1、高考生物,新高考专用,专题十遗传的分子基础,考点一DNA是主要的遗传物质,一、肺炎链球菌的转化实验1.格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验1)实验材料:肺炎链球菌。,2)实验过程及结果注射R型活细菌小鼠不死亡;注射S型活细菌小鼠死亡,分离出S型活细菌;注射加热致死的S型细菌小鼠不死亡;注射R型活细菌+加热致死的S型细菌小鼠死亡,分离出S型活细菌。3)结论:已经加热致死的S型细菌中,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。,2.艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验1)实验目的:探究S型细菌中的“转化因子”是DNA、蛋白质、脂质还是糖类等。2)实验思路:利用减法原理,人为去除某个影响因素(
2、加入酶)后,观察实验结果的变化。3)实验过程及结果,4)结论:DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。,易混易错(1)转化的实质是基因重组而非基因突变:肺炎链球菌转化实验中S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中,即发生了基因重组(属于广义上的)。(2)加热致死的S型细菌,其蛋白质变性失活,DNA双螺旋结构打开,但冷却后DNA的结构可以重新恢复。,二、噬菌体侵染细菌的实验1.实验材料:T2噬菌体和大肠杆菌。1)T2噬菌体的结构(如图),2)T2噬菌体的生活方式:专门寄生在大肠杆菌中。,3)T2噬菌体的增殖,2.实验思路:利用放射性同位素标记技术,即用32P和35S分别标记T2噬菌体的
3、DNA和蛋白质,单独、直接研究它们的遗传功能。3.实验结论:本实验证明DNA是T2噬菌体的遗传物质,没有证明蛋白质是否为遗传物质,因为T2噬菌体的蛋白质没有进入细菌细胞中。,易混易错本实验不能用14C和18O进行标记,因为T2噬菌体的蛋白质和DNA分子中都含有这两种元素;也不能用35S、32P标记同一T2噬菌体,因为检测时无法区分放射性物质的种类。,知识归纳同位素示踪(标记)问题(1)同位素标记法的应用原理:同位素可用于追踪物质的运行和变化规律。用同位素标记的化合物,化学性质不会改变。(2)实例分析,4.实验过程及结果1)标记T2噬菌体2)T2噬菌体侵染细菌:对比实验(相互对照),进一步观察发
4、现,细菌裂解释放的噬菌体中,可以检测到32P标记的DNA,但检测不到35S标记的蛋白质。知识归纳(1)保温的目的是使T2噬菌体侵染大肠杆菌。(2)搅拌的目的是使吸附在大肠杆菌上的T2噬菌体和大肠杆菌分离。(3)离心的目的是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。3)实验结果分析:T2噬菌体侵染细菌时,DNA进入细菌的细胞中,而蛋白质外壳仍留在细胞外。子代噬菌体的各种性状,是通过亲代的DNA遗传的。,5.结论:DNA是T2噬菌体的遗传物质。,疑难突破实验误差分析(1)用32P标记的T2噬菌体侵染细菌时,上清液具有少量放射性的原因:保温时间过短,部分噬菌体未
5、将DNA注入细菌中;保温时间过长,部分细菌裂解,释放子代噬菌体;搅拌过于剧烈,细菌破裂,子代噬菌体被释放。(2)用35S标记的T2噬菌体侵染细菌时,沉淀物中有少量放射性的原因:搅拌不充分,部分噬菌体的蛋白质外壳仍吸附在细菌表面。,三、DNA是主要的遗传物质1.RNA是遗传物质的证据1)实验过程与结果2)结论:RNA是烟草花叶病毒的遗传物质。,2.DNA是主要的遗传物质1)真、原核生物的遗传物质是DNA,病毒的遗传物质是DNA或RNA。2)生物界绝大多数生物的遗传物质是DNA,只有极少数生物的遗传物质是RNA,因此DNA是主要的遗传物质。,易混易错原核生物和真核生物都含有DNA和RNA两种核酸,
6、其碱基和核苷酸的种类分别为5、8;病毒只含DNA或RNA一种核酸,其碱基和核苷酸的种类均为4。,考点训练(请判断下列说法是否正确),1.肺炎链球菌离体转化实验证明了DNA是肺炎链球菌的遗传物质。()2.肺炎链球菌活体转化实验中,R型细菌转化成的S型细菌不能稳定遗传。()3.赫尔希和蔡斯用对比实验证明DNA是遗传物质。()4.T2噬菌体侵染大肠杆菌实验证明了DNA是大肠杆菌的遗传物质。()5.人体内既有DNA又有RNA,但DNA是人体的主要遗传物质。(),答案1.2.R型细菌转化成S型细菌的实质是S型细菌的DNA与R型细菌的DNA发生了基因重组,属于可遗传变异。3.4.T2噬菌体侵染大肠杆菌实验
7、证明了DNA是T2噬菌体的遗传物质。5.DNA是人体的遗传物质,而非是“主要的遗传物质”。,考点二DNA的结构与复制,一、DNA分子的结构1.DNA双螺旋结构的形成,2.DNA双螺旋结构的特点1)DNA由两条脱氧核苷酸链组成,这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。2)外侧:脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架。3)内侧:两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。碱基互补配对遵循以下原则:A=T(两个氢键)、GC(三个氢键)。,知识拓展(1)GC碱基对所占比例越大,DNA热稳定性越高。(2)氢键的形成不需要酶,而断裂需解旋酶或加热处理。(3)单链中相邻碱基通过“脱氧核糖磷酸脱氧核糖”连接,互补链中相邻
8、碱基通过氢键连接。,3.DNA分子的结构特点,二、DNA分子的复制1.DNA半保留复制的实验证据1)实验者:美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔。2)研究方法:假说演绎法。3)实验材料:大肠杆菌。4)实验技术:同位素标记法和密度梯度离心法。5)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。6)实验假设:DNA以半保留的方式复制(沃森和克里克提出)。,7)实验过程与结果,8)实验结论:DNA以半保留的方式复制。,2.DNA复制的过程1)时间:主要是细胞分裂前的间期。2)场所:真核生物主要在细胞核内,线粒体和叶绿体中也可进行;原核生物
9、主要在拟核,也可在细胞质中进行。3)基本条件,注意:DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸添加到已有脱氧核苷酸链的3端,故子链的延伸方向只能为53。5)结果:1个DNA分子2个DNA分子。6)特点:边解旋边复制(过程上);半保留复制(结果上)。,4)过程,7)准确复制的原因和意义原因: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。意义:DNA通过复制,将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞,从而保持了遗传信息的连续性。,三、基因的本质,1.基因的本质:通常是有遗传效应的DNA片段,但流感病毒等RNA病毒的遗传物质是RNA。2.染色体(质)、DNA、基因和脱氧
10、核苷酸的关系,考点训练(请判断下列说法是否正确),1.真核生物的细胞中DNA分子的碱基总数与所有基因的碱基数之和不相等。()2.在链状DNA和环状DNA结构中,均有两个游离的磷酸基团。()3.在DNA分子中,脱氧核糖数=磷酸数=含氮碱基数。()4.同一条脱氧核苷酸链上相邻的两个碱基通过氢键相连。()5.DNA分子中每个脱氧核糖都连接两个磷酸基团。()6.DNA复制前需合成rRNA和蛋白质。()7.用3H标记胸腺嘧啶后合成脱氧核苷酸,注入真核细胞,可用于研究DNA复制的场所。()8.解旋酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、限制酶作用的化学键相同。()9.沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式。
11、(),答案1.2.环状DNA结构中不含游离的磷酸基团。3.4.同一条脱氧核苷酸链上相邻的两个碱基通过“脱氧核糖磷酸脱氧核糖”相连。5.链状DNA分子3端的脱氧核糖只连接一个磷酸基团。6.7.8.解旋酶的作用部位是氢键(不属于化学键),DNA聚合酶、DNA连接酶、限制酶的作用部位都是磷酸二酯键。9.沃森和克里克从查哥夫处得知:在DNA中,A的量总是等于T的量,G的量总是等于C的量,故二人通过构建物理模型得出碱基配对方式。,考点三基因表达及其与性状的关系,一、RNA的结构与种类1.基本单位:核糖核苷酸(如图所示)。,2.结构:一般为单链。3.三种主要RNA,疑难突破mRNA适于作为DNA信使的原因
12、mRNA基本单位是核糖核苷酸,含4种碱基,具备准确传递遗传信息的可能;一般为短单链,能通过核孔从细胞核进入细胞质。,二、基因表达的过程,1.转录1)场所:主要为细胞核,叶绿体、线粒体中也可发生。2)基本条件,3)过程,4)产物:mRNA、tRNA、rRNA等。,知识拓展真核细胞内转录形成的前体mRNA,需要在细胞核中加工处理成为成熟mRNA后才能作为翻译的模板。,2.翻译1)场所:核糖体。2)基本条件,3)过程,3.遗传信息、密码子、反密码子与氨基酸的关系1)遗传信息、密码子与反密码子的概念辨析,2)密码子、氨基酸和tRNA之间的对应关系密码子有64种。其中起始密码子是翻译的起点,终止密码子是
13、翻译的终点。一般情况下,一种密码子只能决定一种氨基酸,终止密码子不决定氨基酸。通常,每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸,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。,三、中心法则1.提出者:克里克。,2.中心法则图解,3.不同类型生物遗传信息的传递1)以DNA为遗传物质的生物2)RNA复制病毒(如烟草花叶病毒)3)逆转录病毒(如HIV),四、基因表达与性状的关系,1.基因表达产物与性状的关系1)直接控制途径基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状,如囊性纤维化的形成。,2)间接控制途径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,如皱粒豌豆的
14、形成。,2.基因选择性表达与细胞分化1)细胞分化的本质:基因的选择性表达。2)表达的两类基因分析,3.表观遗传1)概念:生物体基因的碱基序列保持不变,但基因表达和表型发生可遗传变化的现象。2)原因内因:DNA甲基化、组蛋白甲基化或乙酰化等修饰、RNA干扰。外因:生活习惯影响,如吸烟会使人体细胞DNA甲基化水平升高。,4.基因与性状间的对应关系1)基因控制生物体的性状一个基因一个性状。一个基因多个性状(如基因间相互作用)。多个基因一个性状(如人的身高)。2)生物的性状是基因和环境共同作用的结果。,考点训练(请判断下列说法是否正确),1.人的mRNA、rRNA和tRNA都是以DNA为模板进行转录的
15、产物。()2.DNA聚合酶和RNA聚合酶的结合位点分别位于DNA和RNA上。()3.DNA双链解开,RNA聚合酶起始转录,移动到终止密码子时停止转录。()4.金霉素可抑制tRNA与mRNA的结合,该作用直接影响转录过程。()5.每种氨基酸都对应多个密码子,每个密码子都决定一种氨基酸。()6.密码子的简并有利于提高转录的速率。()7.多个核糖体可结合一条mRNA,合成多条相同的肽链。()8.反密码子是位于mRNA上相邻的3个碱基。(),答案1.2.DNA聚合酶和RNA聚合酶分别用于DNA复制和转录,结合位点均位于DNA上。3.终止子与终止密码子不同,RNA聚合酶移动到终止子时停止转录。4.tRN
16、A与mRNA的结合发生在翻译过程中。5.色氨酸只对应一个密码子,终止密码子一般不编码氨基酸。6.密码子的简并可增加容错率,提高翻译的速率。7.8.反密码子位于tRNA上。,提升一中心法则中的计算,1.DNA分子中的碱基数量规律1)甲、乙链中A1=T2,T1=A2,C1=G2,G1=C2。双链DNA中,A=T,G=C。2)互补:互补碱基之和的比例在一条链及整个DNA中都相同。甲链中=m,其互补链(乙链)及整个DNA中=m。,3)不互补双链DNA中,不互补碱基之和相等:A+G=T+C或A+C=T+G。DNA的两条单链中,不互补碱基之和的比例互为倒数:甲链中,=a,互补链(乙链)中=,而在整个DNA
17、分子中=1。,2.DNA复制中的数量关系,1)将1个含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基中连续复制n次,则,2)DNA分子复制过程中消耗的脱氧核苷酸数若亲代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)。第n次复制需要该种脱氧核苷酸数为m2n-1。,3.中心法则中的相关数量关系,疑难突破实际基因表达过程中的数量关系不符合136的原因(1)DNA中有的片段无遗传效应,不能转录出mRNA。(2)在基因片段中,有的片段(如非编码区)起调控作用,不转录出mRNA。(3)合成的肽链在加工过程中可能会被剪切掉部分氨基酸。(4)转录出的mRNA中有终止密码子,
18、一般情况下,终止密码子不编码氨基酸。,例1一个被15N标记、含有100个碱基对的DNA分子片段,其中一条链的A+T占40%,它的互补链中G与T分别占22%和18%,则该DNA分子中A、T、C、G四种碱基的比例为,若该DNA分子连续复制2次,则需游离的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸的数量为个,若该DNA分子在含14N的培养基上连续复制4次,含15N标记的DNA分子占。,解题导引有关碱基数量的计算试题常通过“模式图法”解决,解题时需要画出一个DNA分子模式图,标注已知碱基数量或比例(如图1),然后依据碱基互补配对原则通过计算标注出其他碱基的数量或比例(如图2)。,图1 图2由图2知,该DNA分子中四种碱基的
19、比例为ATCG=(18%+22%)(22%+18%)(22%+38%)(38%+22%)=2233。若该DNA分子连续复制2次,需要游离的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸10023(2+2+3+3)(22-1)=180(个)。若该DNA分子在含14N的培养基上连续复制4次,由DNA半保留复制方式可知,含15N标记的DNA分子占2/24=1/8。,答案22331801/8,提升二基因表达模型分析,1.多聚核糖体模型,疑难突破多聚核糖体中核糖体移动方向的判断方法(1)依据起始密码子的位置,核糖体移动方向为由起始密码子终止密码子。(2)依据肽链长度,肽链越短,核糖体距起始密码子越近。(3)依据tRNA移动方向,
20、tRNA移动方向与核糖体移动方向相反。,2.真、原核生物的基因表达模型辨析,易混易错模型图中DNA复制与转录的区分,提升三细胞分裂中的染色体标记问题,1.DNA复制与染色体1)子代DNA分子的位置:1个DNA复制形成的2个新DNA位于两条姐妹染色单体上,且由着丝粒连在一起。2)去向:有丝分裂后期或减数分裂后期,当着丝粒分裂时,子代DNA随两条姐妹染色单体分开,移向细胞两极。,2.有丝分裂中染色体标记情况分析1)图解(以一条染色体为例,培养液不含标记)2)规律:只复制一次,子染色体都有标记;复制两次,子染色体一半有标记。,3.减数分裂中染色体标记情况分析1)图解(以一对同源染色体为例,培养液不含
21、标记)2)规律:DNA只复制一次,子染色体都有标记。,例2在DNA复制时,BrdU可作为原料,与腺嘌呤配对,掺入新合成的子链。用Giemsa染料对复制后的染色体进行染色,DNA分子的双链都含有BrdU的染色单体呈浅蓝色,只有一条链含有BrdU的染色单体呈深蓝色。现将植物根尖放在含有BrdU的培养液中培养,取根尖用Giemsa染料染色后,第1个细胞周期的每条染色体的两条染色单体着色情况为,第2个细胞周期的每条染色体的两条染色单体着色情况为,(能/不能)推测出第3个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体比例。,解题导引我们常用“画图法”,通过每个细胞周期的三步绘图,解决细胞分裂(根尖细胞为有丝分
22、裂)中染色体标记问题。第1个细胞周期中:第一步,画出细胞中的一条染色体,用“”表示其上DNA分子的两条链;第二步,画出经染色体复制后的染色单体DNA组成图,其中被标记的DNA链用“”表示;第三步,画出经第一次有丝分裂后形成的两个子染色体DNA组成图。同样方法,画出第2个细胞周期的染色体DNA组成变化示意图。(如下),因此,第1个细胞周期的每条染色体的两条染色单体都呈深蓝色,第2个细胞周期的每条染色体的两条染色单体一条呈深蓝色,一条呈浅蓝色。第2个细胞周期的后期,双链都含有BrdU的染色体和只有一条链含有BrdU的染色体随机移向两极,无法确定第3个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体比例。,答案都为深蓝色一条深蓝色,一条浅蓝色不能,