2019年高考生物二轮复习新突破专题07《遗传的分子基础》学案(含解析)
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1、专题 07 遗传的分子基础专题解读考点分布 考纲要求 备考指南1.DNA 分子的结构2.DNA 分子的复制3.基因控制蛋白质的合成1.人类对遗传物质的探索过()。2.DNA 分子结构的主要特点()3.基因的概念()。4.DNA 分子的复制()。5.遗传信息的转录和翻译()。6.基因与性状的关系()。1.考查组成 DNA 的四种脱氧核苷酸。2.考查 DNA 复制过程中某种原料所需数量的计算。3.考查密码子的概念;转录、翻译的场所;基因控制蛋白质合成过程中相关的计算。知识清单一、DNA 是遗传物质的证据1.肺炎双球菌的转化实验(1)1928 年格里菲思的实验(体内转化实验)过程及结果分析a.R 型
2、细菌无毒性,不会使小鼠死亡。b.S 型细菌_,会使小鼠_,而且 S 型细菌内有_的物质。结论:_(但没有证明转化因子是什么成分)。(2)1944 年艾弗里的实验(体外转化实验)过程及结果分析a.S 型细菌的_使 R 型细菌发生转化。b.S 型细菌的其他物质_。结论:S 型细菌体内的_是使 R 型细菌产生稳定遗传变化的物质。(3)格里菲思实验与艾弗里实验的关系格里菲思实验说明_,艾弗里实验进一步证明_。2.噬菌体侵染细菌的实验(1)实验步骤:标记细菌_。(2)实验结论:子代噬菌体的各种性状是_遗传的,_是噬菌体的遗传物质。3.两实验的比较(1)相同点:二者的实验思路一致,即都是设法将_分开,单独
3、地直接研究它们各自的功能。(2)不同点:前者是直接分离法,而后者则是采用了_的间接分离。二、DNA 分子的结构和功能1.结构特点DNA 分子呈规则的_,该结构中不变的是_,变的是_。2.功能特点3.中心法则解读(1)图示(2)分析图示中的 a、b、c 是遗传物质为_的生物的遗传信息的流动方向,是遗传信息的主要流动方向。图示中的 e、c 是复制型 RNA 病毒遗传信息的流动方向,如烟草花叶病毒。图示中的 d、a、b、c 是逆转录病毒的遗传信息的流动方向,如 HIV。 三、基因的概念、结构及功能1.概念:_。2.结构(1)原核细胞基因结构(2)真核细胞基因结构3.特点:编码区是_,有_和_之分。4
4、.功能(1)传递遗传信息:通过_完成。(2)表达遗传信息过程:_。方式: 四、基因工程1.操作工具:_、_、_。2.基本步骤(四步)3.应用(1)医药卫生方面:生产基因工程药品、用于基因诊断和_。(2)农牧业、食品工业方面:获得高产、稳产、优质农作物、_作物、转基因动物,开辟了人类新的食物来源。(3)环保方面:用于环境的监测及被污染环境的净化。一、遗传物质探索的经典实验1.加热杀死的 S 型细菌的蛋白质变性失活,但其 DNA 结构相当稳定,仍有活性,其中控制合成荚膜多糖的基因片段进入 R 型细菌体内,并指导合成荚膜多糖,表现为 R 型细菌转化为 S 型细菌。2.由于噬菌体营寄生生活,因此不能在
5、培养基中直接培养噬菌体,必须在含有其宿主细胞的培养基中培养。3.DNA 是主要的遗传物质是对生物界而言的,需许多实验共同证明的结论,单独的某一实验只能证明 DNA是某种生物的遗传物质,而不能证明 DNA 是主要的遗传物质。【高考警示】(1)转化的实质并不是基因发生突变,而是 S 型细菌的 DNA 片段整合到了 R 型细菌的 DNA 中,即实现了基因重组。(2)在转化过程中并不是所有的 R 型细菌均转化成 S 型细菌,而是只有少部分 R 型细菌转化为 S 型细菌。原因是转化受 DNA 的纯度、两种细菌的亲缘关系、受体菌的状态等因素影响。4.作为遗传物质必须具备的四个条件(1)能够精确地自我复制,
6、使前后代具有一定的连续性。(2)能够指导蛋白质的合成,从而控制生物的性状和新陈代谢的过程。(3)具有贮存大量遗传信息的潜在能力。(4)具有相对稳定性,可产生可遗传的变异。【高考警示】(1)一切生物(朊病毒除外)的遗传物质是核酸(DNA 或 RNA)。(2)凡是具有细胞结构的生物(不论是真核生物还是原核生物),其遗传物质都是 DNA,其细胞中的 RNA只是遗传信息表达的媒介。二、DNA1.DNA 分子的结构(1)每个脱氧核苷酸中,脱氧核糖中 1 号碳与碱基相连接,5 号碳与磷酸相连接,3 号碳上的OH 与下一个脱氧核苷酸的磷酸脱水聚合形成磷酸二酯键相连接,如图。(2)磷酸、脱氧核糖、碱基之间的数
7、量关系是 111。(3)两个核苷酸的脱氧核糖和磷酸之间的磷酸二酯键,用限制性核酸内切酶处理可切断,用 DNA 连接酶处理可连接。(4)碱基对之间的氢键(一种分子间作用力,不是化学键),可用解旋酶断裂,也可加热断裂。2.碱基互补配对原则及相关计算(1)嘌呤总数与嘧啶总数相等,则 AGTC。(2)在双链 DNA 分子中,互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个 DNA 分子中都相等。设在双链 DNA 分子中的一条链上 A1T 1 n%,因为 A1T 2,A 2T 1,则:A 1T 1A 2T 2 n%。所以 ATA 1A 2T 1T 2 n%。n% n%2简记为“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例
8、相等” 。(3)双链 DNA 分子中,非互补碱基之和所占比例在两条互补链中互为倒数。设双链 DNA 分子中,一条链上: m,A1 G1T1 C1则: m,互补链上 。A1 G1T1 C1 T2 C2A2 G2 A2 G2T2 C2 1m简记为:“DNA 两互补链中,不配对两碱基之和的比值乘积为 1。 ”(4)两不互补的碱基之和比值相等,即(AG)/(TC)(AC)/(TG)1(5)任意两不互补的碱基之和占碱基总量的 50%,即:(AC)%(TG)%50%3.DNA 分子中的其他数量关系(1)DNA 分子中,脱氧核苷酸数脱氧核糖数磷酸数含氮碱基数1111。(2)配对的碱基,A 与 T 之间形成
9、2 个氢键,G 与 C 之间形成 3 个氢键,CG 对占比例越大,DNA 结构越稳定。(3)每条脱氧核苷酸链上都只有一个游离的磷酸基,因此 DNA 分子中含有 2 个游离的磷酸基。4.判断核酸种类的方法(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: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 合成。 三、DNA 的复制1.DNA 复制
10、方式的探究探究 DNA 复制是半保留复制还是全保留复制,可用同位素标记技术和离心处理技术,根据复制后 DNA分子在试管中的位置即可确定复制方式。(1)实验材料:大肠杆菌。(2)实验方法:放射性同位素标记技术和离心技术。(3)实验假设:DNA 以半保留的方式复制。(4)实验过程:(见图)大肠杆菌在含 15N 标记的 NH4Cl 培养基中繁殖几代,使 DNA 双链充分标记 15N。将含 15N 的大肠杆菌转移到 14N 标记的普通培养基中培养。在不同时刻收集大肠杆菌并提取 DNA(间隔的时间为大肠杆菌繁殖一代所需时间)。将提取的 DNA 进行离心,记录离心后试管中 DNA 位置。2.DNA 复制的
11、有关计算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。含有亲代链的 DNA 分子数为 2 个。不含亲代链的 DNA 分子数为(2 n2)个。含子代链的 DNA 有 2n个。(2)子代脱氧核苷酸链数为 2n1 条。亲代脱氧核苷酸链数为 2 条。新合成的脱氧核苷酸链数为(2 n1 2)条。(3)DNA 分子复制计算问题的提醒将含有 15N 的 1 个 DNA 分子放在含有 14N 的培养基中培养,复制 n 次。含 14N 的 DNA 分子有 2n个,只含 14N 的 DNA 分子有(2 n2)个,做题时看准是“含”还是“只含”
12、。子代 DNA 分子中,总链数为 2n22 n1 条。模板链始终是 2 条。做题时应看准是“DNA 分子数” ,还是“链数” 。(4)DNA 复制时消耗脱氧核苷酸数的计算方法运用 DNA 分子的半保留复制特点解决消耗某种脱氧核苷酸数量的问题时,应注意亲代 DNA 分子的两条链被保留下来,不需消耗原料。具体计算方法归纳如下: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(2n1)个。第 n 次复制所需该脱氧核苷酸数为 m2n1 个。四、遗传信息的传递过程1.基因是有遗传效应的 DNA 片段,其复制是随 DNA 的复制而复制的;遗传信息的表达就是基因
13、的表达。2.DNA 复制只发生在进行分裂的组织细胞中,转录和翻译发生在活细胞中,无论细胞是否进行分裂均可进行。3.复制和转录,均是以 DNA 为模板,故两过程进行的场所是一致的,真核细胞的复制、转录发生在细胞核、线粒体、叶绿体等 DNA 存在的部位;原核细胞的复制、转录发生在拟核和细胞质的质粒上。翻译的场所只有核糖体。4.DNA、mRNA 的碱基数与合成的蛋白质中氨基酸的数量关系: DNA 中碱基数mRNA 中碱基数氨基酸数631。 5.mRNA 与核糖体数量、翻译速度的关系图数量关系:一个 mRNA 可同时结合多个核糖体,形成多聚核糖体。目的意义:少量的 mRNA 分子可以迅速合成出大量的蛋
14、白质。方向:从左向右(见上图),判断依据是多肽链的长短,长的翻译在前。结果:合成的仅是多肽链,要形成蛋白质往往还需要运送至内质网、高尔基体等结构中进一步加工。图示中 4 个核糖体合成的 4 条多肽链因为模板 mRNA 相同而相同。注意:(1)一个核糖体与 mRNA 的结合部位形成 2 个 tRNA 结合位点。(2)翻译起点:起始密码子决定的是甲硫氨酸或缬氨酸。翻译终点:识别到终点密码子(不决定氨基酸翻译停止)。(3)翻译进程:核糖体沿着 mRNA 移动,读取下一个密码子,而 mRNA 不移动。6.基因对性状控制的方式(1)直接途径:基因 蛋白质结构 生物性状,如镰刀型细胞贫血症、囊性纤维病。
15、控 制 控 制 (2)间接途径:基因 细胞代谢 生物性状,如白化病、豌豆的粒形。 控 制 酶 的 合 成 激 素 合 成 控 制 控 制 (3)基因与性状并不都是一对一的关系一般而言,一个基因决定一种性状。生物体的一种性状有时受多个基因的影响,有些基因也可影响多种性状。生物的性状是基因和环境共同作用的结果。基因型相同,表现型可能不同;基因型不同,表现型可能相同。 7.“三看法”判断中心法则的过程(1)“一看”模板如果模板是 DNA,生理过程可能是 DNA 复制或 DNA 转录。如果模板是 RNA,生理过程可能是 RNA 复制或 RNA 逆转录或翻译。(2)“二看”原料如果原料为脱氧核苷酸,产物
16、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 DNA 转录或 RNA 复制。如果原料为氨基酸,产物一定是蛋白质(或多肽),生理过程是翻译。(3)“三看”产物如果产物为 DNA,生理过程可能是 DNA 复制或 RNA 逆转录。如果产物为 RNA,生理过程可能是 RNA 复制或 DNA 转录。如果产物是蛋白质(或多肽),生理过程是翻译。知识精析1完成有关探索遗传物质实验的问题(1)艾弗里和同事用 R 型和 S 型肺炎双球菌进行实验,结果如下表。据表判断下列叙述:实验组号 接种菌型 加入 S 型菌物质 培养皿长菌情况A R 蛋白质 R
17、 型B R 荚膜多糖 R 型C R DNA R 型、S 型D R DNA(DNA 酶处理) R 型A 不能证明 S 型菌的蛋白质不是转化因子 ( )B 说明 S 型菌的荚膜多糖有酶活性 ( )C 和 D 说明 S 型菌的 DNA 是转化因子 ( )AD 说明 DNA 是主要的遗传物质 ( )(2)依据噬菌体侵染细菌的实验,判断下列相关叙述:用 32P 对噬菌体的标记过程为用含 32P 的培养基先培养细菌,再用细菌培养噬菌体( )用 35S 标记噬菌体的侵染实验中,沉淀物存在少量放射性的原因可能是搅拌不充分所致( )用 32P 标记噬菌体的侵染实验中,若保温时间过长,会导致上清液中存在少量放射性
18、( )T2 噬菌体的核酸和蛋白质都含有硫元素,其寄生于酵母菌和大肠杆菌中 ( )上述实验获得成功的原因之一是噬菌体只将其 DNA 注入大肠杆菌细胞中 ( )利用宿主菌的氨基酸合成子代噬菌体的蛋白质,以宿主菌 DNA 为模板合成子代噬菌体的核酸( )噬菌体能在宿主菌内以二分裂方式增殖,使该细菌裂解 ( )2下图为真核生物染色体上 DNA 分子复制过程示意图,判断下列相关叙述(1)DNA 分子中磷酸与脱氧核糖交替连接构成基本骨架,DNA 单链上相邻碱基以氢键连接( )(2)双链 DNA 分子中嘌呤数等于嘧啶数 ( )(3)在一个细胞周期中,DNA 复制过程中的解旋发生在两条 DNA 母链之间( )
19、(4)真核生物 DNA 分子复制过程需要解旋酶且消耗能量( )(5)真核细胞染色体 DNA 的复制发生在有丝分裂前期( )(6)图中 DNA 分子复制是从多个起点同时开始的,并且边解旋边双向复制,从而提高复制速率( )3假设一个双链均被 32P 标记的噬菌体 DNA 由 5 000 个碱基对组成,其中腺嘌呤占全部碱基的 20%。用这个噬菌体侵染只含 31P 的大肠杆菌,共释放出 100 个子代噬菌体。判断下列叙述(1)该过程至少需要 3105 个鸟嘌呤脱氧核苷酸 ( )(2)噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶等 ( )(3)含 32P 与只含 31P 的子代噬菌体的比例为 149 ( )(4
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