【二轮专题课件】专题4 生物的遗传、变异和进化 第2讲 遗传的分子基础(共56张PPT)

(共56张PPT)
专题四　生物的遗传、变异和进化
第2讲　遗传的分子基础
高考生物二轮专题突破篇
1. (2022·南京金陵中学学情调研)在探索遗传物质的过程中，赫尔希和蔡斯做了T2噬菌体侵染细菌的实验，其中一组实验如下图所示(用P标记的噬菌体侵染普通大肠杆菌培养物)。有关叙述正确的是(　　)
A. 若不经过步骤②操作，对该组实验结果无显著影响
B. 若继续分离出子代噬菌体，其中大部分会含有32P放射性
C. 若沉淀中含有较强放射性、悬浮液中几乎不含放射性，即证明遗传物质是DNA
D. 若①中培养液里含有32P，则子代噬菌体的DNA、RNA分子中均会带有放射性
【答案】 A
【解析】 若不经过步骤②的操作，蛋白质外壳不与细菌分离，对该组实验结果无显著影响，A正确；合成子代噬菌体原料来自大肠杆菌，子代噬菌体中只有少部分含有32P放射性，B错误；分别用被32P、35S标记的两组噬菌体分别侵染未标记的大肠杆菌，证明DNA是遗传物质，C错误；子代噬菌体不含RNA，D错误。
2. (2022·苏州、张家港开学考试)下图是细胞中三种主要的RNA模式图。下列关于RNA的结构和功能的叙述，错误的是(　　)
A. tRNA中不一定含有氢键
B. 三种RNA中一定都含有磷酸二酯键
C. 细胞中的RNA是相关基因表达的产物
D. 三种RNA共同参与细胞内蛋白质的合成
【答案】 A
【解析】 tRNA呈三叶草结构，一定含有氢键，A错误； RNA的基本组成单位是核糖核苷酸，核苷酸之间通过磷酸二酯键进行连接，所以三种RNA中一定都含有磷酸二酯键，B正确； RNA都是由基因经过转录形成，是相关基因表达的产物，C正确； mRNA作为翻译的模板，tRNA运输氨基酸至核糖体，rRNA是组成核糖体的成分，所以三种RNA共同参与细胞内蛋白质的合成，D正确。
3. (2022·泰州一调)DNA是主要的遗传物质。相关叙述正确的是(　　)
A. 格里菲思通过体外转化实验证明了DNA是遗传物质
B. 沃森和克里克通过模型建构证明了DNA具有双螺旋结构
C. 梅塞尔森和斯塔尔运用同位素标记技术证明了DNA的半保留复制
D. 赫尔希和蔡斯通过噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是主要的遗传物质
【答案】 C
【解析】 格里菲思通过体外转化实验提出了“转化因子”的概念，但没有提出DNA是遗传物质，A错误；模型构建不能证明DNA是双螺旋结构，沃森和克里克发现了DNA的双螺旋结构并构建了模型，模型是将他们的发现更好地呈现出来，B错误；梅塞尔森和斯塔尔运用同位素标记法证明了DNA的半保留复制方式，C正确；赫尔希和蔡斯通过噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是遗传物质，D错误。
4. (2022·盐城阜宁中学月考)如图表示某生物细胞中转录、翻译的示意图，其中①～④代表相应的物质。相关叙述正确的是(　　)
A. ①表示DNA，该DNA分子含有2个游离的磷酸基团
B. ②表示RNA聚合酶，能识别编码区上游的起始密码
C. ③表示mRNA，A端为5′端，有游离的磷酸基团
D. ④表示多肽，需内质网和高尔基体加工后才具有生物活性
【答案】 C
【解析】 ①表示DNA，该DNA分子为环状，不含有游离的磷酸基团，A错误；②表示RNA聚合酶，RNA聚合酶能识别编码区上游的启动子，B错误；③表示mRNA，核糖体由A端开始移动，A端为5′端，有游离的磷酸基团，C正确；④表示多肽，原核细胞没有内质网和高尔基体，D错误。
5. (2022·南京、盐城一模)(多选)下图为人体细胞内某基因表达的部分图解，其中a、b、c表示生理过程。下列有关叙述错误的是(　　)
A. 图示过程发生在垂体细胞内
B. a过程的原料是四种脱氧核苷酸
C. b过程在核糖体上进行，至少涉及三类RNA
D. c过程发生在内环境中
【答案】 ABD
【解析】 图示过程产生的是促甲状腺激素释放激素，是由下丘脑分泌，所以图示过程发生在下丘脑细胞中，A错误； a过程是转录，需要游离的核糖核苷酸作原料，B错误； b翻译过程的场所是核糖体，核糖体由rRNA和蛋白质组成，翻译的过程以mRNA为模板，转运工具是tRNA，所以b过程涉及三类RNA，C正确； c过程是蛋白质加工的过程，在细胞内完成，D错误。
考向引领·核心突破
高考对该热点的考查形式主要为选择题，命题方向：
1. 围绕肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验，考查科学思维和探究能力。
2. 结合探究遗传物质的思路与方法，考查科学探究能力
核心考点1　考查遗传物质的探究历程
(2019·江苏卷·3)赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染大肠杆菌实验证实了DNA是遗传物质。下列关于该实验的叙述，正确的是(　　)
A. 实验中可用15N代替32P标记DNA
B. 噬菌体外壳蛋白是大肠杆菌编码的
C. 噬菌体DNA的合成原料来自大肠杆菌
D. 实验证明了大肠杆菌的遗传物质是DNA
【命题意图】 本题主要考查DNA是遗传物质的实验证据，要求学生理解噬菌体侵染细菌实验的原理及结果分析。本题属于简单题。
【答案】 C
【名师点睛】 N是蛋白质和DNA共有的元素，若用15N代替32P标记噬菌体的DNA，则其蛋白质也会被标记，不能区分噬菌体的蛋白质和DNA；噬菌体的蛋白质外壳是由噬菌体的DNA做模板，利用大肠杆菌体内的原料编码合成的；子代噬菌体DNA合成的模板来自亲代噬菌体自身的DNA，而合成的原料来自大肠杆菌；该实验证明了噬菌体的遗传物质是DNA。
1. 肺炎链球菌转化实验的4个误区
(1) 体内转化实验不能简单地说成S型细菌的DNA可使小鼠致死，而是具有毒性的活的S型细菌使小鼠致死。
(2) 在转化过程中并不是所有的R型细菌都能转化成S型细菌，而是只有少部分R型细菌转化为S型细菌。
(3) 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。
(4) 格里菲斯的体内转化实验并未弄清遗传物质是什么，只是提出了“转化因子”的存在。
2. 噬菌体侵染细菌实验产生误差(放射性分布异常)的原因分析
(1) 用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，上清液中有放射性的原因：
①保温时间过短，有一部分噬菌体还没有侵染大肠杆菌，经离心后分布于上清液中，上清液中出现放射性。
②保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放子代，经离心后分布于上清液中，使上清液中出现放射性。
③搅拌过于剧烈，大肠杆菌细胞被破坏，释放出其中的噬菌体，经离心后分布于上清液中，使上清液中放射性较高。
(2) 用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物中有放射性的原因：
由于搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体外壳吸附在细菌表面没有脱落，随细菌离心到沉淀物中。
(2022·南通四模)1952 年，赫尔希和蔡斯用35S(甲组)和 32P(乙组)分别标记噬菌体，进行侵染大肠杆菌的实验。相关叙述正确的是(　　)
A. 35 S 和32P 分别标记噬菌体蛋白质的 R 基和 DNA 的碱基
B. 甲组中保温时间越长，上清液放射性越强
C. 乙组中搅拌不充分，沉淀物中放射性减弱
D. 进一步分析子代噬菌体的放射性可证明DNA 是遗传物质
【答案】 D
【解析】 用32P和35S分别标记T2噬菌体的DNA和蛋白质，二者分别存在于组成DNA的磷酸分子和参与组成蛋白质的氨基酸的R基中，A错误；甲组中保温时间越长，子代噬菌体会释放出来，但子代噬菌体没有放射性，因而上清液放射性不会越强，B错误；乙组中放射性存在于子代DNA分子中，搅拌不充分会导致无放射性的蛋白质外壳或未侵染进入的亲代噬菌体无法与细菌充分分离，不会导致沉淀物中放射性减弱，C错误；进一步分析子代噬菌体的放射性发现只有乙组中的子代噬菌体带有放射性，据此可证明DNA 是遗传物质，D正确。
高考对该热点的考查形式为选择题或非选择题，主要命题方向：
1. 结合DNA的结构、复制及相关计算，考查科学思维能力。
2. 结合转录和翻译的场所、模板、酶及有关计算，考查科学思维能力。
核心考点2　考查遗传信息的传递和表达
(2020·江苏卷·9)某膜蛋白基因在其编码区的5′端含有重复序列CTCTT CTCTT CTCTT。下列叙述正确的是(　　)
A. CTCTT重复次数改变不会引起基因突变
B. CTCTT重复次数增加提高了该基因中嘧啶碱基的比例
C. 若CTCTT重复6次，则重复序列之后编码的氨基酸序列不变
D. CTCTT重复次数越多，该基因编码的蛋白质相对分子质量越大
【命题意图】 本题以某基因编码区的一段碱基序列为知识背景，考查DNA的结构、基因的表达及基因突变等相关内容。侧重考查学生知识的迁移和运用能力。本题属于中等难度题。
1
【答案】 C
【名师点睛】 重复序列位于膜蛋白基因编码区，CTCTT重复次数的改变即基因中碱基数目的改变，会引起基因突变；基因中嘧啶碱基的比例＝嘌呤碱基的比例＝50%；CTCTT重复6次，即增加30个碱基对，由于基因中碱基对数目与所编码氨基酸数目的比例关系为3∶1，则正好增加了10个氨基酸，重复序列后编码的氨基酸序列不变；重复序列过多可能影响该基因的表达，编码的蛋白质相对分子质量不一定变大。
(2020·江苏卷·30)研究发现，线粒体内的部分代谢产物可参与调控核内基因的表达，进而调控细胞的功能。下图为T细胞中发生上述情况的示意图，请据图回答下列问题。
2
(1) 丙酮酸进入线粒体后先经氧化脱羧形成乙酰辅酶A，再彻底分解成__________和[H]。[H]经一系列复杂反应与________结合，产生水和大量的能量，同时产生自由基。
(2) 线粒体中产生的乙酰辅酶A可以进入细胞核，使染色质中与__________结合的蛋白质乙酰化，激活干扰素基因的转录。
(3) 线粒体内产生的自由基穿过线粒体膜到______________中，激活NFAT等调控转录的蛋白质分子，激活的NFAT可穿过________进入细胞核，促进白细胞介素基因的转录。转录后形成的____________分子与核糖体结合，经________过程合成白细胞介素。
(4) T细胞内乙酰辅酶A和自由基调控核内基因的表达，其意义是______________________。
CO2
O2
DNA
细胞质基质
核孔
mRNA
翻译
提高机体的免疫能力
【命题意图】 本题结合图解，综合考查了有氧呼吸过程、基因的表达、物质的运输等内容，要求学生能结合所学内容，正确分析题图，并能在新的情景中正确运用所学知识，意在考查学生获取信息并利用信息分析问题的能力。本题属于中等难度题。
【名师点睛】 有氧呼吸的第一阶段是葡萄糖分解产生丙酮酸和[H]，同时释放少量能量，发生在细胞质基质中；第二阶段是丙酮酸与水反应产生CO2和[H]，同时释放少量能量，发生在线粒体基质中；第三阶段是[H]与O2生成水，释放大量能量的过程，发生在线粒体内膜上。据图分析可知，乙酰辅酶A进入三羧酸循环后，代谢产生[H]，[H]参与有氧呼吸第三阶段，与O2结合形成H2O，同时产生了大量自由基，自由基激活NFAT等分子，进入细胞核的NFAT和乙酰辅酶A在乙酰化酶催化下发生乙酰化反应，参与调控核内基因的表达，进而调控合成干扰素、白细胞介素等。
(2018·江苏卷·27)长链非编码RNA(lncRNA)是长度大于200个碱基，具有多种调控功能的一类RNA分子。如图表示细胞中lncRNA的产生及发挥调控功能的几种方式。请回答下列问题。
3
(1) 细胞核内各种RNA的合成都以__________________为原料，催化该反应的酶是________________。
(2) 转录产生的RNA中，提供信息指导氨基酸分子合成多肽链的是__________________________，此过程中还需要的RNA有__________ ________________________________________。
(3) lncRNA前体加工成熟后，有的与核内__________(图示①)中的DNA结合，有的能穿过________(图示②)与细胞质中的蛋白质或RNA分子结合，发挥相应的调控作用。
四种核糖核苷酸
RNA聚合酶
mRNA(信使RNA)
tRNA和
rRNA(转运RNA和核糖体RNA)
染色质
核孔
(4) 研究发现，人体感染细菌时，造血干细胞核内产生的一种lncRNA，通过与相应DNA片段结合，调控造血干细胞的________，增加血液中单核细胞、中性粒细胞等吞噬细胞的数量。该调控过程的主要生理意义是__________________________。
分化
增强人体的免疫抵御能力
【命题意图】 本题以细胞中lncRNA的产生及发挥调控功能为知识背景，主要考查基因表达的相关知识，要求学生能利用所学知识理解现代科研中的生物学热点问题。本题属于简单题。
【名师点睛】 据图分析，图中①表示染色质，主要由DNA和蛋白质组成；②表示核孔，是大分子进出细胞核的通道，具有选择透过性。DNA通过转录形成mRNA，以mRNA为模板通过翻译形成蛋白质，图中lncRNA是DNA通过转录形成的，其可以与染色质上的DNA分子结合，也可以通过核孔与细胞质中的蛋白质和RNA结合。
1. 全面认识DNA分子的结构
(1) 图中可代表一个核苷酸结构组成的是Ⅰ，其名称是胞嘧啶脱氧核苷酸。
(2) 图中Ⅱ和Ⅲ分别指氢键和磷酸二酯键。
(3) 解旋酶的作用部位是Ⅱ，限制性内切核酸酶的作用部位是Ⅲ，DNA连接酶的作用部位是Ⅲ，DNA聚合酶的作用部位是Ⅲ。使Ⅱ处断开的方法有：用解旋酶断裂、加热断裂。
(4) DNA分子单链中两个相邻的碱基通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接，而双链间的两个碱基通过氢键相连形成碱基对。
(5) 每个DNA片段中，游离的磷酸基团有2个。
(6) DNA分子中稳定不变的是磷酸与脱氧核糖的连接、碱基互补配对原则，可变的是碱基(对)的排列顺序；规则的双螺旋结构提高了DNA分子结构的稳定性。
(7) DNA初步水解产物是脱氧核苷酸，彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和含氮碱基。
2. DNA分子复制的有关计算
DNA分子复制为半保留复制，若将一个被15N标记的DNA转移到含14N的培养基中培养(复制)若干代，其结果分析如下图所示：
(1) 子代DNA分子数：2n个。
①无论复制多少次，含15N的DNA分子始终只有2个。
②含14N的子代DNA分子有2n个，只含14N的子代DNA分子有(2n－2)个，做题时应看准是“含”还是“只含”。
(2) 子代DNA分子的总链数：2n×2＝2n＋1(条)。
①无论复制多少次，含15N的链始终只有2条，做题时应看准是“DNA分子数”还是“链数”；
②含14N的链数是(2n＋1－2)条。
(3) 消耗的脱氧核苷酸数。
①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸为m×(2n－1)个。
②若进行第n次复制，则需消耗游离的该脱氧核苷酸数为m×2n－1个。
3. DNA(基因)的基本功能——遗传信息的传递和表达
复制 转录 翻译
时间 细胞分裂的间期 生物个体发育的整个过程 场所 主要在细胞核 主要在细胞核 核糖体
模板 DNA的两条单链 DNA的一条链 mRNA
复制 转录 翻译
条件 解旋酶、DNA聚合酶、ATP RNA聚合酶、ATP 酶、ATP、tRNA
产物 2个双链DNA 1个单链RNA 多肽链
碱基 配对 A—T、T—A、C—G、G—C A—U、T—A、C—G、G—C A—U、U—A、C—G、G—C
4. mRNA与核糖体数量、翻译速度的关系
(1) 数量关系：一个mRNA可同时结合多个核糖体。
(2) 意义：少量的mRNA可以迅速合成出大量的蛋白质。
(3) 方向：从左向右(见上图)，判断依据是多肽链的长短，多肽链长的翻译在前。
(4) 结果：合成的仅是多肽链，要形成有生物活性的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。
(5) 图示中4个核糖体合成的4条多肽链，由于模板mRNA相同，所以合成了4条相同的多肽链，而不是4个核糖体共同完成一条肽链的合成，也不是合成出4条不同的肽链。
5. 正确区分基因(遗传信息)、密码子和反密码子
(1) 基因、密码子、反密码子的对应关系
(2) 氨基酸与密码子、反密码子的关系
①每种氨基酸对应1种或几种密码子(密码子的简并性)，可由1种或几种tRNA转运。
②1种密码子只能决定1种氨基酸，1种tRNA只能转运1种氨基酸。
③密码子有64种：3种终止密码子，61种决定氨基酸的密码子(特殊情况下，终止密码子UGA可以编码硒代半胱氨酸)。
6. 与蛋白质合成相关的计算(只考虑基因中的编码序列)
(1) 基因中碱基数与mRNA中碱基数的关系
转录时，以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，产生一条单链mRNA，则转录产生的mRNA分子中碱基数目是基因中碱基数目的一半，且DNA模板链中A＋T(或C＋G)的数目与mRNA分子中U＋A(或G＋C)的数目相等。
(2) mRNA中碱基数与氨基酸的关系(仅理论上分析)
翻译过程中，mRNA中每3个相邻碱基决定一个氨基酸，所以经翻译合成的蛋白质分子中氨基酸数目是mRNA中碱基数目的1/3，是双链DNA碱基数目的1/6。
综上可知：DNA(或基因)中碱基数∶mRNA中碱基数∶蛋白质中氨基酸数＝6∶3∶1。
1. (2022·扬州三模)下图表示DNA复制的过程。结合图示判断，下列有关叙述错误的是(　　)
A. 从图示可知，DNA分子具有多起点复制的特点，缩短复制所需的时间
B. DNA复制过程中首先需要解旋酶破坏DNA双链之间的氢键，解开双链
C. DNA的复制具有双向复制的特点，生成的两条子代链的方向相反
D. DNA的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成为DNA片段
【答案】 A
【解析】 图中只有一个DNA复制起点，不能说明DNA分子具有多起点复制的特点，A错误； DNA复制过程的第一步是解旋，需要用解旋酶破坏DNA双链之间的氢键，使两条链解开，B正确；由图可知，DNA的复制具有双向复制的特点，且生成的两条子链的方向相反，C正确； DNA的复制时，需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段，D正确。
2. (2022·连云港三模)新型冠状病毒(SARS CoV 2)是带有包膜的RNA病毒。下图1是新冠病毒在宿主细胞中增殖的部分过程。请回答下列问题。
图1
(1) 图中①过程为________，除图示外还需的条件有____________ ______________________________________。
(2) 图中NSP1对病毒增殖的意义是________________________ __________________________________。与宿主细胞的RNA聚合酶相比，NSP12的作用特点是_________________________________________ ______________________。
(3) 新冠病毒侵入后，人体内的干扰素等细胞因子对其增殖具有一定的抑制作用，这属于____________免疫。病毒大量增殖可导致体内巨噬细胞等释放致热因子，作用于下丘脑使体温调定点上调，下丘脑神经细胞分泌的促甲状腺激素释放激素增多，通过________调节机制促进甲状腺激素的分泌，出现发热症状。
翻译
氨基酸、能量
(ATP)、核糖体、tRNA、酶等
抑制宿主细胞蛋白质的合
成、有利于病毒自身蛋白质的合成
催化以RNA为模板的RNA复制过程，而不是以
DNA为模板的转录
非特异性
分级
(4) 下图2表示人在感染SARS CoV 2后体内病毒载量变化及病毒核酸检测抗原检测阳性的阈值(最低病毒载量)，下图3是抗原检测原理示意图。
图2
图3
①病毒抗原检测主要依据的原理是___________________________，这种检测的优点是__________________。
②某人抗原检测试纸上的__________(填字母)位置出现红色条带，则结果判定为“阳性”。从病程看该个体应处于________期，需尽快隔离、确认。
③据图2分析，密接者隔离期间需每天进行核酸检测，其依据是____________________________________________________________。
抗原与抗体发生特异性结合
操作方便、快速
C和T
传染
核酸检测灵敏度高，但感染初期体内病毒载量低，可能检测不到
【解析】 (1) 图中①过程为翻译过程，该过程发生在宿主细胞内，翻译过程需要的条件是模板、原料、能量和酶，还需要转运氨基酸的工具tRNA，因此，除图示外还需的条件有氨基酸(原料)、转运工具(tRNA)、能量和酶等。(2) 图中NSP1能阻碍宿主的mRNA与核糖体结合，因此能抑制宿主细胞自身蛋白质的合成，从而有利于病毒蛋白质的合成过程。与宿主细胞的RNA聚合酶相比，NSP12的作用为催化以RNA为模板的RNA复制过程，而不是以DNA为模板的转录(RNA聚合酶催化转录过程)。(3) 新冠病毒侵入后，人体内的干扰素等细胞因子对其增殖具有一定的抑制作用，这属于非特异性免疫过程，因为此时干扰素的作用没有特异性。病毒大量增殖可导致体内巨噬细胞等释放致热因子，作用于下丘脑使体温调定点上调，下丘脑神经细胞分泌的促甲状腺激
素释放激素增多，通过促进垂体合成并分泌促甲状腺激素进而促进甲状腺合成并分泌甲状腺激素，而甲状腺激素能促进物质代谢，进而使产热量增加，引起体温上升，这里下丘脑是通过分级调节机制促进甲状腺激素分泌的。(4) ①病毒抗原检测依据抗原和抗体发生特异性结合的原理，该方法表现的优点是操作方便、快速，且可自行检测。②某人抗原检测试纸上的C和T位置出现红色条带，说明样液中有病毒N蛋白，因此表现的结果判定为“阳性”。从图2显示的病程看该个体应处于传染期，这是因为图中的抗原检测与病毒载量的交点处于感染后的5天，对应在传染期，因此，需尽快隔离、确认。③据图2分析，密接者隔离期间需每天进行核酸检测，是因为核酸检测灵敏度高，但感染初期机体内病毒载量低，可能会导致检测不到，因此需要每天检测，从而能及时发现患者。
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