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课时作业10　遗传的分子基础
一、选择题
1.肺炎链球菌中的S型菌具有荚膜,R型菌则不具有荚膜,在培养R型活菌时加入S型菌的什么物质,能得到具有荚膜的S型菌 (　　)
A.DNA
B.DNA水解产物
C.多糖类物质
D.蛋白质
2.在探究噬菌体遗传物质的实验中,32P用于标记(　　)
A.细菌的蛋白质
B.噬菌体的DNA
C.噬菌体的蛋白质
D.噬菌体的DNA和蛋白质
3.(2025浙江舟山高二期末)某种噬菌体的遗传物质是一个单链环状DNA。下列叙述错误的是(　　)
A.该DNA中不存在游离的磷酸基团
B.该DNA中嘌呤数和嘧啶数不一定相等
C.该DNA相邻碱基通过氢键相连接
D.该DNA的复制遵循碱基互补配对原则
4.叠氮脱氧胸苷(AZT)可与逆转录酶结合并抑制其功能。下列过程可直接被AZT阻断的是(　　)
A.复制
B.转录
C.翻译
D.逆转录
(2024浙江宁波三锋联盟期中)阅读以下材料,回答第5~6题。
2022年4月,全国农作物品种DNA指纹库公共平台正式上线运行,实现了“农作物DNA指纹档案”的线上共用共享,解决了品种真实性鉴定中标准样品取样难、耗时长、侵权案件审判时效性差等问题,也为避免同质化育种提供了“参考数据库”。
5.DNA指纹鉴定技术的依据是不同品种的农作物细胞中(　　)
A.DNA所含的五碳糖种类不同
B.DNA所含的碱基种类不同
C.DNA所含的碱基排序不同
D.DNA具有的空间结构不同
6.下列关于生物体的遗传物质的说法,正确的是(　　)
A.农作物细胞内只有DNA一种核酸
B.由于绝大多数生物的遗传物质是DNA,所以DNA是主要遗传物质
C.所有生物的遗传物质是DNA
D.一种病毒既含有DNA,也含有RNA
7.烟草花叶病毒(TMV)由蛋白质外壳和核酸组成,将TMV变种X的蛋白质外壳和变种Y的核酸组成新病毒,感染烟草后可以得到大量病毒,这些病毒为(　　)
A.变种X
B.X蛋白质包裹Y核酸的病毒
C.变种Y
D.Y蛋白质外壳包裹X核酸的病毒
8.(2024浙江强基联盟期末)科学家将被15N标记的大肠杆菌,转移到14N的培养基中培养,增殖一代,提取DNA,将DNA的氢键断裂后进行密度梯度离心,这些DNA单链在试管中的分布位置是(　　)
A.全部在中带
B.全部在轻带
C.1/2在中带、1/2在轻带
D.1/2在重带、1/2 在轻带
9.下列关于双链DNA分子结构的叙述,正确的是(　　)
A.磷酸与脱氧核糖交替连接构成了DNA的基本骨架
B.双链DNA中T占比越高,DNA热变性温度越高
C.两条链之间的氢键形成由DNA聚合酶催化
D.若一条链的G+C占47%,则另一条链的A+T也占47%
10.含有100个碱基对的一个DNA分子片段,A+T占30%,如果连续复制2次,则需游离的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸数量为(　　)
A.280个 B.210个
C.120个 D.90个
11.某同学想制作一个双链DNA模型。下列关于构建模型的说法,正确的是(　　)
A.一般情况下,需要准备四种脱氧核苷酸
B.DNA分子中每个脱氧核糖上都只连接一个磷酸和一个碱基
C.两条脱氧核苷酸链中的碱基对,A与T之间形成三个氢键
D.DNA双螺旋结构碱基排列在外侧,骨架排列在内侧
12.下图为核糖体上发生的翻译过程示意图,下列叙述正确的是 (　　)
A.mRNA是翻译的模板,其上的密码子都能决定氨基酸
B.图中翻译的方向为从左往右,且氨基酸1的密码子为ACC
C.与转录过程相比,该过程特有的碱基配对方式为A-U
D.该mRNA可以结合多个核糖体,可大大提高翻译的效率
二、非选择题
13.下图是DNA分子的结构模式图,请据图回答下列问题。
(1)该图中1的中文名称是　　　　　　,2的中文名称是　　　　　　,图中4、5、6结合在一起组成的结构7叫　　　　　　　　　　　　　　　　,C和3之间的9表示的是　　　　,10表示的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)DNA分子中碱基的配对方式是 　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)与RNA相比较,DNA分子中特有的碱基是　　　(填字母)。
(4)DNA分子的基本骨架由　　　　　　　　　　　　交替连接排列构成,DNA分子的空间结构是独特的　　　　　结构。
(5)在菠菜的叶肉细胞中,含有DNA的细胞结构有　　　　　　　　　　　　　　　。
14.(2024浙江卓越联盟期中)胰岛素是一种蛋白质类激素,人体内胰岛素是由胰岛β细胞分泌的,可以降低血糖。下面是人体胰岛素基因控制合成胰岛素的示意图,①②表示过程,据图回答下列问题。
(1)真核细胞中,①过程发生的主要场所是　　　,需要的酶是　　　　　　　。
(2)转录时会形成DNA-RNA配对区域,与DNA复制相比,该配对区域特有的碱基配对方式是　　　　。
(3)图中决定丙氨酸的密码子是　　　　。
(4)过程②中核糖体沿着mRNA移动的方向是　　　(填“从左向右”或“从右向左”)。
参考答案
课时作业10　遗传的分子基础
一、选择题
1.A　解析 S型菌的DNA能使R型活菌转化成S型菌,所以培养R型活菌时加入S型菌的DNA,能产生有荚膜的S型菌,A项正确。
2.B　解析 赫尔希和蔡斯用同位素标记法,证明了DNA是遗传物质,32P位于DNA分子中的磷酸基团上,则需要标记噬菌体的DNA,B项正确。
3.C　解析 环状DNA无游离末端,磷酸基团均参与形成磷酸二酯键,无游离磷酸基团,A项正确;单链DNA中嘌呤与嘧啶无互补配对关系,数量可能不相等,B项正确;单链DNA中相邻碱基通过“脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖”连接,而非氢键,氢键仅存在于互补碱基对之间,C项错误;单链DNA复制时需以自身为模板合成互补链,此过程严格遵循碱基互补配对原则,D项正确。
4.D　解析 由题意可知,叠氮脱氧胸苷(AZT)可与逆转录酶结合并抑制其功能,逆转录酶催化逆转录过程,因而叠氮脱氧胸苷(AZT)可直接阻断逆转录过程,而复制、转录和翻译过程均不需要逆转录酶,D项正确。
5.C　解析 不同DNA所含五碳糖是相同的,都是脱氧核糖,A项错误;不同DNA所含的碱基种类都是A、T、C、G四种,B项错误;不同DNA所含碱基排列顺序不同,可以根据这一点来进行不同DNA分子的鉴定,C项正确;不同DNA的空间结构都是双螺旋结构,D项错误。
6.B　解析 农作物细胞内有DNA和RNA两种核酸,只有DNA是遗传物质,A项错误;由于绝大多数生物的遗传物质是DNA,少数病毒的遗传物质是RNA,所以DNA是主要遗传物质,B项正确,C项错误;一种病毒只含有一种核酸,不会同时含有DNA和RNA,D项错误。
7.C　解析 由题意知,重组病毒的RNA来源变种Y,因此由重组病毒感染烟草后可以得到的病毒是变种Y,C项符合题意。
8.D　解析 将被15N标记的大肠杆菌,转移到14N的培养基中培养,增殖一代,得到的DNA均为一条链含15N、另一条链含14N,将DNA的氢键断裂后进行密度梯度离心,这些DNA单链在试管中的分布位置是1/2在重带(含15N)、1/2 在轻带(含14N),D项正确。
9.A　解析 DNA的外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构成的基本骨架,内侧是碱基通过氢键连接形成的碱基对,A项正确;双链DNA中G-C碱基对占比越高,DNA热变性温度越高,B项错误;DNA聚合酶催化形成的是磷酸二酯键,C项错误;互补的碱基在单链上所占的比例相等,若一条链的G+C占47%,则另一条链的G+C也占47%,A+T占1-47%=53%,D项错误。
10.B　解析 根据分析可知,该DNA分子区段含有70个胞嘧啶脱氧核苷酸,根据DNA半保留复制的特点,如果该DNA连续复制2次,需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数目=(22-1)×70=210(个),B项正确。
11.A　解析 组成DNA的脱氧核苷酸有四种,需要准备四种脱氧核苷酸,A项正确;DNA分子中,每个脱氧核糖均连一个碱基,而除3'端的脱氧核糖只连一个磷酸外,其他部位的脱氧核糖均连两个磷酸,B项错误;两条脱氧核苷酸链中的碱基对,A与T之间形成两个氢键,C项错误;脱氧核糖和磷酸交替连接排列在外侧构成DNA分子中的基本骨架,碱基排列在内侧,D项错误。
12.D　解析 mRNA是翻译的模板,其上的终止密码子不能决定氨基酸,A项错误;从图中可知,翻译的方向为从左往右,且氨基酸1的密码子为UGG,B项错误;与转录过程(碱基互补配对方式为A-U、T-A、C-G、G-C)比较,该过程(碱基互补配对方式为A-U、U-A、C-G、G-C)特有的碱基配对方式为U-A,C项错误;该mRNA可以结合多个核糖体,可大大提高翻译的效率,D项正确。
二、非选择题
13.解析 (1)该图中1、2、3、4均为含氮碱基,分别为C、A、G、T,所以1和2的中文名称分别是胞嘧啶和腺嘌呤;由于4是T,所以图中4、5、6结合在一起组成的结构7叫胸腺嘧啶脱氧核苷酸,C和3之间的9表示的是氢键,10表示的是一条脱氧核苷酸链片段。(2)DNA分子中碱基的配对方式:A与T配对、C与G配对。(3)RNA分子中的碱基有A、G、C、U,DNA分子中的碱基是A、C、G、T,所以与RNA相比较,DNA分子中特有的碱基是T。(4)DNA分子的基本骨架由脱氧核糖和磷酸交替连接排列构成,DNA分子的空间结构是独特的双螺旋结构。(5)菠菜属于真核生物,其叶肉细胞中含有DNA的细胞结构有线粒体、叶绿体、细胞核。
答案 (1)胞嘧啶　腺嘌呤　胸腺嘧啶脱氧核苷酸　氢键　一条脱氧核苷酸链片段　(2)A与T配对、C与G配对　(3)T
(4)脱氧核糖和磷酸　双螺旋　(5)线粒体、叶绿体、细胞核
14.解析 (1)真核细胞中,①转录过程发生的主要场所是细胞核,转录合成RNA,需要RNA聚合酶催化。
(2)DNA复制时,碱基配对方式是A-T、T-A、C-G、G-C,而转录时碱基配对方式是A-U、T-A、C-G、G-C,所以与DNA复制相比,该配对区域特有的碱基配对方式是A-U。
(3)分析题图可知决定丙氨酸的密码子是GCU。
(4)据图,左边的肽链短,右边的长,判断核糖体沿着mRNA移动的方向是从左向右。
答案 (1)细胞核　RNA聚合酶　(2)A-U　(3)GCU　(4)从左向右(共127张PPT)
专题四
专题突破10　遗传的分子基础
生 物
目标导航·建网络
1.概述多数生物的基因是DNA分子的功能片段,有些病毒的基因在RNA分子上
2.概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成,通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构,碱基的排列顺序编码了遗传信息
3.概述DNA分子通过半保留方式进行复制
4.概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成,细胞分化的本质是基因选择性表达的结果,生物的性状主要通过蛋白质表现
5.概述某些基因中碱基序列不变但表型改变的表观遗传现象
考点1 核酸是遗传物质的证据
1.肺炎链球菌活体转化实验证明在加热杀死的S型菌中存在DNA这种转化因子。(　　)
2.噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是主要遗传物质。(　　)
3.烟草花叶病毒的感染和重建实验证明了病毒的遗传物质是RNA。(　　)
×
×
×
提示 肺炎链球菌活体转化实验并未涉及对DNA分子的研究。
提示 噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是噬菌体的遗传物质。
提示 烟草花叶病毒的感染和重建实验证明了烟草花叶病毒的遗传物质是RNA,并未对其他病毒的遗传物质进行证明。
基础自检·微知著
4.肺炎链球菌中的S型菌和R型菌结构及致病性不同的原因是二者遗传信息不同,与细胞分化无关。(　　)
5.噬菌体侵染的是未标记的大肠杆菌,为保证侵染的效果可以延长保温的时间。(　　)
6.活R型菌与死S型菌混合后注射到小鼠体内,可导致小鼠死亡,这就证明了DNA是遗传物质。(　　)
×
√
×
提示 需要进行适宜时间的保温,过长或过短均会造成实验误差。
提示 活R型菌与死S型菌混合后注射到小鼠体内,可导致小鼠死亡,只能证明可能存在某种转化因子。
7.噬菌体侵染大肠杆菌实验中细菌裂解后得到的噬菌体都带有32P标记。 (　　)
8.用32P标记的T2噬菌体侵染35S标记的大肠杆菌,合成子代噬菌体外壳的原料来自大肠杆菌,子代噬菌体外壳都含35S。(　　)
×
√
提示 由于DNA的复制具有半保留性,因此噬菌体侵染大肠杆菌实验中细菌裂解后得到的噬菌体少部分带有32P标记。
1.肺炎链球菌的转化实验
(1)肺炎链球菌的类型
项目 有无多糖类荚膜 菌落特征 有无毒性
S型细菌 有 表面光滑 有
R型细菌 无 表面粗糙 无
知能构建·强技能
(2)活体肺炎链球菌转化实验
(3)肺炎链球菌离体转化实验
特别说明:DNA不仅可以引起细菌的转化,而且纯度越高,转化效率就越高。
(4)实验结论:
DNA是遗传物质,DNA赋予了生物的遗传特性。
2.噬菌体侵染细菌的实验
(1)T2噬菌体结构及生活方式
(2)同位素标记噬菌体
(3)已标记噬菌体侵染及离心操作
(4)实验结论:DNA是遗传物质。
3.烟草花叶病毒对烟草叶细胞的感染实验
(1)烟草花叶病毒对烟草叶片的感染实验
①实验过程及现象
②实验结论:RNA是烟草花叶病毒的遗传物质,蛋白质不是其遗传物质。
(2)病毒重建及其对烟草叶片的感染
①实验过程及现象
②结果分析与结论:重组病毒感染烟草,所繁殖的病毒类型取决于提供RNA的株系,而不是提供蛋白质的株系。
4.不同生物的遗传物质
分类 细胞生物 非细胞生物
真核生物 原核生物 多数病毒 少数病毒
核酸种类 DNA和RNA DNA和RNA DNA RNA
遗传物质 DNA DNA DNA RNA
结果 绝大多数生物的遗传物质是DNA,只有少部分病毒的遗传物质是RNA
结论 DNA是主要的遗传物质
考向1　 肺炎链球菌转化实验分析
典例1(2024浙江学考模拟)下图为肺炎链球菌转化实验示意图,由此实验推测(　　)
A.肺炎链球菌遗传物质是DNA
B.肺炎链球菌是原核生物
C.S型活菌细胞外有蛋白质类的荚膜
D.S型死菌中有一种物质能把某些R型活菌转化为S型活菌
D
实战演练·明方向
解析 图示过程只能说明S型死菌含有“转化因子”,会使R型菌转化为S型菌,A、B、C三项不符合题意,D项符合题意。
典例2(2024浙江台州期末)PenrS型菌是S型肺炎链球菌的变种,致病能力不变但具抗青霉素能力,而R型肺炎链球菌无抗青霉素能力。现用加热杀死的PenrS型菌与活的R型菌混合培养一段时间后进行如下实验,甲组:注入小鼠体内;乙组:接种到含青霉素培养基;丙组:接种到普通培养基。下列叙述正确的是(　　)
A.甲组小鼠患病死亡
B.乙组培养基不能分离得到活的PenrS型菌
C.丙组可分离得到活的两种菌且以 PenrS 型菌居多
D.PenrS 型菌的出现是发生了染色体畸变　
A
解析 加热杀死的PenrS型菌可将一部分R型菌转化成PenrS型菌,PenrS型菌有致病能力,甲组小鼠患病死亡,A项正确;PenrS型菌有抗青霉素的能力,能在含青霉素的培养基上生长繁殖形成菌落,乙组培养基能分离得到活的PenrS型菌,B项错误;只有少数R型菌转化成PenrS型菌,因此丙组可分离得到活的两种菌且以R型菌居多,C项错误;PenrS型菌的出现是因为PenrS 型菌的DNA整合到了R型菌的DNA上,发生了基因重组,D项错误。
能力提升
活体转化实验与离体转化实验的本质区别
肺炎链球菌的转化实验分为两个,一个是采用活小鼠(或其他活的生物)进行侵染实验,这是 活体转化实验;另一个是采用分离的方法,获取 S 型菌的DNA、蛋白质、荚膜物质,分别与R 型菌混合进行培养,然后检测是否出现活的S型菌,这是离体转化实验。因此,区分活体与离体转化实验的标准不是对象是不是小鼠,而是有没有将 S型菌的各种物质分离,单独研究每一种物质的遗传功能。
考向2　 噬菌体侵染细菌实验分析
典例3(2025浙江学考模拟)下列关于32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌的叙述,错误的是(　　)
A.用32P标记的大肠杆菌培养,获得带标记的噬菌体
B.侵染时,带有32P标记的DNA进入大肠杆菌
C.是否搅拌会显著影响32P标记组沉淀物放射性的结果
D.噬菌体DNA在细菌中复制的方式是半保留复制
C
解析 噬菌体无法直接利用培养基中的成分,需先用32P标记的大肠杆菌培养噬菌体,使其DNA被32P标记,A项正确;噬菌体侵染时,仅DNA进入细菌,32P标记的是噬菌体DNA,因此带有32P标记的DNA会进入大肠杆菌,B项正确;搅拌的目的是使吸附在细菌表面的噬菌体外壳与细菌分离,而32P标记的DNA已进入细菌,离心后主要存在于沉淀物中,因此搅拌与否不会显著影响32P标记组沉淀物放射性的结果,C项错误;噬菌体DNA复制遵循半保留复制方式,这是DNA复制的核心特点,D项正确。
考向3　 核酸是遗传物质证据实验的综合分析
典例4(2024浙江期中模拟)20世纪中叶开始,科学家不断通过实验探究遗传物质的本质,使生物学研究进入分子生物学领域。其中最具有代表性的有格里菲思、艾弗里、蔡斯和赫尔希等人所做的经典实验,下列相关叙述正确的是(　　)
A.格里菲思提出S型细菌体内有“转化因子”的实验推论,理由是DNA是亲子代之间保持连续的物质
B.艾弗里利用减法原理依据实验中“只有DNA才能使R型细菌转化为S型细菌”得出DNA是遗传物质的结论
C.赫尔希和蔡斯以T2噬菌体和大肠杆菌为实验材料,采用同位素标记法和对比实验法证明了DNA是主要的遗传物质
D.科学家从烟草花叶病毒中提取出来的RNA能使烟草感染病毒,提出病毒的遗传物质均为RNA,进而说明DNA是主要的遗传物质
B
解析 格里菲思提出S型细菌体内有“转化因子”的实验推论,理由是加热杀死的S型细菌与R型活细菌混合后出现了活的S型细菌,A项错误;艾弗里进行肺炎链球菌的离体转化实验时利用减法原理,依据实验中“只有DNA才能使R型细菌转化为S型细菌”得出DNA是遗传物质的结论,B项正确;赫尔希和蔡斯以T2噬菌体和大肠杆菌为实验材料,采用同位素标记法和对比实验法,证明DNA是遗传物质,但是没有证明DNA是主要的遗传物质,C项错误;科学家从烟草花叶病毒中提取出来的RNA能使烟草感染病毒,只能证明烟草花叶病毒的遗传物质是RNA,不能说明所有病毒的遗传物质均为RNA,D项错误。
考点2 DNA的结构与复制
1.DNA指纹技术利用了DNA分子的特异性。 ( 　　)
2.磷酸和核糖交替连接构成了DNA分子的基本骨架。(　　)
3.DNA分子中C与G含量越高,其结构稳定性相对越大。(　　)
4.DNA复制时,所用的原料是A、C、T、G四种碱基。(　　)
5.DNA分子的一条链中,一个脱氧核糖通常连接一个磷酸基团。(　　)
×
√
√
×
×
提示 磷酸和脱氧核糖交替连接构成了DNA分子的基本骨架。
提示 DNA复制时,所用的原料是四种脱氧核苷酸。
提示 DNA分子中大多数脱氧核糖连接着两个磷酸基团,只有每条DNA单链一端的一个脱氧核糖连接一个磷酸基团。
基础自检·微知著
6.DNA的遗传信息储存在脱氧核糖和磷酸的交替排列顺序中。(　　)
7.DNA复制遵循碱基互补配对原则,新合成的DNA分子中两条链均是新合成的。(　　)
8.某双链DNA片段中碱基G占总碱基数的30%,则该DNA的其中一条链中碱基T占总碱基数的10%。(　　)
×
×
×
提示 DNA中脱氧核苷酸的排列顺序蕴藏着遗传信息。
提示 DNA的复制特点为半保留式复制,因此新合成的DNA分子的两条链中只有一条链是新合成的。
提示 若双链DNA片段中碱基G占总碱基数的30%,则该双链DNA片段中碱基C占30%、碱基A占20%、碱基T占20%,但其中一条链中的碱基T不一定占总碱基数的10%。
一、DNA分子结构模型分析
图示
知能构建·强技能
模型分析
(1)一个脱氧核糖分子连接一个或两个磷酸基团,由于DNA两条链具有反向平行特点,因此,应注意两条链上脱氧核苷酸的磷酸基团位置。如上图中,左链腺嘌呤脱氧核苷酸的磷酸基团在左上方,而右链中腺嘌呤脱氧核苷酸的磷酸基团在右下方。
(2)氢键数量与DNA的稳定性:氢键数量越多,DNA越稳定。
(3)嘌呤与嘧啶有结构差异,嘌呤为双环结构,嘧啶为单环结构。两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对,排列在内侧并且遵循碱基互补配对原则:A与T配对、G与C配对。
(4)DNA结构中,基本骨架固定不变,碱基对排列顺序千变万化
二、制作DNA双螺旋结构模型
1.实验原理
(1)DNA分子由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成。
(2)DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成主链的基本骨架。
(3)DNA分子两条链上的碱基按照碱基互补配对原则两两配对,并且以氢键
连接。
2.制作程序
三、DNA分子的复制
DNA通过半保留方式进行复制
(1)探究DNA的复制过程
①实验方法:同位素示踪技术和密度梯度离心技术。
②实验原理:若DNA的两条链都用15N标记,那么DNA分子密度较大,离心后应该在试管的下部;若两条链中都含有14N,那么DNA分子密度较小,离心后应该在试管的上部;若DNA的两条链中一条含有15N,一条含有14N,那么DNA分子密度居中,离心后应该在试管的中部。
③实验过程
④实验分析
a.实验预期
预期一:若第二代DNA分子中15N-15N-DNA占1/2,14NN-DNA占1/2,而第三代DNA分子中15NN-DNA占1/4,14N- 14N-DNA 占3/4,说明DNA复制是全保留复制。
预期二:若第二代DNA分子中全部是15NN-DNA,而第三代DNA分子中14NN-DNA占1/2,15NN-DNA占1/2,说明DNA复制是半保留复制。
b.实验结论
实验结果和预期二的一致,说明DNA的复制是以半保留的方式进行的。
(2)DNA复制的特点、条件及准确复制的原因
项目 内容
概念 产生两个跟亲代DNA完全相同的新DNA分子的过程
时间 有丝分裂的间期或减数分裂前的间期
场所 细胞核、线粒体、叶绿体(真核生物)
特点 边解旋边复制
方式 半保留复制
条件 ①模板:亲代DNA的两条链。②原料:四种脱氧核苷酸。③酶:解旋酶和DNA聚合酶等。④能量:由ATP供能
准确制 的原因 ①DNA分子独特的双螺旋结构,为复制提供了精确的模板
②通过碱基互补配对,保证了复制能够准确地进行
(3)DNA复制的过程(如下图)
①解旋:首先利用细胞提供的能量,在解旋酶的作用下,两条DNA链的配对碱基之间的氢键断开,双链解开,碱基暴露出来,形成两条母链。
②合成子链:分别以解开的每一段母链为模板,以细胞中游离的四种脱氧核苷酸为原料,按照碱基互补配对的原则,合成与母链互补的子链。
③形成子代DNA:每条子链与其母链盘绕成双螺旋结构,从而形成两个与亲代DNA完全相同的DNA分子。
考向1　 DNA的分子结构与模型制作
典例1(2024浙江七彩阳光联盟期中)某同学用不同形状的卡片来代替磷酸、脱氧核糖、碱基,制作8个碱基对的DNA双螺旋结构模型,下列叙述错误的是(　　)
A.两条脱氧核苷酸链之间通过氢键相连
B.每个脱氧核糖上都要连接2个磷酸基团
C.若有腺嘌呤3个,则模型中有胞嘧啶5个
D.若材料数量不限,最多可搭建48种DNA模型
B
实战演练·明方向
解析 DNA分子中的两条脱氧核苷酸链是互补的,它们之间通过氢键相连,A项正确;DNA长链中,不是每个脱氧核糖上都要连接2个磷酸基团,处于两条链末端的两个脱氧核糖只连着1个磷酸基团,B项错误;制作的DNA片段中有8个碱基对,若该DNA双螺旋结构模型中有腺嘌呤3个,则模型中有胞嘧啶5个,C项正确;构建的DNA双螺旋模型中含有8个碱基对,若材料数量不限,最多可搭建48种DNA模型,D项正确。
考向2　 DNA分子中碱基比例计算
典例2(2025浙江宁波期中)一个双链被32P标记的DNA片段有100个碱基对,其中腺嘌呤占碱基总数的15%,将其置于含31P的环境中复制3次。下列叙述错误的是(　　)
A.该DNA片段中含有胞嘧啶的数目是70个
B.该DNA片段的一条链中,碱基A与T之和占该链的比值为30%
C.复制3次后,子代DNA中只含31P的DNA分子为6个
D.复制3次需要280个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸
D
解析 该DNA分子含有100个碱基对,腺嘌呤A占碱基总数的15%,故A=T=200×15%=30(个),C=G=70(个),A项正确;该DNA片段中A与T之和占碱基总数的30%,根据碱基互补配对原则,该DNA片段的一条链中碱基A与T之和占该链的比值也是30%,B项正确;DNA分子复制3次形成了23=8(个) DNA分子,由于DNA的半保留复制,子代DNA分子中含32P的DNA分子为2个,含31P的DNA分子为8个,其中只含31P的DNA分子为8-2=6(个),C项正确;复制3次需要70×(23-1)=490(个)游离的胞嘧啶脱氧核苷酸,D项错误。
能 力 提 升
DNA分子中碱基数量的计算规律
根据下图,可得出:一条链中某碱基数目等于另一条链中与其配对的碱基数目,即A1=T2,T1=A2,C1=G2,G1=C2,并可进一步推导出以下规律。
规律1 互补的两种碱基数量相等,即A=T(A1+A2= T2+T1), C=G(C1+C2=G2+G1)
规律2 双链DNA中,嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数,即A+G=C+T
规律3 任意两种不互补的碱基之和占总碱基的50%,如A+G=C+T=A+C=G+T=总碱基的50%
规律4 一条链中互补碱基的和等于另一条链中这两种碱基的和,如A1+T1 = A2+T2
规律5 配对的碱基之和的比例在两条单链和双链中都相等。如一条链中(A1+T1)/(A1+T1+C1+G1)=n,则另一条链中(A2+T2)/(A2+T2+C2+G2)=n,双链中(A+T)/(A+T+C+G)=n
规律6 不配对的碱基之和的比值在两条单链中互为倒数。如一条链中(A1+G1)/(T1+C1)=K,则另一条链为(A2+G2)/(T2+C2)=1/K
规律7 不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值不同,即(A+T)/(C+G)的值不同。该比值体现了不同生物DNA分子的特异性
规律8 若已知A占双链的比例为c%,则A1占单链的比例无法确定,但可求出最大值为2c%,最小值为0
考向3　 DNA分子的复制过程与计算
典例3(2024浙江湖州期末)下图1是某生物DNA分子局部结构的平面模式图,回答下列问题。
图1
(1)图1中④的全称是　　　 　　　　,图中数字　　　　代表的物质交替排列构成了DNA双螺旋结构的“基本骨架”。
(2)据图1分析,β链上碱基序列为5'-　　　　-3'。不同的DNA分子携带的遗传信息不同,其主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。
腺嘌呤脱氧核苷酸
②③
TGAC　
DNA中碱基排列顺序不同
(3)某学习小组甲、乙同学欲制作DNA双螺旋结构模型,甲同学制作的模型α链上A、T、C、G数分别为4、3、6、8,乙同学制作的模型α链上A、T、C、G数分别为5、5、4、7。甲同学制作好DNA分子的基本单位后,将其连接成α链,需连接物　　　　个;最后甲同学制作的DNA双螺旋结构模型的稳定性　　　　(填“>”或“<”)乙同学制作的。
20　
>
(4)探究DNA的复制过程时常用同位素标记法和　　　　　　　　　技术。若用15N标记的某DNA分子,在含14N的培养基中复制两次,则含14N的DNA分子在所有子代DNA中所占比例为　　　　;若用上述方法将复制三次后的DNA进行分离,则其在试管中的分布位置和比例是下图2中的
　　　　(填数字)。
图2
密度梯度离心　
1
5
解析 (1)在图1中,①是腺嘌呤,②为磷酸,③是脱氧核糖,因此由①②③构成的④的全称是腺嘌呤脱氧核苷酸,图中数字②所示的磷酸与③所示的脱氧核糖交替排列构成了DNA双螺旋结构的“基本骨架”。
(2)图1显示,α链上的碱基序列为5'-GTCA-3',依据碱基互补配对原则可推知β链上的碱基序列为5'-TGAC-3'。DNA分子携带的遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中,不同的DNA分子携带的遗传信息不同,其主要原因是DNA中碱基排列顺序不同。
(3)DNA的基本单位是脱氧核苷酸,1分子的脱氧核苷酸由1分子磷酸、1分子脱氧核糖和1分子含氮碱基组成。甲同学制作的DNA双螺旋结构模型,其α链上A、T、C、G数分别为4、3、6、8,共有21个碱基和21个脱氧核苷酸,需连接物20个;乙同学制作DNA双螺旋结构模型,其α链上A、T、C、G数分别为5、5、4、7,共有21个碱基和21个脱氧核苷酸。甲同学制作的DNA双螺旋结构模型中含有7个A与T构成的碱基对、14个G与C构成的碱基对,共有56个氢键;乙同学制作的DNA双螺旋结构模型中含有10个A与T构成的碱基对、11个G与C构成的碱基对,共有53个氢键,所以甲同学制作的DNA双螺旋结构模型的稳定性>乙同学制作的。
(4)探究DNA的复制过程时常用同位素标记法和密度梯度离心技术。DNA的复制方式是半保留复制,若用15N标记的某DNA分子,在含14N的培养基中复制两次,凡是新合成的子链都含有14N,因此含14N的DNA分子在所有子代DNA中所占比例为1;若用上述方法将DNA复制三次,则共产生23=8个DNA分子,在这8个DNA分子中,有2个DNA分子的1条链含有15N、另1条链含有14N,其余6个DNA分子的2条链都含14N,将这8个DNA进行分离后,有2个DNA分子在图2中的中带的位置,有6个DNA分子在图2中的轻带的位置,因此与图2中的5相符合。
能力提升
DNA复制过程中的一些数量关系
DNA复制为半保留复制,若将亲代DNA分子复制n代,其结果分析如下:
(1)子代 DNA 分子数为2n个
①含有亲代链的 DNA 分子数为2个。
②不含亲代链的 DNA 分子数为(2n-2)个。
③含子代链的 DNA 有2n 个。
(2)子代脱氧核苷酸链数为2n+1 条
①亲代脱氧核苷酸链数为2条。②新合成的脱氧核苷酸链数为(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,经过n 次复制,需要消耗该脱氧核苷酸数为m·(2n-1)个。②第n次复制所需该脱氧核苷酸数为m·2n-1个。
考向4　 探究DNA的半保留复制过程
典例4(2024浙江山海协作体期中)细菌在含15N的培养基中繁殖数代后,使细菌的DNA皆含有15N,然后再移入含14N的培养基中培养,提取其子代的DNA进行密度梯度离心,下图①~⑤为可能的结果,下列叙述错误的是(　　)
A.第一次分裂的子代DNA应为⑤
B.第二次分裂的子代DNA应为①
C.第三次分裂的子代DNA应为③
D.该实验运用了密度梯度离心技术和同位素示踪法
A
解析 细菌的DNA被15N标记后,放在14N培养基中培养,复制1次形成2个DNA分子,每个DNA分子都是一条链含有15N,另一条链含有14N,离心形成中带,即图中的②,A项错误;复制两次后形成了4个DNA分子,2个DNA分子都是一条链含有15N,另一条链含有14N,离心形成中带,另外两个DNA分子都只含有14N,离心形成轻带,即图中①,B项正确;随着复制次数增加(三次及三次以上),离心后都含有中带和轻带两个条带,轻带相对含量增加,即图中③,C项正确;探究DNA半保留复制实验所用的方法包括密度梯度离心技术和同位素示踪法,D项正确。
考点3 遗传信息的传递与表达
1.转录以DNA的双链为模板、以游离核糖核苷酸为原料。(　　)
2.翻译时一条mRNA上只能结合一个核糖体。(　　)
3.一个DNA分子可以转录产生多个RNA分子。(　　)
×
√
×
提示 转录是以DNA的一条链为模板、以游离核糖核苷酸为原料合成RNA的过程。
提示 翻译时一个mRNA上可以同时结合多个核糖体共同合成多条相同的肽链。
基础自检·微知著
4.DNA复制、转录和翻译过程中,碱基互补配对的方式均相同。(　　)
5.转录时RNA聚合酶能识别DNA中特定的碱基序列。(　　)
6.表观遗传发生是因为改变基因序列造成的遗传性状改变。(　　)
×
√
×
提示 表观遗传是指细胞内基因序列没有改变,但基因的表达发生可遗传变化的现象。
7.基因都通过控制酶的合成控制代谢进而控制性状。(　　)
8.基因在不同生物的细胞中本质不同,可能是一段具有遗传效应的DNA片段,也可能是一段RNA片段。(　　)
×
×
提示 基因通过控制酶的合成控制代谢进而控制性状,或通过控制某些蛋白质的合成,直接控制生物性状。
提示 由细胞组成的生物,遗传物质均为DNA,只有部分病毒的遗传物质才可能为RNA。
一、遗传信息的转录与翻译
1.RNA的结构与种类
(1)RNA的结构
知能构建·强技能
(2)RNA与DNA的比较
比较项目 DNA RNA
组成单位 基本组成单位不同 脱氧核苷酸 核糖核苷酸
五碳糖不同 脱氧核糖 核糖
碱基不同 特有的是胸腺嘧啶(T) 特有的是尿嘧啶(U)
结构不同 规则的双螺旋结构 一般为单链
(3)RNA的种类及其作用
2.遗传信息的转录
(1)概念分析
(2)过程图示
3.遗传信息的翻译
(1)密码子(遗传密码)
①概念:mRNA上每3个相邻的核苷酸排列成的三联体,决定一种氨基酸。
②种类
(2)tRNA:RNA链经过折叠,看上去像三叶草的叶形,其一端有氨基酸的结合部位,另一端有3个核苷酸序列,能与mRNA密码子的核苷酸互补配对,以此来识别密码子,叫作反密码子。
(3)翻译
①概念分析
②过程图示
二、中心法则及基因对生物性状的控制
1.中心法则
(1)提出者:克里克。
(2)要点:遗传信息通过复制从DNA传递到DNA,由DNA通过转录传递到RNA,然后由RNA通过翻译合成蛋白质,决定蛋白质的特异性。
(3)内容图解(用简式表示):
2.基因
(1)作用:是遗传的一个基本功能单位,它在适当的环境条件下控制生物的性状。
(2)与染色体的关系:以一定的次序排列在染色体上。
(3)本质:有功能的核酸分子片段,在大多数生物中是一段DNA,而在RNA病毒中则是一段RNA。
3.基因控制生物性状(基因→蛋白质→性状)
(1)基因通过控制酶的合成来控制生物体内的生物化学反应,从而间接控制生物体性状。
(2)基因通过控制蛋白质的合成,决定生物体特定的组织或器官的结构,进而影响其功能。
(3)细胞内有多种功能性RNA分子参与性状的表现或具有调控基因表达的功能,如tRNA、rRNA、核酶等。
三、生物的表观遗传现象
1.表观遗传现象的概念
指亲代传递给后代的DNA序列没有改变,亲代在生活中由于生活环境或生活习惯的改变而引起的身体状况变化,也会通过某种途径遗传给下一代,即父母的生活经历可以通过DNA序列以外的方式遗传给后代。
2.表观遗传与传统遗传学的比较
项目 表观遗传 遗传学
基因 序列 不改变DNA序列,属于非基因序列改变所致基因表达水平变化 基于基因序列的变化所致基因表达水平的变化
遗传性 可以遗传 可以遗传
3.组蛋白的乙酰化
乙酰基把氨基(—NH2)上的正电荷屏蔽起来,组蛋白的正电荷减少,与带负电的DNA分子片段(某基因) 缠绕的力量减弱,基因可以被读取即进行转录。
4.DNA的甲基化
基因启动部位中的胞嘧啶加上甲基基团(—CH3),会使染色质高度螺旋化,凝缩成团,此时基因无法被识别,失去转录活性,因而不能完成转录。
5.表观遗传机制的意义
打破DNA变化缓慢的限制,使后代能迅速获得亲代应对环境做出的反应而发生的变化。
6.理解表观遗传注意三个问题
(1)表观遗传不遵循孟德尔规律。
(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到基因的转录过程,进而影响蛋白质的合成。
考向1　 遗传信息、密码子、反密码子
典例1下列关于遗传信息、密码子、反密码子的叙述,正确的是(　　)
A.mRNA上任意三个碱基构成密码子
B.每一种密码子都与一个反密码子相互对应
C.密码子和氨基酸不一定存在一一对应关系
D.DNA上核糖核苷酸的排列顺序代表遗传信息
解析 mRNA上三个相邻的核苷酸排列成的三联体,决定一种氨基酸,称为密码子,A项错误;终止密码子不编码氨基酸,没有对应的反密码子,B项错误;除少数氨基酸只有一种遗传密码子外,大多数氨基酸有两种以上的遗传密码子,因此密码子和氨基酸不一定存在一一对应关系,C项正确;DNA上脱氧核糖核苷酸的排列顺序代表遗传信息,D项错误。
C
实战演练·明方向
能 力 提 升
遗传信息、密码子、反密码子的比较
项目 遗传信息 密码子 反密码子
概念 DNA上碱基对或脱氧核苷酸的排列顺序 mRNA上每3个相邻的核苷酸排列成的三联体,决定一种氨基酸 在tRNA的一端有三个核苷酸序列,能与mRNA密码子的核苷酸互补配对
种类 4n种(n为碱基对的数目) 64种 61种
作用 间接决定蛋白质中氨基酸的排列顺序 直接控制蛋白质中氨基酸的排列顺序 识别密码子
项目 遗传信息 密码子 反密码子
图示
相关特性 具有多样性和特异性 一种密码子只能决定一种氨基酸,而一种氨基酸可能有一种或几种密码子 一种tRNA只能识别和转运一种氨基酸,而一种氨基酸可以由一种或几种tRNA转运　
考向2　 转录过程及图示分析
典例2(2024浙江浙南名校期中)如图表示真核生物细胞核内某一基因的转录过程,其中a、b代表该基因不同部位,c、d表示不同物质。据图分析,下列叙述正确的是(　　)
A.该基因的转录方向是从右向左
B.b处子链的延伸需要4种游离的碱基为原料
C.形成的c不一定能被翻译形成蛋白质
D.d为编码链,其上的碱基排列顺序表示遗传密码
C
解析 该基因的转录方向是从左向右,A项错误;b处子链的延伸需要4种游离的核糖核苷酸为原料,B项错误;形成的c可能是mRNA,也可能是rRNA或tRNA,mRNA能被翻译形成蛋白质,C项正确;d为模板链,遗传密码在mRNA上,为图中的c,D项错误。
能力提升
转录模型与细节分析
转录模型
细节分析 ①转录方向:已完成的RNA链会与模板DNA分离,因此RNA-DNA配对区域则为正在转录区,由此判断图示转录方向为由左至右。
②RNA聚合酶的功能:解旋DNA和形成RNA。RNA聚合酶与解旋酶不同,完成转录后,RNA聚合酶从DNA上脱离,DNA恢复双螺旋。
③转录的区域:RNA聚合酶与DNA分子的启动部位结合,解旋一个或几个基因的DNA片段。
④转录模板:转录的模板为模板链,非模板链为编码链。但需注意的是,不同基因的模板链和编码链在DNA分子中可能相同,也可能不同,而同一基因的编码链和模板链在DNA分子中是固定的。
考向3　 翻译过程及图示分析
典例3(2025浙江阶段练习)下图所示为蛋白质合成过程,①②表示相应物质或结构。下列叙述错误的是(　　)
A.①表示氨基酸,其对应的密码子为AUG
B.②表示核糖体,其移动方向为由右向左
C.该过程中的碱基配对情况有A-U、U-A、G-C、C-G
D.图中tRNA含有氢键,mRNA不含有氢键
B
解析 ①表示氨基酸,其对应的密码子为AUG,A项正确;tRNA的3'端携带氨基酸,可据此判断mRNA的左侧为5'端,因此核糖体移动方向为由左向右,B项错误;该过程中发生的是tRNA与mRNA的碱基配对,碱基配对情况有A-U、U-A、G-C、C-G,C项正确;题图中tRNA(含有部分双链结构)含有氢键, mRNA(单链结构)不含有氢键,D项正确。
能力提升
翻译过程的三种模型图解读
模型
模型解读 (1)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别为tRNA、核糖体、mRNA、多肽链
(2)一个核糖体与mRNA的结合部位形成2个tRNA结合位点
(3)翻译起点:起始密码子决定的一般是甲硫氨酸
(4)翻译终点:识别到终止密码子,翻译停止
(5)翻译进程:核糖体沿着mRNA移动,mRNA不移动
模型
模型解读 该模型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条多肽链
(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)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,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将多肽链运送至内质网、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
模型
模型解读 该模型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,mRNA上结合核糖体同时进行翻译过程
考向4　 DNA复制、转录、翻译综合比较
典例4(2024浙江宁波至诚中学期中)中心法则揭示了遗传信息传递的一般规律。下图Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示在人体某细胞中发生的三种生理过程。请据图回答相关问题。
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
(1)图Ⅰ代表的过程是　 　　　,DNA独特的　　　 　为该过程提供精确的模板,通过　 　　　原则,保证了该过程能够准确地进行。
(2)图Ⅱ代表的过程是以　　　　　　　　作为模板、四种____________　　　　　　　　作为原料合成α链,该过程所需的酶是　　　　　　　　,该酶是与编码这条链的一段　　　　结合的。
(3)翻译时　　　　沿mRNA移动,读取下一个密码子,并按mRNA携带的信息控制合成具有一定　　　　序列的多肽链。
(4)上述三个过程能在人体胰岛细胞中发生的是　　　　(填序号)。
DNA复制
双螺旋结构
碱基互补配对
DNA的一条链　
核糖核苷酸
RNA聚合酶
DNA
核糖体
氨基酸
Ⅱ和Ⅲ
解析 (1)据图Ⅰ可知,一个DNA分子形成两个DNA分子,因此该过程为DNA复制过程,DNA独特的双螺旋结构,为复制提供了精确的模板,通过碱基互补配对,保证了复制能够准确地进行。
(2)图Ⅱ表示过程为以一个DNA分子的一条链为模板,合成一条单链,因此该过程为转录,转录过程以DNA的一条链为模板、四种游离的核糖核苷酸为原料,在RNA聚合酶的催化下合成α链,RNA聚合酶起作用时,要与编码这条链的一段DNA结合。
(3)翻译在核糖体中进行,翻译时核糖体沿mRNA移动,读取下一个密码子,并按mRNA携带的信息控制合成具有一定氨基酸序列的多肽链。
(4)人体胰岛细胞是高度分化的细胞,具有合成胰岛素的功能,胰岛素是蛋白质,因此,上述三个过程能在人体胰岛细胞中发生的是Ⅱ和Ⅲ。
能力提升
DNA复制与转录、翻译的比较
项目 复制 转录 翻译
时间 有丝分裂前的间期和减数分裂前的间期 生长发育的连续过程中
场所 主要在细胞核,少部分在线粒体和叶绿体 主要在细胞核,少部分在线粒体和叶绿体 核糖体
原料 4种脱氧核糖核苷酸 4种核糖核苷酸 21种氨基酸
模版 DNA的两条链 DNA中的一条链 mRNA
条件 解旋酶、DNA聚合酶、ATP RNA聚合酶、ATP 酶、ATP、tRNA
过程 DNA解旋,以两条链为模板,按碱基互补配对原则,合成两条子链,子链与对应母链螺旋化 DNA解旋,以其中一条链为模板,按碱基互补配对原则,形成mRNA、rRNA、tRNA 以mRNA为模板,合成有一定氨基酸序列的多肽链
模版去向 分别进入两个子代DNA分子中 恢复原样,与非模板链重新组成双螺旋结构 分解成单个核苷酸
特点 边解旋边复制,半保留复制 边解旋边转录 ①核糖体沿着mRNA移动;②一个mRNA结合多个核糖体,顺次合成多条多肽链,提高合成蛋白质的速率
产物 两个双链DNA分子 一条单链RNA分子 多肽链
考向5　 中心法则
典例5(2025浙江宁波期中)下列关于中心法则的叙述,正确的是(　　)
A.⑤过程需要逆转录酶进行催化
B.③过程没有发生碱基互补配对
C.RNA病毒在宿主细胞中生存,都能体现①~⑤过程
D.②过程主要发生在细胞核中,产生的RNA都可作为蛋白质合成的模板
A
解析 ⑤过程为逆转录,该过程需要逆转录酶进行催化,A项正确;题图中所有过程都发生了碱基互补配对,③过程为翻译,mRNA和tRNA之间会进行碱基互补配对,B项错误;RNA病毒包括RNA复制型病毒(能发生③④过程)和逆转录病毒(能发生①②③⑤过程),它们在宿主细胞中生存,不都能体现①~⑤过程,C项错误;②过程为转录,该过程主要发生在细胞核中,产生的RNA包括mRNA、rRNA和tRNA,其中只有mRNA可作为蛋白质合成的模板,D项错误。
不同生物遗传信息传递的比较
能 力 提 升
考向6　 基因对生物性状的控制
典例6(2024浙江宁波三锋联盟期中)如图为DNA、蛋白质与性状的关系示意图,有关说法正确的是(　　)
A.①过程与DNA复制的共同点是都以DNA单链为模板,在DNA聚合酶的作用下进行
B.②过程中需要多种tRNA,不同tRNA所转运的氨基酸一定不同
C.图中的DNA链和mRNA链长度相同
D.人的白化病是通过蛋白质间接表现的,囊性纤维化是通过蛋白质直接表现的
D
解析 ①是转录过程,转录是以DNA单链为模板,在RNA聚合酶的作用下进行,复制是以DNA双链为模板,在解旋酶和DNA聚合酶的作用下进行,A项错误;tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子识别,一种氨基酸可能对应一个或多个密码子,因此多种tRNA可以转运同一种氨基酸,B项错误;由于基因是选择性表达的,图中的DNA链长度比mRNA链长度长,C项错误;白化病患者由于基因突变导致酪氨酸酶不能合成,进而不能形成黑色素,导致白化病,体现基因通过控制酶的合成来控制代谢间接控制生物性状,囊性纤维化是细胞膜上转运氯离子的转运蛋白结构异常而表现出病症,体现基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体性状,D项正确。
学 考
大 题 突 破
命题方向预测(一)　DNA复制方式的实验探究
思维点拨分析此类题目,明确以下两点:(1)实验的思维方法为假说-演绎法;(2)实验操作方法为同位素示踪法及密度梯度离心法。分析过程中,要求考生认真分析表中实验结果,根据结果推测DNA复制方式,得出正确的实验结论。
典例(2021浙江7月学考)阅读下列材料。
材料一:卡伽夫发现生物的DNA分子中,腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)的含量相等,鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)的含量相等。威尔金斯和富兰克林利用X射线衍射技术获得了呈对称性的DNA衍射图谱。
材料二:科学家将细菌放入以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养若干代,使其DNA都被15N标记,再将细菌转入到以14NHCl为唯一氮源的培养基中培养。分别取亲代、完成一次分裂和完成两次分裂的细菌,并分离出细菌的DNA进行密度梯度离心。实验证明了DNA分子通过半保留方式进行复制。
回答下列问题。
(1)沃森和克里克在材料一的基础上提出了DNA分子双螺旋结构模型,该模型的基本骨架由磷酸和脱氧核糖交替连接构成;两条链的碱基位于双链内侧且互补配对,如C与_______配对;DNA分子的两条链是________(填“反向”或“同向”)平行的。
(2)某小组进行“制作DNA分子双螺旋结构模型”的活动,计划搭建一个有34个脱氧核苷酸的DNA片段,其中含7个腺嘌呤。下列是组内同学准备的四项材料,其中正确的两项是_______。
A.7个鸟嘌呤代表物 B.10个胞嘧啶代表物
C.34个核糖代表物 D.34个磷酸代表物
G
反向
BD
(3)材料二中,分离细菌的DNA需对细菌进行破碎处理,破碎处理________ (填“能”或“不能”)采用将细菌直接置于蒸馏水中使其吸水涨破的方法。
(4)依据材料二完善下表。
DNA条带类型 DNA含量
亲代 完成一次分裂 完成两次分裂
轻带(14NN-DNA) 0 0 ①________
中带(15NN-DNA) 0 2n ②________
重带(15N-N-DNA) n 0 ③________
不能
2n
2n
0
注:14NN-DNA表示两条链N元素均为14N;15N -N-DNA表示一条链N元素均为15N,另一条链N元素均为14N;15NN-DNA表示两条链N元素均为15N。
(5)对于生物体来说,DNA分子复制的意义是什么 __________________________________________________________________________。
DNA分子复制能将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞,保持了遗传信息的连续性
解析 (1)沃森和克里克提出了DNA分子双螺旋结构模型,该模型的基本骨架由磷酸和脱氧核糖交替连接构成;两条链的碱基位于双链内侧且互补配对,如胞嘧啶与鸟嘌呤配对;DNA分子的两条链是反向平行的。
(2)一个有34个脱氧核苷酸的DNA片段,其中含7个腺嘌呤,根据碱基互补配对原则,胸腺嘧啶也含有7个,即A+T=14,则C+G=34-14=20,则C=G=10,A项错误,B项正确;DNA分子中含有脱氧核糖,不含核糖,C项错误;每个脱氧核苷酸含有一分子磷酸、一分子脱氧核糖、一分子碱基,制作一个有34个脱氧核苷酸的DNA片段,需要34个磷酸代表物,D项正确。
(3)细菌含有细胞壁,细胞壁对细菌具有保护作用,将细菌直接置于蒸馏水中,不能使其吸水涨破。
(4)将亲代细菌(全部N标记为15N)转入14NH4Cl为唯一氮源的培养基中培养,完成两次分裂,该过程中DNA进行了两次半保留复制,则子二代中DNA分子的情况为1/2轻带(14N/14N)、1/2中带(15N/14N),离心后分布在试管的中部和上部,故①处为2n,②处为2n,③处为0。
(5)DNA分子复制能将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞,保持了遗传信息的连续性。
命题方向预测(二)　遗传信息表达的实践应用
思维点拨以“中心法则”中遗传信息的流动过程为支撑,识记遗传信息转录和翻译的过程、场所、条件及产物等基础知识,能正确分析题图,再结合图中信息准确答题,并能以病毒的遗传过程为突破口,分析遗传信息表达的实践应用。
典例(2024浙江杭州重点中学期中)乙型肝炎病毒(HBV)是导致肝癌发生发展的重要诱因之一。miRNA是在真核生物中发现的一类具有调控功能的非编码RNA。研究发现,miRNA-122在人体感染HBV时将对其在体内的增殖过程起到调节作用。下图表示HBV增殖过程受miRNA-122调节的相关机制,其中Ⅰ、Ⅱ表示过程,甲、乙表示结构或物质。请回答下列相关问题。
图1
图2
(1)HBV是一种DNA病毒,增殖时所需的原料有　　 　　　　　　　。
(2)miRNA-122是过程Ⅰ　　　　(填名称)的产物,该过程主要在　　　　中进行,由　　 　　酶以DNA的一条链为模板合成,该酶的作用是催化　　　 　键的形成。
(3)图1中结构甲在乙上　　　　　　(填“从左向右”或“从右向左”)移动,直至遇到　　　 　时开始翻译。
(4)miRNA-122可通过与mRNA结合的方式　　　(填“抑制”“促进”或“不影响”)该基因的表达。两者能够结合说明在相应的区域遵循了　　　　　　　原则。
(5)血清miRNA-122单项检测在肝癌早期诊断中有一定价值。现已获取由HBV引起肝癌的患者血液样本,将其与健康人的血液样本分别进行检测,检测结果如图2所示。可判断出图中的A组应当为　　 　　(填“健康对照组”或“肝癌组”)。
氨基酸、脱氧核苷酸
转录
细胞核
RNA聚合
磷酸二酯
从左向右
起始密码子
抑制
碱基互补配对
健康对照组
解析 (1)DNA病毒由DNA和蛋白质组成,增殖时所需的原料有氨基酸、脱氧核苷酸。
(2)miRNA-122是过程Ⅰ转录的产物,该过程主要在细胞核中进行,转录还可以发生在线粒体和叶绿体中,由RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成,该酶的作用是催化磷酸二酯键的形成。
(3)图1中乙上面右边核糖体上的肽链比左边的长,说明结构甲在乙上从左向右移动,直至遇到起始密码子时开始翻译。
(4)miRNA-122可通过与mRNA结合的方式抑制其参与翻译,从而抑制该基因的表达,两者能够结合说明在相应的区域遵循了碱基互补配对原则。
(5)图2中B组miRNA-122相对表达量更高,miRNA-122可抑制HBV增殖,该数值增高,说明患有HBV引起的肝癌,则A组为健康对照组。
变式训练
(2024浙江台金七校期中)miRNA是真核细胞中一类不编码蛋白质的短序列RNA,其主要功能是调控其他基因的表达。研究发现,Bcl-2是一个抗凋亡基因,其编码的蛋白质有抑制细胞凋亡的作用。该基因的表达受MIR-15a基因控制合成的miRNA调控,如下图所示,请分析回答。
(1)A过程是　　　　,该过程需要从细胞质进入细胞核的物质有
　　　　　 　　　(写出两种即可)。当特定的酶与Bcl-2基因的　　　 　结合时,才能进行A过程。图中成熟miRNA进入细胞质需穿过　　　　层膜。
(2)B过程中能与①发生碱基互补配对的是　　　　,B过程的方向为
　　　　(填“从左向右”或“从右向左”),该过程的产物除了②还有　　　　。②过程可以高效进行是因为
　 　。
(3)据图分析可知,miRNA调控Bcl-2基因表达的机理是________________
　 。
(4)若MIR-15a基因缺失,则细胞发生癌变的可能性将　　　　。
转录
ATP、核糖核苷酸、RNA聚合酶
启动部位(或启动子)　
0
tRNA　
从右向左
水
一个mRNA上可同时结合多个核糖体
miRNA能与Bcl-2
基因转录生成的mRNA发生碱基互补配对,形成双链,阻断翻译过程
上升
解析 (1)A过程是转录;转录除了需要模板以外还需要ATP、核糖核苷酸、RNA聚合酶等;转录时需要RNA聚合酶与Bcl-2基因的启动部位(或启动子)结合;成熟miRNA通过核孔进入细胞质,所以穿过0层膜。
(2)B过程为翻译,①为mRNA,与mRNA发生碱基互补配对的是tRNA;根据肽链的长度可判断方向为从右向左;该过程发生氨基酸的脱水缩合,产物除了肽链还有水;②过程可以高效地进行,是因为一个mRNA上可同时结合多个核糖体。
(3)据图分析可知,miRNA能与Bcl-2基因转录生成的mRNA发生碱基互补配对,形成双链,阻断翻译过程从而调控Bcl-2基因表达。
(4)若MIR-15a基因缺失则无法转录出miRNA,从而无法抑制Bcl-2基因的表达,从而使Bcl-2基因正常表达,抑制细胞凋亡,则细胞发生癌变的可能性将上升。
重难微专题4　基因表达的分子机理及遗传规律解题技巧
突破1　 基因表达与沉默
能力强化基因沉默机制综合分析
外源基因进入细胞核后,会受到多种因素的作用,根据其作用机制和水平不同可分为三种:位置效应、转录水平的基因沉默和转录后水平的基因沉默。
(1)位置效应是指基因在基因组中的位置对其表达的影响。外源基因进入细胞核后首先整合到染色质上,其整合位点与表达有密切的关系。如果整合到甲基化程度高、转录活性低的异染色质上,一般不能表达;如果整合到甲基化程度低、转录活性高的常染色质上,其表达受两侧DNA序列的影响。植物基因组通常是由具有相似GC含量DNA的片段相互嵌合在一起的,外源基因的插入打乱了它们正常的组合。
(2)转录水平的基因沉默是DNA水平上基因调控的结果,主要是由启动子甲基化或导入基因异染色质化所造成的,二者都和转基因重复序列有密切关系。
(3)转录后水平的基因沉默是RNA水平基因调控的结果,比转录水平的基因沉默更普遍,特别是共抑制现象更是研究的热点,共抑制是指在外源基因沉默的同时,与其同源的内源DNA的表达也受到抑制。转录后水平的基因沉默的特点是外源基因能够转录成mRNA,但正常的mRNA不能积累,也就是说mRNA一经合成就被降解或被相应的反义RNA或蛋白质封闭,从而失去功能。
上述三种机制并不是独立的,而是相互关联的。基因沉默机制在核酸水平上均是DNA-DNA, DNA-RNA,RNA-RNA相互作用的结果,所以人们认为对基因沉默机制的研究开启了认识DNA水平及RNA水平上调节基因表达的新纪元,并提出了基因免疫,即基因组对外源基因入侵有抵抗能力的新观念。
典例1阅读下列材料,回答第1~2题。
基因启动子区发生DNA甲基化可导致基因转录沉默。研究表明,某植物需经春化作用才能开花,该植物的DNA甲基化水平降低是开花的前提。用5-azaC处理后,该植株开花提前,检测基因组DNA,发现5'胞嘧啶的甲基化水平明显降低,但DNA序列未发生改变,这种低DNA甲基化水平引起的表型改变能传递给后代。
1.这种DNA甲基化水平改变引起表型改变,属于(　　)
A.基因突变 B.基因重组
C.染色体变异 D.表观遗传
解析 DNA甲基化属于表观遗传,D项符合题意。
D
2.该植物经5-azaC去甲基化处理后,下列各项中会发生显著改变的是(　　)
A.基因的碱基数量
B.基因的碱基排列顺序
C.基因的复制
D.基因的转录
解析 甲基化不改变基因序列,只是会造成基因转录受阻,去甲基化会促进基因的转录,D项符合题意。
D
典例2某种蜜蜂的蜂王和工蜂具有相同的基因组。雌性工蜂幼虫的主要食物是花蜜和花粉,若喂食蜂王浆,也能发育成为蜂王。利用分子生物学技术降低DNA甲基化酶的表达后,即使一直喂食花蜜和花粉,雌性工蜂幼虫也会发育成蜂王。下列推测正确的是(　　)
A.花蜜和花粉可降低幼虫发育过程中DNA的甲基化
B.蜂王DNA的甲基化程度高于工蜂
C.蜂王浆可以提高蜜蜂DNA的甲基化程度
D.DNA的低甲基化是蜂王发育的重要条件
D
解析 DNA甲基化酶可使DNA甲基化,降低DNA甲基化酶的表达,会使DNA甲基化程度降低,可使工蜂发育成蜂王,与喂食蜂王浆作用相似,因此可推测蜂王浆可降低蜜蜂DNA的甲基化程度,C项错误,D项正确;花蜜和花粉不会降低DNA的甲基化,A项错误;蜂王DNA的甲基化程度低于工蜂,B项错误。
突破2　 病毒的表达机理
能力强化常见RNA病毒的类型及侵染表达机制
1.逆转录病毒(如HIV)
入侵机制
表达过程
2.侵染性单链RNA病毒的侵染表达
(如SARS、新冠病毒、脊髓灰质炎病毒等)
复制 侵染性单链RNA可作为模板复制出-RNA,再利用此-RNA作为模板合成子代+RNA
表达 侵染性单链RNA分离出来便有侵染性,可直接作为mRNA,并以此作为模板翻译出病毒的各种蛋白质。最后蛋白质与子代+RNA组装成完整病毒。如下图所示。

3.非侵染性单链RNA病毒的表达(如弹状病毒、正粘病毒等)
以病毒-RNA为模板复制出+RNA,再以+RNA为模板合成出-RNA,-RNA与带有病毒遗传信息的mRNA翻译的病毒蛋白(结构蛋白)相结合,组成子代病毒颗粒。(如下图)
典例3(2025浙江宁波期中)狂犬病是狂犬病毒所致的急性传染病,人兽共患,人多因被病兽咬伤而感染,死亡率极高。如图为狂犬病毒的增殖方式,以下说法错误的是(　　)
A.狂犬病毒增殖的过程涉及RNA复制
B.①②③④过程的碱基互补配对方式完全相同
C.+RNA中存在狂犬病毒基因
D.狂犬病毒遗传物质的增多需要经过过程②和④
C
解析 由题图可知,狂犬病毒增殖的过程中RNA可进行复制,A项正确;①②③④过程的碱基互补配对方式完全相同,都是A-U、C-G,B项正确;结合题图可知,狂犬病毒基因位于(-)RNA上,C项错误;狂犬病毒的遗传物质为
(-)RNA,(-)RNA先合成+RNA,再合成子代(-)RNA,对应题图过程②和④,D项正确。
突破3　 遗传规律解题技巧
能力强化遗传题解题“三段”法
(1)整合提取“题干信息”,推导亲本基因型
该步骤是遗传题切入的起点,也是一道遗传题最难的部分,需要仔细斟酌分析题干中的各种信息,并将相关的文字或数字比值关系进行归纳,为提炼亲本基因型做好准备。
常见的模式:
①通过表格或柱形图中的表型比值(如3∶1、2∶1)等,逆推亲本基因型,同时确定基因所在染色体的位置;
②通过题干文字所描述的亲子代遗传关系,确定亲本基因型;
③通过遗传系谱图及电泳条带等确定亲本基因型。
特别提醒
①涉及一对等位基因时,主要明确基因所处染色体的类型(是常染色体还是性染色体)。
②涉及2对及以上等位基因时,需明确:不同等位基因是独立遗传还是连锁关系;不同等位基因位于常染色体上还是性染色体上。
(2)推演内化“减数分裂过程”,棋盘列出配子类型及比例
该步骤是遗传题分析的核心,只有明确不同亲本产生的配子类型及比例,才能最终完成遗传题结果的输出。
需要明确以下内容:
①建立动态的减数分裂过程,明确染色体的联会与配子产生的关系;
②基于基因频率的计算,能列出相应亲本产生的配子类型及比例;
③明确题干信息是否考虑减数分裂时发生交叉互换。
(3)精准把握“取值范围”,输出所求子代概率
生物学概率并不强调计算过程,而侧重思考,在进行结果输出之前,一定要再三思考是否有致死、是否有取舍,需要及时修改“取值范围”,即修改“分母”。
典例4(2024浙江卓越联盟期中)果蝇的长翅与残翅由等位基因(A、a)控制,果蝇的红眼与白眼由另一对等位基因(B、b)控制,两对基因均不位于Y染色体上。亲代雌果蝇与雄果蝇杂交,F1表型及数量如表所示。回答下列问题。
表型 长翅红眼 长翅白眼 残翅红眼 残翅白眼
雌蝇 149 0 51 0
雄蝇 75 77 26 24
(1)由实验结果可知,果蝇翅型中的显性性状是　　　　。
(2)这两对基因的遗传遵循自由组合定律,判断理由是_________________
　　　　 　。 (3)亲本雌果蝇后期Ⅱ,基因b的数目为　　　　。
(4)F1长翅红眼雌果蝇的基因型有　　种,其中纯合子所占比例为　　　。
长翅
控制翅型的基因在
常染色体上,控制眼色的基因在X染色体上,2对基因位于2对同源染色体上
0或2
4
1/6
解析 (1)由表格信息可知,杂交后代,雌果蝇中长翅∶残翅≈3∶1,雄果蝇中长翅∶残翅≈3∶1,说明果蝇翅型中的显性性状是长翅。
(2)由表格信息可知,杂交后代,雌果蝇中长翅∶残翅≈3∶1,眼色都表现为红眼,雄果蝇中长翅∶残翅≈3∶1,红眼∶白眼≈1∶1,长翅与残翅的比例在性别间无差异,是常染色体遗传,红眼、白眼果蝇在性别间有差异,是伴X染色体遗传,所以这两对基因的遗传遵循自由组合定律。
(3)由表结果分析,亲本雌果蝇的基因型为AaXBXb,后期Ⅱ,由于同源染色体已经发生分离,但着丝粒分裂,染色体数目加倍,所以此时基因b的数目为0或2。
(4)由表格信息可知,亲本基因型是AaXBY、AaXBXb,所以F1长翅红眼雌果蝇的基因型为A_XBX-,共有四种,分别为AAXBXB、AAXBXb、AaXBXB、AaXBXb,其中纯合子AAXBXB所占比例为1/3×1/2=1/6。
典例5某种果蝇(2n=8)体色有灰体和黑体,翅形有正常翅和张翅。控制体色和翅形的两对等位基因分别位于两对常染色体上。现有4只果蝇,分别进行2组杂交实验,杂交组合及结果见下表。
组合编号 亲本 F1个体数/只
灰体张翅 灰体正常翅 黑体张翅 黑体正常翅
① 甲×乙 226 75 76 25
② 丙×丁 150 49 152 31
回答下列问题。
(1)果蝇是遗传学实验的理想材料,是因为果蝇具有易饲养以及________________________________(答出2点)等特点。
(2)果蝇的灰体和黑体中属于隐性性状的是________,能作出此判断的杂交组合编号是__________。
(3)4只亲代果蝇中,表型为黑体张翅的有__________只。
(4)若取组合①F1中的全部灰体正常翅雌果蝇、组合②F1中的全部黑体张翅雄果蝇,让其自由交配获得F2,则理论上F2的表型及比例为灰体张翅∶灰体正常翅∶黑体张翅∶黑体正常翅=____________________。
繁殖周期短、子代数量多
黑体
①
1
4∶2∶2∶1
解析 (1)繁殖周期短可以缩短遗传学实验的培养时间;子代数量多可以收集更多的样本以供实验。
(2)通过①甲×乙的实验,子一代灰体∶黑体=3∶1,符合杂合子自交的性状分离比,因而判断出黑体为隐性性状。而②丙×丁的实验,子一代灰体∶黑体=1∶1,无法判断灰体和黑体的显隐性。
(3)由①中张翅∶正常翅=3∶1,符合杂合子自交的性状分离比,判断出张翅为显性性状。结合(2)可以得出甲和乙基因型均为双杂合子,即表型为灰体张翅。对于②灰体∶黑体=1∶1,可以判断丙、丁为单杂合子测交,即丙、丁表型一个为黑体,一个为灰体;张翅∶正常翅=3∶1,符合杂合子自交的性状分离比,可以判断出丙、丁表型均为张翅。综上所述,表型为黑体张翅的果蝇仅有1只。
(4)假定体色基因为A/a,翅形基因为B/b,①F1中灰体果蝇体色基因型为AA∶Aa=1∶2,即产生的配子A∶a=2∶1,翅形全为bb,②F1中黑体果蝇体色基因型全为aa,翅形基因型及比例为Bb∶BB=2∶1,配子类型及比例为B∶b=2∶1,二者自由交配,得出F2中灰体∶黑体=2∶1,张翅∶正常翅=2∶1,由基因的自由组合,可得灰体张翅∶灰体正常翅∶黑体张翅∶黑体正常翅=4∶2∶2∶1。

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