专题遗传的物质基础与基因工程

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1、第一讲 遗传的物质基础与基因工程 专题 遗传、变异和生物进化 DNA是主1.要的遗传物质 直接证据：肺炎双球菌转化实验和 实验，实验的思路都是设法将 ，单独地、直接地观察它们是否具有遗传作用遗传物质：细胞生物的遗传物质是 ，病毒的遗传物质是 噬菌体侵染细菌DNA和其他物质分开DNA DNA或RNA2.DNA分子的结构和复制 结构 特点 稳定性：外侧是 交替排列，构成骨架；内侧通过 形成碱基对多样性：构成DNA的 千变万化特异性：DNA分子中碱基对的特定排列顺序决定脱氧核糖和磷酸氢键碱基对的数目、比例和排列顺序复制 场所：主要在 内条件：原料、能量、 、 特点： 准确复制的原因：DNA分子的 为

2、复制提供了精确的模板， 保证了复制的准确进行 细胞核 酶模板边解旋边复制、半保留复制双螺旋结构碱基互补配对3.基因的结构及表达 基因的概念：具有 的DNA片段，是决定生物性状的 结构：包括编码区和 。与原核细胞相比，真核细胞基因结构特点是编码区是 、遗传效应基本单位非编码区间隔的不连续的表达 （1）遗传信息是指DNA分子中 的排列顺序（2）细胞生物遗传信息流动方向可表示为：（3）基因对性状的控制途径：其一是通过控制酶的合成来控制代谢；其二是通过控制 来直接影响性状脱氧核苷酸蛋白质分子结构4.基因工程操作工具： 、DNA连接酶、运载体操作步骤： 、目的基因与运载体结合、将目的基因导入受体细胞、

3、限制酶性内切酶提取目的基因目的基因的检测和表达考点一 DNA是遗传物质的经典实验分析1.设计思路与方法 思路 肺炎双球菌转转化实验实验 和噬菌体侵染细细菌实验实验 的 实验实验 思路基本相同，即将肺炎双球菌或噬菌体的 DNA与其他化学成分（特别别是蛋白质质）分离， 然后用各种成分分别单别单 独进进行转转化实验实验 或侵染 实验实验 ，观观察各自的遗传遗传 功能方法采用的方法有所不同。在肺炎双球菌转转化实验实验 中，采用直接分离法，即真正将S型细细菌的DNA 与其他成分分离，然后用每种单单一成分与R型细细 菌混合，做体外转转化实验实验 。在噬菌体侵染细细菌 的实验实验 中，采用放射性同位素标记标

4、记 法进进行实验实验 2.实验设计原则（1）肺炎双球菌转化实验中的相互对照 S 型 细菌 DNA糖类蛋白质脂质 DNA分解物 DNA是遗传物质其他物质不是遗传物质（2）噬菌体侵染细菌实验中的自身对照噬菌体 侵染细细菌后离心 上清液沉淀物 被35S标记标记 了蛋白质质 放射性很高 放射性很低 被32P标记标记 了DNA 放射性很低 放射性很高 （3）实验结论肺炎双球菌转化实验的结论：证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。噬菌体侵染细菌实验的结论：证明DNA是遗传物质，不能证明蛋白质不是遗传物质，因蛋白质没有进入细菌体内。 （08江苏卷）某研究人员模拟肺炎双球菌转化实验，进行了以下4个实验：S

5、型菌的DNA+DNA酶加入R型菌注射入小鼠R型菌的DNA+DNA酶加入S型菌注射入小鼠R型菌+DNA酶高温加热后冷却加入S型菌的DNA注射入小鼠S型菌+DNA酶高温加热后冷却加入R型菌的DNA注射入小鼠以上4个实验中小鼠存活的情况依次是()A.存活，存活，存活，死亡 B.存活，死亡，存活，死亡C.死亡，死亡，存活，存活 D.存活，死亡，存活，存活解析 中S型菌DNA已被DNA酶分解，小鼠存活；中可完成细胞的转化，小鼠死亡；高温加热后，细菌被杀灭，小鼠存活。（09江苏卷）科学家从烟草花叶病毒(TMV)中分离出a、b两个不同品系，它们感染植物产生的病斑形态不同。下列4组实验（见下表）中，不可能出现

6、的结果是实实 验验 编编号实验过实验过 程 实验结实验结 果类类型病 斑病斑中分离 出的病毒类类 型 a型TMV感染植物 a型 a型 b型TMV感染植物 b型 b型 组组合病毒(a型TMV的蛋白质质+b型 TMV的RNA)感染植物 b型 a型 组组合病毒(b型TMV的蛋白质质+a型 TMV的RNA)感染植物 a型 a型 A.实验B.实验C.实验D.实验考点二 与碱基数量有关的计算规律的总结1.关于DNA的计算（1）在双链DNA中知一求三：如C%=28%则G%=28% A%=T%=22%(A+G)%=(T+C)%=50%比值： 注意： 特定值，代表着DNA的特异性（2）设一个双链DNA分子中含有

7、的脱氧核苷酸（或 碱基）有2m个，则每条单链的数量为m个 链AGCTTCCm 链TCGAAGGm在双链DNA分子中互补配对的碱基之和在两条单链中所占 的比例等于在整个DNA分子中所占的比例；以链为模板合成的RNA中注意 上述公式是很有用的，“单双链过渡公式”需熟练推导，灵活运用。 2.关于DNA复制和表达中的计算（1）DNA复制原料的计算：复制n次共需核苷酸的数量为母链的（2n-1）倍，第n次复制需核苷酸为母链的2n-1倍。（2）有关重轻链问题：利用同位素（如15N）示踪技术和密度梯度离心技术检测，DNA复制n次后，只有两个中链DNA（一条链含14N，一条链含15N），其余（2n-2）个DNA

8、全为轻链（两条链均为14N）。（3）基因表达过程中的比例：基因碱基数mRNA碱基数氨基酸数=631，此比例为近似值，忽略了基因上终止密码子所对应的碱基。3.碱基比例的运用由核酸所含碱基种类及比例可以分析判断核酸的种类。（1）若有U无T，则该核酸为RNA。（2）若有T无U，且A=T，G=C，则该核酸一般为双链DNA。（3）若有T无U，且AT，GC，则该核酸为单链DNA。关于下图中DNA分子的说法，正确的是（ ）A.对维持DNA分子结构的稳定性起到非常重要的作用，是限制性核酸内切酶的作用部位B.该DNA分子的特异性表现在碱基种类和（A+T）/（G+C）的比例上C.若该DNA分子中A有p个，占全部碱

9、基的n/m（m2n） ，则G的个数为（pm/2n-p）个D.把此DNA分子放在含15N的培养液中复制两代，子代中含15N的DNA占3/4解析 限制性内切酶可作用于磷酸与脱氧核糖形成的磷酸二酯键将含有两对同源染色体，其DNA分子都已用32P标记的精原细胞，放在只含31P的原料中进行减数分裂。则该细胞所产生的四个精子中，含31P和32P标记的精子所占的比例分别是（）A. 50%、50%B. 50%、100%C. 100%、50%D. 100%、100%解析 精原细胞中有两对同源染色体，其DNA分子都已用32P标记，在减数分裂的间期，进行DNA分子的复制，复制的结果是形成一条链含32P、一条链含31

10、P的DNA分子，因此减数分裂形成的每个精子中的两条DNA分子链中，一条链含32P、一条链含31P。 D考点三 有关基因的结构和功能的知识整合1.基因的结构层次及其与DNA、染色体的关系2.基因的功能及其联系（1）基因的功能通过复制传递遗传信息通过转录和翻译表达遗传信息（2）基因功能和联系3. 基因与细胞分裂、细胞分化的关系（1）细胞分裂间期可发生DNA复制、转录和翻译过程，DNA复制只发生在细胞分裂过程中。（2）细胞分化的实质是基因的选择性表达，可发生转录和翻译过程。4.基因与性状的关系（1）基因控制生物的性状5. DNA、mRNA的碱基与合成的蛋白质中氨基酸的数量关系（1）基因中碱基数mRN

11、A中碱基数氨基酸数=631。结论性语言（2）上述比例关系是建立在基因中全部碱基都参与指导蛋白质合成基础之上的，实际合成出的氨基酸数要小于基因中碱基数的六分之一。其原因是：基因中存在非编码区；真核生物的编码区中有内含子；编码区内含有与转录出的mRNA上的终止密码子相对应的碱基序列；若考虑整个DNA分子，则还有连接相邻基因的无遗传效应的DNA片段。（09上海卷）某条多肽的相对分子质量为2 778，若氨基酸的平均相对分子质量为110,如考虑终止密码子，则编码该多肽的基因长度至少是（ ）A.75对碱基B.78对碱基C.90对碱基D.93对碱基解析 设该多肽由n个氨基酸组成，则110n-（n-1）18=

12、2 778,得n=30，则编码该多肽的基因的长度至少为（3n+3）个碱基对，即93对碱基。D考点四 基因工程的几个关键问题1. 基因工程中，切取目的基因和运载体必须使用同一种限制性核酸内切酶，获得相同的黏性末端，以利于目的基因与运载体结合。2. 限制性核酸内切酶和DNA连接酶都作用于磷酸二酯键，不同的是限制性核酸内切酶打开此键，而DNA连接酶使其重新形成。4.目的基因的检测与表达：目的基因的检测是根据运载体上的标志性基因所控制的生物性状（如抗四环素基因使受体细胞能在含有四环素培养基上生长）是否表现来判断。5.目的基因能否得到表达，决定于导入受体细胞后，该受体细胞中的RNA聚合酶能否识别该目的基

13、因编码区上游非编码区内的RNA聚合酶结合位点，从而使目的基因的编码区得到转录而翻译蛋白质。6.“基因诊断”是用放射性同位素（如32P）、荧光分子等标记的DNA分子做探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，以检测疾病。这里用的探针是已标记的DNA单链。7.“基因治疗”是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。8.“超级细菌”能同时分解4种烃类，是把能分解3种烃类的基因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内创造成的，被转移的目的基因有3种。（09浙江理综）下列关于基因工程的叙述，错误的是（）A.目的基因和受体细胞均可来自动物、植物或微生物B.限制性核酸内切酶和

14、DNA连接酶是两类常用的工具酶C.人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性D.运载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达解析 基因工程中目的基因和受体细胞均可来自动物、植物或微生物；常用的工具酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶；人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性，只有经过一定的物质激活以后，才有生物活性。运载体上的抗性基因主要是有利于筛选含重组DNA的细胞，不能促进目的基因的表达。所以D错误。答案 D（08上海卷）以重组DNA技术为核心的基因工程正在改变着人类的生活。请回答下列问题。（1）获得目的基因的方法通常包括 和 。（2）切割和连接DNA

15、分子所使用的酶分别是 和 。（3）运送目的基因进入受体细胞的运载体一般选用病毒或 ，后者的形状成 。（4）由于重组DNA分子成功导入受体细胞的频率 ，所以在转化后通常需要进行 操作。（5）将人胰岛素基因分别导入大肠杆菌与酵母菌，从两者中生产的胰岛素在功能和 序列上是相同的。解析 获取目的基因的方法有多种，常见的有人工合成法、到基因文库中查找、由限制性核酸内切酶切取、“鸟枪法”等。其中人工合成基因的方法主要有两条途径：一条途径是以目的基因转录成的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需要的基因；另一条途径是根据已知的蛋白质的氨基酸序列，推测出相应的信使RNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测出它的结构基因的核苷酸序列，再通过化学的方法，以单核苷酸为原料合成目的基因。切割目的基因和运载体用限制性核酸内切酶，连接DNA用DNA连接酶。质粒常被用做基因的运载体，指细菌、酵母菌和放线菌等生物中染色体以外的DNA分子，一般呈环状，上面