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1、第第1717讲遗传信息的传递和表达讲遗传信息的传递和表达知识1 遗传信息的传递(DNA的复制)知识2 遗传信息的转录和翻译知知识识梳梳理理考点一 DNA的复制考点二 对“中心法则”含义的理解考考点点突突破破知识知识1 1遗传信息的传递遗传信息的传递(DNA(DNA的复制的复制)教材研读1.DNA的复制是以亲代DNA分子两条链为模板,合成子代DNA的过程,发生的时间是有丝分裂间期和减前的间期。2.DNA的复制场所主要是细胞核,在叶绿体和线粒体中也可发生。3.DNA的复制过程的复制过程解旋:在有关酶的作用下,DNA两条链的配对碱基之间的氢键断开,形成两条“模板链”(母链)合成子链:以母链为模板,按
2、照碱基互补配对原则,吸引含有互补碱基的脱氧核苷酸,最后相邻脱氧核苷酸的脱氧核糖和磷酸基团间形成磷酸二酯键,产生一条新链(子链)形成子代DNA:子链与对应母链盘绕成双螺旋结构,结果一个DNA分子形成两个子代DNA分子4.DNA的复制特点的复制特点(1)过程特点:边解旋边复制。(2)复制方式:半保留复制。5.DNA的复制条件的复制条件(1)模板:解旋后的两条单链分别做模板。(2)原料:四种脱氧核苷酸。(3)能量:细胞提供的能量(ATP)。(4)酶:解旋酶、DNA聚合酶等。6.DNA复制的意义:DNA分子复制,使遗传信息从亲代传递给子代,从而保持了前后代遗传信息的连续性。知识知识2 2遗传信息的转录
3、和翻译遗传信息的转录和翻译一、一、RNA的结构和种类的结构和种类二、遗传信息的转录与翻译二、遗传信息的转录与翻译三、基因、遗传密码与中心法则三、基因、遗传密码与中心法则1.基因基因:从本质上讲是一段包含一个完整的遗传信息单位的有功能的核酸分子片段在大多数生物中是一段DNA,在RNA病毒中则是一段RNA。2.遗传密码遗传密码:信使RNA上决定一个氨基酸的三个相邻碱基。3.中心法则的内容图解中心法则的内容图解:。1.下列关于DNA复制的叙述中,正确的是(A)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.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互相配对解析解析DNA
4、复制需要解开DNA的双螺旋结构,A正确;DNA复制的模板是两条链,B错误;DNA复制时以4种游离的脱氧核苷酸为原料,C错误;DNA复制时A与T互相配对、G与C互相配对,D错误。2.某亲本DNA分子双链均以白色表示,以黑色表示第一次复制出的DNA子链,以灰色表示第二次复制出的DNA子链,该亲本双链DNA分子连续复制两次后的产物是(A)解析解析由于DNA是半保留复制,复制一次后2个子代DNA都是一条母链(白色)和一条新链(黑色),再次复制后,产生两个DNA全是新链组成(一条灰色、一条黑色),两个DNA包括一条母链(白色)和一条新链(灰色),故选A。3.将一个用15N标记的DNA放到14N的培养基上
5、培养,让其连续复制三次,再将全部复制产物置于试管内进行离心,如图中分别代表复制1次、2次、3次后分层结果的是(A)A.c、e、fB.a、e、bC.a、b、dD.c、d、f解析解析由于DNA分子的复制是半保留复制,一个用15N标记的DNA在含14N的培养基上培养,复制第一次后产生2个DNA分子,每个DNA分子的一条链含15N,一条链含14N,密度中,对应图中的c;复制第二次后,共产生4个DNA分子,其中含15N和14N的DNA分子为2个,密度中,只含14N的DNA分子为2个,密度小,对应图中的e;复制第三次后,共产生8个DNA分子,其中含15N和14N的DNA分子为2个,密度中,只含14N的DN
6、A分子为6个,密度小,对应图中的f。4.某信使RNA上有一密码子是CGA,那么转运RNA上与其互补配对的三个碱基是(B)A.GCTB.GCUC.CGTD.CGU解析解析RNA分子不含碱基T,按照碱基互补配对原则,B正确。5.下列为某一段多肽链和控制它合成的DNA双链的一段。“甲硫氨酸脯氨酸苏氨酸甘氨酸缬氨酸”【密码子表】甲硫氨酸AUG脯氨酸CCACCCCCU苏氨酸ACUACCACA甘氨酸GGUGGAGGG缬氨酸GUUGUCGUA根据上述材料,下列描述中,错误的是(D)A.这段DNA中的链起转录模板的作用B.决定这段多肽链的遗传密码子依次是AUG、CCC、ACC、GGG、GUAC.这条多肽链中有
7、4个“CONH”的结构D.若这段DNA链右侧第二个碱基T被G替代,这段多肽中将会出现两个脯氨酸解析解析由题意可知AUG对应的是甲硫氨酸,根据碱基互补配对原则应是以链为模板链,A正确;根据密码子与氨基酸对应关系及模板链碱基序列得出决定这段多肽链的遗传密码子依次是AUG、CCC、ACC、GGG、GUA,B正确;这条多肽链由5个氨基酸组成,应有4个肽键,C正确;如果这段DNA的链右侧第二个碱基T被G替代,这段多肽中的缬氨酸被甘氨酸代替,D错误。6.(2017浙江11月选考,25,2分)下列关于生物体内遗传信息的传递与表达的叙述,正确的是(C)A.每种氨基酸至少有两个以上的遗传密码B.遗传密码由DNA
8、传递到RNA,再由RNA决定蛋白质C.一个DNA分子通过转录可形成许多个不同的RNA分子D.RNA聚合酶与DNA分子结合只能使一个基因的DNA片段的双螺旋解开解析解析有的氨基酸只有一种遗传密码,A错误;遗传密码位于mRNA上,B错误;DNA转录时,包括一个或者几个基因的DNA片段会解开双螺旋并进而形成相应的RNA分子,因此一个DNA分子通过转录加工可形成许多个不同的RNA分子,C正确、D错误。7.下图表示遗传信息流的中心法则图解,下列有关叙述错误的是(C)A.c过程为翻译,场所是核糖体B.a过程为DNA的自我复制,原料为脱氧核苷酸C.c过程需要RNA聚合酶,d过程需要逆转录酶D.e为RNA的自
9、我复制,原料为核糖核苷酸解析解析c过程为翻译,场所是核糖体,A正确;a过程为DNA的自我复制,原料为脱氧核苷酸,B正确;转录时需要RNA聚合酶,c过程为翻译,C错误;e为RNA的自我复制,原料为核糖核苷酸,D正确。考点一考点一DNADNA的复制的复制DNA分子的复制分子的复制考点突破1.DNA复制的有关知识整合复制的有关知识整合2.DNA复制的特点、准确性复制的特点、准确性(1)复制特点:边解旋边复制;半保留复制。新合成的每个DNA分子中,都保留了原来DNA分子中的一条链(模板链)。(2)DNA复制的准确性原因:DNA具有独特的双螺旋结构,能为复制提供精确的模板;通过碱基互补配对,保证了复制能
10、够准确地进行。1.同位素示踪法和离心技术证明同位素示踪法和离心技术证明DNA的半保留复制的半保留复制已知某一DNA分子用15N标记(0代),将含有该标记DNA分子的细胞(或某种细菌)转移到只含14N的培养基中培养(进行DNA复制),若干代后,其DNA分子数、脱氧核苷酸链数及相关比例如表:世代DNA分子的特点DNA中脱氧核苷酸链的特点分子总数细胞中DNA分子离心后在离心管中的位置不同DNA分子占全部DNA分子的比例脱氧核苷酸链总数不同脱氧核苷酸链占全部链的比例只含15N分子含14N、15N杂种分子只含14N分子含15N的链含14N的链01全在下部10021012全在中部01041/21/2241
11、/2中部1/2上部01/281/43/4381/4中部3/4上部01/4161/87/8n2n2/2n中部1-2/2n上部02/2n(或1/2n-1)1-2/2n2n+11/2n1-1/2n2.与与DNA分子复制有关的计算规律分子复制有关的计算规律DNA分子复制为半保留复制,若将一个全部N原子被15N标记的DNA转移到含14N的培养基中培养(复制)若干代,其结果分析如下:(1)子代DNA分子数:2n个无论复制多少次,子代中含15N的DNA分子始终是2个。含14N的DNA分子有2n个,只含14N的有(2n-2)个,做题时应看准是“含”还是“只含”。(2)子代DNA分子脱氧核苷酸的总链数:2n2=
12、2n+1条无论复制多少次,含15N的链始终是2条。做题时应看准是“DNA分子数”还是“链数”。含14N的链数是(2n+1-2)条。(3)消耗的脱氧核苷酸数若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸为m(2n-1)个。若进行第n次复制,则需消耗游离的该脱氧核苷酸为m2n-1个。典例典例1(2018浙江4月选考,22,2分)某研究小组进行“探究DNA的复制过程”的活动,结果如图所示。其中培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl,a、b、c表示离心管编号,条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的分布位置。下列叙述错误的是()A.本活动运用了同位素
13、示踪和密度梯度离心技术B.a管的结果表明该管中的大肠杆菌是在含14NH4Cl的培养液中培养的C.b管的结果表明该管中的大肠杆菌的DNA都是15N14N-DNAD.实验结果说明DNA分子的复制是半保留复制解题关键解题关键DNA的半保留复制。答案答案B解析解析本题考查“探究DNA的复制过程”。本活动中有使用到14N和15N,即采用了同位素示踪技术,3个离心管中的条带是经密度梯度离心后得到的,A正确。a管中只有重带,即15N-15N-DNA,表明该管中的大肠杆菌是在含15NH4Cl的培养液中培养的,B错误。b管中只有中带,即DNA都是15N-14N-DNA,C正确。c管中1/2中带为15N-14N-
14、DNA,1/2轻带为14N-14N-DNA,综合以上可推测,a管中为亲代DNA:15N-15N-DNA,b管中为复制一代后的子代DNA:15N-14N-DNA,c管中为复制两代后的子代DNA:1/215N-14N-DNA、1/214N-14N-DNA,说明DNA分子的复制是半保留复制,D正确。1-1(2018海南单科,15,2分)现有DNA分子的两条单链均只含有14N(表示为14N14N)的大肠杆菌,若将该大肠杆菌在含有15N的培养基中繁殖两代,再转到含有14N的培养基中繁殖一代,则理论上DNA分子的组成类型和比例分别是(D)A.有15N14N和14N14N两种,其比例为13B.有15N15N
15、和14N14N两种,其比例为11C.有15N15N和14N14N两种,其比例为31D.有15N14N和14N14N两种,其比例为31解析解析将含有14N的大肠杆菌置于含有15N的培养基中繁殖两代后,由于DNA的半保留复制,得到的子代DNA为2个15N15N-DNA和2个14N15N-DNA,再将其转到含有14N的培养基中繁殖一代,会得到6个15N14N-DNA和2个14N14N-DNA,比例为31,D正确。1-2用15N标记含有100个碱基对的DNA分子,其中有胞嘧啶脱氧核苷酸60个,该DNA分子在含有14N的培养基中连续复制4次。其结果不可能是(B)A.含有15N的DNA分子占1/8B.含有
16、14N的DNA分子占7/8C.复制过程中需腺嘌呤脱氧核苷酸600个D.复制结果共产生16个DNA分子解析解析DNA复制为半保留复制,子代每个DNA的两条链,一条来自母链,一条是新合成的子链。由题可知,该DNA分子中有腺嘌呤(A)40个,则复制过程中需腺嘌呤脱氧核苷酸为40(24-1)=600(个)。该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次,可形成16个DNA分子,其中含有15N的DNA分子占1/8,含有14N的DNA分子占100%。考点二对考点二对“中心法则中心法则”含义的理解含义的理解一、中心法则体现了生物界中遗传信息的流动过程一、中心法则体现了生物界中遗传信息的流动过程1.中心法则体现
17、了中心法则体现了DNA的两大基本功能的两大基本功能过程体现了遗传信息的传递功能,它是通过DNA复制完成的,发生于细胞增殖过程中(有丝分裂或减数分裂)。、过程共同体现了遗传信息的表达功能,它是通过转录和翻译完成的,发生在个体生长发育过程中。过程体现了部分以RNA作为遗传物质的生物亲代与子代之间遗传信息的传递功能。过程表示部分逆转录病毒、以RNA作为遗传物质的生物,RNA中遗传信息表达的首要步骤。此类生物专营寄生生活,必须在宿主细胞中完成其遗传信息的表达,其先通过逆转录过程,形成DNA,整合在宿主DNA中,再进行、过程。2.中心法则中几个生理过程准确进行的原因中心法则中几个生理过程准确进行的原因精
18、确的模板和严格有序的碱基互补配对关系保证了遗传信息的正常传递和表达,进而保证了物种的相对稳定性。生物种类遗传信息的传递过程真核生物原核生物DNA病毒RNA病毒(1)(2)逆转录病毒3.各类生物遗传信息的传递过程各类生物遗传信息的传递过程项目DNA复制转录翻译时间有丝分裂间期;减前的间期生长发育过程中场所真核细胞主要在细胞核,线粒体和叶绿体中也可发生;原核细胞在拟核真核细胞主要在细胞核,线粒体和叶绿体中也发生;原核细胞在拟核细胞质中的核糖体上原料四种脱氧核苷酸四种核糖核苷酸二十种氨基酸模板DNA的两条链DNA中的一条链mRNA条件解旋酶、DNA聚合酶、能量RNA聚合酶、能量酶、tRNA、核糖体、
19、能量二、复制、转录、翻译比较二、复制、转录、翻译比较过程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,子链与对应母链形成双螺旋结构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模板去向分别进入两个子代DNA分子中与非模板链重新形成双螺旋结构分解成单个核苷酸特点边解旋边复制;半保留复制;多起点双向复制边解旋边转录,DNA双链全保留一条mRNA上可相继结合多个核糖体,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多肽链意义复制遗传信息,使遗传信息从亲代传递到子代表达
20、遗传信息,使生物体表现出各种遗传性状知能拓展知能拓展(1)复制和转录发生在DNA存在的部位,如细胞核、叶绿体、线粒体、拟核等部位。(2)mRNA、tRNA、rRNA均是转录的产物,但携带遗传信息的只有mRNA。它们都参与了翻译过程,mRNA是翻译的模板,tRNA是运载工具,rRNA是核糖体的组成成分。(3)一个mRNA分子上可相继结合多个核糖体,同时合成多条相同的肽链。一、正确理解遗传信息、密码子、反密码子的内涵一、正确理解遗传信息、密码子、反密码子的内涵1.遗传信息、密码子与反密码子的比较遗传信息、密码子与反密码子的比较项目位置作用数量遗传信息在DNA上(RNA病毒除外)间接决定着蛋白质中的
21、氨基酸的排列顺序,决定性状不同基因遗传信息不同密码子 在mRNA上直接控制蛋白质中氨基酸的排列顺序64种(3种终止密码子、61种决定氨基酸的密码子)反密码子在tRNA上识别密码子序列,运输相应氨基酸理论上有61种2.遗传信息、密码子、反密码子的对应关系遗传信息、密码子、反密码子的对应关系(1)一种密码子只能对应一种氨基酸,但一种氨基酸可以不止由一种密码子决定。(2)一种tRNA只能转运一种氨基酸,但一种氨基酸可不止由一种tRNA转运。二、转录、翻译过程中的联系及相关计算二、转录、翻译过程中的联系及相关计算1.转录和翻译过程中的联系转录和翻译过程中的联系2.转录和翻译的相关计算转录和翻译的相关计
22、算(1)转录过程:转录时,组成基因的两条链只有一条链能转录,另一条链不能转录,转录形成的RNA中碱基的数目是基因中碱基数目的1/2。模板链中的(A+T)/(G+C)的值与mRNA链中的(A+U)/(G+C)的值相同。(2)翻译过程:mRNA上3个相邻的碱基构成一个遗传密码,一个遗传密码编码一个氨基酸(不考虑终止密码)。即蛋白质中氨基酸数目=1/3mRNA碱基数目=1/6DNA碱基数目(不考虑终止密码子、内含子)。知能拓展知能拓展原核生物的转录和翻译不像真核生物那样在时间、空间上严格分开,因为原核生物无核膜,可以在转录的同时完成翻译活动,且原核生物的mRNA不需要加工。典例典例2(2017江苏单
23、科,23,3分)在体外用14C标记半胱氨酸-tRNA复合物中的半胱氨酸(Cys),得到*Cys-tRNACys,再用无机催化剂镍将其中的半胱氨酸还原成丙氨酸(Ala),得到*Ala-tRNACys(见图,tRNA不变)。如果该*Ala-tRNACys参与翻译过程,那么下列说法正确的是(多选)()A.在一个mRNA分子上可以同时合成多条被14C标记的多肽链B.反密码子与密码子的配对由tRNA上结合的氨基酸决定C.新合成的肽链中,原来Cys的位置会被替换为14C标记的AlaD.新合成的肽链中,原来Ala的位置会被替换为14C标记的Cys解题关键解题关键审清题干,从题干中获得有效解题信息。突破点是*
24、Cys-tRNACys转变为*Ala-tRNACys时,“tRNA未变”这一关键信息。答案答案AC解析解析本题主要考查翻译的特点及从新情境中获取信息解决问题的能力。在一个mRNA分子上可以先后结合多个核糖体,可同时合成多条多肽链,A正确;反密码子与密码子的配对遵循碱基互补配对原则,是由密码子决定的,B错误;依据题干信息可知,用无机催化剂镍将*Cys-tRNACys中的半胱氨酸还原成丙氨酸时,tRNA不变,由此推测与其配对的密码子也未变,但所决定的氨基酸由半胱氨酸转变为丙氨酸,新合成的肽链中,原来Cys的位置会被替换为14C标记的Ala,C正确、D错误。2-1(2018浙江11月选考,23,2分
25、)下列关于洋葱根尖细胞遗传信息转录过程的叙述,正确的是(A)A.一个DNA可转录出多个不同类型的RNAB.以完全解开螺旋的一条脱氧核苷酸链为模板C.转录终止时成熟的RNA从模板链上脱离下来D.可发生在该细胞的细胞核、线粒体和叶绿体中解析解析洋葱是真核细胞,遗传物质是DNA,基因是有遗传效应的DNA片段,一个DNA分子上有多个基因,不同基因转录形成的RNA不同,A正确;转录不是沿着整条DNA长链进行的,当RNA聚合酶与DNA分子的某一启动部位结合时,包括一个或几个基因的DNA片段的双螺旋解开,转录具有边解旋边转录的特点,B错误;真核生物细胞核内转录出的RNA产物经过加工才能成为成熟的RNA,C错误;洋葱根尖细胞无叶绿体,D错误。2-2(2018浙江11月选考,18,2分)下列关于遗传物质的叙述,正确的是(C)A.烟草的遗传物质可被RNA酶水解B.肺炎双球菌的遗传物质主要是DNAC.劳氏肉瘤病毒的遗传物质可逆转录出单链DNAD.T2噬菌体的遗传物质可被水解成4种脱氧核糖核酸解析解析烟草是植物,其遗传物质是DNA,不能被RNA酶水解,A错误;肺炎双球菌的遗传物质就是DNA,对于整个生物界,DNA是主要的遗传物质,B错误;劳氏肉瘤病毒的遗传物质是RNA,且它是逆转录病毒,以RNA为模板逆转录出单链DNA,C正确;T2噬菌体的遗传物质可被水解成4种脱氧核糖核苷酸,D错误。