高考命题范围及复习策略 9页

‎【高考命题范围及复习策略】‎ 遗传的物质基础这节内容在多年的高考中有涉及，随着高考由知识立意向能力立意的转变，该节知识及科学试验方法肯定会在今后试题中有体现，证明DNA是遗传物质的经典实验有助于我们掌握实验设计过程，DNA的粗提取试验培养操作能力、分析、解决问题的能力，有关选修本中的基因结构及基因工程也是不容忽视的热点和重点，在近年的新课程卷中频繁出现。DNA的结构和复制及基因的表达等内容是遗传学的基础，是学习后继知识的铺垫，而且在高考中占重要地位，经常与教材多个点联系命题，如物质基础、细胞增殖、物质代谢等等。‎ ‎【典型题解】‎ 例1：噬菌体侵染细菌的实验证明了 A.DNA是主要的遗传物质 B.DNA是遗传物质 C.RNA是遗传物质 D.蛋白质是遗传物质 ‎【解析】噬菌体是由蛋白质（60%）和DNA（40%）组成的。1952年科学家Hershey和Chase用放射性同位素35S和32P分别标记噬菌体的蛋白质外壳和头内的DNA分子。（请思考，为什么要用35S去标记蛋白质，而不是DNA分子？为什么用32P去标记DNA分子？）在用35S标记的噬菌体去感染细菌时，发现细菌体内很少有同位素标记，而在细菌体外发现大量用35S标记的噬菌体的蛋白质外壳。用32P标记的噬菌体去感染细菌，在细菌体外很少发现同位素，而大多放射性标记在细菌体内。同时还发现释放出来的是几十到几百个跟原来相同的子噬菌体。由此可知，噬菌体注入细菌体内的是DNA，在噬菌体的生活史中，只有DNA是连续的物质。‎ ‎【答案】B。‎ 例2.下面关于DNA分子结构的错误答案是 A.T+C=A+G B.A=T C.A+T一定等于G+C D. ‎ ‎【解析】科学家Chargass研究不同生物的DNA，得到几个实验法则：①T+C量总是等于A+G量；②A量总是等于T量，C量总等于G量，但A+T量不一定等于C+G量。1953年Watson和Crick根据Chargass和其他科学家对DNA分子结构研究的资料，利用x-射线衍射术对DNA分子结构进行研究，提出了DNA分子规则的双螺旋结构模型，在此结构中，碱基对的连结遵循着“碱基互补配对原则”，即A—T配对，G—C配对，在一个DNA分子中A和T的分子数相等，G和C的分子数相等。因此，T+C=A+G；A+G/T+C=1。由于DNA分子中碱基对的顺序没有限制，所以A+T量不一定等于G+C量。 ‎ ‎【答案】C。‎ 例3．下列关于质粒的叙述，正确的是　　　　　　　　　　‎ A．质粒是广泛存在于细菌细胞中的一种颗粒状细胞器 B．质粒是细菌细胞质中能够自主复制的小型环状DNA分子 ‎　C．质粒只有在导入宿主细胞后才能在宿主细胞内复制 ‎　D．细菌质粒的复制过程一定是在宿主细胞外独立进行的 ‎【解析】从两个方面分析，（1）质粒是一个小型环状DNA分子，它可以进入细菌细胞，存在于细胞内，但它不是宿主细胞的细胞器；（2）质粒是一个重要的运载体，通常利用质粒与目的基因结合，形成重组质粒。‎ ‎【答案】B 例4．下列不属于获得目的基因的方法是　　　　　　　‎ ‎　A．“鸟枪法”　　　　　　B．转录法 ‎　C．反转录法　　　　　　D．根据已知氨基酸序列合成法 ‎【解析】从两个方面分析，（1）获取目的基因的途径有两条：一条是直接分离基因；另一条是人工合成基因。直接合成基因也就是“鸟枪法”；人工合成基因又有两条途径，一条是“逆转录法”，另一条是根据已知的氨基酸序列合成基因；（2）所谓转录是指以DNA的一条链为模板，遵循碱基互补配对原则合成ｍRNA的过程，此过程不能获得DNA（基因）。‎ ‎【答案】B ‎【高考例题】‎ ‎1．（2003年高考新课程卷第13题）真核生物染色体DNA遗传信息的传递与表达过程，在细胞质中进行的是 A．复制 B．转录 C．翻译 D．转录和翻译 ‎【解析】DNA的复制和转录过程是在细胞核中进行的，翻译是在细胞质中进行的。‎ ‎【答案】C ‎2．（2003年高考新课程卷第14题）决定DNA遗传特异性的是（ ） A．脱氧核苷酸链上磷酸和脱氧核糖的排列特点 B．嘌呤总数与嘧啶总数的比值 C．碱基互补配对的原则 D．碱基排列顺序 【解析】‎ DNA的遗传特异性是由遗传信息决定的，不同的DNA具有不同的遗传信息。遗传信息是DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序（或碱基的排列顺序，或碱基对的排列顺序）。由于DNA具有由两条链盘旋而成的独特的双螺旋结构，磷酸和脱氧核糖交替连接排列在双螺旋结构的外侧，构成基本支架，对DNA的遗传特异性没有影响。两条链上的碱基排列在内侧，通过氢键形成碱基对，碱基对的形成遵循碱基互补配对原则，即A与T、C与G配对，所以存在A=T、C=G的等量关系。因此，任何双链DNA分子中的嘌呤碱基的和都等于嘧啶碱基的和。‎ ‎【答案】D。‎ 例3：（05年高考）以下有关基因工程的叙述，正确的是 A.基因工程是细胞水平上的生物工程 B．基因工程的产物对人类部是有益的 C．基因工程产生的变异属于人工诱变 D．基因工程育种的优点之一是目的性强 ‎【解析】基因工程是分子水平上的生物工程；基因工程的产物对人类利弊均有，例如基因污染、危害生物的多样性等就是弊；基因工程产生的变异属于基因重组。‎ ‎【答案】D 例4：（ 06年理综）采用基因工程技术将人凝血因子基因导入山羊受精卵，培育出了转基因羊。但是，人凝血因子只存在于该转基因羊的浮汁中。以下有关叙述，正确的是 ‎ A.人体细胞中凝血因子基因编码区的碱基对数目，等于凝血因子氨基酸数目的3倍 B.可用显微注射技术将含有人凝血因子基因的重组DNA分子导入羊的受精卵 C.在该转基因羊中，人凝血因子基因存在于乳腺细胞，而不存在于其他体细胞中 D.人凝血因子基因开始转录后，DNA连接酶以DNA分子的一条链为模板合成mRNA ‎【解析】人体细胞中凝血因子基因编码区中有内含子，，凝血因子氨基酸数目的3倍等于编码区中外显子的碱基对数目；由于用显微注射技术将含有人凝血因子基因的重组DNA分子导入的是羊的受精卵，因此，人凝血因子基因存在于所有体细胞中；人凝血因子基因开始转录后，RNA聚合酶以DNA分子的一条链为模板合成mRNA。‎ ‎【答案】B 例5：（06年广东卷) 下列关于基因工程应用的叙述，正确的是 A．基因治疗就是把缺陷基因诱变成正常基因 B．基因诊断的基本原理是DNA分子杂交 C．一种基因探针能检测水体中的各种病毒 D．原核基因不能用来进行真核生物的遗传改良 ‎【解析】基因治疗是把健康的外源基因导入到有缺陷基因的细胞中；一种基因探针能检测相应的某一种特定的病毒；原核基因可以用来进行真核生物的遗传改良，例如用苏云金芽孢杆菌的抗虫基因改良棉花。‎ ‎【答案】B ‎【知识扩展】‎ ‎1．*同位素示踪法和离心技术证明DNA的半保留复制 世代 DNA分子的特点 DNA中脱氧苷酸链的特点 分子 总数 细胞中的DNA分子在离心管中的位置 不同DNA分子占全部DNA分子之比 链总数 不同脱氧核苷酸链占全部链之比 ‎15N分子 含14N、15N杂种分子 含14N分子 含15N的链 含14N的链 ‎0‎ ‎1‎ 全在 下部 ‎1‎ ‎2‎ ‎2‎ ‎1‎ ‎2‎ 全在 中部 ‎1‎ ‎4‎ ‎1/2‎ ‎1/2‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎1/2中 ‎1/2上 ‎1/2‎ ‎1/2‎ ‎8‎ ‎1/4‎ ‎3/4‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎1/4中 ‎3/4上 ‎1/4‎ ‎3/4‎ ‎16‎ ‎1/8‎ ‎7/8‎ n ‎2n ‎2/2n中 ‎1-2/2n上 ‎2/2n或 ‎1/2n-1‎ ‎1-2/2n ‎2n+1‎ ‎1/2n ‎1-1/2n ‎2． 限制性内切酶 ‎ 在生物体内有一类酶，它们能将外来的DNA切断，即能够限制异源DNA的侵入并使之失去活力，但对自己的DNA却无损害作用，这样可以保护细胞原有的遗传信息。由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制性内切酶（简称限制酶）。限制酶是基因工程中所用的重要切割工具。科学家已从原核生物中分离出了许多种限制酶，并且已经商品化，在基因工程中广泛使用。根据限制酶切割的特点，可将它们分为两大类：一类是切割部位无特异性的；另一类是可特异性地识别核苷酸序列，即只能在一定的DNA序列上进行切割。这种能被特异性识别的切割部位都具有回文序列，也就是在切割部位，一条链正向读的碱基顺序与另一条链反向读的顺序完全一致，如图3-8所示DNA的碱基顺序。在基因工程中使用的多数是后一类酶。限制酶在特定切割部位进行切割时，按照切割的方式，又可以分为错位切和平切两种。错位切一般是在两条链的不同部位切割，中间相隔几个核苷酸，切下后的两端形成一种回文式的单链末端，这个末端能与具有互补碱基的目的基因的DNA片段连结，故称为黏性末端。这种酶在基因工程中应用最多，其切割方式如图38的左图所示。另一种是在两条链的特定序列的相同部位切割，形成一个无黏性末端的平口，如图3-8的右图所示。‎ 在基因操作过程中，除了限制酶以外，还要用一系列的酶类，才能完成全过程。例如，碱性磷酸酯酶、DNA多聚酶、末端转移酶、多核苷酸酶、逆转录酶等。这些酶都有各自特殊的催化功能，现在都有商品出售，可以根据不同的需要选用。‎ ‎3．基因工程中的运载体 ‎ 在基因操作过程中使用运载体有两个目的：一是用它作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞中去；二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量的复制（称为克隆）。现在所用的运载体主要有两类：一类是细菌细胞质的质粒，它是一种相对分子质量较小、独立于染色体DNA之外的环状DNA（一般有1～200 kb左右，kb为千碱基对），有的一个细菌中有一个，有的一个细菌中有多个。质粒能通过细菌间的接合由一个细菌向另一个细菌转移，可以独立复制，也可整合到细菌染色体DNA中，随着染色体DNA的复制而复制。另一类运载体是噬菌体或某些病毒等。现在人们还在不断寻找新的运载体，如叶绿体或线粒体DNA等也有可能成为运载体。‎ 作为运载体必须具有三个条件：①在宿主细胞中能保存下来并能大量复制；②有多个限制酶切点，而且每种酶的切点最好只有一个，如大肠杆菌pBR322就有多种限制酶的单一识别位点，可适于多种限制酶切割的DNA插入；③有一定的标记基因，便于进行筛选。如大肠杆菌的pBR322质粒携带氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因，就可以作为筛选的标记基因。一般来说，天然运载体往往不能满足上述要求，因此需要根据不同的目的和需要，对运载体进行人工改建。现在所使用的质粒载体几乎都是经过改建的。‎ ‎4．自私的基因 在20世纪70年代中期，英国科学家道金斯写了一本题为《自私的基因》的书。该书于1976年出版，它是为行外人写的，但由于书中提出了很多新的见解，因此同样在学术界引起了很大的反响，道金斯认为，生物的个体和群体只是基因的临时承载体，只有基因才是永恒的，基因既是遗传的基本单位，也是自然选择的基本单位，而且，基因的本质是自私的，它们控制了生物的各种活动和行为，目的就是为了使基因本身能更多、更快地复制，只要能达到这一目的，基因是无所而不为的。不同的基因组合在一起，是基因之间的一种互相利用，目的也是为了更好地复制。不同的生物运载着不同的基因组合，好的组合所包含的基因都能成功地扩增，承载这些基因组合的生物也能兴旺发达；而不好的组合会导致所包含的基因的扩增不那么成功，承载这些基因组合的生物也会衰亡。这就从基因的自私性这一方面说明了生物的兴衰史，亦即生物的进化。‎ ‎“自私的基因”的观点同样能说明很多生物的行为，竞争性、争斗性的行为当然是可以追溯到基因的自私性，就连“利他主义”与“利他行为”也是自私的基因在作祟。在“利己”与“利他”两种可选的策略中，哪一种能使更多的基因生存和复制，生物就会选择哪一种策略。‎ 这里列举几个“利他行为”的例子。‎ 许多种类的小鸟在看到捕食的猛禽飞近时都会发出特有的警告声，同种的鸟群一听到这种警告声便会采取适当的逃避行动。发出警告声的那只鸟由于把捕食者的注意力吸引到自己身上，因而处于危险的境地，有可能为了鸟群的利益而成了牺牲品。这就是动物中的一种利他行为。‎ 蜜蜂中也有利他行为的存在。工蜂尽职照料蜂王，抚育幼儿，自己却不生育。在有外敌人侵掠夺蜂蜜时，成群的工蜂会勇敢地用尾部的刺去刺蜇入侵者。这种进攻对赶走入侵者十分有效，但却会把工蜂体内的一些内脏也拖了出来，这样工蜂很快就会死去，它们用生命保护了蜂群和珍贵的食物，却不能继续活下来受益。‎ 动物的利他行为中最普遍最明显的例子是一些比较高等的成年动物对下一代的孕育和抚养。它们或在巢内、或在体内孕育下一代的小动物，付出巨大的代价去喂养它们，冒很大的风险来保护它们免受捕食者之害。而小动物长大后对养育它们的父母往往没有任何回报。‎ 如何用基因的自私性来解释这些动物的利他行为呢？很关键的一点，就是利他的个体和受益的个体含有很多相同的基因。如鸟群中的报警小鸟与其他受益小鸟，蜂群中的工蜂与蜂王及其后代，成年动物与它们的下一代，这些同种生物的不同个体所携带的基因有很多甚至绝大部分都是相同的。这样，牺牲个别个体或通过少数个体付出代价而使更多的同类个体能成功地生存和繁殖，实际上就是使更多的同类基因能成功地生存和复制。从基因的自私性来说，这是合算的，因此就导致了生物中一些利他行为的出现。‎ ‎“自私的基因”的观点认为只有基因才是自然选择的对象，而个体、种群等都不是自然选择的对象，因此在学术界引起了很大的争论。不过，这种观点在很多方面都是有一定的道理的。‎ 实际上，基因本身确是有不少“自私”的表现。早在20世纪40年代，美国女科学家麦克林托克在研究玉米的遗传规律时发现，玉米的某些性状的改变是和一些基因在染色体上的位置变动有关的。进一步的研究还发现，这些基因可以从染色体的一个位置“跳到”另一个位置，从一条染色体“跳到”另一个染色体。于是她便提出了“可移动的遗传因子”的概念。直到70年代以后，随着分子遗传学的发展，科学家们证实了“可移动的遗传因子”确是存在的，而且还发现这些因子并不罕见。它们还对有关的生物产生一定的影响。于是，有人便给这些遗传因子起了一个正式的名字──转座子，麦克林托克也因为她在这方面的开创性工作而获得了1983年的诺贝尔奖。‎ 转座子中包含一些基因，这些基因可以使转座子从原来的DNA链位置上断裂开来，然后再插入到另外的DNA链位置上。当插入到一个新的位置后，转座子对附近基因的功能会造成一定的影响，在离开该位置时，它又有可能把一些附近的基因也一起带走。转座子的这种行为有点“唯我独尊”，是基因的自私性的一种表现。但无疑，转座子对基因组的进化是有很大作用的。还有一种转座子的自私性就更厉害了。这种转座子本身并不离开原来的位置，而是先转录出RNA，再由RNA反转录成DNA，然后插入到基因组的其他位置上。反复进行这一过程，就会使这种转座子在基因组中的拷贝数不断增加。由于这种转座子的特殊性，因此又把它们称为逆转座子。‎ 近年还发现了一种极端自私的基因。在一种甲虫的基因组中，发现一种基因有一特殊的形式(即等位基因，指在染色体同一个位置上的基因的一种形式)，与甲虫胚胎的生死存亡关系极大。在双倍体的胚胎发育时，如果来自母本和父本的染色体都有或都没有这种基因的特殊形式，甲虫胚胎就可以正常发育；如果只有一方的染色体有这种基因的特殊形式而另一方的染色体没有，则甲虫胚胎在发育的过程中就会死亡。可见这种基因的特殊形式是极端自私的，为了不让与其竞争的其他等位基因形式生存，宁愿与它们“同归于尽”。‎ 病毒其实也可以看作是一些“自私的”的基因，它们进入宿主的细胞中，掠夺宿主的养分，并利用宿主的“生物合成机器”大量地复制自己，更有甚者，一些病毒的基因组插入到宿主的基因组中，潜伏下来，与宿主的基因组一同复制，过了一段时间又重新走出来大量繁殖。‎ 基因的“自私性”是基因组进化的一个重要方面。“自私的”基因的存在使得基因组常常处于一种动态和变化的状况，因此它们在一定程度上是加速了基因组的进化。‎ ‎5．DNA复制的免错机制 一切生命都依赖遗传信息的正确传递。人的一组遗传信息的长度大约为30亿个碱基对，人基因组的错误率即使低到100万分之一，每次复制也将出现3000处错误。从一个受精卵发育成人，该基因大约要复制1 000万次。但实际的错误率大约为100亿分之一。‎ DNA双链互补的结构巧妙地适于保持遗传信息的完整性，碱基对的互补是DNA双链互补的基础。研究表明，一些独立的酶促过程协同作用，保证DNA复制的高度精确性：第一，从4个核苷酸中选择一个加到新生链上去；第二，校对刚加上去的核苷酸，如某个核苷酸不互补，就把它去掉；第三，合成后纠正前两个过程漏掉的错误。因为核苷酸的选择与校对和DNA复制同时进行，故将第一和第二过程称作“免错机制”，而把第三过程称作错配修复。复制的高度精确性主要取决于高效的核苷酸选择。这种高效选择由DNA聚合酶介导，该酶沿DNA模板运动，并从核苷酸库里取出核苷酸使其合成互补的DNA股。游离的核苷酸以核苷三磷酸形式存在，而核苷三磷酸形式的核苷酸必须先被切割成单磷酸才能被加到新链上去。DNA聚合酶作用于一个核苷三磷酸，把它切割成单磷酸后再加到新链的末端上去。核苷酸选择取决于各竞争反应之间的能量关系。与另一个碱基相对应任一碱基都可能被插入，但正确的配对能耗最低。N．Nossal和D．Korn证明，当核苷三磷酸和模板核苷酸互补时，聚合酶、模板DNA和核苷三磷酸的复合体是稳定的。‎ 有证据表明，选择既作用于三磷酸的结合，也作用于单磷酸的掺入。与作用于三磷酸结合的选择相比，单磷酸掺入水平上的选择可能更为精密。以M．Radman等的工作为基础的模型假设，被聚合酶结合的大多数核苷酸使选择通过三磷酸筛选，三磷酸被切割成单磷酸并与模板链对准。若某个核苷酸互补，则它和模板碱基吻合完好，因而添加上去后稳定；若非互补，则不能吻合，反应就逆转，该核苷酸又恢复三磷酸形式。‎ 在核苷酸选择水平上，非互补核苷酸掺入率约为10万分之一，在此过程中“滑漏”的某个错误将遇到第二个酶促过程，通过酶(或DNA聚合酶的一部分，或与DNA聚合酶有关的部分)活性进行。20世纪70年代初，D．L·Brutlag和A．Kornberg发现了这种酶并命名为核酸外切(校对)酶，它既能去掉新生链末端的互补核苷酸，又能去掉非互补核苷酸，但实际上它只在核苷酸非互补的情况下才起作用。错配核苷酸的存在有效地阻止下一个核苷酸添加到新生链上去，而核酸外切酶就利用这个聚合过程的间隙将非互补核苷酸去掉，然后DNA聚合酶再设法寻找到末端位置所需的互补核苷一酸。‎ 一般情况下，核苷酸选择和核酸外切酶进行的校对相配合可使错误率降至大约1000万(碱基对)分之一。但如果供合成新链的三磷酸库里4种核苷酸的比例不等，则上述免错机制也可能发生故障。20世纪80年代初，A．R．Fersht等发现，新生链特定位置上的错误率和非互补核苷酸量，以及下一个模板碱基互补的核苷酸数量都成正比。非互补核苷酸的数量多，错配率就高；而和下一个碱基互补的核苷酸数量多，则能促进聚合反应，缩短核酸外切酶起作用的时间。因此，细胞中的核苷酸库的4种核苷酸比例必须精确平衡。‎ 迄今为止，有关DNA复制的高度精确性机制方面的知识大部分来自用细菌进行的实验。现在认为，免错机制可能为一切生物所共有，在所有生物里都以实质上相同的方式起作用。‎ ‎【同步训练】‎ ‎1．由120个碱基组成的DNA分子片段，可因其碱基对组成和序列的不同而携带不同的遗传信息，其种类数最多可达 A．4120 B‎.1204 C．460 D．604‎ ‎2．下列有关DNA的叙述中正确的是 ‎ A．同一生物个体各种体细胞核中的DNA，具有相同的碱基组成 B．双链DNA分子的碱基含量是A+G＝C+T或 A+C＝G+T C．细胞缺水和营养不足将影响DNA的碱基组成 D．DNA只存在于细胞核中 ‎3．巳知一段双链DNA中碱基的对数和腺嘌呤的个数，能否知道这段DNA中4种碱基的比例和(A+C)∶(T+G)的值 A．能 B．否 C．只能知道(A+C)∶(T+G)的值 D．只能知道4种碱基的比例 ‎4．若DNA分子的一条链中(A+T)／(C+G)＝a，则其互补链中该比值为 ‎ A、a B、1／a C．1 D．1-1/a ‎5．(1998年上海)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 ‎ A．100个 B、200个 C.300个 D．400个 ‎ ‎6．已知一段双链DNA分子中，鸟嘌呤所占比例为20％，由该DNA转录出来的RNA，其胞嘧啶的比例为 ‎ A．10％ B．20％ C.40％ D．无法确定 ‎7．含有32P或31P的磷酸，两者化学性质几乎相同，都可参与DNA分子的组成，32P比31P质量大。现将某哺乳动物的细胞放在含有31P磷酸的培养基中，连续培养数代后得到G0代细胞。然后将G0代细胞移至含有32P磷酸的培养基中培养，经过第1、2次细胞分裂后，分别得到Gl、G2代细胞。再从G0、Gl、G2代细胞中提取出DNA，经密度梯度离心后得到结果如下图。由于DNA分子质量不同，因此在离心管内的分布不同。若①、②、③分别表示轻、中、重三种DNA分子的位置，请回答下列问题：‎ ‎(1)G0、Gl、G2三代DNA离心后的试管分别是图中的：‎ G0 ，Gl ，G2 。‎ ‎(2)G2代在①、②、③3条带中DNA数的比例是 ‎ ‎(3)图中①、②两条带中DNA分子所含的同位素磷分别是：条带① ，条带② 。‎ 上述实验结果证明DNA的复制方式是 。DNA的自我复制能使生物的 保持相对稳定。‎ 答案：1C 2B 3A 4A 5B 6D ‎7.(1)A B D (2)0:1:1 (3)31P 31P和32P 半保留复制 遗传物质