第二章基因對性狀的控制第一 二節認識基因基因的表達 一 基因 的提出孟德爾在解釋豌豆性狀的遺傳時提出 生物的性狀是由 遺傳因子 決定的 基因 的概念是由首先提出和使用的 兩者含義 丹麥遺傳學家約翰遜 完全一致 二 基因概念的發展1 摩爾根通過果蠅的遺傳實驗證明 基因在染色體上呈排列 一條染色體上含有基因 2 比德爾和泰特姆通過鏈孢霉實驗證明 特定的酶的產生是由一個特定的基因負責的 提出了 3 艾弗里的實驗證明 基因的本質是 線性形式 若干個 一基因一酶說 肺炎雙球菌體外轉化 DNA 4 1953年 沃森和克里克提出了DNA雙螺旋結構模型 從分子水平上認識到 基因是的一段核苷酸序列 是遺傳的 可編碼 5 雅各布和莫諾的大腸桿菌乳糖代謝的調節實驗證明 基因是可分的 從功能上可以把基因分為負責編碼蛋白質的以及負責調節其他基因功能的和起調控作用的 DNA分子 功能單位 一段肽鏈或一段RNA 結構基因 調節基因 啟動基因 操縱基因 染色體 DNA 基因 脫氧核苷酸的關系 是DNA的主要載體 一般情況下每條染色體上有1個DNA分子 是主要的遺傳物質 基因是有遺傳效應的DNA序列 每個DNA分子含有很多個基因 基因是決定生物性狀的基本單位 基因在染色體上呈線性排列 基因中堿基的排列順序 或脫氧核苷酸的排列順序 代表遺傳信息 每個基因中含有許多個脫氧核苷酸 DNA 基因 的基本組成單位 深化拓展 1 基因的位置 核基因 細胞核內 質基因 線粒體 葉綠體內 2 DNA分子有許多基因 相鄰基因之間有一段不能控制生物性狀且無遺傳效應的基因區間 起到 連接 或 隔開 作用 即DNA分子中包含 基因片段 和 非基因片段 只有 基因片段 中脫氧核苷酸的排列順序才代表遺傳信息 并非DNA上所有脫氧核苷酸序列都代表遺傳信息 3 生物體內的DNA分子數目小于基因總數 生物體內所有基因的堿基總數小于DNA分子的堿基總數 4 DNA分子的多樣性和特異性是生物體多樣性和特異性的物質基礎 生物界多樣性的直接原因是蛋白質的多樣性 生物界多樣性的根本原因是核酸的多樣性 1 2009 溧陽調研 豌豆的高莖基因 D 與矮莖基因 d 的根本區別是 A 分別控制顯性和隱性性狀B 所含的密碼子不同C 脫氧核苷酸的排列順序不同D 染色體上位置不同解析 基因是有遺傳效應的DNA片段 不同的基因脫氧核苷酸的排列順序不同 因而攜帶的遺傳信息不同 答案 C 2 用a表示DNA b表示基因 c表示脫氧核苷酸 d表示堿基 則四者的關系是 解析 一個DNA上有許多個基因 每個基因中含有成百上千個脫氧核苷酸 每個脫氧核苷酸由一分子磷酸 一分子脫氧核糖 一分子含氮的堿基構成 答案 C 1 大多數真核生物的基因的編碼序列在DNA分子上是的 是被不編碼的序列隔開 稱為 基因中的編碼序列 稱 和非編碼序列 稱 往往交替排列 2 兩個基因共用一段重疊的核苷酸序列稱為基因 3 有些基因在染色體上的位置可以移動 這類基因稱為基因 也叫 4 現代遺傳學認為 基因是遺傳的基本單位 它攜帶了逐代傳遞的信息 是組成一個區域和調節的一段序列 不連續 斷裂基因 外顯子 內含子 重疊 可動 轉座因子 物質和功能 DNA 轉錄 轉錄 1 真 原核生物基因編碼序列的不同原核生物的基因編碼序列是連續的 真核生物的基因編碼序列 外顯子 是不連續的 而是被不編碼的序列 內含子 隔開 2 比較兩者的異同3 非編碼區與非編碼序列的區別非編碼區位于原核細胞基因和真核細胞基因的編碼區的上游和下游 而非編碼序列除包括非編碼區外還包括真核細胞基因編碼區的內含子 3 下圖為一個真核基因的結構示意圖 根據圖中所示 對該基因特點敘述正確的是 A 非編碼區是外顯子 編碼區是內含子B 非編碼區對該基因轉錄不發揮作用C 編碼區是不連續的D 有三個外顯子和四個內含子解析 外顯子和內含子都位于編碼區 非編碼區含有啟動子和操縱子等結構 對轉錄有控制作用 真核基因的編碼區是不連續的 圖示中有四個外顯子和三個內含子 答案 C 4 人的凝血因子基因 含有186000個堿基對 有26個外顯子 25個內含子 能編碼2552個氨基酸 這個基因中外顯子的堿基對在整個基因堿基對中所占的比例為 A 4 B 51 76 C 1 3 D 25 76 解析 本題考查對基因結構的理解 真核細胞的基因中 只有外顯子才是能編碼氨基酸序列的堿基序列 已知能編碼2552個氨基酸 每編碼一個氨基酸需要3個堿基對 所以該基因中外顯子的堿基對數就是2552 3 7656個 用此數除以186000即可得出答案 答案 A 1 DNA的功能 1 傳遞遺傳信息 在生物的傳種接代過程中 通過復制把遺傳信息傳遞給下一代 2 表達遺傳信息 在生物的個體發育過程中 使遺傳信息以一定方式反映到蛋白質的分子結構上來 從而使后代表現出與親代相似的性狀 2 RNA的種類及功能mRNA 信使RNA 攜帶DNA的遺傳信息 作翻譯的模板 tRNA 轉運RNA 搬運氨基酸的工具 其上的反密碼子與mRNA上密碼子的堿基配對 rRNA 核糖體RNA 組成核糖體的主要成分 DNA和RNA的比較 注意學生用書不要 項目 核酸種類 深化拓展 1 來源DNA可通過DNA的復制或逆轉錄形成 RNA可通過轉錄或RNA的復制形成 2 判斷依據若核酸中出現堿基T或五碳糖是脫氧核糖 則必為DNA 若A T C G則最可能為雙鏈DNA A T C G則為單鏈DNA 若出現堿基U或五碳糖是核糖 則一定為RNA 即要確定是DNA 還是RNA必須知道堿基的種類或五碳糖的種類 是單鏈還是雙鏈還必須知道堿基比率 5 經測定 甲 乙 丙3種生物的核酸中的堿基之比如下表 這3種生物的核酸分別為 A 雙鏈DNA 單鏈DNA RNAB 單鏈DNA 雙鏈DNA RNAC 雙鏈DNA RNA 單鏈DNAD RNA 單鏈DNA 雙鏈DNA 解析 由表格中堿基種類可知 甲中有T無U 且堿基數目A T C G 所以甲最可能是單鏈DNA 乙中有T無U 且堿基數目A T G C 則最可能是雙鏈DNA 丙中有U無T 則為RNA 答案 B 6 甲生物核酸的堿基比例為 嘌呤占46 嘧啶占54 乙生物遺傳物質的堿基比例為 嘌呤占34 嘧啶占66 則以下分別表示甲 乙生物正確的是 A 藍藻 變形蟲B T2噬菌體 豌豆C 硝化細菌 綿羊D 肺炎雙球菌 煙草花葉病毒解析 對有細胞結構的生物 其遺傳物質一定是DNA 且堿基組成中嘌呤 嘧啶 50 據此將A B C排除 答案 D 1 轉錄在中 DNA分子首先解開雙鏈 以其中的為模板 按照合成的過程 通過轉錄DNA分子上的遺傳信息傳遞到上 2 翻譯在細胞質的上 嚴格以為模板 以為運載工具 合成具有一定順序的蛋白質的過程 細胞核 一條鏈 堿基互補配對原則 RNA RNA 核糖體 mRNA tRNA 氨基酸 3 密碼子 1 概念 在上決定1個特定氨基酸的堿基三聯體 2 種類 種 其中決定氨基酸的密碼子有種 4 反密碼子 1 概念 上可以與mRNA上的互補配對的3個堿基 2 種類 種 mRNA 64 61 tRNA 密碼子 61 名師點撥 每種氨基酸對應一種或幾種密碼子 可由一種或幾種tRNA轉運 但一種密碼子只能決定一種氨基酸 且一種tRNA只能轉運一種氨基酸 1 轉錄 翻譯與DNA復制的比較 基因功能之間的聯系 3 遺傳信息 密碼子 反密碼子的區別與聯系 7 如圖代表人體胰島細胞中發生的某一過程 AA代表氨基酸 下列敘述正確的是 A 能給該過程提供遺傳信息的只能是DNAB 該過程合成的產物一定是酶或激素C 有多少個密碼子 就有多少個反密碼子與之對應D 該過程中有水產生 解析 翻譯的直接模板是mRNA而不是DNA A項不對 翻譯的產物是多肽 經過加工后形成蛋白質 而酶與激素不都是蛋白質 B項不對 終止密碼子不與氨基酸對應 所以沒有與終止密碼子對應的反密碼子 C項也不對 氨基酸脫水縮合形成多肽 D項正確 答案 D 8 DNA分子模板鏈上的堿基序列攜帶的遺傳信息最終翻譯的氨基酸如下表 則tRNA UGC 所攜帶的氨基酸是 A 賴氨酸B 丙氨酸C 半胱氨酸D 蘇氨酸 解析 考查基因轉錄和翻譯過程中的堿基配對規律 根據堿基互補配對原則 DNA分子模板鏈上的堿基序列與mRNA上堿基序列互補 mRNA上堿基序列與tRNA頭部特定的三個堿基互補 因此 tRNA堿基序列與DNA分子模板鏈上的堿基序列相同 U用T代替即可 故tRNA為UGC時 對應的DNA模板鏈的堿基序列為TGC 即蘇氨酸 答案 D 1 中心法則圖解 如下圖 2 中心法則五個過程的比較 誤區警示 1 高等動植物只有DNA復制 轉錄 翻譯三條途徑 但具體到不同細胞情況不盡相同 如根尖分生區細胞等分裂旺盛的組織細胞中三條途徑都有 但葉肉細胞等高度分化的細胞無DNA復制途徑 只有轉錄和翻譯兩條途徑 哺乳動物成熟的紅細胞無信息傳遞 2 RNA復制和逆轉錄只發生在RNA病毒中 是后來發現的 是對中心法則的補充和完善 3 逆轉錄一定要在逆轉錄酶的作用下完成 4 根據模板和原料即可確定是中心法則的哪一過程 如模板為DNA 原料為脫氧核糖核苷酸 核糖核苷酸 即可確定為DNA物復制 轉錄 5 進行堿基互補配對的過程 上述五個都有 進行互補配對的場所有四個 即細胞核 葉綠體 線粒體 核糖體 6 需要解旋酶的過程 DNA復制 兩條鏈都作模板 和轉錄 DNA的一條鏈作模板 9 下列各細胞結構中 可能存在堿基互補配對現象的有 染色體 中心體 紡錘體 核糖體A B C D 解析 染色體存在于細胞核中 復制時可發生堿基互補配對現象 在核糖體上翻譯蛋白質時 mRNA要與tRNA進行堿基互補配對 答案 B 10 如圖所示 給以適宜的條件各試管均有產物生成 則能生成DNA的試管是 A a和dB b和cC 只有bD 只有c解析 由圖示每支試管中所加入的物質可判斷每支試管內所模擬的生理過程 即a為DNA復制 b為DNA轉錄 c為RNA自我復制 d為逆轉錄 e為蛋白質合成 翻譯 產生DNA的是DNA物復制和RNA逆轉錄過程 答案 A 1 DNA 基因 mRNA上堿基數目與氨基酸數目之間的關系在蛋白質的合成過程中 是以DNA 基因 的兩條鏈中的一條為模板 合成一條mRNA單鏈 因此 DNA的堿基數目是mRNA中的堿基數目的兩倍 在翻譯時 mRNA每三個相鄰堿基決定一種氨基酸 其數目彼此間的關系一般可表示為 如圖 綜上可知 蛋白質中氨基酸數目 1 3mRNA堿基數目 1 6DNA 或基因 堿基數目 2 計算中 最多 和 最少 的分析 1 翻譯時 mRNA上的終止密碼不決定氨基酸 因此mRNA上的堿基數目是蛋白質中氨基酸數目的3倍還要多一些 2 基因或DNA上的堿基數目比對應的蛋白質中氨基酸數目的6倍還要多一些 3 在回答有關問題時 應加上 最多 或 至少 等字 如 mRNA上有n個堿基 轉錄產生它的基因中至少有2n個堿基 該mRNA指導合成的蛋白質中最多有個氨基酸 特別提醒 解題時應看清是DNA上 或基因中 的堿基對數還是個數 是mRNA上密碼子的個數還是堿基的個數 11 一段原核生物的mRNA通過翻譯可合成一條含有11個肽鍵的多肽 則此mRNA分子至少含有的堿基個數及合成這段多肽需要的tRNA個數以及轉錄此mRNA的基因中至少含堿基數 依次為 A 32 11 66B 36 12 72C 12 36 24D 11 36 72 解析 此多肽含有11個肽鍵 所以含有氨基酸12個 所以mRNA上的密碼子至少12個 mRNA上的堿基數至少為12 3 36個 決定氨基酸的密碼子是12個 所以需要的tRNA也是12個 因為mRNA中堿基至少有36個 所以轉錄它的基因中堿基數至少為36 2 72個 答案 B 例1 新題快遞 下圖全面展示了蛋白質的合成過程 合成過程的主要步驟由數字標注 結構用字母標注 簡要描述圖中標注數字的每個步驟的名稱或主要內容 1 步驟1 2 步驟2 3 步驟3 4 步驟4 5 步驟5 6 步驟6 7 步驟7 8 步驟8 寫出每個結構的名稱 1 A 2 B 3 C 4 D 5 E 6 F 7 G 8 H 9 I 10 J 嘗試自解 答案 1 DNA雙鏈解開 2 轉錄 3 堿基配對 4 mRNA通過核孔從細胞核進入細胞質 5 攜帶氨基酸的tRNA進入位點 6 翻譯 7 卸下氨基酸的tRNA離開位點 8 tRNA攜帶氨基酸 1 DNA 2 核糖核苷酸 3 RNA聚合酶 4 mRNA 5 核膜 6 核孔 7 tRNA 8 氨基酸 9 核糖體 10 肽鏈 例2 2009 上海 17 某條多肽的相對分子質量為2778 若氨基酸的平均相對分子質量為110 如考慮終止密碼子 則編碼該多肽的基因長度至少是 A 75對堿基B 78對堿基C 90對堿基D 93對堿基嘗試自解 思路點撥 根據題中條件可知 該多肽由30個氨基酸組成 如考慮終止密碼子 則控制合成該肽鏈的密碼子共31個 編碼多肽的基因堿基數為31 6 186 共93對堿基 答案 D 例3 如圖表示DNA 基因 控制蛋白質合成的過程 分析回答 DNA片段 基因 mRNA U A G A A G tRNA A U C U U C 氨基酸 1 圖中標出的堿基符號 包括 種核苷酸 2 DNA雙鏈中 鏈為轉錄的模板鏈 遺傳信息存在于 鏈上 密碼子存在于 鏈上 填數字序號 3 如合成胰島素 共需51個氨基酸 控制合成該蛋白質的基因上 至少含有脫氧核糖苷酸 個 嘗試自解 思路點撥 解答本題時 可從以下三點分析 關鍵點 準確把握遺傳信息 密碼子概念的實質 正確識圖 并確定不同信息的位置 靈活運用基因表達過程中的相關物質數量關系 1 DNA為 包括4種堿基 有4種脫氧核糖核苷酸 RNA為 也包括4種堿基 有4種核糖核苷酸 共有8種核苷酸 2 DNA中能夠與信使RNA堿基互補配對的是轉錄的模板鏈 其上脫氧核糖苷酸的排列順序代表遺傳信息 信使RNA上決定一個氨基酸的3個相鄰堿基代表遺傳密碼子 3 信使RNA上每3個相鄰的堿基決定1個特定的氨基酸 據此可知 控制合成含51個氨基酸的蛋白質的基因上至少有306個脫氧核糖核苷酸 答案 1 8 2 3 306 對照實驗的設計所謂對照實驗是指除所控因素外其他條件與被對照實驗完全相同的實驗 對照實驗設置的正確與否 關鍵就在于如何盡量去保證 其他條件的完全相同 具體來說有如下四個方面 1 所選用生物材料要相同 即所用生物材料的數量 質量 長度 體積 來源和生理狀況等方面特點要盡量相同或至少大致相同 2 所用實驗器具要相同 即試管 燒杯 水槽 廣口瓶等器具的大小型號要完全一樣 3 所用實驗試劑要相同 即試劑的成分 濃度 體積要相同 尤其要注意體積上等量的問題 4 所用處理方法要相同 如保溫或冷卻 光照或黑暗 攪拌或振蕩都要一致 有時盡管某種處理對對照實驗來說 看起來似乎是毫無意義的 但最好還是要作同樣的處理 樣題 2009 ?？谡{研 在克里克得出3個堿基可以排列成1個遺傳密碼的實驗結論后 科學家們開始探索一個特定的遺傳密碼所