遗传的物质基础
编稿:赵晓刚 审稿:陈月艳
遗传物质分析
遗传物质的特点
⑴ 分子结构相对稳定(贮存遗传信息)
⑵ 通过自我复制使前后代保持连续性(传递遗传信息)
⑶ 通过指导蛋白质合成控制生物性状(表达遗传信息)
⑷ 引起生物遗传的变异(改变遗传信息)
DNA是遗传物质的证据
⑴ 体内转化的实验
肺炎双球菌的类型和特点
![自动保存草稿] - 小黑牛 - 小黑牛的博客](http://image50.360doc.com/DownloadImg/2012/03/2815/22700677_1.gif)
R型(无荚膜,无毒性) S型(有荚膜,有毒性)
① 体内转化实验:1928年,英国科学家Griffith
实验过程:(略)
Griffith实验结论:可能存在转化因子将R型细菌转化为S型细菌
② 体外转化的实验过程:1944年,美国科学家Avery
实验过程:
分析结论:DNA是遗传物质
① DNA能够引起可遗传的变异
② DNA只有保持分子结构稳定才能行使遗传功能
缺陷:Avery实验中提取的DNA分子,纯度最高时也还有0.02%的蛋白质
⑵ 噬菌体侵染细菌的实验:1952年,Hershey和Chase
有关噬菌体侵染细菌的实验研究方法分析(必修教材)
本实验研究既能综合体现生物实验技术的应用,又能体现科学家们的科学思维和科学研究方法,有助于同学们综合应用对所学知识分析和解决问题。在对本实验进行分析过程中,同学们要关注一下关键性问题:
(1)要研究的问题是什么?
DNA和蛋白质哪一种物质是遗传物质?
(2)选用噬菌作为实验材料有什么优势?
艾弗里实验中提取的DNA,纯度最高时也还含有0.02%的蛋白质,不能完全排除蛋白质作为遗传物质的可能性;噬菌体的化学组成单一,同时能够把DNA和蛋白质分开,因此可以用于进一步研究到底哪一种物质是遗传物质。
(3)对蛋白质和核酸进行标记时,分别标记什么元素?为什么?
从DNA和蛋白质的元素组成上,S元素为蛋白质所特有,而P为DNA所特有,这样分别标记噬菌体的S和P元素,就能通过放射自显影技术追踪噬菌体的蛋白质和核酸的变化。
(4)对噬菌体蛋白质和DNA进行同位素35S、32P的标记,技术方法是怎样的?
首先,分别在含有放射性同位素35S和32P的培养基中培养细菌;然后用噬菌体分别侵染细菌,从而制备出DNA中含32P或蛋白质中含35S的噬菌体.
(5)为什么不用同时标记了35S和32P的噬菌体进行实验?
放射性同位素的检测方法都是用放射自显影技术,这样,当我们检测到放射性时,不能区分到底是蛋白质还是DNA,就不能追踪和区分噬菌体的DNA和蛋白质的变化,就不能研究出决定亲子代噬菌体相似的遗传物质到底是什么。
(6)分别用被35S和32P标记的噬菌体去感染未被标记的细菌,为什么要短时间保温?
① 这本身是细菌和噬菌体的培养过程,微生物的生长和繁殖需要适宜的温度。
② 最好子代噬菌体未释放出来
(7)混合培养后搅拌离心,上清夜和沉淀中分别有什么?
混合培养一段时间后,进行搅拌离心,目的是把细菌和噬菌体分离开。上清液中存在的重量较清的噬菌体颗粒;沉淀物中含有的是被感染的细菌。
(8)如用35S标记噬菌体,放射性强的是哪部分?新形成的噬菌体是否检测到放射性?说明什么问题?
如用35S标记噬菌体,放射性强的是上清液,新噬菌体中不能检测到放射性,说明噬菌体蛋白质外壳没有进入到细菌体内,新噬菌体的蛋白质是利用细菌的氨基酸重新合成的。
(9)如用32P标记噬菌体,放射性强的是哪部分?新形成的噬菌体是否检测到放射性?比例是多少?说明什么问题。
如用32P标记噬菌体,放射性强的是沉淀物,新形成的噬菌体能够检测到放射性,但是比例低。说明DNA进入到细菌体内,并以它们为模板,以细菌的脱氧核甘酸为原料进行复制。
(10)本实验研究结果说明什么问题?
DNA能通过复制保持亲代和子代之间的连续性;DNA能指导蛋白质的合成,控制生物的性状。概括起来说,即DNA是噬菌体的遗传物质。
RNA是遗传物质的证据
![自动保存草稿] - 小黑牛 - 小黑牛的博客](http://image50.360doc.com/DownloadImg/2012/03/2815/22700677_3.jpg)
DNA的分子结构
结构层次
⑴ 基本元素组成 C、H、O、N、P等
⑵ 基本组成物质 脱氧核糖、含氮碱基、磷酸
⑶ 基本结构单位 4种脱氧核糖核苷酸
⑷ 化学结构(一级结构) 脱氧核糖核苷酸链
⑸ 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 对应碱基互补配对(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
结构特点
⑴ 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
⑵ 特异性和多样性——每一个DNA分子的碱基种类、数量、碱基序列不同
RNA分子结构与DNA的差异
⑴ 化学组成上的差异——五碳糖和碱基的差异
⑵ 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
基因和遗传信息
基因 — 蕴含遗传信息的特定核苷酸序列
⑴ 基因和性状的关系——基因是决定生物性状的基本单位
⑵ 基因和DNA的关系——基因是有遗传效应的DNA片段
⑶ 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。
⑷ 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
基因的结构
⑴ 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)
③ RNA聚合酶催化DNA转录为RNA。
⑵ 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。
基因的功能
基因的功能:贮存、传递、表达和改变遗传信息
DNA复制―传递遗传信息
⑴ 复制时间 有丝分裂间期和前减数分裂期
⑵ 复制过程
⑶ 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
⑷ 复制条件
① 以亲代DNA分子的双链为模板
② 以核基质中4种脱氧核苷三磷酸为原料
③ DNA合成酶系的催化
④ 提供能量
⑸ 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。
⑹ 子代DNA的去向——分配到两个子代细胞中或配子细胞中
⑺ 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
基因控制蛋白质合成―表达遗传信息
转录——以DNA分子为模板合成RNA
⑴ 部位:细胞核内
⑵ 模板:DNA分子的非信息链
⑶ 碱基互补配对原则:A―U、T―A、G―C、C―G
⑷ 转录产物特点:mRNA单链上携带遗传信息
⑸ mRNA动向:通过核膜孔进入细胞质,与核糖体结合。
![自动保存草稿] - 小黑牛 - 小黑牛的博客](http://image50.360doc.com/DownloadImg/2012/03/2815/22700677_5.gif)
翻译——以信使RNA分子为模板合成蛋白质
⑴ 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
⑵ 蛋白质合成场所——核糖体
① 依次地逐一解读信使RNA分子的“三联体密码”
② 根据解读的“三联体密码”信息选择tRNA-氨基酸进位
③ 参与肽链延伸的过程,先进入的转运RNA将自己的氨基酸给后一个转运RNA
⑶ 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)
![自动保存草稿] - 小黑牛 - 小黑牛的博客](http://image50.360doc.com/DownloadImg/2012/03/2815/22700677_6.gif)
遗传密码
⑴ 通常指mRNA单链的碱基序列
⑵ 由相邻的三个碱基组成一个密码子,共有43=64种密码子
⑶ 有61个密码子分别为20种氨基酸编码,其余为终止密码
⑷ 一个氨基酸可由1个以上的密码子决定
【典型例题】
1.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
【解析】分析碱基类型,能分析出该病毒的核酸是DNA还是RNA(如果病毒的核酸中含有尿嘧啶,即为RNA;如果病毒的核酸中含有胸腺嘧啶,则为DNA),分析碱基比率,能分析出DNA或RNA分子是单链还是双链,因为双链的核酸分子严格遵循碱基互补配对原则,A的数量等于T的数量,G的数量等于C的数量。
答案:A
2.如果用32P和35S分别标记噬菌体的DNA和蛋白质外壳,当它侵染到细菌体内后,经多次复制,所释放
出来的子噬菌体
A 不含32P B 少量含32P C 含35S D 含少量35S
【解析】因为蛋白质中含S而不含P,而DNA中含P而不含S,所以可以用32P和35S分别标记噬菌体的DNA和蛋白质外壳。噬菌体侵染细菌时,注入到细菌体内的是噬菌体DNA分子,噬菌体蛋白质没有进入到细菌中,复制出来的噬菌体的蛋白质是在噬菌体DNA的指导下重新合成的。所以,所释放出来的噬菌体不含35S。如果一个噬菌体侵染细菌,复制若干代后(n),DNA分子总数是2n,而带有32P模板母链只有两条,所以带有32P标记的DNA分子只有两条。
答案:B
3.一个转运RNA(tRNA)的一端的三个碱基是CGA,那么,此转运RNA运载的氨基酸是
A 丙氨酸 (遗传密码GCU) B 精氨酸(遗传密码CGA)
C 酪氨酸(遗传密码UAU) D 谷氨酸(遗传密码GAG)
【解析】遗传密码是指信使RNA的碱基排列顺序,转运RNA(tRNA的一端的三个碱基是CGA,其识别的信使RNA的密码子为GCU。
答案:A
4.原核细胞的基因结构和真核细胞基因结构的不同之处是
A 原核细胞的基因结构没有编码区
B 原核细胞的基因结构没有调控遗传信息表达的核苷酸序列
C 原核细胞的基因结构没有RNA聚合酶的结合点
D 原核细胞的基因结构中没有外显子和内含子
【解析】原核细胞和真核细胞的基因结构均包括非编码区和编码区;原核基因编码区是连续的,真核基因的编码区不连续,包括外显子和内含子。
答案:D
5.若DNA分子上某一段编码多肽链的碱基排列顺序为TACGCCCAT,而tRNA所携带的氨基酸与反密码子的
关系如下表
反密码子 |
AUG |
UAC |
CAU |
GUA |
CGG |
GCC |
所带的氨基酸 |
a |
b |
c |
d |
e |
f |
试问将来合成蛋白质时,氨基酸的排列顺序为
A a-b-c B b-f-c C d-e-f D d-b-f
【解析】DNA分子上编码多肽链的碱基排列顺序为TACGCCCAT,如果它是模板链则信使RNA上密码子碱基为AUGCGGGUA,所以tRNA所携带的反密码子碱基为UACGCCCAU,即氨基酸为b-f-c。
答案:B
6.在一个真核细胞基因的编码区中,有两个外显子和一个内含子,测得一个外显子有132个碱基,另一
个外显子有180个碱基,内含子有36个碱基,那么这个编码区的碱基编码序列最多能编码的氨基酸个
数是
A 114 B 57 C 171 D 52
【解析】基因是蕴含遗传信息的双链DNA,DNA的转录产物mRNA在编码蛋白质时,每3个相邻碱基(1个密码子)决定1个氨基酸,所以该基因编码氨基酸个数(132+180)×1/2×1/3=52个
答案:D
7.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】根据题中条件可知该多肽由30个氨基酸组成,加上终止密码子应为31个密码子,则编码该多肽的基因碱基对数为31×3=93。
答案:D
8.从某生物中提取出DNA进行化学分析,发现鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的46%,又知该DNA的
一条链(H链)所含的碱基中28%是腺嘌呤,问与H链相对应的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数
的( )
A 26% B 24% C 14% D 11%
【解析】DNA双螺旋结构中单链中(A+T)/(G+C)的比值等于整个DNA分子(双链)中(A+T)/(G+C)的比值,即
![自动保存草稿] - 小黑牛 - 小黑牛的博客](http://image50.360doc.com/DownloadImg/2012/03/2815/22700677_7.gif)
与H链相对应的另一条链中腺(A
2+T
2)%=1-(C
2+G
2)%=1-46%=54%。又知H链所含28%是 A
1,则对应链T
2为28%,所以A
2=54%- T
2=26%。
答案:A
9.关于病毒遗传物质的叙述中,正确的是
A 都是脱氧核糖核酸
B 都是核糖核酸
C 同时存在脱氧核糖核酸和核糖核酸
D 有的是脱氧核糖核酸,有的是核糖核酸
【解析】生物的遗传物质是核酸(包括DNA和RNA),对一个具体生物来说,它的遗传物质是DNA或RNA。对病毒来说,有些病毒的遗传物质是DNA,如噬菌体;有些病毒的遗传物质是RNA,如烟草花叶病毒。
答案:D
10.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
答案:D
11.将从S型细菌中提取的DNA加入已培养了R型细菌的培养基中,R型细菌可以转化为S型细菌;用DNA酶
处理从S型细菌中提取的DNA,使之分解,就不能使R型细菌发生转化。下列关于这一实验的叙述,
不正确的是
A 该实验证实DNA水解产物不是遗传物质
B 该实验证明了DNA只有结构保持完整才能行使遗传功能
C 该实验证实了DNA分解产物不是转化因子
D 该实验是格里菲思实验的主要环节
答案:D
12.下列有关科学家实验研究的叙述中,错误的是
|
实验材料 |
实验过程 |
实验结果与结论 |
A |
R型和S型 肺炎双球菌 |
将R型活菌与S型菌的DNA与DNA水解酶混合培养 |
只生长R型菌,说明DNA被水解后就失去遗传效应。 |
B |
噬菌体 大肠杆菌 |
用含有35S标记的噬菌体去感染普通的大肠杆菌,短时间保温 |
离心获得的上清液中的放射性很高,说明DNA是遗传物质 |
C |
烟草花叶病毒 烟草 |
用从烟草花叶病毒分离出的RNA侵染烟草。 |
烟草感染出现病斑,说明烟草花叶病毒RNA可能是遗传物质。 |
D |
大肠杆菌 |
将已用15N标记DNA的大肠杆菌,培养在普通(14N)培养基中。 |
经三次分裂后,含15N的DNA占DNA总数的1/4。说明DNA分子的复制方式是半保留复制。 |
答案:B
13.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试验都证明了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】肺炎双球菌转化实验没有用到同位素示踪技术,两实验都没有突变和重组。
答案:C
14.有关真核细胞DNA复制和转录这两种过程的叙述,错误的是
A 两种过程都可在细胞核中发生
B 两种过程都有酶参与反应
C 两种过程都以脱氧核糖核苷酸为原料
D 两种过程都以DNA为模板
【解析】DNA的复制和转录都是以DNA为模板,都在细胞核、线粒体和叶绿体中进行,但复制和转录的原料不同,复制的原料是脱氧核糖核苷酸,转录原料是核糖核苷酸。
答案:C
15.下图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图,有关叙述错误的是
![自动保存草稿] - 小黑牛 - 小黑牛的博客](http://image50.360doc.com/DownloadImg/2012/03/2815/22700677_8.jpg)
A 图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的
B 图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的
C 真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶
D 真核生物的这种复制方式提高了复制速率
【解析】本题通过图示信息,考查DNA复制的相关知识。从图中看出有多个复制起点,但由于复制的DNA长度不同,所以不能同时开始,所以A不对。图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的,真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶,DNA聚合酶等参与。这种半保留复制的模式不仅保持前后代的稳定性,每次复制都可产生两个DNA分子,提高了效率。
答案:A
16.将大肠杆菌放在含有
15N同位素的培养基上,培养若干代之后,大肠杆菌DNA的所有的N原子均
为
15N。带有
15N标记的DNA分子密度大,将DNA分子带有
15N标记的大肠杆菌,转移到含有
N14的培养
基上培养,每隔4小时取样一次(相当于一个世代),利用离心法测定不同世代细菌DNA分子的密度
如下:
DNA分子密度梯度的离心实验 ⑴ 在正常培养基上,对于带有
15N标记的大肠杆菌繁殖的后代,不同世代的DNA分子密度显示的差异变
化,你的正确解释是:___________________
⑵ 如果将第一代(全中)双链DNA分子的氢键断裂,再离心测定其分子密度,它的两条DNA单链在试管
中的分布是__________,你做出上述判断的理由是__________。
⑶ 若第三代大肠杆菌再繁殖一代,请在下面的离心试管图中画出其后代DNA分子密度
【解析】本题题干涉及的实验,为DNA的半保留复制假说提供了充分的实验证据,从而证明该假说是正确的。本题给出实验现象,要求学生根据实验现象,运用所学的DNA分子结构复制知识分析解释实验现象,获得正确结论。既考察了分析实验现象获得正确结论的能力,又考察了根据实验现象进行推理、预测进一步的实验结果的能力。
答案:
⑴ DNA分子进行半保留复制
⑵ 1/2的DNA单链在底部,1/2的DNA单链在上部,中部没有DNA单链的分布;因为由于半保留复制,第
一代DNA分子的两条链一条为重链,即含
15N的链,一条为轻链,即含
14N的链。
⑶
![自动保存草稿] - 小黑牛 - 小黑牛的博客](http://image50.360doc.com/DownloadImg/2012/03/2815/22700677_11.gif)
0 1/8 7/8
17.同位素的发现为探明许多生命的奥秘起了很重要的作用,1952年,赫尔希和蔡斯利用同位素标记完
成了噬菌体侵染细菌的实验,实验的部分过程如下:
![自动保存草稿] - 小黑牛 - 小黑牛的博客](http://image50.360doc.com/DownloadImg/2012/03/2815/22700677_12.gif)
(1)写出以上实验的部分操作过程。
第一步:___________________________________________________
第二步:___________________________________________________
(2)以上实验结果是_____________________________________________。
③ 现已制备好分别含
3H、
14C、
15N、
18O、
32P、
35S等6种放射性同位素的培养基,植物愈伤组织
细胞,动物组织细胞,大肠杆菌及其他必需的器材。请从中选取所需材料,实现第一步操作。
实验原理:__________________________________________________。
实验步骤:
A.__________________________________________________________
B.__________________________________________________________
C.__________________________________________________________
答案: (1)第一步:用
35S标记噬菌体(的蛋白质外壳)
第二步:用
35S标记的噬菌体与细菌混合
(2)噬菌体的蛋白质外壳没有进入到细菌体内
(3)实验原理:噬菌体蛋白质外壳含有S,DNA分子不含S;噬菌体只能进行寄生生活(答出一条即给分)
实验步骤:A 选取含
35S放射性同位素的培养基进行灭菌
B 向培养基中接种大肠杆菌,置于适宜的环境中培养
C 用上述大肠杆菌培养噬菌体
18.请根据下图和密码子表回答问题
![自动保存草稿] - 小黑牛 - 小黑牛的博客](http://image50.360doc.com/DownloadImg/2012/03/2815/22700677_13.gif)
遗传密码子表
第一字母 |
第二字母 |
第三字母 |
U |
C |
A |
G |
U |
苯丙氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 亮氨酸 |
丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 |
酪氨酸 酪氨酸 终止 终止 |
半胱酰胺 半胱酰胺 终止 色氨酸 |
U C A G |
C |
亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 |
脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 |
组氨酸 组氨酸 谷氨酰胺 谷氨酰胺 |
精氨酸 精氨酸 精氨酸 精氨酸 |
U C A G |
A |
异亮氨酸 异亮氨酸 异亮氨酸 甲硫氨酸 (起始) |
苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 |
天冬酰胺 天冬酰胺 赖氨酸 赖氨酸 |
丝氨酸 丝氨酸 精氨酸 精氨酸 |
U C A G |
G |
缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸 (起始) |
丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 |
天冬氨酸 天冬氨酸 谷氨酸 谷氨酸 |
甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 |
U C A G |
⑴ 上图所示是基因控制蛋白质合成过程中的___________步骤,该过程发生的场所为______________。
②识别并携带的氨基酸是_____。该过程不可能发生在人体的下列哪些细胞中________。(填序号)
A 神经元 B 口腔上皮细胞 C 成熟的红细胞 D 骨骼肌细胞
⑵ 图中③是以_________________为模板,以_________________为原料,在___________酶的催化下,
按照_________________原则在细胞核中合成的。
⑶ 生物体编码20种氨基酸的密码子有_________种,据表分析,密码子第______个碱基改变对氨基酸的
影响较小,此机制的生物学意义是_______________________________________
答案:
⑴ 翻译;核糖体;丙氨酸;C
⑵ DNA(基因)的一条链(模板链/非信息链);4种核糖核苷酸;RNA 聚合;碱基互补配对;
⑶ 61 3 减少基因突变的多害性