【备考2024】高考生物总复习知识讲解课件：专题10　遗传的分子基础(共62张PPT)

(共62张PPT)
专题十　遗传的分子基础
高考生物总复习知识讲解
基础篇
考点一　DNA是主要的遗传物质
一、肺炎链球菌的转化实验
1.格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验
1)实验材料:肺炎链球菌。
种类 S型细菌 R型细菌
菌落 表面光滑 表面粗糙
菌体 有多糖类荚膜 无多糖类荚膜
致病性 有致病性 无致病性
2)实验过程及结果
①注射R型活细菌→小鼠不死亡;
②注射S型活细菌→小鼠死亡,分离出S型活细菌;
③注射加热致死的S型细菌→小鼠不死亡;
④注射R型活细菌+加热致死的S型细菌→小鼠 　死亡 ,分离出
　S型 活细菌。
3)结论:已经加热致死的S型细菌中,含有某种促使R型活细菌转化为S型
活细菌的活性物质——转化因子。
2.艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验
1)实验目的:探究S型细菌中的“转化因子”是DNA、蛋白质、脂质还是
糖类等。
2)实验思路:利用减法原理,人为去除某个影响因素(加入酶)后,观察实验
结果的变化。
3)实验过程及结果
4)结论: 　DNA 才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
易混易错
(1)转化的实质是基因重组而非基因突变:肺炎链球菌转化实验中S型细
菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中,即发生了基因重组(属于广义
上的)。
(2)加热致死的S型细菌,其蛋白质变性失活,DNA双螺旋结构打开,但冷却
后DNA的结构可以重新恢复。
二、噬菌体侵染细菌的实验
1.实验材料:T2噬菌体和大肠杆菌。
1)T2噬菌体的结构(如图)
2)T2噬菌体的生活方式:专门寄生在 　大肠杆菌 中。
3)T2噬菌体的增殖
2.实验思路:利用放射性同位素标记技术,即用32P和35S分别标记T2噬菌体
的DNA和蛋白质,单独、直接研究它们的遗传功能。
3.实验结论:本实验证明DNA是T2噬菌体的遗传物质,没有证明蛋白质是
否为遗传物质,因为T2噬菌体的蛋白质没有进入细菌细胞中。
易混易错
　　本实验不能用14C和18O进行标记,因为T2噬菌体的蛋白质和DNA分子
中都含有这两种元素;也不能用35S、32P标记同一T2噬菌体,因为检测时无
法区分放射性物质的种类。
知识归纳
同位素示踪(标记)问题
(1)同位素标记法的应用原理:同位素可用于追踪物质的运行和变化规
律。用同位素标记的化合物,化学性质不会改变。
(2)实例分析
同位素 标记物质 研究内容 结论(结果)
3H 亮氨酸 分泌蛋白的合成和运输 核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜附近→胞外
14C CO2 暗反应中碳的转移途径 发现卡尔文循环
18O H2O和CO2 光合作用中O2的来源 产生的O2来自H2O,而不是CO2
O2 有氧呼吸产物H2O中氧的来源 产物H2O中的氧来自O2
15N DNA DNA的复制 DNA半保留复制
32P、35S DNA 生物的遗传物质 DNA是T2噬菌体的遗传物质
4.实验过程及结果
1)标记T2噬菌体
2)T2噬菌体侵染细菌:对比实验(相互对照)

进一步观察发现,细菌裂解释放的噬菌体中,可以检测到32P标记的DNA,但
检测不到35S标记的蛋白质。
知识归纳
(1)保温的目的是使T2噬菌体侵染大肠杆菌。
(2)搅拌的目的是使吸附在大肠杆菌上的T2噬菌体和大肠杆菌分离。
(3)离心的目的是让上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒,而离心管的
沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。
3)实验结果分析:T2噬菌体侵染细菌时,DNA进入细菌的细胞中,而
　蛋白质外壳 仍留在细胞外。子代噬菌体的各种性状,是通过亲
代的DNA遗传的。
5.结论: 　DNA 是T2噬菌体的遗传物质。
疑难突破
实验误差分析
(1)用32P标记的T2噬菌体侵染细菌时,上清液具有少量放射性的原因:①保
温时间过短,部分噬菌体未将DNA注入细菌中;②保温时间过长,部分细菌
裂解,释放子代噬菌体;③搅拌过于剧烈,细菌破裂,子代噬菌体被释放。
(2)用35S标记的T2噬菌体侵染细菌时,沉淀物中有少量放射性的原因:搅拌
不充分,部分噬菌体的蛋白质外壳仍吸附在细菌表面。
三、DNA是主要的遗传物质
1.RNA是遗传物质的证据
1)实验过程与结果

2)结论:RNA是烟草花叶病毒的遗传物质。
2.DNA是主要的遗传物质
1)真、原核生物的遗传物质是DNA,病毒的遗传物质是 　DNA或RNA 。
2)生物界绝大多数生物的遗传物质是DNA,只有极少数生物的遗传物质
是RNA,因此DNA是主要的遗传物质。
易混易错
　　原核生物和真核生物都含有DNA和RNA两种核酸,其碱基和核苷酸
的种类分别为5、8;病毒只含DNA或RNA一种核酸,其碱基和核苷酸的种
类均为4。
考点训练(请判断下列说法是否正确)
1.肺炎链球菌离体转化实验证明了DNA是肺炎链球菌的遗传物质。
(　 )
2.肺炎链球菌活体转化实验中,R型细菌转化成的S型细菌不能稳定遗
传。 (　 )
3.赫尔希和蔡斯用对比实验证明DNA是遗传物质。 (　 )
4.T2噬菌体侵染大肠杆菌实验证明了DNA是大肠杆菌的遗传物质。
(　 )
5.人体内既有DNA又有RNA,但DNA是人体的主要遗传物质。 (　 )
答案
1.√
2. 　R型细菌转化成S型细菌的实质是S型细菌的DNA与R型细菌的DNA
发生了基因重组,属于可遗传变异。
3.√
4. 　T2噬菌体侵染大肠杆菌实验证明了DNA是T2噬菌体的遗传物质。
5. 　DNA是人体的遗传物质,而非是“主要的遗传物质”。
考点二　DNA的结构与复制
一、DNA分子的结构
1.DNA双螺旋结构的形成
2.DNA双螺旋结构的特点
1)DNA由两条脱氧核苷酸链组成,这两条链按 　反向平行 方式盘旋
成双螺旋结构。
2)外侧: 　脱氧核糖和磷酸 交替连接构成基本骨架。
3)内侧:两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。碱基互补配对遵循以
下原则:A=T(两个氢键)、G≡C(三个氢键)。
知识拓展
(1)G—C碱基对所占比例越大,DNA热稳定性越高。(2)氢键的形成不需
要酶,而断裂需解旋酶或加热处理。(3)单链中相邻碱基通过“—脱氧核
糖—磷酸—脱氧核糖—”连接,互补链中相邻碱基通过氢键连接。
3.DNA分子的结构特点
多样性 若DNA分子含有n个碱基对,则其最多有 　4n
种碱基对排列顺序
特异性 每个DNA分子都有特定的碱基排列顺序
稳定性 两条链上磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变,
碱基配对方式不变等
二、DNA分子的复制
1.DNA半保留复制的实验证据
1)实验者:美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔。
2)研究方法: 　假说—演绎 法。
3)实验材料:大肠杆菌。
4)实验技术:同位素标记法和密度梯度离心法。
5)实验原理:含15N的双链DNA密度大,含14N的双链DNA密度小,一条链含14
N、一条链含15N的双链DNA密度居中。
6)实验假设:DNA以 　半保留 的方式复制(沃森和克里克提出)。
7)实验过程与结果
8)实验结论:DNA以半保留的方式复制。
2.DNA复制的过程
1)时间:主要是 　细胞分裂前的间期 。
2)场所:真核生物主要在细胞核内,线粒体和叶绿体中也可进行;原核生物
主要在拟核,也可在细胞质中进行。
3)基本条件

注意:DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸添加到已有脱氧核苷酸链的3'
端,故子链的延伸方向只能为5'→3'。
5)结果:1个DNA分子→2个DNA分子。
6)特点:边解旋边复制(过程上);半保留复制(结果上)。
4)过程
7)准确复制的原因和意义
①原因:DNA独特的 　双螺旋 结构,为复制提供了精确的模板,通过
　碱基互补配对 ,保证了复制能够准确地进行。
②意义:DNA通过复制,将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞,从而保持
了遗传信息的连续性。
三、基因的本质
1.基因的本质:通常是有 　遗传效应 的DNA片段,但流感病毒等RNA
病毒的遗传物质是 　RNA 。
2.染色体(质)、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系
考点训练(请判断下列说法是否正确)
1.真核生物的细胞中DNA分子的碱基总数与所有基因的碱基数之和不相
等。 (　 )
2.在链状DNA和环状DNA结构中,均有两个游离的磷酸基团。 (　 )
3.在DNA分子中,脱氧核糖数=磷酸数=含氮碱基数。 (　 )
4.同一条脱氧核苷酸链上相邻的两个碱基通过氢键相连。 (　 )
5.DNA分子中每个脱氧核糖都连接两个磷酸基团。 (　 )
6.DNA复制前需合成rRNA和蛋白质。(　 )
7.用3H标记胸腺嘧啶后合成脱氧核苷酸,注入真核细胞,可用于研究DNA
复制的场所。(　 )
8.解旋酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、限制酶作用的化学键相同。 (　 )
9.沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式。 (　 )
答案
1.√
2. 　环状DNA结构中不含游离的磷酸基团。
3.√
4. 　同一条脱氧核苷酸链上相邻的两个碱基通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连。
5. 　链状DNA分子3‘端的脱氧核糖只连接一个磷酸基团。
6.√ 7.√
8. 　解旋酶的作用部位是氢键(不属于化学键),DNA聚合酶、DNA连接酶、限制酶的作用部位都是磷酸二酯键。
9. 　沃森和克里克从查哥夫处得知:在DNA中,A的量总是等于T的量,G
的量总是等于C的量,故二人通过构建物理模型得出碱基配对方式。
考点三　基因表达及其与性状的关系
一、RNA的结构与种类
1.基本单位: 　核糖核苷酸 (如图所示)。
2.结构:一般为单链。
3.三种主要RNA
疑难突破
mRNA适于作为DNA信使的原因
　　mRNA基本单位是核糖核苷酸,含4种碱基,具备准确传递遗传信息的
可能;一般为短单链,能通过核孔从细胞核进入细胞质。
二、基因表达的过程
1.转录
1)场所:主要为 　细胞核 ,叶绿体、线粒体中也可发生。
2)基本条件
3)过程
4)产物:mRNA、tRNA、 　rRNA 等。
知识拓展
　　真核细胞内转录形成的前体mRNA,需要在细胞核中加工处理成为
成熟mRNA后才能作为翻译的模板。
2.翻译
1)场所: 　核糖体 。
2)基本条件
3)过程
3.遗传信息、密码子、反密码子与氨基酸的关系
1)遗传信息、密码子与反密码子的概念辨析
项目 概念
遗传信息 　DNA 上脱氧核苷酸的排列顺序
密码子 　mRNA 上可决定1个氨基酸的3个相邻碱
基
反密码子 　tRNA 上与密码子互补配对的3个相邻碱
基,可识别密码子;反密码子读取方向:由氨基酸
连接端(即长臂端或3'端)开始读
2)密码子、氨基酸和tRNA之间的对应关系
①密码子有64种。其中起始密码子是翻译的起点,终止密码子是翻译的
终点。
②一般情况下,一种密码子只能决定一种氨基酸,终止密码子不决定氨基
酸。
③通常,每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸,每种氨基酸对应一种或几
种密码子(密码子的简并性),可由一种或几种tRNA转运。
三、中心法则
1.提出者:克里克。
2.中心法则图解
3.不同类型生物遗传信息的传递
1)以DNA为遗传物质的生物

2)RNA复制病毒(如烟草花叶病毒)

3)逆转录病毒(如HIV)

四、基因表达与性状的关系
1.基因表达产物与性状的关系
1)直接控制途径
基因通过控制 　蛋白质 的结构直接控制生物体的性状,如囊性纤维
化的形成。
2)间接控制途径
基因通过控制 　酶 的合成来控制代谢过程,进而控制生物体的性状,
如皱粒豌豆的形成。
2.基因选择性表达与细胞分化
1)细胞分化的本质:基因的 　选择性 表达。
2)表达的两类基因分析
基因 在细胞中的表达情况
管家基因 所有细胞中都表达(如核糖体基因)
奢侈基因 不同细胞中特异性表达(如胰岛素基因)
3.表观遗传
1)概念:生物体基因的碱基序列保持不变,但 　基因表达 和表型发生
可遗传变化的现象。
2)原因
①内因:DNA甲基化、组蛋白甲基化或乙酰化等修饰、RNA干扰。
②外因:生活习惯影响,如吸烟会使人体细胞DNA甲基化水平升高。
4.基因与性状间的对应关系
1)基因控制生物体的性状
①一个基因 一个性状。
②一个基因 多个性状(如基因间相互作用)。
③多个基因 一个性状(如人的身高)。
2)生物的性状是基因和环境共同作用的结果。
考点训练(请判断下列说法是否正确)
1.人的mRNA、rRNA和tRNA都是以DNA为模板进行转录的产物。 ( )
2.DNA聚合酶和RNA聚合酶的结合位点分别位于DNA和RNA上。 ( )
3.DNA双链解开,RNA聚合酶起始转录,移动到终止密码子时停止转录。
(　 )
4.金霉素可抑制tRNA与mRNA的结合,该作用直接影响转录过程。 ( )
5.每种氨基酸都对应多个密码子,每个密码子都决定一种氨基酸。 ( )
6.密码子的简并有利于提高转录的速率。(　 )
7.多个核糖体可结合一条mRNA,合成多条相同的肽链。 (　 )
8.反密码子是位于mRNA上相邻的3个碱基。 (　 )
答案
1.√
2. 　DNA聚合酶和RNA聚合酶分别用于DNA复制和转录,结合位点均位
于DNA上。
3. 　终止子与终止密码子不同,RNA聚合酶移动到终止子时停止转录。
4. 　tRNA与mRNA的结合发生在翻译过程中。
5. 　色氨酸只对应一个密码子,终止密码子一般不编码氨基酸。
6. 　密码子的简并可增加容错率,提高翻译的速率。
7.√
8. 　反密码子位于tRNA上。
综合篇
提升一　中心法则中的计算
1.DNA分子中的碱基数量规律

1)甲、乙链中A1=T2,T1=A2,C1=G2,G1=C2。双链DNA中,A=T,G=C。
2)互补:互补碱基之和的比例在一条链及整个DNA中都相同。甲链中
=m,其互补链(乙链)及整个DNA中 = =m。
3)不互补
①双链DNA中,不互补碱基之和相等:A+G=T+C或A+C=T+G。
②DNA的两条单链中,不互补碱基之和的比例互为倒数:甲链中
=a,互补链(乙链)中 = = ,而在整个DNA分子中 =1。
2.DNA复制中的数量关系
子代DNA 共2n个 含15N的DNA分子:2个
只含15N的DNA分子:0个
含14N的DNA分子:2n个
只含14N的DNA分子:(2n-2)个
脱氧核苷酸链 共2n+1条 含15N的脱氧核苷酸链:2条
含14N的脱氧核苷酸链:(2n+1-2)条
1)将1个含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基中连续复制n次,则
2)DNA分子复制过程中消耗的脱氧核苷酸数
①若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,经过n次复制需要消耗该种
脱氧核苷酸数为m·(2n-1)。
②第n次复制需要该种脱氧核苷酸数为m·2n-1。
3.中心法则中的相关数量关系
疑难突破
实际基因表达过程中的数量关系不符合1∶3∶6的原因
(1)DNA中有的片段无遗传效应,不能转录出mRNA。(2)在基因片段中,有
的片段(如非编码区)起调控作用,不转录出mRNA。(3)合成的肽链在加工
过程中可能会被剪切掉部分氨基酸。(4)转录出的mRNA中有终止密码
子,一般情况下,终止密码子不编码氨基酸。
例1 一个被15N标记、含有100个碱基对的DNA分子片段,其中一条链的
A+T占40%,它的互补链中G与T分别占22%和18%,则该DNA分子
中A、T、C、G四种碱基的比例为　　　　 ,若该DNA分子连续复制2
次,则需游离的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸的数量为　 个,若该DNA分子在
含14N的培养基上连续复制4次,含15N标记的DNA分子占　 。
解题导引　有关碱基数量的计算试题常通过“模式图法”解决,解题时
需要画出一个DNA分子模式图,标注已知碱基数量或比例(如图1),然后依
据碱基互补配对原则通过计算标注出其他碱基的数量或比例(如图2)。
图1　　　　　　　　　 图2
由图2知,该DNA分子中四种碱基的比例为A∶T∶C∶G=(18%+22%)∶(2
2%+18%)∶(22%+38%)∶(38%+22%)=2∶2∶3∶3。若该DNA分子连续
复制2次,需要游离的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸100×2×[3÷(2+2+3+3)]×(22-1)
=180(个)。若该DNA分子在含14N的培养基上连续复制4次,由DNA半保
留复制方式可知,含15N标记的DNA分子占2/24=1/8。
答案　2∶2∶3∶3　180　1/8
提升二　基因表达模型分析
1.多聚核糖体模型
疑难突破
多聚核糖体中核糖体移动方向的判断方法
(1)依据起始密码子的位置,核糖体移动方向为由起始密码子→终止密码
子。
(2)依据肽链长度,肽链越短,核糖体距起始密码子越近。
(3)依据tRNA移动方向,tRNA移动方向与核糖体移动方向相反。
2.真、原核生物的基因表达模型辨析
易混易错
模型图中DNA复制与转录的区分
DNA复制 转录
原料 脱氧核苷酸 核糖核苷酸
模板 以DNA两条链为模板 以DNA一条链为模板
产物 双链DNA分子 RNA分子
酶 解旋酶、DNA聚合酶 RNA聚合酶
提升三　细胞分裂中的染色体标记问题
1.DNA复制与染色体
1)子代DNA分子的位置:1个DNA复制形成的2个新DNA位于两条姐妹染
色单体上,且由着丝粒连在一起。
2)去向:有丝分裂后期或减数分裂Ⅱ后期,当着丝粒分裂时,子代DNA随两
条姐妹染色单体分开,移向细胞两极。
2.有丝分裂中染色体标记情况分析
1)图解(以一条染色体为例,培养液不含标记)

2)规律:只复制一次,子染色体都有标记;复制两次,子染色体一半有标记。
3.减数分裂中染色体标记情况分析
1)图解(以一对同源染色体为例,培养液不含标记)

2)规律:DNA只复制一次,子染色体都有标记。
例2 在DNA复制时,BrdU可作为原料,与腺嘌呤配对,掺入新合成的子
链。用Giemsa染料对复制后的染色体进行染色,DNA分子的双链都含有
BrdU的染色单体呈浅蓝色,只有一条链含有BrdU的染色单体呈深蓝色。
现将植物根尖放在含有BrdU的培养液中培养,取根尖用Giemsa染料染色
后,第1个细胞周期的每条染色体的两条染色单体着色情况为　　　　
,第2个细胞周期的每条染色体的两条染色单体着色情况为　　　　
　　　　　 ,　　 (能/不能)推测出第3个细胞周期的细胞中染色单体
着色不同的染色体比例。
解题导引　我们常用“画图法”,通过每个细胞周期的三步绘图,解决细
胞分裂(根尖细胞为有丝分裂)中染色体标记问题。
第1个细胞周期中:
第一步,画出细胞中的一条染色体,用“ ”表示其上DNA分子的两条链;
第二步,画出经染色体复制后的染色单体DNA组成图,其中被标记的DNA
链用“ ”表示;
第三步,画出经第一次有丝分裂后形成的两个子染色体DNA组成图。
同样方法,画出第2个细胞周期的染色体DNA组成变化示意图。(如下)

因此,第1个细胞周期的每条染色体的两条染色单体都呈深蓝色,第2个细
胞周期的每条染色体的两条染色单体一条呈深蓝色,一条呈浅蓝色。第2
个细胞周期的后期,双链都含有BrdU的染色体和只有一条链含有BrdU的
染色体随机移向两极,无法确定第3个细胞周期的细胞中染色单体着色不
同的染色体比例。
答案　都为深蓝色　一条深蓝色,一条浅蓝色　不能