版生物高考新素养总复习苏教版讲义第17讲+DNA的结构和复制和答案文档格式.docx
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(1)细胞核中的DNA复制和转录都以DNA为模板(2018·
海南卷,13D)( )
(2)细胞中DNA分子的碱基对数等于所有基因的碱基对数之和(2017·
海南卷,23C)( )
(3)双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的(2014·
全国卷Ⅱ,5C)( )
(4)DNA的X光衍射实验证明了DNA是遗传物质(2013·
提示
(1)√
(2)×
DNA分子除含基因片段外,还有许多无遗传效应的片段。
(3)×
DNA一条链上磷酸和脱氧核糖通过磷酸二酯键相连。
(4)×
DNA的X光衍射图谱实验为DNA双螺旋结构模型建构提供了重要依据。
2.教材·
拓展·
拾遗
(1)(教材必修2P67“回眸历史”)沃森和克里克在构建DNA模型的过程中利用了他人的哪些经验和成果?
提示 ①英国科学家威尔金斯和富兰克林提供的DNA的X射线衍射图谱;
②美国生物化学家鲍森揭示生物大分子结构的方法(1950年),即按照X射线衍射分析的实验数据建立模型的方法;
③奥地利著名生物化学家查哥夫的研究成果:
腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量,鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量这一碱基之间的数量关系。
(2)(教材必修2P74“课外探究”)如果获得DNA指纹图谱?
该技术有哪些应用?
提示 ①应用DNA指纹技术,首先需要用合适的酶将待检测的样品DNA切成片段,然后用电泳的方法将这些片段按大小分开,再经过一系列步骤,最后形成DNA指纹图;
②由于每个人的DNA指纹图是独一无二的,所以我们可以根据分析指纹图的吻合程度来帮助确认身份。
因而此技术被广泛应用于刑侦领域、亲子鉴定、遗骸鉴定等。
围绕DNA分子的结构及特点考查结构与功能观
1.(2019·
广东惠州检测)如图是某DNA片段的结构示意图,下列叙述正确的是( )
A.DNA复制时,解旋酶先将①全部切割,再进行复制
B.DNA分子中A+T含量高时稳定性较高
C.磷酸与脱氧核糖交替排列构成DNA分子的基本骨架
D.a链、b链方向相同,a链与b链的碱基互补配对
解析 DNA复制时边解旋边复制,A错误;
碱基A和T之间有两个氢键,碱基G和C之间有三个氢键,因此G+C含量高的DNA分子的相对稳定性较高,B错误;
磷酸与脱氧核糖交替排列构成DNA分子的基本骨架,C正确;
DNA分子的两条链方向相反,a链与b链的碱基互补配对,D错误。
答案 C
(1)DNA分子中A与T间可形成2个氢键,G与C间可形成3个氢键——故G≡C对占比例越高的DNA分子其稳定性越高。
(2)并非所有的DNA分子均具“双链”,有的DNA分子为单链。
(3)原核细胞及真核细胞细胞器中的DNA分子为“双链环状”。
DNA分子结构相关计算
2.(2014·
山东理综,5)某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成,根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图,下列正确的是( )
[慧眼识图 获取信息]
3.(2019·
河北石家庄模拟)在一个双链DNA分子中,碱基总数为m,腺嘌呤碱基数为n,G与C之间形成3个氢键,A与T之间形成2个氢键。
则下列有关叙述正确的是( )
①脱氧核苷酸数=磷酸数=碱基数=m ②碱基之间的氢键数为(3m-2n)/2
③一条链中A+T的数量为n ④G的数量为m-n
A.①②③④B.②③④
C.③④D.①②③
解析 每个脱氧核苷酸分子含有一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子碱基,所以脱氧核苷酸数=磷酸数=碱基数=m,①正确;
因为A和T之间有2个氢键、C和G之间有3个氢键,根据碱基互补配对原则,A=T=n,则C=G=(m-2n)/2,所以碱基之间的氢键数为2n+3(m-2n)/2=(3m/2)-n,②正确;
双链DNA中,A=T=n,则根据碱基互补配对原则,一条链中A+T的数量为n,③正确;
由②中计算可知:
G的数量=(m-2n)/2,④错误。
答案 D
“归纳法”求解DNA分子中的碱基数量的计算规律
(1)在DNA双链中嘌呤总数与嘧啶总数相同,即A+G=T+C。
(2)“互补碱基之和”的比例在任意一条链及整个DNA分子中都相同,即若在一条链中
=m,在互补链及整个DNA分子中
=m。
——此比值在不同DNA分子中具特异性。
(3)非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数,在整个DNA分子中为1,即若在DNA一条链中
(或
)=a,则在其互补链中该比值为
,而在整个DNA分子中该比值为1,——此比值在不同双链DNA分子中无特异性(具共性)。
考点二 DNA分子的复制
1.DNA分子的复制
(1)过程归纳
DNA复制之“二、二、三、四”
(2)实验探究
①实验方法:
同位素示踪法和离心技术
②实验结果:
③实验结论:
DNA的复制是以半保留方式进行的。
2.染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系
1.同源染色体上的DNA分子之间除哪项外均可能不同?
请说明理由。
①碱基对的排列顺序 ②磷酸二酯键的数目
③脱氧核苷酸的种类 ④
的比值
提示 ③ 同源染色体上的DNA分子可能是相同的,也可能是不同的,如X、Y染色体,所以构成DNA的脱氧核苷酸数目就可能不同,连接两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键的数目也就可能不同,碱基对的排列顺序不同;
DNA分子中A=T、C=G,但(A+T)/(C+G)在不同的DNA分子中可能不同,而构成所有DNA的脱氧核苷酸均只有4种。
2.如图是人类某染色体DNA的片段,含有基因A、基因b和无遗传效应的片段M。
请思考:
(1)基因A和b的本质区别是什么?
(2)决定mRNA上终止密码子的碱基对是否位于M处?
若M中插入若干个脱氧核苷酸对是否可引发基因突变?
为什么?
(3)A复制时b是否也复制?
A转录时,b是否也转录?
其转录的模板链一定相同吗?
提示
(1)不同基因的本质区别在于其脱氧核苷酸序列不同。
(2)M为无遗传效应的非基因片段,故其无转录功能,当然不存在决定mRNA上终止密码的碱基对,M中即使插入若干脱氧核苷酸对也不会引发基因突变。
(3)DNA分子复制为全程复制,故A复制时b也复制,但基因表达却为“选择性表达”,故A转录时,b未必转录,即使都转录,其模板链也未必相同。
1.[2016·
全国卷Ⅰ,29(3)]将一个某种噬菌体DNA分子的两条链用32P进行标记,并使其感染大肠杆菌,在不含有32P的培养基中培养一段时间。
若得到的所有噬菌体双链DNA分子都装配成噬菌体(n个)并释放,则其中含有32P的噬菌体所占比例为2/n,原因是________________________________。
答案 一个含有32P标记的噬菌体双链DNA分子经半保留复制后,标记的两条单链只能分配到两个噬菌体的双链DNA分子中,因此在得到的n个噬菌体中只有2个带有标记
2.在氮源为14N和15N的培养基上生长的大肠杆菌,其DNA分子分别为14N—DNA(相对分子质量为a)和15N—DNA(相对分子质量为b)。
将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上,连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ),用离心方法分离得到的结果如图所示。
下列对此实验的叙述正确的是( )
A.Ⅰ代细菌DNA分子中两条链都是14N
B.Ⅱ代细菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的
C.预计Ⅲ代细菌DNA分子的平均相对分子质量为
D.上述实验Ⅰ代→Ⅱ代的结果能证明DNA复制方式为半保留复制
解析 Ⅰ代细菌DNA分子中一条链是14N,另一条链是15N,A错误;
Ⅱ代细菌含15N的DNA分子有2个,占全部(4个)DNA分子的
,B错误;
由于1个含有14N的DNA分子的相对分子质量为a,则每条链的相对分子质量为
;
1个含有15N的DNA分子的相对分子质量为b,则每条链的相对分子质量为
。
将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上,连续繁殖三代,得到共8个DNA分子,这8个DNA分子共16条链,只有2条是含15N的,14条是含14N的,因此总相对分子质量为
×
2+
14=b+7a,所以每个DNA分子的平均相对分子质量为
,C正确;
实验Ⅰ代→Ⅱ代的结果不能证明DNA复制方式为半保留复制,D错误。
DNA分子复制中有关计算
假设1个DNA分子复制n次(设该DNA分子中含某种脱氧核苷酸m个)
点悟:
“DNA复制”相关题目的4点“注意”
(1)注意“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别,前者包括所有的复制,但后者只包括第n次的复制。
(2)注意碱基的单位是“对”还是“个”。
(3)切记在DNA复制过程中,无论复制了几次,含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两个。
(4)看清试题中问的是“DNA分子数”还是“链数”,是“含”还是“只含”等关键词,以免掉进陷阱。
澄清易混易错·
强化科学思维
[易错易混]
易错点1 误认为DNA分子中“嘌呤一定等于嘧啶”
点拨 DNA分子一般为“双螺旋结构”,双链DNA中嘌呤等于嘧啶,但其一条链中嘌呤不一定等于嘧啶,单链DNA分子中嘌呤也不一定等于嘧啶。
易错点2 错将真核生物的“染色体”等同于“遗传物质”或错将“DNA”等同于“基因”
点拨 真核生物的遗传物质是“DNA”,遗传物质的结构和功能单位是“基因”——它是DNA分子中“有遗传效应”的片段,每个DNA分子有许多这样的片段。
染色体则是DNA的“主要载体”——它主要由DNA和蛋白质组成(注:
除染色体外,少数DNA还可存在于线粒体、叶绿体中)。
其关系归纳如下:
易错点3 混淆DNA复制、“剪切”与“水解”中的四种酶
点拨
(1)DNA聚合酶:
需借助母链模板,依据碱基互补配对原则,利用细胞中游离的4种脱氧核苷酸为原料,合成与母链互补的一段子链;
(2)DNA连接酶:
将多个复制起点所复制出的“DNA片段”“缝合”起来形成磷酸二酯键,即连接“片段”;
(3)限制性内切酶:
用于切断DNA双链中主链上的“3′,5′-磷酸二酯键”;
(4)DNA水解酶:
用于将DNA分子水解为脱氧核苷酸。
易错点4 误认为DNA复制只能从头开始
点拨 如图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图。
(1)图中显示DNA分子复制是从多个起点开始的,但多起点并非同时进行;
(2)图中显示DNA分子复制是边解旋边双向复制的;
(3)真核生物的这种复制方式的意义在于提高了复制速率;
(4)一个细胞周期中每个起点一般只起始1次。
[深度纠错]
1.经过对某生物体内的核酸成分的化学分析得知,该生物体内的核酸中,嘌呤占58%,嘧啶占42%,由此可以判断( )
A.此生物体内的核酸一定是DNA
B.该生物一定不含DNA而只含RNA
C.若此生物只含DNA,则一定是单链的
D.若此生物含DNA,则一定是双链的
解析 因该生物核酸中嘌呤数和嘧啶数不等,故可能是只含有RNA,或同时含有DNA和RNA,或只含单链DNA。
2.关于下面概念图的相关叙述,错误的是( )
A.D有四种,E在H上呈线性排列
B.E通过控制G的合成来控制性状
C.所有E的总和构成F且E在F上的排列顺序代表遗传信息
D.E是具有遗传效应的F片段
解析 根据含氮碱基不同,D脱氧核苷酸分为四种,E基因在H染色体上呈线性排列,A正确;
E基因通过控制G蛋白质的合成来控制性状,B正确;
除E外,F中还有无遗传效应的片段,遗传信息是基因中脱氧核苷酸的排列顺序,DNA上的非基因片段不包含遗传信息,C错误;
E基因是具有遗传效应的DNA片段,D正确。
3.真核细胞中DNA复制如下图所示,下列表述错误的是( )
A.多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成
B.每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代
C.复制过程中氢键的破坏和形成都需要DNA聚合酶的催化
D.DNA分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则
解析 DNA复制过程中氢键的破坏需要解旋酶的催化,但氢键的形成不需要酶的催化,C错误。
随堂·
真题&
预测
1.(2016·
全国卷Ⅱ,2)某种物质可插入DNA分子两条链的碱基对之间,使DNA双链不能解开。
若在细胞正常生长的培养液中加入适量的该物质,下列相关叙述错误的是( )
A.随后细胞中的DNA复制发生障碍
B.随后细胞中的RNA转录发生障碍
C.该物质可将细胞周期阻断在分裂中期
D.可推测该物质对癌细胞的增殖有抑制作用
解析 某物质可插入DNA分子两条链的碱基对之间,使DNA双链不能打开,说明该物质会阻碍DNA分子的解旋,因而会阻碍DNA分子的复制、转录和抑制细胞增殖,A、B、D三项均正确;
因DNA分子的复制发生在间期,所以该物质可将细胞周期阻断在分裂间期,C错误。
2.(2018·
海南卷,15)现有DNA分子的两条单链均只含有14N(表示为14N14N)的大肠杆菌,若将该大肠杆菌在含有15N的培养基中繁殖两代,再转到含有14N的培养基中繁殖一代,则理论上DNA分子的组成类型和比例分别是( )
A.有15N14N和14N14N两种,其比例为1∶3
B.有15N15N和14N14N两种,其比例为1∶1
C.有15N15N和14N14N两种,其比例为3∶1
D.有15N14N和14N14N两种,其比例为3∶1
解析 大肠杆菌14N14N在含有15N的培养基中繁殖,其中子一代大肠杆菌的DNA分子共2个,均为1条链含14N、1条链含15N,子二代大肠杆菌的DNA分子共4个,其中2个DNA分子为1条链含14N、1条链含15N,另外2个DNA分子为2条链均含15N;
再转到含有14N的培养基中繁殖一代,子三代大肠杆菌的DNA分子共8个,其中2个DNA分子为2条链均含14N,其余6个DNA分子为1条链含14N、1条链含15N,所以15N14N和14N14N两种分子的比例为3∶1。
3.(2017·
海南卷,23)下列关于真核生物遗传物质和性状的叙述,正确的是( )
A.细胞中染色体的数目始终等于DNA的数目
B.有丝分裂有利于保持亲代细胞和子代细胞间遗传性状的稳定
C.细胞中DNA分子的碱基对数等于所有基因的碱基对数之和
D.生物体中,一个基因决定一种性状,一种性状由一个基因决定
解析 真核细胞的细胞核中,染色体复制之前,染色体数等于DNA数,复制后,染色体∶DNA=1∶2,如果再加上细胞质中的DNA,染色体始终小于DNA数目,A错误;
细胞中的DNA中,只有具遗传效应的片段才是基因,DNA中还有很多非基因序列,C错误;
生物体中,基因与性状之间并不是单纯的一对一关系,D错误。
答案 B
4.(2020·
高考预测)研究发现rep蛋白可以将DNA双链解旋,结合蛋白可以和解旋的DNA单链结合,并随着子链的延伸而与DNA单链分离。
下列叙述正确的是( )
A.rep蛋白能使A与C、T与G之间的氢键断裂
B.低温处理DNA分子也可以使DNA双链解旋
C.DNA复制具有边解旋边复制和半保留复制的特点
D.结合蛋白与DNA单链结合不利于DNA新链的形成
解析 因为rep蛋白可以将DNA双链解旋,则rep蛋白应为解旋酶,能破坏氢键,DNA双链碱基之间互补配对原则是A与T配对,C与G配对,即rep蛋白可破坏A与T、C与G之间形成的氢键,A错误;
高温处理DNA分子能使DNA双链解旋,B错误;
DNA复制的特点是边解旋边复制、半保留复制,C正确;
DNA结合蛋白缠绕在DNA单链上,可防止单链之间重新螺旋化,对DNA新链的形成有利,D错误。
课后·
分层训练
(时间:
35分钟)
山东潍坊模拟)下列关于DNA的叙述,正确的是( )
A.DNA的基本骨架由C、H、O、N、P等元素组成
B.连接磷酸与五碳糖的化学键可在解旋酶的作用下断裂
C.DNA的片段都有遗传效应,可控制生物的性状
D.DNA的复制和转录都能在细胞质中进行
解析 DNA基本骨架由脱氧核糖和磷酸交替排列构成,有C、H、O、P元素无N元素,A错误;
连接磷酸与五碳糖的磷酸二酯键,应在限制性内切酶作用下断开,B错误;
DNA分子中有有遗传效应的片段也有无遗传效应的片段。
2.下列关于基因的叙述中,正确的是( )
A.等位基因位于一对姐妹染色单体的相同位置上
B.萨顿采用“假说—演绎法”提出基因在染色体上的假说
C.果蝇的X染色体上不具备与Y染色体所对应的基因
D.基因的遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中
解析 等位基因通常位于一对同源染色体的相同位置上,位于一对姐妹染色单体的相同位置上的通常是相同基因,A错误;
萨顿使用“类比推理法”提出基因在染色体上的假说,摩尔根等人采用“假说—演绎法”证明基因在染色体上,B错误;
果蝇的X染色体与Y染色体存在同源区段,故X染色体上具备与Y染色体所对应的基因,C错误;
基因是有遗传效应的DNA片段,其遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中,D正确。
3.研究人员将含14N-DNA的大肠杆菌转移到15NH4Cl培养液中,培养24h后提取子代大肠杆菌的DNA。
将DNA热变性处理,即解开双螺旋,变成单链;
然后进行密度梯度离心,管中出现的两种条带分别对应下图中的两个峰,则大肠杆菌的细胞周期为( )
A.4hB.6h
C.8hD.12h
解析 将含14N-DNA的大肠杆菌转移到15NH4Cl培养液中,培养24h后提取子代大肠杆菌的DNA,DNA变性离心后,得到14N-DNA占1/8,15N-DNA占7/8,则子代DNA共8条,繁殖了3代,细胞周期为24/3=8(h),C正确。
4.下图为某同学在学习DNA的结构后画的含有两个碱基对的DNA片段(“”代表磷酸基团),下列为几位同学对此图的评价,其中正确的是( )
A.甲说:
“物质组成和结构上没有错误”
B.乙说:
“只有一处错误,就是U应改为T”
C.丙说:
“有三处错误,其中核糖需改为脱氧核糖”
D.丁说:
“如果说他画的是RNA双链则该图是正确的”
解析 图中的核糖应改为脱氧核糖;
DNA分子中没有U,应将U改为T;
磷酸与磷酸之间无化学键,而且磷酸应连接在两个五碳糖之间。
5.用15N标记含有100个碱基对的DNA分子,其中有胞嘧啶60个。
该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次,其结果可能是( )
A.含有14N的DNA分子占100%
B.复制过程中需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸640个
C.含15N的链占1/8
D.子代DNA中嘌呤与嘧啶之比是2∶3
解析 在含14N的培养基中连续复制4次,得到24=16个DNA分子,32条链,其中含14N的DNA分子占100%,含15N的链有2条,占1/16,A正确,C错误;
根据已知条件,每个DNA分子中腺嘌呤脱氧核苷酸数为
=40,则复制过程中需消耗的腺嘌呤脱氧核苷酸数为40×
(24-1)=600(个),B错误;
每个DNA分子中嘌呤和嘧啶互补相等,两者之比是1∶1,D错误。
答案 A
6.某双链DNA分子有100个碱基对,其中有腺嘌呤35个,下列叙述正确的是( )
A.该DNA分子蕴含的遗传信息种类最多有4100种
B.该DNA分子在第4次复制时消耗520个胞嘧啶脱氧核苷酸
C.每个脱氧核糖上均连接着一个磷酸和一个碱基
D.DNA分子每一条链中相邻的碱基通过氢键相连
解析 该DNA分子蕴含的遗传信息种类少于4100种,A错误;
该DNA分子含有100个碱基对,腺嘌呤有35个,则胸腺嘧啶有35个,胞嘧啶=鸟嘌呤=65个,与第3次复制相比,第4次复制后增加的DNA分子数是16-8=8,所以第4次复制时需要的胞嘧啶脱氧核苷酸为8×
65=520(个),B正确;
DNA分子中多数的脱氧核糖与两个磷酸基团相连,C错误;
DNA分子中,一条链上的相邻碱基由“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接,D错误。
7.生长在太平洋西北部的一种海蜇能发出绿色荧光,这是因为该种海蜇DNA分子上有一段长度为5170个碱基对的片段——绿色荧光蛋白基因。
转基因实验表明,转入了海蜇的绿色荧光蛋白基因的转基因鼠,在紫外线的照射下,也能像海蜇一样发光。
这个材料说明:
( )
①基因是DNA分子上的片段 ②基因在染色体上 ③基因控制特定的遗传性状 ④基因控制性状的途径有两条⑤转基因技术可以定向地改造生物的遗传性状
A.①②③B.②③④
C.①④⑤D.①③⑤
解析 海蜇DNA分子上一段长度为5170个碱基对的片段为绿色荧光蛋白基因,说明基因是DNA分子上的片段,①正确;
题干材料未涉及染色体,不能说明基因在染色体上,②错误;
绿色荧光蛋白基因控制发光,说明基因控制特定的遗传性状,③正确;
题中信息不能体现基因控制性状的途径,④错误;
转入了海蜇绿色荧光蛋白基因的转基因鼠也能发光,说明转基因技术可以定向改造生物的遗传性状,⑤正确。
8.如图甲是DNA分子局部组成示意图,图乙表示DNA分子复制的过程。
请回答有关DNA分子的相关问题:
(1)沃森和克里克构建了如图甲的DNA双螺旋结构模型,该模型用 解释DNA分子的多样性。
从主链上看,两条单链的方向 ,从碱基关系看,两条单链 。
(2)若已知DNA一条单链的碱基组成是ATGCCAT,则与它互补的另一条链的碱基组成为 ;
若DNA分子的2条链分别为m链和n链,若m链中的(A+G)/(T+C)=0.8时,在n链中,这种比例是 。
(3)图乙的DNA复制过程中除了需要模板和酶外,还需要 等条件;
由图乙可知延伸的子链紧跟着解旋酶,这说明DNA分子复制是 。
(4)DNA分子的 为复制提供了精确的模板,通过 保证了复制能够准确地进行。
答案
(1)碱基对排列顺序的多样性 反向平行 互补
(2)TACGGTA 1.25
(3)原料、能量 边解旋边复制
(4)独特的双螺旋结构 碱基互补配对原则
9.(2019·
陕西教学质量检测)BrdU(5-溴尿嘧啶)与胸腺嘧啶脱氧核苷酸结构类似,可与碱基A配对。
当染色体上的DNA两条脱氧核苷酸链均含有BrdU时,经姬姆萨染料染色显浅色,其余均显深色。
现有果蝇某体细胞1个,置于含BrdU的培养液中连续分裂2次,得到4个子细胞。
若对这些细胞的染色体进行上述染色,则可能出现的现象是( )
①1个细胞染色体均为深色,3个细胞染色体均为浅色
②1个细胞染色体均为浅色,3个细胞染色体均为深色
③4个细胞染色体均为4条深色、4条浅色
④1个细胞染色体均为深色,1个细胞染色体均为浅色,2个细胞染色体4条深色、4条浅色
A.①②B.③