高考生物复习基因的本质与表达.docx
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高考生物复习基因的本质与表达
2020年高考生物复习：
基因的本质与表达
一、考点突破
1.人类对遗传物质的探索过程（Ⅱ）
2.DNA分子结构的主要特点（Ⅱ）
3.基因的概念（Ⅱ）
4.DNA分子的复制（Ⅱ）
5.遗传信息的转录和翻译（Ⅱ）
6.基因与性状的关系（Ⅱ）
7.中心法则的内容及其应用（Ⅱ）
二、重难点提示
本讲主要从分子水平上帮助同学们认识遗传的有关内容。
该内容在高考中占重要的位置，其中DNA分子的结构和复制功能、基因的表达功能是历来统考、高考必考的内容。
同时，该部分涉及的实验和分子学知识较多，还含有同学们容易混淆的概念，在复习课中通过对DNA是主要的遗传物质、DNA分子的结构和复制功能、基因的表达功能等知识点不同角度，不同层次的重复和对比，使同学们对染色体、DNA和基因的有关结构和功能以及它们之间的关系有更深入、全面的理解和认识。
核心术语──（记准、写准、理解透，把握内涵和外延）
1.遗传物质的特点
2.DNA的双螺旋结构，DNA复制的特点，DNA复制与基因突变的关系，DNA复制的条件（模板、原料、能量、酶）
3.基因与DNA和染色体的关系
4.转录、翻译的条件和原因，转录、翻译与细胞分化和细胞凋亡的关系
5.同位素示踪在遗传实验中的应用
专家点拨：
一、本讲内容框架图
二、重点知识点拨
（一）DNA是遗传物质的经典实验分析
1.肺炎双球菌转化实验的分析
注意：
（1）格里菲斯的肺炎双球菌体内转化实验只提出“S型细菌体内有转化因子”，并没有具体证明哪种物质是遗传物质。
最终证明DNA是遗传物质的是艾弗里。
（2）格里菲斯实验第4组小鼠体内分离出的细菌和艾弗里DNA+R型活菌培养基上生存的细菌均为R型和S型都有，但是R型多。
（3）DNA+DNA水解酶+R型活菌培育，只有R型细菌，该实验是从另一个角度进一步证明DNA是遗传物质，而不是为了证明DNA的水解产物——脱氧核苷酸不是遗传物质，尽管此实验可以证明该问题，但不是该实验的实验目的。
（4）肺炎双球菌转化实验中的对照设计
2.噬菌体侵染细菌的实验
（1）噬菌体增殖场所是大肠杆菌细胞内,除噬菌体的DNA作模板起指导作用外，其余的原料──脱氧核苷酸和氨基酸、合成蛋白质的场所核糖体、ATP和相关酶全由大肠杆菌提供。
（2）实验中特殊情况分析
①少量放射性出现的原因
A：
用32P标记实验时，上清液中也有一定的放射性的原因有二：
一是保温时间过短，有一部分噬菌体没有侵染到大肠杆菌细胞内，经离心后分布于上清液中，使上清液出现放射性；
二是从噬菌体和大肠杆菌混合培养到用离心机分离，这一段保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放子代，经离心后分布于上清液中，也会使上清液放射性含量升高。
B：
用35S标记实验时，沉淀物中出现少量放射性的原因：
可能由于搅拌不充分，有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中，使沉淀物中出现少量的放射性。
②两个经典实验的实验设计思路和设计原则──对照原则是相同的，但所用技术手段（物质提纯与分离技术和同位素标记技术）、实验材料、实验结论（能否证明蛋白质不是遗传物质方面）都是不相同的。
（二）DNA分子结构
1.DNA中碱基数量的计算
解题时先画出简图，根据碱基互补配对原则推知规律。
规律1：
在双链DNA分子中，互补碱基两两相等，A=T，C=G，A+G=C+T，即嘌呤碱基总数＝嘧啶碱基总数。
规律2：
在双链DNA分子中，互补的两碱基之和（如A+T或C+G）占全部碱基的比例等于其任何一条单链中这两种碱基之和占该单链中碱基数的比例。
规律3：
DNA分子一条链中（A+G）/（C+T）的比值的倒数等于互补链中该种比例的比值，在整个DNA分子中该比值等于1。
规律4：
DNA分子一条链中（A+T）/（C+G）的比值等于其互补链和整个DNA分子中该种比例的比值。
规律5：
不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值不同，即（A+T）/（C+G）的值不同。
该比值体现了不同生物DNA分子的特异性。
规律6：
若已知A占双链的比例=c%，则A1/单链的比例无法确定，但最大值可求出为2c%，最小值为0。
（三）DNA复制方式
通过“探究DNA复制方式”的考查，提升“验证简单生物学事实，对实验现象和结果进行解释、分析和处理”的能力。
1.DNA复制方式，可以通过设想来进行预测，可能的情况是：
全保留复制、半保留复制、分散复制。
2.
（1）探究DNA复制的方法和原理
①方法：
同位素标记法。
②原理：
根据DNA分子比重不同，借助离心技术，通过离心后DNA在试管中的位置确定复制方式。
（2）结果分析
已知某一被15N标记的DNA分子（亲代），转移到含有14N的培养基中培养（复制）若干代，其结果分析如下：
世:
代
DNA分子的特点
DNA中脱氧核苷酸的特点
分
子
总
数
细胞中的DNA分子离心后在管中的位置
不同DNA分子占全部DNA分子之比
链
总
数
不同脱氧核苷酸链占全部链之比
只含15N的分子
含14N、15N的杂种分子
只含14N的分子
含15N的链
含14N
的链
0
1
全在下部
1
0
0
2
1
0
1
2
全在中部
0
1
0
4
1/2
1/2
2
4
1/2中部，1/2上部
0
1/2
1/2
8
1/4
3/4
3
8
1/4中部，3/4上部
0
1/4
3/4
16
1/8
7/8
n
2n
2/2n中部，1－2/2n上部
0
2/2n
（或1/2n－1）
1－2/2n
2n＋1
1/2n
1－1/2n
（四）基因对性状的控制
1.DNA功能间的关系：
2.在核糖体上合成的只是多肽链，多肽链折叠、加工成具有复杂空间结构的蛋白质是在内质网、高尔基体中进行的，即蛋白质多样性原因中氨基酸的种类、数目和排列顺序是在核糖体上完成的。
3.遗传信息、密码子、反密码子的比较
（1）含义及作用
①遗传信息：
基因中脱氧核苷酸（或碱基）的排列顺序。
②密码子：
mRNA上决定一个氨基酸的3个
相邻碱基，决定氨基酸的排列顺序。
密码子共64种，但决定氨基酸的只有61种，另外3种为终止密码子。
③反密码子：
与mRNA中的密码子互补的tRNA一端的3个碱基，起识别密码子的作用。
因此tRNA有61种。
（2）联系
①遗传信息是基因中脱氧核苷酸的排列顺序，通过转录，可使遗传信息传递到mRNA的核糖核苷酸的排列顺序上。
②mRNA的密码子直接决定蛋白质分子中氨基酸的排列顺序，反密码子则起到翻译的作用。
（3）对应关系
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。
4.复制、转录、翻译比较
复制
转录
翻译
时期
细胞分裂的间期
在生长发育的连续过程中
在生长发育的连续过程中
场所
细胞核（线粒体、叶绿体）
细胞核（线粒体、叶绿体）
细胞质中核糖体上
模板
以DNA解旋的两条链为模板
以DNA解旋的一条链为模板
以mRNA为模板
原料
4种脱氧核苷酸
4种核糖核酸
20种氨基酸
条件
酶、能量
酶、能量
酶、能量、tRNA
碱基配对方式
A→TT→A
C→GG→C
A→UT→A
C→GG→C
A→UU→A
C→GG→C
遗传信息传递方向
DNA→DNA
DNA→RNA
RNA→蛋白质
特点
边解旋边复制
半保留复制
边解旋边转录，转录后的DNA仍然保留原来的双链结构
mRNA分子可与多个核糖体结合进行多条肽链的合成
产物
两个双链DNA分子
1条单链的mRNA
多肽或蛋白质
（五）中心法则
（1）图解
（2）含义：
包括五个方面，而且均遵循碱基互补配对原则。
①DNA复制；
②转录：
遗传信息由DNA传递给mRNA；
③逆转录：
某些病毒在逆转录酶的作用下，以RNA为模板合成DNA；
④翻译：
以mRNA为模板合成特定蛋白质，表现出生物性状；
⑤RNA复制：
某些RNA病毒以自身RNA为模板合成RNA。
状语典例：
能力提升类
例1有人试图通过实验来了解H5N1型禽流感病毒侵入家禽的一些过程，设计实验如图：
一段时间后，检测子代H5N1病毒的放射性及S、P元素，下表对结果的预测中，最可能发生的是（）
选项
放射性
S元素
P元素
A
全部无
全部32S
全部31P
B
全部有
全部35S
多数32P，少数31P
C
少数有
全部32S
少数32P，多数31P
D
全部有
全部35S
少数32P，多数31P
一点通：
病毒侵染细胞时，蛋白质外壳留在外面，只有核酸注入细胞，由图可知，病毒
先在含32P的宿主细胞1中培养（其DNA被32P标记），然后转移到含35S的宿主细胞2中培养。
病毒复制自身遗传物质的模板是自身核酸（含32P），所用的原料是宿主细胞的31P（不具放射性），故子代病毒的核酸大多含31P，少数含32P；病毒合成的蛋白质外壳所用的原料都是宿主细胞2的，故全被35S标记。
答案：
D
例2下列对双链DNA分子的叙述中，不正确的是（）
A.若一条链G的数目为C的2倍，则另一条链G的数目为C的0.5倍
B.若一条链A和T的数目相等，则另一条链A和T的数目也相等
C.若一条链的A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则另一条链相应碱基之比为2∶1∶4∶3
D.若一条链的G∶T＝1∶2，另一条链的C∶A＝2∶1
一点通：
根据碱基互补配对原则，在DNA双链分子中，A1＝T2，T1＝A2，G1＝C2，C1
＝G2，所以A、B、C项都是正确的。
而D项中，若一条链的G∶T＝1∶2，另一条链C∶A＝2∶1是错误的，C∶A＝1∶2才是正确的。
答案：
D
综合运用类
例1下列对转运RNA的描述，正确的是（）
A.每种转运RNA都能识别并转运多种氨基酸
B.每种氨基酸只有一种转运RNA能转运它
C.转运RNA能识别信使RNA上的密码子
D.转运RNA转运氨基酸到细胞核内
一点通：
每种转运RNA只能识别并转运一种氨基酸，每种氨基酸有一种或几种转运RNA能转运它，转运RNA转运氨基酸到细胞质内。
答案：
C
例2下列对染色体、DNA、基因三者关系的叙述中，错误的是（）
A.每条染色体上含有一个或两个DNA，DNA分子上含有多个基因
B.都能复制、分离和传递，且三者行为一致
C.三者都是生物细胞内的遗传物质
D.生物的传种接代过程中，染色体的行为决定着DNA和基因的行为
一点通：
遗传物质是DNA或基因，而不是染色体，染色体上还含有蛋白质，蛋白质不是
遗传物质。
答案：
C
例3下图表示某些细菌合成精氨酸的途径：
从图中可以得出：
A.这些细菌是通过调节酶活性来调节精氨酸的合成的
B.这些细菌其精氨酸的合成是由3对等位基因共同控制的
C.若产生中间产物
依赖突变型细菌，则可能是酶1基因发生突变
D.若酶1基因不表达，则酶2基因和酶3基因也不表达
一点通：
从图中可以看出，这些细菌是通过调节酶的合成来调节精氨酸的合成的；由于细菌没有染色体，而等位基因是位于同源染色体的相同位置、控制某一性状的不同基因，所以它们不是等位基因，且3个基因的表达是独立的；若产生中间产物
依赖突变型细菌，说明其不能合成中间产物
，则可能是酶1基因发生突变，无法产生酶1。
答案：
C
思维拓展类
例1含有32P或31P的磷酸，两者化学性质几乎相同，都可参与DNA分子的
组成，但32P比31P质量大。
现将某哺乳动物的细胞放在含有31P的培养基中，连续培养数代后得到G0代细胞。
然后将G0代细胞移至含32P的培养基中培养，经过第1、2次细胞分裂后，分别得到G1、G2代细胞。
再从G0、G1、G2代细胞中提取DNA，经密度梯度离心后得到的结果如图所示。
由于DNA分子质量不同，因此它们在离心管内的分布情况不同。
若①②③分别表示轻、中、重三种DNA的位置，请回答：
（1）G0、G1、G2三代DNA离心后的试管分别是图中的：
________，________，________。
（2）G2代在①、②、③三条带中DNA分子数的比例是________。
（3）图中①、②两条带中的DNA分子所含的同位素分别是：
①________，②________。
（4）上述实验结果证明DNA的复制方式为________________________。
（5）DNA的自我复制能使生物的________保持相对稳定。
（6）设全部含31P的DNA分子相对分子质量为a，全部含32P的DNA分子相对分子质量为b，则G2代DNA分子的平均相对分子质量为________。
一点通：
首先应理解轻、中、重三种DNA的含义：
由两条含31P的脱氧核苷酸链组成的是轻DNA；由一条含31P的脱氧核苷酸组成的链与另一条含32P的脱氧核苷酸组成的链形成的是中DNA；由两条含32P的脱氧核苷酸链组成的是重DNA。
根据DNA半保留复制的特点，G0代细胞中的DNA全部是轻DNA；G1代是以G0代细胞的DNA为模板，以含32P的脱氧核苷酸为原料形成的两个DNA分子，则全部为中DNA；G2代是以G1代细胞的DNA为模板，以含32P的脱氧核苷酸为原料形成的四个DNA分子，其中有两个DNA分子的一条链含31P，另一条链含32P，为中DNA，另两个DNA分子全含32P，是重DNA。
若31P－DNA为a,32P－DNA为b，则G2代中的4个DNA分子分别是2个（a+b）/2、2个b，故G2代这四个DNA分子的平均相对分子质量为[2×（a+b）/2＋2b]/4＝（a＋3b）/4。
答案：
（1）ABD
（2）0∶1∶1（3）31P31P和32P（4）半保留复制（5）遗传特性（6）（a＋3b）/4
例2用32P标记玉米体细胞（含20条染色体）的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养，在第二次细胞分裂的中期、后期，一个细胞中的染色体总条数和被32P标记的染色体条数分别是（）
A.中期20和20、后期40和20B.中期20和10、后期40和20
C.中期20和20、后期40和10D.中期20和10、后期40和10
一点通：
玉米体细胞含20条染色体，有丝分裂中期每条染色体含两条姐妹染色单体，姐妹染色单体之间由一个共同着丝点连接着，所以仍是20条染色体。
而后期着丝点分裂，姐妹染色单体分开，一条染色体变成两条子染色体。
此时染色体数是原来的2倍即40条。
由于DNA分子的复制是半保留复制，有32P标记的DNA分子双链，在不含32P的培养基中经第一、二次分裂后，在第二次分裂中期含32P的染色体数为20条，在后期含32P的染色体只占细胞中染色体的一半，即20条。
答案：
A
状语笔记：
一、DNA与RNA的判断
（1）DNA、RNA中核苷酸成分比较
①一定相同的成分：
磷酸
②一定不同的成分：
五碳糖
③可能相同可能不同的成分：
含氮碱基（A、U、T、G、C）。
（2）要确定是DNA还是RNA，必须知道碱基的种类或五碳糖的种类，是单链还是双链，还必须知道碱基比率。
二、染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的关系
三、基因、染色体、蛋白质、性状的关系
四、基因的基本功能
（1）遗传信息的传递：
发生在传种接代过程中，通过复制实现遗传信息由亲代到子代的传递。
（2）遗传信息的表达：
发生在生物个体发育过程中，是通过转录和翻译控制蛋白质合成的过程，通过遗传信息的表达控制个体发育过程。
①DNA上有很多片段，其中有遗传效应的片段才叫基因，没有遗传效应的片段不叫基因。
②对于真核细胞来说，染色体是基因的主要载体；线粒体和叶绿体是基因的次要载体。
③对于原核细胞来说，基因在拟核中的DNA分子或质粒上，DNA是裸露的，并没有与蛋白质一起构成染色体，因此，没有染色体这一载体。
④位于染色体上的基因随染色体传递给子代，其遗传遵循孟德尔遗传定律。
⑤位于线粒体和叶绿体中的基因随线粒体和叶绿体传给后代，是细胞质遗传的基础。
五、DNA（基因）、mRNA上碱基数与氨基酸数量之间的关系
（1）转录时，组成基因的两条链中只有一条链能转录，另一条链则不能转录。
因此，转录形成的RNA分子中碱基数目是基因中碱基数目的1／2。
（2）翻译过程中，信使RNA中每3个碱基决定一个氨基酸，所以经翻译合成的蛋白质分子中的氨基酸数目是mRNA碱基数目的1/3。
总之，在转录和翻译过程中，基因中的碱基数（指双链）、RNA分子中的碱基数、蛋白质分子中的氨基酸数之比为6：
3：
1。
※提醒：
因为DNA（基因）、mRNA上有一些碱基不编码氨基酸（如mRNA上的终止密码子等），所以实际上编码n个氨基酸，mRNA上所需的碱基数目大于3n，基因上所需的碱基数目大于6n，故一般题干中求氨基酸数有“最多”、求碱基数有“至少”等字样。
高频疑点：
例1用35S标记的噬菌体侵染用32P标记的大肠杆菌，最可能的结果是（）
A.所有的子代噬菌体都既含有35S又含有32P
B.所有的子代噬菌体都含32P不含35S
C.大部分子代噬菌体都只含35S不含32P
D.大部分子代噬菌体含32P，但是不含35S
解析：
用35S标记的噬菌体，35S存在于噬菌体的蛋白质外壳中，在侵染细菌时蛋白质外壳留在外面。
由于合成子代噬菌体时利用大肠杆菌的原料，所以子代噬菌体都有32P，即所有的子代噬菌体都含32P不含35S。
答案：
B
例2赫尔希与蔡斯将用32P标记过的T2噬菌体与无标记的细菌培养液混合，一段时间后经过搅拌、离心得到了上清液和沉淀物。
与此有关的叙述不正确的是（）
A.32P主要集中在沉淀物中，上清液中也不排除有少量放射性
B.如果离心前混合时间过长，会导致上清液中放射性降低
C.本实验的目的是单独研究DNA在遗传中的作用
D.本实验说明了DNA在亲子代之间传递具有连续性
解析：
因为上清液中是病毒，沉淀是细菌碎片。
32P标记的是病毒，混合时间长，T2噬菌体侵染大肠杆菌已经完成自身DNA的复制和蛋白质的装配，甚至导致了大肠杆菌的裂解，释放出的子代噬菌体含有放射性的DNA，上清液的放射性就会增高，而不是降低。
答案：
B
3.细菌转化的实质
（1）加热灭活的S型细菌，其蛋白质结构被破坏。
DNA在加热过程中，双螺旋解开，氢键断裂，但缓慢冷却时，其结构可以得到恢复。
S型细菌遗留下的DNA片段中，包含有控制荚膜形成的基因，这些片段从S型细菌中释放出来，被一些R型细菌摄取，进入R型细菌中，以同源重组的置换方式，整合进入R型细菌的基因组中，使R型细菌转化成S型细菌。
转化的实质是外源DNA与受体细胞DNA之间的重组，使受体细胞获得了新的遗传信息。
因此，转化作用可以看成是广义上的基因重组。
（2）影响转化的因素：
①供体细胞DNA的纯度。
DNA越纯，转化效率越高。
②两种细菌的亲缘关系。
亲缘关系越近，转化越容易。
③受体菌状态。
只有处于感受态的受体菌才能被转化。
（3）一般情况下，转化的效率很低，形成的S型细菌很少，但是繁殖速度很快。
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