(共30张PPT)
阶段提升课
第二章
阶段复习·思维导图
尝试填写图中序号代表的含义:
①_____________________
②______________________
③___________
④_________________________
⑤______________
⑥_____
⑦_________
⑧_________________
放射性同位素标记技术
DNA是噬菌体的遗传物质
双螺旋结构
边解旋边复制、半保留复制
DNA的一条链
mRNA
逆转录
基因的选择性表达
主题归纳·能力提升
主题一 DNA是主要的遗传物质
【典例示范】
噬菌体侵染细菌的实验中,下列说法错误的是
( )
A.用35S标记蛋白质
B.证明了DNA是主要的遗传物质
C.用32P标记DNA
D.证明了噬菌体的遗传物质是DNA
【解析】选B。噬菌体侵染细菌的关键就是将DNA与蛋白质分开,单独地观察它们各自的作用,故分别用35S或32P标记噬菌体,A、C正确;本实验证明了DNA是遗传物质,B错误,D正确。
【学后反思】
1.噬菌体的繁殖:
(1)噬菌体的组成成分是____和_______。
(2)繁殖过程:吸附→注入____(填“蛋白质”或”DNA”)→生物合成,利用
自身DNA为模板,利用大肠杆菌体内的___________________为原料→组装
→释放。
DNA
蛋白质
DNA
脱氧核苷酸和氨基酸
2.噬菌体侵染细菌实验过程:
(1)实验思路:将____________分别处理,单独、直接观察它们各自的作用。
(2)实验方法:_____________和离心法,组成蛋白质的特有元素:__;组成DNA
的特有元素:__。
(3)实验结论:子代噬菌体的各种性状,是通过亲代的____遗传的,即____才是
噬菌体的遗传物质。
蛋白质和DNA
同位素标记法
S
DNA
DNA
P
【类题精练】
某研究人员模拟赫尔希和蔡斯关于噬菌体侵染细菌的实验,进行了以下4个实验:
①用未标记的噬菌体侵染35S标记的细菌
②用未标记的噬菌体侵染3H标记的细菌
③用32P标记的噬菌体侵染未标记的细菌
④用14C标记的噬菌体侵染未标记的细菌
一段时间后离心,以上各实验检测到放射性的主要部位是
( )
A.沉淀物、沉淀物、沉淀物、沉淀物和上清液
B.沉淀物、沉淀物、沉淀物和上清液、沉淀物和上清液
C.上清液、上清液、沉淀物和上清液、上清液
D.沉淀物、上清液、沉淀物、沉淀物和上清液
【解析】选A。①用未标记的噬菌体侵染35S标记的细菌,细菌经过离心后分布在沉淀物中,所以离心后主要在沉淀物中检测到放射性;②用未标记的噬菌体侵染3H标记的细菌,细菌经过离心后分布在沉淀物中,所以离心后主要在沉淀物中检测到放射性;③用32P标记的噬菌体侵染未标记的细菌,32P标记的是噬菌体的DNA,噬菌体侵染细菌后,只有DNA进入细菌并随着细菌离心到沉淀物中,所以离心后主要在沉淀物中检测到放射性;④用14C标记的噬菌体侵染未标记的细菌,由于14C标记噬菌体的DNA和蛋白质,蛋白质外壳出现在上清液中,14C标记的噬菌体DNA将出现在新的噬菌体中,所以离心后主要在沉淀物和上清液中检测到放射性。
主题二 核酸分子的结构和功能
【典例示范】
如图所示为真核细胞中遗传信息的传递和表达过程。相关叙述正确的是
( )
A.①②过程所需要的酶、原料、能量均相同
B.②过程c链是以a、b链中的一条链为模板合成的
C.①②③三个过程中碱基配对情况完全相同
D.③过程d、e、f最终形成的物质结构各不相同
【解析】选B。①是复制过程,需要解旋酶和DNA聚合酶,原料是脱氧核苷酸;②是转录过程,需要RNA聚合酶,原料是核糖核苷酸,A错误;②是转录过程,该过程的模板是DNA的一条链,即该过程c链是以a、b链中的一条链为模板合成的,B正确;DNA复制过程中碱基配对为:A-T、C-G、G-C、T-A,转录过程中碱基配对为A-U、C-G、G-C、T-A,翻译过程中碱基配对为A-U、C-G、G-C、U-A,可见这三个过程中碱基配对情况不完全相同,C错误;③是翻译过程,由于控制d、e、f三条肽链合成的模板相同,因此该过程d、e、f最终形成的物质结构相同,D错误。
【学后反思】
1.不同生物基因所在位置的判断:
(1)有细胞结构的生物,基因是有遗传效应的____(填“DNA”或“RNA”)片段。
(2)对于DNA病毒,基因是有遗传效应的____(填“DNA”或“RNA”)片段。
(3)对于RNA病毒,基因是有遗传效应的____(填“DNA”或“RNA”)片段。
2.DNA分子的结构特点:
(1)DNA分子由两条单链组成,两条链_________盘旋成___________。
(2)DNA的基本骨架是:___________________排列在外侧。
(3)两条链上的碱基遵循_____________原则。
DNA
DNA
RNA
反向平行
双螺旋结构
脱氧核糖和磷酸交替
碱基互补配对
3.DNA复制和转录:
(1)DNA复制方式是:___________。
(2)DNA复制条件。
①酶:__________________。
②原料:___________。
③模板:______________。
④能量:ATP提供。
半保留复制
解旋酶、DNA聚合酶
脱氧核苷酸
DNA的每一条链
(3)转录的条件。
①酶:__________。
②原料:___________。
③模板:____________。
④能量:ATP提供。
RNA聚合酶
核糖核苷酸
DNA的一条链
【类题精练】
1.如图为真核细胞蛋白质合成过程中遗传信息流动图解,1、2、3表示相关过程,据图判断下列说法正确的是
( )
A.真核细胞中都会发生图中1~3过程
B.核苷酸序列不同的基因可表达出相同的蛋白质
C.1过程中氢键的断裂不需要酶参与,磷酸二酯键的形成则需要DNA聚合酶催化
D.3过程以mRNA的一条链为模板,核糖体在mRNA上的移动方向是从右到左
【解析】选B。1为DNA复制过程,细胞不分裂DNA不复制,A错误;由于密码子的简并性,核苷酸序列不同的基因有可能表达出相同的蛋白质,B正确;1过程中氢键的断裂需要解旋酶参与,C错误;由题图可以看出,核糖体在mRNA上的移动方向是从左到右,D错误。
2.病毒的核酸包括双链DNA、单链DNA、双链RNA、单链RNA等不同类型。某研究小组通过一系列实验确定新型动物病毒X的核酸类型。请回答。
用放射性同位素标记碱基的方法,探究病毒X是DNA病毒还是RNA病毒。
(1)实验思路:设置两组实验,将________________________分别培养在含有放射性标记的________________________(记为甲组)和__________________(记为乙组)的培养基中,然后分别接种病毒X。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。
(2)预期结果:若________________________________________________________,则病毒X为DNA病毒;反之为RNA病毒。?
对病毒X进行碱基分析,结果如表:
据上表可判断,病毒X的核酸类型是____________,理由是__。?
碱基种类
A
C
G
T
碱基比例/%
36
24
18
22
【解析】根据DNA和RNA的异同,可用放射性同位素标记碱基的方法,探究病毒X是DNA病毒还是RNA病毒。(1)实验思路:设置两组实验,将动物细胞分别培养在含有放射性标记的胸腺嘧啶(记为甲组)和尿嘧啶(记为乙组)的培养基中,然后分别接种病毒X。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。(2)预期结果:若甲组收集的病毒含有放射性而乙组无放射性,则病毒X为DNA病毒;反之为RNA病毒。根据表格中数据可知,病毒X的核酸含有DNA特有的碱基胸腺嘧啶,且嘌呤总数不等于嘧啶总数,所以病毒X的核酸类型是单链DNA。
答案:(1)动物细胞 胸腺嘧啶(T) 尿嘧啶(U)
(2)甲组收集的病毒含有放射性而乙组无放射性
单链DNA 病毒X的核酸含有DNA特有的碱基胸腺嘧啶,且嘌呤总数不等于嘧啶总数
主题三 遗传信息的传递途径?
【典例示范】
图1是核糖体合成的过程示意图,图2是核糖体上进行的生理过程,a、b、c代表物质。下列相关叙述正确的是
( )
A.物质b、rRNA和物质c都由细胞核中的a转录产生
B.过程①中a与b存在碱基A—T,C—G,T—A的配对
C.过程②所需的tRNA上的反密码子都能与b上的密码子相对应
D.图2中核糖体在c上由左向右移动,合成的多肽链一般是相同的
【解析】选D。b(mRNA)、c(mRNA)和rRNA可由细胞核中的a(DNA)转录产生,在真核细胞中,转录大多发生在细胞核中,少部分发生在线粒体和叶绿体中,A错误;过程①表示转录,a(DNA)与b(mRNA)存在碱基A-U,C-G,T-A的配对,B错误;过程②表示遗传信息的翻译过程,mRNA上的终止密码子不会与tRNA上的反密码子发生碱基配对现象,C错误;根据图2中两条肽链的长度可知,核糖体在mRNA上由左向右移动进行翻译,合成的多肽链一般是相同的,D正确。
【学后反思】
1.辨析氨基酸与密码子、反密码子的数量关系:
(1)每种氨基酸对应___________(填“一种”“多种”或“一种或多种”)
密码子,可由___________(填“一种”“多种”或“一种或多种”)tRNA转运。
(2)一种密码子只能决定_____(填“一种”或“多种”)氨基酸,一种tRNA只
能转运_____(填“一种”或“多种”)氨基酸。
(3)密码子有___种(__种终止密码子;反密码子理论上有___种。
一种或多种
一种或多种
一种
一种
64
3
61
2.正确区分翻译过程中多聚核糖体模式图:
(1)图1表示真核细胞的翻译过程。图中①是_____,⑥是_______,②③④⑤表示
正在合成的4条多肽链,翻译的方向是_________。
(2)图2表示原核细胞的转录和翻译过程,图中①是__________,②③④⑤表示
正在合成的4条mRNA,在核糖体上同时进行翻译过程。
mRNA
核糖体
自右向左
DNA模板链
【类题精练】
1.(2019·全国卷Ⅰ)用体外实验的方法可合成多肽链。已知苯丙氨酸的密码子是UUU,若要在体外合成同位素标记的多肽链,所需的材料组合是
( )
①同位素标记的tRNA
②蛋白质合成所需的酶
③同位素标记的苯丙氨酸
④人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸
⑤除去了DNA和mRNA的细胞裂解液
A.①②④
B.②③④
C.③④⑤
D.①③⑤
【解析】选C。本题考查基因表达的条件。用体外实验的方法合成多肽链,应该提供蛋白质合成的各种条件,如果在体外合成同位素标记的多肽链,就应该以同位素标记的苯丙氨酸为原料,以人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸为模板,还需要tRNA、酶等条件,这些可以由除去了DNA和mRNA的细胞裂解液提供,所以所需的材料组合是③④⑤。
2.如图为某种真核细胞中蛋白质的生物合成示意图,请据图回答下列问题:
(1)完成①过程需要的酶是__________,该酶通过__________从细胞质基质进入细胞核。?
(2)②过程得到的mRNA先要在__________中进行__________后才用于翻译,翻译时一条mRNA会与多个核糖体结合,最后得到的多肽链上氨基酸序列__________(填“相同”或“不相同”)。若图中前体蛋白的一条肽链由30个氨基酸组成,则控制它合成的基因片段至少有______个碱基
(3)根据所学知识并结合如图推知:该细胞中核糖体分布的场所有细胞质基质、______和__________等。?
(4)图中所示生理过程的完成需要遵循碱基互补配对原则的有__________(填序号)。?
(5)用α-鹅膏蕈碱处理细胞后发现,细胞质基质中的RNA含量显著减少,由此推测α-鹅膏蕈碱抑制的过程是__________(填序号)。
【解析】(1)①过程为DNA复制的过程,DNA复制过程需要的酶为DNA聚合酶,该酶
是在细胞质中的核糖体上合成的,然后通过核孔从细胞质基质进入细胞核。(2)
②过程为转录过程,该过程得到的mRNA是不能直接作为模板进行翻译的,而是先
要在细胞核中进行加工修饰后才用于翻译,翻译时一条mRNA会与多个核糖体结
合,最后得到多条氨基酸序列相同的肽链。由于在mRNA上每三个相邻的碱基决
定一个氨基酸,而RNA为单链分子,DNA为双链分子,所以氨基酸数目与基因中碱
基数目的比值为1∶6,所以若前体蛋白的一条肽链由30个氨基酸组成,则控制它
合成的基因片段至少有30×6=180个碱基。(3)真核细胞中核糖体的分布场所有
细胞质基质,内质网,图中显示在线粒体中也有核糖体。(4)图中的①过程为DNA
的复制,②为DNA的转录,④为翻译过程,⑥为线粒体DNA的复制,⑦为线粒体DNA的转录,⑧为翻译过程,这些过程的进行都要按照碱基互补配对原则进行。(5)用a-鹅膏蕈碱处理细胞后发现,细胞质基质中的RNA含量显著减少,而细胞质基质中的RNA来自细胞核中的转录过程,即图中的②过程,所以可推测a-鹅膏蕈碱抑制的过程是核中DNA的转录过程,即图中的②过程。
答案:(1)DNA聚合酶 核孔
(2)细胞核 加工修饰 相同 180
(3)内质网 线粒体 (4)①②④⑥⑦⑧ (5)②(共127张PPT)
第二节 DNA分子的结构和复制
必备知识·自主学习
一、沃森和克里克解开了DNA分子结构之谜
判一判:基于科学家对DNA结构的探究历程,判断下列说法的正误:
1.查哥夫通过定量分析发现DNA分子中腺嘌呤的总量总与胸腺嘧啶的量相当,
鸟嘌呤的量总是与胞嘧啶的量相当。
(
)
2.由于DNA双螺旋结构的发现,沃森、克里克和威尔金斯共同获得了诺贝尔
生理学或医学奖。
(
)
提示:由于沃森和克里克撰写的《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个
结构模型》论文的发表,沃森、克里克和威尔金斯共同获得了诺贝尔生理学
或医学奖。
√
√
3.A—T碱基对和G—C碱基对的形状和直径是不相同的,使得DNA的直径也
不同。
(
)
提示:由于A—T碱基对和G—C碱基对具有相同的形状和直径,使得DNA具有
恒定的直径。
4.受威尔金斯和富兰克林的影响,沃森和克里克改变了碱基配对的方式。
(
)
提示:威尔金斯和富兰克林提供了DNA衍射图谱,推算出DNA呈螺旋结构,受
查哥夫的影响,沃森和克里克改变了碱基配对方式。
×
×
【问·答】
沃森和克里克构建的DNA双螺旋结构模型属于哪一类模型?
提示:物理模型。
二、DNA的结构
1.基于对DNA结构的理解进行填空:
2.DNA分子的特点:
(1)多样性:_______________的千变万化。
(2)特异性:由DNA分子中特定的_______________决定。
碱基对排列顺序
碱基对排列顺序
三、设计和制作
DNA分子双螺旋结构模型
某学习小组,利用材料制作了DNA双螺旋结构模型,请将合理的制作顺序
排列起来___________。
①组装“脱氧核苷酸模型”
②组成多核苷酸长链
③制作若干个磷酸、碱基和脱氧核糖
④获得DNA分子的立体结构
⑤制作DNA分子平面结构
③①②⑤④
【问·答】
制作一个含有n个A—T碱基对,m个G—C碱基对的长链,需要多少个扭扭棒?
提示:(2n+3m)个。
四、DNA分子通过半保留方式进行复制
1.DNA复制方式的探究:
(1)方式:___________。
(2)实验过程:
半保留复制
Ⅰ.
(3)实验结论:________________________。
DNA复制方式为半保留复制
2.基于对DNA复制的过程与特点的理解,填空:
(1)概念:以____________为模板合成子代DNA分子的过程。
(2)场所:主要是_______。
(3)时期:细胞的_____________和_______________间期。
亲代DNA分子
细胞核
有丝分裂间期
减数第一次分裂
(4)过程:
(5)特点:_____________。
(6)方式:___________。
(7)结果:形成两个完全相同的DNA。
(8)意义:确保了遗传信息代代遗传的_______。
边解旋边复制
半保留复制
连续性
【问·答】
从DNA的结构角度分析,DNA能准确复制的原因是什么?
提示:(1)DNA的双螺旋结构,为复制提供精确的模板。(2)通过碱基互补配对,保证了复制能准确无误地进行。
关键能力·合作学习
知识点一
DNA分子的结构?
1.DNA分子的结构:
(1)数量关系。
①游离磷酸基团:每个DNA片段有2个。
②氢键:A-T之间有2个,G-C之间有3个。
③脱氧核糖数=磷酸数=含氮碱基数。
(2)位置关系。
①单链中:相邻碱基通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接。
②双链间:相邻碱基通过氢键相连。
(3)化学键。
①氢键:连接互补链中配对的碱基。
②磷酸二酯键:连接单链中相邻两个脱氧核苷酸的脱氧核糖和磷酸。
2.DNA分子的结构特点:
(1)稳定性:DNA分子结构的稳定性是指其双螺旋结构的相对稳定性。
(2)多样性:其决定因素是DNA分子中碱基对排列顺序的千变万化。
(3)特异性:不同的DNA分子具有不同的特性,所以DNA的多样性也就意味着DNA分子的特异性。
DNA分子的多样性与特异性,从分子水平上说明了生物界的多样性和生物个体之间存在差异的原因。
特别提醒:
①在脱氧核苷酸链中,并不是每个磷酸都与两个脱氧核糖相连,如链的一端游离的磷酸只与一个脱氧核糖相连。
②若一个DNA分子含有n个碱基对,那么碱基对的排列方式就是4n种,而不是42n。
③不同的碱基对排列顺序代表了不同的遗传信息,因此,DNA分子能够储存大量遗传信息。
【典例示范】
如图是核酸的基本组成单位核苷酸的结构图,下列说法正确的是
( )
A.比较组成DNA与RNA的④,只有②不同
B.若③是T,则④叫作胸腺嘧啶脱氧核苷酸
C.若③是尿嘧啶,则②是脱氧核糖
D.构成T2噬菌体和人体的④均有8种
【解题思维】
【解析】选B。组成DNA与RNA的④核苷酸,除了②五碳糖(分别是脱氧核糖和核糖)不同外,在③含氮碱基(分别是A、T、G、C和A、U、G、C)方面也不完全相同,A错误;若③是T,则是DNA的组成单位,④叫作胸腺嘧啶脱氧核苷酸,B正确;若③是尿嘧啶,则②是核糖,C错误;T2噬菌体只含有DNA一种核酸,人体中含有DNA和RNA两种核酸,构成T2噬菌体和人体的④含氮碱基分别有4种(A、T、G、C)、5种(A、T、G、C、U),D错误。
【审答误区】本题常见错因有两种:
(1)不能准确比较DNA与RNA在化学组成上的不同:不仅五碳糖不同,含氮碱基也不完全相同。
(2)不能区别T2噬菌体和人体的区别:T2噬菌体为病毒,只含一种核酸——DNA,DNA即为遗传物质,而人体含有两种核酸——DNA和RNA,但只有DNA是遗传物质。
【母题追问】
(1)N、P分别位于图示哪种结构?
提示:N位于③中,P位于①中。
(2)一个双链DNA分子中含有多少个游离的①?
提示:2个。
【类题精练】
1.(2020·浙江7月选考)某DNA片段的结构如图所示。下列叙述正确的是
( )
A.①表示胞嘧啶
B.②表示腺嘌呤
C.③表示葡萄糖
D.④表示氢键
【解析】选D。本题主要考查DNA分子的结构。根据图示分析,①表示T(胸腺嘧啶),②表示C(胞嘧啶),③表示脱氧核糖,④表示氢键。
2.1953年沃森和克里克构建了DNA的双螺旋结构模型,推动了现代遗传学迅猛发展。如图是一个DNA分子的片段。下列叙述中错误的是
( )
A.图中②代表氢键
B.DNA是规则的双螺旋结构
C.图中①代表腺嘌呤(A)
D.该DNA中含有4种脱氧核苷酸
【解析】选C。图中②代表氢键,A正确;DNA是规则的双螺旋结构,B正确;图中①代表鸟嘌呤,C错误;看图可知:该DNA中含有4种脱氧核苷酸,D正确。
【补偿训练】
核苷酸可通过脱水形成多核苷酸,脱水后一个核苷酸的五碳糖与下一个单体的磷酸基团相连,结果在多核苷酸中形成了一个糖—磷酸主链(如图)。下列叙述正确的是
( )
A.糖—磷酸主链含C、H、O、N、P五种元素
B.合成图示化合物时,共需要脱去5分子水
C.图中的一个磷酸基团只与一个五碳糖相连
D.与图中互补的另一脱氧核苷酸链上的碱基序列是ACGAT
【解析】选D。因糖—磷酸主链是由脱水后一个核苷酸的五碳糖与下一个单体的磷酸基团相连,故只含有C、H、O、P四种元素,A错误;图示化合物由五个核苷酸相连而成,共需要脱去4分子水,B错误;该化合物最上端的核苷酸的磷酸基团只与一个五碳糖相连,下面四个核苷酸的磷酸基团与两个五碳糖相连,C错误;按照碱基互补配对原则及DNA分子中两条脱氧核苷酸链反向平行的特点,与图中互补的另一条脱氧核苷酸链上的碱基序列是AC-GAT,D正确。
知识点二
DNA中碱基数量的计算?
根据碱基互补配对原则:A与T配对、G与C配对,4种碱基之间存在以下关系:
(1)在DNA双链中,由于碱基互补配对,有A=T,G≡C。
(2)在DNA双链中,嘌呤总数与嘧啶总数相同,即A+G=T+C。
(3)互补碱基之和的比例在任意一条链及整个DNA分子中都相同,即若在一条链
中
=m,则在互补链及整个DNA分子中
=m。
(4)非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数,在整个DNA分子中为1,即若
在DNA一条链中
=a,则在其互补链中
,而在整个DNA分子中
=1。
(5)某种碱基在DNA分子中所占比例,等于这种碱基在DNA每条链中所占比例和的
平均数。如DNA中A占n%,则
=n%。
特别提醒:
①上述计算规律的前提条件是DNA是双链结构。
②在DNA双链结构中,任意两种不互补的碱基数之和占总碱基数的50%,即A+G=C+T=A+C=G+T=50%。
【典例示范】
某DNA分子中A+T占整个DNA分子碱基总数的44%,其中一条链(a)上的G占该链碱基总数的21%,那么,对应的另一条互补链(b)上的G占该链碱基总数的比例是
( )
A.35%
B.29%
C.28%
D.21%
【解题思维】
【解析】选A。已知DNA分子中A+T占整个DNA分子碱基总数的44%,根据碱基互补配对原则:A=T、C=G,所以A=T=22%,则C=G=50%-22%=28%,又已知一条链(a)上的G占该链碱基总数的21%,即G1=21%。在双链DNA分子中,G=(G1+G2)/2,则G2=35%。
【方法规律】DNA中有关碱基比例计算的三个步骤
第一步:弄清题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA碱基的比例,还是占DNA一条链上的碱基的比例。
第二步:画一个DNA模式图,并在图中标明已知的和所求的碱基。
第三步:根据碱基互补配对原则和相关规律进行计算。
【类题精练】
1.
DNA分子的稳定性与碱基对之间的氢键数目有关。下列关于生物体内DNA分子中(A+T)/(G+C)与(A+C)/(G+T)两个比值的叙述,正确的是
( )
A.碱基序列不同的双链DNA分子,后一比值不同
B.前一个比值越大,双链DNA分子的稳定性越高
C.当两个比值相同时,可判断这个DNA分子是双链
D.双链DNA分子中,后一比值等于1
【解析】选D。所有双链DNA分子中,A=T、C=G,因此后一比值等于1,A错误,D正确;双链DNA分子中,A、T之间形成2个氢键,C、G之间形成3个氢键,因此前一比值越小,双链DNA分子稳定性越高,B错误;双链DNA分子的后一比值恒为1,与两个比值是否相同无关,C错误。
2.某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成,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
( )
【解题思维】
(1)明确DNA的一条单链中碱基比例与DNA及其互补链中的碱基比例关系。
(2)明确坐标系中横纵坐标之间的数量关系。
【解析】选C。双链DNA分子中
应始终等于1;一条单链中
与其互补链
中
互为倒数,一条单链中
=0.5时,互补链中
=2;一条单链中
与其互补链中
及DNA分子中
都相等。
【补偿训练】
某DNA分子片段中共有400个脱氧核苷酸,其中鸟嘌呤脱氧核苷酸占20%,则该DNA分子中“A-T”碱基对共有
( )
A.240
B.200
C.120
D.80
【解析】选C。由题意可知,该DNA分子中鸟嘌呤(G)的数量为400×20%=80个,根据碱基互补配对原则可知C=G=80个,则A=T=(400-80×2)÷2=120个,则该DNA分子中“A-T”碱基对共有120个。
知识点三
DNA的复制过程及相关计算?
1.DNA复制过程:
时期
细胞分裂前的间期
场所
主要在细胞核
结果
形成两个完全相同的DNA
条件
模板、原料、能量、酶
意义
保持了遗传信息的连续性
过程
解旋——合成子链——重新螺旋
特点
边解旋边复制、半保留复制
特别提醒:
①不同生物DNA复制的场所不同,例如原核生物是在拟核区进行DNA的复制,病毒是在宿主细胞内进行DNA的复制,而真核生物DNA复制可以发生在细胞核、线粒体和叶绿体中。
②子代DNA分子的组成是:新合成的子链和模板链。
【知识拓展】
与DNA复制有关的酶
(1)使DNA链解旋的酶:解旋酶、DNA旋转酶、单链DNA结合蛋白。
(2)DNA复制过程中的酶:RNA引物酶、DNA聚合酶、DNA连接酶。
2.用“图解法”分析DNA复制的相关计算:
(1)将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基上培养,复制n次,则:
①子代DNA共2n个
②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。
(2)DNA复制中消耗的脱氧核苷酸数:
若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,
①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次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·(2n-1)-m·(2n-1-1)=m·2n-1个。
3.复制次数与被标记的DNA分子数及单链数的关系:
通过上图总结被标记DNA分子数、单链数所占比例:
特别提醒:
①在DNA复制中,无论复制几次,含亲代DNA脱氧核苷酸的子代DNA分子都只有两个,亲代脱氧核苷酸链也只有两条。
②复制n次和第n次复制的区别:复制n次是从第1次到第n次复制的总和,第n次复制只指第n次的这一次复制。
③分析标记DNA分子的比例时,应注意求的是DNA分子数,还是脱氧核苷酸数;还应注意培养基中化学元素的转换。
【典例示范】
(2020·潍坊高一检测)如图为真核细胞DNA复制过程模式图,相关分析错误的是
( )
A.酶①为解旋酶,酶②为DNA聚合酶
B.图示体现了边解旋边复制及半保留复制的特点
C.在复制完成后,甲、乙可在有丝分裂后期、减数第一次分裂后期分开
D.复制结束后形成的两个DNA分子是完全相同的
【解题思维】解答本题需突破以下两个关键点。
【解析】选C。由题图可知酶①作用于DNA的两条母链之间,使DNA双链的配对碱基之间的氢键断开,为解旋酶,②是DNA聚合酶,将游离的脱氧核苷酸结合在一起形成子链DNA,A正确;题图显示了新形成的甲、乙两条DNA分子中均含有一条亲代DNA母链,符合半保留复制的特点,同时题图中显示了DNA边解旋边复制的特点,B正确;细胞分裂间期1个DNA分子复制形成的2个DNA分子由1个着丝粒连接,有丝分裂后期以及减数第二次分裂后期时着丝粒分裂,两个DNA分子也随之分开,减数第一次分裂后期着丝粒不分裂,C错误;复制时以亲代DNA分子的两条链为模板,并遵循碱基互补配对的原则,所以复制结束后得到的两个DNA分子完全相同,D正确。
【审答误区】误认为细胞分裂导致核DNA减半,复制的子代DNA一定也分离。事实上,复制的核DNA位于姐妹染色单体上,当姐妹染色单体分离后,形成的子代DNA才分离,若着丝粒不分离,形成的子代DNA不会分离。
【类题精练】
1.如图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图,有关叙述错误的是
( )
A.图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的
B.图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的
C.真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶
D.真核生物的这种复制方式提高了复制速率
【解析】选A。分析题图可知图中的三个复制点复制的DNA片段的长度不同,因此复制的起始时间不同,A错误;分析题图可知,DNA分子的复制过程是边解旋边复制的,B正确;DNA分子的复制首先要在解旋酶的作用下进行解旋,C正确;真核细胞的DNA分子具有多个复制起点,这种复制方式加速了复制过程,提高了复制速率,D正确。
2.下列关于DNA分子的结构与复制的叙述中,正确的是
( )
A.含有a个腺嘌呤的DNA分子第n次复制需要腺嘌呤脱氧核苷酸a×2n个
B.在一个双链DNA分子中,G+C占碱基总数的M%,那么该DNA分子的每条链中G+C都占该链碱基总数的M%
C.细胞内全部DNA被32P标记后在不含32P的环境中进行连续有丝分裂,第二次分裂的每个子细胞染色体均有一半有标记
D.DNA双链被32P标记后,复制n次,子代DNA中有标记的占1/2n
【解析】选B。DNA分子进行第n次复制时,需要新合成2n-1个DNA分子,每个DNA分子含有a个腺嘌呤,则第n次复制需要腺嘌呤脱氧核苷酸2n-1×a个,A错误;DNA双链中G与C互补配对,则双链中G+C占M%,每条链中G+C也都占该链M%,B正确;第二次分裂结束后有4个子细胞,根据半保留复制,亲代被标记的两条DNA单链,分别进入2个子细胞中,则子代4个子细胞中,只有2个子细胞中有一半染色体被标记,C错误;复制n次,得到2n个子代DNA,根据半保留复制,其中有2个各含亲代DNA的一条单链,因此子代有标记的DNA占2/2n,D错误。
【补偿训练】
下列有关真核细胞DNA分子复制的叙述,正确的是
( )
A.复制后两个子代DNA分子共有4个游离的磷酸基团
B.DNA复制时以一条脱氧核苷酸链作为模板
C.DNA聚合酶催化两个脱氧核苷酸碱基对之间的连接
D.复制过程中先全部解旋成单链,再进行半保留复制
【解析】选A。每个DNA分子单链都含有1个游离的磷酸基团,复制后两个子代DNA分子共有4条单链,共有4个游离的磷酸基团,选项A正确;DNA复制时两条脱氧核苷酸链都作为模板,选项B错误;DNA聚合酶催化相邻核苷酸的脱氧核糖和磷酸基团之间形成磷酸二酯键,选项C错误;DNA复制是边解旋边复制,选项D错误。
1.【生活情境】DNA分子杂交技术在社会生活中已经得到广泛应用。如用在刑侦领域上,可从犯罪嫌疑人和现场遗留物中分别提取DNA,在一个温度下水浴加热,使氢键断裂,双链打开。若两份样本来自同一个体,在温度降低时,两份样本中的DNA单链会通过氢键连接在一起;若不是来自同一个体,则两份样本中的DNA单链在一定程度上不能互补,这样可以鉴别犯罪嫌疑人。
探究:(生命观念)
(1)该应用实例的理论基础是什么?
提示:由于每个人的DNA分子不同,利用了DNA分子的特异性。
(2)DNA分子中碱基互补配对原则对遗传信息的传递有什么意义?
提示:能保证遗传信息在传递过程中的准确性。
核心素养·情境探究
2.【科技情境】下列为DNA复制的有关图示,A→B→C表示大肠杆菌的DNA复制,D→E→F表示哺乳动物的DNA分子复制。图中黑点表示复制起点,“→”表示复制方向,“?”表示时间顺序。
(1)据图比较大肠杆菌和哺乳动物DNA分子复制的异同点。(科学思维)
①相同点:______________________________。
②不同点:__________________________________________。
(2)C图与A图、F图与D图相同,C、F能被如此准确的复制出来,原因是什么?
(科学思维)
提示:DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板,碱基互补配对
原则保证了DNA分子复制的准确无误。
均是边解旋边复制,均是双向复制
大肠杆菌是单起点复制;哺乳动物是多起点复制
课堂检测·素养达标
1.沃森和克里克构建了DNA分子的双螺旋结构模型。下列关于DNA分子结构的
叙述正确的是________。?
①每个DNA分子中一般都含有四种脱氧核苷酸
②每个DNA分子中,都是碱基数=磷酸数=脱氧核糖数
③DNA两条链上的碱基以氢键相连,且A与T配对,G与C配对
④每个脱氧核糖上均连着一个磷酸和一个碱基
⑤DNA分子的基本骨架由脱氧核糖、磷酸和含氮碱基交替连接构成
⑥若DNA分子片段中有a个碱基对,胞嘧啶有b个,则该DNA分子中的氢键数
为(2a+b)个
【解析】选①②③⑥。DNA分子的基本单位是四种脱氧核苷酸,①正确;一分子脱氧核苷酸由一分子碱基、一分子磷酸、一分子脱氧核糖构成,所以每个DNA分子中,都是碱基数=磷酸数=脱氧核糖数,②正确;DNA两条链上的碱基以氢键相连,遵循碱基互补配对原则,即A=T、G=C,③正确;DNA分子中大部分脱氧核糖连接两个磷酸和一个碱基,④错误;DNA分子的基本骨架是脱氧核糖和磷酸交替连接构成的,⑤错误;DNA分子片段中有a个碱基对,胞嘧啶有b个,则A有(a-b)个,由于A与T之间通过两个氢键相连,G与C之间通过三个氢键相连,所以该DNA分子中的氢键数为(2a+b)个,⑥正确。
2.(2019·山东合格考)图中圆形、五边形和长方形分别代表磷酸、脱氧核糖和含氮碱基。下列脱氧核苷酸链的模型构建正确的是
( )
【解析】选B。核苷酸的连接顺序是磷酸与脱氧核糖的5号碳相连,含氮碱基与1号碳相连,而一条链上相邻两个脱氧核苷酸之间是通过磷酸二酯键相连,即上一个核苷酸的3号碳与下一个核苷酸的磷酸相连,B正确。
【方法规律】“三看法”判断DNA结构的正误
3.(2018·江苏学考)如图是一位学生制作的分子结构模型(●表示脱氧核糖),该模型模拟的是
( )
A.RNA的单链结构
B.DNA双螺旋结构
C.蛋白质空间结构
D.多糖的空间结构
【解析】选B。据图可知,该模型由两条链组成,且其分子中含有脱氧核糖,符合此条件的只有DNA,因此该模型模拟的是DNA的双螺旋结构。
4.在DNA分子的一条单链中相邻的碱基A与T的连接是通过
( )
A.氢键
B.脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖
C.肽键
D.磷酸—脱氧核糖—磷酸
【解析】选B。双链DNA分子之间的碱基通过氢键连接,A错误;一条单链中相邻的碱基A与T是通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖连接的,B正确;肽键是氨基酸脱水缩合形成的,C错误;磷酸—脱氧核糖—磷酸交替连接构成DNA的基本骨架,D错误。
5.一个DNA分子复制完毕后,新形成的DNA子链
( )
A.是DNA母链的片段
B.与DNA母链相同,但U取代T
C.与DNA母链之一相同
D.与DNA母链完全不同
【解析】选C。新合成的子链与DNA母链之一相同,并不是母链的片段,A错误;新合成的子链与DNA母链之一相同,且子链中没有碱基U,B错误;DNA复制方式为半保留复制,新合成的子链与DNA母链之一相同,C正确;新合成的子链与DNA母链之一完全相同,与另一条母链互补配对,D错误。
6.DNA分子复制时,和胸腺嘧啶(T)互补配对的碱基是
( )
A.胞嘧啶(C)
B.鸟嘌呤(G)
C.腺嘌呤(A)
D.尿嘧啶(U)
【解析】选C。DNA复制是以亲代DNA分子为模板合成子代DNA分子的过程。在复制过程中,以解开的每一段母链为模板,在DNA聚合酶等酶的作用下,利用游离的4种脱氧核苷酸为原料,按照碱基互补配对原则,合成与母链互补的子链,该过程中的碱基配对方式为:A-T、T-A、C-G、G-C。因此,DNA分子复制时,与胸腺嘧啶(T)配对的碱基是腺嘌呤(A)。
7.已知一个DNA分子中有1
000个碱基对,其中鸟嘌呤有600个,这个DNA分子中脱氧核苷酸数目和腺嘌呤的数目依次是
( )
A.2
000个和200个
B.2
000个和400个
C.1
000个和400个
D.1
000个和600个
【解析】选B。一个脱氧核苷酸含有1个碱基,因此DNA分子中碱基数目与脱氧核苷酸数目相同。已知1个DNA分子中有1
000个碱基对,则这个DNA分子含有2
000个脱氧核苷酸;双链DNA分子中,非互补配对的碱基之和占碱基总数的一半,已知一个DNA分子中有1
000个碱基对,其中鸟嘌呤有600个,则这个DNA分子中腺嘌呤的数目为1
000-600=400个。
8.一个被15N标记的DNA分子,以含14N
的4种脱氧核苷酸为原料,连续复制3次,则含15N的脱氧核苷酸链占全部脱氧核苷酸链的比例是
( )
A.1/2
B.1/4
C.1/6
D.1/8
【解析】选D。DNA分子的复制为半保留复制,连续复制3次后形成8个DNA分子,则含15N的脱氧核苷酸链只有2条,占全部脱氧核苷酸链的比例是2/16=1/8,选项D正确。
9.(教材“思辨题“改编)在DNA复制过程中,保证复制准确无误进行的关键步骤是
( )
A.破坏氢键并使DNA双链分开
B.游离核苷酸与母链碱基互补配对
C.配对的游离核苷酸连接成子链
D.子链与模板母链盘绕成双螺旋结构
【解析】选B。DNA复制过程为:(1)解旋:需要细胞提供能量,在解旋酶的作用下,两条螺旋的双链解开。(2)合成子链:以解开的每一段母链为模板,在DNA聚合酶等酶的作用下,利用游离的4种脱氧核苷酸为原料,按照碱基互补配对原则,合成与母链互补的子链。(3)形成子代DNA分子:延伸子链,母链和相应子链盘绕成双螺旋结构。其中,游离核苷酸与母链碱基互补配对保证了复制能够准确地进行。
10.下列关于DNA分子结构和复制的叙述,错误的是
( )
A.DNA分子中磷酸与脱氧核糖交替连接,构成DNA的基本骨架
B.科学家利用“假说-演绎法”证实DNA分子是以半保留的方式复制的
C.DNA复制时,DNA聚合酶可催化2个游离的脱氧核苷酸连接起来
D.DNA双螺旋结构模型的建立为DNA复制机制的阐明奠定了基础
【解析】选C。DNA分子中磷酸与脱氧核糖交替连接,排列在外侧,构成DNA分子的基本骨架,A正确;科学家利用“假说-演绎法”证实了DNA分子是以半保留的方式复制的,B正确;DNA聚合酶催化游离的脱氧核苷酸与DNA链上的脱氧核苷酸之间的连接,C错误;DNA双螺旋结构模型的建立为DNA复制机制的阐明奠定了基础,D正确。
11.如图为大肠杆菌DNA分子结构图示(片段)。请根据图示分析并回答:
(1)图中1表示______,2表示____,1、2、3结合在一起的结构叫作________。?
(2)3有______种,中文名称分别是____________。?
(3)DNA分子中3与4是通过______连接起来的。?
(4)DNA被彻底水解后,能产生含氮废物的是__________与______(用序号表示)。?
(5)图中DNA分子片段中,游离的磷酸基团有____个,若大肠杆菌的DNA分子的碱基G有x个,占其碱基总量的比例是y,则该DNA分子的碱基之间的氢键数目是__________。?
【解析】(1)据图分析可知,图中1表示磷酸基团,2表示脱氧核糖,3表示含氮碱基,1、2、3结合在一起形成脱氧核苷酸。
(2)3表示含氮碱基,由于3与4之间的氢键是3个,因此3可能是G或C,共2种可能。
(3)DNA分子中3和4通过氢键连接形成碱基对。
(4)DNA被彻底水解后的产物有磷酸、脱氧核糖和含氮碱基,其中只有含氮碱基内含有氮元素,能产生含氮废物,位于图中的3和4。
(5)图中DNA分子片段中,游离的磷酸基团有2个;该DNA分子中鸟嘌呤数目为x,因此G—C碱基对数目为x,腺嘌呤=胸腺嘧啶=x/y×1/2-x,由于G—C碱基对之间的氢键是3个,A—T碱基对之间的氢键是2个,因此DNA分子的碱基之间的氢键数是3x+2×[x/y×1/2-x]=x+x/y。
答案:(1)磷酸基团 脱氧核糖 脱氧核苷酸
(2)2 鸟嘌呤、胞嘧啶
(3)氢键 (4)3 4
(5)2 x(1+1/y)(或x+x/y)
12.如图为DNA的复制图解,请据图回答下列问题:
(1)DNA复制发生在______________期。?
(2)②过程称为________。?
(3)指出③中的子链________。?
(4)③过程必须遵循________________原则。?
【解析】DNA分子的复制发生在有丝分裂间期和减数第一次分裂间期,复制方式为半保留复制,每个子代DNA分子中有一条母链和与母链互补的子链;②过程为解旋,③过程中母链为Ⅰ和Ⅳ,子链为Ⅱ和Ⅲ,且遵循碱基互补配对原则。
答案:(1)有丝分裂间期和减数第一次分裂间
(2)解旋 (3)Ⅱ、Ⅲ (4)碱基互补配对
课时素养评价
七 DNA分子的结构和复制
【合格性考试】(20分钟·70分)
一、选择题(共9小题,每小题5分,共45分)
1.在制作DNA双螺旋结构模型时,所提供的卡片种类和数量如表,下列相关叙述正确的是
( )
卡片种类
磷酸
脱氧核糖
碱基
A
T
C
G
卡片数量
12
12
3
3
4
2
A.构成的DNA片段,最多含有氢键12个
B.最多可构建45种碱基序列的DNA
C.最多可构建5种脱氧核苷酸
D.DNA中每个脱氧核糖均与一分子磷酸相连
【解析】选A。分析可知,构成的DNA片段含有3个A-T碱基对,2个C-G碱基对,最多含有氢键3×2+2×3=12个,A正确;构成的DNA片段含有3个A-T碱基对,2个C-G碱基对,由于碱基对的种类和数目已经确定,因此构成的DNA种类数少于45种,B错误;最多可构建4种脱氧核苷酸,C错误;DNA中大多数脱氧核糖与2分子磷酸相连,D错误。
2.如图为DNA分子平面结构模式图,据图信息判断,下列叙述正确的是
( )
A.1表示磷酸基团,1、2、3整体称为核糖核苷酸
B.若4表示腺嘌呤,则3表示胸腺嘧啶
C.DNA分子中3与4通过磷酸二酯键连接
D.DNA分子被彻底氧化后,能产生含氮废物的是2
【解析】选B。1表示磷酸基团,1、2、3整体称为脱氧核糖核苷酸,A错误;若4表示腺嘌呤,根据碱基互补配对原则,则3表示胸腺嘧啶,B正确;DNA分子中3与4通过氢键连接,C错误;DNA分子被彻底氧化后,能产生含氮废物的是含氮碱基(3和4),D错误。
3.DNA分子是双螺旋结构,如图是DNA分子的一个片段,下列有关说法错误的是
( )
A.DNA聚合酶作用于①部位
B.解旋酶作用于②部位
C.把此DNA放在含15N的培养液中复制3代,子代中含15N的DNA占75%
D.该DNA的特异性表现在碱基的排列顺序中
【解析】选C。DNA聚合酶是DNA分子复制时需要的一种酶,用来连接脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键,因此作用的部位是①部位,A正确;②处是氢键,DNA分子复制时解旋酶作用于氢键,B正确;把此DNA放在含15N的培养液中复制3代,根据DNA的半保留复制特点,其中有2个DNA分子的一条链含有14N,另一条链含有15N,其余的DNA分子只含15N,因此子代DNA分子均含15N,即子代中含15N的DNA占100%,C错误;DNA的特异性表现在碱基的排列顺序中,D正确。
4.下列关于DNA复制过程的正确顺序是
( )
①互补碱基对之间氢键断裂
②DNA聚合酶作用下把脱氧核苷酸连接成链
③DNA分子在解旋酶作用下解旋
④以母链为模板进行碱基互补配对并形成氢键
⑤子链与母链盘旋成双螺旋结构
A.③①②④⑤
B.③④②⑤①
C.③①④②⑤
D.①③④②⑤
【解析】选C。DNA复制的具体过程为:③DNA分子在解旋酶作用下解旋→①互补碱基对之间氢键断裂→④以母链为模板进行碱基互补配对并形成氢键→②DNA聚合酶作用下把脱氧核苷酸连接成链→⑤子链与母链盘旋成双螺旋结构。
5.细胞内可以发生DNA的复制。依据所学知识推理,若要在细胞外完成此过程,有关叙述错误的是
( )
A.需要能量
B.需要脱氧核糖核苷酸作为原料
C.需要DNA作为模板
D.需要DNA聚合酶断开氢键
【解析】选D。DNA复制需要能量ATP,A正确;DNA复制需要四种游离的脱氧核糖核苷酸作为原料,B正确;DNA复制需要DNA分子两条链分别作模板,C正确;DNA分子在解旋酶的作用下解旋,并断开氢键,D错误。
6.在一个双链DNA分子中,碱基总数为m,腺嘌呤数为n,则下列有关数目正确的是
( )
①脱氧核苷酸数=磷酸数=碱基总数=m
②碱基之间的氢键总数为(3m-2n)/2
③一条链中A+T的数量为n
④G的数量为m-n
A.①②③④
B.②③④
C.③④
D.①②③
【解析】选D。①每个脱氧核苷酸分子含有一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子碱基,所以脱氧核苷酸数=磷酸数=碱基总数=m,①正确;②A和T之间有2个氢键、C和G之间有3个氢键,则碱基之间的氢键数为2n+(m-2n)/2×3=(3m-2n)/2,②正确;③双链DNA中,A=T=n,则根据碱基互补配对原则,一条链中A+T的数量为n,③正确;④双链DNA分子中,碱基总数为m,腺嘌呤数为n,则A=T=n,则C=G=(m-2n)2,④错误。
7.如果一个双链DNA中鸟嘌呤占整个DNA碱基的27%,并测得DNA一条链上的腺嘌呤占该链的28%,那么另一条链上的腺嘌呤占整个DNA分子碱基的比例为( )
A.28% B.27% C.18% D.9%
【解析】选D。根据题干信息和碱基互补配对原则分析,如果一个双链DNA中鸟嘌呤占整个DNA碱基的27%,则C=G=27%,A+T=1-27%×2=46%,而互补碱基之和(A+T)在整个DNA分子中所占比例与其在一条链中所占的比例相同,由此可求得“一条链上”T=46%-28%=18%,根据碱基互补配对原则,“另一条链上”腺嘌呤占18%,进一步求出另一条链上的腺嘌呤占整个DNA分子碱基的比例为18%/2=9%。
8.真核细胞中DNA复制如图所示,下列表述错误的是
( )
A.多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成
B.每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代
C.复制过程中氢键的破坏和形成都需要DNA聚合酶的催化
D.DNA分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则
【解题指南】(1)分析图示信息:多个起点,双向复制。
(2)识记DNA聚合酶、解旋酶等的作用。
【解析】选C。DNA复制过程中氢键的破坏需要解旋酶的催化,但氢键的形成不需要酶的催化。
【误区警示】DNA复制的三个易错点
(1)DNA复制的场所并非只在细胞核中,线粒体、叶绿体中也能进行DNA复制。
(2)并非所有细胞都进行DNA复制,只有分裂的细胞才能进行DNA复制。
(3)DNA复制并非单向进行,而是双向多起点复制,且各个复制起点并不是同时开始的。
9.下列关于DNA的相关计算中,正确的是
( )
A.具有1
000个碱基对的DNA,腺嘌呤有600个,则每一条链上都具有胞嘧啶200个
B.具有m个胸腺嘧啶的DNA片段,复制n次后共需要2n·m个胸腺嘧啶
C.具有m个胸腺嘧啶的DNA片段,第n次复制需要2n-1·m个胸腺嘧啶
D.无论是双链DNA还是单链DNA,(A+G)所占的比例均是1/2
【解析】选C。具有1
000个碱基对的DNA,腺嘌呤有600个,则该DNA分子中胞嘧啶的数目为400个,但无法确定每一条链上的胞嘧啶数目,A错误;具有m个胸腺嘧啶的DNA片段,复制n次后共需要(2n-1)·m个胸腺嘧啶,B错误;具有m个胸腺嘧啶的DNA片段,第n次复制需要2n-1·m个胸腺嘧啶,C正确;在双链DNA中,(A+G)所占的比例是1/2,在单链DNA中,(A+G)所占的比例不一定是1/2,D错误。
【误区警示】“DNA复制”相关题目的四点注意
(1)注意“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别,前者包括所有的复制,但后者只包括第n次的复制。
(2)注意碱基的单位是“对”还是“个”。
(3)切记在DNA复制过程中,无论复制了几次,含有母链的DNA分子都只有两个。
(4)看清试题中问的是“DNA分子数”还是“链数”,“含”还是“只含”等,以免掉进陷阱。
【补偿训练】
已知在甲DNA分子的一条单链中(A+G)/(T+C)=m,乙DNA分子的一条单链中的(A+T)/(G+C)=n,则甲、乙两DNA分子中各自的另一条链中对应的碱基比例分别为
( )
A.m、1/n B.1/m、n
C.m、1
D.1、n
【解析】选B。根据碱基互补配对原则,DNA分子一条链中(A+G)/(T+C)的值与互补链中的该比值互为倒数,所以甲DNA分子另一条链中(A+G)/(T+C)的值为1/m;DNA分子的一条单链中(A+T)/(G+C)的值等于其互补链和整个DNA分子中该比值,所以乙DNA分子另一条链中(A+T)/(G+C)的值为n。
二、非选择题(共2小题,共25分)
10.(12分)不同生物或生物体不同器官(细胞)的DNA分子有关碱基比率如表:
(1)由表中可见,不同种生物的DNA分子的(A+T)/(G+C)碱基比率显著不同,这一事实表明,DNA分子结构具有________。?
生物或器官(细胞)
酵母菌
小麦
人
猪
牛
肝
胰
脾
肾
精子
肺
1.08
1.21
1.52
1.43
1.43
1.43
1.30
1.29
1.30
(2)牛的肾和肺的DNA碱基比率相同,原因是____________________________;但精子与肾或肺的DNA碱基比率稍有差异,原因是
。?
(3)表中所列生物的DNA分子中,(A+C)/(G+T)或(A+G)/(T+C)的比值差异
(填“显著”或“不显著”)。原因是
。?
(4)比较表中不同生物DNA的碱基比率,______中DNA分子热稳定性最高,原因是
。?
【解析】(1)对于双链DNA分子而言,互补碱基和之比在不同生物体内有显著差
异,体现了DNA分子的特异性。
(2)在同一生物体内,由于所有的体细胞均来自同一受精卵的有丝分裂,因而各
体细胞内DNA分子相同,其碱基比率也相同。
(3)无论在哪种生物体内,双链DNA分子中A=T,G=C,所以(A+C)/(G+T)、
(A+G)/(T+C)的比值均为1。
(4)在DNA分子中G-C碱基对比率越高,热稳定性越高。表格中酵母菌
最小,
说明G+C所占比例最大,DNA分子热稳定性最高。
答案:(1)特异性
(2)它们是由同一受精卵经有丝分裂产生的体细胞构成的 精子是减数分裂的产物,性染色体只有X或Y,虽然X、Y染色体是一对同源染色体,但X、Y染色体上的DNA分子有差异
(3)不显著 双链DNA分子中,A=T,G=C
(4)酵母菌 酵母菌DNA分子中,G-C碱基对含量比率最高,热稳定性最高
11.(13分)甲图中DNA分子有a和d两条链,将甲图中某一片段放大后如乙图所示,结合所学知识回答下列问题:
(1)从甲图可看出DNA复制的方式是_________________________。?
(2)甲图中,A和B均是DNA分子复制过程中所需要的酶,其中B能将单个的脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链,从而形成子链,则A是________酶,B是____酶。?
(3)甲图过程在绿色植物叶肉细胞中进行的场所有________________________________________________________________。?
(4)乙图中,7是____________________。DNA分子的基本骨架由__________________________________交替连接而成;DNA分子两条链上的碱基通过________连接成碱基对,并且遵循__________________原则。?
【解析】(1)从甲图可看出DNA复制的方式是半保留复制。(2)A是解旋酶,B是DNA聚合酶。(3)绿色植物叶肉细胞中DNA分子复制的场所有细胞核、线粒体、叶绿体。(4)乙图中,7是胸腺嘧啶脱氧核苷酸。DNA分子的基本骨架由脱氧核糖和磷酸交替连接而成;DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对,并且遵循碱基互补配对原则。
答案:(1)半保留复制
(2)解旋 DNA聚合
(3)细胞核、线粒体、叶绿体
(4)胸腺嘧啶脱氧核苷酸 脱氧核糖和磷酸 氢键 碱基互补配对
【等级性考试】
(10分钟·30分)
1.(6分)从某生物组织提取的某双链DNA分子中,鸟嘌呤和胞嘧啶之和占全部碱基含量的46%,已知1号链的碱基中28%是腺嘌呤,22%是胞嘧啶,则1号链中鸟嘌呤占该链碱基总数的比例和2号链中的腺嘌呤占该链碱基总数的比例分别是
( )
A.24% 26%
B.26% 27%
C.28% 22%
D.27% 26%
【解析】选A。由题意可知,双链DNA分子中G+C=46%,由于DNA分子中的两条链之间配对方式是A与T配对,G与C配对,因此1号链的碱基中的G+C也占该链碱基含量的46%,又知1号链的碱基中,A=28%,C=22%,因此1号链中G=46%-22%=24%,
T=1-46%-28%=26%,则与之互补的2号链中的碱基A与1号链中的T相等为26%。
2.(6分)某DNA分子片段中共含有3
000个碱基,其中腺嘌呤占35%。现将该DNA分子片段用15N同位素标记过的四种游离脱氧核苷酸为原料复制3次,将全部复制产物进行密度梯度离心,得到图甲结果;如果将全部复制产物加入解旋酶处理后再离心,则得到图乙结果。下列有关分析正确的是
( )
A.X层与Y层中DNA分子质量比大于1∶3
B.Y层中含15N标记的鸟嘌呤有3
600个
C.第二次复制结束时,含14N的DNA分子占1/2
D.W层与Z层的核苷酸数之比是4∶1
【解析】选C。X层(2个DNA含有14N和15N)与Y层(6个DNA只含15N)中DNA分子质量比小于1∶3,A错误;1个DNA中鸟嘌呤G=450个,Y层(6个DNA只含15N)中含15N标记的鸟嘌呤G=450×6=2
700个,B错误;第二次复制结束时,得4个DNA分子,其中2个含有14N和15N,2个只含15N,因此含14N的DNA分子占1/2,C正确;W层(14个含有15N的DNA单链)与Z层(2个含有14N的DNA单链)的核苷酸数之比是14∶2=7∶1,D错误。
【实验·探究】
3.(18分)1958年,Meselson和Stahl通过一系列实验首次证明了DNA的半保留复制,此后科学家便开始了有关DNA复制起点数目、方向等方面的研究。试回答下列问题:
(1)由于DNA分子呈________结构,DNA复制开始时首先必须解旋从而在复制起点位置形成复制叉(如图1)。因此,研究中可以根据复制叉的数量推测______________________的数量。?
(2)1963年Cairns将不含放射性的大肠杆菌(拟核DNA呈环状)放在含有3H-胸腺嘧啶的培养基中培养,进一步证明了DNA的半保留复制。根据图2的大肠杆菌亲代环状DNA示意图,请在方框内用简图表示复制一次和复制两次后形成的DNA分子。(注:以“-
-
-”表示含放射性的脱氧核苷酸链)
(3)DNA的复制从一点开始以后是单向还是双向进行的?用不含放射性的大肠杆菌DNA放在含有3H-胸腺嘧啶的培养基中培养,给以适当的条件,让其进行复制,得到图3所示结果,这一结果说明____________________。?
(4)为了研究大肠杆菌DNA复制是单起点复制还是多起点复制,用第(2)题的方法,观察到的大肠杆菌DNA复制过程如图4所示,这一结果说明大肠杆菌细胞中DNA复制是______________________起点复制的。?
【解析】(1)DNA分子是双螺旋结构,所以DNA复制开始时首先必须解旋从而在复制起点位置形成复制叉,所以可以根据复制叉的数量推测复制起点的数量。
(2)大肠杆菌DNA为环状,因为DNA为半保留复制,故复制一次所得的DNA分子中,1条链带放射性标记,1条不带。第二次复制所得的DNA分子中,一半的DNA分子1条链带标记,另一半的DNA分子都带标记。
(3)由图示可以看出:该DNA分子有一个复制起点,复制为双向进行。
(4)由图4可知:该DNA分子有一个复制起点,即单个复制起点。如果是两个起点复制,则会出现两个环。
答案:(1)(规则)双螺旋 复制起点
(2)如图
(3)DNA复制是双向的
(4)单(共101张PPT)
第三节
遗传信息控制生物的性状
第一课时 DNA分子通过RNA指导蛋白质的合成
必备知识·自主学习
一、遗传信息的转录
1.RNA的结构和种类:
选一选:下列关于RNA的结构和种类说法正确的有:_______。
①RNA
初步水解产物是4种核糖核苷酸
②RNA彻底水解产物有6种,分别是磷酸、核糖、A、G、C、T
③RNA有三种,分别是信使RNA、转运RNA、核糖体RNA
④RNA一般是单链,可以通过核孔从细胞核转移到细胞质
①③④
2.转录的概念:
RNA主要是在_______中以________________为模板,按照碱基互补配对原则
合成的,这一合成过程称为转录。
细胞核
DNA分子的一条链
3.转录的过程:
填一填:根据遗传信息的转录过程图解进行填空:
4.遗传信息的传递方向:DNA→RNA。
【问·答】
RNA分子中都不存在氢键吗?
提示:不是,tRNA呈“三叶草”型,存在氢键。
二、遗传信息的翻译
1.翻译的场所:_______。
2.判一判:基于对密码子和反密码子的理解,判断下列说法的正误:
(1)密码子是指mRNA上决定氨基酸的3个相邻核苷酸。
(
)
(2)密码子的种类有64种,所以对应64种氨基酸。
(
)
提示:密码子有64种,但组成蛋白质的氨基酸约20种。
(3)反密码子有64种,位于mRNA上。
(
)
提示:反密码子有61种,位于tRNA上。
√
×
×
核糖体
(4)一种密码子对应一种氨基酸。
(
)
(5)一种氨基酸对应多种密码子。
(
)
提示:一种氨基酸对应一种或多种密码子。
√
×
3.翻译的概念:
在细胞中,以_____为模板,从一个特定的起始位点开始,按照每三个相邻的
___________代表一个氨基酸的原则,依次合成___________________________
的过程。
mRNA
核糖核苷酸
具有一定氨基酸顺序的多肽链
4.翻译的过程:
填一填:基于对翻译过程图解的理解进行填空:
第1步:mRNA进入细胞质,与_______结合,携带甲硫氨酸的tRNA,通过与碱基
____互补配对,进入第一位置。
第2步:携带_________的tRNA以同样的方式进入_____位置。
第3步:甲硫氨酸通过与异亮氨酸形成_____而转移到占据_____位置的tRNA上。
第4步:核糖体读取下一个密码子,原来占据_____位置的tRNA离开核糖体,
占据第二位置的tRNA进入_____位置,一个新的携带_______的tRNA进入第二
位置,继续肽链的合成。
核糖体
AUG
异亮氨酸
第二
第二
第一
第一
甘氨酸
肽键
【问·答】
教材二次开发:教材【积极思维】拓展:科学家已经发现密码子有64种,而组成蛋白质的氨基酸约有20种,二者之间有什么样的对应关系?
提示:除3种终止密码子外,一种密码子对应一种氨基酸,一种氨基酸对应一种或多种密码子。
关键能力·合作学习
知识点一
遗传信息的转录和翻译?
1.相关图解及分析:
(1)图解:
(2)分析:
2.DNA复制、转录和翻译的比较:
项目
DNA复制
转 录
翻 译
场所
主要是细胞核
主要是细胞核
细胞中的
核糖体
模板
DNA的两条链
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
时间
细胞分裂间期
生物生长发育的过程中
项目
DNA复制
转 录
翻 译
产物
2个相同的
DNA
RNA(mRNA、
tRNA、rRNA)
具有一定氨基酸顺序的蛋白质
特点
边解旋边复制,半保留复制
边解旋边转录,DNA仍保留
1个mRNA分子可结合多个核糖体,提高合成蛋白质的速度
研究
方法
可用放射性同位素标记“T”
可用放射性同位素标记“U”
可用放射性同位素标记“氨基酸”
3.DNA、RNA、蛋白质的关系:
特别提醒:
①转录时,解开DNA双链的不是解旋酶,而是RNA聚合酶。
②转录的产物不只是mRNA,还有tRNA和rRNA。
③翻译时,核糖体沿着mRNA移动,而mRNA不动。
④一个mRNA可以相继结合多个核糖体,同时进行多条相同肽链的合成。
【知识拓展】
真核生物的前体mRNA加工过程
真核生物RNA前体一般无生物学特性,需要进行加工修饰,RNA加工修饰主要的加工方式是切断和碱基修饰,包括下面几步:
①加帽:发生在细胞核内,在转录的早期或转录终止前已经形成。
②加尾:也是在细胞核内完成。
③剪接:一般需snRNA(一种小核RNA)通过形成套索结构而将内含子切除掉。
④内部甲基化:对某些碱基进行甲基化处理。
【典例示范】
DNA携带的遗传信息通过转录和翻译传递到细胞质中指导蛋白质的合成。下列关于DNA复制、转录、翻译的叙述,正确的是
( )
A.RNA聚合酶与DNA分子结合只能使一个基因的双螺旋解开
B.DNA复制时,两条脱氧核苷酸链均可作为模板,转录以一条核糖核苷酸链为模板
C.多个核糖体串联在一个mRNA上,共同完成一条多肽链的合成,提高了翻译效率
D.转录时,会形成RNA-DNA杂交区域
【解题思维】解答本题需突破以下两个关键点:
【解析】选D。RNA聚合酶与DNA分子结合可以使DNA分子上多个基因的双螺旋解开,A错误;DNA复制时,两条脱氧核苷酸链均可作为模板,转录以一条脱氧核苷酸链为模板,B错误;同一条mRNA分子能够同多个核糖体结合,同时合成若干条蛋白质多肽链,从而提高了翻译效率,C错误;转录时,以一条脱氧核苷酸链为模板,会形成RNA-DNA杂交区域,D正确。
【审答误区】混淆DNA复制、转录和翻译的模板
(1)DNA复制:模板为DNA的两条链。
(2)DNA转录:模板为DNA的一条链。
(3)翻译:模板为mRNA。
【母题追问】
(1)RNA聚合酶有什么作用?
提示:催化DNA双链解旋,同时催化游离的核糖核苷酸之间形成磷酸二酯键。
(2)人体细胞中的核糖体可以分布在哪些场所?
提示:游离在细胞质基质中;附着在内质网上;分布于线粒体中。
【类题精练】
如图为基因控制蛋白质合成的示意图,相关分析正确的是
( )
氨基酸
丙氨酸
苯丙氨酸
赖氨酸
甲硫氨酸
密码子
GCA
UUU
AAA
AUG
GCG
UUC
AAG
GCC
GCU
A.真核细胞中a过程只发生在细胞核中,需要RNA聚合酶的催化
B.若①中共有360个碱基,并考虑结构②中终止密码子的情况下,则通过图示过程合成的肽链最多有60个氨基酸
C.④的形成方式是脱水缩合,脱去的水中的氧只来自羧基
D.⑤上携带的氨基酸是赖氨酸
【解析】选C。a为转录过程,在真核细胞中主要发生在细胞核中,此外在线粒体和叶绿体中也能发生,A错误;若①中共有360个碱基,则结构②中的碱基个数最多有180个,密码子最多有60个,若考虑终止密码子,则能够编码氨基酸的密码子最多有59个,因此合成的肽链最多有59个氨基酸,B错误;④是多肽链,由氨基酸脱水缩合形成,脱去的水中的氧只来自羧基,C正确;⑤的反密码子是AAG,其对应的密码子是UUC,编码苯丙氨酸,因此⑤上携带的氨基酸是苯丙氨酸,D错误。
【补偿训练】
如图表示蓝细菌DNA上遗传信息、密码子、反密码子间的对应关系。下列说法中正确的是
( )
A.由图分析可知①链应为DNA的α链
B.DNA形成②的过程发生的场所是细胞核
C.酪氨酸和天冬氨酸的密码子分别是AUG、CUA
D.图中②与③配对的过程需要在核糖体上进行
【解析】选D。据碱基互补配对原则,可知①链是DNA的β链,A错误;蓝细菌属于原核生物,没有由核膜包被的细胞核,B错误;tRNA的一端的三个相邻的碱基是反密码子,密码子在mRNA上,C错误;图中②与③配对的过程是翻译,需要在核糖体上进行,D正确。
知识点二
转录、翻译过程中概念比较和碱基计算?
1.遗传信息、密码子、反密码子的比较:
项目
遗传信息
密码子
反密码子
位置
主要在DNA上
mRNA
tRNA
作用
控制生物体的性状
直接决定蛋白质中的氨基酸序列
识别密码子
种类
多样性
64种
61种
图解
2.基因表达过程中的相关计算:
(1)DNA(基因)、mRNA上碱基数目与氨基酸数目之间的关系。
①图示:
②规律:蛋白质中氨基酸数目=1/3
mRNA中碱基数目=1/6
DNA(或基因)中碱基数目。
③计算公式:蛋白质中肽链数+肽键数=氨基酸数=1/3
mRNA中碱基数=1/6基因中碱基数。
(2)计算中“最多”和“最少”的分析。
①翻译时,mRNA上的终止密码子有的不决定氨基酸,则mRNA上的碱基数目是蛋白质中氨基酸数目的3倍或多于3倍。
②基因或DNA中存在不编码氨基酸的碱基序列,因此其中的碱基数目比对应的蛋白质中氨基酸数目的6倍还要多一些。
③在回答问题时应加上“最多”或“最少”等字,如mRNA上有n个碱基,转录产生它的基因中最少有2n个碱基,该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。
特别提醒:
①由于终止密码子的参与,翻译并不是mRNA上所有碱基都对应氨基酸。
②蛋白质的相对分子质量=氨基酸的平均相对分子质量×氨基酸数-18×肽键数。
【知识拓展】
RNA的功能
(1)mRNA——蛋白质合成的直接模板。
(2)rRNA——核糖体的重要组成成分。
(3)tRNA——氨基酸的转运工具。
(4)病毒RNA——RNA病毒的遗传物质。
(5)酶——少数酶为RNA,可降低化学反应的活化能,起催化作用。
【典例示范】
某条多肽的相对分子质量为3
318,若氨基酸的平均相对分子质量为128,如考虑终止密码子,则编码该多肽的基因长度至少是
( )
A.75对碱基
B.78对碱基
C.90对碱基
D.93对碱基
【解题思维】解答本题需要突破两个关键点:
【解析】选D。蛋白质相对分子质量=氨基酸平均相对分子质量×氨基酸个数-水的个数×18=128×氨基酸个数-(氨基酸个数-1)×18=3318,计算可得氨基酸数目为30个。DNA(或基因)中碱基数∶mRNA上碱基数∶氨基酸个数=6∶3∶1,该多肽含有30个氨基酸,若考虑终止密码子,则编码该多肽的基因长度至少是(30+1)×6÷2=93对。
【类题精练】
如图为蛋白质的合成过程示意图,请据图回答有关问题:
(1)图中发生在细胞核中的过程是________。?
(2)图中基因表达的最后阶段是在[__]________上完成的,这一过程中还需要mRNA、氨基酸、________、________和________。?
(3)图中③称为________,在蛋白质合成过程中将多肽链中氨基酸种类与mRNA上的遗传信息联系起来的物质是________。?
(4)若②中共有碱基120个,则其翻译的多肽链最多由________个氨基酸组成(考虑终止密码子)。?
【解析】(1)图示细胞核中DNA分子正在进行转录;(2)基因表达的最后阶段为翻译,是在核糖体上完成的,翻译需要mRNA、氨基酸、ATP、tRNA和酶;(3)③为mRNA上相邻的三个碱基,属于密码子,由于tRNA一端存在反密码子,另一端携带相应的氨基酸,所以tRNA是将多肽链中氨基酸种类与mRNA上的遗传信息联系起来的物质;(4)mRNA中120个碱基最多构成40个密码子,其中终止密码子不对应氨基酸,故多肽链中最多有39个氨基酸。
答案:(1)转录 (2)⑤ 核糖体 酶 tRNA ATP
(3)密码子 tRNA (4)39
1.【生活情境】随着抗生素的广泛使用甚至滥用,目前细菌对抗生素的耐药性问题已十分严重,抗生素耐药性正在对全球健康构成威胁。因此,发展新型抗生素势在必行,基于不同机制的新型抗生素正处于研发的不同阶段。红霉素、环丙沙星、利福平等抗菌药物能抑制细菌的生长,抗菌机制如下表:
核心素养·情境探究
抗菌药物
抗菌机制
红霉素
能与核糖体结合,抑制肽链的延伸
环丙沙星
抑制细菌DNA
的复制
利福平
抑制细菌RNA聚合酶的活性
青霉素
抑制细菌细胞壁的合成
探究:
(1)结合遗传信息传递途径和上表,分析这几种药物在遗传信息传递途径中的作用。(生命观念)
提示:红霉素能与核糖体结合,抑制肽链的延伸,故抑制细菌的翻译过程。环丙沙星抑制细菌DNA
的复制。利福平抑制细菌RNA聚合酶的活性,故抑制细菌的转录过程。青霉素抑制细菌细胞壁的合成,影响遗传信息的传递和表达。
(2)根据生活常识和题干分析,应如何使用抗生素?(社会责任)
提示:轻微感冒不必使用抗生素治疗,可选用一般感冒药即可,用抗生素治疗,不仅“大材小用”,还会干扰体内正常菌群,或造成耐药菌株增多。许多人误认为最新的药就是最好的药,如果一开始就用最新的抗生素药物,会加快病菌出现对新药的抗药性,使得病菌在与人类研制新药的斗争中处于领先位置。针对病症选用合理的抗生素。
2.【学习情境】原核生物基因分为编码区与非编码区。编码区就是能转录为相应的信使RNA,进而指导蛋白质的合成;非编码区则相反,但是非编码区对遗传信息的表达是必不可少的,因为在非编码区上有调控遗传信息表达的核苷酸序列,它位于编码区的上游及下游。
探究:
(1)在调控遗传信息表达的核苷酸序列中最重要的是位于编码区上游的RNA聚合酶结合位点。RNA聚合酶结合位点的基本组成单位是什么?RNA聚合酶的作用是什么?(生命观念)
提示:脱氧核苷酸。RNA聚合酶的作用是能识别调控序列中的结合位点,催化DNA转录为RNA。
(2)已知大肠杆菌细胞中核糖体蛋白(RP)中有一段氨基酸序列为“-丝氨酸-组氨酸-谷氨酸-”,转运丝氨酸、组氨酸和谷氨酸的tRNA上的反密码子分别为AGA、GUG、CUU,则RP基因中决定该氨基酸序列的模板链碱基序列是怎样的?(科学思维)
提示:因为转运丝氨酸、组氨酸和谷氨酸的tRNA上的反密码子分别为AGA、GUG、CUU,所以可以推测出RP基因中决定该氨基酸序列的模板链碱基序列为-AGAGTGCTT-。
课堂检测·素养达标
1.DNA分子通过RNA指导蛋白质的合成,该过程包括转录和翻译。下列说法正确的是______。?
①一个tRNA分子中只有三个碱基
②一种tRNA可以携带多种氨基酸
③转录和翻译都可在细胞核中发生
④每种氨基酸可由一种或多种密码子编码
⑤mRNA、tRNA以及rRNA都参与翻译的过程
⑥转录和翻译过程都存在T-A、A-U、G-C的碱基配对方式
【解析】选④⑤。一个tRNA分子中含有几十个到上百个碱基,①错误;一种tRNA只能携带一种氨基酸,②错误;翻译发生在核糖体上,③错误;每种氨基酸可由一种或多种密码子编码,④正确;mRNA作为翻译的模板,tRNA作为翻译的搬运工具,rRNA是组成核糖体的成分,三种RNA都参与翻译的过程,⑤正确;翻译过程不存在T-A,⑥错误。
2.(2019·山东合格考)与DNA相比,RNA特有的化学组成是
( )
A.核糖和尿嘧啶
B.脱氧核糖和尿嘧啶
C.核糖和胸腺嘧啶
D.脱氧核糖和胸腺嘧啶
【解析】选A。RNA的糖是核糖不是脱氧核糖,碱基是尿嘧啶不是胸腺嘧啶。
3.(2020·天津等级考)对于基因如何指导蛋白质合成,克里克认为要实现碱基序列向氨基酸序列的转换,一定存在一种既能识别碱基序列,又能运载特定氨基酸的分子。该种分子后来被发现是
( )
A.DNA B.mRNA C.tRNA D.rRNA
【解析】选C。本题考查遗传信息的表达。DNA分子中特定的碱基排列顺序代表遗传信息,可通过转录形成RNA,但不能运载特定的氨基酸,A项不符合题意;mRNA中三个相邻的碱基决定一个氨基酸,是翻译的模板,也不能运载特定的氨基酸,B项不符合题意;tRNA中的反密码子可识别mRNA中的密码子,一种tRNA可运载特定的氨基酸,C项符合题意;rRNA参与核糖体的合成,与碱基序列的识别和氨基酸的转运没有直接关系,D项不符合题意。
4.mRNA上决定氨基酸的某个密码子的一个碱基发生替换,则识别该密码子的tRNA及转运的氨基酸发生的变化是
( )
A.tRNA一定改变,氨基酸一定改变
B.tRNA不一定改变,氨基酸不一定改变
C.tRNA一定改变,氨基酸不一定改变
D.tRNA不一定改变,氨基酸一定改变
【解析】选C。tRNA一端相邻的3个碱基构成反密码子,能与密码子互补配对,因此密码子的一个碱基发生替换,则识别该密码子的tRNA一定改变;密码子具有简并性,其上一个碱基发生替换后,它转运的氨基酸不一定会发生改变。
5.如图表示某细胞中的转录过程,相关叙述不正确的是
( )
A.a表示DNA
B.b表示RNA
C.c表示解旋酶
D.图中有5种碱基
【解析】选C。本题考查基因表达中的转录过程。由题图可知,a表示双链DNA,A项正确。b表示转录形成的单链RNA,B项正确。RNA在c的作用下合成,c表示RNA聚合酶,C项错误。图中DNA含有A、T、C、G
4种碱基,RNA含有A、U、C、G
4种碱基,共5种碱基,D项正确。
6.合成一条含1
000个氨基酸的多肽链,需要转运RNA的个数、信使RNA上的碱基个数和双链DNA上的碱基对数至少依次是
( )
A.1
000个,3
000个和3
000对
B.1
000个,3
000个和6
000对
C.3
000个,3
000个和3
000对
D.1
000个,3
000个和1
000对
【解析】选A。根据信使RNA上的三个相邻碱基决定一个氨基酸的特点,合成一条含1
000个氨基酸的多肽链,则其信使RNA上的碱基个数是1
000×3=3
000个,又因为基因片段是双链,所以双链DNA上的碱基对数至少是3
000对,由于一个转运RNA只能转运一个氨基酸,所以1
000个氨基酸需要转运RNA的个数是1
000个。
7.如图表示某DNA片段遗传信息的传递过程,①~⑤表示物质或结构,a、b、c表示生理过程。据图回答(已知:AAG-赖氨酸、UUC-苯丙氨酸):
(1)物质②为__________,b过程为__________,c过程为__________。?
(2)图中③为________;⑤携带的氨基酸为________。?
(3)该DNA片段中碱基数目为________个,该DNA复制一次要消耗________个鸟嘌呤脱氧核苷酸。?
(4)以下生物能独立完成a、b、c三个过程的是
( )
A.肌肉细胞
B.烟草花叶病毒
C.洋葱根尖分生区细胞
D.T2噬菌体
【解析】(1)由题意可知,②是mRNA,b表示转录过程,c表示翻译过程。(2)③为核糖体,⑤是tRNA,其反密码子为AAG,密码子为UUC,决定的氨基酸为苯丙氨酸。(3)mRNA碱基序列为AUGGCUUCUUUC,共含有12个碱基,因此双链DNA中碱基数目为24个,根据mRNA中的C和G的数目可知该DNA片段中含有鸟嘌呤脱氧核苷酸5个,因此DNA复制一次要消耗5个鸟嘌呤脱氧核苷酸。(4)a、b、c表示的过程只有由细胞构成的生物才能独立完成,病毒不能独立完成,肌肉细胞高度分化,不分裂,不能完成a。
答案:(1)mRNA 转录 翻译
(2)核糖体 苯丙氨酸
(3)24 5 (4)C
【补偿训练】
如图为DNA控制蛋白质的合成过程示意图,下面的说法正确的是
( )
DNA片段
①…-T-A-G…
②…-A-T-C…
信使RNA
③…-U-A-G…
转运RNA
④…-A-U-C…
氨基酸
⑤……□……
A.图中标出的碱基符号,包括了8种核苷酸
B.DNA双链中①、②均为模板链
C.密码子位于③和④链上
D.②→③的转录过程只能发生在细胞核中
【解析】选A。根据题干信息分析,图中有DNA和RNA,构成DNA的碱基有A、T、C、G
4种,构成RNA的碱基有A、U、C、G
4种,由于RNA和DNA中所含有的五碳糖不同,所以图中标出的碱基符号,包括了8种核苷酸,A正确;根据mRNA上碱基序列,可判断②为转录的模板,B错误;密码子只位于③上,C错误;②→③的转录过程除发生在细胞核中外,还可以发生在线粒体、叶绿体中,D错误。
课时素养评价
八 DNA分子通过RNA指导蛋白质的合成
【合格性考试】(20分钟·70分)
一、选择题(共8小题,每小题5分,共40分)
1.下列有关细胞中三种RNA的叙述,正确的是
( )
A.组成三种RNA的碱基有腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶
B.原核细胞的rRNA的合成需要核仁的参与
C.三种RNA中只有mRNA是以DNA的一条链为模板合成的
D.翻译过程中需要三种RNA同时参与
【解析】选D。组成三种RNA的碱基有腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、尿嘧啶(U)和胞嘧啶(C),A错误;原核细胞内没有细胞核,也就没有核仁这一结构,B错误;三种RNA都是以DNA的一条链为模板合成的,C错误;翻译时的模板是mRNA,氨基酸的运载工具是tRNA,场所是核糖体,组成核糖体的是rRNA和蛋白质,因此翻译过程中需要三种RNA同时参与,D正确。
【方法规律】RNA功能总结
2.如图为tRNA的结构示意图。相关叙述正确的是
( )
A.碱基T合成RNA的结构是核糖体
B.每种tRNA在a处都可以携带多种氨基酸
C.tRNA主要在细胞质中发挥作用
D.c处表示密码子,可以与mRNA碱基互补配对
【解析】选C。碱基T是构成DNA的组分,不是构成RNA的组分,A错误;每种tRNA只能转运一种氨基酸,故每种tRNA在a处只可以携带一种氨基酸,B错误;tRNA参与翻译过程,翻译主要在细胞质中的核糖体上进行,tRNA主要在细胞质中发挥作用,少量tRNA在线粒体和叶绿体中发挥作用,C正确;c处表示反密码子,可以与mRNA碱基互补配对,D错误。
3.如图表示基因的表达过程的部分示意图,下列叙述正确的是
( )
A.该图一般发生在真核生物细胞中
B.该步骤发生的场所是细胞核
C.人体脂肪细胞中不可能发生该过程
D.Ⅰ为tRNA,一种tRNA可转运一种或一类氨基酸
【解析】选A。该图表示翻译过程,因为翻译并没有与转录同时进行,说明该图一般发生在真核生物细胞中,A正确;真核细胞中翻译发生的场所是细胞质,B错误;人体脂肪细胞也需要合成蛋白质,比如酶,因此也会发生翻译,C错误;一种tRNA只能转运一种氨基酸,D错误。
4.某段DNA片断转录形成的mRNA分子中腺嘌呤(A)占碱基总数的10%,尿嘧啶(U)占碱基总数的30%,则转录出该mRNA的DNA片断中,腺嘌呤(A)所占的比例为( )
A.10%
B.20%
C.30%
D.40%
【解析】选B。mRNA是以DNA的一条链为模板转录而来的,已知某mRNA中,A占10%,U占30%,即A+U占40%,则转录该mRNA的模板链中T+A占40%。根据碱基互补配对原则,整个DNA分子中A+T占双链碱基总数的比例等于每条单链中A+T占该链碱基总数的比例,所以该DNA分子A+T也占40%,且A=T,则指导合成该mRNA的基因中,A占40%÷2=20%。
5.下列关于如图所示生理过程的描述中,最合理的是
( )
A.该生理过程可能发生于硝化细菌细胞内
B.可表示噬菌体内的转录和翻译过程
C.图中现象也可能出现在人体细胞核基因的表达过程中
D.图中两核糖体合成的肽链一定不同
【解析】选A。由图示可以看出,转录和翻译同时进行,人体细胞核基因转录出mRNA后,mRNA通过核孔进入细胞质,与核糖体结合后指导肽链的合成,该过程与图示不符;噬菌体是非细胞结构的生物,不能独立进行代谢过程,故不能进行转录和翻译;图中两核糖体是以同一mRNA为模板,合成的肽链可能相同。
【方法规律】“两看法”判断真核生物和原核生物的基因表达情况
一看细胞结构:有细胞核或核膜就为真核生物,如果没有细胞核或核膜即为原核生物。
二看转录和翻译能否同时发生:如果转录和翻译能同时进行,说明该过程属于原核生物的基因表达过程,否则为真核生物的基因表达过程。
6.细胞内有些tRNA分子的反密码子中含有稀有碱基次黄嘌呤(I)。含有I的反密码子在与mRNA中的密码子互补配对时,存在如图所示的配对方式(Gly表示甘氨酸)。下列说法错误的是( )
A.一种含有I的反密码子可以识别不同的密码子
B.密码子与反密码子的碱基之间通过氢键结合
C.tRNA分子由两条链组成,mRNA分子由单链组成
D.mRNA中的碱基改变不一定造成所编码氨基酸的改变
【解析】选C。由图示可知,密码子GGU、GGC和GGA都能与反密码子CCI识别和配对,因此一种含有I的反密码子可识别不同的密码子,A正确;密码子和反密码子的碱基之间可形成氢键,进行互补配对,B正确;mRNA分子由单链组成,tRNA分子也由单链组成,但tRNA中存在碱基互补配对的现象,C错误;由图示信息可知,密码子GGU、GGC和GGA对应的氨基酸都是甘氨酸,因此密码子改变后,所编码氨基酸的种类不一定改变,D正确。
7.如图甲、乙、丙表示真核生物遗传信息传递的过程,以下分析正确的( )
A.图中酶1和酶2表示同一种酶
B.图甲、乙、丙所示过程在高度分化的细胞中均会发生
C.图丙过程需要tRNA,每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸,而某些氨基酸可以由不同的tRNA转运
D.图丙中最终合成的四条肽链各不相同
【解析】选C。图中酶1为DNA聚合酶,酶2是RNA聚合酶,不是同一种酶,A错误;图甲所示过程在高度分化的细胞中不会发生,但是图乙和丙可以发生,B错误;图丙过程为翻译,需要tRNA运输氨基酸,每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸,而某些氨基酸有多个密码子,可以由多个不同的tRNA转运,C正确;图丙中最终合成的四条肽链相同,D错误。
8.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,该信使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】选C。该信使RNA碱基序列为:A—U—U—C—G—A—U—G—A—C—(40个碱基)—C—U—C—U—A—G—A—U—C—U,已知AUG、GUG为起始密码子,UAA、UGA、UAG为终止密码子,则该序列的第6、7、8三个碱基构成起始密码子(AUG),倒数第5、6、7三个碱基构成终止密码子(UAG),即编码序列长度为5+40+3=48,则此信使RNA控制合成的蛋白质含氨基酸的个数为48÷3=16。
【补偿训练】
根据表中的已知条件,判断苏氨酸的密码子是
( )
A.AGU B.UGA C.ACU D.UCU
DNA双链
T
G
mRNA
tRNA
A
氨基酸
苏氨酸
【解析】选C。已知DNA一条链上的前两个碱基是T、G,则mRNA上前两个碱基是A、C或U、G,又因为tRNA上第三个碱基是A,则mRNA上第三个碱基是U,因此mRNA上的密码子是ACU或UGU,故选C。
二、非选择题(共2小题,共30分)
9.(14分)如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:
(1)①过程是转录,产物在______________中合成,其基本组成单位是___________,合成的mRNA通过________进入细胞质中与____________结合。?
(2)图中以④为模板合成⑤的过程称为________,进行的主要场所是[ ]________,所需要的原料是__________________。?
(3)若该多肽合成到图中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)若图中所示的DNA分子中有1
000个碱基对,则由它所控制形成的mRNA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】(1)图中所示为遗传信息的表达过程,①过程为转录,在细胞核中利用核糖核苷酸合成RNA,mRNA通过核孔出细胞核与核糖体结合,进行翻译。(2)以④为模板合成⑤的过程称为翻译。此过程以mRNA为模板,以氨基酸为原料,以tRNA为工具合成蛋白质。(3)在mRNA上的UCU碱基后的密码子是UAA,为终止密码子。(4)DNA分子中有碱基对1
000个,则mRNA上碱基最多为1
000个,密码子约为333个,组成蛋白质的氨基酸共有20种。
答案:(1)细胞核 核糖核苷酸 核孔 核糖体
(2)翻译 [⑥]核糖体 氨基酸
(3)UAA
(4)D
10.(16分)微RNA(miRNA)是真核生物中广泛存在的一类重要的基因表达调控因子。如图表示线虫细胞中微RNA(lin-4)调控lin-14基因表达的相关作用机制,请回答下列问题:
(1)过程A需要以________为原料,该过程还能发生在线虫细胞内的__________中;在过程B中能与①发生碱基互补配对的分子是____________,①上同时结合多个核糖体的意义是________________________________________。?
(2)图中最终形成的②③上氨基酸序列__________(填“相同”或“不同”)。图中涉及的遗传信息的传递方向为:________________________。?
(3)由图可知,微RNA(lin-4)调控基因lin-14表达的机制是RISC-miRNA复合物抑制____________过程。?
【解析】(1)A是转录过程,转录过程除了需要酶的催化作用外,还需要四种游离的核糖核苷酸为原料,以及由ATP提供的能量等;线虫细胞是真核细胞,且是动物细胞,DNA存在于细胞核和线粒体中,因此转录过程发生的场所是细胞核和线粒体;过程B是翻译,翻译过程中mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子进行碱基互补配对。①mRNA上同时结合多个核糖体的意义是:利用少量的mRNA在短时间内合成大量的蛋白质。(2)②③是以同一条mRNA为模板合成的,因此最终形成的肽链②③上氨基酸序列相同。图中包含了转录和翻译过程,故涉及的遗传信息的传递方向为DNA→RNA→蛋白质。(3)分析题图可知,微RNA(lin-4)形成RISC-miRNA复合物抑制翻译过程进而调控基因lin-14的表达。
答案:(1)核糖核苷酸 线粒体 tRNA
能在短时间内合成大量的蛋白质
(2)相同 DNA→RNA→蛋白质
(3)翻译
【等级性考试】
(10分钟·30分)
1.(6分)如图表示某生物细胞内发生的一系列生理变化,X表示某种酶,请据图分析,下面有关叙述不正确的是
( )
A.X为RNA聚合酶
B.该图中最多含5种碱基、8种核苷酸
C.过程Ⅰ在细胞核内进行,过程Ⅱ在细胞质内进行
D.转录的方向由b到a
【解析】选C。据图分析可知,X为RNA聚合酶,A正确;该图中最多含5种碱基(A、T、C、G、U)、8种核苷酸(4种脱氧核苷酸和4种核糖核苷酸),B正确;图中能同时进行转录和翻译,说明发生在原核细胞中,过程Ⅰ转录和过程Ⅱ翻译均在细胞质内进行,C错误;据图可知,转录的方向由b到a,D正确。
2.(10分)AUG、GUG是起始密码子,在mRNA翻译成肽链时分别编码甲硫氨酸和缬氨酸,但人体血清白蛋白的第一个氨基酸既不是甲硫氨酸,也不是缬氨酸,这是因为
( )
A.组成人体血清白蛋白的单体中没有甲硫氨酸和缬氨酸
B.mRNA与核糖体结合前去除了最前端的部分碱基序列
C.mRNA起始密码子所在位置的碱基在翻译前发生了替换
D.肽链形成后的加工过程中去除了最前端的部分氨基酸
【解析】选D。人体血清白蛋白的第一个氨基酸既不是甲硫氨酸,也不是缬氨酸,并不代表其他部位不含该氨基酸,A错误;AUG、GUG是起始密码子,它将启动翻译过程,如果mRNA与核糖体结合前去除了最前端的部分碱基序列,翻译将无法进行,B错误;mRNA起始密码子所在位置的碱基在翻译前如果发生替换,则将替换成不同的密码子,而其他密码子不具有启动翻译的作用,这将导致蛋白质合成不能正常进行,C错误;人体血清白蛋白的第一个氨基酸既不是甲硫氨酸,也不是缬氨酸,最可能的原因是肽链合成后,在加工阶段进行了水解修饰,导致含有该氨基酸的片段缺失,D正确。
【实验·探究】
3.(14分)人们通过对青霉素、链霉素、四环素、氯霉素等抗生素研究发现,抗生素之所以能够杀死细菌等病原体而对人体无害,其原因是抗生素能够有效地阻断细菌细胞内的蛋白质合成,而不影响人体细胞内蛋白质的合成。于是人们对此现象提出了以下两点假设:
Ⅰ.抗生素能阻断细菌DNA的转录过程,而不影响人体DNA的转录过程;
Ⅱ.抗生素能阻断细菌转运RNA的功能,而不影响人体转运RNA的功能。
接下来需要对这些假设逐一进行实验验证。请写出你的验证性实验的基本思路,并对实验结果和结论进行预测。(不要求写具体的实验步骤)
(1)验证抗生素是否阻断细菌转录过程的实验。
①基本实验思路:设置甲、乙两组实验进行体外模拟__________过程,甲组滴加一定浓度的__________适量,乙组滴加等量的蒸馏水,其余条件__________。最后检测两组实验中__________的生成量。?
②实验结果、结论:若甲、乙两组中RNA的生成量相等,则______________;若甲组中RNA生成量少于乙组中的RNA生成量,则____________________。?
(2)验证抗生素是否阻断细菌转运RNA功能的实验。
①实验基本思路:
。?
②实验结果、结论:
。
【解析】本实验为探究实验,采用对照法,实验中注意遵守单一变量原则和等量原则。实验的结果及结论不是唯一的。由题干知抗生素能阻断蛋白质的合成过程,可能发生在转录、翻译、tRNA的运输等过程中,只要答案合理即可。(1)设置甲、乙两组实验,进行体外模拟细菌DNA的转录过程。甲组滴加适量的、一定浓度的抗生素水溶液,乙组滴加等量的蒸馏水,其余条件相同且适宜。最后检测两组实验中RNA的生成量。若甲、乙两组中RNA的生成量相等,则抗生素不阻断细菌DNA的转录过程;若甲组中RNA的生成量少于乙组RNA的生成量,则抗生素能阻断细菌DNA的转录过程。
(2)设置甲、乙两组实验,进行体外模拟细菌的翻译过程。甲组加入用抗生素处理后的各种转运RNA,乙组加入等量的未用抗生素处理的各种转运RNA。其余条件相同且适宜,最后检测两组实验中蛋白质的生成量。若甲、乙两组中蛋白质的生成量相等,则抗生素不阻断细菌转运RNA的功能;若甲组蛋白质的生成量少于乙组蛋白质的生成量,则抗生素能阻断细菌转运RNA的功能。
答案:(1)①细菌DNA的转录 抗生素的水溶液 相同且适宜 RNA ②抗生素不阻断细菌DNA的转录 抗生素能阻断细菌DNA的转录
(2)①设置甲、乙两组实验,进行体外模拟细菌的翻译过程。甲组加入用抗生素处理后的各种转运RNA,乙组加入等量的未用抗生素处理的各种转运RNA。其余条件相同且适宜。最后检测两组实验中蛋白质的生成量
②若甲、乙两组中蛋白质的生成量相等,则抗生素不阻断细菌转运RNA的功能;若甲组中蛋白质生成量少于乙组中蛋白质的生成量,则抗生素能阻断细菌转运RNA的功能
【方法规律】探究实验设计的思路
(1)把握实验的目的,确认自变量。实验目的是实验的核心,通过思考要明确“探究什么”,其中要把握三个要素,即①探究的因素;②探究的对象;③观察的指标。
确认自变量的方法
(2)确定实验的原理。实验原理通常根据实验目的和题目所给的材料进行分析,确定实验变量的检测方案,再根据我们所学过的知识确定实验的原理。
(3)选择实验材料。实验材料要根据原理来选择或根据题干所给的信息来确定。
(4)设置对照实验,选择合理的实验对照方法。对照实验的设置,要确保一个实验自变量对应一个可观测的因变量,尽可能避免无关变量的干扰。
(5)设计实验步骤。设计实验步骤时在理顺实验思路的基础上注意遵循实验设计的四个基本原则(对照原则、单一变量原则、等量原则、科学性原则)。
实验步骤基本模式是分组编号→变量操作→条件控制→观察记录。(共100张PPT)
第二课时 中心法则、细胞分化和表观遗传
必备知识·自主学习
一、中心法则诠释了基因与生物性状的关系
1.中心法则的提出及发展
(1)提出者:_______。
(2)中心法则内容:
克里克
根据图示,完成下表:
项目
序号
生理过程
遗传信息传递过程
最初
提出
①
________
____流向____
②
_____
____流向____
③
_____
____流向_______
发展
补充
④
________
____流向____
⑤
_______
____流向____
DNA复制
DNA
DNA
转录
DNA
RNA
翻译
RNA
蛋白质
RNA复制
RNA
RNA
逆转录
RNA
DNA
2.基因表达产物与性状的关系
(1)基因控制性状的两种途径:
(2)基因与性状的关系:
判一判:结合基因与性状的对应关系,判断下列说法的正误:
①生物的大多数性状受核基因控制。
(
)
②一个基因只能控制一种性状。
(
)
提示:一个基因可以影响多个性状。
③有些性状是由多个基因决定的。
(
)
④基因型相同的个体表型一定相同。
(
)
提示:基因型相同的个体表型不一定相同,生物性状也受环境影响。
⑤表型相同的个体基因型不一定相同。
(
)
√
×
√
×
√
【问·答】
在人体细胞中,是否能发生上述中心法则的5个过程?举例说明。
提示:不能。人体中的RNA
不能进行复制。
二、细胞分化的本质是基因的选择性表达
1.生物体多种性状的形成,都是以_________为基础的。
2.基因选择性表达的实例:
选一选:下列基因中能在所有细胞中都表达的基因有:_______,只在某类细胞
中特异性表达的基因有:_____。
①核糖体蛋白基因
②ATP合成酶基因
③卵清蛋白基因
④胰岛素基因
⑤呼吸酶基因
3.细胞分化的实质:_________________。
细胞分化
①②⑤
③④
基因的选择性表达
三、表观遗传
1.表观遗传的概念:生物体基因的_________保持不变,而_____发生可遗传变
化的现象。
2.基因组表观遗传修饰的两种形式:__________和___________。
碱基序列
表型
DNA甲基化
组蛋白修饰
【问·答】
柳穿鱼的花器官由对称变成了不对称的原因是什么?
提示:由于基因Lcyc发生了高度甲基化,引起基因表达水平下降所致。
关键能力·合作学习
知识点一
中心法则?
1.不同生物中心法则的体现:
生物种类
举例
遗传信息的传递过程
DNA病毒
T2噬菌体
RNA
病毒
不含逆
转录酶
烟草花
叶病毒
含逆转
录酶
艾滋病
病毒
细胞生物
具有分裂能力的细胞
高度分化的细胞
DNA
RNA
蛋白质
2.中心法则与基因表达的关系:
3.中心法则五个过程的比较:
过 程
模 板
原 料
酶
碱基配对方式
产 物
实 例
DNA的
复制
DNA的
每一条
母链
脱氧核
苷酸
解旋酶、DNA
聚合酶
A-T、T-A、G-C、C-G
DNA
以DNA作遗传物质的生物
转录
DNA的
一条链
核糖核
苷酸
RNA
聚合酶
A-U、T-A、G-C、C-G
RNA
除病毒外几乎所有生物
翻译
信使
RNA
21种氨
基酸
A-U、U-A、G-C、C-G
多肽
除病毒外的细胞生物
过 程
模 板
原 料
酶
碱基配对方式
产 物
实 例
RNA的
复制
RNA
核糖核
苷酸
RNA
复制酶
A-U、U-A、G-C、C-G
RNA
以RNA作遗传物质的生物
RNA的
逆转录
RNA
脱氧核
苷酸
逆转
录酶
A-T、U-A、G-C、C-G
DNA
某些RNA病毒等
特别提醒:
①在一种生物或细胞内不能发生中心法则的所有过程。
②DNA复制只发生在细胞分裂前的间期,而转录和翻译则可以发生在任何时期。
③在病毒体内不会发生RNA复制和逆转录过程,该过程是在被病毒寄生的宿主细胞内进行的。
【典例示范】
如图是4种遗传信息的流动过程,对应的叙述不正确的是
( )
A.甲可表示胰岛细胞中胰岛素合成过程中的遗传信息的传递方向
B.乙可表示逆转录病毒在宿主细胞内繁殖时的遗传信息传递方向
C.丙可表示DNA病毒(如噬菌体)在宿主细胞内繁殖时的遗传信息传递方向
D.丁可表示RNA病毒(如烟草花叶病毒)在宿主细胞内繁殖过程中的遗传信息传递方向
【解题思维】解答本题需突破以下两个关键点:
【解析】选A。甲表示胰岛B细胞合成胰岛素,但胰岛B细胞高度分化,不能进行DNA自我复制,A错误;乙能进行逆转录过程,可表示逆转录病毒在宿主细胞内繁殖时的遗传信息传递方向,B正确;丙包括DNA的复制、转录和翻译,可表示DNA病毒(如噬菌体)在宿主细胞内繁殖时的遗传信息传递方向,C正确;丁包括RNA的自我复制和翻译,可表示RNA病毒,如烟草花叶病毒在宿主细胞内繁殖过程中的遗传信息传递方向,D正确。
【审答误区】常见以下两种错误:
(1)DNA复制、转录和翻译是所有具有细胞结构的生物所遵循的法则,但不一定是某一种细胞中都具有这三个途径。
(2)不能判断什么样的细胞可以发生DNA复制。只有进行分裂的细胞才发生DNA复制。
【方法规律】中心法则各生理过程快速确定的三大依据
【类题精练】
1.图甲所示为基因表达过程,图乙为中心法则,①～⑤表示生理过程。下列叙述正确的是
( )
A.图甲所示为染色体DNA上的基因表达过程,需要多种酶参与
B.红霉素影响核糖体在mRNA上的移动,故影响基因的转录过程
C.图甲所示过程为图乙中的②③过程
D.①②③过程只发生在真核细胞中,④⑤过程只发生在原核细胞和一些病毒中
【解析】选C。图甲中,转录和翻译同时进行,属于原核生物的基因表达过程,而原核生物没有染色体,A错误;红霉素影响核糖体在mRNA上的移动,所以影响基因的翻译过程,B错误;图乙中①是DNA复制、②是转录过程、③是翻译过程、④是RNA的复制,⑤是逆转录过程,图甲是基因控制蛋白质的合成过程,即转录和翻译,为图乙中的②③过程,C正确;①②③过程发生在真核细胞、原核细胞和DNA病毒中,④⑤过程一般发生在一些RNA病毒中,D错误。
2.人类白化病和苯丙酮尿症是由于代谢异常引起的疾病,如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.一个性状可以由多个基因控制
【解析】选A。分析题图可知,本图显示的是基因通过控制酶的合成控制代谢进而控制生物的性状,A符合题意;由A项分析可知,B不符合题意;分析题图可知,基因1发生突变,会影响黑色素和多巴胺的合成,同时苯丙酮酸的含量增加,由此可以推出,一个基因可以控制多种性状,C不符合题意;分析题图可知,黑色素的形成是由基因1和基因2共同控制的,多巴胺是由基因1和基因4共同控制的,由此可以推出一个性状可由多个基因控制,D不符合题意。
【补偿训练】
如图为有关遗传信息传递和表达的模拟实验。下列相关叙述合理的是
( )
A.若X是mRNA,Y是多肽,则管内必须加入氨基酸
B.若X是DNA,Y含有U,则管内必须加入逆转录酶
C.若X是tRNA,Y是多肽,则管内必须加入脱氧核苷酸
D.若X是HIV的RNA,Y是DNA,则管内必须加入DNA酶
【解析】选A。X是mRNA,Y是多肽,则管内发生的是翻译过程,因此管内必须加入氨基酸;若X是DNA,Y含有U,则Y为RNA,管内发生的是转录过程,因此不需要加入逆转录酶,而需要加入RNA聚合酶等;若X是tRNA,Y是多肽,则管内发生的是翻译过程,因此不需要加入脱氧核苷酸;若X是HIV的RNA,Y是DNA,则管内发生的是逆转录过程,因此需要加入逆转录酶。
知识点二
基因的选择性表达与表观遗传?
1.基因选择性表达的结果
(1)细胞形态的改变:如肌细胞的梭形、哺乳动物成熟红细胞的圆饼状、神经细胞的突起状等。
(2)细胞结构的变化:细胞器的种类和数量发生变化。
(3)细胞功能的特化:执行特定的功能,如运动功能、反射功能、免疫功能等。
(4)特殊分子的合成:如合成唾液淀粉酶、抗体、胰岛素、血红蛋白和肌动蛋白等。
2.表观遗传机制:
(1)细胞分裂、分化过程中内外因素的共同作用导致DNA甲基化、构成染色体的组蛋白的甲基化、乙酰化等修饰。
(2)甲基化等修饰抑制了基因的表达。
3.基因与性状的关系:
(1)一个基因决定一种性状(多数性状受单基因控制)。
(2)一个基因影响多种性状(如基因间相互作用)。
(3)多个基因控制一种性状(如身高、体重等)。
图解如下:
特别提醒:
①生物的性状不只受基因控制,环境对性状也有影响,如后天营养和体育锻炼会影响人的身高。
②基因的表达产物可发生表观遗传的差异,引起生物的性状不同。
【知识拓展】
基因的种类
(1)管家基因:是指在所有细胞中均要表达的一类基因,其产物是维持细胞基本生命活动所必需的。如RNA聚合酶基因、呼吸酶基因与核糖体蛋白基因等。
(2)奢侈基因:是指在不同类型细胞中特异性表达的基因,其产物赋予各种类型细胞特异的形态结构与功能。如血红蛋白基因、胰岛素基因等。
【典例示范】
如图表示人体内干细胞的增殖分化过程,下列有关叙述正确的是
( )
A.干细胞与白细胞的基因型不同,但合成的mRNA和蛋白质的种类相同
B.血小板和成熟的红细胞内遗传信息的流动方向是DNA→DNA→RNA→蛋白质
C.图中所示的细胞中,干细胞具有细胞周期,而且其分裂能力较强
D.白细胞能够穿过血管壁去吞噬病菌,这是因为细胞膜具有选择透过性
【解题思维】解答本题需突破以下两个关键点:
【解析】选C。白细胞由造血干细胞增殖分化形成,故干细胞与白细胞的基因型相同,但合成的mRNA和蛋白质的种类不同,A错误;血小板和成熟的红细胞内无细胞核及细胞器,不能进行DNA的复制和蛋白质的合成,B错误;图中所示的细胞中,干细胞具有细胞周期,而且其分裂能力较强,C正确;白细胞能够穿过血管壁去吞噬病菌,这是因为细胞膜具有流动性,D错误。
【审答误区】常见以下两种错误:
(1)不能理解细胞分化的实质:同一个体不同的细胞基因型相同(除生殖细胞),只是表达的基因不完全相同。
(2)不能理解遗传信息传递发生的时期及条件:例如DNA复制只能发生在分裂的细胞中,而高度分化的细胞不能进行DNA复制。
【母题追问】
(1)图中各种细胞结构和功能不同的根本原因是什么?
提示:基因的选择性表达。
(2)白细胞吞噬病菌时是否有蛋白质的参与?
提示:有,白细胞吞噬病菌时要进行识别,起识别作用的物质是糖蛋白。
【类题精练】
1.下列对细胞分化不同水平的分析中,不正确的是
( )
A.从细胞水平分析,细胞分化使细胞形态、结构和功能发生了改变
B.从细胞器水平分析,细胞分化是细胞器的种类、数目改变的结果
C.从蛋白质分子角度分析,细胞分化是蛋白质种类、数量改变的结果,这是细胞分化的根本原因
D.从核酸分子角度分析,细胞分化是基因选择性表达的结果
【解析】选C。细胞分化就是指细胞在形态、结构和功能上发生稳定差异的过程,A正确;细胞的功能与细胞器的种类和数量密切相关,B正确;细胞分化的根本原因是基因的选择性表达,C错误;从核酸分子的角度分析,细胞分化是基因选择性表达的结果,D正确。
2.黄色小鼠(AA)与黑色小鼠(aa)杂交,产生的(Aa)不同个体出现了不同体色。研究表明,不同体色的小鼠A基因的碱基序列相同,但A基因上二核苷酸(CpG)胞嘧啶有不同程度的甲基化(如图)现象出现,甲基化不影响基因DNA复制。有关分析错误的是
( )
A.F1个体体色的差异与A基因甲基化程度有关
B.甲基化可能影响RNA聚合酶与该基因的结合
C.碱基甲基化不影响碱基互补配对过程
D.甲基化是引起基因突变的常见方式
【解析】选D。根据题意和题图分析,基因型都为Aa的小鼠毛色不同,关键原因是A基因中二核苷酸(CpG)胞嘧啶有不同程度的甲基化,甲基化不影响基因DNA复制,但影响该基因的表达,所以会影响小鼠的毛色出现差异。根据分析可知,F1个体的基因型都是Aa,但体色有差异,显然与A基因甲基化程度有关,A正确;RNA聚合酶与该基因的结合属于基因表达的关键环节,而A基因甲基化会影响其表达过程,所以B正确;碱基甲基化不影响DNA复制过程,而DNA复制过程有碱基互补配对过程,C正确;基因突变是基因中碱基对增添、缺失或替换导致基因结构的改变,而基因中碱基甲基化后仍然属于该基因,所以不属于基因突变,D错误。
【补偿训练】
如图为基因与性状的关系示意图,据图判断错误的是
( )
A.一种基因可以影响和控制多种性状
B.多种基因可以影响和控制一种性状
C.所有基因都能控制表现出相应的性状
D.图中的产物可以是酶、激素或者抗体等
【解析】选C。由题图可知,性状a、b、c、d受同一种基因产物影响,说明一种基因可以影响和控制多种性状,A正确;性状e受三种基因产物影响,表明多种基因可以影响和控制一种性状,B正确;生物的性状除了受基因控制外,还受环境条件的影响,并非所有基因都能控制表现出相应的性状,C错误;多数酶、有些激素和抗体是蛋白质,可以是基因表达的产物,D正确。
1.【科技情境】2020年新型冠状病毒肺炎疫情在全球迅速蔓延,研究发现新型冠状病毒是一种单链+RNA病毒,其遗传信息的传递途径如图所示:
核心素养·情境探究
探究:
(1)根据图示推测新型冠状病毒遗传信息的传递方向。(科学思维)
提示:
(2)根据图示推测新型冠状病毒是如何形成子代病毒的。(科学思维)
提示:新型冠状病毒的遗传物质+RNA侵入宿主细胞后,在宿主细胞内以+RNA为模板在RNA聚合酶的作用下生成-RNA,然后以-RNA为模板生成+RNA即遗传物质,同时以+RNA为模板在宿主细胞的核糖体上合成病毒蛋白质,然后病毒蛋白质和合成的子代+RNA组装,即形成子代病毒。
2.【科技情境】美国宇航局(NASA)为了研究太空环境对人基因的影响,利用双胞胎“宇航员Scott·Kelly与Mark·Kelly”做了一个“天地隔离实验”。受试者是同卵双生,有着几乎完全相同的基因组。其中,弟弟Scott被送进国际空间站为期340天,发现其身高增加了5cm(在此之前,兄弟二人身高相同)。为了进一步了解太空环境对人体的影响,研究人员对结束任务的Scott继续进行了长达一年的监测,并对比了他与哥哥Mark的DNA差异。发现尽管兄弟二人的DNA依然相同。但分析显示Scott细胞内甲基化水平明显差异化,或升高或降低。总体而言进入太空后基因表达达到了一个前所未有的高峰。
探究:
(1)上述资料中,弟弟Scott性状改变的原因是什么?是否可以遗传?(科学思维)
提示:环境导致其基因发生甲基化,进而影响基因表达,表型发生差异。可以遗传。
(2)上述现象是否只有在太空中才能发生?请举例说明。(科学思维)
提示:表观遗传普遍存在于生物体的生长、发育和衰老的生命活动过程中。例如同卵双胞胎所具有的微小差异、一个蜂群中蜂王和工蜂的差异等。
课堂检测·素养达标
1.细胞通过精准的调控,实现了基因对性状的控制。下列有关说法,正确的是______。?
①基因通过控制蛋白质的合成直接控制生物的性状
②同一个体的不同组织细胞中蛋白质种类不完全相同
③柳穿鱼花的不同形态是由一对等位基因控制的
④DNA的甲基化修饰不能遗传给后代
⑤基因能否表达是基因表达调控的唯一方式
⑥基因通常是有遗传效应的DNA片段,不同基因之间的作用可能相互影响
【解析】选②⑥。基因控制性状的途径包括直接途径和间接途径两种类型,①错误;同一个体的不同组织细胞中蛋白质种类不完全相同,②正确;柳穿鱼花的不同形态是表观遗传现象,不是由一对等位基因控制的,③错误;DNA的甲基化修饰能遗传给后代,④错误;基因表达调控包括基因能否表达以及表达水平的高低,⑤错误;不同基因之间的作用可能相互影响,⑥正确。
2.如图为中心法则的示意图。下列叙述错误的是
( )
A.①表示DNA复制,需要DNA聚合酶参与
B.②表示转录,需要RNA聚合酶参与
C.③表示翻译,需要蛋白酶参与
D.④表示逆转录,需要逆转录酶参与
【解析】选C。①表示DNA的复制过程,该过程需要DNA聚合酶的参与,A正确;②表示转录过程,该过程需要RNA聚合酶的参与,B正确;蛋白酶能水解蛋白质,而③表示翻译合成蛋白质的过程,因此该过程不需要蛋白酶的参与,C错误;④表示逆转录过程,该过程需要逆转录酶的参与,D正确。
3.下列有关基因与性状关系的叙述,正确的是
( )
A.基因与性状之间是一一对应的关系
B.基因都通过控制蛋白质的结构直接控制性状
C.染色体上的基因控制生物性状不受环境影响
D.不同基因之间相互作用,精细调控生物性状
【解析】选D。基因与性状之间不仅仅是一一对应的关系,也可能是一对多,A错误;基因可通过控制酶的合成控制代谢过程,间接控制生物体的性状,B错误;生物体的性状是由基因型和环境共同作用的结果,C错误;不同基因之间相互作用,精细调控生物性状,D正确。
4.如图表示同一个体的5种细胞中5种基因的表达情况,下列分析错误的是
( )
A.此图能说明细胞分化的实质
B.基因B可能控制RNA聚合酶的合成
C.细胞中mRNA差异最大的是细胞2和4
D.一般来说,这5种细胞的核遗传物质相同
【解析】选C。图示表示不同细胞选择表达的基因不同,即细胞分化的实质是基因的选择性表达,A正确;生物体内几乎所有细胞都能控制RNA聚合酶合成,因此基因B可能控制RNA聚合酶的合成,B正确;2和5中mRNA的差异大于2和4,C错误;同一个生物体内不同细胞都是由同一个受精卵有丝分裂形成的,都含有相同的基因,因此这5种细胞的核遗传物质相同,D正确。
5.是否具有豌豆淀粉分支酶,导致豌豆产生圆粒和皱粒这对相对性状,这可以说明
( )
A.发生基因突变,必然导致蛋白质的结构改变
B.基因通过控制酶的合成,控制生物体的性状
C.基因通过控制激素的合成,控制生物体的性状
D.基因通过控制蛋白质结构,控制生物体的性状
【解析】选B。基因突变,转录形成的密码子一定改变,但由于密码子的简并性,不一定导致蛋白质的结构改变,A错误;控制合成淀粉分支酶的基因发生突变而不能合成淀粉分支酶,使得豌豆粒不能合成淀粉而变得皱缩,说明基因是通过控制酶的合成间接控制生物性状的,B正确;由题干信息不能说明基因通过控制激素的合成来控制生物体的性状,C错误;“是否具有豌豆淀粉分支酶,导致豌豆产生圆粒和皱粒这对相对性状”,说明基因是通过控制酶的合成间接控制生物性状的,D错误。
6.同一动物个体的神经细胞与肌细胞在功能上是不同的,造成这种差异的主要原因是
( )
A.二者所处的细胞周期不同
B.二者所含有的基因组不同
C.二者核DNA的复制方式不同
D.二者合成的特定蛋白不同
【解析】选D。神经细胞和肌细胞都已经高度分化,都没有细胞周期,A错误;神经细胞和肌细胞是由同一个受精卵有丝分裂形成的,都含有相同的遗传物质,二者所含的基因组相同,B错误;二者核DNA的复制方式相同,都是半保留复制,但这两种细胞都已经高度分化,不再分裂,因此都不会发生核DNA的复制,C错误;神经细胞和肌细胞在功能上不同的原因是基因的选择性表达,即这两种细胞合成的特定蛋白不同,D正确。
7.下列关于基因与性状之间的关系的叙述错误的是
( )
A.基因与性状是一一对应的关系
B.基因可通过控制蛋白质的结构来控制生物的性状
C.基因可通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物的性状
D.生物性状既受基因的控制,也受环境条件的影响
【解析】选A。基因与性状之间不是简单的一一对应的关系,有可能多对基因控制一对相对性状,A错误;基因可通过控制蛋白质的结构来控制生物的性状,B正确;基因可通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物的性状,C正确;生物性状既受基因的控制,也受环境条件的影响,D正确。
8.在甲基转移酶的催化下,DNA的胞嘧啶被选择性地添加甲基导致DNA甲基化,进而使染色质高度螺旋化,因此失去转录活性。下列相关叙述不正确的是
( )
A.DNA甲基化,会导致基因碱基序列的改变
B.DNA甲基化,会导致mRNA合成受阻
C.DNA甲基化,可能会影响生物的性状
D.DNA甲基化,可能会影响细胞分化
【解析】选A。DNA甲基化是指DNA的胞嘧啶被选择性地添加甲基,这不会导致基因碱基序列的改变,A错误;DNA甲基化,会使染色质高度螺旋化,因此失去转录活性,即导致mRNA合成受阻,B正确;DNA甲基化会导致mRNA合成受阻,进而导致蛋白质合成受阻,这样可能会影响生物的性状,C正确;细胞分化的实质是基因的选择性表达,而DNA甲基化会导致mRNA合成受阻,即会影响基因表达,因此DNA甲基化可能会影响细胞分化,D正确。
9.1970年,科学家发现了致癌的RNA病毒。该病毒感染人体细胞后,将其基因组整合到人的基因组中,从而诱发人的细胞癌变。回答下列问题:
(1)RNA病毒进入人体细胞后,以自身的RNA为模板,通过__________酶,合成DNA片段。在此过程中,存在的碱基互补配对方式有________,其原料为宿主细胞提供的______________________。?
(2)若将同一人体胰岛B细胞和浆细胞的全部的mRNA分别提取出来,通过相关的酶反应分别获得多段DNA单链,通过碱基测序发现两份DNA单链的序列__________(填“相同”“不同”或“不完全相同”);说明人体胰岛B细胞和浆细胞的基因表达具有__________。?
【解析】(1)以RNA为模板合成DNA的过程为逆转录过程,需要逆转录酶的催化,原料是宿主细胞提供的脱氧核苷酸;该过程遵循碱基互补配对原则,具体为A-T、U-A、C-G、G-C。
(2)同一人体不同的细胞中含有的基因是相同的,但是基因是选择性表达的,所以将胰岛B细胞和浆细胞的全部的mRNA分别提取出来,通过相关的酶反应分别获得多段DNA单链,检测的结果是这些DNA单链的序列不完全相同。
答案:(1)逆转录
A-T、U-A、C-G、G-C
4种脱氧核苷酸
(2)不完全相同 选择性
【补偿训练】
关于表观遗传的理解,下列说法正确的是
( )
A.DNA的甲基化与环境因素无关
B.DNA的甲基化影响基因的翻译过程
C.表观遗传现象不符合孟德尔遗传定律
D.DNA的甲基化导致基因的碱基序列改变
【解析】选C。环境因素会影响DNA的甲基化,A项错误;DNA的甲基化影响基因的转录过程,B项错误;表观遗传现象不符合孟德尔遗传定律,C项正确;DNA的甲基化不会导致基因的碱基序列改变,D项错误。
课时素养评价
九 中心法则、细胞分化和表观遗传
【合格性考试】(20分钟·70分)
一、选择题(共9小题,每小题5分,共45分)
1.关于复制、转录和逆转录的叙述,下列说法错误的是
( )
A.逆转录和DNA复制的产物都是DNA
B.转录需要RNA聚合酶,逆转录需要逆转录酶
C.细胞中的DNA复制和逆转录都以DNA为模板
D.复制和逆转录所需要的原料都是脱氧核糖核苷酸
【解析】选C。逆转录和DNA复制的产物都是DNA,A正确;转录需要RNA聚合酶,逆转录需要逆转录酶,B正确;细胞核中的DNA复制和转录都以DNA为模板,C错误;逆转录和DNA复制的产物都是DNA,因此它们所需要的原料都是脱氧核糖核苷酸,D正确。
【方法规律】DNA和RNA合成过程的判断方法
由于T(胸腺嘧啶)是组成DNA的特有成分,U(尿嘧啶)是组成RNA的特有成分,因此可以判断:
(1)若T(胸腺嘧啶)被大量利用,说明正在进行DNA合成。
(2)若U(尿嘧啶)被大量利用,说明正在进行RNA合成。
2.某病毒的遗传物质是单链RNA(-RNA),宿主细胞内病毒的增殖过程如图,-RNA和+RNA的碱基序列是互补的。下列叙述正确的是( )
A.-RNA和+RNA均可与核糖体结合作为翻译的模板
B.据图推测,只有-RNA上有RNA聚合酶的结合位点
C.过程①所需的嘌呤数和过程③所需的嘧啶数相同
D.过程②需要的tRNA来自病毒,原料及场所都由宿主细胞提供
【解析】选C。由题图可知,只有+RNA可作为翻译的模板,因此只有+RNA可与核糖体结合,A错误;图中既可以-RNA为模板合成+RNA,也可以+RNA为模板合成-RNA,说明-RNA和+RNA均有RNA聚合酶的结合位点,B错误;根据碱基互补配对原则,过程①所需的嘌呤数和过程③所需的嘧啶数相同,C正确;②为翻译过程,该过程需要的tRNA由宿主细胞提供,D错误。
3.蒜黄和韭黄是在缺乏光照的环境下培育的蔬菜,对形成这种现象的最好解释是
( )
A.环境因素限制了基因的表达
B.两种均为基因突变
C.叶子中缺乏形成叶绿素的基因
D.黑暗中植物不进行光合作用
【解析】选A。生物的表型=基因型+环境,而植物叶绿素的形成需要光照,说明环境因素限制了基因的表达,A正确;叶绿素的合成需要光照条件,两者的遗传物质没有发生改变,B错误;整个植株所有细胞中都具有与叶绿素合成有关的基因,C错误;黑暗条件不能进行光合作用,与蒜黄和韭黄的现象无关,D错误。
4.根据以下材料:①藏报春甲(aa)在20
℃时开白花;②藏报春乙(AA)在20
℃时开红花;③藏报春丙(AA)在30
℃时开白花。在分析基因型和表型相互关系时,下列说法错误的是
( )
A.由材料①②可知生物的性状表现是由基因型决定的
B.由材料②③可知环境影响基因型的表达
C.由材料①③可知生物的性状表现是由基因型和环境共同作用的
D.由材料①②③可知生物的性状表现是由基因型和环境共同作用的结果
【解析】选C。①②的变量是基因型,所以由①②可知生物的性状表现受基因型的控制,A正确;②③的变量是温度,所以由②③可知环境影响基因型的表达,B正确;①③的变量有2个,温度和基因型,所以无法推知生物性状表现是由环境和基因型共同作用的,C错误;由①②③可知生物的性状表现是由基因型和环境共同作用的结果,D正确。
5.DNA甲基化是指在DNA甲基转移酶的催化下,将甲基基团转移到胞嘧啶上的一种修饰方式。DNA的甲基化可导致基因表达的沉默,基因组总体甲基化水平低会导致一些在正常情况下受抑制的基因如原癌基因被激活,从而使细胞癌变,据此分析下列说法正确的是
( )
A.细胞癌变可能与原癌基因的高效表达有关
B.抑制DNA甲基转移酶活性会降低细胞癌变的几率
C.DNA的甲基化会阻碍RNA聚合酶与基因上的密码子的结合
D.DNA的甲基化改变了其脱氧核苷酸序列而导致原癌基因和抑癌基因突变
【解析】选A。根据题意,DNA甲基化会将甲基基团转移到胞嘧啶上,导致基因表达的沉默,而基因组总体甲基化水平低会导致一些在正常情况下受抑制的基因如原癌基因被激活,从而使细胞癌变,意味着DNA甲基化水平降低可能会导致原癌基因高效表达,引起癌变。据分析可知,细胞癌变可能与原癌基因的高效表达有关,A正确;DNA甲基转移酶会导致DNA甲基化,而基因组总体甲基化水平低可能会导致癌变,抑制DNA甲基转移酶活性会导致甲基化水平降低,故抑制DNA甲基转移酶活性可能提高细胞癌变的几率,B错误;根据题意,DNA的甲基化会导致基因表达的沉默,阻碍RNA聚合酶与基因上的启动部位结合,密码子在mRNA上,C错误;根据题意,DNA的甲基化会将甲基基团转移到胞嘧啶上,可能导致一些在正常情况下受抑制的基因如原癌基因被激活,并没有改变原癌基因和抑癌基因的脱氧核苷酸序列,D错误。
6.近来研究发现,小鼠体内的HMGIC基因与肥胖直接相关,具有HMGIC基因缺陷的实验鼠与作为对照的小鼠吃同样多的高脂肪食物,一段时间后,对照组的小鼠变得十分肥胖,而具有HMGIC基因缺陷的实验鼠体重仍然保持正常,据此下列判断正确的是
( )
A.此项研究表明肥胖与基因有关,与环境无关
B.HMGIC基因通过控制酶的合成来控制代谢,进而控制生物的性状
C.小鼠的胖和瘦是一对相对性状
D.体重正常的小鼠HMGIC基因一定正常
【解析】选C。该实验中没有涉及环境影响,因此不能说明性状与环境无关,A错误;该题干没有说明HMGIC基因控制性状的方式,B错误;小鼠的胖和瘦是同种生物的同一种性状的不同表现类型,属于一对相对性状,C正确;体重正常的小鼠HMGIC基因不一定正常,有可能性状表现受环境的影响,D错误。
7.如图为皮肤生发层细胞中DNA聚合酶合成及发挥作用的示意图。下列相关叙述错误的是
( )
A.①过程具有边解旋边复制的特点
B.②过程的主要场所是核糖体
C.③过程需要tRNA的协助
D.DNA聚合酶进入细胞核需经过核孔
【解析】选B。图中①过程具有边解旋边复制的特点,A正确;②过程的主要场所是细胞核,B错误;③过程是翻译过程,需要tRNA转运组成DNA聚合酶的氨基酸的协助,C正确;DNA聚合酶进入细胞核需经过核孔,D正确。
8.基因对性状的控制过程如图,下列相关叙述正确的是
( )
(基因)DNA-①→mRNA-②→蛋白质-③→性状
A.过程①是转录,它分别以DNA的两条链为模板合成mRNA
B.过程②是翻译,只需要mRNA、氨基酸、核糖体、酶、ATP即可
C.过程③表明所有的性状都是通过基因控制蛋白质的结构直接实现的
D.基因中替换一个碱基对,往往会改变mRNA,但不一定改变生物的性状
【解析】选D。转录的模板是DNA的一条链,A错误;翻译还需要tRNA、适宜的温度和pH,B错误;基因可以通过控制酶的合成来控制代谢过程,间接控制性状,C错误;由于密码子的简并性,基因中替换一个碱基对,不一定改变生物的性状,D正确。
9.牵牛花的颜色主要是由花青素决定的,如图为花青素的合成与颜色变化途径示意图,从图中不能得出的结论是
( )
A.花的颜色由多对基因共同控制
B.基因可以通过控制酶的合成来控制代谢
C.生物性状由基因决定,也受环境影响
D.若基因①不表达,则基因②和基因③不表达
【解析】选D。花青素决定花的颜色,而花青素的合成是由多对基因共同控制的,A不符合题意;基因①②③分别通过控制酶1、2、3的合成来控制花青素的合成,B不符合题意;花青素在不同酸碱条件下显示不同颜色,说明环境因素也会影响花色,C不符合题意;基因具有独立性,基因①不表达,基因②和基因③仍然能够表达,D符合题意。
二、非选择题(共25分)
10.(2020·全国Ⅱ卷)大豆蛋白在人体内经消化道中酶的作用后,可形成小肽(短的肽链)。回答下列问题:
(1)在大豆细胞中,以mRNA为模板合成蛋白质时,除mRNA外还需要其他种类的核酸分子参与,它们是__________________________________。?
(2)大豆细胞中大多数mRNA和RNA聚合酶从合成部位到执行功能部位需要经过核孔。就细胞核和细胞质这两个部位来说,作为mRNA合成部位的是______________,作为mRNA执行功能部位的是______________;作为RNA聚合酶合成部位的是________________,作为RNA聚合酶执行功能部位的是__________________。?
(3)部分氨基酸的密码子如表所示。若来自大豆的某小肽对应的编码序列为UACGAACAUUGG,则该小肽的氨基酸序列是______________。若该小肽对应的DNA序列有3处碱基发生了替换,但小肽的氨基酸序列不变,则此时编码小肽的RNA序列为______________。?
氨基酸
密码子
色氨酸
UGG
谷氨酸
GAAGAG
酪氨酸
UACUAU
组氨酸
CAUCAC
【解析】本题主要考查基因表达过程及其结果分析。
(1)以mRNA为模板合成蛋白质时,场所是核糖体,其含有rRNA,还需要tRNA携带氨基酸,其上的反密码子与mRNA上的密码子配对。
(2)mRNA是在细胞核内转录形成的,经过核孔到达细胞质与核糖体结合,作为翻译的模板。RNA聚合酶是蛋白质,在细胞质中的核糖体上合成,经过核孔进入细胞核,催化转录过程形成mRNA。
(3)密码子UAC、GAA、CAU、UGG依次编码酪氨酸、谷氨酸、组氨酸、色氨酸。结合所给的密码子表可知,酪氨酸、谷氨酸、组氨酸均有两个密码子,根据密码子具有简并性,则这三个氨基酸对应DNA序列的3处碱基替换,此时编码小肽的RNA序列为UAUGAGCACUGG。
答案:(1)rRNA、tRNA
(2)细胞核 细胞质 细胞质 细胞核
(3)酪氨酸-谷氨酸-组氨酸-色氨酸
UAUGAGCACUGG
【等级性考试】
(10分钟·30分)
1.(6分)如图为某RNA病毒侵入宿主细胞后的增殖过程。下列说法不正确的是( )
A.①过程需要逆转录酶
B.①③过程所需原料相同
C.该病毒的RNA不能直接作为翻译的模板
D.①②③过程都遵循中心法则
【解析】选A。图中①表示以-RNA为模板合成+mRNA,该过程需要RNA聚合酶,不需要逆转录酶,A错误;①③过程所合成的产物都是RNA,因此所需原料相同,B正确;由图可知,该病毒的RNA不能直接作为翻译的模板,要先以-RNA为模板合成+mRNA,再以+mRNA作为翻译的模板,C正确;①②③过程都遵循中心法则,D正确。
2.(6分)脊椎动物的一些基因活性与其周围特定胞嘧啶的甲基化有关,甲基化使基因失活,相应的胞嘧啶非甲基化能活化基因的表达。以下推测正确的是( )
A.肝细胞和胰岛B细胞的呼吸酶基因均处于特定胞嘧啶的甲基化状态
B.胰岛B细胞的呼吸酶基因和胰岛素基因均处于特定胞嘧啶的非甲基化状态
C.肝细胞的呼吸酶基因和胰岛素基因均处于特定胞嘧啶的非甲基化状态
D.肝细胞和胰岛B细胞的胰岛素基因均处于特定胞嘧啶的非甲基化状态
【解析】选B。肝细胞和胰岛B细胞的呼吸酶基因均处于活跃状态,因此该基因都处于特定胞嘧啶的非甲基化状态,A错误;胰岛B细胞的呼吸酶基因和胰岛素基因均处于活跃状态,因此该基因都处于特定胞嘧啶的非甲基化状态,B正确;肝细胞的呼吸酶基因处于活跃状态,因此该基因处于特定胞嘧啶的非甲基化状态,而肝细胞中的胰岛素基因处于休眠状态,即该基因处于特定胞嘧啶的甲基化状态,C错误;肝细胞中的胰岛素基因处于特定胞嘧啶的甲基化状态,而胰岛B细胞的胰岛素基因处于特定胞嘧啶的非甲基化状态,D错误。
【实验·探究】
3.(18分)人体细胞中的P21基因控制合成的P21蛋白可通过调控细胞周期来抑制细胞的恶性增殖。科研人员发现,与P21基因启动子区某段DNA序列互补的RNA分子(saRNA)对P21基因的表达有影响,并对此进行了研究。
(1)P21基因的启动子区有与________酶的识别与结合位点,此酶可催化相邻两个核苷酸分子的________之间形成化学键。?
(2)脂质体是磷脂分散于水中时形成的具有________层分子结构的球形囊泡,可与细胞膜融合,将物质送入细胞内部。研究人员将包裹了人工合成的saRNA的脂质体转入人胆囊癌细胞中,同时设置对照,对照组将包裹了________的脂质体转入同种细胞中。一段时间后,检测P21基因的mRNA生成量及胆囊癌细胞的存活率,结果如两幅图所示,说明__________。
(3)研究发现,P21基因启动子区合成的RNA能募集一种蛋白至此区域抑制转录过程,当saRNA转入细胞后,经处理并活化,活化的saRNA能与上述RNA结合,使转录过程的抑制作用____________,从而影响P21基因的表达。由此为癌症的治疗提供了新的思路和方法。?
【解析】(1)启动子是RNA聚合酶结合的位点,RNA聚合酶能催化相邻两个核苷酸分子的核糖和磷酸之间形成磷酸二酯键。(2)脂质体是磷脂分散于水中时形成的具有双层分子结构的球形囊泡,可与细胞膜融合,将物质送入细胞内部。实验设计需要遵循对照原则,实验组将包裹了人工合成的saRNA的脂质体转入人胆囊癌细胞中,则对照组将包裹了与saRNA序列不同的RNA分子的脂质体转入同种细胞中。一段时间后,检测P21基因的mRNA生成量及胆囊癌细胞的存活率,根据实验结果可知saRNA可增强P21基因的表达且使癌细胞存活率降低。(3)P21基因启动子区合成的RNA能募集一种蛋白至此区域抑制转录过程,而活化的saRNA能与这种RNA结合,这样可使转录过程的抑制作用减弱,从而影响P21基因的表达。
答案:(1)RNA聚合 核糖与磷酸
(2)双 与saRNA序列不同的RNA分子
saRNA可增强P21基因的表达且使癌细胞存活率降低
(3)减弱(共70张PPT)
单元素养评价(二)(第二章)
(60分钟 100分)
【合格性考试】
(70分)
一、选择题(共20小题,每小题2分,共40分)
1.在噬菌体侵染细菌的实验中,指导子代噬菌体蛋白质外壳合成的是
( )
A.噬菌体的RNA B.噬菌体的DNA
C.细菌的DNA
D.细菌的RNA
【解析】选B。噬菌体侵染细菌后,在自身遗传物质的指导下,利用细菌的原料、场所和能量来合成噬菌体的蛋白质外壳,B正确;噬菌体的遗传物质是DNA,不是RNA,A错误;细菌的DNA、RNA不能指导子代噬菌体蛋白质外壳合成,C、D错误。
2.下列关于噬菌体侵染细菌实验的相关叙述中,不正确的是
( )
A.该实验证明了子代噬菌体的各种性状是通过DNA遗传的
B.为确认蛋白质外壳是否注入细菌体内,可用35S标记噬菌体
C.若用32P对噬菌体双链DNA标记,再转入普通培养基中让其连续复制n次,则含32P的DNA应占子代DNA总数的1/2n
D.侵染过程的“合成”阶段,噬菌体以自身的DNA作为模板,而原料、ATP、酶、场所等条件均由细菌提供
【解析】选C。在噬菌体的亲子代之间,只有DNA有连续性,子代噬菌体的各种性状是通过DNA遗传的,DNA是噬菌体的遗传物质,A正确;噬菌体侵染细菌时,只有DNA进入细菌,而蛋白质外壳则留在外面,用35S标记蛋白质,32P标记DNA,通过放射性的分布差别来判断,B正确;由于DNA分子的复制是半保留复制,所以用32P对噬菌体双链DNA标记,再转入培养有细菌的普通培养基中让其连续复制n次,则含31P的DNA占子代DNA总数的比例为1,而含32P的DNA只有2个,应占子代DNA总数的2/2n,C错误;侵染过程的“合成”阶段,噬菌体以自身的DNA作为模板,而原料(核糖核苷酸和氨基酸)、ATP、酶、场所(核糖体)等条件均由细菌提供,D正确。
3.(2019·浙江学考真题)假设T2噬菌体的DNA含1
000个碱基对,其中胞嘧啶占全部碱基的30%。一个32P标记的T2噬菌体侵染细菌,释放出50个子代噬菌体。下列叙述正确的是
( )
A.子代噬菌体中最多有2个32P标记的噬菌体
B.噬菌体增殖过程所需的原料、模板、酶等全部由细菌提供
C.用含32P的培养基可直接培养出32P标记的T2噬菌体
D.产生这些子代噬菌体共消耗了9
800个胸腺嘧啶脱氧核苷酸
【解析】选A。根据题干信息分析,由于DNA复制是半保留复制,因此子代噬菌体中最多有2个32P标记的噬菌体,A正确;噬菌体增殖过程所需的模板是由噬菌体自身提供的,B错误;T2噬菌体是专门营寄生生活的病毒,必须用它的宿主——大肠杆菌,而不能用含32P的培养基来直接培养,C错误;由题干知C=30%,根据碱基互补配对原则可求得T=20%,又已知该噬菌体共含有1
000个碱基对,可得出T=
2
000×20%=400,进而求得产生这些子代噬菌体共消耗了400×(50-1)=19
600个胸腺嘧啶脱氧核苷酸,D错误。
4.1952年,赫尔希和蔡斯利用放射性同位素标记技术,进行了噬菌体侵染细菌的实验。如图表示其中的部分实验过程,相关叙述错误的是
( )
A.35S标记的是噬菌体的蛋白质
B.放射性主要分布在上清液中
C.合成子代噬菌体的原料来自大肠杆菌
D.图示实验证明DNA是遗传物质
【解析】选D。S是蛋白质的特征元素,P是DNA的特征元素,所以35S标记的是噬菌体的蛋白质,A正确;由于蛋白质外壳不进入噬菌体,离心后分布在上清液中,所以放射性主要分布在上清液中,B正确;噬菌体侵染细菌时,合成子代噬菌体的原料均由大肠杆菌提供,C正确;图示实验没有用32P标记噬菌体的DNA,因而不能证明DNA是遗传物质,D错误。
5.如图表示在人体细胞核中进行的某一生命过程,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序列相同
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】选D。由题图可知,产物链中含有碱基U,模板链为DNA,因此该过程为转录。图中DNA的“A”“T”“C”“G”表示脱氧核糖核苷酸,而RNA的原料中的“U”“A”“C”“G”表示核糖核苷酸,因此共有8种核苷酸,故A项错误;不同的组织细胞经过细胞分化,基因选择性表达合成的mRNA区别较大,序列不相同,故B项错误;转录过程以RNA聚合酶为催化物,不需要解旋酶和DNA聚合酶的参与,后两种酶主要参与DNA复制过程,故C项错误;转录过程严格遵循A—U、T—A和C—G的碱基互补配对原则,而合成物质的过程都需要能量的消耗,转录过程主要以ATP供应能量,故D项正确。
6.已知某双链DNA分子中,G与C之和占全部碱基总数的34%,其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的32%和18%,则在它的互补链中,T和C分别占该链碱基总数的( )
A.32%和18%
B.34%和18%
C.16%和34%
D.34%和16%
【解析】选D。已知某DNA分子中,G与C之和占全部碱基总数的34%,则C=G=17%,A=T=50%-17%=33%其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的32%和18%,即T1=32%、C1=18%,根据碱基互补配对原则,双链DNA分子中,T=(T1+T2)÷2,计算可得T2=34%,同理,C2=16%。
7.真核细胞某生理过程如图所示,下列叙述正确的是
( )
A.酶1是DNA聚合酶,酶2是解旋酶
B.a链与d链的碱基序列相同
C.该图表示遗传信息的传递方向是DNA→RNA
D.c链和d链中G+C所占比例相等,该比值越大DNA热稳定性越高
【解析】选D。图中酶1表示解旋酶,酶2表示DNA聚合酶,A错误;DNA分子中两条链是反向平行盘旋成双螺旋结构的,根据碱基互补配对原则,a链和d链均为子链,碱基可进行互补配对,B错误;DNA复制过程,遗传信息的传递方向是DNA→DNA,C错误;c链和d链中的碱基是互补配对的,两条链中A=T、G=C,并且G=C之间是以三个氢键连接的,提高了DNA分子的热稳定性,D正确。
8.正常情况下,DNA分子在细胞内复制时,双螺旋解开后会产生一段单链区,DNA结合蛋白(SSB)能很快地与单链结合,防止解旋的单链重新配对,而使DNA呈伸展状态,SSB在复制过程中可以重复利用,下列有关推理合理的是
( )
A.SSB是一种解开DNA双螺旋的解旋酶
B.SSB与单链的结合将不利于DNA复制
C.SSB与DNA单链既可结合也可分开
D.SSB与单链的结合遵循碱基互补配对原则
【解析】选C。根据题干中“双螺旋解开后会产生一段单链区,DNA结合蛋白(SSB)能很快地与单链结合”,说明SSB不是一种解开DNA双螺旋的解旋酶,A错误;根据题干信息可推测,SSB与单链的结合将利于DNA复制,B错误;根据题干信息可推测,SSB与DNA单链既可结合也可分开,C正确;根据题干信息可推测,SSB是一种DNA结合蛋白,故与单链的结合不遵循碱基互补配对原则,D错误。
9.miRNA能与相关基因的mRNA互补,形成局部双链。在细胞中miRNA可以干扰的生理过程是
( )
A.转录
B.逆转录
C.翻译
D.DNA复制
【解析】选C。miRNA能与mRNA互补,形成局部双链,而mRNA是翻译的模板,这样没有模板,就无法翻译,C正确。
10.下列关于双链DNA的结构和复制的叙述,正确的是
( )
A.DNA分子中磷酸、碱基、脱氧核糖交替排列构成基本骨架
B.DNA分子中碱基间的氢键使DNA分子具有较强的特异性
C.DNA分子复制时,解旋酶与DNA聚合酶不能同时发挥作用
D.噬菌体遗传物质DNA的复制所需要的原料全部由宿主细胞提供
【解析】选D。DNA分子中磷酸和脱氧核糖交替排列构成基本骨架,A错误;DNA分子中碱基间的氢键使DNA分子具有较强的稳定性,B错误;DNA分子复制是边解旋边复制的过程,因此解旋酶与DNA聚合酶能同时发挥作用,C错误;噬菌体是病毒,其侵染细菌时只有DNA进入细菌并作为模板控制子代噬菌体的合成,而合成子代所需要的原料全部由宿主细胞提供,D正确。
11.与遗传信息传递有关的酶有多种,下列说法错误的是
( )
A.DNA复制过程中,氢键的形成需要DNA聚合酶的作用
B.细胞内DNA分子的解旋不一定都需要解旋酶参与
C.转录和翻译过程需要不同种类的酶参与
D.RNA聚合酶可在细胞核中发挥作用
【解析】选A。DNA复制过程中,氢键的形成不需要DNA聚合酶的作用,A错误;加热、RNA聚合酶和解旋酶都可以使DNA分子解旋,B正确;转录和翻译过程需要不同种类的酶参与,C正确;在真核细胞的细胞核中可进行转录过程,因此,RNA聚合酶可在细胞核中发挥作用,D正确。
12.下列有关细胞分化的叙述错误的是
( )
“+”表示基因开放表达,“-”表示基因关闭不表达
基因
成熟
红细胞
浆细胞
胰岛B
细胞
细胞呼吸酶基因
+
+
+
核糖体RNA基因
+
+
+
血红蛋白基因
+
-
-
抗体基因
-
+
-
胰岛素基因
-
-
+
A.细胞呼吸酶基因和核糖体RNA基因在细胞中均表达
B.胰岛B细胞中不存在血红蛋白基因和抗体基因
C.可利用基因探针检测细胞中相关基因是否转录
D.上述三种细胞的差异是基因选择性表达的结果
【解析】选B。根据表格可知,细胞呼吸酶基因和核糖体RNA基因在细胞中均表达,A正确;胰岛B细胞中存在血红蛋白基因和抗体基因,只是这两种基因在胰岛B细胞中不表达,B错误;可利用基因探针检测细胞中相关基因是否转录,原理是碱基互补配对,C正确;上述三种细胞的差异是基因选择性表达的结果,D正确。
13.真核细胞中的细胞周期蛋白A可促进DNA的复制。细胞中某种特异性siRNA(一种双链RNA)可以导致细胞周期蛋白A的模板mRNA降解。下列分析错误的是
( )
A.siRNA和DNA一样也存在碱基对
B.siRNA通过影响翻译过程而影响细胞周期蛋白A的合成
C.细胞周期蛋白A的合成先于DNA的复制
D.siRNA降解mRNA应在mRNA与核糖体结合之后
【解析】选D。这种特异性siRNA是一种双链RNA,因此也存在碱基对,A正确;此种siRNA会导致细胞周期蛋白A的mRNA降解,说明siRNA通过影响翻译过程而影响细胞周期蛋白A的合成,B正确;细胞周期蛋白A可促进DNA的复制,说明细胞周期蛋白A的合成先于DNA的复制,C正确;siRNA可以导致细胞周期蛋白A的模板mRNA降解,说明siRNA降解mRNA应在mRNA与核糖体结合之前,D错误。
14.如图是某基因控制蛋白质合成的示意图,有关叙述正确的是
( )
A.①过程正处于解旋状态,形成这种状态需要RNA解旋酶
B.②过程形成的产物都能够直接承担细胞的生命活动
C.①过程碱基互补配对时发生差错,形成的多肽可能不发生改变
D.合成大量抗体主要是通过①过程形成大量mRNA完成
【解析】选C。①过程为转录过程,需要RNA聚合酶;②过程是翻译,形成的产物是多肽,还要加工形成一定的空间结构才能承担细胞的生命活动;一个氨基酸可以有几种不同的密码子,转录时由于差错导致的密码子改变可能不会改变氨基酸;一条mRNA可结合多个核糖体翻译成多条相同的肽链,而不是形成大量mRNA。
15.囊性纤维病是一种常见的遗传病,研究表明,在大约70%的患者中,编码CFTR蛋白(一种跨膜蛋白)的基因模板链上缺失AAA或AAG三个碱基,导致CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸,进而影响了CFTR蛋白的结构,使CFTR蛋白转运氯离子的功能异常,该病目前还没有有效的治疗措施。下列相关分析错误的是
( )
A.编码苯丙氨酸的密码子为AAA或AAG
B.氨基酸的排列顺序影响蛋白质的空间结构
C.基因可以通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状
D.基因治疗将是囊性纤维病合理有效的治疗方法
【解析】选A。编码CFTR蛋白的基因模板链上缺失AAA或AAG三个碱基,导致CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸,说明编码苯丙氨酸的密码子为UUU或UUC,A错误;编码CFTR蛋白的基因缺失了3个碱基,导致CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸,进而影响了CFTR蛋白的结构,可见氨基酸的排列顺序影响蛋白质的空间结构,B正确;囊性纤维病患者体内CFTR结构异常,说明基因可以通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状,C正确;基因治疗是将正常基因导入患者的细胞内让其表达产生正常的蛋白质,达到治疗的目的,D正确。
16.艾滋病病毒(HIV)侵染人体细胞会形成双链DNA分子,并整合到宿主细胞的染色体DNA中,以它为模板合成mRNA和子代单链RNA,mRNA做模板合成病毒蛋白。据此分析下列叙述不正确的是
( )
A.合成RNA-DNA和双链DNA分别需要逆转录酶、DNA聚合酶等多种酶
B.以RNA为模板合成生物大分子的过程包括翻译和逆转录
C.以mRNA为模板合成的蛋白质只有病毒蛋白质外壳
D.HIV的突变频率较高,其原因是RNA单链结构不稳定
【解析】选C。合成RNA-DNA的过程为逆转录过程,需要逆转录酶的催化;合成双链DNA需要DNA聚合酶的催化,A正确;HIV侵染细胞后,以RNA为模板合成生物大分子的过程包括翻译和逆转录,B正确;以mRNA为模板合成的蛋白质包括病毒蛋白质外壳和逆转录酶等,C错误;HIV的突变频率较高,其原因是RNA单链结构不稳定,D正确。
17.图为T4噬菌体感染大肠杆菌后,大肠杆菌内放射性RNA与T4噬菌体DNA及大肠杆菌DNA的杂交结果。下列叙述错误的是
( )
A.可在培养基中加入3H-尿嘧啶用以标记RNA
B.参与分子杂交的放射性RNA为相应DNA的转录产物
C.第0
min时,与DNA杂交的RNA来自T4噬菌体及大肠杆菌的转录
D.随着感染时间增加,噬菌体DNA的转录增加,大肠杆菌基因活动受到抑制
【解析】选C。尿嘧啶是RNA特有的碱基,可以用3H-尿嘧啶标记RNA,A正确;RNA能与DNA杂交,那RNA一定为相应DNA的转录产物,B正确;在第0
min时,大肠杆菌还没有感染T4噬菌体,所以在大肠杆菌体内不存在T4噬菌体的DNA,其也就不会转录,C错误;从图中可以看出,随着感染时间增加和T4噬菌体DNA杂交的放射性RNA所占百分比越来越高,说明噬菌体DNA的转录增加,而和大肠杆菌DNA杂交的放射性RNA所占百分比越来越低,说明其转录受到抑制,D正确。
18.微小核糖核酸(miRNA),是科学家在真核生物中发现的一类内源性的具有调控功能的非编码RNA,不同的miRNA在个体发育的不同阶段产生,且miRNA能通过与靶mRNA结合或引起靶mRNA的降解进而影响基因的表达。下列有关miRNA的叙述错误的是
( )
A.miRNA的产生与细胞的分化无关
B.miRNA在真核细胞中不能编码蛋白质
C.miRNA通过碱基互补配对识别靶mRNA
D.miRNA可影响基因表达过程的翻译阶段
【解析】选A。根据题干信息不同的miRNA在个体发育的不同阶段产生可知,miRNA的产生与细胞的分化有关,A错误;miRNA是一类非编码RNA,因此其在真核细胞中不能编码蛋白质,B正确;miRNA通过碱基互补配对识别靶mRNA,C正确;miRNA能与靶mRNA结合或引起靶mRNA的降解,而mRNA是翻译的模板,因此miRNA可影响基因表达过程的翻译阶段,D正确。
19.牵牛花的颜色可随液泡中的酸碱度不同而发生变化,如液泡中的花青素在碱性时显蓝色,中性时显紫色,酸性时显红色,生理机制如图。则下列说法中正确的是
( )
A.可以通过用无水乙醇提取花青素,体外模拟不同pH环境验证花色变化的机理
B.图中a、b的过程是同时进行的,也能够发生在原核细胞中
C.牵牛花在清晨时开蓝花,中午转为紫色,下午则可能为红花
D.蛋白R是一种载体蛋白,说明基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状
【解析】选D。花青素为水溶性色素,不可以用无水乙醇提取花青素,A错误;a表示转录,b表示翻译,在真核细胞中它们不是同时进行的,B错误;清晨,牵牛花经历了一个晚上,由于没有光,所以不能进行光合作用,只进行呼吸作用,氧化分解有机物,产生大量的二氧化碳,所以清晨的牵牛花含二氧化碳较多,二氧化碳溶于水呈酸性,故牵牛花中的花青素显红色,C错误;蛋白R是一种载体蛋白,说明基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状,D正确。
20.研究人员在酵母细胞中移除了一个叫做Rlil的蛋白(能够将完成蛋白质合成功能的核糖体分开,促进核糖体大小亚基的回收)后,停留在mRNA终止密码子位置的核糖体数目增加,这些核糖体并不会跨越密码子合成出一个更长的蛋白质产物,而是会先释放常规编码的蛋白质,再在终止密码子附近位置重新开始翻译过程,如图所示。下列相关叙述正确的是
( )
A.正常情况下,核糖体的大小亚基在终止密码子处分开
B.正常情况下,核糖体的移动方向为从B端移动到A端
C.移除Rlil蛋白后,一条mRNA可翻译出一条更长的多肽链
D.一条mRNA上结合的多个核糖体共同合成一条多肽链
【解析】选A。正常情况下,在终止密码子处翻译结束,核糖体的大小亚基也在此处分开,A正确;据题意可知,移除Rlil的蛋白后,核糖体并不会跨越密码子合成出一个更长的蛋白质产物,而是会先释放常规编码的蛋白质,再在终止密码子附近位置重新开始翻译过程,因此不移除Rlil的蛋白,即正常情况下,肽链会跨过密码子继续延长,即图中B端的核糖体上合成的肽链长于A端的核糖体上合成的肽链,故核糖体的移动方向为从A端移动到B端,且移除Rlil蛋白后,一条mRNA不可翻译出一条更长的多肽链,B、C错误;一条mRNA上结合多个核糖体,同时合成多条多肽链,D错误。
二、非选择题(共3小题,共30分)
21.(8分)将蚕豆幼苗放在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷(即3H-T,胸腺嘧啶脱氧核苷酸的组成成分)的培养基中培养一段时间,让3H掺入DNA中,从而使染色体带有放射性,培养过程如图甲。随后,将幼苗转到含有秋水仙素(可持续发挥作用且不会导致细胞死亡)的普通培养基(1H-T)中培养一段时间,图乙是跟踪检测根尖细胞部分染色体某时期变化图。请据图回答有关问题:
(1)完成图甲的培养过程,核DNA至少经过________次复制。若某核DNA含有900个胸腺嘧啶脱氧核苷酸,则复制3次需要________________个腺嘌呤脱氧核苷酸。?
(2)在细胞分裂过程中,图乙的B过程发生的时期是________________________________;此过程产生的两条染色体中,含3H的DNA单链占全部单链的比值为____________。?
(3)图乙中____(填“A”或“B”)阶段发生DNA的半保留复制,出现相应实验结果的原因是___________________________________________________________。
【解析】(1)根据题意,有丝分裂过程中DNA分子进行半保留复制,第一次有丝分裂结束后,每个双链DNA分子的两条链,其中一条链含有3H(有放射性),另一条链不含3H(无放射性);第二次有丝分裂过程中,DNA分子复制后,一个DNA分子的两条链是含有3H(有放射性)和不含3H(无放射性),另一个DNA分子的两条链都是含有3H(有放射性),所以完成图甲的培养过程,核DNA至少经过2次复制。根据题意可知,在DNA分子中A=T,若某核DNA含有900个胸腺嘧啶脱氧核苷酸,则复制3次需要(23-1)×900=6
300个。(2)在细胞分裂过程中,图乙的B过程为着丝点分裂,发生的时期是有丝分裂后期;此过程产生的两条染色体中,无放射性的不含3H,有放射性的
一条链含有3H,另一条链不含3H,所以含3H的DNA单链占全部单链的比值为1/4。(3)图乙中开始时染色体中的DNA含有一条3H-T链和一条1H-T链,A过程进行半保留复制,使所形成的两条单体中,一条有放射性,一条无放射性,所以A阶段发生DNA的半保留复制。
答案:(1)2 6
300
(2)有丝分裂后期 1/4
(3)A 开始时染色体中的DNA含有一条3H-T链和一条1H-T链,A过程进行半保留复制,使所形成的两条单体中,一条有放射性,一条无放射性
22.(10分)如图是miRNA在细胞中产生及发挥调控功能的过程,回答下列问题:
(1)miRNA基因的基本组成单位是____________________,①过程需要________酶。与双链DNA复制相比较,①过程特有的碱基互补配对形式是________。?
(2)RISC中的miRNA能与靶mRNA碱基配对,若两者之间完全配对,则________________________;若两者之间只有部分区域发生了匹配,则____________________________________________。由此可见miRNA是生物基因表达的一类________(填“正”或“负”)调控因子。?
(3)miRNA编码基因广泛存在于动物、植物、病毒甚至单细胞生物中。目前有研究表明,人巨细胞病毒(HCMV)含有的miRNA基因,有利于它在宿主细胞中较长时间的潜伏。据此推测,HCMV编码的miRNA的作用可能有________(填数字序号)。?
①限制病毒自身基因的表达
②监控和操纵宿主细胞中的生化环境
③便于免疫细胞识别、监控和清除
【解析】(1)基因的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸;①是转录过程,该过程需要RNA聚合酶催化。DNA复制过程中碱基互补配对方式为A—T、C—G,①转录过程中的碱基互补配对方式为A—U、T—A、C—G,因此与双链DNA复制相比较,①过程特有的碱基互补配对形式是A—U。(2)RISC中的miRNA能与靶mRNA碱基配对,若两者之间完全配对,则靶mRNA会发生降解;若两者之间只有部分区域发生了匹配,则削弱核糖体在靶mRNA链上蛋白质的合成效率,抑制翻译过程。由此可见miRNA是生物基因表达的一类负调控因子。(3)人巨细胞病毒(HCMV)含有的miRNA基因,有利于它在宿主细胞中较长时间的潜伏。据此推测,HCMV编码的miRNA的作用可能是限制病毒自身基因的表达,可能是监控和操纵宿主细胞中的生化环境,也可能是不便于免疫细胞识别、监控和清除。故选:①②。
答案:(1)脱氧核糖核苷酸 RNA聚合 A-U
(2)靶mRNA会发生降解 削弱核糖体在靶mRNA链上蛋白质的合成效率,抑制翻译过程 负
(3)①②
23.(12分)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)据图可知,携带的tRNA是最左边已经离开核糖体的那个,上面的反密码子是甘氨酸的反密码子(tRNA上)CCA,根据碱基互补配对原则,甘氨酸的密码子是GGU。据图可知,铁蛋白基因中决定
的mRNA链碱基序列为…GGUGACUGG…,根据碱基互补配对原则,其模板链碱基序列为…CCACTGACC…,另外一条链…GGTGACTGG…。(2)Fe3+浓度低时,铁调节蛋白与铁应答元件结合,核糖体不能与铁蛋白mRNA一端结合,不能沿mRNA移动,从而抑制了翻译的开始;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Fe3+对细胞的毒性影响(铁蛋白是细胞内储存多余Fe3+的
蛋白),又可以减少细胞内物质和能量的浪费。(3)指导铁蛋白合成的mRNA的碱基序列上存在不能决定氨基酸的密码子(铁应答元件、终止密码等),故合成的铁蛋白mRNA的碱基数远大于3n。(4)色氨酸的密码子为UGG,亮氨酸的密码子有UUA、UUG、CUU、CUC、CUA、CUG,其中与色氨酸的密码子相差最小的是UUG,即可由UGG变为UUG,故DNA模板链上的碱基变化是由C→A。
答案:(1)GGU CCACTGACC
(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两端存在不翻译的碱基序列(铁应答元件与终止密码不翻译)
(4)C-G→A-T(G-C→T-A)
【等级性考试】
(30分)
24.(5分)基因在转录形成mRNA时,有时会形成难以分离的DNA—RNA杂交区段,称为R环结构,这种结构会影响DNA复制、转录和基因的稳定性。以下说法正确的是( )
A.细胞DNA复制和转录的场所在细胞核中
B.mRNA难以从DNA上分离可能是这种DNA片段的模板链与mRNA之间形成的氢键比例较高
C.是否出现R环结构可作为是否发生转录的判断依据
D.DNA—RNA杂交区段最多存在5种核苷酸
【解析】选B。细胞DNA复制和转录的场所主要在细胞核中,线粒体和叶绿体中也可发生,A错误;mRNA难以从DNA上分离可能是这种DNA片段的模板链与mRNA之间形成的氢键比例较高,即G—C碱基对形成比例较多有关,B正确;正常基因转录时也会形成DNA—RNA杂交区段,因此,是否出现R环结构不能作为是否发生转录的判断依据,C错误;DNA—RNA杂交区段最多存在8种核苷酸,因为DNA中最多可存在4种脱氧核苷酸,RNA中最多可存在4种核糖核苷酸,D错误。
25.(5分)近年诞生的具有划时代意义的CRISPR/Cas9基因编辑技术可简单、准确地进行基因定点编辑。其原理是由一条单链向导RNA引导核酸内切酶Cas9到一个特定的基因位点进行切割。通过设计向导RNA中20个碱基的识别序列,可人为选择DNA上的目标位点进行切割(如图)。下列相关叙述错误的是
( )
A.Cas9蛋白由相应基因指导在核糖体中合成
B.向导RNA中的双链区遵循碱基配对原则
C.向导RNA可在逆转录酶催化下合成
D.若α链剪切位点附近序列为…TCCAGAATC…则相应的识别序列为…UCCAGAAUC…
【解析】选C。核糖体是蛋白质的合成场所,故Cas9蛋白质由相应基因指导在核糖体中合成,A正确;向导RNA中的双链区遵循碱基配对原则,B正确;向导RNA可通过转录形成,逆转录酶以RNA为模板合成DNA,C错误;由于α链与识别序列的互补链序列相同,故两链碱基相同,只是其中T与U互换,D正确。
26.(5分)磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)是某油料作物细胞中的一种中间代谢产物,在两对独立遗传的基因(A和a、B和b)的控制下,可转化为油脂或蛋白质。某科研小组通过RNA干扰的方式获得了产油率更高的品种,基本原理如图所示。下列说法正确的是
( )
A.产油率高植株和产蛋白高植株的基因型分别为AAbb、aaBB
B.图示中过程①与过程②所需要的嘧啶碱基数量一定相同
C.该研究通过抑制基因B表达过程中的翻译阶段来提高产油率
D.图示表明基因是通过控制蛋白质和脂质的合成来控制性状的
【解析】选C。根据图示,产油率高植株和产蛋白高植株的基因型分别为AAbb、Aabb和aaBB、aaBb,A错误;图示中过程①与过程②分别以链1和链2为模板进行转录,所以需要的嘧啶碱基数量不一定相同,B错误;由分析可知,该过程提高产油率是通过RNA干扰酶b的合成而提高产油率,C正确;图示表明基因是通过控制酶的合成,控制生物的代谢,进而控制性状的,D错误。
27.(15分)心肌细胞不能增殖,ARC基因在心肌细胞中特异性表达,抑制其细胞凋亡,以维持正常数量。细胞中某些基因转录形成的前体RNA加工过程中会产生许多小RNA,如miR-223(链状)、HRCR(环状)。HRCR可以吸附miR-223等,以达到清除它们的目的(如图)。当心肌细胞缺血、缺氧时,某些基因过度表达会产生过多的miR-223,导致心肌细胞凋亡,最终引起心力衰竭。请回答:
(1)过程①的原料是____________,催化该过程的酶是____________。过程②的场所是__________。?
(2)若某HRCR中含有n个碱基,则其中有__________个磷酸二酯键。链状小RNA越短越容易被HRCR吸附,这是因为其碱基数目少,特异性__________,更容易与HRCR结合。与ARC基因相比,核酸杂交分子1中特有的碱基对是____________。?
(3)缺血、缺氧时,某些基因过度表达产生过多的miR-223,会导致过程②因____________的缺失而受阻,最终导致心力衰竭。?
(4)科研人员认为,HRCR有望成为减缓心力衰竭的新药物,其依据是?__。
【解析】根据题意和图示分析可知:图中①表示转录形成mRNA、②表示翻译过程,其中mRNA可与miR-223结合形成核酸杂交分子1,miR-223可与HRCR结合形成核酸杂交分子2。(1)过程①形成mRNA,称为转录,催化该过程的酶是RNA聚合酶,原料是核糖核苷酸,过程②表示翻译,翻译过程的场所是核糖体。(2)HRCR为单链环状RNA分子,其中所含磷酸二酯键数目与氢键数目相同,因此若某HRCR中含有n个碱基,则其中有n个磷酸二酯键。链状小RNA越短越容易被HRCR吸附,这是因为其碱基数目少,特异性弱,更容易与HRCR结合。与ARC基因(碱基配对方式为A—T、C—G)相比,核酸杂交分子1
(碱基配对方式为A—U、T—A、C—G
)中特有的碱基对
是A—U。(3)缺血、缺氧时,某些基因过度表达产生过多的miR-223,miR-223与mRNA结合形成核酸杂交分子1,导致过程②因模板的缺失而受阻,最终导致心力衰竭。(4)科研人员认为,HRCR有望成为减缓心力衰竭的新药物,其依据是HRCR与miR-223碱基互补配对,导致ARC基因的表达增加,抑制心肌细胞的凋亡。
答案:(1)核糖核苷酸
RNA聚合酶 核糖体
(2)n 弱 A—U
(3)模板
(4)HRCR与miR-223碱基互补配对,导致ARC基因的表达增加,抑制心肌细胞的凋亡
