.噬菌体侵染大肠杆菌的时间要适宜,时间过长,子代噬菌体从大肠杆菌体内释放出来,会使细胞外32P含量增高
解析:选A。由图可知,细菌的感染率为100%;上清液35S先增大后保持在80%,说明有20%的噬菌体没有与细菌脱离,仍然附着在细菌外面,离心后随细菌一起沉淀了;上清液中32P先增大后保持在30%左右,说明有30%的噬菌体没有侵染细菌,离心后位于上清液。若细菌发生裂解,上清液中32P的百分比会上升,不会保持不变,且被侵染细菌的存活率始终保持在100%,所以被侵染的细菌基本上未发生裂解,A错误;根据题意和图示分析可知:当搅拌时间足够长以后,上清液中的35S和32P分别占初始标记噬菌体放射性的80%和30%,B正确;图中被侵染细菌的存活率始终保持在100%,说明细菌没有裂解,C正确;如果培养时间过长,子代噬菌体从大肠杆菌体内释放出来,会使细胞外32P含量增高,所以噬菌体侵染大肠杆菌的时间要适宜,D正确。
[误区补短]
易错点1 误认为肺炎双球菌的体内转化实验是“S型细菌的DNA可使小鼠致死”
[点拨] 加热杀死的S型细菌与R型细菌混合培养时,S型细菌的DNA进入R型细菌体内。结果在S型细菌DNA的控制下,R型细菌体内合成了S型细菌的DNA和蛋白质,从而组装成了具有毒性的S型细菌。
易错点2 误认为加热杀死的S型细菌可使所有R型细菌实现转化
[点拨] 并非所有的R型细菌都转化为S型细菌,事实上转化的效率很低,并且转化受DNA的纯度、两种细菌的亲缘关系、受体菌的状态等因素影响,因此只有少部分R型细菌被转化为S型细菌。
易错点3 未明确“标记”对象与实验结果的对应关系
[点拨] (1)若用32P和35S标记病毒而宿主细胞未被标记,相当于间接地将核酸和蛋白质分开,只在子代病毒的核酸中有32P标记。(2)若用32P和35S标记宿主细胞而病毒未被标记,则在子代病毒的核酸和外壳中均有标记元素。(3)若用C、H、O、N等标记病毒而宿主细胞未被标记,则只在子代病毒的核酸中有标记元素。(4)若用C、H、O、N等标记宿主细胞而病毒未被标记,则在子代病毒的核酸和外壳中均可找到标记元素。
微观清障
1.判断下列有关肺炎双球菌转化实验的叙述
(1)(2015·全国卷Ⅰ
T1D)控制细菌性状的基因位于拟核和线粒体中的DNA上。(  )
(2)格里菲斯的肺炎双球菌转化实验直接证明了DNA是遗传物质。(  )
(3)将活的R型肺炎双球菌与加热杀死的S型肺炎双球菌混合后注入小鼠体内,小鼠体内出现活的S型菌说明DNA是主要遗传物质。(  )
(4)肺炎双球菌转化实验最关键的设计思路是将DNA和蛋白质分开,分别观察其遗传作用。(  )
答案:(1)× (2)× (3)× (4)√
2.判断下列有关噬菌体侵染细菌实验的叙述
(1)(2015·全国卷Ⅰ
T1C)T2噬菌体的核酸由脱氧核糖核苷酸组成。(  )
(2)赫尔希和蔡斯用35S和32P分别标记T2噬菌体的蛋白质和DNA,证明了DNA的半保留复制。(  )
(3)用35S标记的噬菌体侵染细菌后,上清液中放射性很高,沉淀物中放射性很低。(  )
(4)噬菌体须在活菌中增殖培养是因其缺乏独立的代谢系统。(  )
(5)噬菌体能利用宿主菌DNA为模板合成子代噬菌体的核酸。(  )
(6)噬菌体侵染细菌实验获得成功的原因之一是噬菌体只将DNA注入大肠杆菌细胞中。(  )
(7)
32P、35S标记的噬菌体侵染实验分别说明DNA是遗传物质、蛋白质不是遗传物质。(  )
答案:(1)√ (2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)√ (7)×
[能力培优]
 DNA探究实验中热点图示分析
[信息解读]
(1)图甲是将加热杀死的S型细菌与R型活细菌混合注射到小鼠体内后两种细菌的含量变化,具体分析如下:
①依据曲线起始点判断曲线归属:
实线起点是a,为R型细菌,虚线起点时含量为0,为S型细菌。
②S型细菌曲线走势分析:
S型细菌的出现是由于S型细菌的DNA“转基因”到R型活菌中并得以表达,故其数量应是从无到有,且在一定时间内,数量不断增加。
③R型细菌曲线走势分析:
ab时间段内,小鼠体内还没形成大量的抗R型细菌的抗体,故R型活菌迅速增加;bc时间段内,一是小鼠体内形成大量的抗R型细菌的抗体,二是R型细菌部分转化为S型细菌,故R型细菌大量减少。
(2)图乙是利用同位素标记技术完成噬菌体侵染细菌实验的部分操作步骤,具体分析如下:
①由于是用35S标记噬菌体的蛋白质,而噬菌体的蛋白质外壳在病毒侵入过程中不进入细菌体内,不参与子代噬菌体的形成,又因供子代噬菌体合成的氨基酸未被同位素标记,故新形成的子代噬菌体完全没有放射性。
②若改用32P标记亲代噬菌体,由于DNA的半保留复制,如果标记亲代一个噬菌体,则不管复制多少代,只有两个子代噬菌体具有放射性,故裂解后子代噬菌体中只有小部分具有放射性。
强化训练
1.(2016·湖北天门调研)下图是“噬菌体侵染大肠杆菌”实验,其中亲代噬菌体已用32P标记,A、C中的方框代表大肠杆菌。下列关于本实验的叙述不正确的是(  )
A.图中锥形瓶内的培养液是用来培养大肠杆菌的,其营养成分中的P应含32P标记
B.若要达到实验目的,还要再设计一组用35S标记噬菌体进行的实验,两组相互对照
C.图中若只有C中含大量放射性,可直接证明的是噬菌体的DNA侵入了大肠杆菌
D.实验中B对应部分有少量放射性,可能原因是实验时间过长,部分细菌裂解
解析:选A。图中亲代噬菌体已用32P标记,会侵入大肠杆菌内进行增殖,培养大肠杆菌的培养液中的P不需用32P标记,A错误;若要达到实验目的,还要再设计一组用35S标记噬菌体的实验,与上一组相互对照,来验证蛋白质是否为遗传物质,B正确;图中若只有沉淀物C中含大量放射性,可直接证明的是噬菌体的DNA侵入了大肠杆菌,C正确;若本组实验B(上清液)中出现放射性,可能是培养时间过长,造成部分细菌裂解,D正确。
2.在肺炎双球菌的转化实验中,将加热杀死的S型细菌与R型细菌相混合后,注射到小鼠体内,小鼠死亡,则小鼠体内S型、R型细菌含量变化情况最可能是(  )
解析:选B。无毒性的R型细菌与加热杀死的S型细菌混合后,部分转化为有毒性的S型细菌,故S型细菌数量应该先增加后稳定;开始时小鼠的免疫能力较强,但还未形成大量抗体,R型细菌数量增加,随着抗体浓度增大,R型细菌数量会减少,后来S型细菌在小鼠体内增殖,导致小鼠免疫力下降,R型和S型细菌逐渐增加后稳定。
考点一 肺炎双球菌转化实验
1.(2016·甘肃张掖模拟)在艾弗里及其同事利用肺炎双球菌证明遗传物质是DNA的实验中,用DNA酶处理从S型菌中提取的DNA之后与R型活菌混合培养,结果发现培养基上仅有R型肺炎双球菌生长。设置本实验步骤的目的是(  )
A.证明R型菌生长不需要DNA
B.补充R型菌生长所需要的营养物质
C.直接证明S型菌DNA不是促进R型菌转化的因素
D.与“以S型菌的DNA与R型菌混合培养”的实验形成对照
[导学号29520295] 解析:选D。用DNA酶处理从S型活细菌中提取的DNA并与R型菌混合培养就是与“以S型菌的DNA和R型菌混合培养”的实验形成对照。
2.(2016·河北廊坊质量检测)在肺炎双球菌的转化实验中,在培养有R型细菌的1、2、3、4四支试管中,依次加入从S型活细菌中提取的DNA、蛋白质、多糖、DNA和DNA酶,经过培养,检查结果发现试管内仍然有R型细菌的是(  )
A.2和3        
B.1、2和3
C.2、3和4
D.1、2、3和4
[导学号29520296] 解析:选D。四支试管中都培养有R型细菌,加入S型细菌DNA的1号试管有部分R型细菌转化成S型细菌,即R型细菌和S型细菌都有,其余三支试管中都只有R型细菌,故选项D正确。
考点二 噬菌体侵染细菌实验
3.(2016·北京海淀模拟)噬菌体侵染细菌实验证实了DNA是遗传物质。该实验成功是由于噬菌体(  )
A.侵染大肠杆菌后会裂解宿主细胞
B.只有DNA进入大肠杆菌细胞中
C.DNA可用15N同位素标记
D.蛋白质可用32P同位素标记
[导学号29520297] 解析:选B。噬菌体侵染细菌实验的设计思路是把蛋白质和DNA分开,单独研究其作用,选择噬菌体作为实验材料是由于其侵染细菌时只有DNA进入大肠杆菌细胞中。
4.下图①~⑤表示噬菌体侵染细菌的过程,A是噬菌体的结构模式图。下列相关说法,不正确的是(  )
A.噬菌体侵染细菌的过程为②④①⑤③
B.该实验证明了细菌的DNA是遗传物质
C.图中B物质的合成场所是细菌的核糖体
D.噬菌体所含有的化学成分与染色体相似
[导学号29520298] 解析:选B。噬菌体侵染细菌的过程是:吸附②→注入DNA④→复制①→组装⑤→释放噬菌体③;该实验证明了噬菌体的DNA是遗传物质,并没有证明细菌的DNA是遗传物质;B物质是蛋白质,它是在宿主细胞的核糖体上合成的;噬菌体由蛋白质和DNA组成,染色体的主要成分也是蛋白质和DNA。
考点三 DNA是主要的遗传物质
5.下图表示科研人员探究“烟草花叶病毒(TMV)遗传物质”的实验过程,由此可以判断(  )
A.水和苯酚的作用是分离病毒的蛋白质和RNA
B.TMV的蛋白质不能进入烟草细胞中
C.侵入烟草细胞的RNA进行了逆转录过程
D.RNA是TMV的主要遗传物质
[导学号29520299] 解析:选A。从图示分析,TMV放入水和苯酚中后,RNA和蛋白质分离,A正确;通过接种的方式,TMV的蛋白质可以进入烟草细胞中,B错误;此实验不能看出TMV的RNA在烟草细胞中进行了逆转录过程,C错误;此实验说明TMV的遗传物质是RNA,而不是蛋白质,同种生物的遗传物质没有主次之分,D错误。
6.如图是某种高等植物的病原体的遗传过程实验,通过分析可知这种病原体(  )
A.寄生于细胞内,其遗传物质为RNA
B.可单独生存,其遗传物质为蛋白质
C.寄生于细胞内,其遗传物质为蛋白质
D.可单独生存,其遗传物质为RNA
[导学号29520300] 解析:选A。题中提到的病原体由RNA和蛋白质组成,为病毒,而病毒只有寄生在活细胞内才能表现出生命现象;读图可知,RNA能将亲代病毒的特征遗传给后代,而蛋白质不能,所以遗传物质是RNA。
7.“噬菌体侵染细菌的实验”是研究遗传物质的经典实验,主要过程如下:①标记噬菌体→②噬菌体与细菌混合培养→③搅拌、离心→④检测放射性。下列叙述正确的是(  )
A.①需要利用分别含有35S和32P的细菌
B.②中少量噬菌体未侵入细菌会导致实验失败
C.③的作用是加速细菌的解体
D.④的结果是沉淀物中检测到放射性
[导学号29520301] 解析:选A。由于噬菌体是病毒,没有细胞结构,不能独立生活,所以在标记噬菌体时,需要利用分别含有35S和32P的细菌,A正确;②
中少量噬菌体未侵入细菌不会导致实验失败,B错误;搅拌和离心的作用是让细菌和噬菌体分开,C错误;标记的元素不同,放射性部位不同,D错误。
8.(2016·淮安模拟)下面是噬菌体侵染细菌实验的部分步骤示意图,对此实验的有关叙述正确的是(  )
A.本实验所使用的被标记的噬菌体是接种在含有35S的培养基中获得的
B.本实验选用噬菌体作实验材料的原因之一是其结构组成只有蛋白质和DNA
C.实验中采用搅拌和离心等手段是为了把DNA和蛋白质分开再分别检测其放射性
D.在新形成的噬菌体中没有检测到35S,说明噬菌体的遗传物质不是蛋白质
[导学号29520302] 解析:选B。噬菌体是病毒,没有细胞结构,不能独立存在,因而不能接种在含有35S的培养基中培养,A错误;本实验选用噬菌体作为实验材料是因为其只有蛋白质和DNA组成,且能将蛋白质和DNA分开,单独观察它们的作用,B正确;实验中采用搅拌和离心等手段是为了把细菌和吸附在大肠杆菌上的噬菌体的蛋白质外壳分开,C错误;在新形成的噬菌体中没有检测到35S,只能说明蛋白质没有进入子代噬菌体,不能说明蛋白质不是遗传物质,D错误。
9.(2016·河北邯郸摸底)格里菲思和艾弗里所进行的肺炎双球菌的转化实验证实了(  )
①DNA是遗传物质 ②RNA是遗传物质 ③DNA是主要的遗传物质 ④蛋白质和多糖不是遗传物质⑤S型细菌的性状是由DNA决定的 ⑥在转化过程中,S型细菌的DNA可能进入了R型细菌的体内
A.①④⑤⑥  
B.②④⑤⑥
C.②③⑤⑥
D.③④⑤⑥
[导学号29520303] 解析:选A。肺炎双球菌的转化实验证实了DNA是遗传物质,蛋白质和多糖不是遗传物质;R型细菌向S型细菌转化的内因是S型细菌的DNA进入了R型细菌的细胞,并成功表达了某些性状。
10.下图表示格里菲思做的肺炎双球菌转化实验的部分实验过程,S型菌有荚膜且具有毒性,能使人患肺炎或使小鼠患败血症,R型菌无荚膜也无毒性。相关说法错误的是(  )
A.与R型菌混合前必须将S型菌慢慢冷却
B.无毒的R型菌转化为有毒的S型菌属于基因重组
C.该转化实验不能证明DNA是遗传物质
D.S型菌的DNA能抵抗机体的免疫系统,从而引发疾病
[导学号29520304] 解析:选D。与R型菌混合前必须将S型菌慢慢冷却,以防止高温杀死R型菌;S型菌的DNA进入R型菌,使R型菌有毒性,实际上就是外源基因整合到受体DNA上并得以表达的过程,这属于基因重组;该转化实验不能证明DNA是遗传物质;由于S型菌有荚膜,进入吞噬细胞后,受荚膜的保护,能抵抗吞噬细胞的吞噬和消化,从而迅速增殖、扩散,引起机体发生疾病。
11.遗传物质的探索过程是一个漫长而曲折的过程,在此过程中,许多科学家进行了实验探究,下列相关实验分析,正确的是(  )
A.格里菲斯进行的肺炎双球菌体内转化实验证明了遗传物质是DNA
B.艾弗里进行的肺炎双球菌体外转化实验证明了DNA是主要的遗传物质
C.T2噬菌体侵染细菌的实验中搅拌离心的时间对实验结果有较大影响
D.T2噬菌体侵染细菌的实验也可以用N标记蛋白质和DNA
[导学号29520305] 解析:选C。选项A,格里菲斯进行的肺炎双球菌体内转化实验没有证明遗传物质是DNA,只是推测S型细菌内存在某种转化因子,能把R型细菌转化为S型细菌。选项B,艾弗里进行的肺炎双球菌体外转化实验证明了DNA是遗传物质,但没有证明DNA是主要的遗传物质。选项C,T2噬菌体侵染细菌的实验中搅拌离心的时间对实验结果有较大影响,离心时间过长、过短均能影响实验结果。选项D,T2噬菌体的蛋白质和DNA均含有N,做T2噬菌体侵染细菌的实验时,不能用该元素标记蛋白质和DNA。
12.科学家从烟草花叶病毒(TMV)中分离出a、b两个不同品系,它们感染植物产生的病斑形态不同。下列4组实验中,不可能出现的结果是(  )
实验编号
实验过程
实验结果
病斑类型
病斑中分离出的病毒类型

a型TMV→感染植物
a型
a型

b型TMV→感染植物
b型
b型

组合病毒(a型TMV的蛋白质+b型TMV的RNA)→感染植物
b型
a型

组合病毒(b型TMV的蛋白质+a型TMV的RNA)→感染植物
a型
a型
A.实验①  
B.实验②  
C.实验③  
D.实验④
[导学号29520306] 解析:选C。烟草花叶病毒是RNA病毒,遗传特性是由RNA决定的,实验③组合病毒的遗传物质是b型TMV的RNA,所以分离出的病毒类型应该是b型。
13.下图为课堂上某小组用模型模拟的噬菌体侵染细菌实验的过程。请回答:
(1)正确的侵染过程是(用字母和箭头表示)________________。
(2)DNA复制发生在图中________→________过程之间,原料是________________________________,由________________提供。
(3)以32P标记组为例,搅拌离心发生在图中____________→________过程,如果在f之后搅拌离心,可能发生的不正常现象是______________________。
(4)以35S标记组为例,如果搅拌不充分,可能造成的结果是________________________。
[导学号29520307] 解析:(1)噬菌体侵染细菌的过程为吸附(d)→注入(e)→合成(b)→装配(f)→释放(c)。
(2)图中可见注入后才发生DNA复制,至b时产生了许多子代噬菌体的DNA。
(3)32P标记的是核酸DNA,搅拌离心必须在注入之后、新的噬菌体释放之前,以确保放射性只在沉淀物中。
(4)35S标记的是蛋白质外壳,如果搅拌不充分,吸附在细菌上的蛋白质外壳将不与细菌分离,与细菌一起存在于沉淀物中,导致沉淀物中出现放射性。
答案:(1)(a→)d→e→b→f→c→a
(2)e b 4种脱氧核糖核苷酸 细菌
(3)e f 上清液中具有较强的放射性
(4)上清液和沉淀物都出现较强的放射性
14.结合探索遗传物质的相关实验,回答下列问题:
(1)艾弗里及其同事进行了肺炎双球菌的转化实验,该实验成功的最关键的实验设计思路是____________________________________________________。
(2)上述实验证明了________________________。
(3)后来,赫尔希和蔡斯用________________________法,进一步证明DNA是噬菌体的遗传物质。实验包括4个步骤:
①噬菌体与大肠杆菌混合培养;②用35S和32P分别标记噬菌体;③放射性检测;④离心分离。该实验步骤的正确顺序是________(用数字表示)。
(4)用被32P标记的噬菌体去侵染未被标记的大肠杆菌,离心后,发现放射性物质存在于________(上清液、沉淀物)中。
(5)在噬菌体的蛋白质合成过程中,遗传信息的流动途径表达式是________________________。
[导学号29520308] 解析:(1)分离并提纯S型细菌的DNA、蛋白质、多糖等物质,才能单独研究它们各自的功能。(2)DNA是遗传物质,是肺炎双球菌的“转化因子”。(3)噬菌体侵染细菌是用32P、35S同位素分别标记DNA和蛋白质,去研究它们各自的作用。(4)被32P标记的噬菌体的DNA会进入大肠杆菌,大肠杆菌会在沉淀物中。
答案:(1)分离并提纯S型细菌的DNA、蛋白质、多糖等物质,单独研究它们各自的功能
(2)肺炎双球菌的“转化因子”是DNA
(3)放射性同位素标记 ②①④③
(4)沉淀物
(5)DNARNA蛋白质
15.近几年,猪流感在全球范围内扩散,严重威胁着养殖业和人类的健康。某学校生物兴趣小组的同学通过查阅资料发现,常见的流感病毒都是RNA病毒,同时提出疑问:猪流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA?下面是兴趣小组探究猪流感病毒的遗传物质设计的实验步骤,请将其补充完整。
(1)实验目的:______________________________________________________。
(2)材料用具:显微注射器,猪流感病毒的核酸提取液,猪胚胎干细胞,DNA酶和RNA酶等。
(3)实验步骤:
第一步:把猪流感病毒核酸提取液分成相同的A、B、C三组,______________________________________________________________________________。
第二步:取等量的猪胚胎干细胞分成三组,用显微注射技术分别把A、B、C三组处理过的核酸提取液注射到三组猪胚胎干细胞中。
第三步:将三组猪胚胎干细胞放在相同且适宜的环境中培养一段时间,然后从培养好的猪胚胎干细胞中抽取样品,检测是否有猪流感病毒产生。
(4)预测结果及结论:
①________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③若A、B、C三组都出现猪流感病毒,则猪流感病毒的遗传物质既不是DNA也不是RNA。
[导学号29520309] 解析:本题的实验目的是探究猪流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA。根据酶的专一性,利用给定的材料用具,设计不处理核酸提取液和分别用DNA酶、RNA酶处理核酸提取液的三组实验相互对照,根据实验结果便可得出结论。
答案:(1)探究猪流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA
(3)分别用等量的相同浓度的DNA酶、RNA酶处理A、B两组,C组不处理
(4)①若A、C两组出现猪流感病毒,B组没有出现,则猪流感病毒的遗传物质是RNA
②若B、C两组出现猪流感病毒,A组没有出现,则猪流感病毒的遗传物质是DNA

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