遗传的分子基础
知识梳理
一、DNA是主要的遗传物质
1． DNA是主要的遗传物质的证据。
（1）肺炎双球菌的转化实验。
①将无毒性的R型活细菌注射到小鼠体内→小鼠不死亡；
②将有毒性的S型活细菌注射到小鼠体内→小鼠死亡；
③将加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内→小鼠不死亡；
④将R型活细菌与加热杀死的S型细菌混合注射到小鼠体内→小鼠死亡。
由①②③步说明只有活的S型细菌可引起小鼠死亡，第④步中说明R型无毒菌转化成了活的S型有毒细菌。怎样转化的呢？转化因子是什么呢？
艾弗里等人又做了如下实验：
以上说明DNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质。
（2）噬菌体侵染细菌的实验。
过程：
① 用35S标记蛋白质的噬菌体浸染细菌→细菌内无放射性→表明噬菌体蛋白质外壳未进入细菌内部；
② 32P标记DNA的噬菌体浸染细菌→细菌内有放射性→表明噬菌体的DNA进入到细菌内部。
结论：DNA是遗传物质
2． 某些生物的遗传物质是RNA。
遗传物质除了DNA外，还有RNA。有些病毒不含有DNA，只含有蛋白质和RNA，这些病毒中，RNA是遗传物质。
二、DNA分子的结构和复制
（一）DNA的分子结构
1． DNA分子的化学组成。
（1）组成DNA分子的化学元素：C、H、O、N、P等。
（2）基本单位：脱氧核苷酸 。
含N碱基有4种：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T），所以脱氧核苷酸也有4种。
2． DNA的平面结构。
①脱氧核苷酸形成脱氧核苷酸链：脱氧核糖与磷酸交替连接，排列在外侧，形成基本骨架；
②碱基互补配对：（A—T，C—G）碱基以氢键相连，排列在内侧。
3. DNA分子的空间结构：规则的双螺旋。
4. DNA分子的特性。
①稳定性；②多样性；③特异性。
（二）DNA的复制
1． DNA复制的概念、时期和场所。
（1）复制概念：以亲代DNA为模板合成相同子代DNA的过程；
（2）复制时期：有丝分裂间期，减数分裂第一次分裂前间期；
（3）复制场所：细胞核（主要），线粒体、叶绿体。
2． DNA复制的机理。
（1）碱基互补配对原则 ；
（2）边解旋边复制。
3． DNA复制的条件。
（1）模板：亲代DNA的两条链；
（2）原料：4种脱氧核苷酸；
（3）能量：ATP；
（4）酶：DNA解旋酶、DNA聚合酶等。
4． DNA复制的特点。
半保留复制：新合成的子代DNA分子中的两条链，一条是从母链“继承”的，另一条为新合成的。
5． DNA复制的意义。
（1）遗传信息的传递，使本种保持相对稳定和延续；（2）由于复制差错而出现基因突变，从而为进化提供了原始选择材料。
三、基因的表达
（一）什么是基因。
1． 基因的概念。
（1）具有遗传效应的DNA片段；
（2）基因是决定性状的结构单位；
（3）基因是决定性状的功能单位；
2． 基因的化学组成：成百上千个脱氧核苷酸对；
3． 基因多样性的实质：脱氧核苷酸的排列顺序不同。
（二）基因控制蛋白质的合成
1． DNA与RNA的比较。
2． 染色体、DNA和基因的关系。
3． 基因控制蛋白质的合成的过程。
（1）转录
①概念：以DNA为模板合成RNA的过程；
②场所：细胞核、线粒体、叶绿体。
③过程：
a． DNA分子在解旋酶的作用下解旋一个区段；
b． 以DNA分子的其中一条链为模板，按碱基互补配对的原则（A—U，T—A，C—G，G—C）合成信使RNA；
c． 信使RNA脱落下来，从细胞核的核孔运送到细胞质中去；
d．DNA分子的两条链重新变为双螺旋结构。
④目的：把DNA中的遗传信息传递给RNA。
（2）翻译：
①场所：细胞质的核糖体中；
②过程：以信使RNA为模板，合成具有一定的氨基酸顺序的蛋白质的过程。这一过程中需要一个翻译，这个翻译就是转运RNA；
具体过程：
a. 信使RNA从核孔出来与核糖体结合；
b. 按照密码子（mRNA上三个相邻的碱基）的顺序，各种类型的转运RNA分别把相应的氨基酸运到对应的位置；
c.氨基酸之间缩合连接成一条肽链，从信使RNA上脱离下来，再经一定的盘旋折叠，最后合成一个具有一定顺序，一定功能的蛋白质。
（三）比较真核细胞中复制、转录、翻译
1． 列表比较复制、转录、翻译。
2． 中心法则。
（四）基因对性状的控制
1． 基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状；
2． 基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物的性状。
命题预测
本专题是高考命题的重点和热点。主要有1. 证明DNA是遗传物质的实验；2. DNA的结构和复制及相关计算；3. 基因控制蛋白质的合成及相关计算；4. DNA和RNA的比较；5. 复制、转录、翻译的比较等。
例题精析
[例1]病毒甲具有RNA甲和蛋白质甲，病毒乙具有RNA乙和蛋白质乙。若将RNA甲和蛋白质乙组成一种病毒丙，再以病毒丙去感染宿主细胞，则细胞中的病毒具有（）
A． RNA甲和蛋白质乙B． RNA甲和蛋白质甲
C． RNA乙和蛋白质甲D． RNA乙和蛋白质乙
[解析]该病毒的遗传物质是RNA，侵入宿主细胞时，RNA进入细胞，蛋白质不进入细胞，病毒的RNA进入细胞后，复制自己的RNA和合成自己蛋白质。
[答案]B
[例2]用噬苗体去感染体内含32P的细菌，在细菌解体后，含32P的应是（）
A． 子代噬菌体DNA
B． 子代噬苗体蛋白质外壳
C． 子代噬菌体的蛋白质和DNA
D． 部分子代噬菌体DNA
[解析]噬臂体蛋击质外壳不含32P，排除选项B和C。噬菌体侵染细菌后，利用细菌内的原料复制出噬菌体DNA，32P是核苷酸的成分。
[答案]B
[例3]大豆根尖细胞所含的核酸中，含有碱基A、G、C、T的核苷酸种类共有（）
A. 8种 B. 7种 C. 5种 D. 4种
[解析]大豆根爽细胞中舍有Ⅳ队和RNA。DNA的基本组成单位是分别含有碱基A、G、C、T的四种脱氧核苷酸；RNA的基本组成单位是分别含有A、G、C、U的四种核糖核苷酸。
[答案]B
模拟操练
1. 肺炎双球菌转化实验中，在培养有R型细菌的A、B、C、D四个试管，依次分别放入从S型活细菌中提取的DNA、DNA和DNA酶、蛋白质、多糖，经过培养，检查结果发现有R型细菌转化的是（）
2. 用32P标记的噬菌体去感染用35S标记的细菌，则新生的噬菌体可含有（）
A． 32PB． 35S C． 32P和35SD． 二者皆无
3. 猴、噬菌体、烟草花叶病毒中参与构成核酸的碱基种类数依次是 （）
A． 4，4，5B． 5，4，4C． 4，5，4D． 5，4，5
4. 下列叙述错误的是（）
A． 染色体是核酸的主要载体
B． 遗传物质的主要载体是染色体
C． 细胞质中的核酸都是遗传物质
D． 遗传物质要么是DNA，要么是RNA
5. 某科学家做“噬茵体侵染细菌实验”时，用放射性同位素标记噬菌体和细菌的有关结构是
6.在下列生物中，既以DAN作为遗传物质，又具有相同的代谢类型的一组生物是（）
A． 人和蛔虫
B． 硝化细菌和大肠杆菌
C． 噬菌体和烟草花叶病毒
D． 乳酸菌和蛔虫
7. 噬菌体侵染细菌过程中，具决定意义的步骤是（ ）
A． 子代噬菌体的组装、释放
B． 细菌提供条件，合成噬菌体DNA、蛋白质
C． 亲代噬菌体DNA在细菌内多次复制
D． 亲代噬菌体将DNA注入细菌细胞内
8． 已知病毒的核酸有双链DNA、单链DNA、双链RNA、单链RNA四种类型。现发现了一种新病毒，要确定其核酸属于上述那一种类型，应该
A． 分析碱基类型，确定碱基比率
B． 分析碱基类型，分析核糖类型
C． 分析蛋白质的氨基酸组成，分析碱基类型
D． 分析蛋白质的氨基酸组成，分析核糖类型
9． 下图为脉胞霉体内精氨酸的合成途径示意图。
从图中可得出的结论不正确的是
A． 精氨酸的合成是由多对基因共同控制的
B． 基因可通过控制酶的合成来控制代谢
C． 若基因②不表达，则基因③和④也不表达
D． 若产生鸟氨酸依赖突变型脉胞霉，则可能是基因①发生突变
10． 赫尔希通过T2噬菌体侵染细菌的实验证明DNA是遗传物质，实验包括4个步骤；①培养噬菌体，②分别用35S和32P培养细菌，③放射性检测，④离心分离。实验步骤的先后顺序为（）
A． ①②④③ B． ④②①③
C． ②①④③ D． ②①③④
11． 某DNA分子共有a个碱基，其中含胞嘧啶m个，该DNA分子复制3次，需要游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸为
A． 7（a－m） B． 8（a－m）C． 7（a－m）D． 8（2a－m）
12． 已知DNA分子中，碱基对A=T两个氢键相连，G≡C以三个氢键相连。若某DNA分子中含100个腺嘌呤 (占总数的20%)，则该DNA分子中共有氢键（）
A． 350个 B． 500个 C． 650个 D． 1000个
答案点拨
1． A（DNA为“转化因子”，DNA酶会降解DNA)
2． C（噬菌体将DNA注入细菌，并以此为模板合成子代DNA；该DNA再指导蛋白质的合成，合成原料来自细菌的氨基酸)
3． B （猴的核酸有DNA和RNA，噬菌体只有DNA一种核酸，烟草花叶病毒的核酸是RNA)
4． C（细胞质的核酸主要是RNA，而细胞质中的遗传物质是线粒体或叶绿体中的DNA)
5． C（A选项培养出来的噬菌体DNA和蛋白质都有放射性；B和D选项不能用15N标记蛋白质或核酸，因为两者均含有N元素)
6． D（大肠杆菌、蛔虫、乳酸菌为异养厌氧型；硝化细菌自养需氧型；烟草花叶病毒的遗传物质为RNA）
7． D（DNA是遗传物质）
8． A（含T为DNA，含U为RNA，A=T或U，G=C为双链，否则为单链）
9． C（基因②是否表达，不会影响基因③和④的表达）
10． C（用含有35S或32P的细菌培养噬菌体，分离后再进行检测）
11． C（一个DNA分子含T=a－m，复制3次变成8个DNA，增加7个）
12． C（100个腺嘌呤占20％，T为100个占20％，G和C都是150个，各占30％）
责任编校李平安
知识梳理
一、DNA是主要的遗传物质
1． DNA是主要的遗传物质的证据。
（1）肺炎双球菌的转化实验。
①将无毒性的R型活细菌注射到小鼠体内→小鼠不死亡；
②将有毒性的S型活细菌注射到小鼠体内→小鼠死亡；
③将加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内→小鼠不死亡；
④将R型活细菌与加热杀死的S型细菌混合注射到小鼠体内→小鼠死亡。
由①②③步说明只有活的S型细菌可引起小鼠死亡，第④步中说明R型无毒菌转化成了活的S型有毒细菌。怎样转化的呢？转化因子是什么呢？
艾弗里等人又做了如下实验：
以上说明DNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质。
（2）噬菌体侵染细菌的实验。
过程：
① 用35S标记蛋白质的噬菌体浸染细菌→细菌内无放射性→表明噬菌体蛋白质外壳未进入细菌内部；
② 32P标记DNA的噬菌体浸染细菌→细菌内有放射性→表明噬菌体的DNA进入到细菌内部。
结论：DNA是遗传物质
2． 某些生物的遗传物质是RNA。
遗传物质除了DNA外，还有RNA。有些病毒不含有DNA，只含有蛋白质和RNA，这些病毒中，RNA是遗传物质。
二、DNA分子的结构和复制
（一）DNA的分子结构
1． DNA分子的化学组成。
（1）组成DNA分子的化学元素：C、H、O、N、P等。
（2）基本单位：脱氧核苷酸 。
含N碱基有4种：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T），所以脱氧核苷酸也有4种。
2． DNA的平面结构。
①脱氧核苷酸形成脱氧核苷酸链：脱氧核糖与磷酸交替连接，排列在外侧，形成基本骨架；
②碱基互补配对：（A—T，C—G）碱基以氢键相连，排列在内侧。
3. DNA分子的空间结构：规则的双螺旋。
4. DNA分子的特性。
①稳定性；②多样性；③特异性。
（二）DNA的复制
1． DNA复制的概念、时期和场所。
（1）复制概念：以亲代DNA为模板合成相同子代DNA的过程；
（2）复制时期：有丝分裂间期，减数分裂第一次分裂前间期；
（3）复制场所：细胞核（主要），线粒体、叶绿体。
2． DNA复制的机理。
（1）碱基互补配对原则 ；
（2）边解旋边复制。
3． DNA复制的条件。
（1）模板：亲代DNA的两条链；
（2）原料：4种脱氧核苷酸；
（3）能量：ATP；
（4）酶：DNA解旋酶、DNA聚合酶等。
4． DNA复制的特点。
半保留复制：新合成的子代DNA分子中的两条链，一条是从母链“继承”的，另一条为新合成的。
5． DNA复制的意义。
（1）遗传信息的传递，使本种保持相对稳定和延续；（2）由于复制差错而出现基因突变，从而为进化提供了原始选择材料。
三、基因的表达
（一）什么是基因。
1． 基因的概念。
（1）具有遗传效应的DNA片段；
（2）基因是决定性状的结构单位；
（3）基因是决定性状的功能单位；
2． 基因的化学组成：成百上千个脱氧核苷酸对；
3． 基因多样性的实质：脱氧核苷酸的排列顺序不同。
（二）基因控制蛋白质的合成
1． DNA与RNA的比较。
2． 染色体、DNA和基因的关系。
3． 基因控制蛋白质的合成的过程。
（1）转录
①概念：以DNA为模板合成RNA的过程；
②场所：细胞核、线粒体、叶绿体。
③过程：
a． DNA分子在解旋酶的作用下解旋一个区段；
b． 以DNA分子的其中一条链为模板，按碱基互补配对的原则（A—U，T—A，C—G，G—C）合成信使RNA；
c． 信使RNA脱落下来，从细胞核的核孔运送到细胞质中去；
d．DNA分子的两条链重新变为双螺旋结构。
④目的：把DNA中的遗传信息传递给RNA。
（2）翻译：
①场所：细胞质的核糖体中；
②过程：以信使RNA为模板，合成具有一定的氨基酸顺序的蛋白质的过程。这一过程中需要一个翻译，这个翻译就是转运RNA；
具体过程：
a. 信使RNA从核孔出来与核糖体结合；
b. 按照密码子（mRNA上三个相邻的碱基）的顺序，各种类型的转运RNA分别把相应的氨基酸运到对应的位置；
c.氨基酸之间缩合连接成一条肽链，从信使RNA上脱离下来，再经一定的盘旋折叠，最后合成一个具有一定顺序，一定功能的蛋白质。
（三）比较真核细胞中复制、转录、翻译
1． 列表比较复制、转录、翻译。
2． 中心法则。
（四）基因对性状的控制
1． 基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状；
2． 基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物的性状。
命题预测
本专题是高考命题的重点和热点。主要有1. 证明DNA是遗传物质的实验；2. DNA的结构和复制及相关计算；3. 基因控制蛋白质的合成及相关计算；4. DNA和RNA的比较；5. 复制、转录、翻译的比较等。
例题精析
[例1]病毒甲具有RNA甲和蛋白质甲，病毒乙具有RNA乙和蛋白质乙。若将RNA甲和蛋白质乙组成一种病毒丙，再以病毒丙去感染宿主细胞，则细胞中的病毒具有（）
A． RNA甲和蛋白质乙B． RNA甲和蛋白质甲
C． RNA乙和蛋白质甲D． RNA乙和蛋白质乙
[解析]该病毒的遗传物质是RNA，侵入宿主细胞时，RNA进入细胞，蛋白质不进入细胞，病毒的RNA进入细胞后，复制自己的RNA和合成自己蛋白质。
[答案]B
[例2]用噬苗体去感染体内含32P的细菌，在细菌解体后，含32P的应是（）
A． 子代噬菌体DNA
B． 子代噬苗体蛋白质外壳
C． 子代噬菌体的蛋白质和DNA
D． 部分子代噬菌体DNA
[解析]噬臂体蛋击质外壳不含32P，排除选项B和C。噬菌体侵染细菌后，利用细菌内的原料复制出噬菌体DNA，32P是核苷酸的成分。
[答案]B
[例3]大豆根尖细胞所含的核酸中，含有碱基A、G、C、T的核苷酸种类共有（）
A. 8种 B. 7种 C. 5种 D. 4种
[解析]大豆根爽细胞中舍有Ⅳ队和RNA。DNA的基本组成单位是分别含有碱基A、G、C、T的四种脱氧核苷酸；RNA的基本组成单位是分别含有A、G、C、U的四种核糖核苷酸。
[答案]B
模拟操练
1. 肺炎双球菌转化实验中，在培养有R型细菌的A、B、C、D四个试管，依次分别放入从S型活细菌中提取的DNA、DNA和DNA酶、蛋白质、多糖，经过培养，检查结果发现有R型细菌转化的是（）
2. 用32P标记的噬菌体去感染用35S标记的细菌，则新生的噬菌体可含有（）
A． 32PB． 35S C． 32P和35SD． 二者皆无
3. 猴、噬菌体、烟草花叶病毒中参与构成核酸的碱基种类数依次是 （）
A． 4，4，5B． 5，4，4C． 4，5，4D． 5，4，5
4. 下列叙述错误的是（）
A． 染色体是核酸的主要载体
B． 遗传物质的主要载体是染色体
C． 细胞质中的核酸都是遗传物质
D． 遗传物质要么是DNA，要么是RNA
5. 某科学家做“噬茵体侵染细菌实验”时，用放射性同位素标记噬菌体和细菌的有关结构是
6.在下列生物中，既以DAN作为遗传物质，又具有相同的代谢类型的一组生物是（）
A． 人和蛔虫
B． 硝化细菌和大肠杆菌
C． 噬菌体和烟草花叶病毒
D． 乳酸菌和蛔虫
7. 噬菌体侵染细菌过程中，具决定意义的步骤是（ ）
A． 子代噬菌体的组装、释放
B． 细菌提供条件，合成噬菌体DNA、蛋白质
C． 亲代噬菌体DNA在细菌内多次复制
D． 亲代噬菌体将DNA注入细菌细胞内
8． 已知病毒的核酸有双链DNA、单链DNA、双链RNA、单链RNA四种类型。现发现了一种新病毒，要确定其核酸属于上述那一种类型，应该
A． 分析碱基类型，确定碱基比率
B． 分析碱基类型，分析核糖类型
C． 分析蛋白质的氨基酸组成，分析碱基类型
D． 分析蛋白质的氨基酸组成，分析核糖类型
9． 下图为脉胞霉体内精氨酸的合成途径示意图。
从图中可得出的结论不正确的是
A． 精氨酸的合成是由多对基因共同控制的
B． 基因可通过控制酶的合成来控制代谢
C． 若基因②不表达，则基因③和④也不表达
D． 若产生鸟氨酸依赖突变型脉胞霉，则可能是基因①发生突变
10． 赫尔希通过T2噬菌体侵染细菌的实验证明DNA是遗传物质，实验包括4个步骤；①培养噬菌体，②分别用35S和32P培养细菌，③放射性检测，④离心分离。实验步骤的先后顺序为（）
A． ①②④③ B． ④②①③
C． ②①④③ D． ②①③④
11． 某DNA分子共有a个碱基，其中含胞嘧啶m个，该DNA分子复制3次，需要游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸为
A． 7（a－m） B． 8（a－m）C． 7（a－m）D． 8（2a－m）
12． 已知DNA分子中，碱基对A=T两个氢键相连，G≡C以三个氢键相连。若某DNA分子中含100个腺嘌呤 (占总数的20%)，则该DNA分子中共有氢键（）
A． 350个 B． 500个 C． 650个 D． 1000个
答案点拨
1． A（DNA为“转化因子”，DNA酶会降解DNA)
2． C（噬菌体将DNA注入细菌，并以此为模板合成子代DNA；该DNA再指导蛋白质的合成，合成原料来自细菌的氨基酸)
3． B （猴的核酸有DNA和RNA，噬菌体只有DNA一种核酸，烟草花叶病毒的核酸是RNA)
4． C（细胞质的核酸主要是RNA，而细胞质中的遗传物质是线粒体或叶绿体中的DNA)
5． C（A选项培养出来的噬菌体DNA和蛋白质都有放射性；B和D选项不能用15N标记蛋白质或核酸，因为两者均含有N元素)
6． D（大肠杆菌、蛔虫、乳酸菌为异养厌氧型；硝化细菌自养需氧型；烟草花叶病毒的遗传物质为RNA）
7． D（DNA是遗传物质）
8． A（含T为DNA，含U为RNA，A=T或U，G=C为双链，否则为单链）
9． C（基因②是否表达，不会影响基因③和④的表达）
10． C（用含有35S或32P的细菌培养噬菌体，分离后再进行检测）
11． C（一个DNA分子含T=a－m，复制3次变成8个DNA，增加7个）
12． C（100个腺嘌呤占20％，T为100个占20％，G和C都是150个，各占30％）
责任编校李平安
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
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