【临门一脚】2015高考生物热点专题精确射靶热点六 遗传的分子基础

热点六 遗传的分子基础
【考点精要】
考点一.DNA是主要的遗传物质
1．两个经典实验遵循相同的实验设计原则——对照原则
(1)肺炎双球菌体外转化实验中的相互对照
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(2)噬菌体侵染细菌实验中的相互对照
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(注：用32P标记1个噬菌体侵染31P大肠杆菌，释放的m个噬菌体中只有2个噬菌体含32P，有m个含31P，有0个DNA双链均含32P)
2．RNA是遗传物质的证据——烟草花叶病毒(TMV)对烟草的感染与重建实验
(1)实验1
(2)实验2
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考点二.DNA复制
1.DNA分子复制的过程
发生时间 体细胞的DNA分子复制发生在有丝分裂的间期。生殖细胞的DNA复制发生在减数第一次分裂前的间期（细胞分裂间期）
复制场所 DNA主要分布在细胞核内，细胞核是DNA复制的主要场所。此外，叶绿体、线粒体中也存在少量的DNA，因此叶绿体、线粒体也是DNA复制的场所
复制的基本条件 模板 DNA分子的两条链
原料 游离的4种脱氧核苷酸
能量 ATP，主要由线粒体供给，原核生物DNA复制的能量由细胞质基质供给
酶 解旋酶、DNA聚合酶、DNA连接酶等
复制的特点 半保留复制、边解旋边复制
复制结果 形成和亲代DNA分子完全相同的两个子代DNA分子
准确复制的原因 DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对原则保证了复制的准确进行
2. DNA分子复制的有关计算
DNA的复制为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则有：
（1）DNA分子数：①子代DNA分子数=2n个；②含有亲代DNA链的子代DNA分子=2个；③不含亲代链的子代DNA分子数=（2n-2）个。
（2）脱氧核苷酸链数：①子代DNA分子中 ( http: / / www.21cnjy.com )脱氧核苷酸链数=2n+1条；②亲代脱氧核苷酸链数=2条；③新合成的脱氧核苷酸链数=（2n+1-2）条。
（3）消耗的脱氧核苷酸数：
若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个， ( http: / / www.21cnjy.com )则：①经过n次复制则需要消耗该脱氧核苷酸m·（2n-1）个。②在第n次复制时，共需消耗游离的该脱氧核苷酸m·2n-1个。
考点三.基因与脱氧核苷酸、DNA、染色体和生物性状之间的关系
关 系 内 容
基因与脱氧核苷酸 基因的基本组成单位是脱氧核苷酸，每个基因含有成百上千个脱氧核苷酸。基因中脱氧核苷酸的排列顺序称为遗传信息
基因与DNA 基因是有遗传效应的DNA片段。DNA分子上的任意一段不能称为基因。每个DNA分子上有很多个基因
基因与染色体 基因在染色体上呈线性排列，染色体是基因的主要载体
DNA与染色体 染色体复制之前，每条染色体上有一个DNA分 ( http: / / www.21cnjy.com )子，两条脱氧核苷酸链；复制之后的染色体上有2个碱基排列顺序相同的DNA分子（不考虑基因突变及交叉互换），4条脱氧核苷酸链
基因与生物性状 基因不仅可以通过复制把遗传 ( http: / / www.21cnjy.com )信息传递给下一代，还可使遗传信息以一定的方式反映到蛋白质的分子结构上来，从而使后代表现出与亲代相似的性状。遗传学上把该过程叫做基因的表达
考点四.基因指导蛋白质的合成
1.基因控制蛋白质合成的过程
转 录 翻 译
概 念 DNA分子首先解开双链，以DNA的一条链为模板按照碱基互补配对原则合成RNA的过程 以mRNA为模板，以tRNA为运载工具，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质（肽链）的过程
场 所 细胞核、线粒体、叶绿体 细胞质（核糖体）
原 料 4种核糖核苷酸 20种氨基酸
模 板 DNA中的一条链 mRNA
酶 RNA聚合酶等 与蛋白质合成相关的酶
能 量 ATP ATP
过 程 DNA解旋，以一条链为模板，按碱基互补配对原则，游离的核糖核苷酸与脱氧核苷酸配对，核糖核苷酸间通过化学键连接成mRNA mRNA从核孔进入细胞质，与核糖体结合 ( http: / / www.21cnjy.com )，从起始密码子（AUG）开始翻译。tRNA一端携带氨基酸进入核糖体，另一端的反密码子与mRNA上的密码子配对，两氨基酸间形成肽键。核糖体继续沿mRNA 移动，每次移动一个密码子距离，至终止密码结束，肽链形成
模板去向 转录后与非模板链重新形成双螺旋结构 分解成核糖核苷酸
特 点 边解旋边转录 一条mRNA可与多个核糖体结合翻译成多条相同的多肽链
产 物 mRNA 蛋白质（多肽链）
2.基因中碱基、mRNA中碱基和蛋白质中氨基酸数量关系
（1）转录时，组成基因的两条链中只有一条链能转录，另一条链则不能转录。因此，转录形成的mRNA分子中碱基数目是基因中碱基数目的1/2。
（2）翻译过程中，信使mRNA中相邻的每3个碱基决定一个氨基酸，所以经翻译合成的蛋白质分子中的氨基酸数目是mRNA碱基数目的1/3。
总之，在转录和翻译过程中，基因中的碱基数（指双链）、mRNA分子中的碱基数、蛋白质分子中的氨基酸数之比为6 ：3：1。参考下面图解：
DNA（基因）中的碱基数目：mRNA中的碱基数目：蛋白质（肽链）中的氨基酸数目=6：3：1
考点五. 基因对性状的控制
1.中心法则及其含义
（1）图解
（2）含义
①DNA—→DNA（或基因—→基因）；以DNA作为遗传物质的生物的DNA自我复制，表示遗传信息的传递。例：绝大多数生物。
②RNA—→RNA：以RNA作为遗传物质的生物的RNA自我复制。例：烟草花叶病毒。
③DNA—→RNA：细胞核中的转录过程。
④RNA—→蛋白质：细胞质的核糖体上的翻译过程。
⑤RNA—→DNA：少数病毒在其宿主细胞中的逆转录过程。例：某些致癌病毒、艾滋病病毒。
2.基因控制生物性状的途径
①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：白化病。
②通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。如：镰刀形细胞贫血症。
巧点妙拨
1.具有细胞结构的生物，其遗传物质 ( http: / / www.21cnjy.com )都是DNA，无论细胞核遗传还是细胞质遗传；非细胞结构的生物——病毒，其核酸只有一种，要么是DNA，要么是RNA，所以其遗传物质是DNA或RNA。
2.蛋白质的合成直接受mRNA控制，最终是受DNA控制，一条mRNA可以与多个核糖体结合产生多条肽链，但最终mRNA要分解掉。
3.密码子、反密码子（或tRNA）、氨基酸三者之间的对应关系
（1）一种密码子只能对应一种氨基酸，一种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。
（2）一种氨基酸可以有一到多种密码子与之对应，一种氨基酸也可以被一到多种tRNA识别并转运。
（3）对应氨基酸的密码子和反密码子（tRNA）各有61种，是一一对应关系。氨基酸只有20种，与前两者是一对一或一对多的关系。
提示：在做题时一定要注意“种类”与“数量”是不同的两个概念。
4.为何不用带有放射性物质的培养基直接培养噬菌体？
由于噬菌体是寄生在活细胞内的，不能直接在带有放射性物质的培养基中培养。标记噬菌体的方法如下：
（1）在含有放射性同位素35S（或32P）的培养基中培养大肠杆菌，使大肠杆菌的氨基酸上带上35S（或脱氧核苷酸上带上32P）。
（2）用上述大肠杆菌培养T2噬菌体，则可得到蛋白质中含有35S（或DNA中含有32P）标记的噬菌体。
5.上清液和沉淀物中为何都有放射性？
（1）用32P标记的噬菌体侵 ( http: / / www.21cnjy.com )染大肠杆菌，从理论上讲：如果噬菌体将含32P标记的DNA全部注入到大肠杆菌内，则上清液的放射性应该为0。实际上上清液里也有一定的放射性，其原因有：一是如果保温时间过短，有一部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，使上清液出现放射性；二是从噬菌体和大肠杆菌混合培养到用离心机分离，这一段保温时间如果过长，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，也会使上清液的放射性升高。
（2）若用35S标记的噬菌体侵染大肠杆 ( http: / / www.21cnjy.com )菌，则可能由于搅拌不充分，有少量35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌的表面，随细菌离心到沉淀物中，使沉淀物中出现较低的放射性。
【典题对应】
例1.（2012福建卷）双 ( http: / / www.21cnjy.com )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
命题意图：本题以考生从未接触过的事实为载体，考查DNA分子复制的过程、碱基互补配对原则、获取和处理信息的能力。
名师坐堂：解答此题时，首 ( http: / / www.21cnjy.com )先要读懂题中给出的信息“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”，即胸腺嘧啶双脱氧核苷酸的结构与胸腺嘧啶脱氧核苷酸的结构相似，因此在DNA复制过程中，胸腺嘧啶双脱氧核苷酸应该与腺嘌呤（A）配对；由信息“DNA 合成时，在DNA 聚合酶作用下，若连接上的是双脱氧核昔酸，子链延伸终止；若连接上的是脱氧核苷酸，子链延伸继续”可知，当胸腺嘧啶双脱氧核苷酸与A配对时，子链延伸终止，当胸腺嘧啶脱氧核苷酸（T）与A配对时，子链继续延伸。综上所述：碱基序列为GTACATACATG的单链模板中共有腺嘌呤（A）4个，因此在DNA子链合成时，与模板链上的A配对的全为T时，子链有1种；当第一个A与腺嘌呤双脱氧苷酸配对时，子链延伸终止，此时的子链为第2种，依此类推，一共最多可形成5种不同的DNA子链，即CATGTATCTAC、CAT′、CATGT′、CATGTAT′、CATGTATCT′。（注：胸腺嘧啶双脱氧核苷酸记为T′）
答案：D
例2.（2013天津卷）肠道病毒EV7 ( http: / / www.21cnjy.com )1为单股正链（+RNA）病毒，是引起手足口病的主要病原体之一。下面为该病毒在宿主细胞肠道内增殖的示意图。
据图回答下列问题：
（1）图中物质M的合成场所是 。催化①、②过程的物质N是 。
（2）假定病毒基因组+RNA含有750 ( http: / / www.21cnjy.com )0个碱基，其中A和U占碱基总数的40%。病毒基因组+RNA为模板合成一条子代+RNA的过程共需要碱基G和C 个。
（3）图中+RNA有三方面的功能分别是 。
（4）EV71病毒感染机体后，引发的特异性免疫有 。
（5）病毒衣壳由VP1、VP2、V ( http: / / www.21cnjy.com )P3和VP4四种蛋白组成，其中VP1、VP2、VP3裸露于病毒表面，而VP4包埋在衣壳内侧并与RNA连接，另外VP1不受胃液中胃酸的破坏。若通过基因工程生产疫苗，四种蛋白中不宜作为抗原制成疫苗的是 ，更适宜作为抗原制成口服疫苗的是 。
命题意图：本题综合考查基因的表达、免疫调节、RNA分子结构及碱基计算。
名师坐堂：本题以病毒在宿主细胞内的增殖过 ( http: / / www.21cnjy.com )程图为情景材料，综合考查中心法则、RNA分子结构、碱基计算、免疫调节等知识，解题思路如下：（1）图中的M物质是一条多肽链，由于EV71病毒没有细胞器，其合成的场所是宿主细胞的核糖体；①、②过程是以RNA为模板合成RNA的过程需要的是RNA复制酶（或RNA聚合酶或依赖于RNA的RNA聚合酶）。（2）病毒是由+RNA合成+RNA的过程：需要先以+RNA为模板合成-RNA，再以-RNA为模板合成+RNA，也就是合成了一条完整的双链RNA，在这条双链RNA中A=U，G=C，根据题目中的条件，在病毒+RNA中（假设用第1条链来表示）（A1+U1）=40%，而互补链-RNA中（假设用第2条链来表示）（A2+U2）=（A1+U1）=40%，所以两条互补链中A+U占双链RNA碱基数的比例是A+U=40%，则G+C=60%，所以病毒基因组+RNA为模板合成一条子代+RNA的过程共需要碱基G和C碱基数是7500×2×60%=9000。（3）由图中可以看出+RNA的功能是作为翻译的模板翻译出新的蛋白质；也作为复制的模板形成新的+RNA；还是病毒的组成成分之一。（4）EV71病毒感染机体后进入内环中首先会引发体液免疫产生抗体；病毒进入宿主细胞后，会引发细胞免疫。（5）由于VP4包埋在衣壳内侧不适合作为抗原制成疫苗；由于VP1不受胃液中胃酸的破坏，口服后不会改变其性质，所以更适合制成口服疫苗。
答案：（1）宿主细胞的核糖体 R ( http: / / www.21cnjy.com )NA复制酶（或RNA聚合酶或依赖于RNA的RNA聚合酶） （2）9000 （3）翻译的模板；复制的模板；病毒的重要组成成分 （4）体液免疫和细胞免疫 （5）VP4 VP1
【命题趋向】
本专题涉及较多的易混点，如转录与翻译、 ( http: / / www.21cnjy.com )DNA复制与转录，涉及较多的生物学经典实验，如肺炎双球菌转化实验、噬菌体侵染大肠杆菌实验及证明DNA是半保留复制的实验等。
近几年的高考越来越倾向于考查获 ( http: / / www.21cnjy.com )取及处理信息的能力。多数题都是图文并茂，情境新，以生物实验为背景命制题目，体现了生物学知识来源于实验，并且要在实验中得到进一步检验的生物学科思想。使学生联系生活实际的同时体会实验在生物学研究中的重要作用。因此在2014年的备考中，对于本专题的生物学经典实验，还应该引起重视，重点掌握这些实验的原理、设计思路等内容。对于DNA复制、转录及翻译等内容，通过列表比较，弄清楚它们之间的本质区别。基因对性状控制常和遗传基本规律、免疫调节综合考查，往往难度较大；DNA复制经常与减数分裂及有丝分裂综合考查；基因的表达与细胞分化综合考查等。
【直击高考】
1.(2014考纲调研卷)科研人员分别 ( http: / / www.21cnjy.com )用烟草花叶病毒(基本成分为蛋白质和RNA)、烟草花叶病毒的RNA感染两组烟草，结果发现两组烟草均出现了同样的病斑。下列说法正确的是（ ）
A.对比两组实验结果可以证明蛋白质不是遗传物质
B.本实验不足以证明RNA是烟草花叶病毒主要的遗传物质
C.本实验可以证明DNA是主要的遗传物质
D.可增加不感染病毒的、接种烟草花叶病毒蛋白质的两组实验，这有利于实验结论的得出
2.某研究小组测定了多个不同双链DNA分子 ( http: / / www.21cnjy.com )的碱基组成，根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图，下列正确的是（ ）
3.（2014滨州模拟）以下有关遗传学实验的叙述正确的是（ ）
A．摩尔根的果蝇杂交实验证明基因在染色体上
B．艾弗里的肺炎双球菌转化实验应用了放射性同位素标记技术
C．格里菲斯实验中肺炎双球菌利用小鼠细胞的核糖体合成蛋白质
D．赫尔希和蔡斯用含32P或35S的培养基培养T2噬菌体进行标记
4.假设一个双链均被32P标 ( http: / / www.21cnjy.com )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
5.现将含有两对同源染色体，且核DNA ( http: / / www.21cnjy.com )都已用32P标记的一个细胞，放在不含32P的培养基中培养，若该细胞先进行一次有丝分裂后，再进行一次减数分裂，则含32P的子细胞数量最少和最多分别是（ ）
A.2，8 B.4，8 C.1，8 D.2，4
6.将牛催乳素基因用32P标记后导入小 ( http: / / www.21cnjy.com )鼠乳腺细胞，选取仅有一条染色体上整合有单个目的基因的某个细胞进行体外培养。下列叙述错误的是（ ）
A.小鼠乳腺细胞中的核酸含有5种碱基和8种核苷酸 B.该基因转录时，遗传信息通过模板链传递给mRNA
C.连续分裂n次后，子细胞中32P标记的细胞占1/2n＋1 D.该基因翻译时所需tRNA与氨基酸种类数不一定相等
7.(2014烟台模拟)下图表示细胞中某种生理过程，以下叙述不正确的是（ ）
A．丙的合成是由甲、乙共同控制的
B．甲、乙中共含有A、G、C、T四种碱基
C．若甲中发生一个组成单位的替换，丙的结构可能会受到一定程度的影响
D．若a、b上分别有x和y个密码子，丙中最多有(x＋y)/3个肽键
8.下图是大麦种子萌发过程中赤霉素诱导a-淀粉酶合成和分泌的示意图，其中甲～丁表示有关结构，①～④表示有关过程。据图回答：
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（1）催化①过程的酶是 。 与②过程相比，①过程中特有的碱基互补配对方式是 。
（2）大麦种子萌发时，赤霉素与细胞膜表面 ( http: / / www.21cnjy.com )的特异性受体结合后，能活化赤霉素信号传递中间体，导致GAI阻抑蛋白降解。结合图解判断GAI阻抑蛋白的功能是 ，GA-MYB蛋白质的功能是 。
（3）图中决定苯丙氨酸的密码子是 。
（4）甲～丁中不属于生物膜系统的是 ，图示丙的功能是 。
9.酒是人类生活中的主要饮料之一，有 ( http: / / www.21cnjy.com )些人喝了一点酒就脸红，我们称为“红脸人”，有人喝了很多酒，脸色却没有多少改变，我们称为“白脸人”。下图表示乙醇进入人体后的代谢途径，请据图分析，回答下列问题：
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（1）“红脸人”的体内只有ADH，饮酒 ( http: / / www.21cnjy.com )后血液中 含量相对较高，毛细血管扩张而引起脸红。由此说明基因可通过控制 ，进而控制生物的性状。
（2）若某正常人乙醛脱氢酶基因在解旋后， ( http: / / www.21cnjy.com )其中一条母链上的G被A所替代，而另一条链正常，则该基因连续复制2次后，可得到 个突变型乙醛脱氢酶基因。
（3）对某地区调查统计发现人群中缺 ( http: / / www.21cnjy.com )少ADH的概率是81%。有一对夫妻体内都含有ADH，但妻子的父亲体内缺少ADH，这对夫妻生下一个不能合成ADH孩子的概率是 。
（4）经常酗酒的夫妻生下13三体综合 ( http: / / www.21cnjy.com )征患儿的概率会增大。13三体综合征是一种染色体异常遗传病，医院常用染色体上的一段短串联重复序列作为遗传标记（“+”表示有该标记?“-”表示无），对该病进行快速诊断。现诊断出一个13三体综合征患儿(标记为“ + - -”），其父亲为“+ +”?母亲为“+ -”。则该患儿形成与双亲中 有关，因为其在形成生殖细胞过程中减数分裂第 次异常。为了有效预防13三体综合征的发生可采取的主要措施有 、 。（至少写两点）
答案
1.D 2.C 3.A 4.C 5.B 6.C 7.D
8.⑴RNA聚合酶 T-A ⑴阻 ( http: / / www.21cnjy.com )止GA-MYB基因的转录 启动a-淀粉酶基因的转录 ⑶UUC ⑷甲 丙与蛋白质的加工与分泌有关
9. ⑴乙醛 酶的合成来控制代谢过程 ⑵2 ⑶9/38 ⑷母亲 二 不酗酒、产前诊断、适龄生育等