高考生物二轮复习讲义第17讲 DNA分子的结构复制Word格式文档下载.docx

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4．DNA上碱基对的形成遵循碱基互补配对原则，即A＝U，G＝C（　×

[解惑]　碱基A与T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键。

含氢键越多，结构越稳定，即含G—C（或C—G）碱基对的比例越大，结构越稳定。

二、DNA分子的复制

1．概念：

以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。

2．时间：

有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期。

3．条件

4．过程：

DNA两条母链形成子链→新DNA分子。

5．方式：

半保留复制。

6．特点：

边解旋边复制。

7．意义：

将遗传信息从亲代传给了子代，保持了遗传信息的连续性。

考点一　聚焦DNA分子的结构及碱基计算

1．观察DNA分子结构模型，分析其空间结构

（1）图中Ⅰ和Ⅱ分别指氢键和磷酸二酯键。

（2）在图中圈出基本骨架（虚线）和G、C碱基所参与构成的脱氧核苷酸（实践）

答案　

（3）由图可知，两条脱氧核苷酸链反向平行，脱氧核酸和磷酸交替连接，均列在外侧构成DNA分子的基本骨架，内侧是碱基对。

（4）DNA分子单链中相邻碱基A与T，通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接起来；

而两链间的A与T是通过氢键相连形成碱基对。

（5）一个DNA分子中有两个游离的磷酸基；

一般来说与脱氧核糖直接相连的是两个磷酸基和一个碱基。

2．说出DNA分子三个结构特点的含义

（1）稳定性：

DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接的方式不变；

两条链间碱基互补配对的方式不变。

（2）多样性：

DNA分子中碱基对排列顺序多种多样。

（3）特异性：

每种DNA都有区别于其他DNA的特定的碱基排列顺序。

3．DNA分子中碱基计算常用规律

规律1：

互补的两个碱基数量相等，即A＝T，C＝G。

规律2：

任意两个不互补的碱基和占总碱基数的50%，即嘌呤之和＝嘧啶之和＝总碱基数×

50%，A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G＝（A＋T＋C＋G）×

50%，＝＝1。

规律3：

一条链中互补碱基的和等于另一条链中这两个碱基的和，即A1＋T1＝A2＋T2，G1＋C1＝G2＋C2（1、2分别代表DNA分子的两条链，下同）。

规律4：

一条链中互补的两碱基占该单链碱基数的比例等于DNA分子两条链中这两种碱基占总碱基数的比例，即＝＝，＝＝。

规律5：

一条链中两不互补碱基之和的比值，与另一条链中该比值互为倒数，即若一条链中（或）＝K，则另一条链中（或）＝。

易错警示　有关水解产物、氢键及碱基计算的易错点

（1）水解产物及氢键数目计算

①DNA水解产物：

初步水解产物是脱氧核苷酸，彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和含氮碱基。

②氢键数目计算：

若碱基对为n，则氢键数为2n～3n；

若已知A有m个，则氢键数为3n－m。

（2）碱基计算

①不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值不同，即（A＋T）/（C＋G）的值不同。

该比值体现了不同生物DNA分子的特异性。

②若已知A占双链的比例＝c%，则A1/单链的比例无法确定，但最大值可求出为2c%，最小值为0。

1．一个DNA分子的α链上，腺嘌呤是鸟嘌呤的1.4倍，两者之和占DNA分子碱基总数的24%。

在这个DNA分子的β链上，胸腺嘧啶与腺嘌呤之和占该链碱基数目的56%。

下面为α链的某一片段结构图，有关叙述不正确的是（　　）

A．能构成一个完整核苷酸的是图中的a和b

B．各核苷酸之间是通过化学键③连接起来的

C．DNA连接酶可连接断裂的化学键③

D．α链上胞嘧啶的数目占该链碱基数目的24%

答案　A

解析　核苷酸是核酸的基本组成单位，每个核苷酸由一分子的磷酸、一分子的五碳糖、一分子的含氮碱基组成，只有a才能构成一个完善的核苷酸；

核苷酸分子通过磷酸二酯键连接组成核苷酸链，DNA连接酶可连接断裂的磷酸二酯键。

若设DNA中碱基总数是100个，则α链上A和G的总个数是24个，A个数是G的1.4倍，所以α链上A个数是14个，G个数是10个。

β链上T和A占该链碱基数目的56%，故A、T的总数为56%×

50＝28（个），故α链上A和T的总数是28个，由于该链上G的数目是10个，所以α链上C的个数为50－28－10＝12（个），故α链上C的含量是12÷

50×

100%＝24%。

2．下图为真核细胞内某基因（15N标记）的结构示意图，该基因全部碱基中A占20%。

下列说法正确的是（　　）

A．该基因一定存在于细胞核内的染色体DNA上

B．该基因的一条核苷酸链中（C＋G）/（A＋T）为3∶2

C．DNA解旋酶只作用于①部位，限制性核酸内切酶只作用于②部位

D．将该基因置于14N培养液中复制3次后，含15N的DNA分子占1/8

答案　B

解析　真核细胞中的DNA主要存在于细胞核内的染色体中，少量存在于线粒体、叶绿体中。

由双链DNA中A（腺嘌呤）占20%，且DNA中A＝T、C＝G可知，C＋G＝100%－（A＋T）＝60%，故该基因中（C＋G）/（A＋T）＝3∶2＝该基因一条核苷酸链中（C＋G）/（A＋T）。

DNA解旋酶破坏的是碱基对之间的氢键（即②），而限制性核酸内切酶以及DNA连接酶作用于DNA分子中磷酸与脱氧核糖之间的共价键。

15N标记的DNA在14N培养液中培养，复制3次后，含15N的DNA占2/23＝1/4。

1．DNA结构中化学键的形成与断裂

（1）氢键：

配对的碱基间形成碱基对，通过氢键相连，可用DNA解旋酶断

裂，也可用高温断裂。

（2）磷酸二酯键：

连接磷酸和相邻脱氧核苷酸的脱氧核糖的化学键，可用

限制酶切断，可用DNA连接酶或DNA聚合酶连接。

2．DNA分子中有关碱基比例的计算试题的解题步骤

（1）搞清题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子碱基的比例，

还是占DNA分子一条链上碱基的比例。

（2）画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知和所求的碱基。

（3）根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。

考点二　探究DNA分子的复制和相关计算

1．DNA复制方式的探究

关于DNA复制方式的探究，充分体现了假说—演绎法，即在克里克假说的基础上，通过演绎推理，最终通过实验得以验证。

根据下面实验过程，回答相关问题。

（1）实验材料：

大肠杆菌。

（2）实验方法：

放射性同位素标记技术和离心技术。

（3）实验假设：

DNA以半保留的方式复制。

（4）实验过程（如图）

（5）实验预期：

离心后应出现3条DNA带（如上图）。

（根据标记情况作答）

①重带（密度最大）：

15N标记的亲代双链DNA。

②中带（密度居中）：

一条链为15N，另一条链为14N标记的子代双链DNA。

③轻带（密度最小）：

两条链都为14N标记的子代双链DNA。

（6）实验结果：

与预期相符。

2．DNA分子复制中的相关计算

（1）某DNA分子中含某种碱基a个，则复制n次需要含该碱基的脱氧核苷酸数为a×

（2n－1）；

第n次复制，需要含该碱基的脱氧核苷酸数为a×

2n－1。

（2）若以被同位素标记的DNA分子的两条链为模板，复制n次后，标记的DNA分子占2/2n，标记的DNA单链占所有单链的1/2n；

若用同位素标记原料，则复制n次后，标记的DNA分子占100%，标记的单链占1－1/2n。

易错警示　关于DNA复制的2个易错点

（1）在做DNA分子复制的计算题时，应看准是“含”还是“只含”，是“DNA分子数”还是“链数”。

（2）在分析细胞分裂问题时，常以染色体或DNA分子为研究对象，而在分析DNA分子复制问题时，一定要从DNA分子两条单链的角度考虑，所以复制后的一条染色体上的两个DNA分子中都含有原来的单链。

3．如图为DNA复制的图解，请据图回答下列问题：

（1）DNA复制发生在。

（2）②过程称为。

（3）③中的子链是。

（4）③过程必须遵循原则。

（5）子代DNA分子中只有一条链来自亲代DNA分子，由此说明DNA复制具有的特点。

（6）用15N标记含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，若该DNA分子在14N的培养基中连续复制四次，则结果不可能是（　　）

A．含有15N的DNA分子占1/8

B．含有14N的DNA分子占7/8

C．复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个

D．共产生16个DNA分子

（7）具有N个碱基对的一个DNA分子片段中，含有m个腺嘌呤

脱氧核苷酸。

①该片段完成n次复制需要个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸。

②该片段完成第n次复制需要个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸。

A．（2n－1）（N－m）B．2n－1（N－m）

C．2n－1（N/2－m）D．2n（N/2－m）

（8）若用32P标记了玉米体细胞（含20条染色体）的DNA分子双链。

再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养，在第二次细胞分裂的中期、后期，一个细胞中的染色体总条数和被32P标记的染色体条数分别是（　　）

A．中期20和20、后期40和20

B．中期20和10、后期40和20

C．中期20和20、后期40和10

D．中期20和10、后期40和10

答案　

（1）有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期　

（2）解旋　（3）Ⅱ、Ⅲ　（4）碱基互补配对　（5）半保留复制　（6）B　（7）①A　②B　（8）A

解析　DNA的复制方式为半保留复制，子代DNA分子中有一条母链和一条与母链互补的子链。

（6）由于DNA的复制是半保留复制，经过四次复制形成的16个DNA分子中，有2个DNA分子的一条链上含有15N，另一条链上含有14N，其余14个DNA分子的两条链上全部含有14N。

该DNA分子中含有胞嘧啶60个，由此计算出含有鸟嘌呤60个，腺嘌呤和胸腺嘧啶各有40个，复制四次需要腺嘌呤脱氧核苷酸的数量为40×

（16－1）＝600（个），选项A、C、D正确，B错误。

（7）根据题意，该DNA分子片段含有胞嘧啶脱氧核苷酸的个数为（2N－2m）/2＝N－m。

①该片段完成n次复制，共产生DNA分子片段数为2n个，新增DNA分子片段（2n－1）个。

故其完成n次复制需要的游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为（2n－1）（N－m）个，选A。

②该片段完成第n－1次复制时共产生DNA分子片段2n－1个，若再完成一次复制（也就是第n次复制），新增DNA分子片段数为2n－1个，故其完成第n次复制需要的游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为2n－1（N－m）个，选B。

（8）玉米体细胞有丝分裂中期和后期细胞中染色体的数量分别为20和40，DNA分子的数量分别为40和40。

DNA分子的复制具有半保留复制的特点，即新产生的DNA中有一条链是来自于母链，另一条链是新合成的子链。

所以，第一次复制后的所有DNA都是一条链含有32P，另一条链不含；

第二次复制得到的DNA分子则有一半含有32P，另一半不含。

所以，第二次细胞分裂中期和后期的细胞中都有20个DNA分子含有32P，选A。

4．取1个含有1对同源染色体的精原细胞，用15N标记细胞核中的DNA，然后放在含14N的培养基中培养，让其连续进行两次有丝分裂，形成4个细胞，这4个细胞中含15N的细胞个数可能是（　　）

A．2B．3

C．4