第1讲 遗传的分子基础
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)。
1．(2015·安徽卷)Qβ噬菌体的遗传物质(QβRNA)是一条单链RNA，当噬菌体侵染大肠杆菌后，QβRNA立即作为模板翻译出成熟蛋白、外壳蛋白和RNA复制酶(如图所示)，然后利用该复制酶复制QβRNA。下列叙述正确的是(B)
A．QβRNA的复制需经历一个逆转录的过程 B．QβRNA的复制需经历形成双链RNA的过程 C．一条QβRNA模板只能翻译出一条肽链 D．QβRNA复制后，复制酶基因才能进行表达
解析：QβRNA的复制不需要经历逆转录过程，是由单链复制成双链，再形成一条与原来的单链相同的子代RNA，所以A错误，B正确；由图可以看出一条QβRNA模板翻译出的肽链至少三条，C错误；由题意可知：有QβRNA复制酶，QβRNA的复制才能进行，QβRNA复制酶基因的表达在QβRNA的复制之前， D错误。
cc
2．(2015·新课标卷Ⅰ)人或动物PrP基因编码一种蛋白(PrP)，该蛋白无致病性。 PrP
scscc
的空间结构改变后成为PrP (朊粒)，就具有了致病性。PrP可以诱导更多的PrP转变为sc
PrP，实现朊粒的增殖，可以引起疯牛病。据此判断，下列叙述正确的是(C)
A．朊粒侵入机体后可整合到宿主的基因组中 B．朊粒的增殖方式与肺炎双球菌的增殖方式相同 C．蛋白质空间结构的改变可以使其功能发生变化
csc
D．PrP转变为PrP的过程属于遗传信息的翻译过程
解析：基因是有遗传效应的DNA分子片段，而朊粒为蛋白质，不能整合到宿主细胞的基
sc
因组中，A错误；朊粒通过诱导正常的蛋白质转变为PrP (朊粒)而实现朊粒的增殖，而肺
csc
炎双球菌的增殖方式是细胞的二分裂，B错误；“PrP的空间结构改变后成为PrP (朊粒)，K12小学初中高中
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就具有了致病性”，说明蛋白质的空间结构改变导致其功能发生了变化，C正确；PrP转变
sc
为PrP的过程是在某些因素的作用下导致的蛋白质空间结构的变化，遗传信息存在于基因上，它通过转录和翻译两个过程才能形成相应的蛋白质，D错误。
3．(2015·重庆卷)结合下图分析，下列传述错误的是(D)
c
A．生物的遗传信息储存在DNA或RNA的核苷酸序列中 B．核酸苷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
解析：核酸分子中核苷酸的排列顺序就代表着遗传信息，A项正确；由于密码子的简并性等原因，不同的核苷酸序列可表达出相同的蛋白质，B项正确；基因通过控制蛋白质的合成来控制生物的性状，因此遗传信息传递到蛋白质是表现型实现的基础，C项正确；构成基因的两条链是互补的，其碱基排列顺序不同，D项错误。
4．(2015·新课标卷Ⅱ)某基因的反义基因可抑制该基因的表达。为研究番茄中的X基因和Y基因对其果实成熟的影响，某研究小组以番茄的非转基因植株(A组，即对照组)、反义X基因的转基因植株(B组)和反义Y基因的转基因植株(C组)为材料进行实验，在番茄植株长出果实后的不同天数(d)，分别检测各组果实的乙烯释放量(果实中乙烯含量越高，乙烯的释放量就越大)，结果如下表：
回答下列问题：
(1)若在B组果实中没有检测到X基因表达的蛋白质，在C组果实中没有检测到Y基因表达的蛋白质。可推测，A组果实中与乙烯含量有关的基因有______①______，B组果实中与乙烯含量有关的基因有______②______。
(2)三组果实中，成熟最早的是______①______组，其原因是______②______。如果在35天时采摘A组与B组果实，在常温下储存时间较长的应是______③______组。
解析：(1)B组果实没有检测到X基因表达的蛋白质，乙烯释放量比对照组在相应天数要少，C组果实中没有检测到Y基因表达的蛋白质，C组乙烯释放量为零，说明反义X或YK12小学初中高中
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基因抑制X基因或Y基因表达后，就影响了乙烯的合成，因此，对照组A组果实中与乙烯含量有关的基因有X、Y；B组除X、Y基因以外还有反义X基因与乙烯含量有关。(2)乙烯具有促进果实成熟的作用，A组在相同天数释放的乙烯最多，因此三组果实中A组成熟最早；在35天时采摘A组与B组果实，在常温下存储时间较长的应该是B组，因为A组35天后释放较多的乙烯，B组释放乙烯量少。
答案：(1)X基因和Y基因 X基因Y基因和反义X基因
(2)A 乙烯具有促进果实成熟的作用，该组果实乙烯含量(或释放量)高于其他组 B
填充关键点 (1)原核生物、真核生物、病毒的遗传物质分别是什么？ 提示：DNA；DNA；DNA或RNA。 (2)碱基互补配对原则体现在哪些过程中？ 提示：复制、转录、翻译、RNA复制、逆转录。 (3)遗传信息的传递与表达和细胞的增殖与分化之间存在怎样的联系？ 提示：细胞增殖过程完成了遗传信息的传递，细胞分化过程完成遗传信息的表达。
思考连接处
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1．具有x个碱基对的一个双链DNA分子片段，含有y个嘧啶。下列叙述正确的是(B) A．该分子片段即为一个基因
B．该分子片段中，碱基的比例y/x＝1
C．该DNA单链中相邻的两个碱基通过氢键连接
nD．该分子片段完成n次复制需要(2x－y)·2个游离的嘌呤脱氧核苷酸 解析：基因是具有遗传效应的DNA片段，而题干中并未体现是否能控制生物的相应性状，无法判断是否为一个基因，故A错误；x是该DNA的碱基对数，则碱基总数A＋T＋C＋G＝2x，双链DNA中A＝T、C＝G，则嘧啶C＋T＝y，嘌呤A＋G＝y，推知y/x＝1，故B正确；DNA单链中相邻的两个碱基由脱氧核糖、磷酸基团和脱氧核糖连接，DNA两条链中互补的碱基对靠氢键连接，故C错误；该分子片段中嘧啶等于嘌呤数，根据题干可知含嘌呤脱氧核苷酸为y个，复制n次产生2n个DNA分子，模板1个DNA不需要提供合成的原料，故该过程共需要
n游离的嘌呤脱氧核苷酸为(2－1)×y个，故D错误。
2．下图为苯丙氨酸部分代谢途径示意图。苯丙酮尿症是由于苯丙氨酸羟化酶基因突变所致。患者的苯丙氨酸羟化酶失活，苯丙氨酸转化为酪氨酸受阻，组织细胞中苯丙氨酸和苯丙酮酸蓄积，表现为智力低下、毛发与皮肤颜色较浅等症状。下列分析错误的是(B)
A．一个基因可能会影响多个性状表现 B．生物的一个性状只受一个基因的控制
C．基因可通过控制酶的合成控制代谢过程，进而控制性状 D．在婴幼儿时期限制对苯丙氨酸的摄入可缓解患者的病症 解析：苯丙氨酸羟化酶基因突变引起苯丙酮尿症，引起组织细胞中苯丙氨酸和苯丙酮酸蓄积，表现为智力低下、毛发与皮肤颜色较浅等症状，说明一个基因可影响多个性状表现；基因和性状并不是简单的一一对应关系，一个基因会影响多种性状，也可能多个基因决定生物的同一种性状；图示过程中基因通过控制苯丙氨酸羟化酶和苯丙氨酸转氨酶从而控制代谢过程，从而间接控制生物性状；婴幼儿时期限制对苯丙氨酸的摄入可减少苯丙酮酸的生成量，缓解患者的病症。
3．(2015·丰台区统考)早在1956年，科学家们就发现，用噬菌体处理大肠杆菌后，大肠杆菌细胞内有大量不稳定的RNA合成。1961年，Sol Spiegelman和他的同事做了如下的实验，证明了蛋白质合成过程中有RNA中间体的存在。
第一步：用T4噬菌体感染大肠杆菌。
3
第二步：在感染后第2、4、6、8、10分钟时往培养基中加入H－尿嘧啶，并培养1 min。 第三步：粉碎细菌并分离提取RNA。
第四步：分别提取T4噬菌体和大肠杆菌的DNA，热变性后，转移到硝酸纤维素薄膜上。 第五步：将上述硝酸纤维素薄膜一起置于第三步提取的RNA溶液中，65℃下过夜，取出后充分洗涤。
第六步：测量每张膜的放射性强度。 请分析并回答下列问题：
(1)大肠杆菌有一层由肽聚糖构成的细胞壁，T4噬菌体能将其____________顺利地注入K12小学初中高中
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大肠杆菌内，由此推测噬菌体外壳蛋白内一定含有________________ 。
3
(2)选择H－尿嘧啶加入培养基的原因是____________。第四步中若不进行热变性处理____________(填“能”或“不能”)得到实验结果，原因是
________________________________________________________________________。
(3)第五步中，在硝酸纤维素薄膜上会形成____________分子。要使实验结果更准确，在第五步中，还应设置一对照组，该对照组的处理是
________________________________________________________________________。
(4)测量每张膜的放射性强度，得到如下的结果，其中曲线A表示 ____________________ 说明这些RNA是以 ________________的DNA为模板合成的。
解析：(1)T4噬菌体侵染大肠杆菌时，蛋白质外壳留在细胞外，DNA注入到细胞内，T4
噬菌体能突破细胞壁，将其DNA顺利注入大肠杆菌内，说明吸附在大肠杆菌表面的噬菌体外
3
壳蛋白内一定含有能分解肽聚糖的酶(溶菌酶)。(2)H－尿嘧啶是合成RNA的原料，可使RNA
3
带上标记，故选择H－尿嘧啶加入培养基；若不进行热变性，DNA仍为双链结构，不能与后期的RNA分子进行碱基互补配对，不能进行后续的分子杂交。 (3)第四步中，硝酸纤维素膜上附着有单链的DNA，将硝酸纤维素膜置于第三步提取的RNA溶液中，RNA会与对应DNA模板链发生碱基互补配对，得到DNA－RNA杂交分子；将一不含DNA分子的硝酸纤维素薄膜置于RNA溶液中作为对照组，与可产生杂交分子的实验组进行对比。 (4)噬菌体侵染大肠杆菌后，以噬菌体DNA为模板转录合成大量RNA，在一定时间内，随着感染时间增加，转录产生的RNA越多，A曲线表示与T4噬菌体杂交的放射性RNA分子，这些RNA是以T4噬菌体的RNA为模板合成的。
答案：(1)DNA 溶菌酶(分解肽聚糖的酶、肽聚糖酶、肽聚糖水解酶)
3
(2)H－尿嘧啶是合成RNA的原料，能将RNA标记上 不能 热变性使DNA双链解开成为单链，以便后期的分子杂交反应
(3)DNA－RNA杂交 将一不含DNA的硝酸纤维素薄膜置于RNA溶液中 (4)与T4噬菌体DNA杂交的放射性RNA T4噬菌体
4．(2015·绵阳诊断)番茄果实成熟时，多聚半乳糖醛酸酶(PG)显著增加，促进果实变红变软，但不利于长途运输和保鲜。科学家通过下图流程得到了改造植株，可以抑制果实成熟。回答下列问题：
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(1)过程①需要的原料是______________ ，过程②需要一种重要的酶是 _____________________ 。
(2)反义基因不能直接导入受体细胞中，而需要________________协助，反义基因与PG基因功能上最主要的区别是__________________。
(3)推测PG促进番茄变软成熟的原理是____________ ，该改造过程是通过抑制PG基因表达中的____________过程来达到减少PG量的目的。
(4)受体细胞因具有______________性而可以培养成改造植株，组织培养过程中希望细胞既分裂又分化，使用细胞分裂素和生长素的顺序应该是_______________________________________________。
(5)若有两个反义基因导入细胞染色体上，且该植株自交后代不会出现性状分离现象，请在下图中画出反义基因(T)在染色体上的位置关系。
解析：(1)过程①表示基因转录形成mRNA，故所需原料是四种核糖核苷酸；过程②表示逆转录形成基因的过程，故所需的酶是逆转录酶。(2)基因工程操作的基本步骤是：目的基因的获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测和鉴定。所以反义基因必须要与运载体结合构建基因表达载体。反义基因是由PG基因转录形成的mRNA再复制形成的互补链即反义RNA逆转录形成的，故二者转录的模板链是不同的。(3)植物细胞细胞壁成分主要是纤维素和果胶，PG即为多聚半乳糖醛酸酶，它能催化分解果胶，瓦解植物的细胞壁和胞间层，使果实组织变软。由题图可知，该改造过程是通过抑制PG基因表达中的翻译过程来达到减少PG量的目的。(4)据题图分析，受体细胞可通过组织培养形成改造植株，说明受体细胞具有全能性；植物组织培养过程中，生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素，在生长素存在的情况下，细胞分裂素呈现加强的趋势。故使用顺序不同，其结果也不同。要使细胞既分裂又分化，使用细胞分裂素和生长素的顺序应该是先使用细胞分裂素，后使用生长素。(5)若两个反义基因导入细胞染色体上，且该植株自交后代不会出现性状分离现象，则这两个反义基因必在一对同源染色体上。
答案：(1)四种核糖核苷酸 逆转录酶 (2)运载体 转录的模板链不同
(3)促进细胞壁上的果胶分解，使组织软化 翻译 (4)全能 先使用细胞分裂素，后使用生长素
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