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2022版高考生物选考江苏专用一轮总复习集训：专题8遗传的分子基础 专题检测
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这是一份2022版高考生物选考江苏专用一轮总复习集训：专题8遗传的分子基础 专题检测，共28页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
第三单元 生物的遗传
专题8 遗传的分子基础
专题检测 A组
一、单项选择题
1.如图为烟草花叶病毒对烟草叶片细胞的感染和重建实验示意图,下列相关叙述正确的是 ( )
A.该实验证明了病毒的遗传物质是RNA
B.烟草花叶病毒是只有RNA的原核生物
C.降解的目的是让烟草花叶病毒的蛋白质分解
D.烟草叶片出现病斑是病毒RNA进行了表达
答案 D 该实验证明了烟草花叶病毒的遗传物质是RNA,不能证明其他病毒的遗传物质是RNA,A错误;病毒无细胞结构,不属于原核生物,B错误;降解的目的是让烟草花叶病毒的蛋白质与RNA分离,便于不同病毒的重建,C错误;烟草叶片出现病斑说明重建的病毒能够进行增殖,说明病毒RNA进行了表达,D正确。
名师点睛 病毒的遗传物质为DNA或RNA,该实验只能证明烟草花叶病毒的遗传物质为RNA。
2.(2020届北京海淀期中,17)下列关于DNA复制的叙述,不正确的是 ( )
A.以A、U、C、G四种游离碱基为原料
B.DNA聚合酶催化子链延伸
C.配对碱基间通过氢键相互连接
D.子代DNA一条链来自亲代
答案 A 在对学生DNA相关知识储备考查的同时,还考查了学生的辨认、比较和解读能力,加深了学生对该部分知识的理解。
首先U为RNA中特有的碱基,其次DNA复制应该以四种脱氧核苷酸为原料,A选项错误。DNA聚合酶催化子链延伸,B选项正确。配对碱基间通过氢键相互连接,C选项正确。DNA复制是半保留复制,所以子代DNA中一条链来自亲代,D选项正确。
3.(2020北京三月适应性考试,6)大肠杆菌拟核DNA是环状DNA分子。将无放射性标记的大肠杆菌,置于含3H标记的dTTP的培养液中培养,使新合成的DNA链中的脱氧胸苷均被3H标记。在第二次复制未完成时将DNA复制阻断,结果如图所示。
下列对此实验的理解错误的是 ( )
A.DNA复制过程中,双链会局部解旋
B.Ⅰ所示的DNA链被3H标记
C.双链DNA复制仅以一条链作为模板
D.DNA复制方式是半保留复制
答案 C 本题借助大肠杆菌的DNA复制,考查考生辨认、比较、解读的能力和推理、归因的应用能力,试题要求考生能够根据题干和题图信息,结合所学知识点作出合理判断,体现了科学思维素养中演绎与推理要素。结合题图,DNA分子复制过程中,双链会局部解旋,A正确;据题干信息可知,将无放射性标记的大肠杆菌置于含3H标记的dTTP的培养液中培养,使新合成的DNA链中的脱氧胸苷均被3H标记,再结合题图可知,题图实线代表初始的DNA母链,虚线表示合成的DNA子链,Ⅰ所示的DNA链是第二次复制时新合成的部分DNA子链,B正确;双链DNA复制时以DNA分子的两条链分别作为模板,C错误;第一次DNA复制后产生的子代DNA一条链来自母链(实线),一条链为新合成的子链(虚线),故可体现DNA的复制方式是半保留复制,D正确。
知识拓展 关于dNTP
dNTP包括4种脱氧核苷三磷酸:dATP、dTTP、 dGTP和dCTP, 这四种脱氧核苷三磷酸是在DNA复制过程中,用来合成DNA子链的原料。1分子dNTP由1分子碱基(A、T、C、G)、1分子脱氧核糖和3分子磷酸基团组成,而1分子ATP(三磷酸腺苷)由1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸基团组成。
4.(2018北京西城期末,10)中心法则揭示了遗传信息传递与表达的过程。结合题图分析,叙述错误的是 ( )
A.大肠杆菌b过程可发生在拟核区和细胞质中
B.HIV遗传信息的流向包括d、a、b、c路径
C.b、e过程的原料均为核糖核苷酸
D.c过程中不发生碱基互补配对
答案 图中a、b、c、 d、e分别为DNA复制、转录、翻译、逆转录、RNA复制,均会发生碱基互补配对,D选项错误。HIV是RNA病毒,需要进行逆转录,故HIV遗传信息的流向包括d、a、b、c路径,B选项正确。大肠杆菌b过程可发生在拟核区和细胞质中,A选项正确。b、e过程的结果都是合成RNA,所需原料均为核糖核苷酸,C选项正确。
5.(2020届北京朝阳期中,9)下列关于DNA和RNA的叙述,正确的是 ( )
A.原核生物的拟核DNA常作为基因工程中使用的载体
B.真核细胞内DNA和RNA的合成都只在细胞核内完成
C.原核细胞和真核细胞中基因表达都需要DNA和RNA参与
D.肺炎双球菌转化实验证明了DNA和RNA都是遗传物质
答案 C 原核生物的细胞内有两种DNA,一种是位于拟核区的拟核DNA,是一种大型环状DNA分子,另一种是位于拟核区域外的质粒DNA,是一种小型环状DNA分子。基因工程中通常使用质粒作为载体,除此之外,动植物病毒、λ噬菌体的衍生物等也可作为载体,A错误。真核细胞的DNA主要分布在细胞核,RNA主要分布在细胞质,两者在线粒体和叶绿体中也有少量存在,所以真核细胞内DNA和RNA的合成主要在细胞核内完成,还有少量在线粒体和叶绿体中合成,B错误。原核细胞和真核细胞中基因表达过程都包括转录和翻译过程,都需要DNA和RNA参与,C正确。肺炎双球菌的体内转化实验说明了S型菌内存在转化因子使R型菌转化为S型菌,但转化因子具体是S型菌的哪一成分未知,肺炎双球菌的体外转化实验证明了该转化因子为S型菌的DNA,即证明了DNA是遗传物质,D错误。
解题关键 明确细胞内核酸的种类,明确具有细胞结构的生物体的遗传物质都是DNA,凡是有DNA的场所都可以发生转录过程。
6.(2020北京人大附中考试)如图所示DNA分子片段中一条链含15N,另一条链含14N。下列有关说法错误的是 ( )
A.DNA连接酶和DNA聚合酶都催化形成①
B.解旋酶作用于③,②是胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸
C.若该DNA分子中一条链上G+C=56%,则无法确定整个DNA分子中T的含量
D.把此DNA放在含15N的培养液中复制两代,子代中含15N的DNA占100%
答案 C DNA连接酶和DNA聚合酶均作用于①(磷酸二酯键),A正确;解旋酶作用于③(氢键),②是构成DNA的基本单位之一,是胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸,B正确;若该DNA分子中一条链上G+C=56%,依据碱基互补配对原则,另一条链上G+C=56%,整个DNA分子中,G+C=56%,A+T=44%,又因为A=T,则整个DNA分子中T占22%,C错误;把此DNA放在含15N的培养液中复制两代得到4个DNA分子,根据DNA的半保留复制特点可知,其中有一个DNA分子的一条链含有14N,另一条链含有15N,其他3个DNA分子只含15N,子代DNA分子均含15N,D正确。
7.(2020天津河北线上测试)某DNA分子片段中共含有3000个碱基,其中腺嘌呤占35%。现将该DNA分子片段用15N同位素标记过的四种游离脱氧核苷酸为原料复制3次,将全部复制产物进行密度梯度离心,得到图甲结果;如果将全部复制产物加入解旋酶处理后再离心,则得到图乙结果。下列有关分析正确的是 ( )
A.X层与Y层中DNA相对分子质量比大于1∶3
B.Y层中含15N标记的鸟嘌呤有3600个
C.第二次复制结束时,含14N的DNA分子占1/2
D.W层与Z层的核苷酸数之比是4∶1
分析题图可知,X层为2个含有14N和15N的DNA分子,Y层为6个只含15N的DNA分子,因此X层与Y层中DNA相对分子质量比小于1∶3,A错误;Y层为6个只含15N的DNA分子,一个DNA分子含有鸟嘌呤为3000×(1-35%×22)=450(个),则Y层中含15N标记的鸟嘌呤共有450×6=2700(个),B错误;DNA的复制方式是半保留复制,第二次复制结束时,得到的4个DNA分子中有2个含有14N,因此含14N的DNA分子占1/2,C正确;W层有14条核苷酸链,Z层有2条核苷酸链,W层与Z层的核苷酸数之比是7∶1,D错误。
易错警示 本题易错点是A选项,DNA分子复制了3次得到8个DNA分子,Y层有6个DNA分子只含15N,故X层与Y层中DNA相对分子质量比小于1∶3。
8.(2018北京丰台一模,2)如图表示核糖体上合成蛋白质的过程。四环素抑制tRNA与细菌核糖体的A位点结合,使蛋白质合成停止,从而阻断细菌的生长,常用于治疗一些由细菌引起的疾病。下列有关叙述正确的是 ( )
A.核糖体的主要成分是蛋白质和mRNA
B.四环素与A位点结合促进了新肽键的形成
C.图中从E位点离开的tRNA可转运甲硫氨酸
D.人体细胞与细菌细胞的核糖体没有差异
答案 C 核糖体的主要成分是蛋白质和rRNA,A错误;据“四环素抑制tRNA与细菌核糖体的A位点结合,使蛋白质合成停止”可知,B错误;由四环素“常用于治疗一些由细菌引起的疾病”可知,人体细胞与细菌细胞的核糖体存在差异,D错误;由图中信息可知,从E位点离开的tRNA曾经携带的氨基酸是M,根据图注可知M是甲硫氨酸,C正确。
9.(2020北京顺义二模,7)新型冠状病毒具有很强的传染力,其遗传物质为“+RNA”,繁殖过程如图。与大肠杆菌相比下列相关叙述正确的是 ( )
A.完成遗传物质的复制均需RNA聚合酶
B.遗传物质复制过程中所需的原料相同
C.蛋白质的合成均需要宿主细胞的核糖体
D.遗传物质复制均遵循碱基互补配对原则
答案 D 本题以新型冠状病毒和大肠杆菌的比较为载体,考查了新型冠状病毒和大肠杆菌遗传物质的复制、蛋白质的合成等相关基础知识,体现了科学思维素养中归纳与概括、演绎与推理要素。新型冠状病毒的遗传物质为RNA,是RNA病毒,属于无细胞结构生物,需在宿主细胞中才能繁殖;新型冠状病毒遗传物质的复制需要RNA聚合酶的催化,所需原料是由宿主细胞提供的四种游离的核糖核苷酸;蛋白质合成需要在宿主细胞的核糖体上完成。大肠杆菌属于原核生物,遗传物质为DNA,其复制需要解旋酶和DNA聚合酶,所需原料为四种游离的脱氧核糖核苷酸;大肠杆菌属于细胞生物,在自身的核糖体上可完成蛋白质的合成。两者的遗传物质复制时均遵循碱基互补配对原则,故A、B、C错误,D正确。
二、多项选择题
10.(2020山东邹城期中)在T2(T2,下同)噬菌体侵染细菌的实验中,随着培养时间的延长,培养基内T2噬菌体与细菌的数量变化如图所示,下列相关叙述正确的是 ( )
A.T2噬菌体增殖所需的原料、酶、能量均来自细菌
B.在O~t1时间内,T2噬菌体还未侵入细菌体内
C.在t1~t2时间内,T2噬菌体侵入细菌体内并增殖导致细菌大量死亡
D.在t2~t3时间内,T2噬菌体因失去寄生场所而停止增殖
答案 ACD T2(T2,下同)噬菌体属于病毒,必须在宿主细胞内才能代谢和增殖,模板是亲代T2噬菌体的DNA,原料、酶和能量均由细菌提供,A正确;在O~t1时间内,T2噬菌体可能已侵入细菌体内,但还没有大量增殖,B错误;在t1~t2时间内,由于T2噬菌体侵入细菌体内并增殖,导致细菌大量死亡,C正确;在t2~t3时间内,被侵染的细菌已裂解死亡,T2噬菌体因失去寄生场所而停止增殖,D正确。
易错警示 分析题中曲线图,在O~t1时间内,无法确定T2噬菌体是否已侵入细菌体内,只是可能侵入细菌。
11.用15N标记含有100个碱基对的DNA分子片段,该DNA分子碱基间的氢键共有260个,在含l4N的培养基中连续复制多次后共消耗游离的嘌呤类脱氧核苷酸1500个,下列叙述正确的是 ( )
A.该DNA片段中共有腺嘌呤60个,复制多次后含有15N的DNA分子占7/8
B.若一条链中(A+G)/(T+C)<1,则其互补链中该值大于1
C.若一条链中A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,则其互补链中该比例为4∶3∶2∶1
D.该DNA分子经复制后产生了16个DNA分子
答案 BD 设A=T=X,则C=G=100-X,由于A和T之间有2个氢键,C和G之间有3个氢键,因此2X+3(100-X)=260,解得X=40,即该DNA片段中共有腺嘌呤40个;该DNA分子中含有嘌呤类脱氧核苷酸100个,设该DNA分子复制n次,可得(2n-1)×100=1500,解得n=4,说明该DNA分子共复制4次,因此经复制后可产生24=16个DNA分子;且根据DNA分子的半保留复制,复制多次后含有15N的DNA分子占2/24=1/8,A错误,D正确。DNA两条链中(A+G)/(T+C)的值互为倒数,故一条链中该值小于1,则其互补链中该值大于1,B正确。若一条链中A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,则其互补链中该比例应为2∶1∶4∶3,C错误。
12.(2020湖南长沙四校模拟)(不定项选择)将蚕豆根尖分生区细胞先在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中培养,使其完成一个细胞周期,并检测放射性;然后在含秋水仙素但不含放射性标记的培养基中培养一个细胞周期后,进行第二次检测;最后在不含放射性标记的培养基中培养,使其完成一个细胞周期,在分裂中期进行第三次检测,在培养结束后进行第四次检测。下列有关说法正确的是 ( )
A.第一次检测时,细胞中每条染色体的DNA均被标记
B.第二次检测时,细胞中都有一半的染色体带标记
C.第三次检测时,细胞中带标记的染色单体占14
D.第四次检测时,含标记的细胞中都有一半的染色体带标记
答案 ABC DNA的复制方式是半保留复制,根尖分生区细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中培养完成一个细胞周期,产生的两个子细胞中所有染色体都有一条DNA链被3H标记,A正确;在第二次培养时,细胞中新合成的DNA链都不带标记,着丝点(粒)分裂使姐妹染色单体分离,其中有一半子染色体不带标记,在秋水仙素的作用下,细胞中的染色体数目加倍,故第二次检测时,细胞中都有一半的染色体带标记,B正确;在第三次检测时,细胞中新合成的DNA链都不带标记,中期时有14的染色单体带标记,34的染色单体不带标记,C正确;由于分裂后期姐妹染色单体分开,新形成的子染色体随机移向细胞两极,因此培养结束后,最终产生的子细胞中带标记的染色体数目不确定,D错误。
解题关键 分析题意并准确把握细胞分裂过程中DNA分子复制的特点与复制的原理是解题的关键。
三、非选择题
13.(2010北京理综,30,16分)科学家以大肠杆菌为实验对象,运用同位素示踪技术及密度梯度离心方法进行了DNA复制方式的探索实验,实验内容及结果见下表。
组别
1组
2组
3组
4组
培养液中唯一氮源
14NH4Cl
15NH4Cl
14NH4Cl
14NH4Cl
繁殖代数
多代
多代
一代
两代
培养产物
A
B
B的子Ⅰ代
B的子Ⅱ代
操作
提取DNA并离心
离心结果
仅为轻带
(14N/14N)
仅为重带
(15N/15N)
仅为中带
(15N/14N)
1/2轻带(14N/14N)
1/2中带(15N/14N)
请分析并回答:
(1)要得到DNA中的N全部被放射性标记的大肠杆菌B,必须经过 代培养,且培养液中的 是唯一氮源。
(2)综合分析本实验的DNA离心结果,第 组结果对得到结论起到了关键作用,但需把它与第 组和第 组的结果进行比较,才能说明DNA分子的复制方式是 。
(3)分析讨论:
①若子Ⅰ代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带,则“重带”DNA来自 ,据此可判断DNA分子的复制方式不是 复制。
②若将子Ⅰ代DNA双链分开后再离心,其结果 (选填“能”或“不能”)判断DNA的复制方式。
③若在同等条件下将子Ⅱ代继续培养,子n代DNA离心的结果是:密度带的数量和位置 ,放射性强度发生变化的是 带。
④若某次实验的结果中,子Ⅰ代DNA的“中带”比以往实验结果的“中带”略宽,可能的原因是新合成DNA单链中的N尚有少部分为 。
答案 (1)多 15N/15NH4Cl
(2)3 1 2 半保留复制
(3)①B 半保留 ②不能 ③没有变化 轻 ④15N
解析 (1)要得到DNA中的N全部被放射性标记的大肠杆菌B,必须经过多代培养,并且培养液中15NH4Cl是唯一氮源。(2)根据表格可知,在证明DNA分子的复制方式是半保留复制时,第3组实验结果起到了关键作用,因为其离心后仅为中带(15N/14N)。还需与第1组和第2组的结果进行比较,才能说明DNA分子的复制方式是半保留复制。(3)①亲代DNA(B)为15N/15N,原料为14N,离心的结果为“轻”(14N/14N)和“重”(15N/15N),则“重带”DNA来自亲代DNA,即B,这种复制方式没有发生母链与子链的重新组合,因而不是半保留复制。②判断DNA的复制方式主要是看子代DNA与亲代DNA的关系,实质是母链与子链是否发生重新组合,若将DNA双链分开离心,则不能判断DNA的复制方式。③在同等条件下,将子Ⅱ代继续培养(原料为14N),密度带仍为两种,即轻带(14N/14N)和中带(15N/14N),位置未发生变化,其中随着n的增加轻带的数量会逐渐增加,而中带不变,因而放射性强度发生变化的是轻带。④子Ⅰ代DNA的“中带”(15N/14N)比以往实验结果略宽,说明该实验结果中的“中带”不完全是15N/14N,有可能新形成的子链(14N)中混有少量的15N。
名师点拨 本题考查DNA发现的经典实验,所用的方法为比重法,14N,15N均无放射性,故第(3)问第③小题第2个空,放射性均未发生变化,当年高考此空只要不空答均给分。
14.(2018北京海淀期末,27)为研究真核细胞成熟mRNA分子上第一位核苷酸的结构修饰对其结构稳定性的影响,科研人员进行了探索。(14分)
(1)mRNA是 过程的模板,其结构修饰会影响它的半衰期。
(2)正常情况下,成熟mRNA分子5'端的修饰结构如图1所示。由图可知,成熟mRNA分子第一位核苷酸的全称是 ,它被进行了碱基A甲基化(m6A)和核糖甲基化(Am)以及5'端加 的修饰。
图1
(3)研究者分别将有m7G、无m7G的mRNA导入细胞,检测到有m7G组的mRNA半衰期为无m7G组的2.3倍,这说明 。
(4)为研究m6A和Am对结构稳定性的影响,研究者用特定的酶水解四种不同修饰的mRNA分子,检测游离的m7GDP量,结果如图2。
图2
①本实验中,对照组是 组。
②由图1 分析,水解酶的作用部位是 号磷酸之间的化学键;图2结果表明, 修饰对mRNA结构稳定性的作用最强。
答案 (1)翻译 (2)腺嘌呤核糖核苷酸 m7Gpp (3)m7G能延缓mRNA的降解 (4)①m7Gpppm6Am…… ②Ⅱ和Ⅲ 仅m6A
解析 本题以mRNA的5'端帽子结构与mRNA稳定性的关系为载体,考查基因表达、RNA组成等基础知识点,本题对通过实验分析考点比较侧重,考生需综合判断各组在实验中的作用,综合分析及推理,体现了对科学思维中归纳与概括、科学探究中结果分析等素养要素的考查。(1)mRNA是翻译过程的模板。(2)根据图1可知,图中下方“注”给出“……”为mRNA上第2位到第n位核苷酸,所以,图1为第一个核苷酸,图中右侧A碱基与其所连接的核糖均甲基化,这个核苷酸的全称是腺嘌呤核糖核苷酸,而图1中左侧为额外添加的修饰,由图可以得出,此修饰为m7Gpp。(3)由题干可知,有m7G组的mRNA半衰期为无m7G组的2.3倍,说明m7G可以延长mRNA的半衰期,使mRNA稳定性更强,所以m7G能延缓mRNA的降解。(4)①由题干可知,实验目的为研究m6A和Am对结构稳定性的影响,根据(2)可知,正常情况下,成熟mRNA分子的修饰包括m6A、Am和5'端的m7Gpp,所以对照组为m7Gpppm6Am……。②由题可知,水解酶水解mRNA后能够检测到m7GDP,所以如图1,水解酶作用部位是Ⅱ、Ⅲ号磷酸之间的化学键;由图2可知,游离的m7GDP含量最少的组为对mRNA结构稳定性的作用最强的,即图中m7Gpppm6A……组,所以仅被m6A修饰对mRNA结构稳定性的作用最强。
15.(2019北京东城期末,33)为研究果蝇致死基因(Sxl基因)对小鼠的影响,研究人员通过基因工程培育出含Sxl基因的多个品系杂合小鼠。
(1)为获得转基因小鼠,首先将目的基因通过 法导入多个不同的 中,培育形成多个不同小鼠品系。科研人员发现除S品系转基因杂合小鼠表现为发育异常外,其他品系都表现正常,测定 ,发现均无显著差异,因此推测S品系小鼠发育异常不是Sxl基因表达的蛋白质导致的。
(2)为研究S品系小鼠发育异常的原因,科研人员通过测序发现Sxl基因插入到小鼠细胞的5号染色体上(位置关系如图1所示)。
图1
检测野生型小鼠和S品系小鼠细胞中P1基因和DCK基因的转录情况,结果如图2所示:
图2
图2结果显示,与野生型小鼠相比,S品系小鼠中P1基因转录量 ,DCK基因转录量 。由此说明 。
(3)进一步研究发现P1基因转录出的RNA不能翻译出蛋白质。已知M-s基因和M-l基因表达的蛋白质对生长发育起重要调节作用,为探究P1基因的作用机制,研究人员分别将P1基因、M-s基因和M-l基因导入不表达这3个基因的小鼠细胞中。在导入后的16h和32h,分别检测M-s基因和M-l基因的mRNA,结果如图3所示。在只导入M-s基因或M-l基因的情况下,只在 h检测到杂交带。实验结果说明P1基因转录出的RNA的作用是
。
图3
(4)该系列实验说明,导入Sxl基因引起S品系小鼠发育异常的原因是
。
答案 (1)显微注射 受精卵 所有品系小鼠的Sxl基因表达量
(2)减少 不变 Sxl基因的插入抑制P1基因的转录
(3)16 抑制M-s基因和M-l基因转录出的mRNA的分解
(4)Sxl基因插入,使P1基因的转录被抑制,进而导致M-s基因和M-l基因转录出的mRNA的稳定性降低,致使其翻译出的对生长发育起重要调节作用的蛋白质减少,小鼠发育异常。
解析 (1)据题可知,为获得转基因小鼠,基因工程受体细胞为小鼠受精卵,采用的方法是显微注射法。据推测结果可知Sxl基因表达的蛋白质不是导致S品系小鼠与其他小鼠表现型存在差异的原因,因此要通过测定所有品系小鼠的Sxl基因表达量为该推测提供依据。
(2)通过图2获取信息可知,与野生型相比,S品系P1基因转录条带浅,P1基因转录量低,DCK基因转录条带与野生型差异不大,DCK基因转录量基本不变。Sxl基因插入是出现上述差异的原因,即Sxl基因的插入抑制P1基因的转录。
(3)由图3可知,在只导入M-s基因或M-l基因的组中,只在16h时有条带显示,即存在相应的M-smRNA或M-lmRNA,此时可检测到杂交带。在只导入M-s基因组中,对比其16h和32h结果,推测随时间延长M-smRNA降解消失。分析导入M-s基因和同时导入P1基因、M-s基因发现16h时两组条带无显著差异,即P1基因并不会对M-smRNA的合成有影响,但32h时同时导入P1基因、M-s基因组仍有条带,即M-smRNA并未降解消失,P1基因是形成该差异的原因。由“P1基因转录出的RNA不能翻译出蛋白质”可知P1基因通过转录的RNA发挥作用,即P1基因转录出的RNA能抑制M-s基因转录出的mRNA的分解,同样分析对比只导入M-l基因和同时导入P1基因、M-l基因两组可知P1基因转录出的RNA也能抑制M-l基因转录出的 mRNA的分解。
(4)综合(1)、(2)、(3)中推论可知,P1基因的转录能抑制M-s基因和M-l基因转录出的mRNA的分解,Sxl基因的插入抑制P1基因的转录从而使P1基因的这种作用减弱或丧失,即M-s基因和M-l基因转录出的mRNA会迅速分解,从而使翻译出的蛋白质减少,据题目信息“已知M-s基因和M-l基因表达的蛋白质对生长发育起重要调节作用”,可知该改变将影响生长发育。
能力解读 本题(1)考查辨认、解读的理解能力;(2)考查解读的理解能力和推理的应用能力;(3)、(4)考查解读的理解能力和论证的思辨能力。
解题关键 正确解读题干中的文字信息,运用单一变量原则进行实验结果分析,并有效转化成规范表达是解题关键。
16.(2020江苏徐州一检)φ174噬菌体的遗传物质是单链DNA,感染宿主细胞后,先形成复制型的噬菌体双链DNA分子(母链为正链,子链为负链),转录时以负链为模板合成mRNA。如图为φ174噬菌体的部分基因序列(正链)及其所指导合成蛋白质的部分氨基酸序列(图中数字为氨基酸编号)。分析回答问题。
(1)基因D与E指导蛋白质合成过程中,mRNA上的终止密码子分别是 ,翻译形成的一条肽链中分别含有 个肽键。
(2)基因E的负链DNA作为模板指导合成的mRNA中,鸟嘌呤与尿嘧啶之和占碱基总数的43%,mRNA及其模板链对应区段的碱基中腺嘌呤分别占32%、22%。则与mRNA对应的复制型的双链DNA分子区段中腺嘌呤所占的碱基比例为 。基因E的负链DNA作为模板指导合成的mRNA中,至少需要消耗 个游离的胞嘧啶核糖核苷酸。
(3)与宿主细胞的DNA复制相比,φ174噬菌体感染宿主细胞后形成复制型双链DNA分子过程的不同之处是 。
(4)φ174噬菌体单链DNA中一个碱基发生替换,导致基因D指导合成的肽链中第59位氨基酸由缬氨酸(密码子为GUU、GUC、GUA和GUG)变成丙氨酸(密码子为GCU、GCC、GCA和GCG),则该基因中碱基替换情况是 。
(5)一个DNA分子上不同基因之间可以相互重叠,这是长期 的结果,其主要的遗传学意义是 (写出一点即可)。
答案 (1)UAA、UGA 151、90 (2)27% 69 (3)模板、酶不同(合理即可) (4)T→C (5)自然选择(或进化) 可以节约碱基,提高碱基利用的效率;有效地利用DNA遗传信息量;参与对基因表达的调控(写出一点即可)
解析 (1)识图分析可知,基因D转录终止时正链的碱基为TAA,则根据碱基互补配对原则,负链上的对应碱基为ATT,故mRNA上终止密码子为UAA,同理基因E转录终止时正链的碱基为TGA,负链对应碱基为ACT,mRNA上终止密码子为UGA。基因D指导合成的肽链中共含有152个氨基酸,则肽键数为151个,基因E指导合成的肽链中共含有91个氨基酸,则肽键数为90个。(2)已知mRNA及其模板链对应区段的碱基中腺嘌呤分别占32%、22%,则对应的DNA区段中腺嘌呤占(32%+22%)÷2=27%。根据题意可知,mRNA中,鸟嘌呤与尿嘧啶之和占碱基总数的43%,即U+G=43%,则A+C=57%,由于mRNA中腺嘌呤占32%,则C占mRNA中碱基的57%-32%=25%,而基因E中负链DNA碱基数为92×3=276,故基因E的负链DNA作为模板指导合成的mRNA中,至少需要消耗游离的胞嘧啶核糖核苷酸25%×276=69(个)。(3)φ174噬菌体感染宿主细胞后形成复制型双链DNA分子过程不同于宿主细胞的DNA复制之处为模板、酶不同。(4)该基因突变是由φ174噬菌体单链DNA中一个碱基的替换引起的,故缬氨酸的密码子第2个碱基U变为了碱基C,成为丙氨酸的密码子,相应的则是模板链(负链)中A替换成了G,根据碱基互补配对原则可推,基因(正链)中T替换成了C。(5)一个DNA分子上不同基因之间可以相互重叠,这是长期自然选择(或进化)的结果,不仅可以节约碱基、有效地利用DNA遗传信息量,还可以参与对基因表达的调控。
思维点拨 本题以φ174噬菌体感染宿主细胞的生命活动为背景考查DNA的复制、转录和翻译的知识点,要求学生掌握DNA复制的过程及其条件和特点,能够利用碱基互补配对原则和常见的碱基比例进行DNA复制和转录过程中的计算,识记转录和翻译的过程,把握密码子和氨基酸之间的关系,这是该题考查的重点。
专题检测 B组
一、单项选择题
1.(2020北京海淀期中,16)为研究R型肺炎双球菌转化为S型的转化因子是DNA还是蛋白质,研究者进行了如图所示的转化实验。对本实验的分析,不正确的是 ( )
A.本实验通过酶解去除单一成分进行研究
B.甲、乙组培养基中只有S型菌落出现
C.蛋白酶处理结果显示提取物仍有转化活性
D.本实验结果表明DNA使R型菌发生转化
答案 B 本实验通过酶解去除单一成分进行研究,采用减法原理,A选项正确。发生转化的细菌占少数,所以甲、乙组培养基中有R型和少量S型菌落出现,B选项错误。乙组培养基中出现了S型菌,说明经过蛋白酶处理后的提取物仍有转化活性,C选项正确。丙组DNA分解后,无S型菌,甲组和乙组有,所以本实验结果表明DNA使R型菌发生转化,D选项正确。
2.(2020北京三月适应性考试,5)在噬菌体侵染白喉棒状杆菌并增殖的过程中,需要借助细胞器完成的步骤是 ( )
A.噬菌体特异性吸附在细菌细胞上
B.噬菌体遗传物质整合到细菌DNA上
C.噬菌体DNA在细菌细胞中转录
D.噬菌体的蛋白质在细菌细胞中合成
答案 D 噬菌体为专性寄生于细菌细胞内的病毒,有严格的宿主特异性,其吸附过程是通过表面信息分子与细菌表面的受体进行特异性识别并结合完成的,A不符合题意;细菌DNA存在于拟核和质粒中,噬菌体的遗传物质整合到细菌DNA上无需细胞器,B不符合题意;噬菌体DNA在细菌细胞中转录的主要场所在拟核,C不符合题意;噬菌体的蛋白质在细菌细胞中的合成场所是核糖体,核糖体是原核(细菌)细胞唯一的细胞器,D符合题意。
3.下面是T2(T2,下同)噬菌体侵染细菌实验的部分实验步骤示意图,有关叙述正确的是 ( )
A.被标记的T2噬菌体是直接接种在含有35S的培养基中获得的
B.培养时间过长会影响上清液中放射性物质的含量
C.培养时间过短会影响上清液中放射性物质的含量
D.搅拌不充分会影响上清液中放射性物质的含量
答案 D T2(T2,下同)噬菌体属于病毒,病毒必须寄生在活细胞中,不能用培养基直接培养,A错误;培养时间的长短会影响32P标记的实验结果,不影响35S标记的实验结果,B、C错误;搅拌不充分会使T2噬菌体的蛋白质外壳吸附在细菌表面,使沉淀物中有少量放射性,即搅拌不充分会使上清液中放射性物质的含量较正常值低,D正确。
易错警示 T2噬菌体侵染细菌的实验中应注意的三个关键点:(1)含放射性标记的T2噬菌体不能用培养基直接培养,因为病毒只能寄生在活细胞中,营专性寄生生活,所以应先培养细菌,再用细菌培养T2噬菌体。(2)不能标记C、H、O、N,因为这些元素是蛋白质和DNA共有的,无法将DNA和蛋白质区分开。(3)35S(标记蛋白质)和32P(标记DNA)不能同时标记在同一个T2噬菌体上,因为放射性检测时,只能检测到放射性物质存在部位,不能确定是何种元素的放射性。
4.(2017浙江11月选考,20,2分)某真核生物DNA片段的结构示意图如图。下列叙述正确的是 ( )
A.①的形成需要DNA聚合酶催化
B.②表示腺嘌呤脱氧核苷
C.③的形成只能发生在细胞核
D.若α链中A+T占48%,则DNA分子中G占26%
答案 D ①氢键的形成不需要DNA聚合酶催化,A错误;②表示腺嘌呤,B错误;③磷酸二酯键的形成可发生在细胞核或者线粒体和叶绿体中,C错误;若α链中A+T占48%,则DNA分子中G占26%,D正确。
5.(2020北京石景山一模,6)在进行DNA分子模型的搭建过程中,能体现DNA分子多样性的做法是 ( )
A.用不同形状的塑料片表示不同碱基
B.搭建多个随机选用碱基对的DNA分子
C.改变磷酸和糖之间的连接方式
D.遵循碱基互补配对原则
答案 B 本题以DNA分子模型的搭建为背景,考查DNA分子的结构及其多样性、碱基互补配对原则等知识点,体现了生命观念素养中结构与功能观要素和科学思维素养中归纳与概括、模型与建模要素。DNA分子中的碱基只有四种,DNA单链中磷酸和脱氧核糖的连接方式相同,碱基互补配对的方式有A—T、C—G,所以都不能体现DNA分子的多样性;碱基对的数目和排列顺序导致了DNA分子的多样性,所以搭建DNA分子模型时随机选用碱基对最能体现DNA分子的多样性,B正确。
6.(2019北京西城期末,7)M13丝状噬菌体的遗传物质是单链闭合的DNA,以下叙述正确的是 ( )
A.M13的DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数
B.M13的DNA复制过程涉及碱基互补配对
C.可用含35S的培养基培养M13以标记蛋白质
D.M13的核糖体是合成蛋白质外壳的场所
答案 B M13的DNA分子是单链,碱基没有发生互补配对,所以嘌呤数不一定等于嘧啶数,A错误;单链DNA复制过程涉及碱基互补配对,B正确;噬菌体属于病毒,营寄生生活,因此需先用含35S的培养基培养细菌,再用含35S的细菌培养噬菌体,以标记噬菌体的蛋白质,C错误;噬菌体无细胞结构,不含细胞器核糖体,D错误。
7.(2018北京西城期末,9)1958年,Meselson和Stahl用稳定同位素和氯化铯密度梯度离心方法研究大肠杆菌DNA的复制。首先将大肠杆菌放入以 15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养多代,然后转入以 14NH4Cl 为唯一氮源的培养液中培养。提取不同代数大肠杆菌的DNA,进行密度梯度离心,结果如图所示(0世代时,DNA条带的平均密度是1.724,4.1世代时,较深的DNA条带平均密度是1.710)。下列分析错误的是 ( )
A.该实验证明了DNA的复制是半保留复制
B.条带密度越来越小的原因是15N在逐渐衰变
C.1.0世代时,DNA条带的平均密度是1.717
D.4.1世代时,两个DNA条带的含量比值大于7∶1
答案 B 本题以DNA半保留复制的相关科学史为背景,利用相关数据考查学生对DNA复制方式、密度梯度离心技术的理解和应用。15N不是放射性同位素,不存在放射性,不会逐渐衰变,B错误。
疑难突破 本题应结合DNA复制的简易过程图进行分析,这样可以降低难度。若大肠杆菌的DNA进行半保留复制,则DNA复制过程与题干中图示对应如图,可见0世代仅出现重带,1.0世代仅出现中带,3.0世代出现轻带和中带,符合半保留复制的特点。由于0世代时,DNA条带即重带的平均密度是1.724;4.1世代时,较深的DNA条带即轻带的平均密度是1.710,因此1.0世代时,DNA条带即中带的平均密度为二者的平均值,为1.717。而4.0世代的轻带和中带之比为7∶1,若继续复制,则轻带比例会继续升高,故4.1世代时,两个DNA条带的含量比值大于7∶1。
8.(2020北京海淀二模,6)mRNA的碱基序列会控制其寿命(半衰期),不同mRNA的寿命各不相同。下列叙述不正确的是( )
A.mRNA彻底水解产物为磷酸、脱氧核糖及碱基
B.mRNA的寿命与对应基因的碱基排列顺序有关
C.mRNA的寿命与翻译产生的蛋白质含量有关
D.mRNA的半衰期长短是调控基因表达的方式之一
答案 A 本题从结构与功能观的角度考查学生对中心法则相关知识点的掌握程度,同时还对学生的观察、分析、推理等科学思维提出一定的挑战。mRNA的基本单位是核糖核苷酸,一分子核糖核苷酸由一分子磷酸、一分子核糖和一分子含氮碱基组成,故mRNA初步水解为核糖核苷酸,彻底水解为磷酸、核糖和含氮碱基,A错误;基因的表达包括转录和翻译两个过程,转录时,基因的模板链决定了mRNA的碱基序列,进而影响其半衰期和翻译产生的蛋白质数量,B、C、D正确。
9.(2018北京海淀二模,2)许多基因的启动子内富含CG重复序列,若其中的部分胞嘧啶(C)被甲基化成为5-甲基胞嘧啶,就会抑制基因的转录。下列与之相关的叙述中,正确的是 ( )
A.在一条单链上相邻的C和G之间通过氢键连接
B.胞嘧啶甲基化导致表达的蛋白质结构改变
C.胞嘧啶甲基化会阻碍RNA聚合酶与启动子结合
D.基因的表达水平与基因的甲基化程度无关
答案 C DNA分子中,互补链中相邻碱基之间通过氢键相连,但单链中相邻碱基之间通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖相连,A错误;据题干可知,启动子处的C甲基化,可抑制RNA聚合酶与启动子识别并结合,从而抑制基因的转录,但启动子为非编码序列,因此该基因控制合成的蛋白质空间结构不变,B、D错误,C正确。
10.(2020河北唐山月考)如图表示T2(T2,下同)噬菌体侵染大肠杆菌实验的过程,图中亲代T2噬菌体已用32P标记,A、C中的方框代表大肠杆菌,分别来自锥形瓶和试管。下列有关叙述错误的是 ( )
A.图中锥形瓶内的培养液要加入含32P的无机盐来培养大肠杆菌
B.图中A中少量T2噬菌体DNA未侵入细菌会导致沉淀物中的放射性强度偏低
C.若亲代T2噬菌体的DNA中含有腺嘌呤50个,则复制3次需要胸腺嘧啶350个
D.C中子代T2噬菌体蛋白质外壳的合成需要T2噬菌体的DNA和细菌的氨基酸参与
答案 A 图中锥形瓶中的培养液是用来培养大肠杆菌的,实验中需用带32P标记的T2(T2,下同)噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌,A错误;图中A中少量T2噬菌体DNA未侵入细菌,搅拌离心后会出现在上清液中,导致上清液中的放射性强度偏高,而沉淀物中的放射性强度偏低,B正确;若亲代T2噬菌体的DNA中含有腺嘌呤50个,则胸腺嘧啶也是50个,所以复制3次需要胸腺嘧啶的数目为50×(23-1)=350(个),C正确;子代T2噬菌体蛋白质外壳的合成需要T2噬菌体的DNA作为模板,细菌的氨基酸作为原料,D正确。
11.(2020山东济南历城二中月考)某双链DNA分子碱基总数为k,其中α链A与T之和为m%。下列相关分析错误的是 ( )
A.该DNA分子中嘌呤和嘧啶数目相等
B.该DNA分子中碱基、脱氧核糖和磷酸的数目相等
C.以α链互补链为模板转录出的RNA分子最多含腺嘌呤k/2×m%个
D.该DNA分子第三次复制需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数目为3.5k·(1-m%)个
答案 D 双链DNA分子中,A+G=T+C,嘌呤和嘧啶数目相等,A正确;一分子脱氧核苷酸是由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基组成的,因此双链DNA分子中碱基的数目、脱氧核糖的数目和磷酸的数目是相等的,B正确;以α链互补链为模板转录出的RNA分子的A与T之和与该α链的A与T之和相等,已知α链A与T之和为m%,A最多占m%(T为0),该双链DNA分子碱基总数为k,以α链互补链为模板转录出的RNA分子最多含腺嘌呤k/2×m%个,C正确;已知α链A与T之和为m%,则α链C与G之和为(1-m%),该DNA分子中胞嘧啶脱氧核苷酸数目为k/2×(1-m%),该DNA分子第三次复制需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数目为23-1×k/2×(1-m%)=2k×(1-m%)个,D错误。
名师点睛 本题第三次复制是由22到23的增殖过程,故需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数目为(23-22)k2(1-m%)=2k×(1-m%)个。
12.(2020天津一中月考)埃博拉出血热(EBHF)是由EBV(一种丝状单链RNA病毒)引起的,EBV与宿主细胞结合后,将其核酸—蛋白复合体释放至细胞质,通过如图途径进行增殖。如直接将EBV的RNA注入人体细胞,则不会引起EBHF。下列推断正确的是 ( )
A.分别用32P和35S标记EBV的核酸和蛋白质不能证明谁是遗传物质
B.过程①所需的所有成分都由宿主细胞提供
C.过程①所需嘌呤数与过程③所需嘌呤数相同
D.参与过程②的RNA只有2种
答案 A 由题意知,由于EBV的蛋白质和RNA都进入宿主细胞,因此分别用32P和35S标记EBV的核酸和蛋白质不能证明谁是遗传物质,A正确;过程①中的模板来自EBV,B错误;EBV的RNA是单链结构,①③过程是以RNA为模板合成RNA的过程,按照碱基互补配对原则,①过程形成mRNA的嘌呤数=模板RNA中的嘧啶数,③过程形成RNA的嘌呤数=mRNA的嘧啶数,因此过程①所需嘌呤数与过程③所需嘌呤数不一定相同,C错误;②过程是翻译,该过程需要tRNA、mRNA、rRNA3种RNA参与,D错误。
13.(2020北京海淀期中,18)氧气感应机制使细胞能够调节新陈代谢以适应低氧水平,细胞中低氧调节基因表达调控的机理如图所示。下列相关分析,不正确的是 ( )
A.低氧调节基因转录受H蛋白和A蛋白复合物调控
B.氧含量正常时进入细胞核中的H蛋白量较少
C.V蛋白功能丧失会导致低氧调节基因表达降低
D.H蛋白的氧依赖性降解从分子水平调控了基因表达
答案 C 试题通过图解详细展示了氧气感应机制,体现了生命观念素养中的结构与功能观要素。正常氧时,H蛋白羟基化后,与V蛋白结合,进而被降解;低氧时,H蛋白进入细胞核与A蛋白共同调节低氧调节基因的转录,A选项正确。氧含量正常时,H蛋白被降解,进入细胞核中的H蛋白量较少,B选项正确。V蛋白功能丧失会导致H蛋白无法被降解,进而H蛋白积累,进入细胞核的量增多,提高低氧调节基因表达,C选项错误。蛋白质属于分子,H蛋白的氧依赖性降解从分子水平调控了基因表达,D选项正确。
二、多项选择题
14.(2020山东滕州模拟)将一个没有放射性同位素32P标记的大肠杆菌(拟核DNA呈环状,共含有m个碱基,其中有a个胸腺嘧啶)放在含有32P-胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中培养一段时间,检测到如图Ⅰ、Ⅱ两种类型的DNA(虚线表示含有放射性的脱氧核苷酸链)。下列有关该实验的结果预测与分析,不正确的是 ( )
A.DNA第二次复制产生的子代DNA有Ⅰ、Ⅱ两种类型,比例为1∶3
B.DNA复制后分配到两个子细胞时,其上的基因的遗传遵循基因分离定律
C.复制n次需要胞嘧啶的数目是(2n-1)(m-a)×0.5
D.复制n次形成的放射性脱氧核苷酸单链数目是2n+1-2
答案 DNA第二次复制产生的子代DNA共4个,有Ⅰ、Ⅱ两种类型,比例为1∶1,A错误;基因分离定律的实质是减数分裂过程中,等位基因随着同源染色体的分开而分离,而大肠杆菌没有染色体,不进行减数分裂,其DNA复制后分配到两个子细胞时,其上的基因的遗传不遵循基因分离定律,B错误;拟核DNA中共含有m-2a2个胞嘧啶,复制n次需要胞嘧啶的数目是(2n-1)m-2a2,C错误;DNA分子是双链结构,一个不含放射性同位素32P标记的大肠杆菌拟核DNA共2条链,所以复制n次形成的放射性脱氧核苷酸单链数目是2n+1-2,D正确。
15.当细胞中缺乏氨基酸时,负载tRNA(携带氨基酸的tRNA)会转化为空载tRNA(没有携带氨基酸的tRNA)参与基因表达的调控。如图是缺乏氨基酸时,tRNA调控基因表达的相关过程。下列相关叙述正确的是 ( )
A.①过程所需的嘧啶数与嘌呤数相等
B.②过程中a核糖体结合过的tRNA最多
C.当细胞缺乏氨基酸时,空载tRNA只通过激活蛋白激酶抑制基因表达
D.终止密码子与d核糖体距离最远
答案 BD ①过程表示DNA转录合成mRNA的过程,单链mRNA中嘧啶数与嘌呤数一般不相等,A错误;②过程表示翻译,a核糖体上合成的肽链最长,所以其结合过的tRNA最多,B正确;由题图可知,空载tRNA可通过抑制基因的转录和激活蛋白激酶抑制翻译两个途径抑制基因表达,C错误;d核糖体上肽链最短,说明d核糖体距离起始密码子最近,距离终止密码子最远,D正确。
16.下列有关放射性同位素示踪实验的叙述,正确的有 ( )
A.35S标记甲硫氨酸,附着在内质网上的核糖体与游离的核糖体都可能出现放射性
B.用35S标记的T2噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌,经保温、搅拌、离心后,沉淀物中放射性高
C.小鼠吸入18O2,则在其尿液中可以检测到H218O,呼出的CO2也可能含有C18O2
D.光照下给水稻提供14CO2,细胞内存在的14C转移途径为 14CO2→14C3→(14CH2O)
答案 AD 附着在内质网上的核糖体与游离的核糖体都可以以35S标记的甲硫氨酸为原料合成蛋白质,A正确;35S标记T2噬菌体的蛋白质外壳,T2噬菌体侵染细菌时蛋白质外壳未进入菌体,经搅拌、离心后进入上清液中,故上清液中放射性高,B错误;小鼠吸入的18O2,经有氧呼吸第三阶段生成H218O,H218O可随尿液排出,也可参与有氧呼吸第二阶段产生C18O2而排出体外,但18O不具有放射性,与题干信息不符,C错误;14CO2与C5结合生成14C3,14C3被还原后经过一系列变化可生成糖类(14CH2O),D正确。
三、非选择题
17.(2020湖北沙市中学模拟)如表为T2(T2,下同)噬菌体侵染大肠杆菌的实验,以证明DNA是遗传物质。请根据实验,回答下列问题:
编号
实验过程和操作
结果
A
含①的T2噬菌体+大肠杆菌(短时间保温)→搅拌、离心→检测放射性
A
B
含②的T2噬菌体+大肠杆菌(短时间保温)→搅拌、离心→检测放射性
B
(1)实验中,①处应为 (填“35S”或“32P”),②处应为 (填“35S”或“32P”)。
(2)实验中,搅拌的目的是 。若搅拌不充分,会导致A组的结果中出现 的现象。
(3)在B组实验中,保温时间和上清液放射性强度的关系为 。
答案 (1)35S 32P (2)使吸附在细菌上的T2(T2)噬菌体与细菌分离 沉淀物放射性较高 (3)②
解析 (1)35S标记的是T2(T2,下同)噬菌体的蛋白质,32P标记的是T2噬菌体的DNA,根据表中实验结果可判断,①处应为35S,②处应为32P。(2)实验中,搅拌的目的是使吸附在细菌上的T2噬菌体与细菌分离。若搅拌不充分,没有将吸附在大肠杆菌外的35S标记的T2噬菌体外壳与其完全分离,A组的结果中会出现沉淀物放射性较高的现象。(3)在B组实验中,保温时间过短,DNA未注入大肠杆菌,导致上清液放射性较高;保温时间过长,大肠杆菌裂解释放出T2噬菌体,导致上清液放射性较高;保温时间正常时,则上清液放射性较低,保温时间和上清液放射性强度的关系与②相符。
易错警示 分析题图,其中(3)问在B组实验中,保温时间和上清液放射性强度的关系是本题的难点,也是易错点。
18.(2020天津河西高三总复习质量调查)下列是以玉米为材料的系列实验,请回答有关问题:
(1)已知染料TTC在氧化态时为无色,接受氢后为红色。将煮熟的玉米籽粒(A组)和未煮籽粒(B组)纵切后放入TTC溶液,35℃保温一段时间后,取出后置于滤纸上观察胚的颜色。预期 组的胚为红色。取出的胚一段时间后颜色会逐渐褪去,其原因是 。
(2)为探究DNA复制方式,用处于同步分裂的玉米分生区细胞(2N=20)进行实验:
步骤1:将细胞置于含放射性3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液中培养1个周期时间。
步骤2:取出细胞冲洗后移至不含放射性物质的培养液中,继续培养2个周期时间。
步骤3:对每个培养周期的细胞进行取样,检测中期细胞的染色体放射性分布。图甲表示DNA可能存在的三种复制模式,图乙表示中期染色体的放射性分布情况。
甲
乙
分析讨论:
①用3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸在 酶的作用下,与其他脱氧核苷酸连接成子代DNA链。
②若第1个周期的中期染色体情况为图乙中的A,则该结果 (能、不能)确定复制方式为图甲中的a。
③若DNA复制符合图甲中的a模式,则可推测第2个周期产生的子细胞中含有放射性标记的染色体数目为 条。第3个周期的中期染色体情况为图乙中的 (选填字母)。
(3)为验证Mg2+是玉米生长的必需元素,某小组利用生长状况一致的玉米幼苗,设计出了如下两组实验:甲组培养在全营养培养液中,乙组培养在缺Mg2+的培养液中,在相同且适宜的环境中培养并观察两组幼苗的长势。
①为进一步验证Mg2+一定是玉米生长必需的,还应增加的实验步骤是 。
②培养过程需要保持培养液中的氧气充足,其目的是 ,实验结束后发现,某些必需无机盐离子的浓度比实验开始时高,产生这种现象的原因是 。
答案 (1)B 有氧呼吸速率减慢,TTC被氧化 (2)①DNA聚合 ②不能 ③0~20 B、C (3)①幼苗出现缺镁症状后,补充镁元素 ②防止氧气不足影响幼苗的代谢,从而对实验结果产生影响 植物吸水量比吸收无机盐离子的含量多
解析 (1)A组经过煮熟后细胞死亡,不进行细胞呼吸,而B组细胞呼吸产生还原氢,使B组的胚在TTC溶液中变成红色。取出胚一段时间后,由于有氧呼吸速率减慢,TTC被氧化,红色逐渐褪去。(2)①DNA聚合酶可催化脱氧核苷酸链与单个脱氧核苷酸连接,形成新的子链。②题图乙中的A的两条姐妹染色单体都含有放射性,题图甲中的a和c的复制方式都会使第1个周期中期的每条染色体上的姐妹染色单体含有放射性,因此不能确定复制方式为题图甲中的a。③题图甲中的a为半保留复制方式,第1个细胞周期形成的子细胞中的每条染色体都含有放射性,接着在不含放射性物质的培养液中继续培养第2个周期,在第2个周期的中期,每条染色体的姐妹染色单体有一条含有放射性,有丝分裂后期,着丝点(粒)分裂,姐妹染色单体随机移向细胞的两极,因此形成的子细胞中含有放射性标记的染色体可能为0~20条。继续培养至第3个周期的中期,依据半保留复制的特点,绝大多数的染色体没有放射性,只有少数染色体上的一条姐妹染色单体含有放射性,对应题图乙中的B、C情况。(3)①按照对照原则,应再增加一组自身前后对照,即幼苗出现缺镁症状后,再补充镁元素,观察缺镁症状是否恢复。②为了遵循单一变量的原则,培养过程中应保持氧气充足,防止氧气不足影响幼苗的代谢,从而对实验结果产生影响。在培养过程中,植物吸水量比吸收无机盐离子的含量多,会导致培养液中某些必需无机盐离子的浓度比实验开始时高。
名师点睛 DNA分子复制的特点、同位素标记法以及设计实验的思路是本题的主要考点。本题以玉米为材料,考查了细胞呼吸、DNA分子的复制和无机盐的功能等相关知识,意在考查考生加强知识间内在联系的能力,属于对理解层次的考查。
19.(2020北京西城一模,19)阅读以下材料回答问题。
染色体外DNA:癌基因的载体
人类DNA通常形成长而扭曲的双螺旋结构,其中大约30亿个碱基对组成了23对染色体,并奇迹般地挤进每个平均直径只有6微米的细胞核中。在真核生物中,正常的DNA被紧紧包裹在蛋白质复合物中。为了读取DNA的遗传指令,细胞依靠酶和复杂的“机械”来切割和移动碎片,一次只能读取一部分,就像是阅读一个半开的卷轴。
过去,科学家们大多是依靠基因测序,来研究肿瘤细胞DNA里的癌基因。最近在《Nature》杂志上发表的一篇新研究表明,在人类肿瘤细胞中发现大量如“甜甜圈”般的环状染色体外DNA(ecDNA,如图中黑色箭头所指位置)。科学家们指出,ecDNA是一种特殊的环状结构,看起来有点像细菌里的质粒DNA。这类独立于染色体存在的环状DNA在表达上并不怎么受限,很容易就能启动转录和翻译程序。在人类健康的细胞中几乎看不到ecDNA的痕迹,而在将近一半的人类癌细胞中,都可以观察到它,且其上普遍带有癌基因。ecDNA上的癌基因和染色体DNA上的癌基因都会被转录,从而推动癌症病情的发展。但由于两类癌基因所在的位置不同,发挥的作用也无法等同。
当癌细胞发生分裂时,这些ecDNA被随机分配到子细胞中。这导致某些子代癌细胞中可能有许多ecDNA,细胞中的癌基因也就更多,这样的细胞也会更具危害;而另一些子代癌细胞中可能没有ecDNA。
癌细胞能够熟练地使用ecDNA,启动大量癌基因表达,帮助它们快速生长,并对环境快速作出反应,产生耐药性。研究还发现,ecDNA改变了与癌症相关基因的表达方式,从而促进了癌细胞的侵袭性,并在肿瘤快速变异和抵御威胁(如化疗、放疗和其他治疗)的能力中发挥了关键作用。相比起染色体上的癌基因,ecDNA上的癌基因有更强的力量,推动癌症病情进一步发展。
(1)请写出构成DNA的4种基本结构单位的名称。
(2)真核细胞依靠酶来读取DNA上的遗传指令,此时需要的酶是 。(填写以下选项前字母)
a.解旋酶 b.DNA聚合酶
c.DNA连接酶 d.RNA聚合酶
(3)依据所学知识和本文信息,指出人类正常细胞和癌细胞内DNA的异同。
(4)根据文中信息,解释同一个肿瘤细胞群体中,不同细胞携带ecDNA的数量不同的原因。
(5)依据所学知识和本文信息,提出1种治疗癌症的可能的方法。
答案 (1)腺嘌呤脱氧核糖核苷酸、鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸、胞嘧啶脱氧核糖核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸。 (2)d (3)相同:与蛋白质结合构成细胞核内的染色体,还有少量DNA位于线粒体中(或细胞质)。不同:肿瘤细胞中有位于染色体之外的环状DNA(如ecDNA)。 (4)因为肿瘤细胞分裂时,ecDNA是随机分配的,所以同一个肿瘤细胞群体中,不同细胞携带ecDNA的数量不同。 (5)研发抑制ecDNA上癌基因的转录的药物,研发能在细胞核内降解裸露DNA的物质。
解析 (1)DNA的基本结构单位:腺嘌呤脱氧核糖核苷酸、鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸、胞嘧啶脱氧核糖核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸。(2) 由题中信息“在真核生物中,正常的DNA……就像是阅读一个半开的卷轴”推测所谓的遗传指令指的是每个基因的碱基序列信息,而读取DNA上的遗传指令就是指基因转录的过程,综上,真核细胞读取DNA上遗传指令需要的酶就是转录所需的酶,即RNA聚合酶。(3)依据所学知识 “动物细胞的DNA主要分布在细胞核中,与蛋白质结合后以染色体的形式存在;少量分布在细胞质的线粒体中”和本文第二段信息“最近在《Nature》杂志上发表的一篇新研究……且其上普遍带有癌基因”,对比可以得出,人类正常细胞和癌细胞内DNA的异同。相同:与蛋白质结合构成细胞核内的染色体,还有少量DNA位于线粒体中。不同:肿瘤细胞中有位于染色体之外的环状DNA(如ecDNA)。(4)根据文中第三段信息“当癌细胞发生分裂时……子代癌细胞中可能没有ecDNA”可以得知同一个肿瘤细胞群体中,不同细胞携带ecDNA的数量不同的原因:因为肿瘤细胞分裂时,ecDNA是随机分配的,所以同一个肿瘤细胞群体中,不同细胞携带ecDNA的数量不同。(5)由本文第二段信息“ecDNA是一种特殊的环状结构……就能启动转录和翻译程序”以及第四段信息“癌细胞能够熟练……产生耐药性”可知,ecDNA的存在及转录,可以启动大量癌基因表达,是推动癌症病情发展的关键,再结合所学有关知识,可以“对症下药”,可研发抑制ecDNA上癌基因的转录的药物,也可以研发能在细胞核内降解裸露DNA的物质,从而抑制癌症病情的发展。
第三单元 生物的遗传
专题8 遗传的分子基础
专题检测 A组
一、单项选择题
1.如图为烟草花叶病毒对烟草叶片细胞的感染和重建实验示意图,下列相关叙述正确的是 ( )
A.该实验证明了病毒的遗传物质是RNA
B.烟草花叶病毒是只有RNA的原核生物
C.降解的目的是让烟草花叶病毒的蛋白质分解
D.烟草叶片出现病斑是病毒RNA进行了表达
答案 D 该实验证明了烟草花叶病毒的遗传物质是RNA,不能证明其他病毒的遗传物质是RNA,A错误;病毒无细胞结构,不属于原核生物,B错误;降解的目的是让烟草花叶病毒的蛋白质与RNA分离,便于不同病毒的重建,C错误;烟草叶片出现病斑说明重建的病毒能够进行增殖,说明病毒RNA进行了表达,D正确。
名师点睛 病毒的遗传物质为DNA或RNA,该实验只能证明烟草花叶病毒的遗传物质为RNA。
2.(2020届北京海淀期中,17)下列关于DNA复制的叙述,不正确的是 ( )
A.以A、U、C、G四种游离碱基为原料
B.DNA聚合酶催化子链延伸
C.配对碱基间通过氢键相互连接
D.子代DNA一条链来自亲代
答案 A 在对学生DNA相关知识储备考查的同时,还考查了学生的辨认、比较和解读能力,加深了学生对该部分知识的理解。
首先U为RNA中特有的碱基,其次DNA复制应该以四种脱氧核苷酸为原料,A选项错误。DNA聚合酶催化子链延伸,B选项正确。配对碱基间通过氢键相互连接,C选项正确。DNA复制是半保留复制,所以子代DNA中一条链来自亲代,D选项正确。
3.(2020北京三月适应性考试,6)大肠杆菌拟核DNA是环状DNA分子。将无放射性标记的大肠杆菌,置于含3H标记的dTTP的培养液中培养,使新合成的DNA链中的脱氧胸苷均被3H标记。在第二次复制未完成时将DNA复制阻断,结果如图所示。
下列对此实验的理解错误的是 ( )
A.DNA复制过程中,双链会局部解旋
B.Ⅰ所示的DNA链被3H标记
C.双链DNA复制仅以一条链作为模板
D.DNA复制方式是半保留复制
答案 C 本题借助大肠杆菌的DNA复制,考查考生辨认、比较、解读的能力和推理、归因的应用能力,试题要求考生能够根据题干和题图信息,结合所学知识点作出合理判断,体现了科学思维素养中演绎与推理要素。结合题图,DNA分子复制过程中,双链会局部解旋,A正确;据题干信息可知,将无放射性标记的大肠杆菌置于含3H标记的dTTP的培养液中培养,使新合成的DNA链中的脱氧胸苷均被3H标记,再结合题图可知,题图实线代表初始的DNA母链,虚线表示合成的DNA子链,Ⅰ所示的DNA链是第二次复制时新合成的部分DNA子链,B正确;双链DNA复制时以DNA分子的两条链分别作为模板,C错误;第一次DNA复制后产生的子代DNA一条链来自母链(实线),一条链为新合成的子链(虚线),故可体现DNA的复制方式是半保留复制,D正确。
知识拓展 关于dNTP
dNTP包括4种脱氧核苷三磷酸:dATP、dTTP、 dGTP和dCTP, 这四种脱氧核苷三磷酸是在DNA复制过程中,用来合成DNA子链的原料。1分子dNTP由1分子碱基(A、T、C、G)、1分子脱氧核糖和3分子磷酸基团组成,而1分子ATP(三磷酸腺苷)由1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸基团组成。
4.(2018北京西城期末,10)中心法则揭示了遗传信息传递与表达的过程。结合题图分析,叙述错误的是 ( )
A.大肠杆菌b过程可发生在拟核区和细胞质中
B.HIV遗传信息的流向包括d、a、b、c路径
C.b、e过程的原料均为核糖核苷酸
D.c过程中不发生碱基互补配对
答案 图中a、b、c、 d、e分别为DNA复制、转录、翻译、逆转录、RNA复制,均会发生碱基互补配对,D选项错误。HIV是RNA病毒,需要进行逆转录,故HIV遗传信息的流向包括d、a、b、c路径,B选项正确。大肠杆菌b过程可发生在拟核区和细胞质中,A选项正确。b、e过程的结果都是合成RNA,所需原料均为核糖核苷酸,C选项正确。
5.(2020届北京朝阳期中,9)下列关于DNA和RNA的叙述,正确的是 ( )
A.原核生物的拟核DNA常作为基因工程中使用的载体
B.真核细胞内DNA和RNA的合成都只在细胞核内完成
C.原核细胞和真核细胞中基因表达都需要DNA和RNA参与
D.肺炎双球菌转化实验证明了DNA和RNA都是遗传物质
答案 C 原核生物的细胞内有两种DNA,一种是位于拟核区的拟核DNA,是一种大型环状DNA分子,另一种是位于拟核区域外的质粒DNA,是一种小型环状DNA分子。基因工程中通常使用质粒作为载体,除此之外,动植物病毒、λ噬菌体的衍生物等也可作为载体,A错误。真核细胞的DNA主要分布在细胞核,RNA主要分布在细胞质,两者在线粒体和叶绿体中也有少量存在,所以真核细胞内DNA和RNA的合成主要在细胞核内完成,还有少量在线粒体和叶绿体中合成,B错误。原核细胞和真核细胞中基因表达过程都包括转录和翻译过程,都需要DNA和RNA参与,C正确。肺炎双球菌的体内转化实验说明了S型菌内存在转化因子使R型菌转化为S型菌,但转化因子具体是S型菌的哪一成分未知,肺炎双球菌的体外转化实验证明了该转化因子为S型菌的DNA,即证明了DNA是遗传物质,D错误。
解题关键 明确细胞内核酸的种类,明确具有细胞结构的生物体的遗传物质都是DNA,凡是有DNA的场所都可以发生转录过程。
6.(2020北京人大附中考试)如图所示DNA分子片段中一条链含15N,另一条链含14N。下列有关说法错误的是 ( )
A.DNA连接酶和DNA聚合酶都催化形成①
B.解旋酶作用于③,②是胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸
C.若该DNA分子中一条链上G+C=56%,则无法确定整个DNA分子中T的含量
D.把此DNA放在含15N的培养液中复制两代,子代中含15N的DNA占100%
答案 C DNA连接酶和DNA聚合酶均作用于①(磷酸二酯键),A正确;解旋酶作用于③(氢键),②是构成DNA的基本单位之一,是胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸,B正确;若该DNA分子中一条链上G+C=56%,依据碱基互补配对原则,另一条链上G+C=56%,整个DNA分子中,G+C=56%,A+T=44%,又因为A=T,则整个DNA分子中T占22%,C错误;把此DNA放在含15N的培养液中复制两代得到4个DNA分子,根据DNA的半保留复制特点可知,其中有一个DNA分子的一条链含有14N,另一条链含有15N,其他3个DNA分子只含15N,子代DNA分子均含15N,D正确。
7.(2020天津河北线上测试)某DNA分子片段中共含有3000个碱基,其中腺嘌呤占35%。现将该DNA分子片段用15N同位素标记过的四种游离脱氧核苷酸为原料复制3次,将全部复制产物进行密度梯度离心,得到图甲结果;如果将全部复制产物加入解旋酶处理后再离心,则得到图乙结果。下列有关分析正确的是 ( )
A.X层与Y层中DNA相对分子质量比大于1∶3
B.Y层中含15N标记的鸟嘌呤有3600个
C.第二次复制结束时,含14N的DNA分子占1/2
D.W层与Z层的核苷酸数之比是4∶1
分析题图可知,X层为2个含有14N和15N的DNA分子,Y层为6个只含15N的DNA分子,因此X层与Y层中DNA相对分子质量比小于1∶3,A错误;Y层为6个只含15N的DNA分子,一个DNA分子含有鸟嘌呤为3000×(1-35%×22)=450(个),则Y层中含15N标记的鸟嘌呤共有450×6=2700(个),B错误;DNA的复制方式是半保留复制,第二次复制结束时,得到的4个DNA分子中有2个含有14N,因此含14N的DNA分子占1/2,C正确;W层有14条核苷酸链,Z层有2条核苷酸链,W层与Z层的核苷酸数之比是7∶1,D错误。
易错警示 本题易错点是A选项,DNA分子复制了3次得到8个DNA分子,Y层有6个DNA分子只含15N,故X层与Y层中DNA相对分子质量比小于1∶3。
8.(2018北京丰台一模,2)如图表示核糖体上合成蛋白质的过程。四环素抑制tRNA与细菌核糖体的A位点结合,使蛋白质合成停止,从而阻断细菌的生长,常用于治疗一些由细菌引起的疾病。下列有关叙述正确的是 ( )
A.核糖体的主要成分是蛋白质和mRNA
B.四环素与A位点结合促进了新肽键的形成
C.图中从E位点离开的tRNA可转运甲硫氨酸
D.人体细胞与细菌细胞的核糖体没有差异
答案 C 核糖体的主要成分是蛋白质和rRNA,A错误;据“四环素抑制tRNA与细菌核糖体的A位点结合,使蛋白质合成停止”可知,B错误;由四环素“常用于治疗一些由细菌引起的疾病”可知,人体细胞与细菌细胞的核糖体存在差异,D错误;由图中信息可知,从E位点离开的tRNA曾经携带的氨基酸是M,根据图注可知M是甲硫氨酸,C正确。
9.(2020北京顺义二模,7)新型冠状病毒具有很强的传染力,其遗传物质为“+RNA”,繁殖过程如图。与大肠杆菌相比下列相关叙述正确的是 ( )
A.完成遗传物质的复制均需RNA聚合酶
B.遗传物质复制过程中所需的原料相同
C.蛋白质的合成均需要宿主细胞的核糖体
D.遗传物质复制均遵循碱基互补配对原则
答案 D 本题以新型冠状病毒和大肠杆菌的比较为载体,考查了新型冠状病毒和大肠杆菌遗传物质的复制、蛋白质的合成等相关基础知识,体现了科学思维素养中归纳与概括、演绎与推理要素。新型冠状病毒的遗传物质为RNA,是RNA病毒,属于无细胞结构生物,需在宿主细胞中才能繁殖;新型冠状病毒遗传物质的复制需要RNA聚合酶的催化,所需原料是由宿主细胞提供的四种游离的核糖核苷酸;蛋白质合成需要在宿主细胞的核糖体上完成。大肠杆菌属于原核生物,遗传物质为DNA,其复制需要解旋酶和DNA聚合酶,所需原料为四种游离的脱氧核糖核苷酸;大肠杆菌属于细胞生物,在自身的核糖体上可完成蛋白质的合成。两者的遗传物质复制时均遵循碱基互补配对原则,故A、B、C错误,D正确。
二、多项选择题
10.(2020山东邹城期中)在T2(T2,下同)噬菌体侵染细菌的实验中,随着培养时间的延长,培养基内T2噬菌体与细菌的数量变化如图所示,下列相关叙述正确的是 ( )
A.T2噬菌体增殖所需的原料、酶、能量均来自细菌
B.在O~t1时间内,T2噬菌体还未侵入细菌体内
C.在t1~t2时间内,T2噬菌体侵入细菌体内并增殖导致细菌大量死亡
D.在t2~t3时间内,T2噬菌体因失去寄生场所而停止增殖
答案 ACD T2(T2,下同)噬菌体属于病毒,必须在宿主细胞内才能代谢和增殖,模板是亲代T2噬菌体的DNA,原料、酶和能量均由细菌提供,A正确;在O~t1时间内,T2噬菌体可能已侵入细菌体内,但还没有大量增殖,B错误;在t1~t2时间内,由于T2噬菌体侵入细菌体内并增殖,导致细菌大量死亡,C正确;在t2~t3时间内,被侵染的细菌已裂解死亡,T2噬菌体因失去寄生场所而停止增殖,D正确。
易错警示 分析题中曲线图,在O~t1时间内,无法确定T2噬菌体是否已侵入细菌体内,只是可能侵入细菌。
11.用15N标记含有100个碱基对的DNA分子片段,该DNA分子碱基间的氢键共有260个,在含l4N的培养基中连续复制多次后共消耗游离的嘌呤类脱氧核苷酸1500个,下列叙述正确的是 ( )
A.该DNA片段中共有腺嘌呤60个,复制多次后含有15N的DNA分子占7/8
B.若一条链中(A+G)/(T+C)<1,则其互补链中该值大于1
C.若一条链中A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,则其互补链中该比例为4∶3∶2∶1
D.该DNA分子经复制后产生了16个DNA分子
答案 BD 设A=T=X,则C=G=100-X,由于A和T之间有2个氢键,C和G之间有3个氢键,因此2X+3(100-X)=260,解得X=40,即该DNA片段中共有腺嘌呤40个;该DNA分子中含有嘌呤类脱氧核苷酸100个,设该DNA分子复制n次,可得(2n-1)×100=1500,解得n=4,说明该DNA分子共复制4次,因此经复制后可产生24=16个DNA分子;且根据DNA分子的半保留复制,复制多次后含有15N的DNA分子占2/24=1/8,A错误,D正确。DNA两条链中(A+G)/(T+C)的值互为倒数,故一条链中该值小于1,则其互补链中该值大于1,B正确。若一条链中A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,则其互补链中该比例应为2∶1∶4∶3,C错误。
12.(2020湖南长沙四校模拟)(不定项选择)将蚕豆根尖分生区细胞先在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中培养,使其完成一个细胞周期,并检测放射性;然后在含秋水仙素但不含放射性标记的培养基中培养一个细胞周期后,进行第二次检测;最后在不含放射性标记的培养基中培养,使其完成一个细胞周期,在分裂中期进行第三次检测,在培养结束后进行第四次检测。下列有关说法正确的是 ( )
A.第一次检测时,细胞中每条染色体的DNA均被标记
B.第二次检测时,细胞中都有一半的染色体带标记
C.第三次检测时,细胞中带标记的染色单体占14
D.第四次检测时,含标记的细胞中都有一半的染色体带标记
答案 ABC DNA的复制方式是半保留复制,根尖分生区细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中培养完成一个细胞周期,产生的两个子细胞中所有染色体都有一条DNA链被3H标记,A正确;在第二次培养时,细胞中新合成的DNA链都不带标记,着丝点(粒)分裂使姐妹染色单体分离,其中有一半子染色体不带标记,在秋水仙素的作用下,细胞中的染色体数目加倍,故第二次检测时,细胞中都有一半的染色体带标记,B正确;在第三次检测时,细胞中新合成的DNA链都不带标记,中期时有14的染色单体带标记,34的染色单体不带标记,C正确;由于分裂后期姐妹染色单体分开,新形成的子染色体随机移向细胞两极,因此培养结束后,最终产生的子细胞中带标记的染色体数目不确定,D错误。
解题关键 分析题意并准确把握细胞分裂过程中DNA分子复制的特点与复制的原理是解题的关键。
三、非选择题
13.(2010北京理综,30,16分)科学家以大肠杆菌为实验对象,运用同位素示踪技术及密度梯度离心方法进行了DNA复制方式的探索实验,实验内容及结果见下表。
组别
1组
2组
3组
4组
培养液中唯一氮源
14NH4Cl
15NH4Cl
14NH4Cl
14NH4Cl
繁殖代数
多代
多代
一代
两代
培养产物
A
B
B的子Ⅰ代
B的子Ⅱ代
操作
提取DNA并离心
离心结果
仅为轻带
(14N/14N)
仅为重带
(15N/15N)
仅为中带
(15N/14N)
1/2轻带(14N/14N)
1/2中带(15N/14N)
请分析并回答:
(1)要得到DNA中的N全部被放射性标记的大肠杆菌B,必须经过 代培养,且培养液中的 是唯一氮源。
(2)综合分析本实验的DNA离心结果,第 组结果对得到结论起到了关键作用,但需把它与第 组和第 组的结果进行比较,才能说明DNA分子的复制方式是 。
(3)分析讨论:
①若子Ⅰ代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带,则“重带”DNA来自 ,据此可判断DNA分子的复制方式不是 复制。
②若将子Ⅰ代DNA双链分开后再离心,其结果 (选填“能”或“不能”)判断DNA的复制方式。
③若在同等条件下将子Ⅱ代继续培养,子n代DNA离心的结果是:密度带的数量和位置 ,放射性强度发生变化的是 带。
④若某次实验的结果中,子Ⅰ代DNA的“中带”比以往实验结果的“中带”略宽,可能的原因是新合成DNA单链中的N尚有少部分为 。
答案 (1)多 15N/15NH4Cl
(2)3 1 2 半保留复制
(3)①B 半保留 ②不能 ③没有变化 轻 ④15N
解析 (1)要得到DNA中的N全部被放射性标记的大肠杆菌B,必须经过多代培养,并且培养液中15NH4Cl是唯一氮源。(2)根据表格可知,在证明DNA分子的复制方式是半保留复制时,第3组实验结果起到了关键作用,因为其离心后仅为中带(15N/14N)。还需与第1组和第2组的结果进行比较,才能说明DNA分子的复制方式是半保留复制。(3)①亲代DNA(B)为15N/15N,原料为14N,离心的结果为“轻”(14N/14N)和“重”(15N/15N),则“重带”DNA来自亲代DNA,即B,这种复制方式没有发生母链与子链的重新组合,因而不是半保留复制。②判断DNA的复制方式主要是看子代DNA与亲代DNA的关系,实质是母链与子链是否发生重新组合,若将DNA双链分开离心,则不能判断DNA的复制方式。③在同等条件下,将子Ⅱ代继续培养(原料为14N),密度带仍为两种,即轻带(14N/14N)和中带(15N/14N),位置未发生变化,其中随着n的增加轻带的数量会逐渐增加,而中带不变,因而放射性强度发生变化的是轻带。④子Ⅰ代DNA的“中带”(15N/14N)比以往实验结果略宽,说明该实验结果中的“中带”不完全是15N/14N,有可能新形成的子链(14N)中混有少量的15N。
名师点拨 本题考查DNA发现的经典实验,所用的方法为比重法,14N,15N均无放射性,故第(3)问第③小题第2个空,放射性均未发生变化,当年高考此空只要不空答均给分。
14.(2018北京海淀期末,27)为研究真核细胞成熟mRNA分子上第一位核苷酸的结构修饰对其结构稳定性的影响,科研人员进行了探索。(14分)
(1)mRNA是 过程的模板,其结构修饰会影响它的半衰期。
(2)正常情况下,成熟mRNA分子5'端的修饰结构如图1所示。由图可知,成熟mRNA分子第一位核苷酸的全称是 ,它被进行了碱基A甲基化(m6A)和核糖甲基化(Am)以及5'端加 的修饰。
图1
(3)研究者分别将有m7G、无m7G的mRNA导入细胞,检测到有m7G组的mRNA半衰期为无m7G组的2.3倍,这说明 。
(4)为研究m6A和Am对结构稳定性的影响,研究者用特定的酶水解四种不同修饰的mRNA分子,检测游离的m7GDP量,结果如图2。
图2
①本实验中,对照组是 组。
②由图1 分析,水解酶的作用部位是 号磷酸之间的化学键;图2结果表明, 修饰对mRNA结构稳定性的作用最强。
答案 (1)翻译 (2)腺嘌呤核糖核苷酸 m7Gpp (3)m7G能延缓mRNA的降解 (4)①m7Gpppm6Am…… ②Ⅱ和Ⅲ 仅m6A
解析 本题以mRNA的5'端帽子结构与mRNA稳定性的关系为载体,考查基因表达、RNA组成等基础知识点,本题对通过实验分析考点比较侧重,考生需综合判断各组在实验中的作用,综合分析及推理,体现了对科学思维中归纳与概括、科学探究中结果分析等素养要素的考查。(1)mRNA是翻译过程的模板。(2)根据图1可知,图中下方“注”给出“……”为mRNA上第2位到第n位核苷酸,所以,图1为第一个核苷酸,图中右侧A碱基与其所连接的核糖均甲基化,这个核苷酸的全称是腺嘌呤核糖核苷酸,而图1中左侧为额外添加的修饰,由图可以得出,此修饰为m7Gpp。(3)由题干可知,有m7G组的mRNA半衰期为无m7G组的2.3倍,说明m7G可以延长mRNA的半衰期,使mRNA稳定性更强,所以m7G能延缓mRNA的降解。(4)①由题干可知,实验目的为研究m6A和Am对结构稳定性的影响,根据(2)可知,正常情况下,成熟mRNA分子的修饰包括m6A、Am和5'端的m7Gpp,所以对照组为m7Gpppm6Am……。②由题可知,水解酶水解mRNA后能够检测到m7GDP,所以如图1,水解酶作用部位是Ⅱ、Ⅲ号磷酸之间的化学键;由图2可知,游离的m7GDP含量最少的组为对mRNA结构稳定性的作用最强的,即图中m7Gpppm6A……组,所以仅被m6A修饰对mRNA结构稳定性的作用最强。
15.(2019北京东城期末,33)为研究果蝇致死基因(Sxl基因)对小鼠的影响,研究人员通过基因工程培育出含Sxl基因的多个品系杂合小鼠。
(1)为获得转基因小鼠,首先将目的基因通过 法导入多个不同的 中,培育形成多个不同小鼠品系。科研人员发现除S品系转基因杂合小鼠表现为发育异常外,其他品系都表现正常,测定 ,发现均无显著差异,因此推测S品系小鼠发育异常不是Sxl基因表达的蛋白质导致的。
(2)为研究S品系小鼠发育异常的原因,科研人员通过测序发现Sxl基因插入到小鼠细胞的5号染色体上(位置关系如图1所示)。
图1
检测野生型小鼠和S品系小鼠细胞中P1基因和DCK基因的转录情况,结果如图2所示:
图2
图2结果显示,与野生型小鼠相比,S品系小鼠中P1基因转录量 ,DCK基因转录量 。由此说明 。
(3)进一步研究发现P1基因转录出的RNA不能翻译出蛋白质。已知M-s基因和M-l基因表达的蛋白质对生长发育起重要调节作用,为探究P1基因的作用机制,研究人员分别将P1基因、M-s基因和M-l基因导入不表达这3个基因的小鼠细胞中。在导入后的16h和32h,分别检测M-s基因和M-l基因的mRNA,结果如图3所示。在只导入M-s基因或M-l基因的情况下,只在 h检测到杂交带。实验结果说明P1基因转录出的RNA的作用是
。
图3
(4)该系列实验说明,导入Sxl基因引起S品系小鼠发育异常的原因是
。
答案 (1)显微注射 受精卵 所有品系小鼠的Sxl基因表达量
(2)减少 不变 Sxl基因的插入抑制P1基因的转录
(3)16 抑制M-s基因和M-l基因转录出的mRNA的分解
(4)Sxl基因插入,使P1基因的转录被抑制,进而导致M-s基因和M-l基因转录出的mRNA的稳定性降低,致使其翻译出的对生长发育起重要调节作用的蛋白质减少,小鼠发育异常。
解析 (1)据题可知,为获得转基因小鼠,基因工程受体细胞为小鼠受精卵,采用的方法是显微注射法。据推测结果可知Sxl基因表达的蛋白质不是导致S品系小鼠与其他小鼠表现型存在差异的原因,因此要通过测定所有品系小鼠的Sxl基因表达量为该推测提供依据。
(2)通过图2获取信息可知,与野生型相比,S品系P1基因转录条带浅,P1基因转录量低,DCK基因转录条带与野生型差异不大,DCK基因转录量基本不变。Sxl基因插入是出现上述差异的原因,即Sxl基因的插入抑制P1基因的转录。
(3)由图3可知,在只导入M-s基因或M-l基因的组中,只在16h时有条带显示,即存在相应的M-smRNA或M-lmRNA,此时可检测到杂交带。在只导入M-s基因组中,对比其16h和32h结果,推测随时间延长M-smRNA降解消失。分析导入M-s基因和同时导入P1基因、M-s基因发现16h时两组条带无显著差异,即P1基因并不会对M-smRNA的合成有影响,但32h时同时导入P1基因、M-s基因组仍有条带,即M-smRNA并未降解消失,P1基因是形成该差异的原因。由“P1基因转录出的RNA不能翻译出蛋白质”可知P1基因通过转录的RNA发挥作用,即P1基因转录出的RNA能抑制M-s基因转录出的mRNA的分解,同样分析对比只导入M-l基因和同时导入P1基因、M-l基因两组可知P1基因转录出的RNA也能抑制M-l基因转录出的 mRNA的分解。
(4)综合(1)、(2)、(3)中推论可知,P1基因的转录能抑制M-s基因和M-l基因转录出的mRNA的分解,Sxl基因的插入抑制P1基因的转录从而使P1基因的这种作用减弱或丧失,即M-s基因和M-l基因转录出的mRNA会迅速分解,从而使翻译出的蛋白质减少,据题目信息“已知M-s基因和M-l基因表达的蛋白质对生长发育起重要调节作用”,可知该改变将影响生长发育。
能力解读 本题(1)考查辨认、解读的理解能力;(2)考查解读的理解能力和推理的应用能力;(3)、(4)考查解读的理解能力和论证的思辨能力。
解题关键 正确解读题干中的文字信息,运用单一变量原则进行实验结果分析,并有效转化成规范表达是解题关键。
16.(2020江苏徐州一检)φ174噬菌体的遗传物质是单链DNA,感染宿主细胞后,先形成复制型的噬菌体双链DNA分子(母链为正链,子链为负链),转录时以负链为模板合成mRNA。如图为φ174噬菌体的部分基因序列(正链)及其所指导合成蛋白质的部分氨基酸序列(图中数字为氨基酸编号)。分析回答问题。
(1)基因D与E指导蛋白质合成过程中,mRNA上的终止密码子分别是 ,翻译形成的一条肽链中分别含有 个肽键。
(2)基因E的负链DNA作为模板指导合成的mRNA中,鸟嘌呤与尿嘧啶之和占碱基总数的43%,mRNA及其模板链对应区段的碱基中腺嘌呤分别占32%、22%。则与mRNA对应的复制型的双链DNA分子区段中腺嘌呤所占的碱基比例为 。基因E的负链DNA作为模板指导合成的mRNA中,至少需要消耗 个游离的胞嘧啶核糖核苷酸。
(3)与宿主细胞的DNA复制相比,φ174噬菌体感染宿主细胞后形成复制型双链DNA分子过程的不同之处是 。
(4)φ174噬菌体单链DNA中一个碱基发生替换,导致基因D指导合成的肽链中第59位氨基酸由缬氨酸(密码子为GUU、GUC、GUA和GUG)变成丙氨酸(密码子为GCU、GCC、GCA和GCG),则该基因中碱基替换情况是 。
(5)一个DNA分子上不同基因之间可以相互重叠,这是长期 的结果,其主要的遗传学意义是 (写出一点即可)。
答案 (1)UAA、UGA 151、90 (2)27% 69 (3)模板、酶不同(合理即可) (4)T→C (5)自然选择(或进化) 可以节约碱基,提高碱基利用的效率;有效地利用DNA遗传信息量;参与对基因表达的调控(写出一点即可)
解析 (1)识图分析可知,基因D转录终止时正链的碱基为TAA,则根据碱基互补配对原则,负链上的对应碱基为ATT,故mRNA上终止密码子为UAA,同理基因E转录终止时正链的碱基为TGA,负链对应碱基为ACT,mRNA上终止密码子为UGA。基因D指导合成的肽链中共含有152个氨基酸,则肽键数为151个,基因E指导合成的肽链中共含有91个氨基酸,则肽键数为90个。(2)已知mRNA及其模板链对应区段的碱基中腺嘌呤分别占32%、22%,则对应的DNA区段中腺嘌呤占(32%+22%)÷2=27%。根据题意可知,mRNA中,鸟嘌呤与尿嘧啶之和占碱基总数的43%,即U+G=43%,则A+C=57%,由于mRNA中腺嘌呤占32%,则C占mRNA中碱基的57%-32%=25%,而基因E中负链DNA碱基数为92×3=276,故基因E的负链DNA作为模板指导合成的mRNA中,至少需要消耗游离的胞嘧啶核糖核苷酸25%×276=69(个)。(3)φ174噬菌体感染宿主细胞后形成复制型双链DNA分子过程不同于宿主细胞的DNA复制之处为模板、酶不同。(4)该基因突变是由φ174噬菌体单链DNA中一个碱基的替换引起的,故缬氨酸的密码子第2个碱基U变为了碱基C,成为丙氨酸的密码子,相应的则是模板链(负链)中A替换成了G,根据碱基互补配对原则可推,基因(正链)中T替换成了C。(5)一个DNA分子上不同基因之间可以相互重叠,这是长期自然选择(或进化)的结果,不仅可以节约碱基、有效地利用DNA遗传信息量,还可以参与对基因表达的调控。
思维点拨 本题以φ174噬菌体感染宿主细胞的生命活动为背景考查DNA的复制、转录和翻译的知识点,要求学生掌握DNA复制的过程及其条件和特点,能够利用碱基互补配对原则和常见的碱基比例进行DNA复制和转录过程中的计算,识记转录和翻译的过程,把握密码子和氨基酸之间的关系,这是该题考查的重点。
专题检测 B组
一、单项选择题
1.(2020北京海淀期中,16)为研究R型肺炎双球菌转化为S型的转化因子是DNA还是蛋白质,研究者进行了如图所示的转化实验。对本实验的分析,不正确的是 ( )
A.本实验通过酶解去除单一成分进行研究
B.甲、乙组培养基中只有S型菌落出现
C.蛋白酶处理结果显示提取物仍有转化活性
D.本实验结果表明DNA使R型菌发生转化
答案 B 本实验通过酶解去除单一成分进行研究,采用减法原理,A选项正确。发生转化的细菌占少数,所以甲、乙组培养基中有R型和少量S型菌落出现,B选项错误。乙组培养基中出现了S型菌,说明经过蛋白酶处理后的提取物仍有转化活性,C选项正确。丙组DNA分解后,无S型菌,甲组和乙组有,所以本实验结果表明DNA使R型菌发生转化,D选项正确。
2.(2020北京三月适应性考试,5)在噬菌体侵染白喉棒状杆菌并增殖的过程中,需要借助细胞器完成的步骤是 ( )
A.噬菌体特异性吸附在细菌细胞上
B.噬菌体遗传物质整合到细菌DNA上
C.噬菌体DNA在细菌细胞中转录
D.噬菌体的蛋白质在细菌细胞中合成
答案 D 噬菌体为专性寄生于细菌细胞内的病毒,有严格的宿主特异性,其吸附过程是通过表面信息分子与细菌表面的受体进行特异性识别并结合完成的,A不符合题意;细菌DNA存在于拟核和质粒中,噬菌体的遗传物质整合到细菌DNA上无需细胞器,B不符合题意;噬菌体DNA在细菌细胞中转录的主要场所在拟核,C不符合题意;噬菌体的蛋白质在细菌细胞中的合成场所是核糖体,核糖体是原核(细菌)细胞唯一的细胞器,D符合题意。
3.下面是T2(T2,下同)噬菌体侵染细菌实验的部分实验步骤示意图,有关叙述正确的是 ( )
A.被标记的T2噬菌体是直接接种在含有35S的培养基中获得的
B.培养时间过长会影响上清液中放射性物质的含量
C.培养时间过短会影响上清液中放射性物质的含量
D.搅拌不充分会影响上清液中放射性物质的含量
答案 D T2(T2,下同)噬菌体属于病毒,病毒必须寄生在活细胞中,不能用培养基直接培养,A错误;培养时间的长短会影响32P标记的实验结果,不影响35S标记的实验结果,B、C错误;搅拌不充分会使T2噬菌体的蛋白质外壳吸附在细菌表面,使沉淀物中有少量放射性,即搅拌不充分会使上清液中放射性物质的含量较正常值低,D正确。
易错警示 T2噬菌体侵染细菌的实验中应注意的三个关键点:(1)含放射性标记的T2噬菌体不能用培养基直接培养,因为病毒只能寄生在活细胞中,营专性寄生生活,所以应先培养细菌,再用细菌培养T2噬菌体。(2)不能标记C、H、O、N,因为这些元素是蛋白质和DNA共有的,无法将DNA和蛋白质区分开。(3)35S(标记蛋白质)和32P(标记DNA)不能同时标记在同一个T2噬菌体上,因为放射性检测时,只能检测到放射性物质存在部位,不能确定是何种元素的放射性。
4.(2017浙江11月选考,20,2分)某真核生物DNA片段的结构示意图如图。下列叙述正确的是 ( )
A.①的形成需要DNA聚合酶催化
B.②表示腺嘌呤脱氧核苷
C.③的形成只能发生在细胞核
D.若α链中A+T占48%,则DNA分子中G占26%
答案 D ①氢键的形成不需要DNA聚合酶催化,A错误;②表示腺嘌呤,B错误;③磷酸二酯键的形成可发生在细胞核或者线粒体和叶绿体中,C错误;若α链中A+T占48%,则DNA分子中G占26%,D正确。
5.(2020北京石景山一模,6)在进行DNA分子模型的搭建过程中,能体现DNA分子多样性的做法是 ( )
A.用不同形状的塑料片表示不同碱基
B.搭建多个随机选用碱基对的DNA分子
C.改变磷酸和糖之间的连接方式
D.遵循碱基互补配对原则
答案 B 本题以DNA分子模型的搭建为背景,考查DNA分子的结构及其多样性、碱基互补配对原则等知识点,体现了生命观念素养中结构与功能观要素和科学思维素养中归纳与概括、模型与建模要素。DNA分子中的碱基只有四种,DNA单链中磷酸和脱氧核糖的连接方式相同,碱基互补配对的方式有A—T、C—G,所以都不能体现DNA分子的多样性;碱基对的数目和排列顺序导致了DNA分子的多样性,所以搭建DNA分子模型时随机选用碱基对最能体现DNA分子的多样性,B正确。
6.(2019北京西城期末,7)M13丝状噬菌体的遗传物质是单链闭合的DNA,以下叙述正确的是 ( )
A.M13的DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数
B.M13的DNA复制过程涉及碱基互补配对
C.可用含35S的培养基培养M13以标记蛋白质
D.M13的核糖体是合成蛋白质外壳的场所
答案 B M13的DNA分子是单链,碱基没有发生互补配对,所以嘌呤数不一定等于嘧啶数,A错误;单链DNA复制过程涉及碱基互补配对,B正确;噬菌体属于病毒,营寄生生活,因此需先用含35S的培养基培养细菌,再用含35S的细菌培养噬菌体,以标记噬菌体的蛋白质,C错误;噬菌体无细胞结构,不含细胞器核糖体,D错误。
7.(2018北京西城期末,9)1958年,Meselson和Stahl用稳定同位素和氯化铯密度梯度离心方法研究大肠杆菌DNA的复制。首先将大肠杆菌放入以 15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养多代,然后转入以 14NH4Cl 为唯一氮源的培养液中培养。提取不同代数大肠杆菌的DNA,进行密度梯度离心,结果如图所示(0世代时,DNA条带的平均密度是1.724,4.1世代时,较深的DNA条带平均密度是1.710)。下列分析错误的是 ( )
A.该实验证明了DNA的复制是半保留复制
B.条带密度越来越小的原因是15N在逐渐衰变
C.1.0世代时,DNA条带的平均密度是1.717
D.4.1世代时,两个DNA条带的含量比值大于7∶1
答案 B 本题以DNA半保留复制的相关科学史为背景,利用相关数据考查学生对DNA复制方式、密度梯度离心技术的理解和应用。15N不是放射性同位素,不存在放射性,不会逐渐衰变,B错误。
疑难突破 本题应结合DNA复制的简易过程图进行分析,这样可以降低难度。若大肠杆菌的DNA进行半保留复制,则DNA复制过程与题干中图示对应如图,可见0世代仅出现重带,1.0世代仅出现中带,3.0世代出现轻带和中带,符合半保留复制的特点。由于0世代时,DNA条带即重带的平均密度是1.724;4.1世代时,较深的DNA条带即轻带的平均密度是1.710,因此1.0世代时,DNA条带即中带的平均密度为二者的平均值,为1.717。而4.0世代的轻带和中带之比为7∶1,若继续复制,则轻带比例会继续升高,故4.1世代时,两个DNA条带的含量比值大于7∶1。
8.(2020北京海淀二模,6)mRNA的碱基序列会控制其寿命(半衰期),不同mRNA的寿命各不相同。下列叙述不正确的是( )
A.mRNA彻底水解产物为磷酸、脱氧核糖及碱基
B.mRNA的寿命与对应基因的碱基排列顺序有关
C.mRNA的寿命与翻译产生的蛋白质含量有关
D.mRNA的半衰期长短是调控基因表达的方式之一
答案 A 本题从结构与功能观的角度考查学生对中心法则相关知识点的掌握程度,同时还对学生的观察、分析、推理等科学思维提出一定的挑战。mRNA的基本单位是核糖核苷酸,一分子核糖核苷酸由一分子磷酸、一分子核糖和一分子含氮碱基组成,故mRNA初步水解为核糖核苷酸,彻底水解为磷酸、核糖和含氮碱基,A错误;基因的表达包括转录和翻译两个过程,转录时,基因的模板链决定了mRNA的碱基序列,进而影响其半衰期和翻译产生的蛋白质数量,B、C、D正确。
9.(2018北京海淀二模,2)许多基因的启动子内富含CG重复序列,若其中的部分胞嘧啶(C)被甲基化成为5-甲基胞嘧啶,就会抑制基因的转录。下列与之相关的叙述中,正确的是 ( )
A.在一条单链上相邻的C和G之间通过氢键连接
B.胞嘧啶甲基化导致表达的蛋白质结构改变
C.胞嘧啶甲基化会阻碍RNA聚合酶与启动子结合
D.基因的表达水平与基因的甲基化程度无关
答案 C DNA分子中,互补链中相邻碱基之间通过氢键相连,但单链中相邻碱基之间通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖相连,A错误;据题干可知,启动子处的C甲基化,可抑制RNA聚合酶与启动子识别并结合,从而抑制基因的转录,但启动子为非编码序列,因此该基因控制合成的蛋白质空间结构不变,B、D错误,C正确。
10.(2020河北唐山月考)如图表示T2(T2,下同)噬菌体侵染大肠杆菌实验的过程,图中亲代T2噬菌体已用32P标记,A、C中的方框代表大肠杆菌,分别来自锥形瓶和试管。下列有关叙述错误的是 ( )
A.图中锥形瓶内的培养液要加入含32P的无机盐来培养大肠杆菌
B.图中A中少量T2噬菌体DNA未侵入细菌会导致沉淀物中的放射性强度偏低
C.若亲代T2噬菌体的DNA中含有腺嘌呤50个,则复制3次需要胸腺嘧啶350个
D.C中子代T2噬菌体蛋白质外壳的合成需要T2噬菌体的DNA和细菌的氨基酸参与
答案 A 图中锥形瓶中的培养液是用来培养大肠杆菌的,实验中需用带32P标记的T2(T2,下同)噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌,A错误;图中A中少量T2噬菌体DNA未侵入细菌,搅拌离心后会出现在上清液中,导致上清液中的放射性强度偏高,而沉淀物中的放射性强度偏低,B正确;若亲代T2噬菌体的DNA中含有腺嘌呤50个,则胸腺嘧啶也是50个,所以复制3次需要胸腺嘧啶的数目为50×(23-1)=350(个),C正确;子代T2噬菌体蛋白质外壳的合成需要T2噬菌体的DNA作为模板,细菌的氨基酸作为原料,D正确。
11.(2020山东济南历城二中月考)某双链DNA分子碱基总数为k,其中α链A与T之和为m%。下列相关分析错误的是 ( )
A.该DNA分子中嘌呤和嘧啶数目相等
B.该DNA分子中碱基、脱氧核糖和磷酸的数目相等
C.以α链互补链为模板转录出的RNA分子最多含腺嘌呤k/2×m%个
D.该DNA分子第三次复制需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数目为3.5k·(1-m%)个
答案 D 双链DNA分子中,A+G=T+C,嘌呤和嘧啶数目相等,A正确;一分子脱氧核苷酸是由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基组成的,因此双链DNA分子中碱基的数目、脱氧核糖的数目和磷酸的数目是相等的,B正确;以α链互补链为模板转录出的RNA分子的A与T之和与该α链的A与T之和相等,已知α链A与T之和为m%,A最多占m%(T为0),该双链DNA分子碱基总数为k,以α链互补链为模板转录出的RNA分子最多含腺嘌呤k/2×m%个,C正确;已知α链A与T之和为m%,则α链C与G之和为(1-m%),该DNA分子中胞嘧啶脱氧核苷酸数目为k/2×(1-m%),该DNA分子第三次复制需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数目为23-1×k/2×(1-m%)=2k×(1-m%)个,D错误。
名师点睛 本题第三次复制是由22到23的增殖过程,故需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数目为(23-22)k2(1-m%)=2k×(1-m%)个。
12.(2020天津一中月考)埃博拉出血热(EBHF)是由EBV(一种丝状单链RNA病毒)引起的,EBV与宿主细胞结合后,将其核酸—蛋白复合体释放至细胞质,通过如图途径进行增殖。如直接将EBV的RNA注入人体细胞,则不会引起EBHF。下列推断正确的是 ( )
A.分别用32P和35S标记EBV的核酸和蛋白质不能证明谁是遗传物质
B.过程①所需的所有成分都由宿主细胞提供
C.过程①所需嘌呤数与过程③所需嘌呤数相同
D.参与过程②的RNA只有2种
答案 A 由题意知,由于EBV的蛋白质和RNA都进入宿主细胞,因此分别用32P和35S标记EBV的核酸和蛋白质不能证明谁是遗传物质,A正确;过程①中的模板来自EBV,B错误;EBV的RNA是单链结构,①③过程是以RNA为模板合成RNA的过程,按照碱基互补配对原则,①过程形成mRNA的嘌呤数=模板RNA中的嘧啶数,③过程形成RNA的嘌呤数=mRNA的嘧啶数,因此过程①所需嘌呤数与过程③所需嘌呤数不一定相同,C错误;②过程是翻译,该过程需要tRNA、mRNA、rRNA3种RNA参与,D错误。
13.(2020北京海淀期中,18)氧气感应机制使细胞能够调节新陈代谢以适应低氧水平,细胞中低氧调节基因表达调控的机理如图所示。下列相关分析,不正确的是 ( )
A.低氧调节基因转录受H蛋白和A蛋白复合物调控
B.氧含量正常时进入细胞核中的H蛋白量较少
C.V蛋白功能丧失会导致低氧调节基因表达降低
D.H蛋白的氧依赖性降解从分子水平调控了基因表达
答案 C 试题通过图解详细展示了氧气感应机制,体现了生命观念素养中的结构与功能观要素。正常氧时,H蛋白羟基化后,与V蛋白结合,进而被降解;低氧时,H蛋白进入细胞核与A蛋白共同调节低氧调节基因的转录,A选项正确。氧含量正常时,H蛋白被降解,进入细胞核中的H蛋白量较少,B选项正确。V蛋白功能丧失会导致H蛋白无法被降解,进而H蛋白积累,进入细胞核的量增多,提高低氧调节基因表达,C选项错误。蛋白质属于分子,H蛋白的氧依赖性降解从分子水平调控了基因表达,D选项正确。
二、多项选择题
14.(2020山东滕州模拟)将一个没有放射性同位素32P标记的大肠杆菌(拟核DNA呈环状,共含有m个碱基,其中有a个胸腺嘧啶)放在含有32P-胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中培养一段时间,检测到如图Ⅰ、Ⅱ两种类型的DNA(虚线表示含有放射性的脱氧核苷酸链)。下列有关该实验的结果预测与分析,不正确的是 ( )
A.DNA第二次复制产生的子代DNA有Ⅰ、Ⅱ两种类型,比例为1∶3
B.DNA复制后分配到两个子细胞时,其上的基因的遗传遵循基因分离定律
C.复制n次需要胞嘧啶的数目是(2n-1)(m-a)×0.5
D.复制n次形成的放射性脱氧核苷酸单链数目是2n+1-2
答案 DNA第二次复制产生的子代DNA共4个,有Ⅰ、Ⅱ两种类型,比例为1∶1,A错误;基因分离定律的实质是减数分裂过程中,等位基因随着同源染色体的分开而分离,而大肠杆菌没有染色体,不进行减数分裂,其DNA复制后分配到两个子细胞时,其上的基因的遗传不遵循基因分离定律,B错误;拟核DNA中共含有m-2a2个胞嘧啶,复制n次需要胞嘧啶的数目是(2n-1)m-2a2,C错误;DNA分子是双链结构,一个不含放射性同位素32P标记的大肠杆菌拟核DNA共2条链,所以复制n次形成的放射性脱氧核苷酸单链数目是2n+1-2,D正确。
15.当细胞中缺乏氨基酸时,负载tRNA(携带氨基酸的tRNA)会转化为空载tRNA(没有携带氨基酸的tRNA)参与基因表达的调控。如图是缺乏氨基酸时,tRNA调控基因表达的相关过程。下列相关叙述正确的是 ( )
A.①过程所需的嘧啶数与嘌呤数相等
B.②过程中a核糖体结合过的tRNA最多
C.当细胞缺乏氨基酸时,空载tRNA只通过激活蛋白激酶抑制基因表达
D.终止密码子与d核糖体距离最远
答案 BD ①过程表示DNA转录合成mRNA的过程,单链mRNA中嘧啶数与嘌呤数一般不相等,A错误;②过程表示翻译,a核糖体上合成的肽链最长,所以其结合过的tRNA最多,B正确;由题图可知,空载tRNA可通过抑制基因的转录和激活蛋白激酶抑制翻译两个途径抑制基因表达,C错误;d核糖体上肽链最短,说明d核糖体距离起始密码子最近,距离终止密码子最远,D正确。
16.下列有关放射性同位素示踪实验的叙述,正确的有 ( )
A.35S标记甲硫氨酸,附着在内质网上的核糖体与游离的核糖体都可能出现放射性
B.用35S标记的T2噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌,经保温、搅拌、离心后,沉淀物中放射性高
C.小鼠吸入18O2,则在其尿液中可以检测到H218O,呼出的CO2也可能含有C18O2
D.光照下给水稻提供14CO2,细胞内存在的14C转移途径为 14CO2→14C3→(14CH2O)
答案 AD 附着在内质网上的核糖体与游离的核糖体都可以以35S标记的甲硫氨酸为原料合成蛋白质,A正确;35S标记T2噬菌体的蛋白质外壳,T2噬菌体侵染细菌时蛋白质外壳未进入菌体,经搅拌、离心后进入上清液中,故上清液中放射性高,B错误;小鼠吸入的18O2,经有氧呼吸第三阶段生成H218O,H218O可随尿液排出,也可参与有氧呼吸第二阶段产生C18O2而排出体外,但18O不具有放射性,与题干信息不符,C错误;14CO2与C5结合生成14C3,14C3被还原后经过一系列变化可生成糖类(14CH2O),D正确。
三、非选择题
17.(2020湖北沙市中学模拟)如表为T2(T2,下同)噬菌体侵染大肠杆菌的实验,以证明DNA是遗传物质。请根据实验,回答下列问题:
编号
实验过程和操作
结果
A
含①的T2噬菌体+大肠杆菌(短时间保温)→搅拌、离心→检测放射性
A
B
含②的T2噬菌体+大肠杆菌(短时间保温)→搅拌、离心→检测放射性
B
(1)实验中,①处应为 (填“35S”或“32P”),②处应为 (填“35S”或“32P”)。
(2)实验中,搅拌的目的是 。若搅拌不充分,会导致A组的结果中出现 的现象。
(3)在B组实验中,保温时间和上清液放射性强度的关系为 。
答案 (1)35S 32P (2)使吸附在细菌上的T2(T2)噬菌体与细菌分离 沉淀物放射性较高 (3)②
解析 (1)35S标记的是T2(T2,下同)噬菌体的蛋白质,32P标记的是T2噬菌体的DNA,根据表中实验结果可判断,①处应为35S,②处应为32P。(2)实验中,搅拌的目的是使吸附在细菌上的T2噬菌体与细菌分离。若搅拌不充分,没有将吸附在大肠杆菌外的35S标记的T2噬菌体外壳与其完全分离,A组的结果中会出现沉淀物放射性较高的现象。(3)在B组实验中,保温时间过短,DNA未注入大肠杆菌,导致上清液放射性较高;保温时间过长,大肠杆菌裂解释放出T2噬菌体,导致上清液放射性较高;保温时间正常时,则上清液放射性较低,保温时间和上清液放射性强度的关系与②相符。
易错警示 分析题图,其中(3)问在B组实验中,保温时间和上清液放射性强度的关系是本题的难点,也是易错点。
18.(2020天津河西高三总复习质量调查)下列是以玉米为材料的系列实验,请回答有关问题:
(1)已知染料TTC在氧化态时为无色,接受氢后为红色。将煮熟的玉米籽粒(A组)和未煮籽粒(B组)纵切后放入TTC溶液,35℃保温一段时间后,取出后置于滤纸上观察胚的颜色。预期 组的胚为红色。取出的胚一段时间后颜色会逐渐褪去,其原因是 。
(2)为探究DNA复制方式,用处于同步分裂的玉米分生区细胞(2N=20)进行实验:
步骤1:将细胞置于含放射性3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液中培养1个周期时间。
步骤2:取出细胞冲洗后移至不含放射性物质的培养液中,继续培养2个周期时间。
步骤3:对每个培养周期的细胞进行取样,检测中期细胞的染色体放射性分布。图甲表示DNA可能存在的三种复制模式,图乙表示中期染色体的放射性分布情况。
甲
乙
分析讨论:
①用3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸在 酶的作用下,与其他脱氧核苷酸连接成子代DNA链。
②若第1个周期的中期染色体情况为图乙中的A,则该结果 (能、不能)确定复制方式为图甲中的a。
③若DNA复制符合图甲中的a模式,则可推测第2个周期产生的子细胞中含有放射性标记的染色体数目为 条。第3个周期的中期染色体情况为图乙中的 (选填字母)。
(3)为验证Mg2+是玉米生长的必需元素,某小组利用生长状况一致的玉米幼苗,设计出了如下两组实验:甲组培养在全营养培养液中,乙组培养在缺Mg2+的培养液中,在相同且适宜的环境中培养并观察两组幼苗的长势。
①为进一步验证Mg2+一定是玉米生长必需的,还应增加的实验步骤是 。
②培养过程需要保持培养液中的氧气充足,其目的是 ,实验结束后发现,某些必需无机盐离子的浓度比实验开始时高,产生这种现象的原因是 。
答案 (1)B 有氧呼吸速率减慢,TTC被氧化 (2)①DNA聚合 ②不能 ③0~20 B、C (3)①幼苗出现缺镁症状后,补充镁元素 ②防止氧气不足影响幼苗的代谢,从而对实验结果产生影响 植物吸水量比吸收无机盐离子的含量多
解析 (1)A组经过煮熟后细胞死亡,不进行细胞呼吸,而B组细胞呼吸产生还原氢,使B组的胚在TTC溶液中变成红色。取出胚一段时间后,由于有氧呼吸速率减慢,TTC被氧化,红色逐渐褪去。(2)①DNA聚合酶可催化脱氧核苷酸链与单个脱氧核苷酸连接,形成新的子链。②题图乙中的A的两条姐妹染色单体都含有放射性,题图甲中的a和c的复制方式都会使第1个周期中期的每条染色体上的姐妹染色单体含有放射性,因此不能确定复制方式为题图甲中的a。③题图甲中的a为半保留复制方式,第1个细胞周期形成的子细胞中的每条染色体都含有放射性,接着在不含放射性物质的培养液中继续培养第2个周期,在第2个周期的中期,每条染色体的姐妹染色单体有一条含有放射性,有丝分裂后期,着丝点(粒)分裂,姐妹染色单体随机移向细胞的两极,因此形成的子细胞中含有放射性标记的染色体可能为0~20条。继续培养至第3个周期的中期,依据半保留复制的特点,绝大多数的染色体没有放射性,只有少数染色体上的一条姐妹染色单体含有放射性,对应题图乙中的B、C情况。(3)①按照对照原则,应再增加一组自身前后对照,即幼苗出现缺镁症状后,再补充镁元素,观察缺镁症状是否恢复。②为了遵循单一变量的原则,培养过程中应保持氧气充足,防止氧气不足影响幼苗的代谢,从而对实验结果产生影响。在培养过程中,植物吸水量比吸收无机盐离子的含量多,会导致培养液中某些必需无机盐离子的浓度比实验开始时高。
名师点睛 DNA分子复制的特点、同位素标记法以及设计实验的思路是本题的主要考点。本题以玉米为材料,考查了细胞呼吸、DNA分子的复制和无机盐的功能等相关知识,意在考查考生加强知识间内在联系的能力,属于对理解层次的考查。
19.(2020北京西城一模,19)阅读以下材料回答问题。
染色体外DNA:癌基因的载体
人类DNA通常形成长而扭曲的双螺旋结构,其中大约30亿个碱基对组成了23对染色体,并奇迹般地挤进每个平均直径只有6微米的细胞核中。在真核生物中,正常的DNA被紧紧包裹在蛋白质复合物中。为了读取DNA的遗传指令,细胞依靠酶和复杂的“机械”来切割和移动碎片,一次只能读取一部分,就像是阅读一个半开的卷轴。
过去,科学家们大多是依靠基因测序,来研究肿瘤细胞DNA里的癌基因。最近在《Nature》杂志上发表的一篇新研究表明,在人类肿瘤细胞中发现大量如“甜甜圈”般的环状染色体外DNA(ecDNA,如图中黑色箭头所指位置)。科学家们指出,ecDNA是一种特殊的环状结构,看起来有点像细菌里的质粒DNA。这类独立于染色体存在的环状DNA在表达上并不怎么受限,很容易就能启动转录和翻译程序。在人类健康的细胞中几乎看不到ecDNA的痕迹,而在将近一半的人类癌细胞中,都可以观察到它,且其上普遍带有癌基因。ecDNA上的癌基因和染色体DNA上的癌基因都会被转录,从而推动癌症病情的发展。但由于两类癌基因所在的位置不同,发挥的作用也无法等同。
当癌细胞发生分裂时,这些ecDNA被随机分配到子细胞中。这导致某些子代癌细胞中可能有许多ecDNA,细胞中的癌基因也就更多,这样的细胞也会更具危害;而另一些子代癌细胞中可能没有ecDNA。
癌细胞能够熟练地使用ecDNA,启动大量癌基因表达,帮助它们快速生长,并对环境快速作出反应,产生耐药性。研究还发现,ecDNA改变了与癌症相关基因的表达方式,从而促进了癌细胞的侵袭性,并在肿瘤快速变异和抵御威胁(如化疗、放疗和其他治疗)的能力中发挥了关键作用。相比起染色体上的癌基因,ecDNA上的癌基因有更强的力量,推动癌症病情进一步发展。
(1)请写出构成DNA的4种基本结构单位的名称。
(2)真核细胞依靠酶来读取DNA上的遗传指令,此时需要的酶是 。(填写以下选项前字母)
a.解旋酶 b.DNA聚合酶
c.DNA连接酶 d.RNA聚合酶
(3)依据所学知识和本文信息,指出人类正常细胞和癌细胞内DNA的异同。
(4)根据文中信息,解释同一个肿瘤细胞群体中,不同细胞携带ecDNA的数量不同的原因。
(5)依据所学知识和本文信息,提出1种治疗癌症的可能的方法。
答案 (1)腺嘌呤脱氧核糖核苷酸、鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸、胞嘧啶脱氧核糖核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸。 (2)d (3)相同:与蛋白质结合构成细胞核内的染色体,还有少量DNA位于线粒体中(或细胞质)。不同:肿瘤细胞中有位于染色体之外的环状DNA(如ecDNA)。 (4)因为肿瘤细胞分裂时,ecDNA是随机分配的,所以同一个肿瘤细胞群体中,不同细胞携带ecDNA的数量不同。 (5)研发抑制ecDNA上癌基因的转录的药物,研发能在细胞核内降解裸露DNA的物质。
解析 (1)DNA的基本结构单位:腺嘌呤脱氧核糖核苷酸、鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸、胞嘧啶脱氧核糖核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸。(2) 由题中信息“在真核生物中,正常的DNA……就像是阅读一个半开的卷轴”推测所谓的遗传指令指的是每个基因的碱基序列信息,而读取DNA上的遗传指令就是指基因转录的过程,综上,真核细胞读取DNA上遗传指令需要的酶就是转录所需的酶,即RNA聚合酶。(3)依据所学知识 “动物细胞的DNA主要分布在细胞核中,与蛋白质结合后以染色体的形式存在;少量分布在细胞质的线粒体中”和本文第二段信息“最近在《Nature》杂志上发表的一篇新研究……且其上普遍带有癌基因”,对比可以得出,人类正常细胞和癌细胞内DNA的异同。相同:与蛋白质结合构成细胞核内的染色体,还有少量DNA位于线粒体中。不同:肿瘤细胞中有位于染色体之外的环状DNA(如ecDNA)。(4)根据文中第三段信息“当癌细胞发生分裂时……子代癌细胞中可能没有ecDNA”可以得知同一个肿瘤细胞群体中,不同细胞携带ecDNA的数量不同的原因:因为肿瘤细胞分裂时,ecDNA是随机分配的,所以同一个肿瘤细胞群体中,不同细胞携带ecDNA的数量不同。(5)由本文第二段信息“ecDNA是一种特殊的环状结构……就能启动转录和翻译程序”以及第四段信息“癌细胞能够熟练……产生耐药性”可知,ecDNA的存在及转录,可以启动大量癌基因表达,是推动癌症病情发展的关键,再结合所学有关知识,可以“对症下药”,可研发抑制ecDNA上癌基因的转录的药物,也可以研发能在细胞核内降解裸露DNA的物质,从而抑制癌症病情的发展。
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