版浙江新高考选考生物一轮复习第18讲 遗传信息的传递和表达.docx
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版浙江新高考选考生物一轮复习第18讲遗传信息的传递和表达
第18讲 遗传信息的传递和表达
知识内容
考试要求
知识内容
考试要求
1.DNA分子的复制
b
5.转录、翻译的概念和过程
b
2.活动:
探究DNA的复制过程
c
6.遗传密码、中心法则
b
3.DNA的功能
a
7.基因的概念
b
4.DNA与RNA的异同
b
8.复制、转录和翻译的异同
b
遗传信息的传递
1.活动:
探究DNA的复制过程
(1)实验方法及原理
①实验方法:
同位素示踪技术和密度梯度离心技术。
②实验原理:
若DNA的两条链都用15N标记,那么DNA分子密度较大,离心后应该在试管的下部;若两条链中都含有14N,那么DNA分子密度较小,离心后应该在试管的上部;若DNA的两条链中一条含有15N,一条含有14N,那么DNA分子密度居中,离心后应该在试管的中部。
(2)实验过程
(3)实验分析
预期结果a:
若第二代DNA分子中15N‖15N占1/2,14N‖14N占1/2;第三代DNA分子中15N‖15N占1/4,14N‖14N占3/4,说明DNA复制方式是全保留复制。
预期结果b:
若第二代DNA分子全部是15N‖14N;第三代DNA分子中15N‖14N占1/2,14N‖14N占1/2,说明DNA复制方式是半保留复制。
(4)实验结论
实验结果与预期b一致,表明DNA的复制方式为半保留复制。
2.DNA的复制
(1)概念:
以DNA的两条链为模板,合成子代DNA的过程。
(2)时间:
上述过程发生在有丝分裂间期和减数分裂前的间期。
(3)过程及条件
①A过程是解旋,需要解旋酶,消耗能量。
②B过程是合成子链,需要DNA聚合酶,以四种游离的脱氧核苷酸为原料,解旋的DNA双链为模板,消耗能量。
③C过程是形成子代DNA。
(4)特点
①由图示C过程形成的子代DNA两条链组成可看出,DNA复制具有半保留复制的特点。
②边解旋边复制。
(5)意义:
使遗传信息从亲代传给子代,保持了遗传信息的连续性。
(1)在人体内成熟的红细胞、浆细胞中不发生DNA的复制 (√)
(2)真核细胞染色体DNA的复制发生在有丝分裂前期(×)
(3)在一个细胞周期中,DNA复制过程中的解旋发生在两条DNA母链之间(√)
(4)DNA复制时,严格遵循A—U、C—G的碱基互补配对原则(×)
(5)DNA分子全部解旋后才开始进行DNA复制(×)
(6)脱氧核苷酸必须在DNA酶的作用下才能连接形成子链(×)
(7)复制后产生的两个子代DNA分子中共含4个游离的磷酸基团(√)
(必修2P64图3-12改编)5BrU(5溴尿嘧啶)既可以与A配对,又可以与C配对。
将一个正常的有分裂能力的细胞,接种到含有A、G、C、T、5BrU五种核苷酸的适宜培养基上,至少需要经过几次复制后,才能实现细胞中某DNA分子某位点上碱基对从T—A到G—C的替换( )
A.2次 B.3次
C.4次D.5次
解析:
选B。
替换过程如图所示,B代表5BrU,由图可知至少经过3次复制后,可以实现碱基对从T—A到G—C的替换。
考法1 DNA复制的过程分析
(1)误以为DNA复制“只发生于”细胞核中。
细胞生物中凡存在DNA分子的场所均可进行DNA分子的复制,其场所除细胞核外,还包括叶绿体、线粒体。
原核细胞的拟核及质粒也进行DNA复制。
(2)误以为DNA复制时氢键不能同时产生和断裂。
DNA复制是边解旋边复制,氢键可同时产生和断裂。
(3)误以为一个细胞的细胞核可进行多次DNA复制。
一个细胞的细胞核DNA复制一般只能进行一次。
[题组冲关]
1.(2020·浙江省名校考前押宝)DNA分子片段复制的情况如图所示,图中a、b、c、d表示脱氧核苷酸链的片段。
如果没有发生变异,下列说法错误的是( )
A.b和c的碱基序列可以互补
B.a和c的碱基序列可以互补
C.a中(A+T)/(G+C)的比值与b中(A+T)/(G+C)的比值相同
D.a中(A+G)/(T+C)的比值与d中(A+G)/(T+C)的比值一般不相同
答案:
B
2.(2020·杭州月考)下列关于DNA复制的叙述,错误的是( )
A.通过分子的复制,储存在DNA中的遗传信息实现稳定表达
B.DNA复制形成子链时先形成氢键,后形成磷酸二酯键
C.DNA复制过程中有氢键的断裂和重新形成
D.神经细胞和衰老的细胞一般都不会出现DNA分子的复制
解析:
选A。
通过DNA分子的复制,储存在DNA中的遗传信息实现稳定的传递;DNA复制形成子链时先形成氢键,后形成磷酸二酯键;DNA复制过程中有氢键的断裂和重新形成;神经细胞和衰老的细胞一般都不会出现DNA分子的复制。
考法2 同位素示踪法和离心技术证明DNA的半保留复制
已知某一DNA分子用15N标记(0代),将含有该标记DNA分子的细胞(或某种细菌)转移到只含14N的培养基中培养(进行DNA复制),若干代后,其DNA分子数、脱氧核苷酸链数及相关比例如表:
世
代
DNA分子的特点
DNA中脱氧核苷酸链的特点
分子
总数
细胞中DNA分子离心后在离心管中的位置
不同DNA分子占全部DNA分子的比例
脱氧
核苷
酸链
总数
不同脱氧核苷酸链占全部链的比例
只含15N
分子
含14N、
15N杂
合分子
只含14N
分子
含15N
的链
含14N
的链
0
1
全在下部
1
0
0
2
1
0
1
2
全在中部
0
1
0
4
1/2
1/2
2
4
1/2中部1/2上部
0
1/2
1/2
8
1/4
3/4
3
8
1/4中部3/4上部
0
1/4
3/4
16
1/8
7/8
n
2n
2/2n中部
1-2/2n
上部
0
2/2n
(或
1/2n-1)
1-2/2n
2n+1
1/2n
1-
1/2n
[题组冲关]
3.(2019·浙江4月选考)在含有BrdU的培养液中进行DNA复制时,BrdU会取代胸苷掺入到新合成的链中,形成BrdU标记链。
当用某种荧光染料对复制后的染色体进行染色,发现含半标记DNA(一条链被标记)的染色单体发出明亮荧光,含全标记DNA(两条链均被标记)的染色单体荧光被抑制(无明亮荧光)。
若将一个细胞置于含BrdU的培养液中,培养到第三个细胞周期的中期进行染色并观察。
下列推测错误的是( )
A.1/2的染色体荧光被抑制
B.1/4的染色单体发出明亮荧光
C.全部DNA分子被BrdU标记
D.3/4的DNA单链被BrdU标记
答案:
D
4.(2020·杭州模拟)将大肠杆菌放在含有15N的培养基中培育若干代后,细菌DNA所有氮均为15N,它比14N分子密度大。
然后将DNA被15N标记的大肠杆菌再移到14N培养基中培养,每隔4h(相当于分裂繁殖一代的时间)取样一次,测定其不同世代细菌DNA分子的密度。
DNA分子的密度梯度离心实验结果如图所示。
(1)中带含有的氮元素是________。
(2)如果测定第4代DNA分子密度,含15N的DNA分子所占比例为________。
(3)如果将第1代(全中)DNA链的氢键断裂后再测定密度,它的四条DNA单链在试管中的分布位置应为____________________。
(4)上述实验表明,DNA分子复制的方式是__________。
解析:
两条DNA单链均被15N标记的DNA分子为全重DNA分子,在离心管的最下边;含全重DNA分子的大肠杆菌转入含14N的培养基中培养后,第1代全部为一条链含15N、另一条链含14N的DNA分子,在离心管的中间;第2代为1/2中带DNA分子,1/2轻带DNA分子;第4代为2/24中带DNA分子,(24-2)/24轻带DNA分子。
根据这一实验结果可以证明:
DNA分子复制的方式是半保留复制。
答案:
(1)14N、15N
(2)1/8 (3)1/2重带、1/2轻带
(4)半保留复制
考法3 DNA分子复制中的相关计算
DNA分子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分子数=2个;
③不含亲代DNA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
①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸数=m·(2n-1)个;
②第n次复制需该脱氧核苷酸数=m·(2n-2n-1)=m·2n-1个。
与DNA复制相关的计算的四个易错点
(1)复制次数:
“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别:
前者包括所有的复制,后者只指最后一次复制。
(2)碱基数目:
碱基的数目单位是“对”还是“个”。
(3)复制模板:
在DNA复制过程中,无论复制几次,含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两个。
(4)关键词:
看清是“DNA分子数”还是“链数”,“含”还是“只含”等关键词。
[题组冲关]
5.(2020·衢州模拟)7乙基鸟嘌呤不与胞嘧啶(C)配对而与胸腺嘧啶(T)配对。
某DNA分子中腺嘌呤(A)占碱基总数的30%,其中的鸟嘌呤(G)全部被7乙基化,该DNA分子正常复制产生两个DNA分子,其中一个DNA分子中胸腺嘧啶(T)占碱基总数的45%,另一个DNA分子中鸟嘌呤(G)所占比例为( )
A.10% B.20%C.30% D.45%
解析:
选B。
据DNA分子中的A占30%,可知T占30%,C占20%,G占20%,当其中的G全部被7乙基化后,新复制的两个DNA分子中如果一个DNA分子中的T占总数的45%,则另一个DNA分子中的T占35%,但G的比例不变。
6.(2020·嘉兴校级期中)一个双链均被32P标记的DNA由5000个碱基对组成,其中腺嘌呤占20%,将其置于只含31P的环境中复制3次。
下列叙述不正确的是( )
A.该DNA分子中含有的氢键的数目为1.3×104
B.复制过程需要2.4×104个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸
C.子代DNA分子中含32P的单链与含31P的单链之比为1∶7
D.子代DNA分子中含32P与只含31P的分子数之比为1∶3
解析:
选B。
根据分析可知,DNA中A=T=2000,C=G=3000,A、T碱基对之间的氢键是2个,G、C碱基对之间的氢键是3个,因此该DNA分子中含有氢键的数目为2000×2+3000×3=1.3×104,A正确;复制过程需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为3000×(23-1)=2.1×104个,B错误;由分析可知被32P标记的DNA单链是2条,含有31P的单链是2×8-2=14条,因此子代DNA分子中含32P的单链与含31P的单链之比为1∶7,C正确;根据半保留复制可知被32P标记的DNA分子是2个,含有31P的DNA分子是8个,只含有31P的DNA分子是8-2=6个,因此子代DNA分子中含32P的分子数与只含31P的分子数之比为1∶3,D正确。
RNA和蛋白质的合成
1.DNA的功能
(1)携带遗传信息:
以自身为模板,半保留复制,保持遗传信息的稳定性。
(2)根据它所贮存的遗传信息决定蛋白质的结构。
2.转录和翻译
(1)RNA的结构
①基本单位及组成
A磷酸;B核糖;C含氮碱基;D核糖核苷酸。
②结构特点:
一般是单链。
③种类及功能
a.mRNA:
将遗传信息从DNA传递到细胞质中。
b.tRNA:
转运氨基酸,识别密码子。
c.rRNA:
核糖体的组成成分。
(2)遗传信息的转录
①场所:
主要在细胞核中,少数发生在线粒体、叶绿体中。
②条件:
需要酶(RNA聚合酶)、ATP、核糖核苷酸、DNA模板。
③转录的产物是RNA,不仅仅有mRNA,还包含tRNA和rRNA。
(3)翻译
①场所:
细胞质中的核糖体。
②条件:
需要酶、mRNA、ATP、tRNA、核糖体和氨基酸。
③翻译起点:
起始密码子决定的是甲硫氨酸或缬氨酸;翻译终点:
识别到终止密码子(不决定氨基酸)翻译停止。
④过程
a.起始:
核糖体沿mRNA运行。
b.延伸:
在运行中核糖体认读mRNA上决定氨基酸种类的密码,选择相应的氨基酸,由对应的tRNA转运,加到延伸中的肽链上。
c.终止:
当核糖体到达mRNA的终止密码子时,多肽合成结束。
(4)遗传密码
①位置:
mRNA。
②含义:
决定一种氨基酸的3个相邻的核苷酸排列而成的三联体。
③种类:
64种,其中终止密码子3种,不编码氨基酸,是翻译终止的信号。
④特点
a.除少数密码子外,生物界的遗传密码是统一的。
b.除少数氨基酸只有1种遗传密码外,大多数氨基酸有两个以上的遗传密码。
(1)一个tRNA分子中只有三个碱基,可以携带多种氨基酸(×)
(2)rRNA是核糖体的组成成分,原核细胞中可由核仁参与合成(×)
(3)tRNA分子中的部分碱基两两配对形成氢键(√)
(4)在翻译过程中,tRNA分子的—OH端与相应的氨基酸结合(√)
(5)一个tRNA上的反密码子只能与mRNA上的一种密码子配对(√)
(6)mRNA上所含有的密码子均能在tRNA上找到相对应的反密码子(×)
(7)细胞中的mRNA在核糖体上移动,指导蛋白质的合成(×)
(8)细菌的一个基因转录时两条DNA链可同时作为模板,提高转录效率(×)
(必修2P66~P68图3-13、图3-14改编)下图表示基因表达遗传信息的某些过程示意图,已知tRNA内部也存在碱基互补配对的一些区域,如图中的③。
下列叙述正确的是( )
A.参与甲图所示过程的酶有解旋酶和RNA聚合酶
B.①②③④虚线区域均有“嘌呤数等于嘧啶数”的关系
C.甲图中①②虚线区域的碱基配对方式完全相同
D.乙图中③④虚线区域的核苷酸配对方式不完全相同
解析:
选B。
据图分析,甲图表示转录过程,需要RNA聚合酶的催化,A错误;图中①②③④虚线区域内的碱基都遵循碱基互补配对原则,因此均有“嘌呤数等于嘧啶数”的关系,B正确;甲图中①②虚线区域的碱基配对方式不完全相同,如前者有A与T配对,后者有A与U配对,C错误;乙图中③④虚线区域都是RNA链与RNA链之间的碱基配对,因此两者的核苷酸配对方式完全相同,D错误。
考法1 DNA和RNA的区分技巧
(1)DNA和RNA的判断
①含有碱基T或脱氧核糖⇒DNA;
②含有碱基U或核糖⇒RNA。
(2)单链DNA和双链DNA的判断
①若
⇒双链DNA(最可能);
②若嘌呤≠嘧啶⇒单链DNA。
(3)DNA和RNA合成的判断
用放射性同位素标记T或U可判断DNA和RNA的合成。
若大量消耗T,可推断正发生DNA的合成;若大量利用U,可推断正进行RNA的合成。
[题组冲关]
1.(2017·浙江4月选考)与DNA分子相比,RNA分子特有的碱基是( )
A.鸟嘌呤(G) B.胞嘧啶(C)
C.尿嘧啶(U)D.腺嘌呤(A)
解析:
选C。
DNA分子含有的碱基是A、C、G、T,RNA分子含有的碱基是A、C、G、U。
因此,与DNA分子相比,RNA分子特有的碱基是U。
2.(2020·杭州五校联考)下列关于DNA和RNA的结构与功能的说法,错误的是( )
A.区分单双链DNA、单双链RNA四种核酸可以通过碱基比率和种类来判定
B.双链DNA分子中碱基G、C含量越高,其结构稳定性相对越大
C.含有DNA的生物,其遗传物质是DNA不是RNA
D.含有RNA的生物,其遗传物质是RNA不是DNA
解析:
选D。
构成DNA和RNA的碱基种类不同,双链DNA中发生碱基互补配对,且A=T,G=C,因此区分单双链DNA、单双链RNA四种核酸可以通过碱基比率和种类来判定,A正确;双链DNA分子中A与T间形成两条氢键,G与C间形成三条氢键,因此碱基G、C含量越高,其结构稳定性相对越大,B正确;同时含有DNA和RNA的生物,DNA为其遗传物质,C正确,D错误。
考法2 DNA复制、转录和翻译的比较
项目
复制
转录
翻译
场所
主要发生在细胞核中,也可在线粒体、叶绿体内进行
主要发生在细胞核中,也可在线粒体、叶绿体内进行
核糖体
时间
有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期
生物的生长发育过程中
条件模板
亲代DNA分子的两条链
DNA分子的一条链
mRNA
续 表
项目
复制
转录
翻译
条件
原料
4种脱氧核苷酸
4种核糖核苷酸
20种氨基酸
其他
解旋酶、DNA聚合酶和能量
RNA聚合酶、能量
酶、能量、
tRNA
碱基配
对方式
A-T、T-A
C-G、G-C
A-U、T-A
C-G、G-C
A-U、U-A
C-G、G-C
过程
DNA边解旋边以两条链为模板,按碱基互补配对原则,合成两条子链,子链与对应母链螺旋形成子代DNA
DNA解旋,以其中一条链为模板,按碱基互补配对原则形成mRNA(单链),mRNA进入细胞质中与核糖体结合
以mRNA为模板合成具有一定氨基酸序列的多肽链
遗传信息
传递方向
DNA→DNA
DNA→RNA
RNA→
蛋白质
特点
边解旋边复制,半保留复制
边解旋边转录,转录结束后的DNA仍保留原来的双链结构
mRNA分子可与多个核糖体结合,同时进行多条肽链的合成
产物
两个双链DNA分子
RNA
多肽或蛋白质
联系
“两看法”判断真核生物和原核生物基因表达过程图
[题组冲关]
3.(2017·浙江11月选考)下列关于生物体内遗传信息的传递与表达的叙述,正确的是( )
A.每种氨基酸至少有两个以上的遗传密码
B.遗传密码由DNA传递到RNA,再由RNA决定蛋白质
C.一个DNA分子通过转录可形成许多个不同的RNA分子
D.RNA聚合酶与DNA分子结合只能使一个基因的DNA片段的双螺旋解开
答案:
C
4.(2016·浙江4月选考)遗传信息的传递过程如图所示,其中①~④表示四种不同的物质。
下列叙述错误的是( )
A.①复制时,2条链均可作为模板链
B.形成②时,需沿整条DNA长链进行
C.密码子CUU编码③所携带的氨基酸
D.②上可同时结合多个核糖体形成多条④
解析:
选B。
①是DNA分子,DNA复制时2条链均可作为模板链,A项正确;②是mRNA分子,形成mRNA分子的转录过程,并不是沿着整条DNA长链进行的,转录是以DNA分子上的基因区段为模板进行的,B项错误;③是tRNA,其上的反密码子是GAA,与mRNA上的密码子CUU配对,故密码子CUU是编码③所携带的氨基酸,C项正确;②mRNA上可结合多个核糖体形成多聚核糖体,每个核糖体上均可形成1条相同的肽链④,D项正确。
考法3 翻译过程中多聚核糖体模式图的深入解读
(1)根据核糖体的结构可推测图1表示翻译过程。
根据图2中RNA聚合酶、核糖体、多肽等文字信息可确定图2中既有转录过程又有翻译过程。
(2)翻译过程中的细节问题
①方向:
图1中方向为从右到左,判断的依据是多肽链的长短,长的翻译在前。
②结果:
合成的仅是多肽链,要形成蛋白质还需要运送至内质网、高尔基体等结构中进一步加工。
③形成的多肽链之间的关系:
图1中4个核糖体合成的4条多肽链,因为模板mRNA相同,所以最终合成了4条相同的肽链,而不是4个核糖体共同完成一条肽链的合成,也不是合成出4条不同的肽链。
[题组冲关]
5.
右图为多肽链的生物合成过程示意图,下列相关叙述正确的是 ( )
A.该过程有氢键的形成与断裂
B.该核糖体的运动方向是自右向左
C.图中RNA聚合酶结合位点在5′端
D.RNA内部不会发生碱基互补配对
解析:
选A。
该过程为翻译过程,tRNA的反密码子与mRNA的密码子碱基互补配对,tRNA离开mRNA,分别有氢键的形成与断裂,A正确;该核糖体的运动方向是自左向右,B错误;RNA聚合酶是转录所需要的酶,翻译过程不需要RNA聚合酶参与,C错误;tRNA内部发生碱基互补配对,D错误。
考法4 巧辨遗传信息、密码子和反密码子
(1)界定遗传信息、密码子(遗传密码)、反密码子
(2)辨析氨基酸与密码子、反密码子的数量关系
①每种氨基酸对应一种或几种密码子(即密码子简并性),可由一种或几种tRNA转运。
②除终止密码外,一种密码子只能决定一种氨基酸;一种tRNA只能转运一种氨基酸。
③密码子有64种(3种终止密码;61种决定氨基酸的密码子);反密码子理论上有61种。
[题组冲关]
6.(2020·浙江湖州联考)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。
根据碱基互补配对原则,可知①链是β链,A错误;由于蓝细菌属于原核生物,没有由核膜包被的细胞核,所以DNA形成②的过程发生在拟核,B错误;tRNA一端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。
考法5 基因表达过程中的相关计算
(1)在不考虑非编码区和内含子的条件下,转录、翻译过程中DNA(基因)碱基数∶mRNA碱基数∶多肽链氨基酸数=6∶3∶1,即:
基因表达过程中,蛋白质中氨基酸的数目=参加转运的tRNA数目=1/3mRNA的碱基数目=1/6基因中的碱基数。
(2)基因中碱基与蛋白质相对分子质量之间的计算
若基因中有n个碱基,氨基酸的平均相对分子质量为a,合成含m条多肽的蛋白质的相对分子质量=(n/6)·a-18(n/6-m);若改为n个碱基对,则公式为(n/3)·a-18(n/3-m)。
易错点 计算中对“最多”和“至少”的分析有误
[点拨]
(1)翻译时,mRNA上的终止密码子不决定氨基酸,因此mRNA上的碱基数目是蛋白质中氨基酸数目的3倍还要多一些。
(2)基因或DNA上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)在回答有关问题时,应加上“最多”或“至少”等字。
如mRNA上有n个碱基,转录生成它的基因中至少有2n个碱基,由该mRNA指导合成的蛋白质中最多有n/3个氨基酸。
[题组冲关]
7.(2020·宁波质检)一个mRNA分子有m个碱基,其中G+C有n个;由该mRNA合成的蛋白质有两条肽链。
则其模板DNA分子的A+T数、合成蛋白质时脱去的水分子数分别是( )
A.m、(m/3)-1B.m、(m/3)-2
C.2(m-n)、(m/3)-1D.2(m-n)、(m/3)-2
解析:
选D。
mRNA分子中有m个碱基,其中G+C数目为n个,推出A+U数目为m-n个,故DNA中A+T数目为2(m-n)。
根据mRNA碱基数目∶蛋白质中氨基酸数目=3∶1可知,氨基酸数目为m/3。
脱去水分子数=氨基酸数-肽链数=(m/3)-2。
中心法则与基因
1.要点:
遗传信息由DNA传递到RNA,然后由RNA决定蛋白质的特异性。
蛋白质是
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