学年高考生物大一轮复习第六单元遗传的分子基础第18讲DNA分子的结构复制及基因的本质学案文档格式.docx

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（8）DNA分子中的核糖和磷酸交替连接，排列在外侧构成基本骨架（　×

2．判断下列有关DNA分子的特性的叙述

（1）DNA分子的多样性和特异性主要与它的空间结构密切相关（　×

（2）不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值可能相同（　√　）

（3）同一生物个体不同细胞中DNA分子的（A＋T）/（C＋G）的值不同（　×

（4）人体内控制β珠蛋白的基因由1700个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有41700种

（　×

（5）DNA分子的多样性是指一个DNA分子上有许多个基因（　×

分析DNA分子结构图像

（1）一个DNA分子片段中有几个游离的磷酸基团？

提示　2个。

（2）图中④能表示胞嘧啶脱氧核苷酸吗？

提示　不能。

（3）图中碱基之间是如何连接的？

提示　双链DNA中，反向平行的两条链之间的碱基通过氢键连接成碱基对，而同一条链上核苷酸之间是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连的。

（4）解旋酶作用于哪个部位？

限制性核酸内切酶和DNA连接酶作用于哪个部位？

提示　解旋酶作用于⑨，限制性核酸内切酶和DNA连接酶作用于⑩。

（5）DNA初步水解的产物和彻底水解的产物分别是什么？

提示　初步水解的产物是4种脱氧核苷酸，彻底水解的产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。

（6）如何根据碱基的种类和比例确定核酸的类型？

提示　根据碱基的种类确定是DNA还是RNA，若含有碱基U则是RNA，若含有碱基T而不含有碱基U，则是DNA；

根据碱基的比例确定是单链还是双链，若嘌呤数/嘧啶数＝1，则一般是双链，若嘌呤数/嘧啶数≠1，则是单链。

（7）若某双链DNA分子含有200个碱基，一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则该DNA分子碱基排列方式共有4100种，对吗？

提示　错。

命题点一　DNA分子结构分析

1．下列关于DNA分子结构的叙述，正确的是（　　）

A．DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的单链结构

B．DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基

C．DNA分子两条链之间总是嘌呤与嘧啶形成碱基对

D．DNA分子一条链上的相邻碱基通过磷酸—脱氧核糖—磷酸相连

答案　C

解析　DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的双链结构，A错误；

DNA分子中的绝大多数磷酸连接着两个脱氧核糖，且磷酸不与碱基直接相连，B错误；

DNA分子一条链上的相邻碱基通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖相连，D错误。

2．（2017·

江西师大附中考试）用卡片构建DNA平面结构模型，所提供的卡片类型和数量如下表所示，以下说法正确的是（　　）

卡片类型

脱氧核糖

磷酸

碱基

A

T

G

C

卡片数量

10

2

3

A.最多可构建4种脱氧核苷酸，5个脱氧核苷酸对

B．构成的双链DNA片段最多有10个氢键

C．DNA中每个脱氧核糖均与1分子磷酸相连

D．最多可构建44种不同碱基序列的DNA

答案　B

解析　根据表格数据可知，代表脱氧核糖、磷酸和含氮碱基的卡片数分别都是10，所以最多可构建10个脱氧核苷酸，根据碱基种类可推知最多构建4种脱氧核苷酸，4个脱氧核苷酸对；

构成的双链DNA片段中可含有2个A—T碱基对和2个G—C碱基对，故最多可含有氢键数＝2×

2＋2×

3＝10（个）；

DNA分子结构中，与脱氧核糖直接连接的一般是2个磷酸，但最末端的脱氧核糖只连接1个磷酸；

碱基序列要达到44种，每种碱基对的数量至少要有4个。

命题点二　DNA分子结构的相关计算

3．（2017·

南通模拟）某双链DNA分子中，鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基的比率为a，其中一条链上鸟嘌呤占该链全部碱基的比例为b，则（　　）

A．互补链中含2个游离的磷酸基团

B．互补链中鸟嘌呤与胞嘧啶所占比例为a

C．互补链中鸟嘌呤占该链碱基的比率为

D．以互补链为模板转录产生的某mRNA中鸟嘌呤与胞嘧啶所占比率为a

解析　双链DNA分子的每条链含有1个游离的磷酸基团，A项错误；

在双链DNA分子中，鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基的比率与每条链中鸟嘌呤与胞嘧啶所占的比率相等，B项正确；

互补链中鸟嘌呤占该链的比率为a－b，C项错误；

转录是以DNA上某基因的一条链为模板，所以转录产生的mRNA中鸟嘌呤与胞嘧啶所占比率是不确定的，D项错误。

4．（2018·

临川模拟）从某生物组织中提取DNA进行分析，其中鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的46%，又知该DNA分子的一条链（H链）所含的碱基中28%是腺嘌呤，24%是胞嘧啶，则与H链相对应的另一条链中，腺嘌呤、胞嘧啶分别占该链全部碱基数的（　　）

A．26%、22%B．24%、28%

C．14%、11%D．11%、14%

答案　A

解析　已知DNA分子中，鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基总数的46%，即C＋G＝46%，则C＝G＝23%、A＝T＝50%－23%＝27%。

又已知该DNA的一条链所含的碱基中28%是腺嘌呤，24%是胞嘧啶，即A1＝28%、C1＝24%，根据碱基互补配对原则，A＝（A1＋A2）÷

2，C＝（C1＋C2）÷

2，则A2＝26%，C2＝22%。

三步解决DNA分子中有关碱基比例的计算

第一步：

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。

第二步：

画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基。

第三步：

根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。

考点二　DNA分子的复制及基因的概念

1．DNA分子的复制

（1）方式推测：

沃森和克里克提出假说：

DNA分子复制方式为半保留复制。

（2）实验证据

①实验方法：

放射性同位素示踪法和离心技术。

②实验原理：

含15N的双链DNA密度大，含14N的双链DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度居中。

③实验假设：

DNA以半保留的方式复制。

④实验预期：

离心后应出现3条DNA带。

重带（密度最大）：

两条链都为15N标记的亲代双链DNA；

中带（密度居中）：

一条链为14N标记，另一条链为15N标记的子代双链DNA；

轻带（密度最小）：

两条链都为14N标记的子代双链DNA。

⑤实验过程

⑥过程分析：

立即取出，提取DNA→离心→全部重带。

繁殖一代后取出，提取DNA→离心→全部中带。

繁殖两代后取出，提取DNA→离心→1/2轻带、1/2中带。

⑦实验结论：

DNA的复制是以半保留方式进行的。

（3）复制过程

①概念：

以亲代DNA为模板，合成子代DNA的过程。

②时间：

有丝分裂的间期或减数第一次分裂前的间期。

③图解

④特点：

边解旋边复制。

⑤方式：

半保留复制。

⑥结果：

形成两个完全相同的DNA分子。

⑦意义：

将遗传信息从亲代传给了子代，从而保持了遗传信息的连续性。

⑧保障：

DNA具有独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板；

通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。

拓展　

（1）利用数字“1,2,3,4”巧记DNA的复制

1个主要场所（细胞核），2种时期（有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期），3个步骤（解旋、合成新链、形成子代DNA），4个条件（模板、酶、原料和能量）。

（2）DNA分子的多起点、双向复制

一个DNA分子可以由多个复制起点同时（或先后）复制。

下图中，从3个复制起点进行双向复制，明显提高了DNA分子复制的速率；

图中的复制环大小不一，因此它们的复制时间有先后，右侧最早，左侧最晚。

2．基因的概念

1．判断下列有关DNA分子复制过程及特点分析的叙述

（1）DNA复制遵循碱基互补配对原则，新合成的DNA分子中两条链均是新合成的（　×

（2）单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链（　×

（3）DNA复制时，严格遵循A－U、C－G的碱基互补配对原则（　×

（4）在一个细胞周期中，DNA复制过程中的解旋发生在两条DNA母链之间（　√　）

（5）在人体内，成熟的红细胞、浆细胞中不发生DNA的复制（　√　）

（6）某亲本DNA分子双链均以白色表示，以灰色表示第一次复制出的DNA子链，以黑色表示第二次复制出的DNA子链，该亲本双链DNA分子连续复制两次后的产物如下图D所示

（　√　）

（7）将已被15N标记了DNA的大肠杆菌在含14N的培养基中培养繁殖一代，若子代大肠杆菌的DNA分子中既含有14N，又含有15N，则可说明DNA的复制为半保留复制（　×

（8）复制时，子代DNA分子的两条单链中只有一条和亲代DNA分子完全相同（　×

（9）DNA分子复制时解旋酶与DNA聚合酶不能同时发挥作用（　×

2．判断下列有关染色体、DNA、基因与脱氧核苷酸关系的叙述

（1）真核细胞的基因只存在于细胞核中，而核酸并非仅存在细胞核中（　×

（2）DNA分子中每一个片段都是一个基因（　×

（3）非等位基因都位于非同源染色体上（　×

（4）真核细胞基因中核糖核苷酸的排列顺序代表遗传信息（　×

（5）基因只位于染色体上，所以染色体是基因的载体（　×

分析DNA复制过程

（1）图示中的解旋酶和DNA聚合酶各有什么作用？

提示　前者使氢键打开，DNA双链解旋；

后者催化形成磷酸二酯键，从而形成新的子链。

（2）蛙的红细胞和哺乳动物成熟红细胞，是否都能进行图示过程呢？

提示　蛙的红细胞进行无丝分裂，可进行DNA分子的复制；

哺乳动物成熟的红细胞已丧失细胞核，也无各种细胞器，不能进行DNA分子的复制。

（3）上图所示DNA复制过程若发生在细胞核内，形成的两个子DNA位置如何？

其上面对应片段中基因是否相同？

两个子DNA将于何时分开？

提示　染色体复制后形成两条姐妹染色单体，刚复制产生的两个子DNA分子即位于两条姐妹染色单体中，由着丝点相连，其对应片段所含基因在无突变等特殊变异情况下应完全相同，两个子DNA分子将于有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝点分裂时，随两条姐妹染色单体分离而分开，分别进入两个子细胞中。

（4）现将含15N的大肠杆菌转移到氮源为14N的培养基中，再连续繁殖两代（Ⅰ和Ⅱ），用密度梯度离心法分离，不同相对分子质量的DNA分子将分布在试管中的不同位置上。

请预测绘出若DNA的复制方式为下图所示的全保留方式或分散方式复制时，连续繁殖两代（Ⅰ和Ⅱ）的实验结果中各带的分布图像（重带、中带和轻带）。

提示　

命题点一　透过新情景辨析DNA分子复制

1．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都有一条脱氧核苷酸链来自亲代

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项错误。

深圳二模）正常情况下，DNA分子在细胞内复制时，双螺旋解开后会产生一段单链区，DNA结合蛋白（SSB）能很快地与单链结合，防止解旋的单链重新配对，而使DNA呈伸展状态，SSB在复制过程中可以重复利用，下列有关推理合理的是（　　）

A．SSB是一种解开DNA双螺旋的解旋酶

B．SSB与单链的结合将不利于DNA复制

C．SSB与DNA单链既可结合也可分开

D．SSB与单链的结合遵循碱基互补配对原则

解析　根据题干中“双螺旋解开后会产生一段单链区，DNA结合蛋白（SSB）能很快地与单链结合”，说明SSB不是一种解开DNA双螺旋的解旋酶，A项错误；

SSB与单链的结合有利于DNA复制，B项错误；

SSB与DNA单链既可结合也可分开，C项正确；

SSB是一种DNA结合蛋白，故与单链的结合不遵循碱基互补配对原则，D项错误。

命题点二　DNA分子复制过程的有关计算

疑难精讲

“图解法”分析DNA复制相关计算

（1）将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基上培养，复制n次，则：

①子代DNA共2n个

②脱氧核苷酸链共2n＋1条

（2）DNA分子复制过程中消耗的脱氧核苷酸数

①若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·

（2n－1）。

②第n次复制需要该种脱氧核苷酸数为m·

2n－1。

3．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项正确，C项错误；

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项错误；

每个DNA分子中嘌呤和嘧啶互补相等，两者之比是1∶1，D项错误。

4．用15N标记含有100个碱基对的DNA分子片段，碱基间的氢键共有260个，该DNA分子在含14N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14N的DNA分子占

B．若一条链中（A＋G）/（T＋C）＜1，则其互补链中该比例也小于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经复制后产生了16个DNA分子

答案　D

解析　分析题干：

假设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。

该DNA分子中含有的嘌呤数是碱基总数的一半，即100个，假设该DNA分子复制n次，则（2n－1）×

100＝1500，解得n＝4，根据半保留复制特点，子代含有14N的DNA分子占100%，A项错误；

若一条链中（A＋G）/（T＋C）＜1，根据碱基互补配对原则，其互补链中该比例为其倒数，应该大于1，B项错误；

若一条链中A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，根据碱基互补配对原则，其互补链中该比例为2∶1∶4∶3，C项错误；

该DNA共复制4次，因此经复制后产生了16个DNA分子，D项正确。

“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”，“含”还是“只含”等关键词，以免掉进陷阱。

命题点三　DNA半保留复制的实验证据延伸分析

5．细菌在15N培养基中繁殖数代后，使细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再移入14N培养基中培养，抽取其子代的DNA经高速离心分离，如图①～⑤为可能的结果，下列叙述错误的是（　　）

A．第一次分裂的子代DNA应为⑤

B．第二次分裂的子代DNA应为①

C．第三次分裂的子代DNA应为③

D．亲代的DNA应为⑤

解析　亲代DNA为15N－15N，经第一次复制所形成的子代DNA应均为15N－14N，应如图②所示。

6．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项错误；

Ⅱ代细菌含15N的DNA分子有2个，占全部（4个）DNA分子的

，B项错误；

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项正确；

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项错误。

矫正易错　强记长句

1．配对的碱基，A与T之间形成2个氢键，G与C之间形成3个氢键，C－G对占比例越大，DNA结构越稳定。

2．DNA复制的场所并非只在细胞核，真核生物中，除细胞核外还有线粒体、叶绿体；

而原核生物中，DNA分子复制的场所有拟核、细胞质。

3．DNA复制发生于细胞分裂间期和在DNA病毒繁殖时，其中的细胞分裂并非仅指减数分裂和有丝分裂。

4．DNA分子并非全部解旋后才开始进行DNA复制，而是边解旋边复制。

5．遗传效应是指基因能够转录成mRNA，进而翻译成蛋白质，能够控制一定的性状。

6．DNA分子中还存在着不具有遗传效应的片段，在真核细胞中这部分片段所占比例很大，这些片段不是基因。

7．通常的基因是指双链DNA片段，而RNA病毒的基因是指具有遗传效应的RNA片段。

1.DNA分子碱基间配对方式有2种，但由于不同的DNA分子中碱基排列顺序是千变万化的，所以DNA分子具有多样性；

由于每个DNA分子具有特定的碱基排列顺序，使DNA分子具有特异性。

DNA分子的结构具有稳定性的原因是：

外侧的脱氧核糖和磷酸的相间排列方式稳定不变，内侧碱基配对的方式稳定不变。

2．保证DNA分子精确复制的原因有：

（1）DNA分子独特的双螺旋结构，能够为复制提供精确的模板，

（2）通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。

3．分别以不同生物的DNA为模板合成的各个新DNA分子之间，（A＋C）∶（T＋G）的比值是否相同？

相同。

为什么？

因为所有DNA双链中，A与T的数目相同，C与G的数目相同。

分别以不同生物的DNA为模板合成的各个新DNA之间存在差异，这些差异是什么？

碱基的数目、比例和排列顺序不同。

4．DNA的复制方式是半保留复制，其意义是保持了遗传信息的连续性。

重温高考　演练模拟

1．（2017·

海南，24）DNA分子的稳定性与碱基对之间的氢键数目有关。

下列关于生物体内DNA分子中（A＋T）/（G＋C）与（A＋C）/（G＋T）两个比值的叙述，正确的是（　　）

A．碱基序列不同的双链DNA分子，后一比值不同

B．前一个比值越大，双链DNA分子的稳定性越高

C．当两个比值相同时，可判断这个DNA分子是双链

D．经半保留复制得到的DNA分子，后一比值等于1

解析　双链DNA分子中，互补碱基两两相等，即A＝T，C＝G，则A＋C＝G＋T，即A＋C与G＋T的比值为1。

因此，碱基序列不同的双链DNA分子，后一比值相同，A项错误；

DNA分子中，C和G之间有3个氢键，A与T之间有2个氢键，则C与G的含量越高，DNA稳定性越高。

因此，前一个比值越大，C与G的含量越低，双链DNA分子的稳定性越低，B项错误；

当两个比值相同时，这个DNA分子可能是双链，也可能是单链，C项错误；

经半保留复制得到的DNA分子，后一比值等于1，D项正确。

2．（2016·

全国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双链不能解开，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项错误。

3．（2014·

山东，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（　　）

解析　根据DNA分子的结构特点可知，若DNA分子双链中（A＋T）/（C＋G）的比值为m，则每条链中（A＋T）/（C＋G）比值均为m，由此可判断C项正确，D项错误；

DNA分子中（A＋C）/（T＋G）＝1，而每条链中的（A＋C）/（T＋G）不能确定，但两条链中（A＋C）/（T＋G）的比值互为倒数，故A、B项错误。

4．若将处于G1期的胡萝卜愈伤组织细胞置于含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养液中，培养至第二次分裂中期。

下列叙述正确的是（　　）

A．每条染色体中的两条染色单体均含3H

B．每个DNA分子的两条脱氧核苷酸链均含3H

C．每个DNA分子中均只有一条脱氧核苷酸链含3H

D．每条染色单体均只有一个DNA分子的两条脱氧核苷酸链含3H

解析　若将处于G1期的胡萝卜愈伤组织细胞置于含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养液中，在间期的S期时DNA复制1次，所以第一次细胞分裂完成后得到的2个子细胞都是每一条染色体的DNA都只有1条链被标记，培养至第二次分裂中期，每条染色体中的两条染色单体均含3H标记，