云南省德宏州潞西市芒市中学高中生物必修二导学案：第二单元基因的本质和基因的表达

教学案 主备人：杨晓红
必修二 遗传与进化
考纲展示
人类对遗传物质的探索过程(Ⅱ)
一、复习目标：回顾孟德尔遗传实验的科学方法，知道分离定律的发现及内容，清楚基因与性状的关系。
复习重点：分离定律的发现及内容
复习难点：分离定律的发现及应用
二、课前知识梳理
一、肺炎双球菌的转化实验
1.肺炎双球菌
比较项目种类 S型细菌 R型细菌
菌落 光滑 粗糙
菌体 有多糖类荚膜 无多糖类荚膜
毒性 有毒性,使小鼠患败血症死亡 无毒性
2.格里菲思的体内转化实验
(1)写出下列实验现象
①R型活细菌小鼠不死亡
②S型活细菌小鼠死亡
③加热杀死的S型细菌小鼠不死亡
④小鼠死亡S型活细菌
3.艾弗里的体外转化实验
(1)实验过程
(2)分析实验过程
①只有加入S型细菌的DNA,R型细菌才能转化为S型细菌。
②S型细菌的DNA加入DNA酶后不能使R型活细菌发生转化。
(3)得出实验结论:S型细菌的DNA是“转化因子”,即DNA是遗传物质。
如果把S型细菌的DNA单独注射到小鼠体内,小鼠会死亡吗 为什么
【答案】 不会。因为导致小鼠死亡的原因是S型细菌的大量增殖,单独的S型细菌DNA不会增殖。
　二、噬菌体侵染细菌的实验
1.T2噬菌体
2.实验过程及结果
三、RNA是遗传物质的相关实验
1.实验过程及结果
2.结论:RNA是遗传物质。
四、DNA是主要的遗传物质
DNA是主要的遗传物质,因为绝大多数生物(具有细胞结构的生物和DNA病毒)的遗传物质是DNA,少数生物(RNA病毒)的遗传物质是RNA。
三、典例引领，变式内化
一、肺炎双球菌转化实验
体内转化实验 体外转化实验
实验者 格里菲思 艾弗里及其同事
培养细菌 在小鼠体内 体外培养基
实验原则 R型细菌与S型细菌的毒性对照 S型细菌各成分的作用进行对照
实验结果 加热杀死的S型细菌能使R型细菌转化为S型细菌 S型细菌的DNA能使R型细菌转化为S型细菌
实验结论 S型细菌体内有“转化因子” S型细菌的DNA是遗传物质
巧妙构思 用加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内作为对照实验来说明确实发生了转化 将物质提纯分离后,直接地、单独地观察某种物质在实验中所起的作用
联系 (1)体内转化实验是体外转化实验的基础,体外转化实验是体内转化实验的延伸;(2)两实验都遵循对照原则、单一变量原则
例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。从表可知(　　)
实验组号 接种菌型 加入S型菌物质 培养皿长菌情况
① R 蛋白质 R型
② R 荚膜多糖 R型
③ R DNA R型、S型
④ R DNA(经DNA酶处理) R型
A.①不能证明S型菌的蛋白质不是转化因子
B.②说明S型菌的荚膜多糖有酶活性
C.③和④说明S型菌的DNA是转化因子
D.①~④说明DNA是主要的遗传物质
【解析】 ①中R型菌中加入S型菌的蛋白质,没有S型菌生长,证明蛋白质不是转化因子;②中加入S型菌的荚膜多糖,没有S型菌生长,证明荚膜多糖不是转化因子,无法证明其有无酶活性;③中加入DNA,培养皿中长出了S型菌,证明DNA是转化因子;④中加入经DNA酶处理的DNA,DNA酶分解DNA,无S型菌,进一步证明DNA是转化因子;①~④说明DNA是遗传物质,不能说明DNA是主要的遗传物质。【答案】 C
(1)噬菌体中仅蛋白质中含S,P几乎只存在于DNA分子中,用放射性同位素32P和35S分别标记DNA和蛋白质,可单独地、直接地观察它们的作用。其余元素(C、H、O、N)DNA、蛋白质中都含有,不能用来标记,否则无法判断是DNA还是蛋白质进入细菌中。
(2)侵染时间要合适,过长或过短会使32P组的上清液中出现放射性。原因是部分噬菌体未侵染或子代噬菌体被释放出来。
(3)搅拌要充分,如果搅拌不充分,35S组部分噬菌体与大肠杆菌没有分离,噬菌体与细菌共存于沉淀物中,这样就会造成沉淀物中出现放射性。
例2下面是噬菌体侵染细菌实验的部分实验步骤示意图,对此实验有关叙述正确的是(　　)
A.本实验所使用的被标记的噬菌体是接种在含有35S的培养基中获得的
B.本实验选用噬菌体作实验材料的原因之一是其结构组成只有蛋白质和DNA
C.实验中采用搅拌和离心等手段是为了把DNA和蛋白质分开再分别检测其放射性
D.在新形成的噬菌体中没有检测到35S,说明噬菌体的遗传物质是DNA,而不是蛋白质
例3自从世界上发现了能感染人类的高致病性禽流感病毒(简称禽流感病毒),我国就参与了抗击禽流感的国际性合作,并已经研制出预防禽流感的疫苗且投入生产应用。根据所学知识回答下列问题。
(1)实验室中要获得大量禽流感病毒,不是将病毒直接接种到无细胞的培养基上,而是以活鸡胚为培养基,其原因是　。
(2)实验分析出禽流感病毒的物质组成为蛋白质和RNA,不含DNA,则证明禽流感病毒的遗传物质的最关键的实验设计思路是 　。
(3)请你预测用禽流感病毒的蛋白质和RNA分别感染活鸡胚存在的几种可能性:
①蛋白质与RNA都有遗传效应,说明蛋白质和RNA都是遗传物质;
②　　　　　　　　　　,说明　;
③　　　　　　　　　　,说明　;
④　　　　　　　　　　,说明　。
【解析】 (1)病毒营寄生生活,只有在活细胞内才能生存。(2)证明某生物的遗传物质的关键思路是设法把该生物的各种成分分离开来,单独地、直接地观察每种成分的作用。(3)进行探究性实验的结果预测与结论分析时要考虑各种可能的情况。
【答案】 (1)病毒的繁殖只能在宿主的活细胞中进行
(2)设法将禽流感病毒的蛋白质和RNA分开,单独地、直接地去观察它们各自的作用
(3)②RNA有遗传效应,而蛋白质没有遗传效应　RNA是遗传物质,而蛋白质不是遗传物质　③RNA没有遗传效应,而蛋白质有遗传效应　RNA不是遗传物质,而蛋白质是遗传物质　④蛋白质与RNA都没有遗传效应
RNA和蛋白质都不是遗传物质
四、目标检测
1.一百多年前,人们就开始了对遗传物质的探索历程。对此有关叙述错误的是(　　)
A.孟德尔的豌豆杂交实验证明了遗传因子是DNA
B.在艾弗里肺炎双球菌转化实验中,只有加入S型菌的DNA才会发生转化现象
C.噬菌体侵染细菌实验之所以更有说服力,是因为其蛋白质与DNA能完全分开
D.最初认为遗传物质是蛋白质,是推测氨基酸的多种排列顺序可能蕴含遗传信息
【解析】 孟德尔用豌豆进行杂交实验,发现了基因的分离定律和自由组合定律。【答案】 A
2.用35S标记的T2噬菌体侵染未标记的大肠杆菌,经过一段时间的保温、搅拌、离心后发现放射性主要分布在上清液中,沉淀物的放射性很低,对于沉淀物中还含有少量的放射性的正确解释是(　　)
A.经搅拌与离心后,还有少量含有35S的T2噬菌体吸附在大肠杆菌上
B.离心速度太快,较重的T2噬菌体有部分留在沉淀物中
C.T2噬菌体的DNA分子上含有少量的35S
D.少量含有放射性35S的蛋白质进入大肠杆菌内
【解析】 在该实验中,搅拌离心的目的是将吸附在细菌表面的噬菌体外壳与细菌分开,但是由于技术等原因,经上述处理之后,还是有少量含有35S的T2噬菌体吸附在大肠杆菌上,没有与细菌分开。T2噬菌体没有轻、重之别;在噬菌体的DNA分子上没有35S;侵染细菌时,只有噬菌体的DNA进入细菌内。【答案】 A
3.在肺炎双球菌的转化实验中,在培养有R型细菌的1、2、3、4四支试管中,依次分别加入从S型活细菌中提取的DNA、DNA和DNA酶、蛋白质、多糖,经过培养,检查结果发现试管内仍然有R型细菌的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　
A.3和4 B.1、3和4 C.2、3和4 D.1、2、3和4
【解析】 能引起R型菌向S型菌转化的是DNA,所以当加入S型菌的DNA时,能发生转化现象,但只有一部分细菌发生转化,其余大部分细菌仍为R型菌。【答案】 D
4.如图1为肺炎双球菌的转化实验中的一部分图解,请据图回答问题。
图1
(1)该实验是　　　　(填人名)所做的肺炎双球菌转化实验的图解。
(2)该实验是在　　　　(填人名)的实验基础上进行的。
(3)在对R型菌进行培养之前,必须首先进行的工作是　。
(4)依据上面图解的实验,可以做出　的假设。
(5)为验证上面的假设,设计了如图2所示的实验:
图2
在该实验中加入DNA酶,观察到的实验现象是 　　　　　　　　　　　　。
(6)通过上面两步实验,仍然不能说明　 ,
为此设计了如图3所示的实验:
图3
据此观察到的实验现象是　 ,
该实验能够说明　 。
【解析】 本题考查的是肺炎双球菌的转化实验。艾弗里的肺炎双球菌体外转化实验是在格里菲思的肺炎双球菌体内转化实验的基础上实现的,体外转化实验的前提是分离并提纯S型细菌的DNA、蛋白质、多糖等物质,依次观察各种成分的作用,其假设就是“DNA是遗传物质”。如果加入了DNA酶,DNA被分解,R型菌就不会发生转化。
【答案】 (1)艾弗里(及其同事)
(2)格里菲思
(3)分离并提纯S型菌的DNA、蛋白质、多糖等物质
(4)DNA是遗传物质
(5)培养基中只长R型菌
(6)蛋白质、多糖等不是遗传物质　培养基中只长R型细菌　蛋白质、多糖不是遗传物质
五、分层配餐
A组题
1.关于“肺炎双球菌的转化实验”,下列哪一项叙述是正确的(无荚膜R型细菌不能使小鼠发病;有荚膜S型细菌使小鼠发病) (　　)
A.R型细菌与S型DNA混合后,转化是基因突变的结果
B.用S型细菌的DNA与活R型细菌混合后,可能培养出S型菌落和R型菌落
C.用DNA酶处理S型细菌的DNA后与活R型细菌混合,可培养出S型菌落和R型菌落
D.格里菲思用活R型细菌与死S型细菌混合后注射到小鼠体内,可导致小鼠死亡,这就证明了DNA是遗传物质
【解析】 R型细菌与S型细菌混合后,转化的实质是基因重组;DNA酶将S型细菌的DNA分解,分解后的DNA没有活性,不能使R型细菌转化成S型细菌;格里菲思的实验中,没有将DNA与其他物质分开,所以最终没有证明S型细菌的遗传物质究竟是什么。【答案】 B
2.已知有荚膜的肺炎双球菌可使小鼠患败血症,无荚膜的肺炎双球菌对小鼠无害。请据下列实验回答:从有荚膜的肺炎双球菌中提取出了DNA、蛋白质、多糖等物质,分别加入培养着无荚膜细菌的培养基中,并将培养液注射到小鼠体内,其结果不正确的是(　　)
【解析】 S型菌能使小鼠死亡,使R型菌(无荚膜菌)转化为S型菌(有荚膜菌)的是S型菌的DNA。DNA酶会使DNA水解,故第四组不能使R型菌转化为S型菌,小鼠不会死亡。【答案】 D
3.某实验小组做了两组实验,甲组用35S标记的T2噬菌体去侵染32P标记的细菌;乙组用32P标记的T2噬菌体去侵染35S标记的细菌,则甲、乙两组新产生的众多噬菌体中的元素情况分别为(　　)
A.甲:全部含有32P和35S;乙:部分含有32P和35S
B.甲:部分含有32P,全部含有35S;乙:全部含有32P,全部不含35S
C.甲:全部含有32P,全部不含35S;乙:部分不含32P,全部含有35S
D.甲:部分含有32P,全部不含35S;乙:全部含有32P,全部含有35S
【解析】 子代噬菌体合成所需要的原料(核苷酸、氨基酸)是由细菌提供的。甲组噬菌体的蛋白质外壳被35S标记,细菌被32P标记。被35S标记的噬菌体的蛋白质外壳没有侵入细菌的内部,所以子代噬菌体中没有35S,而合成子代噬菌体DNA的原料中含有32P,所以子代噬菌体中都含有32P。乙组噬菌体的DNA被32P标记,细菌被35S标记。被32P标记的噬菌体的DNA侵入了细菌内部,而合成子代噬菌体DNA的原料中不含32P,所以子代噬菌体中部分含有32P。合成子代噬菌体蛋白质的原料中含35S,所以子代噬菌体的蛋白质外壳中都有35S。【答案】 C
4.肺炎双球菌转化实验中,将加热杀死的S型细菌与R型活细菌相混合后,注射到小鼠体内,在小鼠体内S型、R型细菌含量变化情况如下图所示。下列有关叙述错误的是(　　)
A.在死亡的小鼠体内存在着S型、R型两种类型的细菌
B.曲线ab段下降的原因是大部分R型细菌被小鼠的免疫系统所消灭
C.曲线bc段上升,与S型细菌在小鼠体内增殖导致小鼠免疫力降低有关
D.S型细菌数量从0开始增加到一定值是R型细菌基因突变的结果
【解析】 S型菌从0开始增加到一定值是由于S型菌的DNA片段整合到R型菌DNA中,使R型菌转化为S型菌,为基因重组。【答案】 D
B组题
5.科学家从烟草花叶病毒(TMV)中分离出a、b两个不同品系,它们感染植物产生的病斑形态不同。下列4组实验(见下表)中,不可能出现的结果是(　　)
实验编号 实验过程 实验结果
病斑类型 病斑中分离出的病毒类型
① a型TMV→感染植物 a型 a型
② b型TMV→感染植物 b型 b型
③ 组合病毒(a型TMV的蛋白质+b型TMV的RNA)→感染植物 b型 a型
④ 组合病毒(b型TMV的蛋白质+a型TMV的RNA)→感染植物 a型 a型
A.实验① B.实验② C.实验③ D.实验④
【解析】 组合病毒感染植物后,在其遗传物质的指导下大量繁殖,产生的子代病毒的类型决定于相应的遗传物质。若遗传物质是b型TMV的RNA,分离出的病毒应是b型,病斑类型也是b型。【答案】 C
6.如果用15N、32P、35S标记噬菌体后,让其侵染细菌,在产生子代噬菌体的组成结构成分中,能够找到的放射性元素为(　　)
A.可在外壳中找到15N和35S B.可在DNA中找到15N、32P
C.可在外壳中找到15N D.可在DNA中找到15N、32P、35S
【解析】 噬菌体由DNA和蛋白质两种成分组成,DNA含有磷酸基和含氮碱基,能够标记上15N和32P,而蛋白质含有氨基(—NH2)和甲硫氨酸(含有—SH),能够标记上15N和35S。在噬菌体侵染细菌的过程中,蛋白质外壳留在外面,没有进入噬菌体,只有DNA进入噬菌体,并利用细菌的原料(氨基酸和核苷酸)来合成自身的子代蛋白质外壳和子代DNA,因此,只有在子代噬菌体的DNA中能找到放射性元素:15N、32P。【答案】 B
7.如图所示,病毒甲、乙为两种不同的植物病毒,经病毒重建形成“杂交病毒”丙,用病毒丙侵染植物细胞,在植物细胞内增殖后产生的新一代病毒是(　　)
【解析】 杂交病毒丙是由病毒甲的蛋白质外壳和病毒乙的核酸组装而成的。其在侵染植物细胞时注入的是病毒乙的核酸,并由病毒乙的核酸指导合成病毒乙的蛋白质外壳,因而病毒丙在植物细胞内增殖产生的新一代病毒是病毒乙。【答案】 D
C组题
7.回答下列与噬菌体侵染细菌实验有关的问题。
Ⅰ.1952年,赫尔希和蔡斯利用同位素标记完成了著名的噬菌体侵染细菌的实验,下面是实验的部分步骤:
(1)写出以上实验的部分操作步骤:
第一步:　 。
第二步:　 。
(2)以上实验结果说明:　 。
(3)若要大量制备用35S标记的噬菌体,需先用35S的培养基培养　　　　,再用噬菌体去感染　 　　　　 　。
Ⅱ.在赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验中,用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌,在理论上,上清液中不含放射性,下层沉淀物中具有很高的放射性;而实验的实际最终结果显示:在离心的上层液体中,也具有一定的放射性,而下层的放射性强度比理论值略低。
(1)在赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验中,采用的实验方法是　　　　　　　　。
(2)在理论上,上清液放射性应该为0,其原因是 　。
(3)由于实验数据和理论数据之间有较大的误差,由此对实验过程进行误差分析:
①在实验中,从噬菌体和大肠杆菌混合培养,到用离心机分离,这一段时间如果过长,会使上清液的放射性含量升高,其原因是 　　　 　　　　　　。
②在实验中,如果有一部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内,将　　　　(填“是”或“不是”)误差的来源,理由是　 　　　　　　　　。
(4)噬菌体侵染细菌实验证明了 　 。
(5)上述实验中,　　　　(填“能”或“不能”)用15N来标记噬菌体的DNA,理由是　 。
【答案】 Ⅰ.(1)第一步:用35S标记噬菌体的蛋白质外壳　第二步:把35S标记的噬菌体与细菌混合
(2)T2噬菌体的蛋白质外壳没有进入细菌体内
(3)大肠杆菌　被35S标记的大肠杆菌
Ⅱ.(1)同位素标记法(同位素示踪法)
(2)理论上讲,噬菌体已将含32P的DNA全部注入大肠杆菌内,上清液中只含噬菌体的蛋白质外壳
(3)①噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出来,经离心后分布于上清液中　②是　没有侵入大肠杆菌的噬菌体经离心后分布于上清液中,使上清液出现放射性
(4)DNA是遗传物质
(5)不能　因为在DNA和蛋白质中都含有N元素
教学案 主备人：杨晓红
必修二 遗传与进化
课题　 第二单元　基因的本质和基因的表达
第2讲　DNA分子的结构和复制
基因是有遗传效应的DNA片段
考纲展示
1.DNA分子结构的主要特点(Ⅱ)
2.DNA分子的复制(Ⅱ)
3.基因的概念(Ⅱ)
一、复习目标：认识DNA分子结构的主要特点，知道DNA分子的复制过程，清楚基因的概念。
复习重点：DNA分子的结构特点和复制
复习难点： DNA分子的复制
二、课前知识梳理
一、DNA分子的结构
1.基本单位
①磷酸;②脱氧核糖;③含氮碱基(A、G、C、T);④脱氧核苷酸。
2.平面结构
3.
DNA分子具有哪些特性 【答案】 多样性、特异性、稳定性。
二、DNA分子的复制
概念 指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程
时期 有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期
过程 解旋→以母链为模板按碱基互补配对原则合成子链→子链延伸→亲子链绕成双螺旋
条件 ①模板:DNA的每一条链;②原料:4种游离的脱氧核苷酸;③能量:ATP释放的能量;④酶:解旋酶和DNA聚合酶
结果 1个DNA复制形成2个完全相同的子代DNA
特点 边解旋边复制,半保留复制
精确复制 ①独特的双螺旋结构提供精确模板;②碱基互补配对原则,保证复制准确进行
意义 将遗传信息从亲代传给子代,从而保持了遗传信息的连续性
　　　　①复制的场所:主要场所是细胞核,但在拟核、线粒体、叶绿体中也进行DNA复制。
②外界条件对DNA复制的影响:在DNA复制的过程中,需要酶的催化和ATP供能,凡是影响酶活性的因素和影响细胞呼吸的因素,都会影响DNA的复制。
三、基因——有遗传效应的DNA片段
1.据图①写出基因与染色体的关系:
基因在染色体上呈线性排列。
2.将代表下列结构的字母填入图②中的相应横线上:
a.染色体　b.DNA　c.基因　d.脱氧核苷酸
3.基因的实质:具有遗传效应的DNA片段。
①基因是遗传的基本结构和功能单位,其主要载体是染色体。线粒体和叶绿体中也存在基因。
②原核生物体内也存在基因,但不与蛋白质结合。
三、典例引领，变式内化
例1下图为DNA分子部分结构示意图,以下叙述错误的是(　　)
A.DNA的稳定性与⑤有关 B.④是一个胞嘧啶脱氧核苷酸
C.DNA连接酶可催化⑦键形成 D.加热可以断开⑤键
【解析】 DNA分子由两条反向平行的链构成,两条链之间通过氢键相连,保证了DNA分子的稳定性;从图示看出磷酸基团①不能和②③构成一个胞嘧啶脱氧核苷酸,②③与其下面的磷酸基团构成一个胞嘧啶脱氧核苷酸;DNA连接酶催化磷酸二酯键形成,将两个DNA片段连接成重组DNA分子;加热可以使DNA解旋,断开⑤键。【答案】 B
例2(2012·山东卷,5)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。下列叙述正确的是(　　)
A.该过程至少需要3×105个鸟嘌呤脱氧核苷酸
B.噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶等
C.含32P与只含31P的子代噬菌体的比例为1∶49
D.该DNA发生突变,其控制的性状即发生改变
【解析】 DNA分子中含有的鸟嘌呤脱氧核苷酸(G)的数量是(5 000×2-5 000×2×20%×2)÷2=3 000,复制过程至少需要鸟嘌呤脱氧核苷酸的数量为:3 000×(100-1)=2.97×105;噬菌体增殖过程中的模板来自噬菌体本身;经过多次复制后,含32P的子代噬菌体为2个,所以含32P与只含31P的子代噬菌体的比例为2∶(100-2)=1∶49;DNA突变后由于密码子的简并性等原因,其控制合成的蛋白质分子结构不一定发生变化,性状也就不一定发生变化。【答案】 C
变式训练：某双链DNA分子含有400个碱基,其中一条链上A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4。下列表述错误的是(　　)
A.该DNA分子的一个碱基改变,不一定会引起子代性状的改变
B.该DNA分子连续复制两次,需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸120个
C.该DNA分子中4种碱基的比例为A∶T∶G∶C=3∶3∶7∶7
D.该DNA分子中的碱基排列方式共有4200种
【解析】 由题干知,A+T=400×30%=120,G+C=400×70%=280,推知∶T∶C∶G=3∶3∶7∶7;DNA复制两次需腺嘌呤脱氧核苷酸(22-1)×120×=180个;400个碱基,有碱基对200个,DNA分子中碱基的排列方式为4200种;DNA分子中一个碱基改变,其改变的密码子决定的氨基酸不一定改变,且若改变的碱基在非编码蛋白质的区段,也不改变性状。【答案】 B
例3科学家在研究DNA分子复制方式时进行了如下的实验研究(已知培养用的细菌大约每20 min分裂一次,产生子代,实验结果见相关图示)
实验一:细菌破碎细菌细胞提取DNA结果A
实验二:细菌破碎细菌细胞提取DNA结果B
(1)实验一、实验二的作用是　 。
(2)从结果C、D看,DNA复制具有　　　　的特点。根据这一特点,理论上结果E中含14N的DNA分子所占比例为　　　　。
(3)复制过程除需要模板DNA、脱氧核苷酸外,还需要　　　　等条件。
(4)若对结果C中的DNA分子先用解旋酶处理,然后再离心,结果为F,请在图中表示出。
(5)若某次实验的结果中,结果C比以往实验结果所呈现的带略宽,可能的原因是新合成DNA单链中的N尚有少部分为　　　　。
【解析】 (1)实验一是在14N培养基上培养,结果A是轻带。实验二是在15N培养基上培养,结果B是重带。这两个实验作为半保留复制的对照实验。
(2)从结果C、D看,DNA复制具有半保留复制的特点。E是培养60 min得到的结果,一个周期是20 min。因此是复制了三次,只有2个DNA分子含有15N,每个DNA分子都含有14N。
(3)DNA复制的基本条件包括模板、酶、ATP和四种脱氧核苷酸。
(4)结果C形成的DNA中一条链含有15N,一条链含有14N。用解旋酶处理后,离心形成了两条带,一条带是重链,一条带是轻链。
(5)实验结果C比原来略宽,很可能是新合成的DNA单链中的N尚有少部分为15N。
【答案】 (1)对照 (2)半保留复制　100% (3)酶、能量
(4)见右图(图中应显示两条带分别处于轻链和重链位置须注明何种DNA单链)
(5)15N
四、目标检测
1.(2012·福建卷,5)双脱氧核苷酸常用于DNA测序,其结构与脱氧核苷酸相似,能参与DNA的合成,且遵循碱基互补配对原则。DNA合成时,在DNA聚合酶作用下,若连接上的是双脱氧核苷酸,子链延伸终止;若连接上的是脱氧核苷酸,子链延伸继续。在人工合成体系中,有适量的序列为GTACATACATG的单链模板、胸腺嘧啶双脱氧核苷酸和4种脱氧核苷酸。则以该单链为模板合成出的不同长度的子链最多有(　　)
A.2种　　　　B.3种　　　　C.4种　　　　D.5种
【解析】 DNA复制过程中,胸腺嘧啶与腺嘌呤互补配对。单链模板中有四处为腺嘌呤脱氧核苷酸,所以若原料中有胸腺嘧啶双脱氧核苷酸分别与之配对时就会出现四种不同长度的子链,若复制时胸腺嘧啶双脱氧核苷酸恰好没有参与到子链的形成过程中,这样就会合成出最长的子链,因此以该单链为模板合成出不同长度的子链最多有5种。【答案】 D
2.(2011·江苏卷,1)下列物质合成时,需要模板的是(　　)
A.磷脂和蛋白质 B.DNA和酶 C.性激素和胰岛素 D.神经递质和受体
【解析】 磷脂是由甘油、脂肪酸和磷酸等所组成的分子,磷脂分子的合成不需要模板;DNA的复制和蛋白质(胰岛素、受体)的合成都需要模板,酶的化学本质是蛋白质或RNA,二者合成时都需要模板;性激素的化学本质是固醇,合成不需要模板;神经递质的种类很多,主要有乙酰胆碱、多巴胺、肾上腺素、5羟色胺、氨基酸类(如谷氨酸、天冬氨酸、甘氨酸等)、一氧化氮等,合成也不需要模板。【答案】 B
3.(2011·上海卷,16)在一个细胞周期中,DNA复制过程中的解旋发生在(　　)
A.两条DNA母链之间 B.DNA子链与其互补的母链之间
C.两条DNA子链之间 D.DNA子链与其非互补母链之间
【解析】 DNA解旋是氢键的断裂,发生于两条母链之间。【答案】 A
4.(2010·上海卷,4)细胞内某一DNA片段中有30%的碱基为A,则该片段中(　　)
A.G的含量为30% B.U的含量为30% C.嘌呤含量为50% D.嘧啶含量为40%
【解析】 A=30%,则T=30%,C+G=40%,C=G=20%。DNA分子中嘌呤数=嘧啶数=50%,DNA中无U。【答案】 C
5.根据DNA分子结构模式图,回答下列问题。
(1)写出①~⑥的名称:
①　　　　;②　　　　;③　　　　;④　　　　;⑤;⑥　　　　。
(2)分析这种结构的主要特点:
Ⅰ.构成DNA分子的两条链按　　　　盘旋成双螺旋结构。
Ⅱ.DNA分子的基本骨架由　　　　　　　　而成。
Ⅲ.DNA分子两条链上的碱基通过　　　　连接成碱基对,并且遵循　　　　　　原则。
(3)DNA分子中的碱基有　　　　种,碱基间配对方式有　　　　种,但由于　　　　　　　　　　　,使DNA分子具有多样性;由于　　　　　　　　　　,使DNA分子具有特异性。
【解析】 (1)根据脱氧核苷酸的结构及碱基互补配对原则可依次推断出①~⑥的名称。
(2)根据DNA的立体结构可知,DNA分子的两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构,其外侧是由脱氧核糖和磷酸交替连接形成的基本骨架;内侧是通过氢键连接而成的碱基对,碱基对的形成严格遵循碱基互补配对原则。
(3)DNA分子中的碱基共4种,配对方式共2种,即A—T、G—C,由于碱基对排列顺序的千变万化,构成了DNA分子的多样性,而碱基对的特定的排列顺序,又构成了每一个DNA分子的特异性。
【答案】 (1)胸腺嘧啶　胞嘧啶　腺嘌呤　鸟嘌呤　脱氧核糖　磷酸
(2)反向平行　脱氧核糖与磷酸交替连接　氢键　碱基互补配对
(3)4　2　不同DNA分子中碱基对排列顺序的千变万化　每个DNA分子具有特定的碱基对排列顺序
五、分层配餐
A组题
1.豌豆的高茎基因(D)与矮茎基因(d)的根本区别是(　　)
A.基因D能控制显性性状,基因d能控制隐性性状 B.基因D、基因d所含的密码子不同
C.4种脱氧核苷酸的排列顺序不同 D.在染色体上的位置不同
【解析】 高茎基因(D)与矮茎基因(d)所含的遗传信息不同,脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息。【答案】 C
2.如图表示发生在细胞核内的某生理过程,其中a、b、c、d表示脱氧核苷酸链。以下说法正确的是(　　)
A.此过程需要ATP和尿嘧啶核糖核苷酸
B.真核细胞中此过程发生的唯一场所是细胞核
C.b中(A+G)/(T+C)的比值一定与c中的相同
D.正常情况下a、d链都应该到不同的细胞中去
【解析】 由图知,此过程为DNA复制,真核细胞中,场所除细胞核外,还有线粒体、叶绿体;b与c中的碱基是互补的;DNA合成不需要U。【答案】 D
3.用14C标记某噬菌体DNA,然后再侵染细菌,若细菌破裂后共释放出32个噬菌体,则这些噬菌体中有几个不含14C (　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　
A.8 B.16 C.30 D.32
【解析】 一个噬菌体只有一个双链DNA分子,在复制之后,原来的两条链分别进入到两个子代DNA分子中,剩下的30个噬菌体中都不含14C。【答案】 C
4.DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序能决定的是(　　)
①DNA分子的多样性　②DNA分子的特异性　③遗传信息　④密码子的排列顺序　⑤DNA分子的稳定性
A.③④⑤ B.①②③④ C.①②③⑤ D.①②④
【解析】 DNA的稳定性主要取决于DNA分子的双螺旋结构。DNA的脱氧核苷酸的排列顺序通过转录决定了mRNA上密码子的排列顺序。【答案】 B
B组题
5.关于DNA分子结构的叙述,不正确的是(　　)
A.每个DNA分子一般都含有四种脱氧核苷酸
B.DNA分子中的碱基、磷酸、脱氧核苷酸、脱氧核糖的数目是相等的
C.每个脱氧核糖上均连着一个磷酸和一个碱基
D.双链DNA分子中的一段,如果有40个腺嘌呤,就一定同时含有40个胸腺嘧啶
【解析】 DNA中的每个脱氧核糖上大多连着两个磷酸和一个碱基,但每一条链的一端均有一个脱氧核糖只连着一个磷酸和一个碱基。【答案】 C
6.下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法,不正确的是(　　)
A.在DNA分子结构中,与脱氧核糖直接相连的一般是一个磷酸和一个碱基
B.基因是具有遗传效应的DNA片段,一个DNA分子上可含有成百上千个基因
C.一个基因含有许多个脱氧核苷酸,基因的特异性是由脱氧核苷酸的排列顺序决定的
D.染色体是DNA的主要载体,一条染色体上含有1个或2个DNA分子
【解析】 在DNA分子结构中一个脱氧核糖连接一个碱基,但磷酸则是多数连着两个,因为脱氧核苷酸是相连的,脱氧核糖与磷酸交替连接形成基本的骨架结构,只有DNA的两端有两个脱氧核糖只连着一个磷酸。【答案】 A
7.已知某DNA分子中,G与C之和占全部碱基总数的35.8%,其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%,则在它的互补链中,T和C分别占该链碱基总数的(　　)
A.32.9%和17.1% B.31.3%和18.7% C.18.7%和31.3% D.17.1%和32.9%
【解析】 由于整个DNA分子中G+C=35.8%,则每条链中G+C=35.8%,A+T=64.2%;由于其中一条链中T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%,由此可以求出该链中,G=18.7%,A=31.3%,则其互补链中T和C分别占该链碱基总数的31.3%和18.7%。【答案】 B
8.有关真核细胞DNA分子的复制,下列叙述正确的是(　　)
A.真核细胞的DNA复制一定发生在细胞核中
B.ATP经两次水解产生的AMP是DNA复制的原料
C.DNA复制只以一条链为模板,所以是半保留复制
D.复制后产生的两个子代DNA分子共含有4个游离的磷酸基团
【解析】 DNA的复制也可以发生在线粒体、叶绿体中,故A项错误;AMP是腺嘌呤核糖核苷酸,是构成RNA的原料,不是构成DNA的原料,故B项错误;DNA复制是以DNA的两条链为模板,故C项错误;DNA的双链是反向平行排列的,每条链上都有一个游离的磷酸基团未与另一个脱氧核苷酸形成磷酸二酯键,从而使得每个双链DNA分子上都有两个游离的磷酸基团,故DNA复制产生的两个子代DNA分子共含有4个游离的磷酸基团,因而D项正确。【答案】 D
9.下图为真核细胞内某基因(15N标记)的结构示意图,该基因全部碱基中A占20%。下列说法正确的是(　　)
A.该基因一定存在于细胞核内的染色体DNA上
B.该基因的一条核苷酸链中(C+G)/(A+T)为3∶2
C.DNA解旋酶只作用于①部位
D.将该基因置于14N培养液中复制3次后,含15N的DNA分子占1/8
【解析】 真核细胞中的DNA主要存在于细胞核内的染色体中,少量存在于线粒体、叶绿体中。由双链DNA中A(腺嘌呤)占20%,且DNA中A=T、C=G可知,C+G=100%-(A+T)=60%,故该基因中(C+G)/(A+T)=3∶2=该基因一条核苷酸链中(C+G)/(A+T)。DNA解旋酶破坏的是碱基对之间的氢键(即②)。15N标记的DNA在14N培养液中培养,复制3次后,含15N的DNA占2/23=1/4。
【答案】 B
10.某个DNA片段由500对碱基组成,A+T占碱基总数的34%,若该DNA片段复制2次,共需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸分子个数为(　　)
A.330 B.660 C.990 D.1 320
【解析】 先计算出1个DNA含胞嘧啶的数目:A+T=500×2×34%=340,G+C=500×2-340=660,C=G=330。DNA复制2次得到4个DNA分子,共含C的数目为330×4=1 320。由于DNA是半保留复制,4个DNA分子中含有亲代的2条链(相当于1个DNA分子),在复制过程中消耗了游离的胞嘧啶脱氧核苷酸分子个数为1 320-330=990。【答案】 C
C组题
11.下图为真核细胞DNA复制过程模式图,请根据图示过程,回答问题。
(1)由图示得知,1个DNA分子复制出乙、丙2个DNA分子,其方式是　　　　。
(2)解旋酶能使双链DNA解开,但需要细胞提供　　　　。
(3)叶肉细胞中DNA复制的场所是　　　　。
(4)若一个卵原细胞的一条染色体上的β珠蛋白基因在复制时,一条脱氧核苷酸链中一个A替换成T,则由该卵原细胞产生的卵细胞携带该突变基因的概率是　　　　。
【解析】 (1)DNA的复制方式是半保留复制。(2)复制过程中需要ATP供能。(3)叶肉细胞中DNA复制在细胞核、叶绿体和线粒体中进行。(4)该染色体及其同源染色体上的两个DNA分子共有4条脱氧核苷酸链,其中一条链上有碱基发生替换,所以以此链为模板合成的DNA分子发生了基因突变,而以其他3条链为模板合成的DNA分子正常。这4个DNA分子进入卵细胞的几率是相同的,所以卵细胞携带该突变基因的概率是1/4。
【答案】 (1)半保留复制　(2)能量(ATP)　(3)细胞核、线粒体和叶绿体　(4)1/4
12.将双链DNA在中性盐溶液中加热,两条DNA单链分开,叫做DNA变性。变性后的DNA如果慢慢冷却,又能恢复成为双链DNA,叫做退火。
14Nα
15Nβ
图1 图2
(1)低温条件下DNA不会变性,说明DNA有　　　　的特点,从结构上分析原因有:外侧　　,内侧碱基对遵循　　　　原则。
(2)DNA变性时脱氧核苷酸分子间的共价键不受影响,而　　　　被打开。如果在细胞内,正常DNA复制过程中需要　　　　作用。
(3)部分DNA完全解旋成单链所需的温度明显高于其他DNA,其最可能的原因是　 。
(4)大量如图1中N元素标记的DNA在变性后的退火过程中会形成　　　　种DNA,离心后如图2,则位于　　　　链位置上。
(5)如果图1中α链中A和T的比例和为46%,则DNA分子中A和C的和所占比例为　　　　。
【解析】 (1)DNA在低温条件下不解旋,说明DNA具有一定的稳定性。这是建立在DNA分子结构特点上的,外侧有磷酸和脱氧核糖交替连接形成的骨架结构,内侧的碱基对之间形成的氢键使两条单链稳定相连。
(2)DNA解旋使单链间的氢键分开,在细胞内解旋酶可使DNA解旋。
(3)G和C之间有3个氢键,A和T之间有2个氢键,两条单链间的氢键越多,结构越稳定。
(4)α链只能与β链碱基互补配对形成DNA,所以退火过程中只能形成1种DNA,属于中链。
(5)DNA中因为A=T,G=C,所以DNA分子中,A和C的和占的比例为50%。
【答案】 (1)稳定性　由磷酸和脱氧核糖交替连接形成基本骨架结构　碱基互补配对
(2)碱基对间的氢键　解旋酶
(3)该DNA中G和C形成的碱基对的比例较高,结构比较稳定
(4)1　中　(5)50%
13.在正常情况下,细胞内完全可以自主合成组成核酸的核糖和脱氧核糖。某细胞系由于发生基因突变而不能自主合成核糖和脱氧核糖,必须从培养基中摄取。为验证DNA分子复制的原料是脱氧核苷酸,而不是核糖核苷酸,现提供如下实验材料,请你完成实验方案。
(1)实验目的:验证DNA分子复制的原料是脱氧核苷酸,而不是核糖核苷酸。
(2)实验材料:突变细胞系、基本培养基、核糖核苷酸、14C—核糖核苷酸、脱氧核苷酸、14C—脱氧核苷酸、放射性探测显微仪等。
(3)实验原理:
①DNA主要分布在　　　　　中,其基本组成单位是　　　　;
②RNA主要分布在　　　　　中,其基本组成单位是　　　　。
(4)实验步骤:
第一步:编号。取基本培养基两个,编号为甲、乙。
第二步:设置对比实验。在培养基甲中加入适量的核糖核苷酸和14C—脱氧核苷酸,在培养基乙中加入等量的　　　　　　　　　　。
第三步:培养。在甲、乙培养基中分别接种等量的突变细胞系,放到　　　　培养一段时间,让细胞增殖。
第四步:观察。分别取出培养基甲、乙中的细胞,用放射性探测显微仪探测观察　。
(5)预期结果:
①培养基甲中　 ;
②培养基乙中　 。
(6)实验结论:　 。
【解析】 DNA主要分布于细胞核,RNA主要分布于细胞质,DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸,RNA的基本单位是核糖核苷酸。要验证DNA复制的原料是脱氧核苷酸,可根据被标记的脱氧核苷酸在细胞的分布情况来判断。
【答案】 (3)①细胞核　脱氧核苷酸　②细胞质　核糖核苷酸
(4)第二步:14C—核糖核苷酸和脱氧核苷酸　第三步:适宜的相同环境中　第四步:细胞核和细胞质的放射性强弱
(5)①细胞的放射性部位主要在细胞核　②细胞的放射性部位主要在细胞质
(6)DNA分子复制的原料是脱氧核苷酸,而不是核糖核苷酸
教学案 主备人：杨晓红
必修二 遗传与进化
课题　 第二单元　基因的本质和基因的表达
第3讲　基因的表达
考纲展示
1.遗传信息的转录和翻译(Ⅱ)
2.基因与性状的关系(Ⅱ)
一、复习目标：清楚基因与性状的关系，知道遗传信息的转录和翻译过程。
复习重点：遗传信息的转录和翻译
复习难点：遗传信息的转录和翻译
二、课前知识梳理
一、遗传信息的转录和翻译
1.RNA的结构和种类
(1)基本单位:核糖核苷酸。
(2)结构:一般是单链。
(3)种类
　2.转录和翻译
过程 ① ②
名称 转录 翻译
场所 主要是细胞核 细胞质中的核糖体上
模板 DNA的一条链 mRNA
原料 4种游离的核糖核苷酸 20种氨基酸
产物 RNA 有一定氨基酸排列顺序的蛋白质
二、基因、蛋白质与性状的关系
1.中心法则
中心法则概括了遗传信息传递的全过程,图示如下:
2.基因控制性状
三、典例引领，变式内化
一、DNA复制、转录、翻译的比较
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
原料 4种脱氧核苷酸 4种核糖核苷酸 20种氨基酸
条件 解旋酶、DNA聚合酶、能量 RNA聚合酶、能量 酶、能量、tRNA
产物 2个双链DNA 1条单链RNA 多肽链
模板去向 分别进入两个子代DNA分子中 恢复原样,重新组成双螺旋结构 水解成单个核糖核苷酸
特点 边解旋边复制、半保留复制 边解旋边转录 1条mRNA上同时结合多个核糖体合成多条肽链
遗传信息的传递 DNA→DNA DNA→mRNA mRNA→蛋白质
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
意义 传递遗传信息 表达遗传信息,使生物表现出各种性状
联系
例1(2012·安徽卷,5)图示细胞内某些重要物质的合成过程。该过程发生在(　　)
A.真核细胞内,一个mRNA分子上结合多个核糖体同时合成多条肽链
B.原核细胞内,转录促使mRNA在核糖体上移动以便合成肽链
C.原核细胞内,转录还未结束便启动遗传信息的翻译
D.真核细胞内,转录的同时核糖体进入细胞核启动遗传信息的翻译
【解析】 据图可知,转录和翻译过程同时进行,由此判断该过程发生在原核细胞内。真核细胞细胞核内转录完成后,初始转录的mRNA经加工修饰后通过核孔进入细胞质,与核糖体结合完成翻译过程,转录和翻译不能同时进行。转录是核糖体沿mRNA移动合成肽链的过程。【答案】 C
原核细胞和真核细胞中基因的表达过程不同。原核细胞没有核膜的阻隔,基因的表达是一个边转录边翻译的过程,而真核细胞只能先转录后翻译。
例2下列关于遗传信息和遗传密码在核酸中的位置及碱基构成的叙述中,正确的是(　　)
A.遗传信息位于mRNA上,遗传密码位于DNA上,碱基构成相同
B.遗传信息位于DNA上,遗传密码位于mRNA、tRNA或rRNA上,碱基构成相同
C.遗传信息和遗传密码都位于DNA上,碱基构成相同
D.遗传信息位于DNA上,遗传密码位于mRNA上,碱基构成不同
【解析】 遗传信息是DNA分子上脱氧核苷酸的排列顺序。RNA分为mRNA、tRNA和rRNA,mRNA上具有密码子,tRNA具有运载氨基酸的作用。构成DNA的碱基是A、T、G、C,构成RNA的碱基是A、U、G、C,故它们的碱基构成不同。【答案】 D
二、基因与性状的关系
1.中心法则的理解与分析
(1)所有生物的中心法则
(2)具有细胞结构的生物及噬菌体等DNA病毒的中心法则
(3)烟草花叶病毒等大部分RNA病毒的中心法则
(4)HIV等逆转录病毒的中心法则
2.基因对性状的控制途径
直接途径 间接途径
方式 基因通过控制“蛋白质的结构”直接控制生物性状 基因通过控制“酶”的合成来控制代谢过程进而控制生物性状
图解
例31983年科学家证实,引起艾滋病的人类免疫缺陷病毒(HIV)是一种逆转录病毒。下列正确表示HIV感染人体过程的“遗传信息流”示意图是(　　)
【解析】 HIV是以RNA为遗传物质的病毒,能控制宿主细胞合成逆转录酶,以RNA为模板逆转录成DNA,该DNA又和人体细胞核内的DNA整合在一起,整合后的HIV DNA分子在人体细胞又可以复制,还可以转录出RNA,以RNA为模板翻译成病毒的蛋白质。该DNA转录而来的RNA可作为HIV的遗传物质。该病毒无法控制宿主细胞合成RNA复制酶,故HIV的RNA不能复制。【答案】 D
四、目标检测
1.(2012·课标全国卷,1)同一物种的两类细胞各产生一种分泌蛋白,组成这两种蛋白质的各种氨基酸含量相同,但排列顺序不同。其原因是参与这两种蛋白质合成的(　　)
A.tRNA种类不同 B.mRNA碱基序列不同
C.核糖体成分不同 D.同一密码子所决定的氨基酸不同
【解析】 在任何细胞中tRNA的种类都是相同的;核糖体的成分也是相同的,都是由蛋白质和rRNA组成的;同一种密码子决定的氨基酸是相同的; 同一物种的不同细胞中,由于遗传信息的执行情况不同,即基因的选择性表达,导致不同细胞中基因转录出的mRNA不同。【答案】 B
2.(2011·江苏卷,7)关于转录和翻译的叙述,错误的是(　　)
A.转录时以核糖核苷酸为原料
B.转录时RNA聚合酶能识别DNA中特定碱基序列
C. mRNA在核糖体上移动翻译出蛋白质
D.不同密码子编码同种氨基酸可增强密码的容错性
【解析】 转录是以DNA为模板合成RNA的过程,以4种核糖核苷酸为原料。基因的首端有一段特定碱基序列,是RNA聚合酶识别和结合的部位,叫做启动子;基因的尾端有终止子,使转录在所需要的地方停止。翻译是以mRNA为模板合成蛋白质的过程,核糖体与mRNA结合,在起始密码子处开始翻译,随后核糖体沿着mRNA不断移动读取后面的密码子,直至读取到终止密码,合成才终止。密码子具有简并性,即同一种氨基酸可能有几个密码子,可增强密码的容错性。【答案】 C
3.(2010·天津卷,2)根据下表中的已知条件,判断苏氨酸的密码子是(　　)
DNA双链
T G
mRNA
tRNA反密码子 A
氨基酸 苏氨酸
A.TGU B.UGA C.ACU D.UCU
【解析】 由表格信息无法直接确定转录的模板链,由DNA两链间、模板链与mRNA间、mRNA与反密码子间均遵循碱基互补配对原则及密码子位于mRNA上可确定苏氨酸的密码子可能为ACU或UGU。【答案】 C
4.(2010·江苏卷,34)铁蛋白是细胞内储存多余Fe3+的蛋白,铁蛋白合成的调节与游离的Fe3+、铁调节蛋白、铁应答元件等有关。铁应答元件是位于铁蛋白mRNA起始密码上游的特异性序列,能与铁调节蛋白发生特异性结合,阻遏铁蛋白的合成。当Fe3+浓度高时,铁调节蛋白由于结合Fe3+而丧失与铁应答元件的结合能力,核糖体能与铁蛋白mRNA一端结合,沿mRNA移动,遇到起始密码后开始翻译(如下图所示)。回答下列问题:
(1)图中甘氨酸的密码子是　　　　,铁蛋白基因中决定“”的模板链碱基序列为　　 。
(2)Fe3+浓度低时,铁调节蛋白与铁应答元件结合干扰了　　　　　　　　　　　　　　,从而抑制了翻译的起始;Fe3+浓度高时,铁调节蛋白由于结合Fe3+而丧失与铁应答元件的结合能力,铁蛋白mRNA能够翻译。这种调节机制既可以避免　　　　对细胞的毒性影响,又可以减少　　　　　　　　　　。
3)若铁蛋白由n个氨基酸组成,指导其合成的mRNA的碱基数远大于3n,主要原因是　。
(4)若要改造铁蛋白分子,将图中色氨酸变成亮氨酸(密码子为UUA、UUG、CUU、CUC、CUA、CUG),可以通过改变DNA模板链上的一个碱基来实现,即由　　　　。
【解析】 (1)肽链合成过程中每结合一个氨基酸,核糖体就向右移3个碱基的距离,由图可知甘氨酸的密码子应为GGU,“”的对应mRNA碱基序列应:…GGUGACUGG…,所以相应基因模板链的序列为…CCACTGACC…,也可以是…CCAGTCACC…(转录方向与前者相反)。(2)由题干信息看出,Fe3+浓度低时,铁调节蛋白与铁应答元件结合干扰了核糖体与mRNA的结合,并且影响核糖体的移动。(3)因mRNA上存在应答元件和终止密码等不对应氨基酸的碱基序列,故mRNA上碱基数远大于氨基酸数的3倍。(4)比较色氨酸和亮氨酸的密码子,色氨酸(UGG)与亮氨酸(UUG)只有一个碱基的差别,将色氨酸变成亮氨酸可以通过改变DNA模板链上的一个碱基来实现,故DNA上的变化为C→A。
【答案】 (1)GGU　…CCACTGACC…(…CCAGTCACC…)
(2)核糖体在mRNA上的结合与移动　Fe3+　细胞内物质和能量的浪费
(3)mRNA两端存在不翻译的序列 (4)C→A
五、分层配餐
A组题
1.如图所示,给以适宜的条件各试管均有产物生成,则能生成DNA的试管是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　
A.a和d B.b和c C.只有b D.只有c
【解析】 由图示每支试管中所加入的物质可判断每支试管内所模拟的生理过程,即a为DNA复制,b为转录,c为RNA复制,d为逆转录,e为蛋白质合成(翻译)。能产生DNA的是DNA复制和逆转录过程。【答案】 A
2.下列细胞结构中,存在碱基互补配对现象的有(　　)
①细胞核　②中心体　③线粒体　④叶绿体　⑤核糖体
A.①③⑤ B.①②④ C.①②③④ D.①③④⑤
【解析】 细胞核中的染色体上有DNA,可进行自我复制与转录;线粒体、叶绿体中的DNA可复制、转录,也可翻译成蛋白质;核糖体上,mRNA上的密码子可与tRNA上的反密码子配对。DNA复制、转录、翻译均存在碱基互补配对现象。【答案】 D
3.下图表示在人体细胞核中进行的某一生命过程,据图分析,下列说法正确的是(　　)
A.该过程共涉及5种核苷酸 B.在不同组织细胞中该过程的产物无差异
C.该过程需要解旋酶和DNA聚合酶 D.该过程涉及碱基互补配对和ATP的消耗
【解析】 由图中的游离碱基U可以判断出,该过程是转录过程,不需要DNA聚合酶,图中共有8种核苷酸,该过程属于基因表达的步骤,不同组织细胞中表达基因是不同的。【答案】 D
4.右图表示生物体内遗传信息的传递和表达过程,下列叙述错误的是(　　)
A.②④过程分别需要RNA聚合酶、逆转录酶
B.①②③过程均可在细胞核中进行;④过程发生在某些病毒细胞内
C.把DNA放在含15N的培养液中进行①过程,子一代含15N的DNA占100%
D.①②③均遵循碱基互补配对原则,但碱基配对的方式不完全相同
【解析】 ③过程在细胞质中进行;④过程发生在某些病毒寄生的宿主细胞内,病毒没有细胞结构。【答案】 B
5.在一个DNA分子中,腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基数目的54%,其中一条链中鸟嘌呤与胸腺嘧啶分别占该链碱基总数的22%和28%,则由该链转录的信使RNA中鸟嘌呤与胞嘧啶分别占碱基总数的(　　)
A.24%、22% B.22%、28% C.26%、24% D.23%、27%
【解析】 根据碱基互补配对原则,由双链DNA中 A+T=54%,知G+C=46%。因为A与T配对,G与C配对,所以在一条单链上也存在A+T=54%,G+C=46%。又已知该条链上G=22%,所以C=24%。由该链转录得到的mRNA中 C=22%,G=24%。【答案】 A
B组题
6.右图代表的是某种转运RNA,对此分析错误的是(　　)
A.转运RNA含有五种化学元素、有四种含氮碱基
B.图中碱基发生突变,一定会引起蛋白质结构的变异
C.决定谷氨酸的密码子之一为GAG
D.该结构参与蛋白质合成中的翻译过程
【解析】 题图所示为转运RNA,含有C、H、O、N、P五种元素,有A、C、G、U四种含氮碱基。转运谷氨酸的一种tRNA上的反密码子为CUC,所以决定谷氨酸的密码子之一为GAG。转运RNA在翻译中运输氨基酸。图中碱基发生突变,不会引起遗传信息的改变,蛋白质结构不会改变。
【答案】 B
7.结合以下图表分析,有关说法正确的是(　　)
抗菌药物 抗菌机理
青霉素 抑制细菌细胞壁的合成
环丙沙星 抑制细菌DNA解旋酶的活性(可促进DNA螺旋化)
红霉素 能与核糖体结合
利福平 抑制RNA聚合酶的活性
A.环丙沙星和红霉素分别抑制细菌的①和③ B.青霉素和利福平能抑制DNA的复制
C.结核杆菌的④和⑤都发生在细胞质中 D. ①~⑤可发生在人体健康细胞中
【解析】 青霉素结构与细菌细胞壁的成分近似,可阻碍肽聚糖的形成,造成细胞壁的缺损,与中心法则没有直接关系。环丙沙星抑制细菌DNA解旋酶的活性,使DNA不能解旋,抑制了DNA的复制,即①过程。红霉素能与核糖体结合,使信使RNA不能与核糖体结合,抑制了翻译过程,即③过程。利福平抑制RNA聚合酶的活性,能抑制转录过程,即②过程。结核杆菌只能进行①②③过程。人体健康细胞中不发生④⑤过程。【答案】 A
8.下图为原核细胞中转录、翻译的示意图。据图判断,下列描述中不正确的是(　　)
A.图中显示了多条正在合成的多肽链 B.转录尚未结束,翻译即已开始
C.多个核糖体共同完成一条多肽链的翻译 D.一个基因在短时间内可表达出多条多肽链
【解析】 从图中可以看出,一条DNA模板链正在同时进行多个mRNA的转录过程,在每条转录出来的mRNA 上又附着多个核糖体同时进行着多次翻译。每个核糖体都单独翻译出一条多肽链,因此,有多少个核糖体结合到mRNA上,就能合成出多少条多肽链。【答案】 C
9.关于RNA的叙述,错误的是(　　)
A.少数RNA具有生物催化作用
B.真核细胞内mRNA和tRNA都是在细胞质中合成的
C. mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基称为密码子
D.细胞中有多种tRNA,一种tRNA只能转运一种氨基酸
【解析】 少数RNA是酶,具有催化作用;大多数RNA是在细胞核中转录来的;tRNA有61种,一种tRNA只能转运一种氨基酸。【答案】 B
10.人类的白化病和苯丙酮尿症是由于代谢异常引起的疾病。下图表示在人体代谢中产生这两类疾病的过程,由图中不能得出的结论是(　　)
A.基因可以通过控制蛋白质的结构来控制生物的性状
B.基因可以通过控制酶的合成来控制生物的性状
C.一个基因可以控制多种性状 D.一种性状可以由多个基因控制
【解析】 由图可以看出,苯丙酮酸、多巴胺和黑色素的异常与酶的合成直接相关,而酶的合成是由基因控制的;若基因1发生变化,则多巴胺和黑色素的合成都会受到影响;多巴胺和黑色素的合成也都受到多个基因的控制。【答案】 A
11.已知AUG、GUG为起始密码子,UAA、UGA、UAG为终止密码子。某原核生物的一个信使RNA碱基排列顺序如下:A—U—U—C—G—A—U—G—A—C……(40个碱基)……C—U—C—U—A—G—A—U—C—U,此信使RNA控制合成的蛋白质含氨基酸的个数为(　　)
A.20个 B.15个 C.16个 D.18个
【解析】 先找到起始密码子(AUG),再找到终止密码子(UAG),中间一共45个碱基,对应15个密码子,决定15个氨基酸,起始密码子决定一个氨基酸,终止密码子不决定氨基酸。
【答案】 C
12.下图示基因的作用与性状的表现之间的关系。下列相关的叙述,正确的是(　　)
A.①过程与DNA复制的共同点,都是以DNA单链为模板,在DNA聚合酶的作用下进行
B.③过程直接需要的物质或结构有mRNA、氨基酸、tRNA、核糖体、酶、ATP
C.人的镰刀型细胞贫血症是通过蛋白质间接表现,苯丙酮尿症是通过蛋白质直接表现
D.HIV和大肠杆菌的T2噬菌体都可以在人体细胞内进行①③这两个基本过程
【解析】 ①过程是转录,是以DNA一条链为模板,在RNA聚合酶的作用下进行;T2噬菌体的宿主细胞是大肠杆菌细胞,不能侵染人体细胞;苯丙酮尿症是患者体内某种酶的合成受阻导致的,是基因通过控制酶的合成来控制代谢过程进而控制蛋白质合成。【答案】 B
13.下列有关遗传信息传递过程的叙述,错误的是(　　)
A.DNA复制、转录及翻译过程都遵循碱基互补配对原则
B.核基因转录形成的mRNA穿过核孔进入细胞质中参与翻译过程
C.DNA复制、转录和翻译的原料依次是脱氧核苷酸、核糖核苷酸和氨基酸
D.DNA复制和转录都是以DNA的一条链为模板,翻译则以mRNA为模板
【解析】 DNA复制是以DNA的两条链为模板,而转录是以DNA的一条链为模板,翻译则以mRNA为模板。【答案】 D
C组题
14.下图表示细胞内遗传信息表达的过程,根据所学的生物学知识回答下列问题。
图1
图2
(1)图2中方框内所示结构是　　　　的一部分,它主要在　　　　中合成,其基本组成单位是　　　　,可以用图2方框中数字　　　　表示。
(2)图1中以④为模板合成⑤物质的过程称为　　　　,进行的场所是[　]　　　　,所需要的原料是　　　　。
(3)若该多肽合成到图1示UCU决定的氨基酸后就终止合成,则导致合成结束的终止密码子是　　　　。
(4)从化学成分角度分析,与图1中⑥结构的化学组成最相似的是　　　　。
A.乳酸杆菌 B.噬菌体 C.染色体 D.流感病毒
(5)若图1的①所示的分子中有1 000个碱基对,则由它所控制形成的信使RNA中含有的密码子个数和合成的蛋白质中氨基酸种类最多不超过　　　　。
A.166和55 B.166和20 C.333和111 D.333和20
【解析】 图1所示为遗传信息的表达过程,具有转录和翻译两个步骤,其中的①②③④⑤⑥分别是DNA、tRNA、氨基酸、mRNA、多肽链、核糖体,在mRNA的UCU碱基后的密码子是UAA;根据碱基的构成判断,图2中方框内是RNA,其基本组成单位是核糖核苷酸;核糖体的化学成分是RNA和蛋白质,这与RNA病毒的成分相似。DNA中碱基对的数目和mRNA中碱基的个数及相应蛋白质中氨基酸的个数的比值是3∶3∶1(只考虑编码氨基酸的碱基)。
【答案】 (1)RNA　细胞核　核糖核苷酸　1、2、7　(2)翻译　⑥　核糖体　氨基酸　(3)UAA　(4)D　(5)D
15.油菜植物体内的中间代谢产物磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)运向种子后有两条转变途径,如图甲所示,浙江农科院陈锦清教授根据这一机制培育出高产油油菜,产油率由原来的35%提高到58%。其中酶a和酶b分别由基因A和基因B控制合成,图乙是基因A或B表达的部分过程。请回答下列问题。
(1)酶a与酶b结构上的区别是　。
(2)图乙所示遗传信息的传递过程称为　　　　;图中结构⑤的名称是　　　　;氨基酸②的密码子是　　　　;图中④形成后到达此场所是否穿过磷脂分子 　　　　。
(3)在基因B中,α链是转录链,陈教授及助手诱导β链也能转录,从而形成双链mRNA,提高了油脂产量,其原因是 　。
【解析】 酶的本质是蛋白质,所以酶a与酶b结构上的区别是构成它们的氨基酸的种类、数目和排列顺序不同,其空间结构也不同。图乙所示遗传信息的传递过程称为翻译,图乙中①②④⑤分别表示核糖体、氨基酸、mRNA、tRNA,mRNA属于大分子,mRNA在细胞核中形成后通过核孔进入细胞质。形成双链mRNA后,mRNA不能与核糖体结合,从而不能合成酶b;而细胞能正常合成酶a,故生成的油脂比例高。
【答案】 (1)构成它们的氨基酸的种类、数目和排列顺序不同,其空间结构不同
(2)翻译　tRNA　UCU　否
(3)形成双链后,mRNA不能与核糖体结合,从而不能合成酶b;而细胞能正常合成酶a,故生成的油脂比例高
16.中心法则揭示了生物遗传信息由DNA向蛋白质传递与表达的过程。请回答下列问题。
(1)a、b、c、d所表示的四个过程依次分别是　　　　、　　　　、　　　　和　　　　。
(2)需要tRNA和核糖体同时参与的过程是　　　　(用图中的字母回答)。
(3)a过程发生在真核细胞分裂的　　　　期。
(4)在真核细胞中,a和b两个过程发生的主要场所是　　　　　　　。
(5)能特异性识别信使RNA上密码子的分子是　　　　,后者所携带的分子是　　　　。
(6)RNA病毒的遗传信息传递与表达的途径有(用类似本题图中的形式表述):
①　 ;
②　 。
【解析】 a、b、c、d分别表示DNA复制、转录、翻译、逆转录;tRNA与核糖体均参与翻译过程;DNA复制的时期是细胞分裂的间期;细胞核是DNA分子复制和转录的主要场所;转运RNA与氨基酸之间具有一定的对应关系:一种转运RNA只能转运一种氨基酸,一种氨基酸可能由不同的转运RNA来转运;RNA病毒特有的信息传递方式为逆转录和RNA的自我复制。
【答案】 (1)DNA复制　转录　翻译　逆转录　(2)c　(3)间　(4)细胞核　(5)tRNA(转运RNA)　氨基酸
(6)
17.生物的一个遗传性状往往存在两种或两种以上的不同类型,称为相对性状。
(1)豌豆种子的圆粒与皱粒是一对相对性状,皱粒性状形成的根本原因是DNA中插入了一段外来的碱基序列,打乱了编码淀粉分支酶的基因,导致淀粉分支酶不能合成,使豌豆种子淀粉含量低而表现为皱粒。请回答下列问题。
①相对性状形成的根本原因是发生了　　　　。
②上述实例体现了基因控制性状的途径是 　。
③请用文字和箭头表示淀粉分支酶形成过程中遗传信息的传递途径: 　。
(2)某种植物的花色有白色、红色和紫色三种类型,下图表示该植物中两种相关色素的合成途径。请回答下列问题。
①该植物开紫花个体的基因型是　。
②基因型为AaBb的植株自交,后代开红花的个体占　　　　。
③现有一纯合的白色植株,要检验该植株的基因型,应使之与纯合的　　　　色植株杂交,若子代　　　　,则纯合白色植株的基因型是　　　　;若子代　　　　,则纯合白色植株的基因型是　　　　。
(3)某昆虫的翅无斑点(由基因e控制)和有斑点(由基因E控制)是一对相对性状,基因E在另外一种显性基因F存在时才能表达。在相同环境中培养的一批纯合野生翅无斑点个体中,出现了少数有斑点个体,其中一部分在随后的培养过程中由于某种原因又恢复为无斑点。请根据上述信息回答问题。
①有斑点个体的基因型可有　　　　种。
②从分子水平分析,有斑点突变体恢复为无斑点的原因可能是　　　　或者　 。
③该实例说明生物的基因与性状在数量上的关系是　 。
【解析】 相对性状由等位基因控制,等位基因由基因突变产生。由图示可知,只要含A基因且b隐性纯合即表现紫花性状。AaBb自交后代中A_B_均开红花,占子代的9/16。纯合白花植株基因型为aaBB或aabb,可用AAbb与之杂交,观察子代的性状表现来判断白花植株的基因型。昆虫表现有斑性状需满足E_F_,所以共有四种基因型可表现有斑性状。基因突变具有不定向性,e突变为E,E也可能再突变为e。一种性状可以由一对基因控制,也可以由多对基因共同控制,题中体现了后者。
【答案】 (1)①基因突变　②基因通过控制酶的合成控制代谢过程,从而控制生物的性状　③淀粉分支酶基因mRNA淀粉分支酶
(2)①AAbb、Aabb　②9/16　③紫　全开红花　aaBB　全开紫花　aabb
(3)①4　②E基因又突变为e基因　F基因都突变为f基因　③生物的一种性状可以由多对基因控制