高考生物总复习 第5单元 遗传的分子基础 第21讲 遗传信息的传递与表达.docx
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高考生物总复习第5单元遗传的分子基础第21讲遗传信息的传递与表达
第21讲遗传信息的传递与表达
考纲要求
1.DNA分子的复制[必考（b）、加试（b）]。
2.活动：
探究DNA的复制过程[必考（c）、加试（c）]。
3.DNA的功能[必考（a）、加试（a）]。
4.DNA与RNA的异同[必考（b）、加试（b）]。
5.转录、翻译的概念和过程[必考（b）、加试（b）]。
6.遗传密码、中心法则[必考（b）、加试（b）]。
7.基因的概念[必考（b）、加试（b）]。
8.复制、转录和翻译的异同[加试（b）]。
考点一 DNA分子的复制
1．DNA分子的复制过程图解
2．DNA分子复制的时间、场所、条件、特点和意义
概念
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程
时间
有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期
场所
细胞核（主要）
条件
模板：
亲代DNA的两条链；
原料：
游离的4种脱氧核苷酸；
能量来源：
细胞呼吸产生的ATP；
酶：
解旋酶、DNA聚合酶等
原则
碱基互补配对原则
过程
解旋→合成与母链互补的子链→形成子代DNA分子
特点
边解旋边复制；半保留复制
结果
1个DNA分子→2个DNA分子
意义
将遗传信息从亲代传给了子代，保持了前后代遗传信息的连续性
思考诊断
1．判断下列叙述的正误
（1）DNA复制遵循碱基互补配对原则，新合成的DNA分子中两条链均是新合成的（ × ）
（2）DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制（ × ）
（3）单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链（ × ）
（4）DNA复制时，严格遵循A－U、C－G的碱基互补配对原则（ × ）
2．DNA复制过程中的数量关系
DNA复制为半保留复制，若将亲代DNA分子复制n代，其结构分析如下：
（1）子代DNA分子数为2n个。
①含有亲代链的DNA分子数为2个。
②不含亲代链的DNA分子数为2n－2个。
③含子代链的DNA分子数为2n个。
（2）子代脱氧核苷酸链数为2n＋1条。
①亲代脱氧核苷酸链数为2条。
②新合成的脱氧核苷酸链数为2n＋1－2条。
（3）消耗脱氧核苷酸数
①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸数为m·（2n－1）个。
②第n次复制所需该脱氧核苷酸数为m·2n－1个。
题型一 DNA分子的复制过程和特点
1．（2016·温州3月选考）下列关于DNA复制的叙述中正确的是（ ）
A．需要解开DNA的双螺旋结构
B．以DNA分子的一条链作为模板
C．以4种游离的核糖核苷酸作为原料
D．A与U互相配对，G与C互相配对
答案 A
解析 DNA复制过程中，需要在相关酶的作用下进行解旋，以解旋的两条链为模板，以四种游离的脱氧核苷酸为原料，按A与T、G与C的配对原则合成子链。
2．在DNA复制开始时，将大肠杆菌放在含低剂量3H标记的脱氧胸苷（3H－dT）的培养基中，3H－dT可掺入正在复制的DNA分子中，使其带有放射性标记。
几分钟后，将大肠杆菌转移到含高剂量3H－dT的培养基中培养一段时间。
收集、裂解细胞，抽取其中的DNA进行放射性自显影检测，结果如图所示。
据图可以作出的推测是（ ）
A．复制起始区在高放射性区域
B．DNA复制为半保留复制
C．DNA复制从起始点向两个方向延伸
D．DNA复制方向为a→c
答案 C
解析 根据放射性自显影结果可知，中间低放射性区域是复制开始时在含低剂量3H标记的脱氧胸苷（3H－dT）的培养基中进行复制的结果，A项错误；两侧高放射性区域是将大肠杆菌转移到含高剂量3H－dT的培养基中进行复制的结果，因此可判断DNA复制从起始点（中间）向两个方向延伸，C项正确，D项错误；该实验不能证明DNA复制为半保留复制，B项错误。
题型二 DNA分子复制的相关计算
3．（2016·杭州五校联考）下列关于DNA的相关计算，正确的是（ ）
A．具有1000个碱基对的DNA，腺嘌呤有600个，则每一条链上都具有胞嘧啶200个
B．具有m个胸腺嘧啶的DNA片段，复制n次后共需2n·m个胸腺嘧啶
C．具有m个胸腺嘧啶的DNA片段，第n次复制需要2n－1·m个胸腺嘧啶
D．无论是双链DNA还是单链DNA，（A＋G）所占的比例均是1/2
答案 C
解析 具有1000个碱基对的DNA，腺嘌呤有600个，则DNA中含胞嘧啶400个，因此一条链上的胞嘧啶数可为0～400个，A项错误；具有m个胸腺嘧啶的DNA片段，复制n次后DNA数由1个变为2n个，因此需要（2n－1）·m个胸腺嘧啶，其第n次复制DNA数由2n－1个变为2n个，这一过程需要（2n－2n－1）·m个胸腺嘧啶，B项错误，C项正确；只有在双链DNA中才遵循卡伽夫法则，即A＝T，G＝C，在单链DNA中不存在这一关系，因此只有双链DNA中（A＋G）所占的比例为1/2，单链DNA中该比值不一定为1/2，D项错误。
4．一个双链均被32P标记的DNA分子由5000个碱基对组成，其中腺嘌呤占20%，将其置于只含31P的环境中复制3次。
下列叙述不正确的是（ ）
A．该DNA分子中含有氢键的数目为1.3×104个
B．复制过程需要2.4×104个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸
C．子代DNA分子中含32P的单链与含31P的单链之比为1∶7
D．子代DNA分子中含32P与只含31P的分子数之比为1∶3
答案 B
解析 由题意可知，该DNA分子中，A＝T＝10000×20%＝2000（个），C＝G＝10000×30%＝3000（个），则含有的氢键数为2000×2＋3000×3＝1.3×104（个）；DNA复制3次形成8个DNA分子，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为3000×7＝2.1×104（个）；子代DNA分子中含有32P的单链与含有31P的单链之比为1∶7；子代DNA分子中含有32P的分子数与只含有31P的分子数之比为2∶6＝1∶3。
归纳提升
只含15N的DNA在含14N的环境中进行复制时，DNA分子数、脱氧核苷酸链数的变化
世代
DNA分子特点
DNA中脱氧核苷酸链的特点
分子总数
细胞中DNA分子在离心管中的位置
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DNA分子
含14N、15N的DNA分子
只含14N的DNA分子
含15N的链
含14N的链
0
1
全在底部
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、1/2上
0
1/2
1/2
8
1/4
3/4
3
8
1/4中、3/4上
0
1/4
3/4
16
1/8
7/8
n
2n
2/2n中、1－2/2n上
0
2/2n
1－2/2n
2n＋1
1/2n
1－1/2n
考点二 遗传信息的表达
1．DNA的功能
（1）携带和传递遗传信息
遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中。
以自身为模板，半保留地进行复制，保持遗传信息的稳定性。
（2）表达遗传信息
DNA能根据它所贮存的遗传信息决定蛋白质的结构。
2．RNA与DNA的区别、RNA的结构与分类
3．遗传信息的转录和翻译
（1）转录
（2）翻译
①场所或装配机器：
核糖体。
②条件
③遵循原则：
碱基互补配对原则。
④产物：
多肽链（
蛋白质）。
在一个mRNA上有若干个核糖体同时进行翻译，提高了翻译的效率。
（3）密码子和反密码子
①密码子存在于mRNA上，共有64种。
决定氨基酸的密码子有61种；终止密码子有3种，不决定氨基酸；起始密码子有2种，决定氨基酸。
②反密码子存在于tRNA上。
③生物界的遗传密码是统一的，这可以作为生物界统一性的证据。
4．中心法则与基因的概念
（1）中心法则
①提出者：
克里克。
②要点：
遗传信息由DNA传递到RNA，然后由RNA决定蛋白质的特异性。
③内容图解（用简式表示）：
。
（2）基因
①作用：
遗传的一个基本功能单位，它在适当的环境条件下控制生物的性状。
②与染色体的关系：
以一定的次序排列在染色体上。
③本质：
有功能的核酸分子片断，在大多数生物中是一段DNA，而在RNA病毒中则是一段RNA。
思考诊断
1．观察下图比较转录和翻译
试写出与①②有关的知识：
过程
①
②
名称
转录
翻译
场所
主要是细胞核
核糖体
模板
DNA的一条链
mRNA
原料
4种游离的核糖核苷酸
20种氨基酸
产物
RNA
多肽链
2.下图为蛋白质的合成图示，请据图回答问题：
（1）mRNA与核糖体的数量关系：
一个mRNA上可同时结合多个核糖体。
（2）存在上述关系的意义：
少量的mRNA分子可以迅速合成出大量的蛋白质。
（3）核糖体在mRNA上移动的方向：
从左向右（据上图），判断依据是根据多肽链的长短，长的翻译在前。
（4）蛋白质合成的结果：
合成的仅是多肽链，要形成蛋白质还需要运送至内质网、高尔基体等结构中进一步加工。
（5）讨论：
图示中合成了几条肽链？
是否相同？
提示 图示中的4个核糖体合成了4条多肽链；因为模板mRNA相同，所以合成的4条多肽链也完全相同。
3．密码子和反密码子的比较
项目
密码子
反密码子
位置
mRNA
tRNA
作用
直接决定蛋白质中氨基酸的序列
识别密码子，转运氨基酸
特点
与DNA模板链上的碱基互补
与mRNA中密码子的碱基互补
1．DNA复制、转录和翻译的比较
项目
复制
转录
翻译
场所
主要发生在细胞核中，也可在线粒体、叶绿体内进行
主要发生在细胞核中，也可在线粒体、叶绿体内进行
核糖体
时间
有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期
生物的生长发育过程中
条件
模板
亲代DNA分子的两条链
DNA分子的一条链
mRNA
原料
4种脱氧核苷酸
4种核糖核苷酸
20种氨基酸
其他
解旋酶、DNA聚合酶和能量
RNA聚合酶、能量
酶、能量、tRNA
碱基配
对方式
A－T、T－A
C－G、G－C
A－U、T－A
C－G、G－C
A－U、U－A
C－G、G－C
过程
DNA边解旋边以两条链为模板，按碱基互补配对原则，合成两条子链，子链与对应母链螺旋形成子代DNA
DNA解旋，以其中一条链为模板，按碱基互补配对原则形成mRNA（单链），mRNA进入细胞质中与核糖体结合
以mRNA为模板合成具有一定氨基酸序列的多肽链
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，转录结束后的DNA仍保留原来的双链结构
mRNA分子可与多个核糖体结合，同时进行多条肽链的合成
产物
两个双链DNA分子
一条单链mRNA
多肽或蛋白质
联系
2.遗传信息、密码子与反密码子
3．氨基酸、密码子和反密码子的对应关系
（1）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。
（2）一种密码子只能决定一种氨基酸（终止密码子无对应的氨基酸），且一种tRNA只能转运一种氨基酸。
（3）基因、密码子和反密码子的对应关系
题型一 DNA的功能及基因的概念
1．下列不属于DNA的功能的是（ ）
A．传递遗传信息
B．控制细胞内外物质的进出
C．控制生物体的形态
D．控制生物体的生理特征
答案 B
解析 控制细胞内外物质进出的是细胞膜的功能，故B的说法错误。
2．（2015·浙江7月学考）下列关于基因的叙述，错误的是（ ）
A．基因是遗传的基本功能单位
B．基因是一段有功能的核酸片断
C．基因由葡萄糖脱水缩合形成
D．基因具有携带和表达遗传信息的功能
答案 C
解析 基因是遗传的基本功能单位，是一段有功能的核酸片断，具有携带和表达遗传信息的功能，它可以由脱氧核苷酸或者核糖核苷酸形成，C错误。
题型二 转录和翻译、中心法则
3．下面甲、乙两图为真核细胞中发生的代谢过程的示意图，有关说法正确的是（ ）
A．甲图所示的过程叫做翻译，多个核糖体共同完成一条多肽链的合成
B．乙图所示过程叫做转录，转录产物的作用一定是作为甲图中的模板
C．甲图所示翻译过程的方向是从右到左
D．甲图和乙图中都发生了碱基互补配对且碱基互补配对方式相同
答案 C
解析 由甲图可知，翻译过程中一个mRNA分子上结合多个核糖体，同时合成多条肽链；转录产物有信使RNA、转运RNA和核糖体RNA三种，而翻译的模板只是信使RNA；甲图中多肽链②最长，说明合成该多肽链的核糖体是最早与mRNA结合的，因此核糖体在mRNA上的移动方向是从右到左；转录和翻译过程中都发生了碱基互补配对，但碱基互补配对方式不完全相同。
4．（2015·重庆，5）结合下图分析，下列叙述错误的是（ ）
A．生物的遗传信息储存在DNA或RNA的核苷酸序列中
B．核苷酸序列不同的基因可表达出相同的蛋白质
C．遗传信息传递到蛋白质是表现型实现的基础
D．编码蛋白质的基因含遗传信息相同的两条单链
答案 D
解析 生物的遗传物质是DNA或RNA，则遗传信息储存在DNA或RNA的核苷酸序列中，A正确；由于密码子的简并性，核苷酸序列不同的基因可表达出相同的蛋白质，B正确；表现型通过蛋白质表现，故遗传信息传递到蛋白质是表现型实现的基础，C正确；编码蛋白质的基因含两条单链，碱基序列互补，遗传信息不同，D错误。
归纳整合
各种生物的信息传递归纳
生物种类
遗传信息的传递过程
DNA病毒
某些RNA病毒
逆转录病毒
细胞生物
题型三 复制、转录和翻译的异同（加试）
5．（2016·嘉兴统考）下图表示真核细胞内两种物质的合成过程。
下列叙述正确的是（ ）
A．甲过程在细胞核内进行，乙过程在细胞溶胶中进行
B．在细胞周期中，甲过程在间期进行，乙过程在分裂期进行
C．甲、乙两过程中，都需要整个DNA的两条链作为模板
D．甲、乙两过程中，都需要在酶的催化下形成磷酸二酯键
答案 D
解析 甲图所示过程为DNA的复制过程，乙过程为转录过程，甲、乙过程可发生在细胞核或线粒体、叶绿体内，A项错误；细胞周期的分裂间期主要进行DNA的复制和蛋白质的合成，因此甲、乙过程均主要发生在分裂间期，B项错误；DNA的复制以DNA的两条链为模板，转录过程以DNA的一条链为模板，C项错误；甲、乙过程都有核苷酸链的形成，都需要在酶的催化下形成磷酸二酯键，D项正确。
6．图甲是DNA复制示意图，其中一条链首先合成较短的片段（如a1、a2，b1、b2等），然后再由相关酶连接成DNA长链；图乙是基因表达示意图。
下列叙述正确的是（ ）
A．图甲中复制起点在一个细胞周期中可起始多次
B．图甲中连接b1与b2片段的酶是RNA聚合酶
C．图乙过程①的编码链中每个脱氧核糖均连有一个磷酸和一个碱基
D．图乙过程②中能与物质b发生碱基配对的分子含有氢键
答案 D
解析 图甲中复制起点在一个细胞周期中起始一次，A错误；图甲中连接b1与b2片段的酶是DNA连接酶，B错误；图乙过程①的编码链中除末端的一个脱氧核糖连接一个磷酸和一个碱基外，其余每个脱氧核糖均连有两个磷酸和一个碱基，C错误；图乙过程②中能与物质b（mRNA）发生碱基配对的分子是tRNA，其含有氢键，D正确。
考点三 活动：
探究DNA的复制过程
1．实验原理
（1）实验方法：
放射性同位素示踪技术和离心技术。
（2）实验原理：
若DNA的两条链都用15N标记，那么DNA分子密度较大，离心后应该在试管的下部；若两条链中都含有14N，那么DNA分子密度较小，离心后应该在试管的上部；若DNA的两条链中一条含有15N，一条含有14N，那么DNA分子密度居中，离心后应该在试管的中部。
2．实验过程
3．实验分析
预期结果a：
若第二代DNA分子中15N‖15N占1/2，14N‖14N占1/2；第三代DNA分子中15N‖15N占1/4，
14N‖14N占3/4，说明DNA复制方式是全保留复制。
预期结果b：
若第二代DNA分子全部是15N‖14N；第三代DNA分子中15N‖14N占1/2,14N‖14N占1/2，说明DNA复制方式是半保留复制。
4．实验结论
实验结果与预期b一致，表明DNA的复制方式为半保留复制。
DNA半保留复制的实验过程分析
（1）实验预期：
离心后应出现3条DNA带。
①重带（密度最大）：
两条链都为15N标记的亲代双链DNA。
②中带（密度居中）：
一条链为14N标记，另一条链为15N标记的子代双链DNA。
③轻带（密度最小）：
两条链都为14N标记的子代双链DNA。
（2）过程分析
①立即取出，提取DNA→离心→全部重带。
②繁殖一代后取出，提取DNA→离心→全部中带。
③繁殖两代后取出，提取DNA→离心→1/2轻带、1/2中带。
（3）实验结论：
DNA的复制是以半保留方式进行的。
问题探究
（1）DNA是肉眼看不见的，如何才能分辨DNA的复制方式呢？
提示 回忆以前学习过的经典实验，我们要追踪亲代DNA的两条链在子代DNA中出现的情况，要采用化学上的同位素标记法和物理学的梯度离心法。
（2）影响DNA复制的外界因素有哪些？
提示
题型一 实验基础
1．（2016·西安二模）将大肠杆菌放在含有15N的培养基中培养若干代后，细菌DNA所有氮均为15N，它比14N分子密度大。
然后将DNA被15N标记的大肠杆菌再转移到14N培养基中培养，每隔4h（相当于分裂繁殖一代的时间）取样一次，测定其不同世代细菌DNA分子的密度。
DNA分子的密度梯度离心实验结果如下图所示。
（1）中带DNA中含有的氮元素是________。
（2）如果测定第4代DNA分子的密度，含15N的DNA分子所占比例为________。
（3）如果将第1代（全中）DNA链的氢键断裂后再测定密度，它的四条DNA单链在试管中的分布位置应为________________。
（4）上述实验表明，DNA分子复制的方式是________________。
答案
（1）14N、15N
（2）1/8 （3）1/2重带、1/2轻带 （4）半保留复制
解析 两条DNA单链均被15N标记的DNA分子为全重DNA分子，在离心管的最下边；含全重DNA分子的大肠杆菌转入含14N的培养基中培养后，第1代全部为一条链含15N、另一条链含14N的DNA分子，在离心管的中间；第2代为1/2中带DNA分子，1/2轻带DNA分子；第4代为2/24中带DNA分子，（24－2）/24轻带DNA分子。
根据这一实验结果可以证明：
DNA分子复制的方式是半保留复制。
题型二 实验应用
2．DNA的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（弥散）复制三种。
究竟是哪种复制方式呢？
下面设计实验来证明DNA的复制方式。
实验步骤：
a．在氮源为14N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14N－DNA（对照）。
b．在氮源为15N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为15N－DNA（亲代）。
c．将亲代15N大肠杆菌转移到氮源为14N的培养基中，再连续繁殖两代（Ⅰ和Ⅱ），用密度梯度离心法分离，不同相对分子质量的DNA分子将分布在试管中的不同位置上。
实验预测：
（1）如果与对照（14N－14N）相比，子Ⅰ代能分辨出两条DNA带：
一条________带和一条________带，则可以排除________________。
（2）如果子Ⅰ代只有一条中密度带，则可以排除____________________________________，
但不能肯定是________________________________。
（3）如果子Ⅰ代只有一条中密度带，再继续做子Ⅱ代DNA密度鉴定：
若子Ⅱ代可以分离出________________和____________，则可以排除分散复制，同时肯定半保留复制；如果子Ⅱ代不能分离出________密度两条带，则排除____________，同时确定为____________。
答案
（1）轻（14N－14N） 重（15N－15N） 半保留复制和分散复制
（2）全保留复制 半保留复制或分散复制
（3）一条中密度带 一条轻密度带 中、轻 半保留复制
分散复制
解析 从题目中的图示可知，深色为亲代DNA的脱氧核苷酸链（母链），浅色为新形成的子代DNA的脱氧核苷酸链（子链）。
因此全保留复制后得到的两个DNA分子，一个是原来的两条母链重新形成的DNA分子，一个是两条子链形成的DNA分子；半保留复制后得到的每个子代DNA分子的一条链为母链，一条链为子链；分散复制后得到的每个子代DNA分子的单链都是由母链片段和子链片段间隔连接而成的。
做模拟 练预测
1．有关真核细胞DNA分子的复制，下列叙述正确的是（ ）
A．复制过程中先是全部解旋，再半保留复制
B．复制过程中不需要消耗ATP
C．DNA聚合酶催化两个游离的脱氧核苷酸之间的连接
D．复制后产生的两个子代DNA分子共含有4个游离的磷酸基团
答案 D
解析 双链DNA复制的主要特点是“边解旋边复制、半保留复制”，故A项错误；复制过程需要“原料、酶、能量、模板、适宜的温度和pH等”，故B项错误；DNA聚合酶是催化游离的脱氧核苷酸与一段脱氧核苷酸链之间形成磷酸二酯键，故C项错误。
2．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培养基中连续复制4次，其结果可能是（ ）
A．含有14N的DNA占100%
B．复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸640个
C．含15N的链占1/8
D．子代DNA中嘌呤与嘧啶之比是2∶3
答案 A
解析 在14N培养基中连续复制4次，得到24＝16个DNA分子，32条链，其中含14N的DNA占100%，含15N的链有2条，占1/16，A项正确，C项错误；根据已知条件，每个DNA分子中腺嘌呤脱氧核苷酸有
＝40个，复制过程中消耗A＝40×（24－1）＝600个，B项错误；每个DNA分子中嘌呤和嘧啶互补相等，两者之比是1∶1，D项错误。
3．下图所示为真核细胞中遗传信息的传递和表达过程。
下列相关叙述正确的是（ ）
A．①②过程中碱基配对情况相同
B．②③过程发生的场所相同
C．①②过程所需要的酶相同
D．③过程中核糖体的移动方向是从左向右
答案 D
解析 ①为DNA复制过程，碱基互补配对方式为A—T、G—C，②为转录，碱基互补配对方式为A—U、G—C、T—A；②转录主要发生在细胞核中，还可发生在叶绿体和线粒体中，③翻译主要发生在细胞质中的核糖体上；①过程需要解旋酶和DNA聚合酶，②过程需要RNA聚合酶；根据肽链的长度判断，核糖体移动的方向是从左向右。
4．下图表示生物界完整的中心法则，有关叙述不正确的是（ ）
A．①②③过程都需要模板、原料、酶和能量，且均可在乳酸菌、酵母菌、线粒体、叶绿体中进行
B．若将果蝇一个体细胞核中的8个DNA分子用32P标记，然后放入含31P的培养基中培养，分裂两次后一个细胞核中含放射性的DNA数目可能是0
C．在蓝细菌中，②③过程可在细胞同一区域同时发生
D．④⑤过程发生在某些病毒体内
答案 D
解析
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