第一讲 遗传的物质基础与基因工程.ppt

第一讲遗传的物质基础与基因工程 专题五遗传 变异和生物进化 dna是主1 要的遗传物质 直接证据 肺炎双球菌转化实验和实验 实验的思路都是设法将 单独地 直接地观察它们是否具有遗传作用遗传物质 细胞生物的遗传物质是 病毒的遗传物质是 噬菌体侵染 细菌 dna和其 他物质分开 dna dna或rna 2 dna分子的结构和复制 结构特点 稳定性 外侧是交替排列 构成骨架 内侧通过形成碱基对多样性 构成dna的千变万化特异性 dna分子中碱基对的特定排列顺序决定 脱氧核糖和磷酸 氢键 碱基对的数目 比例和排 列顺序 复制 场所 主要在内条件 原料 能量 特点 准确复制的原因 dna分子的为复制提供了精确的模板 保证了复制的准确进行 细胞核 酶 模板 边解旋边复制 双螺旋结构 碱基互 补配对 3 基因的结构及表达 基因的概念 具有的dna片段 是决定生物性状的结构 包括编码区和 与原核细胞相比 真核细胞基因结构特点是编码区是 遗传效应 基本单位 非编码区 间隔的 不连续的 表达 1 遗传信息是指dna分子中的排列顺序 2 细胞生物遗传信息流动方向可表示为 3 基因对性状的控制途径 其一是通过控制酶的合成来控制代谢 其二是通过控制来直接影响性状 脱氧核苷酸 蛋白质分子结构 4 基因 工程操作工具 dna连接酶 运载体操作步骤 目的基因与运载体结合 将目的基因导入受体细胞 限制酶 提取目的基因 目的基因 的检测和表达 考点一dna是遗传物质的经典实验分析1 设计思路与方法 2 实验设计原则 1 肺炎双球菌转化实验中的相互对照 s型细菌 dna糖类蛋白质脂质dna分解物 dna是遗传物质 其他物质不是遗传物质 2 噬菌体侵染细菌实验中的自身对照 3 实验结论肺炎双球菌转化实验的结论 证明dna是遗传物质 蛋白质不是遗传物质 噬菌体侵染细菌实验的结论 证明dna是遗传物质 不能证明蛋白质不是遗传物质 因蛋白质没有进入细菌体内 08 江苏卷 某研究人员模拟肺炎双球菌转化实验 进行了以下4个实验 s型菌的dna dna酶 加入r型菌 注射入小鼠 r型菌的dna dna酶 加入s型菌 注射入小鼠 r型菌 dna酶 高温加热后冷却 加入s型菌的dna 注射入小鼠 s型菌 dna酶 高温加热后冷却 加入r型菌的dna 注射入小鼠以上4个实验中小鼠存活的情况依次是 a 存活 存活 存活 死亡b 存活 死亡 存活 死亡c 死亡 死亡 存活 存活d 存活 死亡 存活 存活解析 中s型菌dna已被dna酶分解 小鼠存活 中可完成细胞的转化 小鼠死亡 高温加热后 细菌被杀灭 小鼠存活 d 09 江苏卷 科学家从烟草花叶病毒 tmv 中分离出a b两个不同品系 它们感染植物产生的病斑形态不同 下列4组实验 见下表 中 不可能出现的结果是 a 实验 b 实验 c 实验 d 实验 解析烟草花叶病毒的遗传物质是rna 所以由rna控制其性状 中的组合病毒感染植物后 病斑类型是b型 应分离出b型病毒 答案c 考点二与碱基数量有关的计算规律的总结1 关于dna的计算 1 在双链dna中 知一求三 如c 28 则g 28 a t 22 a g t c 50 比值 注意 特定值 代表着dna的特异性 2 设一个双链dna分子中含有的脱氧核苷酸 或碱基 有2m个 则每条单链的数量为m个 链 a g c t t c c m 链 t c g a a g g m 以 链为模板合成的rna中 注意上述 公式是很有用的 单双链过渡公式 需熟练推导 灵活运用 2 关于dna复制和表达中的计算 1 dna复制原料的计算 复制n次共需核苷酸的数量为母链的 2n 1 倍 第n次复制需核苷酸为母链的2n 1倍 2 有关重轻链问题 利用同位素 如15n 示踪技术和密度梯度离心技术检测 dna复制n次后 只有两个中链dna 一条链含14n 一条链含15n 其余 2n 2 个dna全为轻链 两条链均为14n 3 基因表达过程中的比例 基因碱基数 mrna碱基数 氨基酸数 6 3 1 此比例为近似值 忽略了基因上终止密码子所对应的碱基 3 碱基比例的运用由核酸所含碱基种类及比例可以分析判断核酸的种类 1 若有u无t 则该核酸为rna 2 若有t无u 且a t g c 则该核酸一般为双链dna 3 若有t无u 且a t g c 则该核酸为单链dna 关于下图中dna分子的说法 正确的是 a 对维持dna分子结构的稳定性起到非常重要的作用 是限制性核酸内切酶的作用部位b 该dna分子的特异性表现在碱基种类和 a t g c 的比例上c 若该dna分子中a有p个 占全部碱基的n m m 2n 则g的个数为 pm 2n p 个d 把此dna分子放在含15n的培养液中复制两代 子代中含15n的dna占3 4解析dna分子的稳定性依赖于磷酸与脱氧核糖形成的基本骨架和通过碱基互补配对原则形成的碱基对 限制性核酸内切酶可作用于磷酸与脱氧核糖形成的磷酸二酯键 而非 处 故a项错误 dna分 子的特异性可表现在 a t g c 的比例上 而非碱基种类 因其碱基种类都是a t g c四种 故b项错误 把此dna分子放在含15n的培养液中复制两代 子代中所有dna分子都含15n 故d项错误 双链dna分子中 a t g c 当 dna中a有p个 占全部碱基的n m 时 g的个数为 p n m 2p 2 pm 2n p 个 故c项正确 答案c 将含有两对同源染色体 其dna分子都已用32p标记的精原细胞 放在只含31p的原料中进行减数分裂 则该细胞所产生的四个精子中 含31p和32p标记的精子所占的比例分别是 a 50 50 b 50 100 c 100 50 d 100 100 解析精原细胞中有两对同源染色体 其dna分子都已用32p标记 在减数分裂的间期 进行dna分子的复制 复制的结果是形成一条链含32p 一条链含31p的dna分子 因此减数分裂形成的每个精子中的两条dna分子链中 一条链含32p 一条链含31p d 考点三有关基因的结构和功能的知识整合1 基因的结构层次及其与dna 染色体的关系 2 基因的功能及其联系 1 基因的功能通过复制传递遗传信息通过转录和翻译表达遗传信息 2 基因功能和联系 3 基因与细胞分裂 细胞分化的关系 1 细胞分裂间期可发生dna复制 转录和翻译过程 dna复制只发生在细胞分裂过程中 2 细胞分化的实质是基因的选择性表达 可发生转录和翻译过程 4 基因与性状的关系 1 基因控制生物的性状 5 dna mrna的碱基与合成的蛋白质中氨基酸的数量关系 1 基因中碱基数 mrna中碱基数 氨基酸数 6 3 1 2 上述比例关系是建立在基因中全部碱基都参与指导蛋白质合成基础之上的 实际合成出的氨基酸数要小于基因中碱基数的六分之一 其原因是 基因中存在非编码区 真核生物的编码区中有内含子 编码区内含有与转录出的mrna上的终止密码子相对应的碱基序列 若考虑整个dna分子 则还有连接相邻基因的无遗传效应的dna片段 09 上海卷 某条多肽的相对分子质量为2778 若氨基酸的平均相对分子质量为110 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对碱基解析设该多肽由n个氨基酸组成 则110n n 1 18 2778 得n 30 则编码该多肽的基因的长度至少为 3n 3 个碱基对 即93对碱基 d 09 宁夏 辽宁理综 多数真核生物基因中编码蛋白质的序列被一些不编码蛋白质的序列隔开 每一个不编码蛋白质的序列称为一个内含子 这类基因经转录 加工形成的mrna中只含有编码蛋白质的序列 某同学为检测某基因中是否存在内含子 进行了下面的实验 步骤 获取该基因的双链dna片段及其mrna 步骤 加热dna双链使之成为单链 并与步骤 所获得的mrna按照碱基互补配对原则形成双链分子 步骤 制片 染色 电镜观察 可观察到图中结果 请回答 1 图中凸环形成的原因是 说明该基因有个内含子 2 如果先将步骤 所获得的mrna逆转录得到dna单链 然后该dna单链与步骤 中的单链dna 之一按照碱基配对原则形成双链分子 理论上也能观察到凸环 其原因是逆转录得到的dna单链中不含有序列 3 dna与mrna形成的双链分子中碱基配对类型有种 分别是 解析由于mrna中只含有编码蛋白质的序列 不含有与内含子对应的序列 因此当dna单链与mrna按照碱基互补配对原则形成双链时 dna链上的内含子序列因不能与mrna互补配对而形成凸环 每个凸环代表一个内含子 据图可知有7个内含子 由于mrna中只含有编码蛋白质的序列 不含有与内含子对应的序列 因此当逆转录形成的dna单链与 步骤 中的单链dna之一进行碱基互补配对时 仍能观察到凸环 dna与mrna形成的双链分子时 碱基配对类型包括a u t a c g三种 答案 1 dna中有内含子序列 mrna中没有其对应序列 变性后形成的dna单链之一与mrna形成双链分子时 该单链dna中无法与mrna配对的序列能形成凸环7 2 内含子 3 3a u t a c g 考点四基因工程的几个关键问题1 基因工程中 切取目的基因和运载体必须使用同一种限制性核酸内切酶 获得相同的黏性末端 以利于目的基因与运载体结合 2 限制性核酸内切酶和dna连接酶都作用于磷酸二酯键 不同的是限制性核酸内切酶打开此键 而dna连接酶使其重新形成 3 目的基因与运载体结合时 可出现三种情况 目的基因与目的基因连接 运载体与运载体连接 目的基因与运载体连接 只有最后一种是基因工程中所需要的 4 目的基因的检测与表达 目的基因的检测是根据运载体上的标志性基因所控制的生物性状 如抗四环素基因使受体细胞能在含有四环素培养基上生长 是否表现来判断 5 目的基因能否得到表达 决定于导入受体细胞后 该受体细胞中的rna聚合酶能否识别该目的基因编码区上游非编码区内的rna聚合酶结合位点 从而使目的基因的编码区得到转录而翻译蛋白质 6 不同生物细胞中rna聚合酶的结合位点都在非编码区 但所识别的碱基序列不同 因此 培育 抗虫棉 时 要让抗虫基因 从苏云金芽孢杆菌中获 得 在棉细胞中能够表达 通过转录 翻译 必须事先在导入棉细胞前对抗虫基因非编码区中rna聚合酶结合位点的碱基序列进行调整改造 这样才能被棉细胞中的rna聚合酶识别并顺利结合上去 调控该基因顺利地转录成相应的mrna 继而翻译成相应的蛋白质 从而完成该基因的正常表达 否则该基因根本无法完成 转录 7 基因诊断 是用放射性同位素 如32p 荧光分子等标记的dna分子做探针 利用dna分子杂交原理 鉴定被检测标本上的遗传信息 以检测疾病 这里用的探针是已标记的dna单链 8 基因治疗 是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中 达到治疗疾病的目的 9 超级细菌 能同时分解4种烃类 是把能分解3种烃类的基因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内创造成的 被转移的目的基因有3种 09 浙江理综 下列关于基因工程的叙述 错误的是 a 目的基因和受体细胞均可来自动物 植物或微生物b 限制性核酸内切酶和dna连接酶是两类常用的工具酶c 人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性d 运载体上的抗性基因有利于筛选含重组dna的细胞和促进目的基因的表达 解析基因工程中目的基因和受体细胞均可来自动物 植物或微生物 常用的工具酶是限制性核酸内切酶和dna连接酶 人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性 只有经过一定的物质激活以后 才有生物活性 运载体上的抗性基因主要是有利于筛选含重组dna的细胞 不能促进目的基因的表达 所以d错误 答案d 08 上海卷 以重组dna技术为核心的基因工程正在改变着人类的生活 请回答下列问题 1 获得目的基因的方法通常包括和 2 切割和连接dna分子所使用的酶分别是和 3 运送目的基因进入受体细胞的运载体一般选用病毒或 后者的形状成 4 由于重组dna分子成功导入受体细胞的频率 所以在转化后通常需要进行操作 5 将人胰岛素基因分别导入大肠杆菌与酵母菌 从两者中生产的胰岛素在功能和序列上是相同的 解析获取目的基因的方法有多种 常见的有人工合成法 到基因文库中查找 由限制性核酸内切酶切取 鸟枪法 等 其中人工合成基因的方法主要有两条途径 一条途径是以目的基因转录成的信使rna为模板 反转录成互补的单链dna 然后在酶的作用下合成双链dna 从而获得所需要的基因 另一条途径是根据已知的蛋白质的氨基酸序列 推测出相应的信使rna序列 然后按照碱基互补配对原则 推测出它的结构基因的核苷酸序列 再通过化学的方法 以单核苷酸为原料合成目的基因 切割目的基因和运载体用限制性核酸内切酶 连接dna用dna连接酶 质粒常被用做基因的运载体 指细菌 酵母菌和放线菌等生物中染色体以外的dna分子 一般呈环状 上面有抗生素的抗性基因 重组dna分子导入成功率非常低 通常要进行筛选 如果导入成功 并能获得蛋白质产物 其氨基酸序列应与原生物的产物相同 答案 1 化学合成 人工合成 酶切获取 从染色体dna中分离 从生物细胞中分离 2 限制性核酸内切酶 限制酶 dna连接酶 3 质粒小型环状 双链环状 环状 4 低筛选 5 氨基酸 例1科学家在研究dna分子复制方式时 进行了如下的实验 已知实验用的细菌大约每20min分裂一次 实验结果见相关图示 则下列叙述中不正确的是 a dna复制过程中需要模板 原料 能量 酶等b 证明dna复制的特点为半保留复制的实验是实验 和实验 c 用15n标记的dna作为模板 用14n标记的培养基培养 第三次复制后50 的dna分子一条链含15n一条链含14n 50 的分子全部含14nd 复制过程中遵循碱基互补配对原则 但可能发生基因突变解析dna复制的特点是半保留复制 复制过程中需要模板 原料 能量 酶 适宜的温度和ph 用15n标记的dna作为模板 用14n标记的培养基培养 可以得到不同密度的dna分子 亲代dna分子 全部含有15n 放在14n的培养基上培养 第一次复制后 全部dna分子均是一条链含15n一条链含14n 第二次复制后一半dna分子只含有14n 一半dna分子一条链含有15n一条链含14n 第三次复制后25 的dna分子一条链含有15n一条链含14n 75 的dna分子只含有14n dna复制过程中碱基互补配对原则能保证复制准确无误地进行 但若出现差错则会引起基因突变 答案c 得分策略真核生物dna分子复制的场所主要是细胞核 新复制出的2个子代dna分子通过细胞分裂分配到2个子细胞中 dna的复制可简记为 1个主要场所 细胞核 2种时期 体细胞是有丝分裂的间期 原始生殖细胞是减数第一次分裂的间期 3个过程 解旋 合成子链 母 子链组成双螺旋 4个基本条件 模板 原料 能量 酶 例2 09 常州联考 下图表示某基因的片段及其转录出的信使rna 请据图回答问题 几种相关氨基酸的密码子见下表 1 形成 链的过程叫做 场所是 需要的原料是 2 形成 链的过程与dna复制的过程 都是遵循原则 3 链进入细胞质后与结合 在合成蛋白质过程中 转运rna运载的氨基酸依次是 依次填写前两个氨基酸的名称 4 若该基因复制时发生差错 当上图a处所指由a变成g时 这种突变对该蛋白质的结构有无影响 5 若该基因有100个碱基对 可编码的氨基酸最多有个 解析 1 为rna单链 是以dna分子一条链为模板转录形成的 转录的场所是细胞核 需以四种核糖核苷酸为原料 2 dna复制和转录的过程都要遵循碱基互补配对原则 a t g c a u 3 信使rna通过核孔进入细胞质 与核糖体结合起来 以氨基酸为原料 以转运rna为运载工具合成蛋白质 mrna中有aug对应甲硫氨酸 gug对应缬氨酸 4 当a处的a变成g时 信使rna上此处的碱基序列由guu变为guc 对应的氨基酸仍为缬氨酸 对蛋白质的结构无影响 5 该基因为200个碱基 对应的氨基酸数 33个 答案 1 转录细胞核四种核糖核苷酸 2 碱基互补配对 3 核糖体甲硫氨酸 缬氨酸 4 无影响 5 33 方法点评中心法则是遗传信息传递和表达的规则 该题通过图解形式考查对复制 转录和翻译的理解和应用 仔细分析图解所给予的信息 结合基因表达和转基因的知识点 即可得出准确答案 1 09 广东生物 艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验和赫尔希与蔡斯的噬菌体侵染细菌实验都证明了dna是遗传物质 这两个实验在设计思路上的共同点是 a 重组dna片段 研究其表型效应b 诱发dna突变 研究其表型效应c 设法把dna与蛋白质分开 研究各自的效应d 应用同位素示踪技术 研究dna在亲代与子代之间的传递 解析艾弗里将肺炎双球菌的组成成分分离并单独 直接地观察它们的作用 从而得出dna才是遗传物质的结论 赫尔希和蔡斯分别用放射性同位素35s和放射性同位素32p标记噬菌体 然后用32p或35s标记的t2噬菌体分别侵染未标记的大肠杆菌 观察子代噬菌体的放射性 两个实验都设法将dna和蛋白质分开 单独 直接地研究各自的效应 答案c 2 09 广东生物 有关dna分子结构的叙述 正确的是 多选 a dna分子由4种脱氧核苷酸组成b dna单链上相邻碱基以氢键连接c 碱基与磷酸相连接d 磷酸与脱氧核糖交替连接构成dna链的基本骨架解析dna分子包含两条单链 每条单链由四种脱氧核苷酸构成 其双螺旋结构具有以下特点 两条长链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构 脱氧核糖和磷酸交替连接 排列在dna分子的外侧 构成基本骨架 碱基排列在内侧 两条链间的碱基通过氢键互补配对 ad 3 08 上海卷 某个dna片段由500对碱基组成 a t占碱基总数的34 若该dna片段复制2次 共需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸分子个数为 a 330b 660c 990d 1320解析该dna片段共有碱基500 2 1000个 已知a t 34 所以c g 1000 1 34 2 330 复制2次后共有4条dna片段 其中有3条是新合成的 所以需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸分子个数为330 3 990 c 4 08 江苏卷 亚硝酸盐可使dna的某些碱基脱去氨基 碱基脱去氨基后的变化如下 c转变为u u与a配对 a转变为i i为次黄嘌呤 与c配对 现有一dna片断为 经亚硝酸盐作用后 若链 中的a c发生脱氨基作用 经过两轮复制后其子代dna片断之一为 a b c d agtcg tcagc cgttc gcaac ggtcg ccagg ggttg ccaac cgtag gcatc 解析链 发生脱氨基后的链突变为 igtug 根据半保留复制方式写出其复制形成的子代dna片断为或 答案c ggttg ccaac agtcg tcagc 5 某双链dna分子含有200个碱基 一条链上a t g c 1 2 3 4 则该dna分子 a 含有4个游离的磷酸基b 连续复制两次 需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸210个c 四种含氮碱基a t g c 3 3 7 7d 碱基排列方式共有4100种解析a错误 一个双链dna分子中含有2个游离的磷酸基 由一条链上a t g c 1 2 3 4 计算出一条链上100个碱基中含a t g c依次是10 20 30 40 另一条链上含a t g c则依次是20 10 40 30 故该dna中含腺嘌呤 脱氧核苷酸数为10 20 30个 连续复制两次 需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸为 22 1 30 90个 故b错误 c正确 四种含氮碱基的比例是a t g c 10 20 20 10 30 40 40 30 3 3 7 7 d错误 含200个碱基的dna不考虑每种碱基比例关系的情况下 可能的碱基排列方式共有4100种 但因碱基数量比例已确定 故碱基排列方式肯定少于4100种 答案c 6 09 开封一模 质粒是基因工程中常用的运输工具 某质粒上有两种抗药基因可作为标记基因 a b c为三个可能出现的目的基因插入点 如下图所示 如果用一种限制酶将目的基因和质粒处理后 再合成重组质粒 将重组质粒导入某高等植物受体细胞后 用含有药物的培养基筛选受体细胞 预计结果如下表 下列选项正确的是 a 如果出现 结果 说明两个抗药基因都没有被破坏 转基因实验获得成功b 如果出现 结果 说明限制酶的切点在c点 目的基因接在c点的断口处c 如果出现 或 结果 说明转基因实验失败d 转移到受体细胞中的a b基因的遗传遵循孟德尔规律 解析如果目的基因插入a点 抗青霉素基因的结构遭到破坏 受体细胞不能在含青霉素的培养基上生长 如果目的基因插入b点 抗四环素基因的结构遭到破坏 受体细胞不能在含四环素的培养基上生长 如果插入c点 两个标记基因都没有遭到破坏 受体细胞在含青霉素和含四环素的培养基上都能生长 答案b 7 09 绵阳诊断 下面是果蝇某条染色体上含有的几个基因以及红宝石眼基因的结构和表达过程示意图 对该图的分析中 科学准确的是 a 朱红眼基因与深红眼基因是一对等位基因b a是外显子 b是内含子 都能转录成rnac 加工 过程需要限制酶和dna连接酶的参与d 图示结构和过程在果蝇的所有细胞中都存在 解析朱红眼基因与深红眼基因位于同一条染色体的不同位置控制不同的性状 属于非等位基因 图示基因结构中的a是外显子 b是内含子 都能转录成rna 然后经过rna加工 剪切内含子转录来的rna 形成成熟的mrna 限制酶和dna连接酶用于基因工程中目的基因的获取以及重组dna分子的构建 果蝇体细胞中的基因是相同的 但在不同的细胞中基因是选择性表达 答案b 8 如图代表人体胰岛细胞中发生的某一过程 aa代表氨基酸 下列叙述正确的是 a 能给该过程提供遗传信息的只能是dnab 该过程合成的产物一定是酶或激素c 有多少个密码子就有多少个反密码子与之对应d 该过程有水产生 解析翻译的直接模板是mrna而不是dna a项不对 翻译的产物是多肽 经过加工后形成蛋白质 而酶与激素不都是蛋白质 b项不对 终止密码子不与氨基酸对应 所以没有与终止密码子对应的反密码子 c项也不对 氨基酸脱水缩合形成多肽 d项正确 答案d 9 基因通过转录和翻译控制蛋白质的合成 从而实现遗传信息的表达 下列有关的叙述中不正确的是 a 某些病毒能以rna为模板 通过逆转录 形成dna的一条链b 遗传密码是指转运rna分子中决定一个氨基酸的三个相邻的碱基c mrna分子的碱基数量最多是相应基因内碱基数的1 2d 基因的碱基数目至少是所控制合成的蛋白质中氨基酸数目的六倍 解析基因通过转录形成mrna 通过翻译形成蛋白质 不考虑其他因素时 基因中碱基数目 mrna中碱基数目 蛋白质中氨基酸数目 6 3 1 遗传信息存在于基因中 而遗传密码 密码子 存在于mrna中 反密码子存在于trna中 答案b 10 09 黄冈期末 下列关于基因工程及其应用的叙述 正确的是 a 用化学合成法得到的目的基因的核苷酸序列与原基因编码区中的外显子一致b 若要培育转基因抗病水稻 可选择水稻的卵细胞作为受体细胞c 用dna探针能检测饮用水中的重金属物质的含量d 作为运载体需要有多种限制酶切点 但对一种限制酶而言 最好只有一个切点 解析用化学合成法得到的目的基因是通过蛋白质中氨基酸的顺序推测出相应的mrna 然后通过逆转录合成相应的dna 由于密码子具有简并性 所以合成的目的基因与原基因编码区中的外显子不一致 若要培育转基因抗病水稻 常选择水稻的体细胞作为受体细胞 用dna探针能检测饮用水中的病毒的含量 不能检测重金