专题七 遗传的分子基础.doc

高二生物学业水平考试复习学案（制作：张亚均 审核：高二生物组 使用：2010年12月 ） 专题 七 遗传的分子基础减数分裂的概念一、知识构建：卵细胞的形成减数分裂和受精作用受精作用减数分裂的过程精子的形成DNA是主要的遗传物质DNA的双螺旋结构DNA分子的结构和复 制基因的本质结构特点DNA是遗传物质DNA分子的结构DNA分子的复制时间、条件、过程、特点、意义基因对性状的控 制肺炎双球菌转化实验人类对遗传物质的探索过程基本组成单位遗传的细胞基础和物质基 础噬菌体侵染细菌实验基因基因与染色体的关系DNA片段中的遗传信息转录翻译中心法则及其补充基因指导蛋白质的合成基因对性状的控制二、知识链接（一）细胞的减数分裂及配子的形成过程比较项目有丝分裂减数分裂不同点分裂细胞类型体细胞原始的生殖细胞同源染色体行为无联会有联会，出现四分体，相互分离，姐妹染色单体互换部分片段细胞分裂次数1次2次子细胞数目2个雄为4个，雌为（1+3）个子细胞染色体数与亲代细胞相同是亲代细胞的一半子细胞类型体细胞精子细胞或卵细胞相同点染色体复制一次，都出现纺锤体意义使生物个体发育中，亲子代细胞间维持了遗传性状的稳定性减数分裂和受精作用使生物在系统发育中，亲子代之间维持了遗传的稳定性1、减数分裂过程中，生物可发生多种可遗传的变异。如分裂间期，DNA复制时可发生基因突变；减数第一次分裂过程中，可通过基因的自由组合和交叉互换发生基因重组；减数分裂和受精作用中还可发生染色体变异等。2、通常情况下，受精卵中的染色体一半来自精子，一半来自卵细胞，这样，经过受精作用，受精卵中的染色体又恢复到体细胞中染色体的数目，具有两个亲本的遗传性。可见，对于进行有性生殖的生物来说，减数分裂和受精作用，对于维持每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定性，对于生物的遗传变异都是十分重要的。所以说，有性生殖产生的后代具备两个亲本的遗传性，具有更大的生活力和变异性，对于生物的进化有重要意义。（二）人类对遗传物质的探索过程1、证明DNA是遗传物质的思路：把DNA和蛋白质分开，单独直接地去观察DNA的效应。 肺炎双球菌转化实验2、证明遗传物质实验 噬菌体浸染细菌实验（同位素标记法） 烟草花叶病毒的重建实验3、RNA病毒：HIV、SARS冠状病毒、烟草花叶病毒、车前草病毒绝大多数生物的遗传物质是DNA DNA是主要的遗传物质 （三）DNA分子的结构和功能 两条反向平行脱氧核苷酸链1、DNA结构特点 外侧基本骨架：磷酸和脱氧核糖交替连结 内侧碱基 碱基对（氢键连接）：碱基互补配对原则（A-T，G-C） A=T C=G A+G=C+T=50% 嘌呤=嘧啶 （A1+T1）/( G1+ C1)=M （互补碱基和的比恒等） 则(A2+T2)/( G2 + C2)=M (A+T)/ (G + C)=M2、碱基互补 (A1+G1)/(C1+T1)=N （不互补碱基和的比在两单链上互为倒数） 配对原则 (A2+G2)/(C2+T2)=1/N (A+G)/(C+T)DNA=1（在双链上为1） (A1+T1) = (A2+T2) = (A+U)mRNA= 1/2（A+T） (A1+T1)% = (A2+T2) %= (A+U)mRNA%=（A+T）% A1%+A2%=2A% 3、DNA功能 遗传信息的传递复制 遗传信息的表达指导蛋白质的合成（转录和翻译）4、DNA复制、转录、翻译比较复制转 录翻 译时间有丝分裂间期和减数分裂前初级性母细胞的形成过程中生长发育的连续过程中场所主要在细胞核，少部分在线粒体和叶绿体主要在细胞核，少部分在线粒体和叶绿体核糖体原料4种脱氧核苷酸（A、T、C、G）4种核糖核苷酸（A、U、C、G）20种氨基酸模板DNA的两条链DNA中的一条链mRNA条件特定的酶和ATP、适宜的温度、PH过程DNA解旋以两条链为模板，按碱基互补配对原则，合成两条子链，子链与对应链螺旋化DNA解旋，以一条链为模板，按碱基互补配对原则，形成mRNA（单链），进入细胞质与核糖体结合tRNA一端的碱基与mRNA上密码子配对，另一端携带相应氨基酸合成有一定氨基酸序列的蛋白质碱基配对方式A-T，G-C，T-A，C-GA-U，T-A，G-C，C-GA-U，G-C，U-A，C-G信息传递DNA DNADNA mRNARNA 蛋白质特点边解旋边复制，半保留复制边解旋边转录，单链转录一个mRNA上可连续结合多个核糖体，依次合成多肽链产物两个双链DNA分子 核糖核酸蛋白质（多肽）和水意义复制遗传信息，使遗传信息由亲代传给子代表达遗传信息，使生物体表现出各种遗传性状5、中心法则及其补充 转录 翻译DNA RNA 蛋白质 （中心法则及其补充） 逆转录 (逆转录及RNA复制只少数RNA病毒有)密码子（在mRNA上）64种，决定蛋白质的61种(3种终止密码子)；tRNA 61种；反密码子（在tRNA上）可以与密码子互补配对；tRNA有特异性。6、基因是具有遗传效应的DNA片段，染色体是DNA的主要载体。因此，染色体、DNA、基因之间有直接联系。因为蛋白质是生命活动的体现者，也是生物性状的表达者，基因控制性状是通过控制蛋白质的合成来实现的。基因控制蛋白质的合成，实质上是把基因中的脱氧核苷酸的排列顺序变为氨基酸序列的过程。7、基因对性状的控制：间接控制：控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制性状。直接控制：控制蛋白质的分子结构直接影响性状。三、题型探究与高考链接例1、(06广东)右图为高等动物的细胞分裂示意图。图中不可能反映的是 （）A.发生了基因突变 B.发生了染色体互换C.该细胞为次级卵母细胞 D.该细胞为次级精母细胞解析：既要熟悉减数分裂与有丝分裂图像的判断，同时要与基因在染色体上的分布、基因突变相结合。根据图中细胞无同源染色体和着丝点已分开这一特点，我们可以断定该细胞处于减数分裂第二次分裂的后期。从染色体上的基因分析：正常情况下，较大一条染色体上的基因应该是相同的（来自同一个DNA分子的复制，即基因要么是BB，要么是bb），但事实是一个B基因，一个b基因，A、B两个选项都可以产生这一结果；同时由于细胞质的均等分开，所以该细胞不可能是次级卵母细胞（次级卵母细胞分裂形成一个极体和一个卵细胞，细胞质分配不均等）。答案：C例2、 (06上海)用一个32P标记的噬菌体侵染细菌。若该细菌解体后释放出32个大小、形状一样的噬菌体，则其中含有32P的噬菌体有（）A.0个 B.2个 C.30个 D.32个解析：掌握DNA复制的特点是半保留复制，亲代的DNA分子双链分开分别作为模板，参与组成子代DNA分子。用放射性元素标记亲代的DNA分子后，不管复制多少次，总是有2个子代DNA分子被标记。答案：B例3、（07广东）格里菲思（F. Griffith）用肺炎双球菌在小鼠身上进行了著名的转化实验，此实验结果 （ ）A证明了DNA是遗传物质 B证明了RNA是遗传物质 C证明了蛋白质是遗传物质 D没有具体证明哪一种物质是遗传物质解析：该题考查学生对“遗传物质的探索过程”掌握。肺炎双球菌的转化实验，包括格里菲思的实验和艾弗里的试验，“格里菲思的肺炎双球菌转化实验”指出加热杀死的S型菌存在“转化因子”，将无毒的R菌转化为有毒性的S菌，但该转化因子是什么没有证明。“艾弗里的肺炎双球菌转化实验”从S型活细菌中提取DNA，将S型DNA与R型混合培养，R型活细菌繁殖的后代中有少量S型菌体，这些S型菌体的后代为S型菌体。R菌的DNA在S菌DNA的作用下发生变异，而且这些S型菌体的后代为S型菌体，进一步证明这种变异是可遗传的。这个试验表明DNA是遗传物质, 而蛋白质、RNA、多糖等不是遗传物质。但肺炎双球菌的转化实验，不能证明DNA是主要遗传物质。答案：D例4、（07广东）下列关于DNA复制的叙述，正确的是 （ ）A在细胞有丝分裂间期，发生DNA复制 BDNA通过一次复制后产生四个DNA分子CDNA双螺旋结构全部解链后，开始DNA复制 D单个脱氧核苷酸在DNA酶作用下连接合成新的子链解析：该题考查了DNA复制的时间、过程、特点、原料、结果等知识。在细胞增殖的间期进行DNA复制，通过一次复制后产生2个DNA分子；DNA的复制是半保留复制、多起点复制、双向复制、边解旋边复制；单个脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下连接合成新的子链。注意DNA聚合酶和DNA酶的作用差别，前者催化DNA复制，后者催化DNA水解为单个脱氧核苷酸。答案：A 例5、（07四川改编）人类基因组计划测定的24条染色体上的DNA分子大约有31.6亿个碱基对，其中构成基因的碱基占碱基总数的比例不超过2%，其余碱基构成调控序列等。下面是某DNA分子的部分碱基序列，序列I为调控序列部分，序列II为构成基因的一部分。上列片段所编码蛋白质的氨基酸序列为“甲硫氨酸精氨酸谷氨酸丙氨酸天冬氨酸缬氨酸”（甲硫氨酸的密码子是AUG）。该基因表达过程中，RNA的合成在 中完成，此过程称为 。请写出编码上述氨基酸序列的mRNA序列： 。如果序列I中箭头所指碱基对 被替换为 ， 该基因上列片段编码的氨基酸序列为： 如果序列II中箭头所指碱基对 缺失，该基因下列片段编码的氨基酸序列为： TAGC解析：内容为分子生物学的有关知识，基因的表达包括转录和翻译。RNA的合成细胞核中完成，称为转录。基因序列编码氨基酸，从甲硫氨酸的密码子是AUG可推知DNA的一条链的相应序列为TAC，它不能位于序列1中，只能位于序列2中，根据TACGCCC TCCGCC TACAG就可写出对应的密码子。GC序列中箭头所指碱基对 被替换为 ，由于是调控序列，不编码氨基酸，所以氨基酸序列不变。序列中箭头所指碱基对 缺失，由于位于基因中，编码氨基酸，氨基酸的序列要发生变化。答案：细胞核 转录 AUG CGG GAG GCG GAU GUC甲硫氨酸精氨酸谷氨酸丙氨酸天冬氨酸缬氨酸甲硫氨酸精氨酸谷氨酸精氨酸甲硫氨酸例6、(06江苏)与无性生殖相比，有性生殖的后代具有较强的适应性，下列说法不正确的是（）A.后代继承了双亲的遗传物质 B.减数分裂过程中，DNA复制更容易发生差错C.减数分裂过程中，由于基因重组产生了不同类型的配子 D.更容易产生新的基因型解析：在减数分裂的基础上比较无性生殖与有性生殖的区别，以及对生物变异性的影响。无性生殖主要是通过有丝分裂产生后代的，由于有丝分裂能够保持前后代遗传物质的稳定性和连续性，所以无性生殖能够保持亲本的性状。有性生殖是通过生殖细胞两两结合，由受精卵（合子）发育成后代的生殖过程。受精卵具有两个亲体遗传性；在生殖细胞形成过程中，出现基因重组和染色体变异等，从而使后代具有较强的适应性和变异力答案：B四、拓展提升：（一）单项选择题1下图处于细胞分裂的某个时期，下列说法不正确的是（ ）A此图所示的细胞可能进行有丝分裂B此图所示的细胞可能进行减数第二次分裂C此图所示的细胞可能是次级精母细胞的分裂D此图所示的细胞可能是次级卵母细胞的分裂2下面是对高等动物通过减数分裂形成的、配子以及受精作用的描述，其中正确的是 （ ）A每个卵细胞继承了初级卵母细胞1/4的细胞质B等位基因进入卵的机会并不相等，因为一次减数分裂只形成一个卵C进入卵细胞并与之融合的精子几乎不携带细胞质D、配子彼此结合的机会相等，因为它们的数量相等DNA变化3.下图是细胞分裂过程图，下列有关图中 a c 阶段（不含 a 、 c 两点）的有关叙述正确的是 ( )A 细胞中始终存在同源染色体 B 细胞中始终存在姐妹染色单体 C 细胞中染色体数与 DNA 分子数的比由 1 : 2 变为 1 : 1 D 此期的染色体行为是生物变异的根本来源 4某DNA分子中含有1000个碱基对（P元素只是32P）若将该DNA分子放在只含31P的脱氧核苷酸的培养液中，让其复制两次，则子代DNA分子的相对分子质量平均比原DNA分子 （ ）A减少1500 B增加1500 C减少1000 D增加10005已知某mRNA的碱基中，U占20，A占10，则它的模板基因中胞嘧啶占（ ） A. 25 B. 30 C. 35 D. 706用噬菌体去感染体内含有大量3H的细菌，待细菌解体后3H （ ）A随细菌的解体而消失 发现于噬菌体的外壳及中仅发现于噬菌体的中 仅发现于噬菌体的外壳中7对细胞中某些物质的组成进行分析，可以作为鉴别真核生物不同个体是否为同一种物种的辅助手段，一般不采用的是 （ ）A蛋白质 BDNA CRNA D核苷酸8在遗传信息的传递过程中，不可能发生的是 （ ）ADNA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进行翻译过程CDNA复制、转录都是以DNA一条链为模板，翻译则是以mRNA为模板DDNA复制、转录和翻译的原料依次是脱氧核苷酸、核糖核苷酸、氨基酸9 DNA分子经过诱变，某位点上一个正常碱基（设为P）变成了尿嘧啶。该DNA连续复制两次，得到4个子代DNA分子相应位点上的碱基对分别为UA、AT、GC、CG，推测“P”可能是 （ ）A.胸腺嘧啶 B.腺嘌呤 C.胸腺嘧啶或腺嘌呤 D.胞嘧啶10DNA分子模板链上的碱基序列携带的遗传信息及最终翻译的氨基酸如右表：则右图所示的tRNA所携带的氨基酸是 （ ）A丙氨酸 B赖氨酸 C半胱氨酸 D苏氨酸（二）多项选题：11.对细胞中某些物质的组成进行分析，可以作为鉴别真核生物的不同个体是否为同一物种的辅助手段，一般可采用的物质是 （ ）A蛋白质 BRNA C核苷酸 DDNA12.噬菌体侵染细菌实验能够直接证实DNA作为遗传物质具有的特点是 （ ） A分子结构具有相对的稳定性 B能够自我复制，保持前后代的连续性 C能通过指导蛋白质合成，控制生物性状D能产生可遗传的变异 13RNA的功能是 （ ）A.作为某些病毒的遗传物质 B.作为某些细菌的遗传物质C.催化某些代谢反应 D.作为基因表达的媒介14.人的肝细胞中能由DNA控制合成的物质是 （ ）A胰岛素 BmRNA C酶 D氨基酸15.碱基互补配对原则适用下列哪组生命活动过程 （ ）A.DNA复制 B.遗传信息的转录 C.遗传密码的翻译 D.逆转录16.科学家将含人的-抗胰蛋白酶基因的DNA片段，注射到羊的受精卵中，该受精卵发育的羊能分泌含-抗胰蛋白酶的奶，这一过程涉及 （ ）A.DNA按照碱基互补配对原则自我复制 B.DNA以其一条链为模板合成RNAC.RNA以自身为模板自我复制 D.按照RNA密码子的排列顺序合成蛋白质17某植物细胞中，有两种细胞器都含有A、T、G、C、U五种碱基。有关这两种细胞器的说法不正确的是 （ ）A一个释放氧气，另一个消耗氧气 B一个是DNA复制的主要场所，另一个消耗氧气 C一个释放氧气，另一个是合成蛋白质的场所D一个是DNA复制的场所，另一个是合成蛋白质的场所18DNA分子的解旋发生在 （ ） A.DAN分子复制过程中 B.逆转录的过程中C.转录过程中 D.翻译过程中19基因通过下列哪些方式来控制生物的性状 （ ）ADNA（基因）的控制 B控制酶的合成 C控制蛋白质的结构 D逆转录过程20右图是DNA分子复制的片断，图中a、b、c、d表示各条脱氧核苷酸链。一般地说，下列各项正确的是（ ）A. a和c的碱基序列互补 Bb和c的碱基序列相同 Ca、b链中的（A+T）/（C+G）的比值相同 Da、c链中的（A+T）/（C+G）的比值相同21有人试图通过实验来了解H5N1禽流感病毒侵入家禽的一些过程，设计实验如下：一段时间后，检测子代H5N1病毒的放射性及S、P元素，下表中对结果的预测中，不太可能发生的是 （ ）选项放射性S元素P元素A全部无全部32S全部31PB全部有全部35S多数32P，少数31PC少数有全部32S少数32P，多数31PD全部有全部35S少数32P，多数31P22在生物体内性状的表达一般遵循“DNARNA蛋白质”的表达原则，以下叙述正确的是 A一个成熟细胞的核DNA含量通常不变，但RNA和蛋白质含量不断变化 （ ） BDNARNA的过程主要在细胞核中完成 CRNA蛋白质的过程主要在细胞质完成 D同一个体的不同体细胞中，核DNA相同，RNA和蛋白质不同23与无性生殖相比，有性生殖的后代具有较强的变异性，这是因为 （ ） A后代继承了来自双亲的遗传物质 B与有丝分裂过程相比，减数分裂过程DNA的复制更容易发生差错 C减数分裂过程中由于非同源染色体间的自由组合，可产生基因重组类型的配子 D杂种往往比纯种具有更强的生活力24下图为某高等动物的一组细胞分裂图像，下列分析判断中，不正确的是 （ ）A乙产生的子细胞基因型为AaBbCC，丙产生的细胞基因型必为ABC和abCB甲、乙、丙三个细胞中均含有二个染色体组，但只有丙中不含同源染色体C甲细胞形成乙细胞和丙细胞过程中产生的基因突变通常都能遗传到子代个体中D丙细胞产生子细胞的过程中发生了等位基因的分离和非等位基因自由组合（三）填空题25. 赫尔希和蔡斯为了证明噬菌体侵染细菌时，进入细菌的是噬菌体DNA，而不是它的蛋白质外壳，用两种不同的放射性同位素分别标记噬菌体的蛋白质外壳和噬菌体的DNA。然后再让这两种不同标记的噬菌体分别去侵染未被标记的细菌，从而对此做出实验论证。据分析，噬菌体的蛋白质外壳含有甲硫氨酸、半胱氨酸等多种氨基酸。现请你完成以下关键性的实验设计：实验室已制备好分别含3H、14C15N、18O、32P、35S等6种放射性同位素的微生物培养基。你将选择哪两种培养基分别用于噬菌体蛋白质外壳和噬菌体DNA的标记：_。你用这两种培养基怎样去实现对噬菌体的标记？请简要说明实验的设计方法和这样设计的理由。_ _。为什么不同时标记同一个噬菌体的蛋白质外壳和DNA_ _。用上述32P和35S标记的噬菌体分别去侵染未标记的大肠杆菌，子代噬菌体的DNA分子中含有_(31P、32P)，原因是_；子代噬菌体的蛋白质中含有_(32S、35S)，原因是_。此实验结果证明了_。26含有32P或31P的磷酸，两者化学性质几乎相同，都可能参与DNA分子的组成，但32P比31P质量大。现在将某哺乳动物的细胞放在含有31P磷酸的培养基中，连续培养数代后得到G0代细胞。然后将G0代细胞移至含有32P磷酸的培养基中培养，经过第一、二次细胞分裂后，分别得到G1、G2代细胞。再从G0、G1、G2代细胞中提取DNA，经密度梯度离心后得到结果如下图。由于DNA分子质量不同，因此在离心管内的分布不同。若、分别表示轻、中、重3种DNA分子的位置。请回答：（1）G0、G1、G23代DNA离心后的试管分别是图中 G0_、G1_、G2_。（2）G2代在、3条带中DNA数的比例为_。（3）图中、两条带中DNA分子所含的同位素磷分别是：条带_、条带_。（4）上述实验结果证明DNA分子的复制是_。DNA的自我复制使生物的_保持相对稳定。27人的个体发育过程中经历了如下图的变化，请据图回答：（1）图示AD的亚显微结构的名称分别为_ _。（2）图中A内正在发生的过程所需要的酶来自于图中的 _。（3）物质离开A进入B共穿过_层膜结构，物质的作用是_。（4）图中的的名称为_；的名称为_。（5）若已知图中最终形成后含174个基本组成单位，则中含类似于的单位有_个，中至少含_个碱基。（6）上述物种，仅有A、B、C是无法单独完成遗传信息的表达，这充分说明了_ _。28科学家曾做过这样的实验：野生长翅果蝇幼虫在25条件下培养皆为长翅，35条件下处理624h后培养得到残翅（已知野生果蝇皆为长翅）。如何解释这一现象呢？请你对出现残翅果蝇的原因提出你的假说，并进一步设计实验验证你的假说（1）假说：_ （2）简要叙述验证过程及结果：_ （3）基因对性状的控制有两种情况：甲：基因通过控制_ _