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高中三年级生物

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  • 读图填空题
    下列是某基因控制合成mRNA以及多肽链的示意图(UAA为终止密码子):

    请回答:
    (1)该mRNA片段中亮氨酸的密码子有________种,分别是_________。亮氨酸的密码子不止一种,这一现象叫密码子的____________,你认为这对生物体的生存发展有何意义?________________。
    (2)若由于某种原因编码该段多肽链的基因中某个碱基缺失,转录的mRNA中碱基也缺失(见图↓标志),则该片段控制合成多肽链的氨基酸的序列是______________________________________。
    (3)如果大量需要以上的多肽链片段,可以利用基因工程技术手段制备,相关的图和表如下:

    请回答:
    ①.假设所用的限制酶均能将所识别的位点完全切开,采用EcoRⅠ和PstⅠ切含有目的基因的DNA,能得到_______种DNA片段。如果将质粒载体和控制含目的基因DNA片段只用EcoRI酶切,酶切产物再加入DNA连接酶,其中由两个DNA片段之间连接形成的产物有_______、________、________三种。
    ②.为了防止目的基因和质粒表达载体的酶切后的末端任意连接,酶切时应该选用的酶是____、____。
    本题信息:2011年专项题生物读图填空题难度极难 来源:姚瑶
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本试题 “下列是某基因控制合成mRNA以及多肽链的示意图(UAA为终止密码子):请回答:(1)该mRNA片段中亮氨酸的密码子有________种,分别是_________。亮氨酸的密码子不止...” 主要考查您对

遗传信息的转录

遗传信息的翻译

DNA重组技术的基本工具

基因工程的基本操作程序

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遗传信息的转录:

1、概念:在细胞核内,以DNA一条链为模板,按照碱基互补配对原则,合成RNA的过程。
 2、转录
(1)场所:细胞核(主要)
(2)模板:DNA片段(基因)的一条链
(3)原料:四种游离的核糖核苷酸
(4)酶:RNA聚合酶等
(5)过程
第一步:DNA双链解开,碱基暴露出来。
第二步:游离的核糖核苷酸随机地与DNA链上的碱基碰撞,当核糖核苷酸与DNA的碱基互补时,两者以氢键结合。
第三步:新结合的核糖核苷酸连接到正在合成的 mRNA上。
第四步:合成的mRNA从DNA上释放,而后DNA 双链恢复。
(6)产物:RNA
转录和复制的比较:

  复制 转录 
场所 主要在细胞和内
解旋 完全解旋 只解有遗传效应的片段
模板 亲代DNA的两条链均为模板 DNA的一条链上的某片段为模板
解旋酶、DNA聚合酶等 解旋酶、RNA聚合酶等
能量 ATP
原则 A-T、G-C A-U、G-C
原料 四种脱氧核苷酸 四种核糖核苷酸
产物 两个子代DNA 信息RNA


RNA与DNA的区别:

种类 DNA(脱氧核糖核酸) RNA(核糖核酸)
组成成分 五碳糖 脱氧核糖 核糖
磷酸 磷酸
碱基 A(腺嘌呤)、G(鸟嘌呤)、C(胞嘧啶)
T(胸腺嘧啶) U(尿嘧啶)
基本单位 脱氧核苷酸(4种) 核糖核苷酸(4种)
结构 规则的双螺旋结构 常呈单链结构
分布 主要分布在细胞核内的染色体上,在线粒体和叶绿体上 主要分布在细胞质中
功能 传递和表达遗传信息 mRNA:翻译的模板
tRNA:识别密码子,运输特定氨基酸
rRNA:构成核糖体

知识点拨:

1、RNA的组成与分类
(1)基本单位:核糖核苷酸。
(2)组成成分

(3)特点
①一般是单链,长度比DNA短。
②能通过核孔从细胞核转移到细胞质中。
4.RNA的种类、作用及结构
mRNA tRNA rRNA
分布部位 常与核糖体结合 细胞质中 与蛋白质结合形成核糖体
特点 带有从DNA上转录下来的遗传信息 一端能与氨基酸结合,另一端有反密码子与mRNA上遗传密码子配对 由核仁组织区的DNA转录而来,是核糖体的组成物质
功能 翻译时作模板 翻译时识别密码子和搬运氨基酸 参与构成合成蛋白质的场所
结构 单链 单链,常有部分碱基配对,形成三叶草型结构 单链
共同点 ┃①都是经转录产生;②基本组成单位相同;③都与翻译过程有关
5、DNA、RNA中核苷酸成分比较
①一定相同的成分:磷酸。
②一定不同的成分:五碳糖。
③可能相同可能不同的成分:含氮碱基(A、U、T、 G、C)。

遗传信息的翻译:

1、概念:在细胞质中,以信使RNA为模板,合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
2、密码子:mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸,这样的3个碱基成为1个密码子。
3、反密码子:tRNA上与mRNA上密码子互补配对的3个碱基。
4、tRNA:翻译过程中,将游离氨基酸运到核糖体上的RNA。
5、翻译
(1)场所:细胞质中的核糖体(主要)
(2)模板:mRNA
(3)原料:20种氨基酸
(4)碱基与氨基酸之间的关系:3个碱基(1个密码子)决定一个氨基酸
(5)搬运工:tRNA(有反密码子)
(6)过程
第一步:mRNA进入细胞质与核糖俸结合,携带甲硫氨酸的tRNA通过与密码子AUC配对进入位点1。
第二步:携带另一种氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2。
第三步:甲硫氨酸与另一种氨基酸形成肽键而转移到位点2上的tRNA上。
第四步:核糖体移动到下一个密码子,原来占据位点1的tRNA离开核糖体,占据位点2的tRNA进入到位点1,一个新的携带氨基酸的tRNA进入位点2,继续肽链的合成。重复步骤二、三、四,直到核糖体读取 mRNA的终止密码后,合成才停止。肽链合成后,被运送到各自的“岗位”,盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质,承担各项职责。
(7)产物:多肽(蛋白质)
遗传信息、密码子与反密码子:

遗传信息 密码子 反密码子
存在位置 在DNA上,是基因中脱氧核苷酸的排列顺序 在tRNA上,是与mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基 在RNA上,是与密码子互补配对的3个碱基
作用 决定氨基酸的排列顺序,是间接作用 直接决定蛋白质分子中氨基酸的排列顺序 识别密码子
对应关系
联系 ①遗传信息是基因中脱氧核苷酸的排列顺序,通过转录,便遗传信息传递到mRNA的核糖核苷酸的排列顺序上
②mRNA的密码子直接决定蛋白质分子中氨基酸的排列顺序,反密码子则起到识别密码子的作用
注:1、对于以RNA为遗传物质的病毒来说,遗传信息贮存在RNA中。
2、密码子共有64种,但有3种为终止密码子;对应氨基酸的密码子有61种,所有生物共用一套遗传密码。
3、tRNA上反密码子所含的碱基有3个,但整个tRNA不止3个碱基。


知识拓展:

1、DNA在细胞核内,合成蛋白质的核糖体在细胞质中,遗传信息传递如何克服空间上的隔离?
[提示]DNA在细胞核内转录出mRNA,mRNA 携带遗传信息由细胞核经核孔进入细胞质,在核糖体上翻译出肽链,盘曲折叠形成蛋白质。
2、如何在短时间内由一条mRNA合成多个相同的蛋白质?
[提示]-条mRNA与多个核糖体结合,形成多聚核糖体,这样一条mRNA就可在短时间内翻译出多条肽链。

DNA重组技术的基本工具:

1、基因工程的概念:
基因工程的别名 基因拼接技术或DNA重组技术
操作环境 生物体外
操作对象 基因
操作水平 DNA分子水平
基本过程 剪切→拼接→导入→表达
结果 人类需要的基因产物
2、基本工具:
(1)“分子手术刀”——限制性核酸内切酶(限制酶)
①来源:主要是从原核生物中分离纯化出来的。
②功能:能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开,因此具有专一性。
③结果:经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式:黏性末端和平末端。
即 当限制性内切酶作用于特定的DNA时,把这段序列沿着特定的切点切开的这个过程分两种情况:
a、沿着中轴线切口(即沿着DNA双链中对应的磷酸二酯键)切开,得到的就是两个平末端;
b、在中轴线的两端切口切开,得到的就是两个黏性末端。例如:EcoRⅠ限制性内切酶就可以识别G/AATTC的DNA序列,然后在G和A间切开,得到的就是两个黏性末端(之间可以根据碱基互补配对原则重组)限制酶的切口不都是一长一短的,一长一短的叫黏性末端,一样长的叫平末端。“粘性末端”在高中教材中也作“黏性末端”。如图:


(2)“分子缝合针”——DNA连接酶
种类 E·coli-DNA连接酶 T4-DNA连接酶
来源 大肠杆菌 T4噬菌体
功能特性 只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来 缝合两种末端,但连接平末端之间的效率较低
相同点 都缝合磷酸二酯键,如图:
 
(3)“分子运输车”——载体
①载体具备的条件:能在受体细胞中复制并稳定保存;具有一至多个限制酶切点,供外源DNA片段插入;具有标记基因,供重组DNA的鉴定和选择。
②最常用的载体是质粒,它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体之外,并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。
③其它载体:噬菌体的衍生物、动植物病毒

知识点拨:

1、限制酶识别的序列的特点:呈现碱基互补对称,无论是奇数个碱基还是偶数个碱基,都可以找到一条中心轴线,如图,中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。如以中心线为轴,两侧碱基互补对称;为轴,两侧碱基互补对称。

2、获取目的基因和切割载体时使用同种限制酶,目的是产生相同的黏性末端。
3、获取一个目的基因需限制酶剪切两次,共产生 4个黏性末端或平末端。
4、限制酶切割位点的选择必须保证标记基因的完整性,以便于检测。


基因工程的基本操作程序:

1、目的基因的获取
(1)目的基因是指: 编码蛋白质的结构基因。
(2)获取方法:①从基因文库中获取;②人工合成(反转录法和化学合成法);③PCR技术扩增目的基因。
2、基因表达载体的构建
(1)目的:使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以遗传至下一代,使目的基因能够表达和发挥作用。
(2)组成:目的基因+启动子+终止子+标记基因。如图:

①启动子:是一段有特殊结构的DNA片段,位于基因的首端,是RNA聚合酶识别和结合的部位,能驱动基因转录出mRNA,最终获得所需的蛋白质。
②终止子:也是一段有特殊结构的DNA片段,位于基因的尾端。
③标记基因的作用:是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因,从而将含有目的基因的细胞筛选出来。常用的标记基因是抗生素基因。
(3)基因表达载体的构建过程:

3、将目的基因导入受体细胞
(1)转化的概念:是目的基因进入受体细胞内,并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。
(2)常用的转化方法:
生物种类 植物细胞 动物细胞 微生物细胞
常用方法 农杆菌转化法 显微注射技术 Ca2+处理法
受体细胞 体细胞 受精卵 原核细胞
转化过程 将目的基因插入到Ti质粒的T-DNA上→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的DNA→表达 将含有目的基因的表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物 Ca2+处理细胞→感受态细胞→重组表达载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子
(3)重组细胞导入受体细胞后,筛选含有基因表达载体受体细胞的依据是标记基因是否表达。
4、目的基因的检测和表达
(1)首先要检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因,方法是采用DNA分子杂交技术。
(2)其次还要检测目的基因是否转录出mRNA,方法是用标记的目的基因作探针与mRNA杂交。
(3)最后检测目的基因是否翻译成蛋白质,方法是从转基因生物中提取蛋白质,用相应的抗体进行抗原--抗体杂交。
(4)有时还需进行个体生物学水平的鉴定。如转基因抗虫植物是否出现抗虫性状。

知识点拨:

1、构建基因文库的目的为了在不知目的基因序列的情况下,便于获得所需的目的基因。
2、PCR技术:是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。PCR扩增是获取目的基冈的一种非常有用的方法,也是进行分子鉴定和检测的一种很灵敏的方法。目的:通过指数式扩增获取大量的目的基因。
3、基因文库中不是直接保管相应基因,基因文库中的基因保存在受体菌中。
4、在基因工程的四个操作步骤中,只有第三步将目的基因导入受体细胞不需碱基互补配对,其余三个步骤都涉及碱基互补配对。
5、原核生物繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少,有利于目的基因的复制与表达,因此常用大肠杆菌等原核生物作为受俸细胞。
6、植物细胞的全能性较高,可经植物组织培养过程成为完整植物体,因此受体细胞可以是受精卵也可以是体细胞;动物基因工程中的受体细胞一般是受精卵。
7、转化的实质是目的基因整合到受体细胞染色体基因组中,从而使受体生物获得了新的遗传特性的现象,从其变化的实质看,这种变异属于可遗传变异中的基因重组。
知识拓展:

1、基因文库的构建:
(1)概念
①基因组文库:含有一种生物的全部基因。将含有某种生物不同基因的许多DNA片段,导入受体菌的群体中储存,各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因,称为基因组文库。
②cDNA文库:只包含了一种生物的部分基因。
(2)构建过程
基因组文库的构建 cDNA文库的构建
2、人工合成目的基因
(1)反转录法:

(2)人工合成目的基因

3、PCR技术扩增目的基因
①原理:DNA双链复制
②过程:
第一步:加热至90~95℃DNA解链;
第二步:冷却到55~60℃,引物结合到互补DNA链;
第三步:加热至70~75℃,热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。
发现相似题
与“下列是某基因控制合成mRNA以及多肽链的示意图(UAA为终止密码...”考查相似的试题有: