2022年遗传和变异遗传物质及作用原理 .pdf

1 遗传和变异遗传物质及作用原理知识结构重点、难点解析及知识扩展生物性状遗传概述遗传物质的分析遗传物质的特点分子结构相对稳定（贮存遗传信息)通过自我复制使前后代保持连续性(传递遗传信息)通过指导蛋白质合成控制生物性状(表达遗传信息)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 13 页 -2 引起生物遗传的变异(改变遗传信息)DNA 是遗传物质的证据噬菌体侵染细菌的实验T2噬菌体复制繁殖过程分析结论 DNA 是连续的，子代DNA 是亲代 DNA 模板的复制产物。蛋白质是不连续的，子代蛋白质是在DNA 指导下重新合成的。细菌转化的实验肺炎双球菌的特点R 型(无荚膜)S 型(有荚膜)体外转化的实验过程分析结论 DNA 能够引起遗传的变异名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 13 页 -3 DNA 只有保持分子结构稳定才能行使遗传功能 RNA 是遗传物质的证据DNA 的分子结构结构层次基本元素组成 C、H、O、N、P 等基本组成物质脱氧核糖、含氮碱基、磷酸基本结构单位 4 种脱氧核糖核苷酸化学结构(1 级结构)脱氧核糖核苷酸链空间结构 双螺旋结构(2 级结构)主链碱基对(侧链)构成方式磷酸-脱氧核糖交互排列两条主链反向平行；有规则向右盘绕成双螺旋对应碱基以氢键连结成对对应碱基互补(A-T、G-C)碱基对的平面之间平行排列位置双螺旋外侧双螺旋内侧动态变化相对稳定碱基序列可变 结构特点双螺旋结构相对稳定性和DNA 分子空间构型的相对稳定性主要靠两种力：互补碱基之间的氢键作用碱基对平面之间的相互作用力（碱基堆积力）。DNA 分子的特异性：DNA 分子的含氮碱基有四种，不同生物的 DNA分子中各种碱基的数量不同，通常以碱基比率(A+T/G+C)来表示碱基数量变化。每个特定的DNA 分子都有其特定的碱基比率和碱基序列，因此有特异性。碱基比率(A+T/G+C)具有种属特异性，没有器官特异性。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 13 页 -4 碱基比率酵母小麦人鼠猪肝胸腺脾A+T/G+C 1.79 1.21 1.52 1.39 1.43 1.43 1.43 碱基序列具有多样性。RNA 分子结构与DNA 的差异化学组成上的差异基因和遗传信息基因 蕴含遗传信息的特定核苷酸序列基因与性状的关系：基因是控制生物性状的遗传物质的功能单位。基因与DNA 的关系：即基因的化学本质。基因是有遗传效应的DNA 片段.基因与遗传信息的关系：即基因起作用的原因。每个基因中的碱基排列顺序代表着特定的遗传信息。生物性状的遗传，实质上是通过基因中特定的脱氧核苷酸序列来传递遗传信息。基因是遗传信息的载体。基因与染色体的关系：即基因的位置。细胞核基因在染色体上有一定的座位，许多基因在同一条染色体上呈线性排列。基因的主要载体是染色体。遗传信息 子代从亲代获得的控制性状发育的信号由基因中4 种脱氧核苷酸序列编码以三联体密码形式贮存于DNA 分子链中分为蛋白质结构的编码信息和选择性表达信息两大类生物性状遗传实质上是遗传信息的传递和表达名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 13 页 -5 遗传物质的作用原理 DNA 复制 传递遗传信息复制时间有丝分裂间期和前减数分裂期复制过程复制基础特定的双螺旋结构为复制提供精确模板碱基互补配对能力保证复制准确进行复制条件以亲代DNA 分子的双链为模板以核液中4 种脱氧核苷酸为原料 DNA 合成酶系的催化脱氧核苷酸的高能键提供能量复制特点边解旋边复制，减少模板母链发生改变的机会。遵循碱基互补配对原则，保证复制准确进行。分段双向复制，提高复制速度。不连续复制和半保留复制。子代 DNA 分配到两个子代细胞中或配子细胞中复制意义将亲代遗传信息传递给子代名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 13 页 -6 基因控制蛋白质合成 表达遗传信息转录 以 DNA 分子为模板合成RNA 部位：细胞核内模板：DNA 分子的非信息链碱基互补配对原则：AU、TA、G C、CG 转录产物特点：mRNA 单链上携带遗传信息 mRNA 动向：通过核膜孔进入细胞质，与核糖体结合。翻译 以信使 RNA 分子为模板合成蛋白质信使 RNA 为直接模板信使 RNA 单链上以,三联体密码?形式转录着遗传信息信使 RNA 分子经核膜孔移动到细胞质中，并与核糖体相结合核糖体为蛋白质合成场所转运RNA 为合成蛋白质的工具每个转运RNA 分子的一端携带特异的氨基酸另一端的“反密码子”识别 mRNA 的“密码子”遗传密码 决定蛋白质分子氨基酸序列的DNA 分子碱基序列通常指mRNA 单链的碱基序列由相邻的三个碱基组成一个密码子，共有43=64 种密码子有 61 个密码子分别为20 种氨基酸编码，其余为终止密码一个氨基酸可由1 个以上的密码子决定中心法则 遗传信息的转移规律遗传信息在生物大分子间转移过程遵循的基本法则 1976 年克里克提出的图解表达方式如下：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 13 页 -7 中心法则高度概括遗传物质的作用原理典型例题解析1、在含有4 种碱基的DNA 区段，有腺嘌呤a 个，占该区段全部碱基的比例为b,则A b0.5B b0.5 C 胞嘧啶为 a(1/2b-1)D 胞嘧啶为b(1/2a-1)解析 本题考核的知识点为碱基互补配对知识。该题看上去似乎无从下手，其实只要解题思路对，就容易得出答案。该题的解题思路是：已知有腺嘌呤（A）a个，占该区段全部碱基的比例为b，则可推出全部碱基共a/b 个。由于A=T，G=C，则 C=（a/b-2a）/2，即 a（1/2b-1），故选C。2、噬菌体侵染细菌的实验证明A DNA 是遗传物质B 蛋白质不是遗传物质C DNA 是主要的遗传物质D DNA 是遗传物质，蛋白质不是遗传物质解析 本题的考核点为对噬菌体侵染细菌实验证明内容的理解。很多同学在这道题中选C 或 D，这是错误的。因为该实验并未证明除DNA 外，还有其他遗传物质，故C 不对。该实验中也未证明蛋白质不具备遗传物质的基本特征，因为蛋白质外壳未进入大肠杆菌细胞内部，故不能做出判断D。只有 A 结论是根据实验结果提供的证据证明的，故选A。3、组成小麦核酸的核苷酸、碱基、五碳糖种类依次是A 4、4、1 B 8、5、1 C 4、4、2 D 8、5、2解析 本题考核的知识点是小麦细胞内的核酸种类、两种核酸各自的基本单位及其物质组成。小麦属于真核生物，其遗传物质包括DNA、RNA，各自分别由磷酸、含氮碱、五碳糖三种物质组成。DNA 的碱基有4种，RNA 的碱基有4种，但其中有3 种（A、C、G）是两者共有的，因此共有5 种：分别是A、T、C、G、U；五碳糖：RNA 基本单位中的五碳糖是核糖、DNA 基本单位中的五碳糖是脱氧核糖，故共有2种；DNA 基本单位有4 种，RNA 的基本单位有4 种，虽然 DNA 基本单位与RNA 基本单位中的碱基有3 种是共同的，但其基本单位中的五碳糖不同，故核苷酸有8 种。选 D4、DNA的基本功能是名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 13 页 -8 A 保存和分配遗传信息B 储存和积累遗传信息C 调节和翻译遗传信息D 传递和表达遗传信息 解析 DNA 作为遗传物质，起着储存、传递和表达遗传信息的作用。其中最主要的是通过DNA 的复制，完成遗传信息的表达，通过转录和翻译，控制蛋白质的生成，从而表达遗传信息，故选D。5、对于同一物种的受精卵内遗传物质的下列描述中，有错误的是：A、不同受精卵内的染色体数目是相同的B、不同受精卵内的遗传物质是不同的C、受精卵内的遗传物质一半来自于母方，一半来自于父方D、受精卵内的遗传物质是该生物个体未来性状表现的决定因素.解析 本题考核的知识点是遗传物质的概念、存在部位、主要功能，受精作用的具体过程、染色体在生命周期中的数量变化等知识点，具有很强的综合性。在生命周期中，根据减数分裂和受精作用中染色体的变化，可知同一物种的不同受精卵中染色体的数目是相同的，故排除选项A；同样根据减数分裂和受精作用中染色体的行为变化，可知受精卵中的遗传物质来自父母双亲，父方形成的精子种类、母方形成的卵细胞种类是多种多样的，因此同一物种的不同受精卵细胞内遗传物质是不相同的，故排除B；根据遗传学原理，生物的性状表现是受精卵内的遗传物质和环境共同作用的结果，其中内因即遗传物质起决定作用，故排除D；根据细胞内遗传物质存在于细胞核、细胞质（例如线粒体）中，而根据受精作用的过程，精子只有头部（细胞核的部分）进入受精卵，故精子为受精卵提供的是核内的遗传物质，受精卵细胞质内的遗传物质则完全来自母方（即卵细胞），因此只能说受精卵核内的遗传物质一半来自于父方、一半来自于母方；而不能说受精卵内的遗传物质（包括细胞质内的遗传物质）一半来自于父方，一半来自于母方，故选C。6、DNA 分子的一条链中C+T/A+G=0.2，那么它的互补链中的该碱基比率为A、0.5 B、0.2 C、2 D、5 解析 DNA 分子的一条链中C+T/A+G=0.2，因为 C 与 G 互补，T 与 A 互补，因此其互补链中A+G/C+T=0.2，故其互补链中C+T/A+G=1/0.2=5。选 D 7、某双链DNA 分子中 A+T/C+G=1.5，它的 T 占全部碱基的A、20%B、25%C、30%D、无法计算解析 已知双链DNA 分子中 A+T/C+G=1.5，因此 A+T 占全部碱基的60%，C+G 占全部碱基的40%，因为双链DNA分子中 A 与 T 互补，故应各占一半，为30%。选 C。8、有关双链DNA 分子的主链构成方式及其动态变化的下列概括中，哪一项是错误的（）A、由核糖和磷酸交替排列组成B、两条主链呈反向平行C、两条主链有规则盘绕成双螺旋D、主链排列在双螺旋外侧并相对稳定不变解析 选项 B、C、D 均对，只有A 有错，因为DNA 的基本单位中的五碳糖应为脱氧核糖，而不是核糖。选A。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 13 页 -9 9、将大肠杆菌置于含15N 的培养基上培养。这样，后代大肠杆菌细胞中的DNA 双链均被15N 标记。然后将被15N 标记的大肠杆菌作为亲代转到普通培养基中，繁殖两代。如果将第二代大肠杆菌DNA 分子总量作为整体1，其中含有15N 的第二代大肠杆菌DNA 分子约占多少，其中含有15N 的第二代大肠杆菌DNA 含量（脱氧核糖核苷酸单链）约占多少？A、100%与 50%B、50%与 50%C、50%与 25%D、25%与 25%解析 本题考核的知识点是DNA 的半保留复制，即分别以解开的两条母链中的一条为模板，按照碱基互补配对原则合成，新合成的DNA 分子中含有一条母链（模板链）和一条新合成的子链。根据题意，第一代2 个 DNA 分子中都有一条含15N 的母链，第二代 4 个 DNA 分子中有2 个 DNA 分子中各有一条含15N 的母链，所以它们占全部DNA 分子的比例为 2/4=50%；而以 DNA 分子中脱氧核糖核苷酸单链来计算时，第二代的8 条脱氧核糖核苷酸单链中，只有2 条15N，所以占的比例为2/8=25%。故选C。10、一个转运RNA（tRNA）的一端的三个碱基是CGA，那么，此转运RNA 运载的氨基酸是A、丙氨酸（遗传密码GCU）B、精氨酸（遗传密码CGA）C、酪氨酸（遗传密码UAU）D、谷氨酸（遗传密码GAG）解析 遗传密码是指信使RNA 上的碱基排列序列，信使RNA 上的碱基与转运RNA 的碱基是由互补原则决定的，因此信使 RNA 上的碱基应为：GCU。选 A。在线测试1、某基因有碱基1200 个，则由它控制合成的蛋白质所具有的氨基酸数目为（）、100 个、200 个、300 个、400 个2、已知某物种的细胞中含有26 个 DNA分子，其中有2 个 DNA分子各含有24000 个碱基，由这两个DNA分子所控制合成的多肽链中，最多含有氨基酸（）种。、8000、4000、16000、20 3、猴、噬菌体、烟草花叶病毒中参与构成核酸的碱基种类数，依次分别是（）。、4、4、5、5、4、4、4、5、4、5、4、5 4、下图所列核苷酸中，在DNA结构中不可能具有的是（）5、一条多肽链中有氨基酸1000 个，则作为合成该多肽模板的信使RNA分子和用来转录信使RNA的 DNA分子分别至少要有碱基（）、3000 个和 3000 个、1000 个和 2000 个、2000 个和 4000 个、3000 个和 6000 个名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 13 页 -10 6、具有 100 个碱基对的个DNA分子区段，内含40 个胸腺嘧啶，如果连续复制两次，则需游离的胞嘧啶脱氧核苷（）。、60 个、80 个、120 个、180 个7、DNA 分子的一条链中C+T/A+G=0.2，那么它的互补链中的该碱基比率为（）。、0.5、0.2、2、58、某双链 DNA 分子中 A+T/C+G=1.5，它的 T 占全部碱基的（）。、20%、25%、30%、无法计算9、噬菌体侵染细菌的实验证明（）。、DNA 是遗传物质、蛋白质不是遗传物质、DNA 是主要的遗传物质、DNA 是遗传物质，蛋白质不是遗传物质10、某双链 DNA分子中共含有N碱基 1400 个,其中一条单链上(A+T):(G+C)=2:5，则该 DNA分子连续复制两次共需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目是（）。、300 、400 、600 、1200 答案与讲解：1、B 2、D 3、B 4、B 5、D 6、D 7、D 8、C 9、A 10、C 1、有 1200 个碱基的基因，其每条链含碱基600 个。以含 600 个碱基的链为模板合成的信使RNA分子含碱基也为600 个，以信使RNA上三个相邻的碱基决定一个氨基酸计算，所以上述信使RNA为模板合成的蛋白质含氨基酸数为200 个。2、组成蛋白质的氨基酸有20 种，无论这个蛋白质分子含有多少个氨基酸。故本题的答案为。解答本题时一定要认真审题，切不可将题中所问的多少种氨基酸当成多少个氨基酸来计算。3、猴的核酸为DNA、RNA；噬菌体的核酸为DNA；烟草花叶病毒的核酸是RNA。组成 DNA的碱基为、四种；组成RNA的碱基为、四种。4、组成 DNA的脱氧核苷酸的碱基有四种：、。不是组成脱氧核苷酸的碱基。5、在合成蛋白质过程中，一个氨基酸对应信使RNA分子上的一个密码子（即决定一个氨基酸的三个相邻碱基）。所以1000 个氨基酸对应信使RNA上 3000 个碱基，而信使 RNA 是以 DNA 上一条链为模板合成的分子，故 DNA转录 RNA的模板链也有3000 个碱基，但是 DNA还有另一条与该模板链互补的非模板链，所以该DNA分子至少有6000 个碱基。所以本题答案是。6、根据碱基互补配对原则，得出：(2100-2T)=60 个。则该 DNA分子复制一次需要60 个胞嘧啶脱氧核苷酸，并形成两个DNA分子。在此基础上，上述两个DNA分子再复制一次，每一个DNA分子各需要60 个胞嘧啶脱氧核苷酸。所以题中所述的一个 DNA分子经两次复制，共需60+260 个胞嘧啶脱氧苷酸。故本题的答案为。本题解答易产生DNA分子复制一次需60 个胞嘧啶脱氧核苷酸，复制两次需要120 个胞嘧啶脱氧核苷酸的错误想法。7、DNA分子的一条链中C+T/A+G=0.2，因为 C与 G互补，T 与 A互补，因此其互补链中A+G/C+T=0.2，故其互补链中C+T/A+G=1/0.2=5。选 D 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 13 页 -11 8、已知双链 DNA分子中 A+T/C+G=1.5，因此 A+T占全部碱基的60%，C+G 占全部碱基的40%，因为双链 DNA分子中 A与 T 互补，故应各占一半，为30%。选 C。9、本题的考核点为对噬菌体侵染细菌实验证明内容的理解。很多同学在这道题中选C或 D，这是错误的。因为该实验并未证明除DNA外，还有其他遗传物质，故 C不对。该实验中也未证明蛋白质不具备遗传物质的基本特征，因为蛋白质外壳未进入大肠杆菌细胞内部，故不能做出判断D。只有 A结论是根据实验结果提供的证据证明的，故选A。10、根据碱基互补配对原则，A=T，C=G和已知(A+T):(G+C)=2:5可得另外一条对应链中(T+A):(C+G)=2:5，可以计算出此DNA双链的碱基数总共为A=T=200，C=G=500。复制 2 次后，会得到4 对共 8 条 DNA链，其中 6 条是新复制的，这6 条中，有 2 对和两个 DNA单链，而2 条单链正好是一对，所以可以看成是3 个 DNA分子，一个DNA双链中含 T200 个，3 个 DNA中含 T600个。课外拓展1、细胞核遗传与细胞质遗传受细胞核内染色体上含有的遗传物质控制的遗传现象叫细胞核遗传，又叫孟德尔式遗传。受细胞质内（如线粒体、质体以及草履虫细胞质中的卡巴粒等）的遗传物质所控制的遗传现象叫细胞质遗传，又叫非孟德尔式遗传或母体遗传。两者的区别如下：（1）在细胞核遗传中，除伴性遗传外，其亲本之间无论是正交还是反交，其子代表现型都是一样的，总是表现出显性性状。而细胞质遗传中，其亲本之间正交和反交的结果不一样，即杂交后代只表现出母体性状，而与父方性状无关。（2）在细胞核遗传中，完全符合遗传学三大规律，杂种后代有一定的分离比。而在细胞质遗传中，杂种后代既不出现分离现象，也不存在自由组合和连锁互换的关系。这是因为在细胞分裂过程中，细胞质基因不像核内染色体那样，能够进行有规律的分离和结合。（3）在细胞核遗传中，由于控制性状的基因位于细胞核内的染色体上，因此，核基因可在染色体上进行定位。而在细胞质遗传中，控制性状的基因在细胞质的某些成分之中（如线粒体的DNA 上），所以，质基因不能在染色体上进行定位。2、RNA 在遗传上的作用一些植物病毒和动物病毒只含有RNA，而不含DNA，它们的遗传性状只能由RNA 来控制。例如烟草花叶病毒（简称 TMV），它的基本成分是蛋白质和RNA。科学家们用石碳酸处理这种病毒时，能去掉其蛋白质外壳而只留下RNA。若将此 RNA 接种到正常的烟叶上，可导致烟叶患上花叶病，如果用其蛋白质感染烟叶，则不发生该病。由此证明，RNA起着遗传物质的作用。又如车前草病毒（简称HRV）也是一种只含RNA 和蛋白质的病毒。有人将车前草病毒的RNA 与烟草花叶病毒的蛋白质结合，使之形成一个类似 杂种 的新品系，并用它进行侵染实验，结果，发生的病症以及繁殖的病毒类型，都与车前草病毒相同（如图6-1 所示）。这更进一步证明了RNA 在遗传上的作用。A、TMV 和 HRV 的结构和侵染烟草叶引起的病症（a）TMV（b）HRV B、TMV 蛋白质外壳和HRV 的 RNA 所组成的新品系侵染烟草叶的情况（a）TMV 蛋白质外壳，单独没有侵染作用；名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 13 页 -12 图 6-1 RNA 是病毒的遗传物质的证明实验（b）HRV 的 RNA，单独有侵染作用；（c）TMV 蛋白质外壳和HRV 的 RNA 组成的新品系；（d）新品系产生的病毒后代，全属于HRV 3、碱基互补配对时，为什么只有A 与 T（或 T 与 A）、G 与 C（或 C 与 G）才能配对这是由两条长链之间的距离及碱基的分子结构决定的。我们知道，氢键形成时的条件是：两原子之间的距离必须在20（唉）左右，否则，就不能形成氢键。嘌呤和嘧啶的分子结构不同。嘌呤是双环 化合物，嘧啶是单环 化合物（如图6-3所示）。若两条主链上相对应的碱基都是嘌呤环，它们所占的空间太大；若两条主链上相对应的碱基都是嘧啶环，则相距太远。这样都不能形成氢键。只有 A 与 T 相连，G 与 C 相连，才具有适合两链间形成氢键的距离。即20 埃左右。为什么 A 不能与 C 配对，G 不能与 T 配对呢？我们可以观察图6-3 来找到答案：因为腺嘌呤与胸腺嘧啶配对是通过两个氢键相连，鸟嘌呤与胞嘧啶配对是通过三个氢键相连。若是腺嘌呤与胞嘧啶配对或者鸟嘌呤与胸腺嘧啶配对，在形成氢键的位置上彼此不相适应。因此，碱基配对只能是嘌呤与嘧啶配对，而且是A=T、G=C。这样，在DNA 分子中，碱基的比例总是：A+G/T+C=1 即嘌呤碱基的总数等于嘧啶碱基的总数。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 13 页 -13 图 6-3 腺嘌呤与胸腺嘧啶之间的氢键及鸟嘌呤与胞嘧啶之间的氢键4、正确区分遗传信息和密码子 遗传信息是指子代从亲代所获得的控制遗传性状的信号，这种信号以染色体上DNA 的脱氧核苷酸的顺序代表。基因中控制遗传性状的脱氧核苷酸顺序代表遗传信息。遗传 密码子 是指信使RNA 中决定一个氨基酸的三个相邻的碱基，它决定蛋白质中氨基酸的排列顺序。遗传信息与遗传 密码子 的区别：一是存在的位置不同，遗传信息是基因的脱氧核苷酸排列顺序，密码子是信使RNA 上核苷酸的排列顺序；二是作用不同，遗传信息决定氨基酸的顺序，仅是间接作用，而密码子则是直接控制蛋白质中氨基酸的排列顺序。5、弄清基因（DNA）的碱基、信使RNA 的碱基、蛋白质中的氨基酸的数量关系在蛋白质的合成过程中，是以DNA（基因）中的两链中的一条链为模板合成一条信使RNA 单链的，因此，DNA 中的碱基数是RNA 碱基数目的两倍。在翻译时，信使RNA 每三个碱基决定一种氨基酸。其数目彼此间的关系一般可表示为：DNA（基因）的碱基数：信使RNA 碱基数：氨基酸数=6n:3n:n。因基因中存有启动片段，mRNA 中存在终止密码子片段等，实际上基因（DNA）上含氮碱基数目（或脱氧核苷酸数）要大于 6n，或氨基酸数目小于n。因此一般命题中有 至少 或最多 字样。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 13 页 -