专题05 遗传的分子基础-2021届高考生物必背知识手册

专题05 遗传的分子基础-2021届高考生物必背知识手册

1 专题 05 遗传的分子基础 书本黑体字速记 1.艾弗里通过体外转化实验证明了 DNA 是遗传物质。 2.因为绝大多数生物的遗传物质是 DNA，所以说 DNA 是主要的遗传物质。 3.凡是具有细胞结构的生物，其遗传物质是 DNA，没有细胞结构的生物的遗传物质是 DNA 或 RNA。 4.DNA 双螺旋结构的主要功能特点是；(1)DNA 分子是由两条链组成，这两条链按反向平行 方式盘旋成双螺旋结构。(2)DNA 分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基 本骨架；碱基排列内侧。(3)两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对有一定 的规律：A 一定与 T 配对；G 一定与 C 配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫作碱基 互补配对原则。 5.DNA 分子的复制是一个边解旋边复制的过程，复制需要模板、原料、能量和酶(解旋酶、 DNA 聚合酶)等基本条件。DNA 分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板；通过碱 基互补配对，保证了复制能够准确地进行。 6.DNA 分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。DNA 分子上分布着多 个基因，基因是有遗传效应的 DNA 片段，基因在染色体上呈线性排列，染色体是基因的主 要载体，叶绿体和线粒体中的 DNA 上也有基因存在。 7.遗传信息的传递是通过 DNA 分子的复制来完成的,从亲代 DNA 传到子代 DNA，从亲代个 体传到子代个体。 8.由于不同基因的脱氧核苷酸的排列顺序（碱基顺序）不同，因此不同的基因含有不同的遗 传信息（即：基因的脱氧核苷酸的排列顺序就代表遗传信息。） 9.基因的表达是通过 DNA 控制蛋白质的合成来实现的，包括转录(在细胞核中， 以 DNA 的 一条链为模板合成）和翻译（在细胞质中，以 mRNA 为模板合成具有一定顺序的蛋白质的 过程)两个过程。 10.遗传密码是指信使 RNA 上的核糖核苷酸的排列顺序。 11.密码子是指信使 RNA 上的决定—个氨基酸的三个相邻的碱基。信使 RNA 上四种碱基的 组合方式有 64 种，其中，决定氨基酸的有 61 种，3 种是终止密码子。 12.基因对性状的控制方式有两种：一是基因通过控制酶的合成来控制代谢过程：进而控制 2 生物的性状；二是基因还能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。 13.生物个体基因型和表现型的关系是：基因型是性状表观的内在因素，而表现型则是基因 型的表现形式。在个体发育过程中，生物个体的表现型不仅要受到内在基因的控制，也要受 到环境条件的影响表现型是基因型和环境相互作用的结果。 必背基础知识点 1.①格里菲思的肺炎双球菌体内转化实验得出的结论是：加热杀死的 S 型细菌中含有某种转 化因子使 R 型活细菌转化为 S 型活细菌。②艾弗里的肺炎双球菌体外转化实验得出的结论 是：DNA 是遗传物质，蛋白质等不是遗传物质。③肺炎双球菌转化的实质是：基因重组。 2.①赫尔希和蔡斯的 T2 噬菌体侵染大肠杆菌实验证明了 DNA 是遗传物质。②T2 噬菌体是 一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，由 DNA 和蛋白质外壳组成。 3.DNA 病毒和细胞生物的遗传物质是 DNA，RNA 病毒的遗传物质是 RNA。 4.证明 DNA 是遗传物质的实验思路是：将 DNA、蛋白质等组成生物的各种物质分离开，单 独地、直接地观察它们的生理作用。 5.DNA 分子两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构，脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外 侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。 6.科学家运用同位素标记技术，采用假说一演绎法，证实了 DNA 以半保留方式复制。 7.DNA 分子中脱氧核苷酸（碱基对）的排列顺序代表了遗传信息。 8.DNA 复制具有边解旋边复制、半保留复制的特点，主要发生在细胞核中，需要有模板、 原料、酶和能量。 9.DNA 复制需要解旋酶（解开氢键）和 DNA 聚合酶参与。 10.对于细胞生物和 DNA 病毒，基因是有遗传效应的 DNA 片段，其主要载体是染色体，线 粒体和叶绿体中也存在基因。 11.RNA 与 DNA 在化学组成上的区别在于：RNA 中含有核糖和尿嘧啶，DNA 中含有脱氧核 糖和胸腺嘧啶。 12.转录是以 DNA 的一条链作为模板，主要发生在细胞核中，以 4 种核糖核苷酸为原料。 13.翻译是在细胞质中进行，指以 mRNA 为模板，合成蛋白质的过程。翻译时，核糖体沿着 mRNA 移动。 14.基因与性状之间并不是简单的一一对应关系。 15.启动子的作用是：RNA 聚合酶识别和结合的位点，它与终止子都位于 DNA 上，是转录 开始和结束的信号。 16.遗传密码/密码子位于 mRNA 上，起始密码子和终止密码子分别是翻译开始和结束的信号。 17.密码子共 64 种,其中起始密码子有 2 种,能决定氨基酸，它们是 AUG(甲硫氨酸)和 GUG（缬 3 氨酸）；终止密码子有三种，不能决定氨基酸，决定氨基酸的密码子有 61 种。 18.反密码子在 tRNA 上，共 61 种，一种 tRNA 只能携带一种氨基酸，一种氨基酸可由一种 或几种 tRNA 转运。 19.密码子的特点是通用性和简并性。 20.一种密码子只能决定一种氨基酸，但一种氨基酸可以由多种密码子来决定。 21.基因对性状的控制有两条途径，一是基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制 生物性状(间接控制）二是基因通过控制蛋白质结构直接控制生物的性状。 22.DNA 是主要的遗传物质 ① 生物的遗传物质：在整个生物界中绝大多数生物是以 DNA 作为遗传物质的。有 DNA 的生物（细胞结构的生物和 DNA 病毒），DNA 就是遗传物质；只有少数病毒（如艾滋病毒、 SARS 病毒、禽流感病毒等）没有 DNA，只有 RNA，RNA 才是遗传物质。 ②证明 DNA 是遗传物质的实验设计思想：设法把 DNA 和蛋白质分开，单独地、直接地 去观察 DNA 的作用。 23.DNA 分子的结构和复制 ①DNA 分子的结构 a.基本组成单位：脱氧核苷酸（由磷酸、脱氧核糖和碱基组成）。 b.脱氧核苷酸长链：由脱氧核苷酸按一定的顺序聚合而成 c.平面结构： d.空间结构：规则的双螺旋结构。 e.结构特点：多样性、特异性和稳定性。 ②DNA 的复制 a.时间：有丝分裂间期或减数第一次分裂间期 b .特点：边解旋边复制；半保留复制。 c.条件：模板（DNA 分子的两条链）、原料（四种游离的脱氧核苷酸）、酶（解旋酶， DNA 聚合酶，DNA 连接酶等），能量（ATP） d.结果：通过复制产生了与模板 DNA 一样的 DNA 分子。 e.意义：通过复制将遗传信息传递给后代，保持了遗传信息的连续性。 24.基因的结构及表达 ①基因的概念：基因是具有遗传效应的 DNA 分子片段，基因在染色体上呈线性排列。 ②基因控制蛋白质合成的过程： 4 转录：以 DNA 的一条链为模板通过碱基互补配对原则形成信使 RNA 的过程。 翻译：在核糖体中以信使 RNA 为模板，以转运 RNA 为运载工具合成具有一定氨基酸 排列顺序的蛋白质分子 25．DNA 是使 R 型细菌产生稳定的遗传变化的物质，而噬菌体的各种性状也是通过 DNA 传递给后代的，这两个实验证明了 DNA 是遗传物质。 26．一切生物的遗传物质都是核酸。细胞内既含 DNA 又含 RNA 和只含 DNA 的生物遗传物 质是 DNA，少数病毒的遗传物质是 RNA。由于绝大多数的生物的遗传物质是 DNA，所以 DNA 是主要的遗传物质。 27．碱基对排列顺序的千变万化，构成了 DNA 分子的多样性，而碱基对的特定的排列顺序， 又构成了每一个 DNA 分子的特异性。这从分子水平说明了生物体具有多样性和特异性的原 因。 28．遗传信息的传递是通过 DNA 分子的复制来完成的。基因的表达是通过 DNA 控制蛋白 质的合成来实现的。 29．DNA 分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板；通过碱基互补配对，保证了复 制能够准确地进行。在两条互补链中 CT GA   的比例互为倒数关系。在整个 DNA 分子中，嘌 呤碱基之和=嘧啶碱基之和。整个 DNA 分子中， CG TA   与分子内每一条链上的该比例相同。 30．子代与亲代在性状上相似，是由于子代获得了亲代复制的一份 DNA 的缘故。 31．基因是有遗传效应的 DNA 片段，基因在染色体上呈直线排列，染色体是基因的载体。 32．由于不同基因的脱氧核苷酸的排列顺序（碱基顺序）不同，因此，不同的基因含有不同 的遗传信息。（即：基因的脱氧核苷酸的排列顺序就代表遗传信息）。 5 33．DNA 分子的脱氧核苷酸的排列顺序决定了信使 RNA 中核糖核苷酸的排列顺序，信使 RNA 中核糖核苷酸的排列顺序又决定了氨基酸的排列顺序，氨基酸的排列顺序最终决定了 蛋白质的结构和功能的特异性，从而使生物体表现出各种遗传特性。基因控制蛋白质的合成 时：基因的碱基数：mRNA 上的碱基数：氨基酸数=6：3：1。氨基酸的密码子是信使 RNA 上三个相邻的碱基，不是转运 RNA 上的碱基。转录和翻译过程中严格遵循碱基互补配对原 则。注意：配对时，在 RNA 上 A 对应的是 U。 易错易混考点 一、DNA 是主要的遗传物质 1．细菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验证明了 DNA 是遗传物质。 2．对于某一生物而言，遗传物质只有一种(DNA 或 RNA)，不能说主要是 DNA。 3．噬菌体侵染细菌的实验中，搅拌的目的是使噬菌体蛋白质外壳与细菌分离，离心的目的 是便于分别检测蛋白质外壳与细菌及子代噬菌体的放射性。 六、DNA 分子的结构、复制及基因本质 4．在双链的 DNA 结构中，每一个脱氧核糖连接的磷酸基团数目是大多数连接 2 个，但每 条链各有一个末端的脱氧核糖只连接 1 个。 5．DNA 能准确复制的原因是碱基互补配对原则保证复制准确，DNA 双螺旋结构为复制提 供了精确的模板。 七、基因的表达 6．转录的产物不只是 mRNA，还有 tRNA、rRNA，但只有 mRNA 携带遗传信息，3 种 RNA 都参与翻译过程，只是作用不同。 7．DNA 转录时所需的酶有 RNA 聚合酶。 8．原核生物因为没有核膜结构，细胞内 DNA 的转录和翻译可以同时进行。 9．目的基因表达时，RNA 聚合酶识别并结合的位点是基因的启动子，而翻译时，mRNA 中 控制翻译起始的是起始密码子。 10．合成蛋白质时，tRNA 与氨基酸的结合发生在细胞质基质中。 11．人体神经元和肌细胞的形状结构和功能不同，其根本原因是这两种细胞的 mRNA 不同。 19 年真题赏析 考点 1 人类对遗传物质的探索过程 1.（2019 江苏，2 分）赫尔希和蔡斯的 T2 噬菌体侵染大肠杆菌实验证实了 DNA 是遗传物质, 下列关于该实验的叙述正确的是 A.实验中可用 15N 代替 32P 标记 DNA 6 B.噬菌体外壳蛋白是大肠杆菌编码的 C.噬菌体 DNA 的合成原料来自大肠杆菌 D.实验证明了大肠杆菌的遗传物质是 DNA 【答案】.C 【解析】本题考查噬菌体侵染细菌的实验，意在考查考生的实验分析能力。蛋白质和 DNA 都含有 N，所以不能用 15N 代替 32P 标记 DNA，A 错误；噬菌体外壳蛋白是由噬菌体体内控 制噬菌体外壳蛋白合成的相关基因编码的，B 错误；DNA 的复制为半保留复制，噬菌体侵 染大肠杆菌后，会利用大肠杆菌体内的物质来合成噬菌体 DNA，C 正确；该实验证明了 T2 噬菌体的遗传物质是 DNA，D 错误。 【高分必备 T2 噬菌体侵染细菌实验： ①研究者：赫尔希和蔡斯。 ②实验方法：放射性同位素标记法。 ③实验思路：S 是蛋白质的特有元素，DNA 分子中含有 P，而蛋白质中不含 P，用放射性同 位素 32P 和放射性同位素 35S 分别标记 DNA 和蛋白质，单独研究并检测放射性物质的分布 情况。 ④实验结论：DNA 是 T2 噬菌体的遗传物质。 2.（2019 浙江 4 月选考，2 分）为研究 R 型肺炎双球菌转化为 S 型肺炎双球菌的转化物质是 DNA 还是蛋白质，进行了肺炎双球菌体外转化实验，其基本过程如图所示： 下列叙述正确的是 A.甲组培养皿中只有 S 型菌落，推测加热不会破坏转化物质的活性 7 B.乙组培养皿中有 R 型及 S 型菌落，推测转化物质是蛋白质 C.丙组培养皿中只有 R 型菌落，推测转化物质是 DNA D.该实验能证明肺炎双球菌的主要遗传物质是 DNA 【答案】.C 【解析】本题考查肺炎双球菌体外转化实验，意在考查考生的实验探究能力。高温加热会破 坏转化物质 DNA 的活性，甲组培养皿中应该只有 R 型菌落，A 错误。乙组中 S 型菌提取物 中的蛋白质被蛋白酶催化水解了，所以转化物质不是蛋白质，B 错误。丙组培养皿中只有 R 型菌落，推测转化物质是 DNA，C 正确。该实验能证明肺炎双球菌的遗传物质是 DNA，D 错误。 考点 2 DNA 分子的结构与复制 3.（2019 天津理综，6 分）用 3H 标记胸腺嘧啶后合成脱氧核苷酸,注入真核细胞,可用于研究 A.DNA 复制的场所 B.mRNA 与核糖体的结合 C.分泌蛋白的运输 D.细胞膜脂质的流动 【答案】.A 【解析】本题以同位素标记法的应用为切入点考查 DNA 复制等知识，意在考查考生的理解 能力和应用能力。脱氧核苷酸是合成 DNA 的原料，用 3H 标记胸腺嘧啶后合成脱氧核苷酸， 然后注入真核细胞，可用于研究 DNA 复制的场所，A 项符合题意。 【命题分析】 本题综合考查 DNA 的复制场所、mRNA 与核糖体的结合、分泌蛋白的合成 与运输、细胞膜脂质的流动等知识，引导考生在复习备考过程中注意知识的归纳与概括，如 同位素标记法的应用、假说—演绎法在遗传学解题中的应用、基因位置的实验判断等。 4.（2019 浙江 4 月选考，2 分）在含有 BrdU 的培养液中进行 DNA 复制时，BrdU 会取代胸 苷掺入到新合成的链中，形成 BrdU 标记链。当用某种荧光染料对复制后的染色体进行染色， 发现含半标记 DNA（一条链被标记）的染色单体发出明亮荧光，含全标记 DNA（两条链均 被标记）的染色单体荧光被抑制（无明亮荧光）。若将一个细胞置于含 BrdU 的培养液中， 培养到第三个细胞周期的中期进行染色并观察。下列推测错误的是 A.1／2 的染色体荧光被抑制 B.1／4 的染色单体发出明亮荧光 C.全部 DNA 分子被 BrdU 标记 D.3／4 的 DNA 单链被 BrdU 标记 【答案】.D 8 【解析】本题考查 DNA 复制和有丝分裂的知识，意在考查考生的理解能力和综合运用能力。 DNA 复制方式是半保留复制，第一次分裂结束后所有染色体的 DNA 分子中一条链不含 BrdU，另外一条链含有 BrdU；第二次分裂结束后有 1/2 的染色体上的 DNA 分子两条链均 含有 BrdU，1/2 的染色体上的 DNA 分子中一条链不含 BrdU，另外一条链含有 BrdU；到第 三次有丝分裂中期，全部 DNA 分子被 BrdU 标记，所有染色体均含有姐妹染色单体，其中 有 1/2 的染色体上的 2 个 DNA 分子的两条链均含 BrdU（荧光被抑制），有 1/2 的染色体上 的 2 个 DNA 分子中的 1 个 DNA 分子的两条链中的 1 条含 BrdU、1 条不含，另 1 个 DNA 分子的两条链均含 BrdU，所以有 1/4 的染色单体会发出明亮荧光，综上所述，本题选 D。 考点 3 遗传信息的转录与翻译 5.（2019 全国Ⅰ理综，6 分）用体外实验的方法可合成多肽链。已知苯丙氨酸的密码子是 UUU，若要在体外合成同位素标记的多肽链，所需的材料组合是 ①同位素标记的 tRNA ②蛋白质合成所需的酶 ③同位素标记的苯丙氨酸 ④人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸 ⑤除去了 DNA 和 mRNA 的细胞裂解液 A.①②④ B.②③④ C.③④⑤ D.①③⑤ 【答案】.C 【解析】本题考查翻译所需的条件，意在考查考生的理解能力。蛋白质合成需要 mRNA 模 板、游离的氨基酸、核糖体、tRNA 以及相关酶等。人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸可作为合 成多肽链的模板；要获得同位素标记的多肽链，需要使用同位素标记的氨基酸；除去了 DNA 和 mRNA 的细胞裂解液中含有核糖体、tRNA 以及相关酶等，所以 C 选项符合题意。 6.（2019 浙江 4 月选考，2 分）下列关于遗传信息表达过程的叙述，正确的是 A.一个 DNA 分子转录一次，可形成一个或多个合成多肽链的模板 B.转录过程中，RNA 聚合酶没有解开 DNA 双螺旋结构的功能 C.多个核糖体可结合在一个 mRNA 分子上共同合成一条多肽链 D.编码氨基酸的密码子由 mRNA 上 3 个相邻的脱氧核苷酸组成 9 【答案】.A 【解析】本题考查遗传信息的表达，意在考查考生的理解能力。转录时，RNA 聚合酶与 DNA 分子的某一启动部位相结合，包括一个或者几个基因的 DNA 片段的双螺旋解开，以便形成 相应的 RNA 分子，说明一个 DNA 分子转录一次，可形成一个或多个合成多肽链的模板，A 正确。RNA 聚合酶可以使 DNA 双螺旋解开，B 错误。多个核糖体可结合在一个 mRNA 分 子上合成多条多肽链，C 错误。编码氨基酸的密码子由 mRNA 上 3 个相邻的核糖核苷酸组 成，D 错误。