专题7　遗传的分子基础

人类对遗传物质的探索过程

命题剖析

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1

以列表比较的形式考查艾弗里的“肺炎双球菌侵染细菌的实验”,考查学生对该实验的理解、分析能力,主要以选择题的形式考查







2

以选择题的形式考查“噬菌体侵染细菌的实验”现象及结论,考查学生对该实验的分析能力







3

以新情景考查“噬菌体侵染细菌的实验”的结果预测分析,考查学生获取、处理信息的能力。选择题是常见题型





命题

动向

人类对遗传物质的探索过程的经典实验拓展应用一直受命题专家的青睐,预计仍为明年命题的热点。题目主要围绕实验的操作、处理方法、现象、结论的比较分析,题型以选择题为主





1.(2012年重庆理综卷,2,6分)针对耐药菌日益增多的情况,利用噬菌体作为一种新的抗菌治疗手段的研究备受关注。下列有关噬菌体的叙述,正确的是(　　)

A.利用宿主菌的氨基酸合成子代噬菌体的蛋白质

B.以宿主菌DNA为模板合成子代噬菌体的核酸

C.外壳抑制了宿主菌的蛋白质合成,使该细菌死亡

D.能在宿主菌内以二分裂方式增殖,使该细菌裂解

解析:噬菌体侵入宿主细胞后,在亲代噬菌体DNA的指导下,利用宿主菌细胞中的原料氨基酸和脱氧核糖核苷酸合成噬菌体的蛋白质和DNA;噬菌体侵染细菌后,消耗细菌细胞内的物质,导致细菌死亡;噬菌体不具有细胞结构,不能以二分裂方式增殖,二分裂是原核生物增殖的方式,噬菌体在宿主菌体内合成DNA和蛋白质后,组装成子代噬菌体,噬菌体成熟后释放,使细菌裂解。

答案:A。

2.(2012年江苏生物,2,2分)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RNA

解析:本题考查人类对遗传物质探索科学史的相关知识。孟德尔发现了遗传因子并总结出了遗传规律,但没有证实遗传的化学本质,故A错。沃森和克里克提出的DNA双螺旋结构中嘧啶数等于嘌呤数,故C错。烟草花叶病毒感染烟草实验只能证明烟草花叶病毒的遗传物质是RNA,一些病毒(如噬菌体)的遗传物质是DNA,故D错。

答案:B。

3.(2011年广东理综卷)艾弗里和同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验,结果如下表。从表可知(　　)

实验组号

接种菌型

加入S型菌物质

培养皿长菌情况



①

R

蛋白质

R型



②

R

荚膜多糖

R型



③

R

DNA

R型、S型



④

R

DNA(经DNA

酶处理)

R型





A.①不能证明S型菌的蛋白质不是转化因子

B.②说明S型菌的荚膜多糖有酶活性

C.③和④说明S型菌的DNA是转化因子

D.①~④说明DNA是主要的遗传物质

解析:本题考查艾弗里体外转化实验的结论及分析。据①可知,蛋白质不能引起R型菌转化为S型菌,故蛋白质不是转化因子。酶的化学本质为蛋白质或RNA,多糖不具有酶活性。加入DNA的一组中转化出现了S型菌,而将DNA水解后则不能完成转化,③和④对照可说明DNA是转化因子。DNA是主要的遗传物质是相对于整个生物界而言的,而非针对某一种生物,此实验只能证明DNA是遗传物质。

答案:C。

4.(2011年江苏卷)关于“噬菌体侵染细菌的实验”的叙述,正确的是(　　)

A.分别用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培养基培养噬菌体

B.分别用35S和32P标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌,进行长时间的保温培养

C.用35S标记噬菌体的侵染实验中,沉淀物存在少量放射性可能是搅拌不充分所致

D.32P、35S标记的噬菌体侵染实验分别说明DNA是遗传物质、蛋白质不是遗传物质

解析:对噬菌体进行标记,应先分别在含有放射性同位素35S和32P的培养基中培养大肠杆菌,再用上述大肠杆菌培养噬菌体;在侵染过程中须经过短时间的保温;C项沉淀物中含有少量放射性35S,可能是搅拌不充分,含35S的蛋白质外壳没有脱落所致;因为在侵染实验中蛋白质没有进入大肠杆菌,不能说明蛋白质不是遗传物质。

答案:C。

DNA分子的结构与复制

命题剖析

考向

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1

以选择题形式考查DNA分子的结构特点或碱基的比例,考查学生对DNA分子结构的理解能力及计算能力







2

考查DNA分子复制的过程、条件、特点或对DNA分子复制方式进行探究,考查学生对DNA复制的理解及运用能力,题型灵活多变







3

结合同位素标记考查DNA复制的方式、特点,考查学生对DNA复制过程、特点的理解。选择题和非选择题均是常考题型





命题

动向

该考点是高考考查的高频点,题目涉及DNA分子的结构特点、DNA分子复制的条件、特点及相关计算等,命题将结合其他章节如细胞分裂、生物变异等内容进行综合考查,题型既有选择题也有非选择题





1.(2012年福建理综卷,5,6分)双脱氧核苷酸常用于DNA测序,其结构与脱氧核苷酸相似,能参与DNA的合成,且遵循碱基互补配对原则。DNA合成时,在DNA聚合酶作用下,若连接上的是双脱氧核苷酸,子链延伸终止;若连接上的是脱氧核苷酸,子链延伸继续。在人工合成体系中,有适量的序列为GTACATACATG的单链模板、胸腺嘧啶双脱氧核苷酸和4种脱氧核苷酸。则以该单链为模板合成出的不同长度的子链最多有(　　)

A.2种 B.3种 C.4种 D.5种

解析:因为单链中有4个腺嘌呤脱氧核苷酸,所以就有4个位置可能结合上胸腺嘧啶双脱氧核苷酸,所以就有了5种长度的子链。

答案:D。

2.(2012年山东理综卷,5,4分)假设一个双链均被32P标记的噬菌体DNA由5 000个碱基对组成,其中腺嘌呤占全部碱基的20%。用这个噬菌体侵染只含31P的大肠杆菌,共释放出100个子代噬菌体。下列叙述正确的是(　　)

A.该过程至少需要3×105个鸟嘌呤脱氧核苷酸

B.噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶等

C.含32P与只含31P的子代噬菌体的比例为1∶49

D.该DNA发生突变,其控制的性状即发生改变

解析:A错误,根据题干数据,一个DNA分子中有鸟嘌呤脱氧核苷酸3 000个,释放出100个子代噬菌体,因为有亲代的DNA在内,所以相当于重新合成了99个DNA,需要鸟嘌呤脱氧核苷酸3 000×99个;B错误,模板是噬菌体提供的,原料和酶由细菌提供;C正确,因为100个噬菌体中只有2个噬菌体有32P(这2个噬菌体各有一条链含32P,另一条链含31P),另外98个只有31P;D错误,由于密码子的简并性等原因,DNA即使发生了突变,其控制的性状也不一定发生改变。

答案:C。

3.(2011年海南卷)关于核酸生物合成的叙述,错误的是(　　)

A.DNA的复制需要消耗能量

B.RNA分子可作为DNA合成的模板

C.真核生物的大部分核酸在细胞核中合成

D.真核细胞染色体DNA的复制发生在有丝分裂前期

解析:本题考查DNA分子的复制。逆转录发生时就是以RNA为模板合成DNA。细胞核是DNA复制和转录的主要场所。真核细胞染色体DNA的复制发生在有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期。

答案:D。

4.(2010年山东理综卷)蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷培养基中完成一个细胞周期,然后在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期,其染色体的放射性标记分布情况是(　　)

A.每条染色体的两条单体都被标记

B.每条染色体中都只有一条单体被标记

C.只有半数的染色体中一条单体被标记

D.每条染色体的两条单体都不被标记

解析:蚕豆的根尖细胞完成一个细胞周期后,根据DNA半保留复制的特点,形成的子细胞中染色体上的DNA都只有一条链具有放射性,另一条链不具有放射性,即每条染色体都具有放射性。当在不具有放射性标记的培养基中接着进行下一个细胞周期时,完成DNA复制后,有丝分裂前期以及中期每条染色体都含有两条染色单体,每条染色单体含有一个DNA分子,这两个DNA分子一个具有放射性,一个没有放射性,即细胞中每条染色体含有的两条染色单体(两个DNA分子)都是一条染色单体(一个DNA分子)被标记,另一条染色单体(另一个DNA分子)不被标记。

答案:B。

5.(2010年北京理综卷)科学家以大肠杆菌为实验对象,运用同位素示踪技术及密度梯度离心方法进行了DNA复制方式的探索实验,实验内容及结果见下表。

组别

1组

2组

3组

4组



培养液中

唯一氮源

14NH4Cl

15NH4Cl

14NH4Cl

14NH4Cl



繁殖代数

多代

多代

一代

两代



培养产物

A

B

B的子Ⅰ代

B的子Ⅱ代



操作

提取DNA并离心



离心结果

仅为轻带

(14N/14N)

仅为重带

(15N/15N)

仅为中带

(15N/14N)

1/2轻带

(14N/14N)

1/2中带

(15N/14N)





请分析并回答:

(1)要得到DNA中的N全部被放射性标记的大肠杆菌B,必须经过　　　　代培养,且培养液中的　　　　是唯一氮源。?

(2)综合分析本实验的DNA离心结果,第　　　　组结果对得到结论起到了关键作用,但需把它与第　　　　组和第　　　　组的结果进行比较,才能说明DNA分子的复制方式是　　　　。?

(3)分析讨论:

①若子Ⅰ代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带,则“重带”DNA来自于　　　　,据此可判断DNA分子的复制方式不是　　　　复制。?

②若将子Ⅰ代DNA双链分开后再离心,其结果　　　　(选填“能”或“不能”)判断DNA的复制方式。?

③若在同等条件下将子Ⅱ代继续培养,子n代DNA离心的结果是:密度带的数量和位置　　　　,放射性强度发生变化的是　　　　带。?

④若某次实验的结果中,子Ⅰ代DNA的“中带”比以往实验结果的“中带”略宽,可能的原因是新合成DNA单链中的N尚有少部分为　　　　。?

解析:(1)根据表中的第2组实验结果可以看出,将大肠杆菌培养在15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养多代,才可得到DNA中的N全部被放射性标记的大肠杆菌B。

(2)要证明DNA的复制为半保留复制,需要证明后代DNA的两条链一条是原来的,另一条是新合成的,第3组的实验展示了将DNA被15N标记的大肠杆菌放在14N的培养液中培养,子Ⅰ代的DNA仅有15N/14N,再结合第1组和第2组的实验可以说明DNA的复制为半保留复制。

(3)①“轻带”DNA为14N/14N DNA,“重带”DNA为15N/15N DNA,根据表中信息“重带”DNA来自于B。出现该结果只能是后代DNA的两条链或全是原来的,或全是新合成的,说明DNA分子的复制方式不是半保留复制。

②若将子Ⅰ代DNA双链分开后再离心,则无法判断后代DNA的两条链的来源,不能判断DNA的复制方式。

③DNA是半保留复制,不管复制多少代,两条母链始终存在,所以在同等条件下将子Ⅱ代继续培养,子n代DNA的情况为有两个为14N/15N DNA,其余全为14N/14N DNA,所以子n代DNA离心结果是:密度带的数量始终是一条中带、一条轻带,位置也没有变化,中带的放射性强度不变,轻带的放射性强度增加。

④“中带”为15N/14N DNA,“中带”略宽,说明新合成的DNA单链中尚有少部分15N。

答案:(1)多　15NH4Cl

(2)3　1　2　半保留复制

(3)①B　半保留　②不能　③没有变化　轻　④15N

遗传信息的转录和翻译

命题剖析

考向

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1

以示意图等形式考查DNA的结构、特点、转录过程及与DNA分子复制的区别,考查学生对DNA分子复制与转录过程的理解能力及对二者区别的分析能力。选择题是常见题型







2

以选择题或非选择题等形式考查转录、翻译过程及其调控机制,考查学生的识图能力及理解、推理分析等综合思维能力







3

以选择题的形式考查中心法则相关内容及基因对性状的控制,考查学生获取信息、分析问题的能力





命题

动向

遗传信息的转录和翻译部分是高考的重点,内容侧重转录与翻译的具体过程、条件、特点及碱基数目的计算等,题型多样化,选择题、非选择题均有。对中心法则和基因与性状的关系的考查以选择题为主,可能会结合具体实例分析基因控制性状的模式或遗传信息传递的过程





1.(2012年课标全国卷,1,6分)同一物种的两类细胞各产生一种分泌蛋白,组成这两种蛋白质的各种氨基酸含量相同,但排列顺序不同。其原因是参与这两种蛋白质合成的(　　)

A.tRNA种类不同

B.mRNA碱基序列不同

C.核糖体成分不同

D.同一密码子所决定的氨基酸不同

解析:本题考查基因的表达等知识。基因控制蛋白质合成的过程包括转录和翻译,转录形成的mRNA是蛋白质合成的模板,同一物种的两类细胞合成的分泌蛋白中各种氨基酸含量相同,但排列顺序不同,说明基因控制合成的mRNA中碱基的排列顺序不同。

答案:B。

2.

(2012年安徽理综卷,5,6分)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

解析:本题考查原核细胞与真核细胞转录与翻译的区别。原核细胞无细胞核,转录和翻译在细胞质中同时进行,而真核细胞转录在细胞核内,翻译在细胞质中,两者是分开进行的。图示转录和翻译同时进行,且无细胞核结构,故为原核细胞,A、D错;转录是形成mRNA过程,故B错。

答案:C。

3.(2011年海南卷)野生型大肠杆菌能在基本培养基上生长,用射线照射野生型大肠杆菌得到一突变株,该突变株在基本培养基上培养时必须添加氨基酸甲后才能生长。对这一实验结果的解释,不合理的是(　　)

A.野生型大肠杆菌可以合成氨基酸甲

B.野生型大肠杆菌代谢可能不需要氨基酸甲

C.该突变株可能无法产生氨基酸甲合成所需的酶

D.该突变株中合成氨基酸甲所需酶的功能可能丧失

解析:本题考查基因对性状的控制相关知识。突变株必须在添加氨基酸甲的培养基上才能生长,表明氨基酸甲是大肠杆菌代谢所必需的,但野生型大肠杆菌可合成氨基酸甲,故A正确、B错误。突变株不能合成氨基酸甲可能是因为相关酶缺失或结构功能异常,故C、D正确。

答案:B。

4.(2011年海南卷)关于RNA的叙述,错误的是(　　)

A.少数RNA具有生物催化作用

B.真核细胞内mRNA和tRNA都是在细胞质中合成的

C.mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基称为密码子

D.细胞中有多种tRNA,一种tRNA只能转运一种氨基酸

解析:本题考查基因表达的相关知识。真核生物转录主要发生在细胞核中,即真核生物的RNA主要在细胞核中合成,故B错误。细胞中有多种tRNA,一种tRNA只能转运一种氨基酸,但一种氨基酸可能由多种tRNA转运,D正确。

答案:B。

5.(2011年安徽理综卷)甲、乙图示真核细胞内两种物质的合成过程,下列叙述正确的是(　　)

A.甲、乙所示过程通过半保留方式进行,合成的产物是双链核酸分子

B.甲所示过程在细胞核内进行,乙在细胞质基质中进行

C.DNA分子解旋时,甲所示过程不需要解旋酶,乙需要解旋酶

D.一个细胞周期中,甲所示过程在每个起点只起始一次,乙可起始多次

解析:本题考查DNA复制和转录的相关知识。据图可知,甲所示过程为DNA复制,乙所示过程为转录。DNA复制为半保留复制,其产物是双链DNA分子;转录结束后DNA是全保留的,其产物为单链RNA,故A错误。DNA复制和转录的主要场所都是细胞核,且都需要解旋酶,故B、C项错。一个细胞周期中DNA只进行一次复制,而转录则可多次发生,故D正确。

答案:D。

6.(2011年江苏卷)下列物质合成时,需要模板的是(　　)

A.磷脂和蛋白质　　　　　　　B.DNA和酶

C.性激素和胰岛素 D.神经递质和受体

解析:本题考查基因的复制、转录、翻译等知识。其中核酸与蛋白质的合成都需要模板。而磷脂、性激素、神经递质都不是蛋白质或核酸,故其合成不需要模板。

答案:B。

7.(2010年广东理综卷)下列叙述正确的是(　　)

A.DNA是蛋白质合成的直接模板

B.每种氨基酸仅由一种密码子编码

C.DNA复制就是基因表达的过程

D.DNA是主要的遗传物质

解析:蛋白质合成的直接模板是mRNA,有的氨基酸由多种密码子编码,DNA复制与基因表达属两个过程。大多数生物的遗传物质是DNA,所以DNA是主要的遗传物质。

答案:D。

8.(2010年海南卷)下列关于遗传信息传递的叙述,错误的是(　　)

A.线粒体和叶绿体中遗传信息的传递遵循中心法则

B.DNA中的遗传信息是通过转录传递给mRNA的

C.DNA中的遗传信息可决定蛋白质中氨基酸的排列顺序

D.DNA病毒中没有RNA,其遗传信息的传递不遵循中心法则

解析:线粒体和叶绿体中也有少量的 DNA和RNA,其能够进行DNA 的复制、转录和翻译的过程,遵循中心法则,A正确;DNA能够通过转录将遗传信息传递给mRNA,进一步通过翻译完成蛋白质的合成,所以DNA中的遗传信息可决定蛋白质中氨基酸的排列顺序,故B、C正确;DNA病毒中只有DNA,能在宿主细胞中进行DNA复制、转录、翻译,故其遗传信息的传递遵循中心法则,D不正确。

答案:D。

9.(2010年天津理综卷)根据下表中的已知条件,判断苏氨酸的密码子是

DNA双链











T

G





mRNA









tRNA反密码子





A



氨基酸

苏氨酸





A.TGU B.UGA

C.ACU D.UCU

解析:mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸,每3个这样的碱基称作1个密码子。据表,mRNA上的密码子和tRNA上的反密码子互补配对,可推知mRNA上的密码子最后的碱基为U;DNA的一条链为TG　,另一条链为AC　,若DNA转录时的模板链为TG　链,则mRNA的密码子为ACU,若DNA转录时的模板链为AC　链,则mRNA的密码子为UGU。因此据选项可知苏氨酸的密码子为ACU。?

答案:C。

本题考查转录、翻译过程中碱基互补配对有关知识,解答本题要注意以下关键点:(1)密码子是mRNA上相邻的三个碱基。(2)mRNA上的碱基和DNA模板链上的碱基互补配对。

(3)mRNA上的密码子和tRNA上的反密码子互补配对。

10.(2010年江苏卷)铁蛋白是细胞内储存多余Fe3+的蛋白,铁蛋白合成的调节与游离的Fe3+、铁调节蛋白、铁应答元件等有关。铁应答元件是位于铁蛋白mRNA起始密码上游的特异性序列,能与铁调节蛋白发生特异性结合,阻遏铁蛋白的合成。当Fe3+浓度高时,铁调节蛋白由于结合Fe3+而丧失与铁应答元件的结合能力,核糖体能与铁蛋白mRNA一端结合,沿mRNA移动,遇到起始密码后开始翻译(如图所示)。回答下列问题:

(1)图中甘氨酸的密码子是　　　　,铁蛋白基因中决定“…—○甘　—○天　—○色　—…”的模板链碱基序列为　。?

(2)Fe3+浓度低时,铁调节蛋白与铁应答元件结合干扰了　　　　　　　　　　　　,从而抑制了翻译的起始;Fe3+浓度高时,铁调节蛋白由于结合Fe3+而丧失与铁应答元件的结合能力,铁蛋白mRNA能够翻译。这种调节机制既可以避免　　　　对细胞的毒性影响,又可以减少　?

　。?

(3)若铁蛋白由n个氨基酸组成,指导其合成的mRNA的碱基数远大于3n,主要原因是　。?

(4)若要改造铁蛋白分子,将图中色氨酸变成亮氨酸(密码子为UUA、UUG、CUU、CUC、CUA、CUG),可以通过改变DNA模板链上的一个碱基来实现,即由　　　　。?

解析:(1)由图中翻译的方向可知:决定天冬氨酸的密码子是GAC、甘氨酸的密码子是GGU、色氨酸的密码子是UGG,所以铁蛋白基因中决定“…○甘—○天—○色—…”的模板碱基序列为“…CCACTGACC…”或反过来写“…CCAGTCACC…”

(2)Fe3+浓度低时,铁调节蛋白与铁应答元件结合干扰了核糖体在mRNA上的结合与移动,抑制翻译过程;Fe3+浓度高时,铁调节蛋白结合Fe3+失去与铁应答元件的结合能力,铁蛋白mRNA能够翻译,避免了Fe3+过多造成的毒性,又可减少细胞内物质和能量的浪费。

(3)mRNA的两端(起始密码前、终止密码及以后)不编码氨基酸,造成mRNA的碱基数远大于3n。

(4)若由决定色氨酸的密码子改为决定亮氨酸的密码子且只改变DNA模板链上的一个碱基,则密码子应由:UGG变为UUG,DNA模板上则由C变为A。

答案:(1)GGU　…CCACTGACC…(…CCAGTCACC…)

(2)核糖体在mRNA上的结合与移动　Fe3+　细胞内物质和能量的浪费

(3)mRNA两端存在不翻译的序列

(4)C→A

本题通过图示和文字展示了Fe3+、铁应答元件、铁调节蛋白调节翻译过程的机制,考查比较、判断、推理、分析等综合思维能力以及识图能力。本题以下几个地方容易出现错误:(1)小题容易混淆密码子和反密码子。(2)小题不能从新情境中获取信息造成不能正确理解铁调节蛋白、铁应答元件。(3)小题不能准确掌握翻译的过程,错误理解起始密码、终止密码的作用。