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1、生 物 的 生 殖 和 發(fā) 育 、 遺 傳與 變 異 、 生 物 的 進 化第 18 講 【 考 綱 搜 索 】(1)DNA是主要的遺傳物質；(2)DNA的分子結構和復制；(3)基因的概念；(4)基因控制蛋白質的合成；(5)基因對性狀的控制。 【 分 析 預 測 】遺傳的物質基礎包括DNA是主要遺傳物質、DNA的分子結構和復制、基因的概念、基因的表達，其中考查的重點是DNA是遺傳物質的兩個經(jīng)典實驗、DNA的結構和復制及基因的表達。這部分的內容多，能力要求高，常以選擇、填空、填圖、實驗設計和圖表分析等形式出現(xiàn)，充分體現(xiàn)由基礎知識的考查向運用知識能力的考查，由單一知識的考查向綜合能力的考查。題型情
2、景更新穎，關注生命科學新進展。 一 、 知 識 概 述 生 殖 的 類 型 (一)DNA是遺傳物質的證據(jù)噬菌體侵染細菌的實驗肺炎雙球菌的轉化實驗 1.肺炎雙球菌品系S型R型菌落.菌體多糖類的莢膜多糖類的莢膜毒性有毒性，可致死無毒性光滑粗糙有無 2.體內轉化實驗：1928年，英國科學家等人進行原理：S型肺炎雙球菌能使人患肺炎或小鼠患敗血癥R型肺炎雙球菌對人和動物基本無影響過程：A.無毒R型活細菌注射到小鼠體內，小鼠正常B.有毒S型活細菌注射到小鼠體內，小鼠死亡C.加熱殺死的S型細菌注射到小鼠體內，小鼠正常D.無毒性的R型活細菌與加熱殺死后的S型細菌混合，注射到小鼠體內，小鼠結論：加熱殺死的S型細
3、菌中，必然含有“轉化因子”格里菲思死亡 3.體外轉化實驗：1944年，美國科學家等人進行過程：結論：DNA是遺傳物質，蛋白質不是遺傳物質4.肺炎雙球菌轉化作用的實質：外源DNA與受體細胞DNA之間的重組，使受體細胞獲得了新的遺傳信息。DNA越純，轉化率也就越高艾弗里 1.T2噬菌體的特點T2噬菌體由蛋白質和DNA兩種化合物組成元素僅存在于蛋白質分子中，99%的都存在于DNA分子中2.制備含放射性同位素T2噬菌體的方法含放射性同位素(如32P)的培養(yǎng)基培養(yǎng)細菌用上述細菌培養(yǎng)含放射性元素(如DNA分子中含32P)的T 2噬菌體硫磷T2噬菌體 3.噬菌體侵染細菌的實驗過程被標記的噬菌體與未標記的細菌
4、混合攪拌離心上清液，放射性很高沉淀物，放射性很低被標記的噬菌體與未標記的細菌混合攪拌離心上清液，放射性很低沉淀物，放射性很高結果說明：35S32P 上清液中主要含有重量較輕的T2噬菌體的蛋白質外殼，沉淀物中主要含有被感染的細菌。用35S標記的一組實驗，主要在上清液中檢測到放射性同位素，而用32P標記的一組實驗，主要在沉淀物中檢測到放射性同位素。這一結果說明：噬菌體侵染細菌時，留在細菌體外，進入細菌體內的是噬菌體的蛋白質外殼DNA 此實驗中釋放的大量T2噬菌體中，可以檢測到32P標記的DNA，卻不能檢測到35S標記的蛋白質。這一結果進一步說明：進入細菌的是噬菌體的DNA，DNA是在親代和子代之間
5、具有連續(xù)性的物質，因此，DNA是遺傳物質 (二)DNA分子的結構和復制分子的結構和復制DNA分子的復制DNA分子的結構 化 學 組 成 ：元素組成：C、H、O、N、P基本單位：脫氧核苷酸聚合脫氧核苷酸長鏈 空間結構規(guī)則的雙螺旋結構由兩條脫氧核苷酸長鏈盤繞而成外側：和交替連接構成基本骨架內側：堿基通過連接成堿基對A與T配對，G與C配對特點：穩(wěn)定性；多樣性；特異性反向平行脫氧核糖磷酸氫鍵 DNA分 子 的 復 制概念：以親代DNA分子為模板，合成子代DNA的過程時間：有絲分裂的和的間期場所：細胞核(主要)、線粒體、葉綠體模板：親代DNA的每一條鏈原料：4種游離的脫氧核苷酸能量：ATP酶：解旋酶、D
6、NA聚合酶等條件間期減數(shù)第一次分裂 過程解旋：在的作用下，氫鍵斷開，雙鏈解開合成子鏈：以游離的為原料，按照原則，在有關酶的作用下，各自合成與母鏈互補的子鏈形成兩個DNA分子：每條子鏈與其對應的母鏈盤旋成雙螺旋結構，從而形成2個子代DNA分子特點：解旋酶脫氧核苷酸堿基互補配對邊解旋邊復制半保留復制 (三)基因基因控制蛋白質的合成基因的概念 基因的概念化學本質：具有的DNA片段基因的載體：主要位于染色體上，呈線性排列其次位于細胞質中的線粒體和葉綠體中(真核生物)遺傳信息：指基因中脫氧核苷酸的排列順序功能：通過復制傳遞遺傳信息通過控制蛋白質合成而表達遺傳信息遺傳效應 基因控制蛋白質的合成轉錄：在細胞
7、核中，以為模板，按照堿基互補配對原則，合成的過程。通過轉錄，DNA分子上的遺傳信息傳遞到RNA上翻譯：在細胞質的上，以為模板，以為運載工具，合成具有一定的蛋白質的過程中心法則：DNA的一條鏈RNA核糖體信使RNA轉移RNA氨基酸順序 (四)基因控制生物性狀的途徑基因通過控制來控制代謝過程，從而控制生物的性狀基因通過控制來直接影響性狀酶的合成蛋白質分子的結構 二 、 要 點 歸 納 肺 炎 雙 球 菌 轉 化 實 驗1.格里菲思的體內轉化實驗結論：加熱殺死的S型細菌中，必然含有某種促成R型細菌轉化為S型細菌的活性物質“轉化因子”，這種轉化因子將無毒性的R型活細菌轉化為有毒性S型活細菌。要 點 1
8、 2.艾弗里的體外轉化實驗(1)實驗設計思路對S型細菌中的物質進行提取、分離，分別單獨觀察各種物質的作用體現(xiàn)了實驗設計中的對照原則。(2)實驗過程 (3)結論：S型細菌的DNA是“轉化因子”，即DNA是遺傳物質，蛋白質等其他物質不是遺傳物質。注 意 ： 細 菌 轉 化 實 驗 屬 于 基 因 重 組 。 要 點 2 噬 菌 體 侵 染 細 菌 的 實 驗1.實驗思路及方法S是蛋白質的特征元素，P是DNA的特征元素，用放射性同位素32P和35S分別標記DNA和蛋白質，直接單獨去觀察它們的作用。2.實驗過程：(1)標記細菌35S培養(yǎng)基+細菌35S標記的細菌 32P培養(yǎng)基+細菌32P標記的細菌 (2
9、)標記噬菌體噬菌體+35S標記的細菌35S標記的噬菌體噬菌體+32P標記的細菌32P標記的噬菌體(3)標記噬菌體侵染未標記細菌 35S標記的噬菌體32P標記的噬菌體 + 細菌 細菌 離心 離心(4)測放射性 上清液放 上清液放 射性高， 射性低， 沉淀物放射性低 沉淀物放射性高 3.實驗結論：噬菌體的蛋白質外殼并未進入細菌內部，DNA才進入了細菌內部，因此，DNA才是真正的遺傳物質。4.噬菌體侵染細菌的實驗說明：DNA能自我復制，使前后代保持一定的連續(xù)性；DNA能控制蛋白質的生物合成，從而能夠控制新陳代謝及生物性狀。5.噬菌體侵染細菌的實驗與肺炎雙球菌轉化實驗的比較 相同點：兩個經(jīng)典實驗的思路
10、基本相同，都是設法把DNA和蛋白質等其他成分分開，單獨、直接地去觀察DNA的作用，且都充分運用了對照原則和單一變量原則。不同點：他們采用的方法有所不同，在肺炎雙球菌轉化實驗中是采用直接分離法，即真正將DNA和其他成分分離。在噬菌體侵染細菌實驗中，是采用放射性同位素標記示蹤法間接將DNA和蛋白質分離。 生 物 的 遺 傳 物 質1.作為遺傳物質必須具備以下4個條件：(1)在生長和繁殖的過程中，能夠精確地復制自己，使前后代具有一定的連續(xù)性。(2)能夠指導蛋白質的合成，從而控制生物的性狀和新陳代謝的過程。(3)具有儲存大量遺傳信息的潛在能力。要 點 3 (4)結構比較穩(wěn)定，但在特殊情況下又能發(fā)生突變
11、，而且突變以后還能繼續(xù)復制，并能遺傳給后代。2.DNA是主要的遺傳物質絕大多數(shù)生物的遺傳物質是DNA，只有少數(shù)病毒的遺傳物質是RNA，所以DNA是主要的遺傳物質。注 意 ： 有 細 胞 結 構 的 生 物 體 內 核 酸 包 括DNA和 RNA， 但 DNA才 是 遺 傳 物 質 ； 病 毒 只 有一 種 核 酸 (DNA或 RNA)， 其 遺 傳 物 質 為 DNA或RNA。 DNA分 子 的 結 構 及 特 點1.DNA分子的結構(1)點：4種脫氧核苷酸腺嘌呤(A)腺嘌呤脫氧核苷酸鳥嘌呤(G )鳥嘌呤脫氧核苷酸胞嘧啶(C)胞嘧啶脫氧核苷酸胸腺嘧啶(T)胸腺嘧啶脫氧核苷酸要 點 4 (2)線
12、：脫氧核苷酸鏈： (3)面：兩條脫氧核苷酸鏈組成平面結構兩條鏈反向平行外側由脫氧核糖和磷酸交替排列構成 基本骨架內側由堿基通過氫鍵連接成堿基對(4)體：兩條脫氧核苷酸鏈盤旋成立體雙螺旋結構 2.DNA分子的特點穩(wěn)定性DNA分子中脫氧核糖和磷酸交替排列的順序穩(wěn)定。DNA分子的兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接形成堿基對，使兩條鏈連接在一起。多樣性堿基對(或脫氧核苷酸對)排列順序的千變萬化，構成了DNA的多樣性。 特異性每個DNA分子的堿基對的排列順序都是特定的，構成了每個DNA分子的特異性 決定了 遺傳信息的特異性 決定了 生物的特異性。 染 色 體 、 DNA、 基 因 、 脫 氧 核 苷 酸 的 關
13、 系要 點 5 基因的概念包括三方面的含義：基因是控制生物性狀的遺傳物質的結構和功能單位?；蚴蔷哂羞z傳效應的DNA片段?；蛟谌旧w上呈線性排列。說明：所謂遺傳效應是指具備某性狀的信息，能夠控制某性狀的發(fā)育和遺傳。細胞核的染色體上有基因，而細胞質中的線粒體和葉綠體中也有基因存在，也能控制生物性狀?；虿⒉皇荄NA的任一片段，只有具備遺傳效應的DNA片段才是基因。 復 制 、 轉 錄 、 翻 譯 的 比 較要 點 6DNA功能傳遞遺傳信息表達遺傳信息復制轉錄翻譯時間在細胞分裂的間期個體發(fā)育過程個體發(fā)育過程進行場所主要在細胞核主要在細胞核細胞質的核糖體模板DNA的兩條鏈DNA的一條鏈原料信使 D
14、NA功能傳遞遺傳信息表達遺傳信息復制轉錄翻譯酶解旋酶DNA聚合酶等解旋酶RNA聚合酶等酶堿基互補配對方式A與TC與G T與AA與UC與GG與C A與UC與G 注 意 ： DNA、 RNA中 核 苷 酸 成 分 的 比 較 ： 遺 傳 信 息 存 在 于 DNA上 ， 遺 傳 密 碼存 在 于 mRNA上 ； 不 同 生 物 的 遺 傳 信 息 不 同 ，但 幾 乎 所 有 生 物 共 用 一 套 遺 傳 密 碼 。一定相同的成分磷酸一定不同的成分五碳糖可能不同的成分含氮堿基 與 DNA復 制 相 關 的 計 算(1)DNA分子中各種堿基的數(shù)量關系最根本的原則：堿基互補配對原則在雙鏈DNA分子中
15、，A=T、G =C；A+G =T+C或A+C=T+G；(A+G )/(T+C)=1。在雙鏈DNA分子中，一條鏈中的A+T與另一條鏈中的T+A的和相等，一條鏈中的G +C與另一條鏈中的C+G的和相等。要 點 7 在雙鏈DNA分子中，如果一條鏈中的(A+T)/(G +C)=a，那么另一條鏈中的此比值也為a；如果一條鏈中的(A+G )/(T+C)=b，那么另一條鏈中的此比值為1/b。在雙鏈DNA分子中，因A=T、G =C，嘌呤堿基總數(shù)=嘧啶堿基總數(shù)，所以A+G =T+C=A+C=T+G =50%。在雙鏈DNA分子的一條鏈中A+T的和占該鏈的堿基比率=另一條鏈中A+T的和占該鏈的堿基比率=雙鏈DNA分
16、子中A+T的和占整個DNA分子的堿基比率。 (2)DNA復制過程中的計算已知DNA的復制次數(shù)，求子代DNA分子中含有親代DNA單鏈的DNA分子數(shù)(或不含親代DNA單鏈的DNA分子數(shù))。一個雙鏈DNA分子，復制n次，形成的子代DNA分子數(shù)為2n個。一個DNA復制一次形成兩個新的DNA分子，依據(jù)半保留復制的特點，這兩個子代DNA分子中都含有親代DNA單鏈； 一個DNA連續(xù)復制兩次形成四個新的DNA分子，由于親代DNA分子只有兩條單鏈，因此子二代DNA分子中只有兩個DNA中含有親代DNA分子的單鏈，依此類推，不管親代DNA分子復制幾次，子代DNA分子中含有親代DNA單鏈的DNA分子都只有兩個。已知D
17、NA分子中的某種脫氧核苷酸數(shù)(或堿基數(shù))，求復制過程中需要的游離脫氧核苷酸數(shù)(或堿基數(shù))。 DNA分子的復制為半保留復制，復制形成的子代DNA的單鏈中有2條是親代DNA分子的單鏈，因此復制過程中實際合成的DNA分子數(shù)為2n-1(n為復制次數(shù))，實際合成了22n-2條DNA單鏈，又因為子代DNA分子的結構與親代DNA分子完全相同，所以復制過程中需要的游離脫氧核苷酸數(shù)(或堿基數(shù))為(2n-1)親代DNA分子中某種脫氧核苷酸數(shù)(或堿基數(shù))。如設一個DNA分子中有胸腺嘧啶m個，則該DNA復制n次后，形成子代DNA分子需游離的胸腺嘧啶為(2 n-1)m個。 與 基 因 控 制 蛋 白 質 合 成 有 關
18、 的 計 算(1)已知蛋白質中的氨基酸數(shù)(或基因中的堿基數(shù))，求控制這個蛋白質合成的基因中的堿基數(shù)(或蛋白質中的氨基酸數(shù))?；蚩刂频鞍踪|的合成要通過轉錄和翻譯兩個過程，基因中的堿基數(shù)信使RNA中的堿基數(shù)蛋白質中的氨基酸數(shù)=6 3 1。由此可知：已知蛋白質中的氨基酸數(shù)為n(基因中的堿基數(shù)為6n)，則控制它合成的基因中的堿基數(shù)為6n(蛋白質中的氨基酸數(shù)為n)。要 點 8 因真核細胞的基因中不僅存在非編碼區(qū)，而且在編碼區(qū)中還含有不能編碼蛋白質的序列(內含子)，信使RNA中存在著終止密碼。因此實際上基因中的堿基數(shù)大于6n，信使RNA中的堿基數(shù)大于3n。因此，一般題干中有“最多”、“至少”等字樣。 (
19、2)已知蛋白質的相對分子質量(n)，由a條肽鏈構成，氨基酸的平均相對分子質量(m)，求控制它合成的基因中的堿基數(shù)。先求組成這個蛋白質的氨基酸數(shù)(X個)。因氨基酸脫水縮合成蛋白質的過程中要失去Xa分子的水，因此n=Xm(Xa)18，X=(n18a)/(m18)個；再求基因中的堿基數(shù)?；蛑械膲A基數(shù)=6X=6(n18a)/(m18)個。 (3)已知基因中的堿基數(shù)(6n個)，氨基酸的平均相對分子質量(m)，求它控制合成的蛋白質的最大相對分子質量(假設此蛋白質由a條肽鏈構成)。先求它控制合成的蛋白質的氨基酸數(shù)。氨基酸數(shù)=6n6=n個；再求它控制合成的蛋白質的最大相對分子質量。蛋白質的最大相對分子質量=
20、nm(na)18，na為失去的水分子數(shù)。 (2010 江 蘇 )下列關于核酸的敘述中，正確的是()ADNA和RNA中的五碳糖相同B組成DNA與ATP的元素種類不同CT2噬菌體的遺傳信息貯存在RNA中D雙鏈DNA分子中嘌呤數(shù)等于嘧啶數(shù) 本題考查核酸的組成元素和結構。DNA含有的五碳糖是脫氧核糖，RNA含有的五碳糖是核糖，A錯；DNA和ATP的化學元素組成都是C、H、O、N、P，B錯；T2噬菌體的遺傳物質是DNA，遺傳信息儲存在DNA中，C錯；雙鏈DNA中堿基A和T的數(shù)量相等，C和G數(shù)量相等，D正確。答案：D (2010 山 東 )蠶豆根尖細胞在含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷培養(yǎng)基中完成一個細胞周期
21、，然后在不含放射性標記的培養(yǎng)基中繼續(xù)分裂至中期，其染色體的放射性標記分布情況是()A每條染色體的兩條單體都被標記B每條染色體中都只有一條單體被標記C只有半數(shù)的染色體中一條單體被標記D每條染色體的兩條單體都不被標記 23 2323 23 本題考查DNA復制與放射性同位素標記法。由于DNA分子的復制方式為半保留復制。在有放射性標記的培養(yǎng)基中培養(yǎng)一個細胞周期后，每個DNA分子中有一條鏈含放射性。繼續(xù)在無放射性的培養(yǎng)基中培養(yǎng)時，由于DNA的半保留復制，DNA分子一半含放射性，一半不含放射性。每條染色單體含一個DNA分子，所以每條染色體中都只有一條單體被標記。答案：B (2010 上 海 )細胞內某一D
22、NA片段中有30%的堿基為A，則該片段中()AG的含量為30% BU的含量為30%C嘌呤含量為50% D嘧啶含量為40% 本題考查DNA的結構和相關計算。依題意，該DNA片段中嘌呤含量與嘧啶含量相等，又由A占30%可知，T占30%，C、G都為20%。答案：C (2009江蘇)下圖為某種真菌線粒體中蛋白質的生物合成示意圖，請據(jù)圖回答下列問題。 (1)完成過程需要等物質從細胞質進入細胞核。(2)從圖中分析，核糖體的分布場所有。(3)已知溴化乙啶、氯霉素分別抑制圖中過程、，將該真菌分別接種到含溴化乙啶、氯霉素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)線粒體中RNA聚合酶均保持很高活性。由此可推測該RNA聚合酶由中的基因指
23、導合成。核DNA(細胞核)ATP、核糖核苷酸、酶細胞質基質和線粒體 (4)用-鵝膏蕈堿處理細胞后發(fā)現(xiàn)，細胞質基質中RNA含量顯著減少，那么推測-鵝膏蕈堿抑制的過程是(填序號)，線粒體功能(填“會”或“不會”)受到影響。會 本題以圖文為資料考查轉錄翻譯相關知識。(1)過程為轉錄，需要從核外獲取ATP、核糖核苷酸、酶。(2)過程表示翻譯，場所是核糖體，在細胞質基質、線粒體中能進行過程翻譯。 (3)已知溴化乙啶、氯霉素分別抑制圖中過程、，但是將該真菌分別接種到含溴化乙啶、氯霉素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，線粒體中RNA聚合酶均保持很高活性。所以RNA聚合酶不是線粒體的基因控制合成的，而是由細胞核中的基因指導合成。 (4)用-鵝膏蕈堿處理細胞后細胞質基質中RNA含量顯著減少，所以抑制了轉錄合成RNA的過程；線粒體由于前體蛋白減少，所以功能受影響。
【學海導航】2013屆高考生物第一輪總復習 第18講遺傳的物質基礎課件（廣西專版）
