知识内容:
一、遗传物质及作用原理 (一)生物性状遗传概述
(二)遗传物质的分析 1.遗传物质的特点 (1)分子结构相对稳定(贮存遗传信息) (2)通过自我复制使前后代保持连续性(传递遗传信息) (3)通过指导蛋白质合成控制生物状态(表达遗传信息) (4)引起生物遗传的变异(改变遗传信息)
2.DNA是遗传物质的证据 (1)细菌转化的实验 ①体内转化实验:1928年,英国科学家Griffith ②体外转化的实验过程:1944年,美国科学家Avery (2)噬菌体侵染细菌的实验:1952年,Hershey和Chase
3.RNA是遗传物质的证据 烟草花叶病毒(RNA病毒)侵染烟草的实验
(三)DNA的分子结构 1.结构层次 (1)基本元素组成 C、H、O、N、P等 (2)基本组成物质 脱氧核糖、含氮碱基、磷酸 (3)基本结构单位 4种脱氧核糖核苷酸 (4)化学结构(1级结构) 脱氧核糖核苷酸链 (5)空间结构——双螺旋结构 ①磷酸-脱氧核糖交互排列在双螺旋外侧 ②对应碱基互补酸对(A-T、G-C)以氢键连结成对 ③两条链反向平行,有规则向右盘绕成双螺旋
2.结构特点 (1)双螺旋结构相对稳定性 ①互补碱基之间的氢键作用 ②碱基对之间的堆积力 (2)特异性——每一个DNA分子的碱基对具有特定排列顺序 (3)多样性——碱基序列千变万化
3.RNA分子结构与DNA的差异 (1)化学组成上的差异——五碳糖和碱基的差异 (2)结构上的差异 ①信使RNA(mRNA)是一条单链 ②转运RNA(tRNA)呈三叶草结构 ③核糖体RNA(rRNA)构成两个亚单位,进一步构成核糖体
(四)基因和遗传信息 1.基因——蕴含遗传信息的特定核苷酸序列 (1)基因和性状的关系——基因是决定生物性状的基本单位 (2)基因和DNA的关系——基因是有遗传效应的DNA片段 (3)基因和遗传信息的关系——基因中脱氧核苷酸的排列顺序代表一定的遗传信息。 (4)基因和染色体的关系——染色体是基因的载体,许多基因在染色体上呈线性排列。
2.基因的结构 (1)原核细胞基因的结构 ①包括编码区和非编码区 ②非编码区内有调控遗传信息表达的核苷酸序列(RNA聚合酶的结合位点) ③RNA聚合酶催化DNA转录为RNA。 (2)真核细胞基因的结构和原核基因结构的比较 相同点:①包括编码区和非编码区 ②非编码区内有调控遗传信息表达的核苷酸序列 不同点:③编码区是间隔的,不连续的,含有能够编码蛋白质的外显子和不能编码蛋白质的内含子。 ④真核细胞的每一个基因中都包含若干个外显子和内含子。
3.人类基因组计划(HGP) (1)人类基因组概念:人体DNA分子所携带的全部遗传信息 人的单倍体基因组概念:由1—22号染色体DNA和X、Y两条性染色体DNA组成。 (2)人类基因组计划的主要内容: (3)人类基因组计划的意义: 解开人类生长、发育、健康、长寿的奥秘 了解基因表达的调控机制,细胞生长、分化和个体发育的机制 遗传病的预防诊断和治疗 生物的进化、种族血缘(不同种族、不同个体基因组的研究)
(五)遗传物质的作用原理——遗传信息的传递和表达 中心法则——遗传信息的转移规律 (1)遗传信息在生物大分子间转移过程遵循的基本法则 (2)中心法则图解表达方式如下: (3)中心法则高度概括遗传物质的作用原理
1.DNA复制—传递遗传信息 (1)复制时间 有丝分裂间期和前减数分裂期 (2)复制过程
(3)复制基础 ①特定的双螺旋结构为复制提供精确模板 ②碱基互补配对能力保证复制准确进行 (4)复制条件 ①以亲代DNA分子的双链为模板 ②以核基质中4种脱氧核苷酸为原料 ③DNA合成酶系的催化 ④提供能量 (5)复制特点 ①边解旋边复制,减少模板母链发生改变的机会。 ②遵循碱基互补配对原则,保证复制准确进行。 ③分段双向复制,提高复制速度。 ④半保留复制。 (6)子代DNA的去向——分配到两个子代细胞中或配子细胞中 (7)复制意义 将亲代遗传信息传递给子代,保持了遗传信息的连续性
2.基因控制蛋白合成——表达遗传信息 转录——以DNA分子为模板合成RNA (1)部位:细胞核内 (2)模板:DNA分子的非信息链 (3)碱基互补配对原则:A—U、T—A、G—C、C—G (4)转录产物特点:mRNA单链上携带遗传信息 (5)mRNA动向:通过核膜孔进入细胞质,与核糖体结合。
翻译——以信使RNA分子为模板合成蛋白质 (1)直接模板——信使RNA ①信使RNA单链上以‘三联体密码’形式转录着遗传信息 ②信使RNA分子经核膜孔移动到细胞质中,并与核糖体相结合 (2)蛋白质合成场所——核糖体 (3)合成蛋白质的运载工具——转运RNA ①每个转运RNA分子的一端携带特异的氨基酸 ②另一端的“反密码子”识别mRNA的“密码子” ③通过进位将氨基酸运输到核糖体的适当位置上 ④参与肽链延伸的过程(从游离的氨基到羧基)
(六)基因工程: 1.基因工程的基本内容 (1)基因工程的概念 (2)基因工程的工具 ①基因工程的剪刀——限制性内切酶 存在的生物种类——主要存在于微生物中 特异性——识别特定的核苷酸序列 多样性——限制性内切酶的种类多样 DNA重组的基础——同种限制性内切酶切割不同的DNA可获得互补配对的粘性末端 ②基因工程的针线——DNA连接酶 形成磷酸二酯键,完成基因的重组 ③基因的运载工具——运载体 运载体的条件: A、能在宿主细胞内复制并稳定保存 B、具有多种限制型内切酶切点 C、具有标记基因,便于筛选 常用的运载体——质粒、噬菌体和动植物的细胞 质粒作为最常用运载体的原因——存在于细胞、酵母菌等微生物体内,能自我复制的小环状DNA分子 (3)基因操作的基本步骤 ①提取目的基因 A、直接分离基因——鸟枪法 B、人工合成基因 ②目的基因与运载体结合——重组DNA分子 相同的限制性内切酶作用于目的基因和运载体 DNA连接酶的连接作用 ③将目的基因导入受体细胞 ③将目的基因导入受体细胞 ④目的基因的检测与表达 依据运载体的标记基因进行检测 受体细胞特定性状的表达是衡量转基因技术成功与否的关键。
2.基因工程的成果和发展前景 (1)基因工程与医药卫生 ①转基因药物——利用基因工程菌等生产的药物有:人生长激素,干扰素等60余种。 ②基因诊断:一段用放射性同位素(32P)、荧光分子等标记的单链DNA分子作探针,利用DNA分子杂交的原理,鉴定被检测标本上的遗传信息。 ③基因治疗:将健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中以达到治疗疾病的目的。
(2)基因工程与农业、食品工业 改良作物的品质——高产、稳产、具有优良品质 提高植物的抗性:抗寒、抗旱、抗病、抗盐碱,提高农作物抵抗不良环境的能力。 转基因动物——抗病能力强、高产仔率、高产奶率、高质量的皮毛 超级动物 为人类提供某些药物 开辟新的食物来源
(3)基因工程与环保 环境监测 工程菌消除环境污染
3.转基因产品的安全性 对人类健康的安全性 对环境的安全性
补充资料: 人体基因组四张图的含义 遗传图(基因连锁图):利用基因交换频率推断基因的间距(地点) 物理图:用限制性内切酶将DNA切成片段,利用分子杂交方法,确定每个基因的实际长度 序列图:基因的核苷酸序列(碱基的序列) 转录图:由成熟的信使RNA作模板逆转录出互补的DNA(因为人类基因组中只有1%—5%是编码序列)
典型试题: 1.在一个DNA分子中,腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基数目的54%,其中一条链中鸟嘌呤与胸腺嘧啶分别占该链碱基总数的22%和28%,则由该链转录的信使RNA中鸟嘌呤与胞嘧啶分别占碱基总数的 A.24%,22% B.22%,28% C.26%,24% D.23%,27%
解析:在DNA双链分子中,腺嘌呤和胸腺嘧啶互补配对,当腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基数目的54%时,在一条链中腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占这条链的54%,所以,该链中鸟嘌呤和胸腺嘧啶之和占46%,再根据,该链中鸟嘌呤占碱基总数的22%,可以算出胞嘧啶占24%。则与其互补的信使RNA中鸟嘌呤占24%、胸腺嘧啶占22%。
参考答案:A
2.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哪种类型,应该 A.分析碱基类型,确定碱基比率 B.分析碱基类型,分析五碳糖类型 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,分析五碳糖类型
解析:分析碱基类型可以确定核酸的种类,有胸腺嘧啶没有尿嘧啶的是DNA,有尿嘧啶没有胸腺嘧啶的是RNA,分析碱基比率能够确定核酸是单链还是双链;A=T(A=U)、C=G的是双链分子,否则是单链。
参考答案:A
3.采用基因工程技术将人凝血因子基因导入山羊受精卵,培育出转基因羊。但是,人凝血因子只存在于该转基因羊的乳汁中。以下有关叙述,正确的是 A.人体细胞中凝血因子基因编码区的碱基对数目,等于凝血因子氨基酸数目的3倍 B.可用显微注射技术将含有人凝血因子基因的重组DNA分子导入羊的受精卵 C.在该转基因羊中,人凝血因子基因存在于乳腺细胞,而不存在于其他体细胞中 D.人凝血因子基因开始转录后,DNA连接酶以DNA分子的一条链为模板合成mRNA
参考答案:B
4.下列关于基因工程应用的叙述,正确的是 A.基因治疗就是把缺陷基因诱变成正常基因 B.基因诊断的基本原理是DNA分子杂交 C.一种基因探针能检测水体中的各种病毒 D.真核基因不能用来进行真核生物的遗传改良
参考答案:B
5.请根据下列资料回答问题: DNA亲子鉴定测试的原理是:从被测试者的血滴或口腔黏膜细胞或者培育的组织内提取DNA,用限制性内切酶将DNA样本切成特定的小片段,放进凝胶中,用电泳推动DNA小片段分离,再使用特别的“探针”去寻找基因。相同的基因会凝聚在一起,然后利用特别的染料在X光下,便会显示由DNA探针凝聚于一起的黑色条码。每个人的条码一半与父亲的条码吻合,另一半与母亲的条码相吻合,反复几次,每一种探针可用于寻找DNA的不同部位并形成独特的条码,便可获得超过99.9%的分辨概率。请根据资料回答问题: (1)限制性内切酶能将DNA样品切成特定的小片段,则主要体现了酶的_____________________________。
(2)“探针”是指________ A.某一个完整的小段基因 B.目的基因片段的特定DNA C.与目的基因相同的特定双链DNA D.与目的基因互补的特定单链DNA
(3)条码一半与其母亲的条码吻合,一半与其父亲的条码吻合的原因是___________________________。
(4)样品DNA经PCR技术(聚合酶链式反应)扩增,可以获得大量的DNA分子克隆。其原理是利用DNA分子的半保留复制,在试管中进行DNA分子的人工复制(如下图)。在很短的时间内,将DNA扩增几百万倍甚至几十亿倍,使实验室所需的遗传物质不再受限于活动的生物体。
①图中A过程表示___________________________________________; ②某样品DNA中共含有3000个碱基对,碱基数量满足(A+T)∶(G+C)=1/2,先欲得到1000个拷贝(即与样品相同的DNA),至少需要向试管中进入______个腺嘌呤脱氧核苷酸。 ③“PCR”与人体内DNA复制相比,有何特殊之处?____________________。
(5)2002年6月,我国第一张18位点的“基因型身份证明”在湖北武汉诞生。 ①现行居民身份证具有一定的时效性(有效期),如10年、20年不等,而“基因型身份证明”却具有长期有效性。为什么?_______________________________。 ②在_____________________情况下,两个人的“基因型身份证明”完全相同。
参考答案: (1)专一性; (2)D; (3)组成每对同源染色体的2个DNA分子,一条来自父方,一条来自母方; (4)①DNA解旋;②1000×(1000-1)=999000;③离体条件下,高温; (5)①同一个体不同生长发育阶段和不同组织的DNA是相同的,所以,具有高度的个体稳定性和特异性; ②同卵双生的双胞胎。
6.肺炎双球菌的转化实验的实验过程如下: A.将无毒性的R型活细菌注射到小鼠体内,小鼠不死亡。 B.将有毒性的S型活细菌注射到小鼠体内,小鼠患败血症死亡。 C.将加热杀死后的S型细菌注射到小鼠体内,小鼠不死亡。 D.将无毒性的R型活细菌与加热杀死的S型细菌混合后,注射到小鼠体内,小鼠患败血症死亡。
结合所学知识,分析并回答下列问题: (1)S型细菌体内的转化因子实质上是细菌的_________________,且存在于细菌的细胞质中,即为细菌的___________________;细菌体内的这种具有侵染功能的结构,在基因工程中常被作用___________________。 (2)C和D对比可推断出S型细菌和R型细菌具有很近的__________关系,S菌体内的转化因子能利用R菌提供的__________________等物质来合成自己的物质。 (3)实验时,对S菌的加热杀死过程,仅仅使菌体的______________等物质产生变性,而体内的遗传物质_______________并没有真正被灭活。 (4)若用强酸、强碱或高压蒸汽处理S菌,转化实验能否成功?
参考答案: (1)DNA 质粒 运载体 (2)亲缘 酶、原料 (3)蛋白质 DNA (4)不能成功。
7.1978年,美国科学家利用基因工程技术,将人胰岛素基因拼接到大肠杆菌的DNA分子中,然后通过大肠杆菌的繁殖,生产出了人胰岛素,操作过程如下图所示:
(1)在上述基因操作中,由①→②过程所用的基因“剪刀”是___________,由③→④过程的实现是通过①→②过程相同的____________切割的结果;由④→⑤过程需要____________通过___________形成重组DNA分子;由⑥→⑦过程是通过细胞的___________________________实现的。
(2)不同生物间基因可以“移植”成功的结构基础是DNA________结构,大肠杆菌可以生产出人的胰岛素,说明它们和人类共用一套__________,大肠杆菌合成人胰岛素的过程可以表示为__________________________。
(3)形成的重组DNA分子是否真正转移到了受体细胞,必须对受体细胞进行检测。请根据下面实验原理和材料用具,设计实验选择运载体——质粒,探究质粒的抗菌素基因所合成的抗菌素类别。
实验原理:作为运载体的质粒,须有标记基因,这一标记基因是抗菌素抗性基因。故凡有抗菌素抗性的细菌,其质粒才可能用作运载体。
材料用具:青霉素、四环素的10万单位溶液、菌种试管、灭菌的含细菌培养基的培养皿、酒精灯、接种环、一次性注射器、蒸馏水、恒温箱。
方法步骤: 第一步:取三个含细菌培养基的培养皿并标1、2、3号,在酒精灯旁,用三支注射器,分别注入1 mL蒸馏水、青霉素、四环素液,并使之分布在整个培养基表面。 第二步:将接种环在酒精灯上燃烧用来________,并在酒精灯火焰旁取种,然后对三个培养皿接种。 第三步:培养:将接种后的三个培养皿放入37℃的恒温箱中培养24 h。
预期结果分析: ①设置1号的目的是____________,出现的现象是______________________。 ②若仅2号生存则______________________________。 ③若2号不存活,3号存活则__________________________________。
参考答案: (1)限制性内切酶 限制性内切酶 DNA连接酶 碱基互补配对 有丝分裂 (2)双螺旋 遗传密码 DNA(基因)mRNA蛋白质 (3)灭菌 对照作用 细菌正常生长 细菌质粒上有抗青霉素的基因 细菌质粒上无抗青霉素的基因有抗四环素的基因
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