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1、2006年湖南省高二生物遗传和变异全套教案第一节 遗传的物质基础【知识概要】一、染色体是遗传物质的主要载体1染色体的化学成分染色体的主要成分为DNA和组蛋白，两者含量比率相近，此外，还有少量非组蛋白和RNA。组蛋白为含赖氨酸和精氨酸比较多的碱性蛋白质，带正电荷。其功能是参与维持染色体结构，有阻碍NDA转录RNA的能力。非组蛋白为含天门冬氨酸、谷氨酸等酸性蛋白质，带负电荷。非组蛋白的特点是：既有多样性又有专一性，含有组蛋白所没有的色氨酸。非组蛋白的功能是DNA复制、RNA转录活动的调控因子。2染色体的结构核体螺线管超螺线管染色单体。从舒展的DNA双螺旋经四级折叠，压缩到最短的中期时，DNA分子缩
2、短约500010000倍。二、DNA是主要的遗传物质l噬菌体侵染细菌实验证实DNA是遗传物质实验步骤如下：2肺炎双球菌的转化实验证实DNA是遗传物质3烟草花叶病毒（CMV）的重建说明CMV是不具DNA的病毒，RNA是遗传物质三、DNA的结构和功能1DNA的结构DNA是四种脱氧核苷酸的多聚体，见下图：DNA的一级结构DNA的主干由磷酸和脱氧核糖交互组成，磷酸和糖由3、5一磷酸二酯键联结在一起。碱基接在每一脱氧核糖的1碳上其结构要点如下：（1）两条DNA链反向平行，一条走向是53，另一条走向是35，两条互补链相互缠绕，形成双螺旋状。（2）碱基配对不是随机的。腺嘌呤（A）通过两个氢键与胸腺嘧啶（T）
3、配对，鸟嘌呤（G）通过三个氢键与胞嘧啶（C）配对（见右图）。GC对丰富的DNA比AT对丰富的DNA更为稳定。（3）DNA的双螺旋结构中，碱基顺序没有限制性，但是碱基对的顺序却为一种DNA分子提供了它性质上的特异性。（4）双链DNA具有不同的构型，其中3种具有生物学上重要性。BDNA：右旋，正常生理状态下的常见形式。ADNA：右旋，脱水状态下的常见形式。ZDNA：左旋，这种结构可能与真核生物中基因活性有关。2DNA的功能（1）DNA的复制 凡有增殖能力的细胞，DNA复制是在间期细胞核的S期完成的。DNA的复制为半保留复制，DNA复制是从复制子起点开始的。DNA复制时，由于 DNA合成的方向是 5
4、3，所以一条长链是连续合成，另一条为不连续合成，先合成冈崎片段，去引物质再由DNA连接酶连成一条长链。总的来看，DNA是半不连续复制。复制从复制子起点开始，沿两个方向进行，当两个复制手的复制叉相接时，即相连在一起，当许多复制子的复制又相连时，两条新合成的链同各自的模板链相连形成两个相同的DNA分子。高等生物的染色体是多复制子，原核生物则是单复制子。另外，噬菌体和质粒的环状DNA大都是随复制又同时向两侧移动方式复制。（2）基因的表达 包括转录和翻译两个过程，在原核生物中这两个过程同时进行，在真核生物中是在不同时间、不同地点进行的。转录 转录是以DNA分子的一条链为模板，合成RNA的过程，合成方向
5、也为53，转录不是沿DNA分子全长进行，是以包括一个成多个基因区段为单位进行合成。原核细胞tRNA、mRNA、rRNA由一种RNA酶催化合成。而真核细胞具有三种聚合酶、，其中催化rRNA的合成，催化mRNA合成，催化tRNA的合成。合成出的m RNA前体需经过戴帽、加尾、甲基化和剪接等加工程序，最后才成为成熟的mRNA。翻译它是以m RNA分子为模板，按53的方向在核糖体上合成蛋白质的过程。蛋白质合成是从NC端。遗传密码在mRNA上，每三个相邻的碱基形成一个密码子，方向为53，四种碱基可组合形成64种密码，其中有两种起始密码，三种终止密码，密码子的特点是不重叠性、无标点符号、简并性、终止密码和
6、起始密码、通用性。反密码子是t RNA反密码环中的三个相邻碱基，阅读方向为35。然而，反密码子5端的一个碱基并不一定与密码于3端的一个碱基互补（摆动学说），因此，t RNA的反密码子按一定规则与m RNA密码子互补配对，从而把某密码子转译为相同或不同的氨基酸。氨基酸在酶的催化下通过酯键连在t RNA3末端的CCA中的A残基上。（其CCA是酶的作用加上去的）四、基因的概念和结构1基因的概念基因一词是1909年约翰逊提出的代替“遗传因子”的词。基因是有遗传效应的DNA分子片段，是控制性状的遗传物质的功能单位。遗传效应是指基因具有复制、转录、翻译、重组和突变以及调控等功能。2基因的结构。在原核生物中
7、，DNA分子中约1000个碱基对相当于一个基因，这些基因连续编码。真核生物中的情况复杂的多。如哺乳动物的基因长度平均约为50008000个碱基对，然而，高等真核生物的结构基因多为断裂基因。一个断裂基因含有几个编码顺序，叫外显子，被一个个不编码的间隔顺序隔开，这些间隔顺序叫内含子。不同的结构基因结构复杂程度不同，每一个断裂基因在其第一个和第末个外显子的外侧，都有一非编码区，并连接着一些调控顺序。基因种类如下：编码蛋白质的基因 包括结构基因和调节基因。没有转译产物的基因 如rRNA基因和tRNA基因。 不能转录的DNA片段 如操纵基因。【解题指导】例1 用下列哪种情况的肺炎球菌感染健康小鼠会使之生
8、病和死亡？ A 加热杀死的B 活的，但缺乏多糖荚膜C 加热杀死的肺炎球菌和缺乏细胞荚膜的肺炎球菌的混合物D 既缺乏多糖又加热杀死的析 A不对，因为加热杀死的肺炎球菌不会感染小鼠引起致病而死亡。B不对，无荚膜的肺炎球菌无致病性。C正确，当将加热杀死的肺炎球菌和活的无荚膜肺炎球菌相混合时，活的无荚膜肺炎球菌因吸收加热杀死有荚膜肺炎球菌的DNA，从而转化为有荚膜活的肺炎球菌，此菌具有致病性，当它感染小鼠时，则会引起小鼠致病死亡。D不对，无多糖荚膜的肺炎球菌本来就无致病性，再将它加热杀死后更不会感染小鼠。所以答案选C。例2 一条多肽链中有49个肽键，那么，控制合成该肽链的基因片段中至少有碱基数为 A
9、49个 B 98个 C 150个 D 300个析 两个氨基酸缩合成二肽，含有三个肽键，一条含49个肽键的多肽键应由50个氨基酸组成。转译多肽链的直接模板为mRNA，mRNA上三个相邻碱基决定一个氨基酸，故作为合成该肽链的mRNA分子至少有503150个碱基。由于转录mRNA的模板是DNA分子（基因）中的一条链来进行的，故用来转录含有150个碱基的mRNA的DNA片段至少应有1502300个碱基。所以答案D正确。例3 下图代表一个学生关于发生在动物细胞中的DNA合成的观点。箭头表示新合成的DNA。对此图的正确评价是 A 正确B 不正确，因为动物细胞中DNA的合成是单方向的C 不正确，因为DNA合
10、成是沿35方向进行D 不正确，因为在两条链上DNA的合成都是沿错误方向进行的析 A正确。基因组中能独立进行复制的单位称复制子，每个复制子都含有一个控制复制起始的起点。上图是一个复制单位进行双向，对称复制的图解。大多数生物染色体DNA的复制都是双向对称的。B不对：动物细胞中DNA合成也是双向的。C不对：DNA合成是在DNA聚合酶催化下沿53方向进行，至今尚未发现催化沿35方向进行合成的聚合酶。D不对：图中两条链上DNA的合成方向均沿53方向是正确的。所以答案选A。【巩固练习】 1DNA在染色体内压缩程度为 A 5001000倍 B 20004000倍 C 40006000倍 D 50001000
11、0倍2在双链DNA分子中，每条多核苷酸链中连接两个相邻的脱氧核苷酸之间的键是 A 肽键 B 氢键 C 磷酸二酯酸 D 高能磷酸键3维持双链DNA结构的稳定性是靠 氢键 疏水作用力 范德华力A 只有 B 只有、 C 只有、 D 、4关于对DNA分子叙述中，正确的是 A DNA的两条键是极性相同，正向平行的B DNA的两条链是极性相同，反向平行的C DNA的两条链是极性不同，反向平行的D DNA的两条链是极性不同，正向平行的5假设在一个DNA分子的片段中，含有G240个，占全部碱基总数的24，在此 DNA片段中，T的数目和所占百分比分别是 A 260，26 B 240，24 C 480，48 D
12、760，766已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的35.8，其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的32. 9和17.l。则在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的 A 32.9和17.l B 31.3和18.7C 18.7和31.3 D 17.l和32.97已知某mRNA有90个碱基，其中AG占40，则转录成mRNA的一段DNA分子应有嘧啶 A 28个 B 42个 C 56个 D 90个8在双链DNA分子中，有腺嘌呤P个，占全部碱基的比例为N/M（M2N），则该DNA分子中鸟嘌呤的个数为 A PM/NP B PM/2NP C PM/2N D P9一个动物体内某种酶由150个氨基酸组
13、成，控制这个酶合成的基因中核苷酸的个数至少是 A 300个 B 450个 C 600个 D 900个10具有100个碱基对的一个DNA分子区段，内含40个T，如果连续复制两次，则需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸 A 60个 B 80个 C 120个 D 180个11DNA分子复制时，缺少下列哪种酶，“冈崎片段”不能合成？A DNA聚合酶 B DNA聚合酶 C DNA聚合酶 D RNA聚合酶12DNA复制的叙述中，错误的是 A DNA的复制通常为半保留复制B DNA复制方向是按53方向合成子链C “冈崎片段”合成后需DNA聚合酶和连接酶参与D 真核生物DNA上只有一个复制起始点13关于转录的叙述中，错
14、误的是 A RNA聚合酶在核质中催化转录m RNAB 在原核生物中，转录和翻译同步进行C 转录时，对DNA链是35方向读取D 转录是按DNA分子全长进行的14关于mRNA的叙述中，错误的是 A 成熟的具有连续遗传信息的m RNA是由不连续的DNA片段转录而来B 真核生物的mRNA前体需要戴帽、加尾、剪接等一系列加工步骤后方有活性C 翻译时，m RNA转译方向是53，并且密码子不重叠转译D 细菌的m RNA也能直接利用真核生物的核糖体进行翻译15如果有种生物，它们的DNA碱基比率有显著差异，那么，由不同DNA转录的三种RNA中差异显著的是 A 只有tRNA B 只有 rRNA C 只有mRNA D tRNA和mRNA16右图所示为自然界遗传信息在三种生物大分子间的流动。下列说法正确的是 A 1，2，4途径常见，其他从未被认识到B 2，4，9途径常见，其他几乎从未被认识到C 2，3途径常见，l，3很少见D 1，2，4途径常见，3，7少见，其他未被认识到17一种人工合成的mRNA
