2019届高考生物二轮复习专题07遗传的分子基础（讲）.docx

专题07遗传的分子基础讲考纲名师解读遗传物质的探究历程；了解DNA分子的结构、复制与功能；转录和翻译的过程；中心法则及基因对性状的控制。生物的遗传和变异是由遗传物质所引起的，生物的遗传物质主要是DNA，与DNA有关的知识是掌握遗传和变异知识的基础。如DNA作为遗传物质的实验证据、DNA分子的结构、DNA的复制、基因的概念、基因指导蛋白质的合成，以及基因与性状的关系等，这些知识在高考中也是常考的内容，因此，强化对本专题的复习就显得非常重要。对DNA分子的结构组成及特点进行考查不理解DNA结构特点及含义；计算DNA结构中的碱基问题时易出错。突破策略：采用“绘图释义”建立几何模型；碱基计算通过模型把已知和未知条件直观的表示出来；进而显示出碱基间的数量关系，碱基占一条链的比例和在整个DNA分子中的比例是不一样的；对于DNA分子半保留复制的考查，模板链和标记链混淆，分不清如何分配；找不到基因突变的时间；混淆DNA复制n次和第n次复制至少所需的某种碱基数；分不清DNA复制的细胞种类。突破策略：画示意图法；基因突变通常发生在一条单链上，以突变的链为模板形成的子代DNA分子均是突变的DNA分子，以未突变的单链为模板形成的DNA分子均为正常的DNA分子，若第一次复制时突变，则突变DNA：正常DNA1：1，第二次复制时则比值为1：3，第三次复制时突变则比值为1：7（模板链是上次复制形成的DNA分子的各自两条链），复制n次所需某种碱基数至少是第一次第二次第n次所需的该碱基个数之和；原核细胞内DNA是单一复制原点双向复制，而真核细胞核中的DNA复制是多起点双向复制；混淆原核生物细胞内和真核生物细胞核中基因表达过程；混淆复制和转录过程；分不清转录的起点；判断不了翻译的方向。突破策略：复制是双向的，而转录是单向；复制后的模板参与构成子代DNA分子，而转录后的模板和原来的互补链再形成DNA分子；复制需DNA解旋酶，而转录不需要。DNA复制和转录过程均从3/末端向5/末端进行，在转录中还要注意启动子的位置，3/末端和启动子在同一端时以此链进行转录，这样保证了某一基因只以一条链为末端进行转录和翻译。混淆启动子、终止子与起始密码、终止密码的概念；误认为氨基酸和密码子、tRNA是一一对应关系。突破策略：启动子：是指基因结构中位于编码区上游的脱氧核苷酸序列，启动子中有RNA聚合酶结合位点，能够准确的识别转录的起始点并启动转录，有调控遗传信息表达的作用。启动子不止三个碱基对。起始密码：是指mRNA上的三个相邻的含氮碱基AUG、GUG。终止子：位于DNA上，是非编码区的脱氧核苷酸序列，它特殊的碱基排列顺序能够阻碍RNA聚合酶的移动，并使其从DNA模板链上脱离下来，从而使转录结束。终止密码：位于mRNA上，共有三种：UAA、UAG、UGA。这三种密码子不是决定氨基酸的“无义密码”，而是表明肽链已经翻译完成。密码子共有64种，决定的氨基酸只有20种。每种氨基酸对应一种或几种密码子 （说明密码的简并），可由一种或几种tRNA转运；但一种决定氨基酸的密码子只能决定一种氨基酸，且一种tRNA只能转运一种氨基酸。决定氨基酸的密码子与tRNA之间是一一对应关系，而终止密码不对应tRNA。讲考点体系构建1肺炎双球菌转化实验（1）肺炎双球菌的类型及特点特点类型菌落荚膜毒性S型光滑有有R型粗糙无无（2）格里菲思的体内转化实验 结论：加热杀死的S型细菌中，含有某种促成R型细菌转化为S型细菌的“转化因子”。（3）艾弗里的体外转化实验结论：DNA是“转化因子”，是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。2噬菌体侵染细菌实验（1）实验方法同位素标记法，用35S、32P分别标记噬菌体的蛋白质和DNA。（2）实验材料：T2噬菌体和大肠杆菌噬菌体的结构噬菌体的生活方式：活细胞寄生。实验过程a.标记噬菌体b.侵染细菌实验结果分析分组结果结果分析对比实验（相互对照）含32P噬菌体细菌上清液中几乎无32P，32P主要分布在宿主细胞内32PDNA进入了宿主细胞内含35S噬菌体细菌宿主细胞内无35S，35S主要分布在上清液中35S蛋白质外壳未进入宿主细胞，留在外面结论：DNA是遗传物质。3RNA是遗传物质的实验结论：烟草花叶病毒中RNA是遗传物质。4DNA是主要的遗传物质【真题再现】（2018浙江卷，23）下列关于“核酸是遗传物质的证据”的相关实验的叙述，正确的是（）A噬菌体侵染细菌实验中，用32P标记的噬菌体侵染细菌后的子代噬菌体多数具有放射性B肺炎双球菌活体细菌转化实验中，R型肺炎双球菌转化为S型菌是基因突变的结果C肺炎双球菌离体细菌转化实验中，S型菌的DNA使R型菌转化为S型菌，说明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质D烟草花叶病毒感染和重建实验中，用TMVA的RNA和TMVB的蛋白质重建的病毒感染烟草叶片细胞后，可检测到A型病毒，说明RNA是TMVA的遗传物质【答案】D【解析】噬菌体侵染细菌的实验中，用32P标记的是噬菌体的DNA，而DNA进行半保留复制，因此子代噬菌体极少数具有放射性，A错误；肺炎双球菌活体细菌转化实验中，R型肺炎双球菌转化为S型菌是基因重组的结果，B错误；肺炎双球菌离体细菌转化实验中，S型菌的DNA使R型菌转化为S型菌，说明DNA是遗传物质，C错误；烟草花叶病毒感染和重建实验中，用TMVA的RNA和TMVB的蛋白质重建的病毒感染烟草叶片细胞后，可检测到A型病毒，说明RNA是TMVA的遗传物质，D正确。【举一反三】科学家对生物遗传物质的探索经历了漫长的阶段，下列相关叙述错误的是（ ）A孟德尔通过杂交实验发现了两大遗传规律并揭示了遗传因子的化学本质B肺炎双球菌的体外转化实验证明了DNA是转化因子C肺炎双球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验的共同思路是设法将蛋白质和DNA分开来进行研究D用只含35S标记的噬菌体侵染未标记的细菌，离心后沉淀物中有少量放射性的原因可能是搅拌不充分【答案】A【解析】孟德尔通过豌豆的杂交实验发现了两大遗传规律，但没有揭示遗传因子的化学本质，A错误；艾弗里的肺炎双球菌的体外转化实验的过程是：将S型细菌中的物质进行提纯和鉴定，然后将提纯的DNA、蛋白质和多糖等物质分别加入到培养R型细菌的培养基中，结果发现：只有加入DNA，R型细菌才能转化为S型细菌，从而证明了DNA是转化因子，B正确；赫尔希和蔡斯所做的噬菌体侵染细菌的实验，用32P标记一部分噬菌体的DNA，用35S标记另一部分噬菌体的蛋白质，再让这两类标记的噬菌体分别侵染未标记的细菌，因此肺炎双球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验的共同思路是设法将蛋白质和DNA分开来进行研究，C正确；噬菌体侵染细菌时，将DNA注入到细菌细胞中，而蛋白质外壳则留在细菌细胞外，因细菌的质量重于噬菌体，所以离心后，细菌主要存在于沉淀物中，蛋白质外壳主要集中在上清液中，用35S标记的是噬菌体的蛋白质，用只含35S标记的噬菌体侵染未标记的细菌，离心后沉淀物中有少量放射性的原因可能是搅拌不充分，含35S标记的蛋白质外壳与细菌未分离而同细菌一起进入沉淀物中，D正确。5DNA分子的化学组成（1）基本组成元素：C、H、O、N、P。（2）基本单位6DNA分子的结构（1）主要特点两条脱氧核苷酸长链反向平行盘旋而成。脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，例如：AT或TA、GC或CG，遵循碱基互补配对原则。（2）空间结构：规则的双螺旋结构。7DNA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。8DNA分子的复制（1）概念：以亲代DNA为模板，合成子代DNA的过程。（2）时间：有丝分裂的间期或减数第一次分裂前的间期。（3）过程：解旋：需要细胞提供能量；需要解旋酶的作用；最终把两条螺旋的双链解开。合成子链：模板解开后的两条母链；原料游离的四种脱氧核苷酸；酶DNA聚合酶等；原则碱基互补配对原则。重新螺旋：每一条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。（4）特点：边解旋边复制。（5）方式：半保留复制。（6）结果：形成两个完全相同的DNA分子。（7）意义：将遗传信息从亲代传给子代，保持了遗传信息的连续性。9染色体、DNA与基因的关系（1）染色体是DNA的主要载体，每条上含有一个或两个DNA分子。（2）DNA是主要的遗传物质，基因是有遗传效应的DNA片段，每个DNA分子含有许多个基因。（3）基因是遗传物质的结构和功能单位，在染色体上呈线性排列。（4）每个基因中含有许多脱氧核苷酸，基因的脱氧核苷酸排列顺序代表遗传信息。【真题再现】（2018海南卷，15）现有DNA分子的两条单链均只含有14N（表示为14N14N）的大肠杆菌，若将该大肠杆菌在含有15N的培养基中繁殖两代，再转到含有14N的培养基中繁殖一代，则理论上DNA分子的组成类型和比例分别是（）A有15N14N和14N14N两种，其比例为1:3B有15N15N和14N14N两种，其比例为1:1C有15N15N和14N14N两种，其比例为3:1D有15N14N和14N14N两种，其比例为3:1【答案】D【解析】将含有14N14N的大肠杆菌置于含有15N的培养基中繁殖两代后，由于DNA的半保留复制，得到的子代DNA为2个14N14NDNA和2个14N15NDNA，再将其转到含有14N的培养基中繁殖一代，会得到6个15N14NDNA和2个14N14NDNA，比例为3：1，D正确。【举一反三】某基因（14N）含有3000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l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（）AX层全部是仅含14N的基因BW层中含15N标记胞嘧啶3l50个CX层中含有的氢键数是Y层的12DW层与Z层的核苷酸数之比为1：4【答案】B【解析】由于DNA分子复制为半保留复制，所以X层全部是一条核苷酸链含14N和互补链含15N的基因，A错误；由于DNA分子复制了3次，产生了8个DNA分子，含16条脱氧核苷酸链，其中含15N标记的有14条链，又在含有3000个碱基的DNA分子中，腺嘌呤占35%，因此鸟嘌呤占15%，共450个，所以W层中含15N标记鸟嘌呤为450142=3150个，B正确；在DNA分子中，碱基对之间通过氢键相连，DNA分子复制了3次，产生的8个DNA分子中，2个DNA分子含14N和15N，6个DNA分子只含15N，所以X层中含有的氢键数是Y层的1/3，C错误；由于DNA分子复制了3次，产生了8个DNA分子，含16条脱氧核苷酸链，其中含15N标记的有14条链，所以W层与Z层的核苷酸之比为14：2=7：1，D错误。10RNA的组成、结构与类型（1）RNA与DNA的区别分布情况：DNA主要存在于细胞核中，RNA主要存在于细胞质中。分子链数：DNA多为双链，RNA多为单链。碱基种类：DNA中有T（胸腺嘧啶）无U（尿嘧啶），RNA中有U（尿嘧啶）无T（胸腺嘧啶）。染色情况：甲基绿吡罗红混合染色剂可将DNA染成绿色，将RNA染成红色。（2）基本单位：核糖核苷酸，由1分子核糖、1分子磷酸和1分子磷酸构成。（3）种类及功能：信使RNA（mRNA）：蛋白质合成的模板；转运RNA（tRNA）：识别并转运氨基酸；核糖体RNA（rRNA）：核糖体的组成部分。11转录的过程（1）解旋：DNA双链解开，暴露碱基。（2）配对：原则碱基互补配对原则；模板解开的DNA双链中的一条链；原料游离的核糖核苷酸。（3）连接：酶RNA聚合酶；结果形成一个RNA。（4）释放：合成的RNA从DNA上释放，DNA双链恢复成双螺旋结构。12翻译的过程（1）起始：核糖体与mRNA结合，tRNA上的反密码子识别起始密码子并配对。（2）运输：tRNA识别mRNA上的密码子，并将携带的氨基酸置于特定位置。（3）延伸：核糖体沿mRNA移动，读取下一个密码子，由对应tRNA运输相应的氨基酸回到延伸中的肽链上（一个mRNA可以结合多个核糖体）。（4）停止：当核糖体到达mRNA上的终止密码子时，合成停止。（5）脱离：肽链合成后从核糖体与mRNA的复合物上脱离。【真题再现】（2017新课标卷，1）下列关于真核细胞中转录的叙述，错误的是（）AtRNA、rRNA和mRNA都从DNA转录而来B同一细胞中两种RNA和合成有可能同时发生C细胞中的RNA合成过程不会在细胞核外发生D转录出的RNA链与模板链的相应区域碱基互补【答案】C【解析】根据中心法则，RNA都是以DNA的一条链为模板转录而来，A正确；根据转录过程中的碱基配对原则，不同RNA形成过程中所用的模板DNA是不同的，所以两种RNA的合成可以同时进行，互不干扰，B正确；真核细胞的线粒体和叶绿体为半自主性细胞器，其中也会发生RNA的合成，C错误；转录产生RNA的过程是遵循碱基互补配对原则的，因此产生的RNA链可以与相应的模板链互补，D正确。【举一反三】某研究小组发现染色体上抑癌基因邻近的基因能指导合成反义RNA，反义RNA可以与抑癌基因转录形成的mRNA形成杂交分子，从而阻断抑癌基因的表达，使细胞易于癌变。据图分析不正确的叙述是（）A过程I形成的mRNA中（A+U）的比例与抑癌基因对应区段中（A+T）的比例相等B细胞中若出现了杂交分子，则抑癌基因沉默，此时过程被抑制C反义RNA阻断抑癌基因表达的过程需要以tRNA作为转运工具D阻断杂交分子的形成可以降低癌症的发病率【答案】C【解析】根据碱基互补配对原则，过程I形成的mRNA中（A+U）的比例与抑癌基因对应区段中（A+T）的比例相等，A正确；如果细胞中出现了杂交分子，则会阻断抑癌基因的表达，使抑癌基因沉默，此时过程被抑制，B正确；翻译过程需要tRNA转运氨基酸，而反义RNA阻断抑癌基因表达过程中的翻译过程，因此反义RNA阻断抑癌基因表达的过程不需要以tRNA作为转运工具，C错误；杂交分子的形成可以阻断抑癌基因的表达，使细胞易于癌变，因此阻断杂交分子的形成可以降低癌症的发病率，D正确。13中心法则及其发展 DNA的复制；转录；翻译；RNA的复制；逆转录。14基因对性状控制的方式（实例）【真题再现】（2016新课标卷，2）某种物质可插入DNA分子两条链的碱基对之间，使DNA双链不能解开。若在细胞正常生长的培养液中加入适量的该物质，下列相关叙述错误的是（）A随后细胞中的DNA复制发生障碍 B随后细胞中的RNA转录发生障碍C该物质可将细胞周期阻断在分裂中期 D可推测该物质对癌细胞的增殖有抑制作用【答案】C【解析】某物质可插入DNA分子两条链的碱基对之间，使DNA双链不能打开，说明该物质会阻碍DNA分子的解旋，因此会阻碍DNA分子的复制、转录和抑制细胞增殖，A、B、D三项均正确；因DNA分子的复制发生在间期，所以该物质可将细胞周期阻断在分裂间期，C项错误。【举一反三】下图甲为基因对性状的控制过程，图乙表示细胞内合成某种酶的一个阶段。据图回答以下问题：（1）图甲中基因1和基因2_（填“可以”或“不可以”）存在同一细胞中。（2）图乙中、含有五碳糖的有_。决定丝氨酸（Ser）的密码子对应的DNA模板链上的三个碱基是_，。若Gly是该多肽的最后一个氨基酸，则该多肽的终止密码是_。（3）图甲中过程b和图乙所示的过程在生物学上称为_，最终形成的蛋白质不同的根本原因是_。（4）图甲中基因1是通过控制_控制人的性状的。若基因2不能表达，则人会患白化病，为什么？_。【答案】（1）可以 （2） AGC UAG （3）翻译 基因不同（或DNA中碱基序列不同） （4）蛋白质的结构直接 基因2不能表达，人体会缺乏酪氨酸酶，酪氨酸不能形成黑色素，导致白化病 【解析】（1） 同一个体的不同体细胞均由同一个受精卵经过有丝分裂和细胞分化形成，含有的基因与受精卵相同，因此图甲中基因1和基因2可以存在于同一细胞中。（2） 图乙中、分别表示核糖体、tRNA、mRNA，其中核糖体由蛋白质和rRNA组成，RNA含有的五碳糖是核糖，因此都含有五碳糖。分析图乙可知，决定丝氨酸（Ser）的密码子为UCG，因此对应的DNA模板链上的三个碱基是AGC；终止密码子不编码氨基酸，若Gly是该多肽的最后一个氨基酸，则该多肽的终止密码是UAG。（3） 图甲中的M1与M2、图乙中的均为mRNA。图甲中的过程b和图乙所示的过程都是以mRNA为模板合成蛋白质的过程，因此在生物学上均称为翻译，最终形成的蛋白质不同的根本原因是：基因不同（或DNA中碱基序列不同）。（4） 血红蛋白为结构蛋白。可见，图甲中基因1是通过控制蛋白质的结构直接控制人的性状的。若基因2不能表达，则人体就不能合成酪氨酸酶，人体缺乏酪氨酸酶，酪氨酸就不能形成黑色素，所以人会患白化病。讲方法技巧点拨1探究遗传物质的思路和方法（1）探究思路若探究哪种物质是遗传物质设法将物质分开，单独看作用。若探究未知病毒遗传物质是DNA还是RNA利用酶的专一性，破坏其一，看其二。（2）探究方法分离提纯法：艾弗里及其同事做的肺炎双球菌的体外转化实验，缺点是物质纯度不能保证100%。同位素标记法：噬菌体侵染细菌的实验。方法：分别标记两者的特有元素；将病毒的化学物质分开，单独、直接地观察它们各自的作用。目的：把DNA与蛋白质区分开。病毒重组法：烟草花叶病毒的遗传物质验证实验。方法：将一种病毒的遗传物质与另一种病毒的蛋白质外壳重新组合，得到杂种病毒。酶解法：利用酶的专一性，如加入DNA水解酶，将DNA水解，观察起控制作用的物质是否还有控制作用，若“是”其遗传物质不是DNA，若“否”其遗传物质可能是DNA。2DNA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。3DNA和RNA的区分技巧（1）DNA和RNA的判断含有碱基T或脱氧核糖DNA；含有碱基U或核糖RNA。（2）单链DNA和双链DNA的判断若AT，GC且AGTC一般为双链DNA；若嘌呤嘧啶单链DNA。（3）DNA和RNA合成的判断用放射性同位素标记T或U，可判断DNA和RNA的合成。若大量消耗T，可推断正发生DNA的合成；若大量利用U，可推断正进行RNA的合成。4转录和翻译的比较项目转录翻译场所真核细胞主要是细胞核核糖体条件模板：DNA的一条链原料：4种核糖核苷酸能量：ATP酶：RNA聚合酶等模板：mRNA原料：20种氨基酸能量：ATP酶：多种酶搬运工具：tRNA原则碱基互补配对原则（AU、TA、CG、GC）碱基互补配对原则（AU、UA、CG、GC）产物mRNA、tRNA、rRNA多肽链或蛋白质5“三看”法判断与中心法则有关的模拟实验（1）“一看”模板如果模板是DNA，生理过程可能是DNA复制或转录。如果模板是RNA，生理过程可能是RNA复制、RNA逆转录或翻译。（2）“二看”原料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。如果原料为核糖核苷酸，产物一定是RNA，生理过程可能是转录或RN