專題四遺傳、變異與進化第6講遺傳的分子基礎1.人類對遺傳物質(zhì)的探索過程(Ⅱ)2.DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(Ⅱ)3.基因的概念(Ⅱ)4.DNA分子的復制(Ⅱ)5.遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯(Ⅱ)6.基因與性狀的關(guān)系(Ⅱ)熱點一DNA是主要的遺傳物質(zhì)及DNA的結(jié)構(gòu)與復制圖1為噬菌體侵染細菌實驗過程圖,圖2為真核生物DNA的結(jié)構(gòu)。據(jù)圖判斷下列敘述的正誤。(1)圖1中分別用含有放射性同位素35S和32P的培養(yǎng)基直接標記噬菌體。(×)提示:標記噬菌體不能用培養(yǎng)基直接培養(yǎng),病毒只能在活細胞中增殖。(2)圖1中3的結(jié)果是含有32P,且所有新噬菌體都含有。(×)提示:得到的子代噬菌體中只有少部分含有32P。(3)圖2中④是組成DNA的基本單位之一——胞嘧啶脫氧核苷酸。(×)提示:④由磷酸、脫氧核糖和胞嘧啶組成,但不是胞嘧啶脫氧核苷酸,因為①磷酸不屬于該核苷酸。(4)圖2中DNA一條鏈上相鄰的G和C通過氫鍵連接。(×)提示:圖2中DNA一條鏈上相鄰的G和C通過“—脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖—”連接。(5)若圖2中親代DNA用15N標記,置于14N培養(yǎng)液中連續(xù)復制3次,含14NDNA占3/4。(×)提示:復制后子代DNA都含14N。[基礎回顧](1)絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)為DNA,少數(shù)生物的遺傳物質(zhì)為RNA,即DNA是主要的遺傳物質(zhì)。(2)DNA復制過程相關(guān)歸納①一種方式:半保留復制。②兩種特點:半保留復制、邊解旋邊復制。③三個場所:主要場所為細胞核,此外還可能為線粒體、葉綠體。④四種條件:模板——[思維拓展](1)DNA是細胞內(nèi)攜帶遺傳信息的物質(zhì),它的信息容量非常大,原因是組成DNA的脫氧核苷酸雖然只有四種,但數(shù)量很多,故DNA中脫氧核苷酸的排列順序極其多樣化。(2)DNA復制的起點是多個(填“一個”或“多個”),這種復制方式的意義是提高了復制速率。(3)R型肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化成S型肺炎雙球菌的機理是S型菌的DNA與R型菌的DNA發(fā)生了基因重組。(4)在證明煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是RNA的實驗中,能否利用噬菌體侵染細菌實驗的操作過程?請說明理由。提示:不能。因為煙草花葉病毒只能寄生在煙草細胞中,而不能寄生在細菌細胞中。圍繞探索遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實驗考查理解能力[典例引領(lǐng)1](2021·全國乙卷)在格里菲思所做的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗中,無毒性的R型活細菌與被加熱殺死的S型細菌混合后注射到小鼠體內(nèi),從小鼠體內(nèi)分離出了有毒性的S型活細菌。某同學根據(jù)上述實驗,結(jié)合現(xiàn)有生物學知識所做的下列推測中,不合理的是(D)型菌相比,S型菌的毒性可能與莢膜多糖有關(guān)型菌的DNA能夠進入R型菌細胞指導蛋白質(zhì)的合成型菌使其蛋白質(zhì)功能喪失而DNA功能可能不受影響型菌的DNA經(jīng)DNA酶處理后與R型菌混合,可以得到S型菌[解題思路][模擬訓練1](2021·河北太原模擬)噬藻體是侵染藍藻的DNA病毒,其增殖過程與噬菌體類似。某興趣小組進行了下面的實驗:①標記噬藻體→②噬藻體與藍藻混合培養(yǎng)→③攪拌、離心→④檢測放射性。下列敘述錯誤的是(D)35S或32P的藍藻,以及既不含35S也不含32P的藍藻32P的培養(yǎng)基培養(yǎng)藍藻,再用此藍藻培養(yǎng)噬藻體C.步驟③可讓噬藻體(外殼)和藍藻分開,使噬藻體(外殼)和藍藻分別存在于上清液和沉淀物中D.侵染藍藻的噬藻體利用自身的脫氧核苷酸和氨基酸為原料,合成子代噬藻體在標記噬藻體時,需要分別利用含35S或32P的藍藻,又因檢測放射性時不能區(qū)分是何種元素,所以要利用既不含35S也不含32P的藍藻;因為噬藻體必須用藍藻培養(yǎng),所以標記噬藻體應先標記藍藻;攪拌可以使噬藻體(外殼)和藍藻分離,離心使上清液中析出噬藻體(外殼),沉淀物中留下被侵染的藍藻;噬藻體合成DNA和蛋白質(zhì)的原料均來自藍藻而不是自身的脫氧核苷酸和氨基酸。圍繞DNA的結(jié)構(gòu)及復制考查綜合運用能力[典例引領(lǐng)2](2017·海南卷)DNA分子的穩(wěn)定性與堿基對之間的氫鍵數(shù)目有關(guān)。下列關(guān)于生物體內(nèi)DNA分子中A+TG+C與A+C列不同的雙鏈DNA分子,后一個比值不同B.前一個比值越大,雙鏈DNA分子的穩(wěn)定性越高C.當兩個比值相同時,可判斷這個DNA分子是雙鏈D.經(jīng)半保留復制得到的DNA分子,后一個比值等于1[解題思路][模擬訓練2](2021·安徽六安模擬)下列有關(guān)真核細胞中DNA分子復制的敘述,正確的是(C)B.因為DNA復制有精確的模板并遵循堿基互補配對原則,所以遺傳信息傳遞一定不會出現(xiàn)差錯C.DNA解旋酶破壞堿基對間的氫鍵,DNA聚合酶形成磷酸二酯鍵D.復制過程中先全部解旋,再進行半保留復制根據(jù)堿基互補配對原則可推測,復制形成的子代DNA分子中腺嘌呤數(shù)量一定等于胸腺嘧啶的數(shù)量;因為DNA復制有精確的模板并遵循堿基互補配對原則,所以遺傳信息傳遞一般不會出現(xiàn)差錯,但不絕對;解旋酶能破壞堿基對間的氫鍵,而DNA聚合酶催化形成磷酸二酯鍵;DNA分子復制是邊解旋邊復制。熱點二基因表達與中心法則圖1與圖2表示細胞內(nèi)的兩種生理過程,圖3為中心法則圖解,a～e表示相關(guān)生理過程。據(jù)圖判斷下列敘述的正誤。(1)圖1表示轉(zhuǎn)錄,該過程發(fā)生時模板與產(chǎn)物間有氫鍵的形成與斷裂。(√)(2)圖2表示翻譯,該過程發(fā)生時起始密碼子決定的是a氨基酸。(√)(3)圖1所示過程與圖2所示過程中發(fā)生的堿基配對方式不完全相同。(√)(4)圖1所示過程中酶的移動方向與圖2所示過程中核糖體的移動方向不同。(×)提示:圖1所示過程中酶的移動方向是從左向右,圖2所示過程中核糖體的移動方向也是從左向右。(5)圖3中d過程只能在細胞分裂時進行。(×)提示:圖3中d過程表示翻譯,不發(fā)生分裂的細胞中也能發(fā)生。(6)圖3中能發(fā)生堿基互補配對的只有a、b、c。(×)提示:中心法則各過程都可發(fā)生堿基互補配對。(7)圖3中c和e過程都只能發(fā)生在RNA病毒中,且都用到逆轉(zhuǎn)錄酶(×)提示:c過程用到RNA復制酶,e過程用到逆轉(zhuǎn)錄酶。(8)圖3中的中心法則所有過程均需在細胞內(nèi)發(fā)生。(√)[基礎回顧](1)圖1、圖2所示過程所需的條件項目圖1過程圖2過程模板DNA中的一條鏈mRNA原料四種核糖核苷酸氨基酸酶RNA聚合酶多種酶能量ATP提供特殊工具tRNA(2)遺傳信息流動過程(填圖3中相應字母)①不能分裂的細胞(如神經(jīng)細胞):b、d。②能分裂的細胞(如根尖分生區(qū)細胞):a、b、d。③DNA病毒(如噬菌體):a、b、d。④復制型RNA病毒(如新型冠狀病毒):c、d。⑤逆轉(zhuǎn)錄型病毒(如艾滋病病毒):e、a、b、d。(3)圖2過程中,少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白質(zhì)的原因是一個mRNA分子上可以相繼結(jié)合多個核糖體,同時進行多條肽鏈的合成。[思維拓展](1)人體不同組織細胞的相同DNA分子,進行圖1過程時啟用的起始點不完全相同(填“都相同”“都不同”或“不完全相同”),其原因是不同組織細胞中基因進行選擇性表達。(2)某種致癌的RNA病毒是逆轉(zhuǎn)錄病毒,其體內(nèi)有(填“有”或“沒有”)逆轉(zhuǎn)錄酶。若有,該酶是怎么產(chǎn)生的?若無,說明理由:逆轉(zhuǎn)錄酶是在宿主細胞內(nèi)利用宿主細胞的成分合成的。圍繞遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯考查理解能力及獲取信息能力[典例引領(lǐng)1](2020·全國Ⅲ卷)細胞內(nèi)有些tRNA分子的反密碼子中含有稀有堿基次黃嘌呤(I),含有I的反密碼子在與mRNA中的密碼子互補配對時,存在如圖所示的配對方式(Gly表示甘氨酸)。下列說法錯誤的是(C)分子由兩條鏈組成,mRNA分子由單鏈組成中的堿基改變不一定造成所編碼氨基酸的改變[解題思路][模擬訓練1](2021·河北卷)關(guān)于基因表達的敘述,正確的是(C)B.DNA雙鏈解開,RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄、移動到終止密碼子時停止轉(zhuǎn)錄C.翻譯過程中,核酸之間的相互識別保證了遺傳信息傳遞的準確性D.多肽鏈的合成過程中,tRNA讀取mRNA上全部堿基序列信息絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA,其RNA和蛋白質(zhì)均由DNA編碼,但也有某些病毒的遺傳物質(zhì)是RNA,部分RNA病毒可直接以RNA作為模板合成RNA和蛋白質(zhì);RNA聚合酶催化轉(zhuǎn)錄過程,從啟動子開始啟動轉(zhuǎn)錄,到終止子結(jié)束,終止密碼子存在于mRNA上;翻譯過程中,mRNA與tRNA的堿基互補配對,從而保證遺傳信息傳遞的準確性;多肽鏈的合成過程中,核糖體讀取mRNA上的密碼子。終止子≠終止密碼子(1)存在位置不同:終止子位于基因上,終止密碼子位于mRNA上。(2)功能不同:終止子是終止轉(zhuǎn)錄過程,終止密碼子是終止翻譯過程。圍繞中心法則考查綜合運用能力[典例引領(lǐng)2](2020·全國Ⅲ卷)關(guān)于真核生物的遺傳信息及其傳遞的敘述,錯誤的是(B)A.遺傳信息可以從DNA流向RNA,也可以從RNA流向蛋白質(zhì)[解題思路][模擬訓練2](2021·北京房山區(qū)模擬)1957年克里克提出“中心法則”,此后幾年科學家們不斷重申中心法則的重要性并完善了中心法則(如圖)。下列有關(guān)敘述不正確的是(A)A.①②過程都需要DNA聚合酶的參與B.①～⑤過程均遵循堿基互補配對原則C.②和⑤過程在大腸桿菌細胞中可以同時進行D.①②⑤過程所需的原料依次是脫氧核苷酸、核糖核苷酸和氨基酸①過程需要DNA聚合酶的參與,②過程需要RNA聚合酶的參與;圖中所有過程都遵循堿基互補配對原則;②是將DNA中遺傳信息傳遞給RNA,為轉(zhuǎn)錄過程,⑤是將RNA中遺傳信息翻譯成氨基酸序列的過程,即翻譯過程,大腸桿菌細胞為原核細胞,有核糖體,沒有細胞核,轉(zhuǎn)錄和翻譯可同時進行;①過程是DNA復制,產(chǎn)物為DNA,需要的原料是脫氧核苷酸,②過程是轉(zhuǎn)錄,產(chǎn)物為RNA,需要的原料是核糖核苷酸,⑤過程是翻譯,產(chǎn)物是蛋白質(zhì),需要的原料是氨基酸。三個方面巧判中心法則五過程(1)從模板分析:①如果模板是DNA,生理過程可能是DNA復制或轉(zhuǎn)錄;②如果模板是RNA,生理過程可能是RNA復制、逆轉(zhuǎn)錄或翻譯。(2)從原料分析:①如果原料為脫氧核苷酸,產(chǎn)物一定是DNA,生理過程可能是DNA復制或逆轉(zhuǎn)錄;②如果原料為核糖核苷酸,產(chǎn)物一定是RNA,生理過程可能是轉(zhuǎn)錄或RNA復制;③如果原料為氨基酸,產(chǎn)物一定是蛋白質(zhì)(或多肽),生理過程是翻譯。(3)從產(chǎn)物分析:①如果產(chǎn)物為DNA,生理過程可能是DNA復制或逆轉(zhuǎn)錄;②如果產(chǎn)物為RNA,生理過程可能是RNA復制或轉(zhuǎn)錄;③如果產(chǎn)物是蛋白質(zhì)(或多肽),生理過程是翻譯。1.(2021·河北衡水模擬)某科研小組為探究某病毒的遺傳物質(zhì)是DNA還是RNA,設置了甲、乙兩組實驗。其中甲組將該病毒的核酸提取物和DNA酶混合后注射到活細胞中。下列有關(guān)說法錯誤的是(C)A.活細胞的作用是培養(yǎng)該病毒,為病毒的增殖提供原料等C.若遺傳物質(zhì)是RNA,則甲組活細胞中無病毒出現(xiàn),乙組活細胞中有病毒出現(xiàn)病毒需要在宿主細胞中進行增殖,實驗中活細胞的作用是培養(yǎng)病毒,為病毒的增殖提供原料等;根據(jù)題意,甲組與乙組應該是分別用DNA酶和RNA酶與該病毒的核酸提取物混合,因此乙組中需要將該病毒的核酸提取物和RNA酶混合后注射到活細胞中;如果遺傳物質(zhì)是RNA,則甲組DNA酶不會催化遺傳物質(zhì)的水解,因此活細胞中會出現(xiàn)該病毒,乙組的遺傳物質(zhì)被RNA酶催化水解,因此乙組活細胞中沒有該病毒;該實驗的理論依據(jù)是酶具有專一性和生物的性狀是由遺傳物質(zhì)控制的。2.(2021·湖北宜昌二模)某科研小組利用電子顯微鏡研究DNA的復制時,根據(jù)觀察到的現(xiàn)象繪制出如圖所示結(jié)果,下列相關(guān)敘述正確的是(B)A.圖中的“標記”最可能指放射性同位素35SB.由圖可知,DNA進行雙向復制C.已知復制起點中氫鍵較少,所以該部位中G和C較多D.若將復制起點徹底水解,可獲得4種化合物DNA不含S,不可能用放射性同位素35S標記;由題圖可知,兩端密度較高,說明DNA可進行雙向復制;G和C之間形成三個氫鍵,復制起點中氫鍵較少,所以該部位中A和T較多;復制起點徹底水解,能得到A、T、G、C、磷酸、脫氧核糖6種化合物。3.(2021·安徽蕪湖檢測)某細胞中有關(guān)物質(zhì)合成如圖所示,①～⑤表示生理過程,Ⅰ、Ⅱ表示結(jié)構(gòu)或物質(zhì)。據(jù)圖分析正確的是(C)B.物質(zhì)Ⅱ是DNA,含有兩個游離的磷酸基團C.①④為不同生理過程,但其遺傳信息的傳遞遵循中心法則D.③⑤為同一生理過程,所用密碼子的種類和數(shù)量一定相同根據(jù)核糖體上肽鏈的長短可知,圖示翻譯過程中核糖體從右到左認讀mRNA上的密碼子;物質(zhì)Ⅱ是環(huán)狀DNA,不含游離的磷酸基團;①為DNA的復制過程,④為轉(zhuǎn)錄過程,二者遺傳信息的傳遞都遵循中心法則;③⑤均為翻譯過程,由于兩個過程中用于翻譯的模板不同,翻譯的蛋白質(zhì)不同,故所用密碼子的種類可能相同,但數(shù)量一般不同。4.(2021·四川綿陽一模)將不含標記的大腸桿菌(擬核DNA呈環(huán)狀,共含有m個堿基,其中有a個胸腺嘧啶)放在含有32P—胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培養(yǎng)基中培養(yǎng)一段時間,檢測到如圖Ⅰ、Ⅱ兩種類型的DNA(虛線表示含有放射性的脫氧核苷酸鏈)。回答下列問題。(1)能與大腸桿菌擬核DNA相結(jié)合的蛋白質(zhì)有、等。

(2)大腸桿菌擬核DNA第三次復制產(chǎn)生的Ⅰ、Ⅱ兩種類型子代DNA的比例為,復制n次需要胞嘧啶的數(shù)目是。

(3)一個大腸桿菌擬核DNA可轉(zhuǎn)錄形成多種mRNA,原因是

。

(4)一個沒有放射性同位素標記的噬菌體侵染32P標記的大腸桿菌,釋放出的子代噬菌