专题四 生物的遗传第1讲 遗传的物质基础考纲点击知识内容要求1.核酸是遗传物质的证据Ⅱ2.DNA的分子结构和特点Ⅱ3.遗传信息的传递Ⅱ4.遗传信息的表达Ⅱ考场传真1．（2012·江苏，2）人类对遗传物质本质的探索经历了漫长的过程，下列有关叙述正确的是（ ）A．孟德尔发现遗传因子并证实了其传递规律和化学本质B．噬菌体侵染细菌实验比肺炎双球菌体外转化实验更具说服力C．沃森和克里克提出在DNA双螺旋结构中嘧啶数不等于嘌呤数D．烟草花叶病毒感染烟草实验说明所有病毒的遗传物质是RNA2．（2012·安徽理综，5）图示细胞内某些重要物质的合成过程。该过程发生在（ ）A．真核细胞内，一个mRNA分子上结合多个核糖体同时合成多条肽链B．原核细胞内，转录促使mRNA在核糖体上移动以便合成肽链C．原核细胞内，转录还未结束便启动遗传信息的翻译D．真核细胞内，转录的同时核糖体进入细胞核启动遗传信息的翻译3．〔2011·浙江理综，32（3）〕以下为某家族甲病（设基因为B、b）和乙病（设基因为D、d）的遗传家系图，其中Ⅱ1不携带乙病的致病基因。请回答：B基因可编码瘦素蛋白。转录时，首先与B基因启动部位结合的酶是________。B基因刚转录出来的RNA全长有4500个碱基，而翻译成的瘦素蛋白仅由167个氨基酸组成，说明________。翻译时，一个核糖体从起始密码子到达终止密码子约需4秒钟，实际上合成100个瘦素蛋白分子所需的时间约为1min，其原因是______________________________。若B基因中编码第105位精氨酸的CCT突变成ACT，翻译就此终止，由此推断，mRNA上的________为终止密码子。4．〔2009·浙江理综，31（2）（3）〕正常小鼠体内常染色体上的B基因编码胱硫醚γ裂解酶（G酶），体液中的H2S主要由G酶催化产生。为了研究G酶的功能，需要选育基因型为B－B－的小鼠。通过将小鼠一条常染色体上的B基因去除，培育出了一只基因型为B＋B－的雄性小鼠（B＋表示具有B基因，B－表示去除了B基因，B＋和B－不是显隐性关系）。请回答：（1）B基因控制G酶的合成，其中翻译过程在细胞质的______上进行，通过tRNA上的______与mRNA上的碱基识别，将氨基酸转移到肽链上。酶的催化反应具有高效性，胱硫醚在G酶的催化下生成H2S的速率加快，这是因为________________________________________________________________________。（2）下图表示不同基因型小鼠血浆中G酶浓度和H2S浓度的关系。B－B－个体的血浆中没有G酶而仍有少量H2S产生，这是因为____________。通过比较B＋B＋和B＋B－-10-\n个体的基因型、G酶浓度与H2S浓度之间的关系，可得出的结论是____________________________。考向分析遗传的物质基础这一专题在浙江省高考中越来越受重视，在2009年和2011年高考中都有命题，而且是非选择题，占的分值比较大，2013年高考中仍有命题可能性，因为这一专题中可挖掘的知识比较多。1．人类对遗传物质的探索过程主要考查将DNA和其他成分分开，单独观察DNA的作用，并利用这一思路在新情境下设计新的实验；也有可能对两个实验进行拓展分析，如2011年广东理综第2题分析肺炎双球菌转化实验。2．DNA分子的结构和复制、基因一般单独考查的概率较小，特别是关于碱基的计算多年未见命题。2010年的山东理综卷第7题结合细胞有丝分裂考查了DNA分子的复制。基因突变发生于DNA分子复制时，DNA分子复制发生于细胞分裂间期，因此，DNA分子的复制与基因突变、细胞分裂也可能会有联系。3．转录和翻译是重点内容。考查焦点主要是对转录和翻译过程的理解，如浙江省2009年第31题第（2）小题和2011年第32题第（3）小题都主要考查此内容。4．蛋白质是生命活动的承担者和体现者，在高考命题中，本部分内容前后联系，灵活性较大，凡是涉及蛋白质的地方都可以相联系。蛋白质的计算、碱基的计算、核糖体的功能、分泌蛋白的合成与分泌、DNA分子的结构、基因突变、酶、激素调节等都可以与之形成综合题。基因突变可能导致性状的改变，也可能不改变生物的性状，而性状由蛋白质体现，因此，基因突变与蛋白质的合成也可综合考查。5．基因决定性状有两种方式：基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状；基因通过控制酶或蛋白质类激素的合成间接决定性状。命题时可以通过实例考查基因决定性状的方式。浙江省2009年第31题第（3）小题主要考查此内容。知识网络热点例析热点一 生物的遗传物质1．肺炎双球菌转化实验与噬菌体侵染细菌实验的比较-10-\n2.几个探索实验整合3．遗传物质总结生物所含核酸所含核苷酸含氮碱基遗传物质细胞生物（原核生物、真核生物）5种：A、T、C、G、U均为DNA病毒病毒RNA1种，为DNA4种脱氧核苷酸4种：A、T、C、GDNADNA病毒1种，为RNA4种核糖核苷酸4种：A、U、C、GRNA【例1】在“噬菌体侵染细菌”的实验中，如果对35-10-\nS标记的噬菌体实验组（甲组）不进行搅拌、32P标记的噬菌体实验组（乙组）保温时间过长，则会出现的异常结果是（ ）A．甲组沉淀物中也会出现较强放射性，乙组上清液中也会出现较强放射性B．甲组上清液中也会出现较强放射性，乙组上清液中也会出现较强放射性C．甲组沉淀物中也会出现较强放射性，乙组沉淀物中也会出现较强放射性D．甲组上清液中也会出现较强放射性，乙组沉淀物中也会出现较强放射性解析：搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体蛋白质外壳与细菌分离，对35S标记的噬菌体实验组（甲组）不进行搅拌，带放射性的蛋白质外壳依然吸附在细菌表面，则甲组沉淀物中也会出现较强放射性；如果保温时间过长，少量被侵染的细菌裂解会释放出有放射性子代噬菌体，乙组上清液中也会出现较强放射性。答案：A方法归纳噬菌体侵染细菌的实验中的放射性分析触类旁通1（2012·浙南、浙北一模）某生物兴趣小组利用同位素示踪法，重复了赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验的部分实验，预测实验结果是：沉淀物中放射性强。可是检测实验结果时，却得到了相反的结果，上清液中放射性强。你认为最可能的原因是（ ）A．实验时间过长，细菌解体，子代噬菌体被释放出来B．实验时间过短，大量的子代噬菌体没有被释放出来C．搅拌力度过大，大量的亲代蛋白质外壳与细菌分离D．搅拌力度过小，大量的亲代蛋白质外壳没有和细菌分离热点二 中心法则中相关过程比较1．DNA复制、转录、翻译、逆转录、RNA复制的比较项目DNA复制转录翻译逆转录RNA复制场所主要在细胞核内主要在细胞核内核糖体——模板DNA的两条链DNA的一条链mRNARNARNA原料4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸20种氨基酸4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸酶DNA解旋酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶等酶逆转录酶等RNA聚合酶等A—T；G—C；A—U；G—C；A—U；G—C；A—T；U—A；C—G；A—U；-10-\n碱基配对原则T—A；C—GT—A；C—GU—A；C—GC—G；G—CG—C；U—A结果两个子代DNA分子mRNA蛋白质DNARNA信息传递DNA→DNADNA→mRNAmRNA→蛋白质RNA→DNARNA→RNA实例绝大多数生物绝大多数生物所有生物艾滋病病毒烟草花叶病毒2.遗传信息、密码子和反密码子遗传信息密码子反密码子概念基因中脱氧核苷酸的排列顺序mRNA中决定一个氨基酸的三个相邻核糖核苷酸tRNA中与mRNA密码子互补配对的三个核糖核苷酸作用控制生物的遗传性状直接决定蛋白质中的氨基酸序列识别密码子，转运氨基酸种类基因中脱氧核苷酸种类、数目和排列顺序的不同，决定了遗传信息的多样性64种，其中61种能翻译出氨基酸，3种终止密码子，不能翻译氨基酸61种（或tRNA也为61种）联系①基因中脱氧核苷酸的序列mRNA中核糖核苷酸的序列；②mRNA中碱基序列与基因模板链中碱基序列互补；③密码子与相应反密码子的序列互补配对3．基因对性状的控制图解【例2】（2012·广州一模）周期性共济失调是一种由常染色体上的基因（用A或a表示）控制的遗传病，致病基因导致细胞膜上正常钙离子通道蛋白结构异常，从而使正常钙离子通道的数量不足，造成细胞功能异常。该致病基因纯合会导致胚胎致死。患者发病的分子机理如下图所示。请回答下列问题。-10-\n（1）图中的过程①是____________，与过程②有关的RNA种类有哪些？____________。如果细胞的核仁被破坏，会直接影响图中____________（结构）的形成。（2）虽然正常基因和致病基因转录出的mRNA长度是一样的，但致病基因控制合成的异常多肽链较正常多肽链短，请根据图示推测其原因。______________________________。（3）图中所揭示的基因控制性状的方式是________________________________。解析：（1）由图看出，①是转录，②是翻译，翻译过程需要mRNA作为模板，tRNA转运氨基酸，rRNA组成翻译场所。核仁与RNA的合成及核糖体的形成有关，如果细胞的核仁被破坏，会直接影响图中核糖体的形成。（2）基因突变使基因中碱基发生替换，使对应的密码子变为终止密码子，虽然正常基因和致病基因转录出的mRNA长度是一样的，但致病基因控制合成的异常多肽链较正常多肽链短。（3）由图看出，基因通过转录和翻译控制蛋白质的结构，蛋白质是生物体性状的主要体现者，基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。答案：（1）转录 tRNA、rRNA、mRNA 核糖体（2）基因中碱基发生替换，使对应的密码子变为终止密码子（3）基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状方法归纳与核酸有关的几种重要的酶：①解旋酶：打开氢键。②DNA聚合酶：连接单个脱氧核苷酸到已有单链上。③DNA连接酶：连接两个DNA片段。④RNA聚合酶：催化合成RNA分子。⑤DNA酶：水解DNA。⑥RNA酶：水解RNA。触类旁通2（2012·浙江宁波期末）图示DNA分子片段（基因）控制蛋白质的合成过程，下面的说法错误的是（ ）A．图中包含8种核苷酸 B．DNA双链中②为模板链C．在③链上可以有若干个核糖体同时进行工作D．⑤代表的氨基酸只能由一种特定转运RNA搬运误区警示1．格里菲思的肺炎双球菌转化实验仅仅证明了加热杀死的S型细菌体内含“转化因子”，并未证明何种物质为遗传物质，艾弗里实验和噬菌体侵染细菌实验才证明了DNA是遗传物质。2．噬菌体侵染细菌实验中，一组噬菌体用32P标记，另一组噬菌体用35S标记，而不是用32P和35S同时标记同一组噬菌体。3．噬菌体侵染细菌实验是探究性实验，起初并不知噬菌体的蛋白质外壳留在外面，只向细菌内注入了DNA。只有通过此实验才明确了此过程，从而也证明了噬菌体的遗传物质是DNA。4．原核细胞内同时有DNA和RNA两种核酸，只有病毒只存在一种核酸。5．真核细胞的转录在细胞核中，翻译在细胞质中，而且是先转录，后翻译（不同时、不同地）；原核细胞无核膜的阻隔，转录出一段RNA，这一部分RNA就可与核糖体结合进行翻译，即转录和翻译同时进行（同时、同地）。6．mRNA、tRNA、rRNA都是由DNA转录而来。7．tRNA呈三叶草形，也具有双链区段，能发生碱基互补配对。8．只有基因才能进行转录，DNA上无遗传效应的片段（相邻基因之间的区段）不能进行转录。-10-\n9．密码子共有64种，决定的氨基酸只有20种。每种氨基酸对应一种或几种密码子，可由一种或几种tRNA转运；但一种密码子只能决定一种氨基酸，且一种tRNA只能转运一种氨基酸。61种决定氨基酸的密码子与tRNA间是一一对应关系。1．S型肺炎双球菌菌株是人类肺炎和小鼠败血症的病原体，而R型菌株却无致病性。下列有关叙述正确的是（ ）A．加热杀死的S型菌与R型菌混合使R型菌转化成S型菌属于基因突变B．S型菌与R型菌的结构不同是由于遗传物质有差异C．肺炎双球菌利用人体细胞的核糖体合成蛋白质D．高温处理过的S型菌蛋白质因变性而不能与双缩脲试剂发生紫色反应2．（2012·江苏苏中三市一模）1952年赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为材料，利用同位素示踪技术进行实验，证明DNA是遗传物质。相关叙述不正确的是（ ）A．用同位素标记的化合物化学性质不变B．选择32P和35S分别标记噬菌体DNA和蛋白质C．实验结果表明噬菌体DNA没有进入大肠杆菌D．混合培养的时间、温度等均可能影响实验结果3．（2012·浙江宁波期末）下图为真核细胞DNA复制过程模式图，相关分析不正确的是（ ）A．酶①为DNA解旋酶，能使DNA双链解开；酶②为DNA聚合酶，可将游离的脱氧核苷酸结合在一起B．图中可体现出边解旋边复制及半保留复制的特点C．在复制完成后，甲、乙可在有丝分裂后期、减数第二次分裂后期分开D．若该DNA分子中复制前有1000个碱基对，其中A200个，则图示过程完成共需C原料300个4．（2012·浙江五校一模）下图为翻译过程，所示的物质或结构彻底水解后产物种类最多的是（ ）A．①B．②C．③D．④5．用15N标记含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在14N的培养基中连续复制4次。其结果可能是（ ）A．含有15N的DNA分子占1/8B．含有14N的DNA分子占7/8C．复制过程中需腺嘌呤脱氧核苷酸320个D．复制结果共产生8个DNA分子6．（2012·浙江五校一模）下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法，不正确的是（ ）A．在DNA分子结构中，与脱氧核糖直接相连的一般是一个磷酸基和一个碱基B．基因一般是具有遗传效应的DNA片段，一个DNA分子上可含有成百上千个基因-10-\nC．一个基因含有许多个脱氧核苷酸，基因的特异性是由脱氧核苷酸的种类、数目和排列顺序决定的D．染色体是DNA的主要载体，一条染色体上含有1个或2个DNA分子7．下面甲图表示真核细胞中遗传信息的流动方向，乙图表示蛋白质合成、加工、运输、分泌的途径，请据图回答下列问题。（在[ ]中填图中序号）甲图乙图（1）甲图中，过程①发生在有丝分裂的间期和______________前的间期；催化过程②的酶有________________；过程③的实质是将mRNA中的碱基序列翻译为蛋白质的________________；若a、b为mRNA的两端，则核糖体在mRNA上的移动方向是________________。（2）乙图接收信号的物质基础是________________，对物质⑥进行加工、分类、包装的细胞器是[ ]________________。若乙是人体细胞，则人在安静状态和剧烈运动状态下，消耗等量氧气，产生二氧化碳量前者______后者；将乙细胞进行离体培养，则培养液含有糖、氨基酸、无机盐、微量元素等营养物质，通常还需要加入________________等一些天然成分。8．回答下列关于遗传密码破译的相关问题。（1）1954年，科学家对遗传密码进行探讨，RNA分子中有____________种碱基，构成生物体的蛋白质分子中约有____________种氨基酸，因此编码一个氨基酸至少需要____________个相邻的碱基，才能组合出构成蛋白质全部氨基酸所需的遗传密码。（2）科学家进一步讨论遗传密码的阅读方式：重叠或非重叠的方式（阅读框如下图）。如果密码的阅读方式是非重叠的，一个碱基的替换最多会影响____________个氨基酸；如果密码的阅读方式是重叠的，一个碱基的替换最多影响____________个氨基酸。后来人们发现在镰刀形细胞贫血症患者的血红蛋白中仅有一个氨基酸发生了改变，这说明密码的阅读方式是____________。非重叠阅读方式：重叠阅读方式：（3）1961年，克里克和其同事用噬菌体做实验，如果DNA分子缺失或插入1个、2个、4个碱基，所得到的重组体都是严重缺陷的，不能感染大肠杆菌；而缺失或插入3个核苷酸，所得到的重组体却具有感染性。这为遗传密码是由____________个碱基构成，阅读方式是____________的，以及遗传密码之间______（填“有”或“无”）分隔符的观点提供了实验证据。（4）尼伦伯格使用只有尿嘧啶的多聚核糖核苷酸，在无细胞的蛋白质合成体系中合成了多聚苯丙氨酸，由此推断苯丙氨酸的反密码子是____________。-10-\n参考答案命题调研·明晰考向考场传真1．B 解析：孟德尔并没有弄清楚遗传因子的化学本质，遗传因子（即基因）是DNA的事实是艾弗里首先在实验中证明的；在噬菌体侵染细菌的实验中，赫尔希和蔡斯并没有把DNA和蛋白质进行分离提纯，但使用同位素示踪的技术将DNA和蛋白质进行了分开研究，说服力更强；在沃森、克里克之前，查哥夫已证明DNA中嘌呤数与嘧啶数是相等的；烟草花叶病毒感染烟草实验只能说明烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，不能说明其他病毒的遗传物质也是RNA。2．C 解析：据图可知，转录和翻译过程同时进行，由此判断该过程发生在原核细胞内，C项正确。真核细胞核内转录完成后，初始转录的mRNA经加工修饰后通过核孔进入细胞质，与核糖体结合完成翻译过程，转录和翻译不能同时进行，A、D两项错误。核糖体沿mRNA移动合成肽链的过程为翻译而不是转录，B项错误。3．解析：基因表达过程包括转录和翻译，转录时，首先与B基因启动部位结合的酶是RNA聚合酶，RNA中4500个碱基只翻译出了167个氨基酸，说明并不是全部的RNA都翻译出氨基酸，RNA需要加工后才能翻译，进行翻译时，1min内合成了100个瘦素蛋白，翻译速度非常迅速，原因是一条mRNA分子可与多个核糖体结合，同时进行多条肽链的合成。基因中的ACT转录出的mRNA应为UGA，这时翻译终止，说明终止密码子为UGA。答案：RNA聚合酶 转录出来的RNA需要加工才能翻译 一条mRNA上有多个核糖体同时翻译 UGA4．答案：（1）核糖体 反密码子 G酶降低反应的活化能（2）血浆中的H2S不仅仅由G酶催化产生 基因可通过控制G酶的合成来控制H2S的浓度体系构建·聚焦热点热点例析【触类旁通1】A 解析：该实验中，沉淀物主要是细菌体，上清液主要含有噬菌体及其蛋白质外壳。该小组得到上清液中放射性强的结果，原因可能是实验时间过长，细菌解体，子代噬菌体被释放出来。【触类旁通2】D 解析：一种氨基酸可能有多种遗传密码与之匹配，由于密码子与转运RNA上的反密码子是一一对应的关系，也就是说一种氨基酸可能被多种转运RNA运输。创新模拟·预测演练1．B 解析：加热杀死的S型菌与R型菌混合使R型菌转化成S型菌属于基因重组；肺炎双球菌利用自身的核糖体合成蛋白质；高温处理过的蛋白质因变性空间结构被破坏，但双缩脲试剂仍可以和肽键发生紫色反应。2．C 解析：同位素可用于追踪物质的运行和变化规律，用示踪元素标记的化合物，其化学性质不变；噬菌体的DNA和蛋白质分别用32P和35S标记；新得到的噬菌体可检测到放射性32P，而没检测到35S，说明进入大肠杆菌的是DNA，而不是蛋白质。3．D 解析：DNA分子中A与C之和等于碱基总数的1/2。有1000对碱基的DNA片段中有C碱基800个，即复制一次需要C800个；复制后的两个DNA分子位于两条染色单体上，它们可在姐妹染色单体分开时而分离。4．B 解析：①②③④分别表示mRNA、核糖体（由RNA和蛋白质组成）、tRNA、肽链。②的成分最复杂，故其彻底水解后得到的产物最多。5．A 解析：DNA分子复制4次，共得到16个DNA分子，其中有2个DNA各有1条链带15N标记，因DNA分子为半保留复制，所有的DNA分子中均带14N标记；1个DNA分子中有腺嘌呤100－60＝40个，复制4次相当于合成了15个DNA分子，共消耗腺嘌呤15×40＝600个。6．A 解析：在DNA分子结构中，与脱氧核糖直接相连的一般是2个磷酸基和1个碱基。DNA主要存在于染色体上，当染色体复制后，一条染色体含有2个DNA分子。7．解析：-10-\n（1）甲图考查了真核细胞中遗传信息的流动过程。过程①为DNA的复制，发生在有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期；过程②为遗传信息的转录过程，该过程需有RNA聚合酶的催化；过程③为遗传信息的翻译过程，核糖体在mRNA上沿着密码子不断向前移动，翻译出具有特定氨基酸序列的蛋白质。（2）乙图接收信号的物质是细胞膜上的受体，其化学本质是糖蛋白。高尔基体能够对来自内质网的蛋白质进行加工、分类、包装；人体在安静状态下细胞主要进行有氧呼吸，在剧烈运动状态下同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，但无氧呼吸产物为乳酸，故安静状态和剧烈运动状态下，消耗等量氧气，产生二氧化碳量相等；动物细胞培养时需要加入一定量的血浆、血清等天然成分。答案：（1）减数第一次分裂 RNA聚合酶 氨基酸序列 a→b（2）糖蛋白 ④ 高尔基体 等于 血浆、血清8．答案：（1）4 20 3 （2）1 3 非重叠的 （3）3 非重叠 无 （4）AAA-10-
