第6单元 第20讲 DNA分子的结构和复制基因的本质届高考一轮复习生物讲义文档格式.docx
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(1)(2017·
海南高考,23C)细胞中DNA分子的碱基对数等于所有基因的碱基对数之和。
(×
(2)(2015·
全国卷Ⅰ,1D)控制细菌性状的基因位于拟核和线粒体中的DNA上。
(3)(2015·
重庆高考,5D)编码蛋白质的基因含遗传信息相同的两条单链。
(4)(2014·
全国卷Ⅱ,5C)双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的。
(5)(全国卷Ⅰ)线粒体中的DNA能控制某些蛋白质的合成。
(√)
知识自主梳理
一 DNA分子的结构及特点
1.DNA双螺旋模型构建者:
沃森和克里克。
2.DNA双螺旋结构的形成
3.DNA的双螺旋结构
(1)DNA由两条脱氧核苷酸链组成,这两条链按反向平行的方式盘旋成双螺旋结构。
(2)外侧:
脱氧核糖和磷酸交替连接,构成基本骨架。
(3)内侧:
两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。
碱基互补配对遵循以下原则:
A===T(两个氢键)、
G≡C(三个氢键)。
4.DNA分子结构特点
类型
决定因素
多样性
具n个碱基对的DNA具有4n种碱基的排列顺序
特异性
如每种DNA分子都有其特定的碱基的排列顺序
稳定性
磷酸与脱氧核糖交替连接形成的基本骨架不变,碱基之间互补配对形成氢键方式不变等
二 DNA分子的复制
1.DNA半保留复制的推测和实验证据
(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:
同位素示踪技术和密度梯度离心技术。
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以半保留方式复制。
④实验预期:
离心后应出现3条DNA带。
重带:
两条链都为15N标记的亲代双链DNA密度最大,最靠近试管底部;
中带:
一条链为14N标记,另一条链为15N标记的子代双链DNA密度居中,位置也居中;
轻带:
两条链都为14N标记的子代双链DNA密度最小,离试管底部最远。
⑤实验过程
⑥过程分析
亲代取出,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。
2.DNA复制的过程
(1)概念:
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
(2)时期:
有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期。
(3)场所:
真核细胞中主要是细胞核,线粒体和叶绿体中也存在。
原核细胞中主要是拟核区,质粒中也存在。
(4)过程图解
(5)结果:
1个DNA复制形成2个完全相同的DNA。
(6)特点:
边解旋边复制,半保留复制。
(7)精确复制的原因:
①独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板。
②通过碱基互补配对原则,保证了复制能够准确地进行。
(8)意义:
将遗传信息从亲代传给子代,从而保持了遗传信息的连续性。
三 基因的本质
1.本质:
基因是具有遗传效应的DNA片段。
2.基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸的关系
涉及到的基本骨架或基本支架有哪些?
提示
(1)有机大分子:
碳链。
(2)细胞骨架:
蛋白质纤维。
(3)细胞膜基本支架:
磷脂双分子层。
(4)DNA双螺旋结构基本骨架:
脱氧核糖和磷酸交替连接。
1.活细胞均可发生DNA复制。
2.无丝分裂和原核细胞的分裂过程中也存在DNA复制。
3.原核细胞DNA复制场所是拟核。
4.复制时,两条链均作为模板。
5.DNA复制时,双螺旋结构全部解旋后开始进行复制。
1.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。
2.原核细胞基因结构示意图
非编码区:
不能转录为信使RNA,不能编码蛋白质。
编码区:
能转录为相应的信使RNA,进而指导蛋白质的合成,即能够编码蛋白质。
3.真核细胞基因结构示意图
能够编码蛋白质的序列叫做外显子,能转录进而指导蛋白质合成;
不能够编码蛋白质的序列叫做内含子,能转录为RNA,但相应RNA会被修饰掉,不能翻译出蛋白质。
4.所有生物的基因并不都是具有遗传效应的DNA片段。
如RNA病毒的基因就是有遗传效应的RNA片段。
考点题型突破
考点1 DNA分子的结构及相关计算
题型一DNA分子结构及特点
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
2.如图为DNA分子结构示意图,对该图的叙述正确的是( )
a.②和③相间排列,构成了DNA分子的基本骨架
b.④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸
c.⑨是氢键,C、G之间形成三个氢键,A、T之间形成两个氢键
d.DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息
DNA分子中的数量关系
(1)DNA分子中,脱氧核苷酸数∶脱氧核糖数∶磷酸数∶含氮碱基数=1∶1∶1∶1。
(2)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所占比例越大,氢键数目越多,DNA结构越稳定。
(3)每条脱氧核苷酸链上都只有一个游离的磷酸基团,因此DNA分子中含有2个游离的磷酸基团。
(4)对于真核细胞来说,染色体是基因的主要载体;
线粒体和叶绿体中也存在基因。
(5)对于原核细胞来说,拟核中的DNA分子或者质粒DNA均是裸露的,并不与蛋白质一起构成染色体。
题型二DNA分子结构相关计算
3.某双链DNA分子含有200个碱基对,其中一条链上A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,则有关该DNA分子的叙述,正确的是( )
A.含有4个游离的磷酸基团B.含有腺嘌呤脱氧核苷酸30个
C.4种含氮碱基A∶T∶G∶C=3∶3∶7∶7D.碱基排列方式共有4100种
4.(2019·
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%
DNA中碱基的相关计算规律
1.规律一:
一个双链DNA分子中,A=T、C=G,则A+G=C+T,即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。
2.规律二:
在双链DNA分子中,
=
。
3.规律三:
在DNA双链中,一条单链的
的值与其互补单链的
的值互为倒数关系。
(不配对的碱基之和比例在两条单链中互为倒数)
提醒:
在整个DNA分子中该比值等于1。
4.规律四:
的值,与该互补链的
的值是相等的,也与整个DNA分子中的
的值是相等的。
综合规律三、四可简记为“补则等,不补则倒”。
考点2 DNA复制及基因的概念
题型一DNA分子复制过程及特点
1.如图为某真核细胞中DNA复制过程模式图,下列分析错误的是( )
A.酶①和酶②均作用于氢键
B.该过程可发生在细胞有丝分裂间期或减数第一次分裂前的间期
C.该过程的模板链是a、b链
D.DNA复制的特点是半保留复制
2.(2019·
德州重点中学联考)真核细胞中DNA的复制如图所示,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
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。
题型二DNA复制的相关计算
3.(2019·
陕西榆林一模)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14N的培养基中连续复制4次,其结果不可能是( )
A.含有15N的DNA分子占1/8
B.含有14N的DNA分子占7/8
C.含有14N的脱氧核苷酸单链为30条
D.复制结果共产生16个DNA分子
泰安期中)下列关于DNA的相关计算中,正确的是( )
A.具有1000个碱基对的DNA,腺嘌呤有600个,则每一条链上都具有胞嘧啶200个
B.具有m个胸腺嘧啶的DNA片段,复制n次后共需要2n·
m个胸腺嘧啶
C.具有m个胸腺嘧啶的DNA片段,第n次复制需要2n-1·
D.无论是双链DNA还是单链DNA,A+G所占的比例均是1/2
DNA分子复制的有关计算
DNA复制为半保留复制,若将亲代DNA分子复制n代,其结果分析如下:
(1)子代DNA分子数为2n个。
①含有亲代链的DNA分子数为2个。
②不含亲代链的DNA分子数为(2n-2)个。
③含子代链的DNA有2n个。
(2)子代中脱氧核苷酸链数为2n+1条。
①子代中亲代脱氧核苷酸链数为2条。
②新合成的脱氧核苷酸链数为(2n+1-2)条。
(3)消耗的脱氧核苷酸数
设亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸m个,则:
①经过n次复制,共需消耗游离的该种脱氧核苷酸m·
(2n-1)个。
②在第n次复制时,共需消耗游离的该脱氧核苷酸m·
2n-1个。
题型三DNA半保留复制的实验分析
5.(2019·
厦门高中毕业班第一次质量检查)下图表示利用大肠杆菌探究DNA复制方式的实验,下列叙述正确的是( )
A.可用噬菌体代替大肠杆菌进行上述实验
B.可用(NH4)
SO4、(NH4)
SO4分别代替15NH4Cl、14NH4Cl进行上述实验
C.试管③中b带的DNA的两条链均含有14N
D.仅比较试管②和③的结果不能证明DNA复制为半保留复制
6.DNA的复制方式可以通过设想来进行预测,可能的情况是全保留复制、半保留复制、分散复制三种。
究竟是哪种复制方式呢?
下面设计实验来证明DNA的复制方式。
实验步骤:
a.在氮源为14N的培养基中生长的大肠杆菌,其DNA分子均为14N—DNA(对照)。
b.在氮源为15N的培养基中生长的大肠杆菌,其DNA分子均为15N—DNA(亲代)。
c.将亲代含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。
实验预测:
(1)如果与对照(14N/14N)相比,子代Ⅰ能分辨出两条DNA带:
一条________带和一条________带,则可以排除____________________________________________________________________。
(2)如果子代Ⅰ只有一条中密度带,则可以排除________,但不能肯定是________________________。
(3)如果子代Ⅰ只有一条中密度带,再继续做子代ⅡDNA密度鉴定:
若子代Ⅱ可以分出____________和________________,则可以排除分散复制,同时肯定半保留复制;
如果子代Ⅱ不能分出________密度两条带,则排除________,同时确定为________。
题型四DNA复制与细胞分裂问题
7.(2019·
湖南岳阳高三质检)将DNA分子双链用3H标记的蚕豆(2n=12)根尖移入普通培养液(不含放射性元素)中,再让细胞连续进行有丝分裂。
根据如图所示判断在普通培养液中的第三次有丝分裂中期,细胞中染色体的标记情况依次是( )
A.12个bB.6个a,6个b
C.6个b,6个cD.b+c=12个,但b和c数目不确定
8.将某一核DNA被3H充分标记的雄性动物细胞(染色体数为2N)置于不含3H的培养液中培养,并经过连续两次细胞分裂。
下列有关说法不正确的是( )
A.若进行有丝分裂,则子细胞中含3H的染色体数可能为2N
B.若进行减数分裂,则子细胞中含3H的DNA分子数一定为N
C.若子细胞中有的染色体不含3H,则不可能存在四分体
D.若每个子细胞中染色体都含3H,则细胞分裂过程中一定发生了基因重组
DNA复制与细胞分裂题的解答方法
在解决这类问题时,从大到小再到大画出结构模型,先画出细胞分裂中染色体行为变化,再画DNA,再补全染色体,染色体中只要有一条脱氧核苷酸单链被标记,则认为该染色体含有放射性标记。
规律总结:
①有丝分裂:
若只复制一次,产生的子染色体都带有标记;
若复制两次,产生的子染色体只有一半带有标记。
②减数分裂:
由于减数分裂没有细胞周期,DNA只复制一次,因此产生的子染色体都带有标记。
方向真题体验
1.(2016·
上海高考)在DNA分子模型的搭建实验中,若仅有订书钉将脱氧核糖、磷酸、碱基连为一体并构建一个含10对碱基(A有6个)的DNA双链片段,那么使用的订书钉个数为( )
A.58B.78
C.82D.88
2.(2016·
全国卷Ⅱ)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
3.(2016·
全国卷Ⅰ节选)在有关DNA分子的研究中,常用32P来标记DNA分子。
用α、β和γ表示ATP或dATP(d表示脱氧)上三个磷酸基团所处的位置(A—Pα~Pβ~Pγ或dA—Pα~Pβ~Pγ)。
回答下列问题:
(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____________________________________________________________________
______________________________________________________________。
课时作业
一、选择题
1.(2019·
郑州毕业年级第一次质检)某研究小组用图中所示的6种卡片、脱氧核糖和磷酸之间的连接物、脱氧核糖和碱基之间的连接物、代表氢键的连接物若干,成功搭建了一个完整的DNA分子模型,模型中有4个T和6个G。
下列有关说法正确的是( )
A.代表氢键的连接物有24个
B.代表胞嘧啶的卡片有4个
C.脱氧核糖和磷酸之间的连接物有38个
D.理论上能搭建出410种不同的DNA分子模型
2.如图为DNA分子的片段,下列相关叙述正确的是( )
A.构成DNA分子的基本单位是⑦
B.解旋酶可以切断⑤
C.复制时DNA聚合酶催化形成①②之间的化学键
D.⑥构成DNA分子中基本骨架
山东青岛高三调研)下列有关双链DNA及其复制的叙述,正确的是( )
A.DNA中的每个脱氧核糖都与两个磷酸相连
B.DNA的双螺旋结构使DNA分子具有较强的稳定性
C.某一段若含有60个腺嘌呤,就一定会同时含有60个胞嘧啶
D.DNA分子复制合成的两条子链中碱基序列相同
4.下图中DNA分子片段中一条链由15N构成,另一条链由14N构成。
下列有关说法错误的是( )
A.DNA连接酶和DNA聚合酶都可作用于形成①处的化学键,解旋酶作用于③处
B.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%
山西太原五中高三阶段性检测)一个32P标记的噬菌体侵染在31P环境中培养的大肠杆菌,已知噬菌体DNA上有m个碱基对,其中胞嘧啶有n个,以下叙述不正确的是( )
A.大肠杆菌为噬菌体增殖提供原料和酶等
B.噬菌体DNA含有(2m+n)个氢键
C.该噬菌体增殖四次,子代噬菌体中只有14个含有31P
D.噬菌体DNA第四次复制共需要8(m-n)个腺嘌呤脱氧核苷酸
6.(2019·
山东泰安期末)下列关于真核细胞DNA复制的说法,正确的是( )
A.新的子链由4种脱氧核苷酸聚合而成,核苷酸的聚合过程需要DNA连接酶
B.构成DNA子链的4种脱氧核苷酸聚合时,ATP为降低反应活化能提供能量
C.DNA分子在解旋酶的作用下,先完成解旋后再进行复制
D.DNA复制过程中若出现错误,生物出现的新性状可能适应环境也可能不适应环境
江西九校联考)下列关于DNA的有关叙述,正确的有几项( )
①碱基互补配对原则是DNA精确复制的保障之一 ②DNA复制时一定需要解旋酶的参与 ③DNA分子的特异性是指脱氧核苷酸序列的千变万化 ④嘌呤碱基与嘧啶碱基的配对保证了DNA分子空间结构的相对稳定 ⑤在细菌的一个完整质粒中含有两个游离的磷酸基团
A.0项B.1项
C.2项D.3项
8.(2019·
石家庄模拟)如图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图,下列有关叙述错误的是( )
A.图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的
B.图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的
C.真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶
D.真核生物的这种复制方式提高了复制效率
9.(2017·
海南高考)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
10.将一个用15N标记的DNA放到14N的培养基上培养,让其连续复制三次,再将全部复制产物置于试管内进行离心,如图中分别代表复制1次、2次、3次后分层结果的是( )
A.c、e、fB.a、e、b
C.a、b、dD.c、d、f
11.(2019·
山东济南外国语学校高三阶段性检测)下列关于基因的叙述,完全正确的一组是( )
①基因是控制生物性状的遗传物质的基本单位 ②烟草花叶病毒的基因是有遗传效应的RNA片段 ③真核生物基因分布于线粒体、叶绿体和细胞核 ④生物的遗传信息是指基因中的碱基序列
A.①②④B.②③④
C.①③④D.①②③④
二、非选择题
12.如图是某DNA分子的局部结构示意图。
请据图分析回答:
(1)写出下列图中序号代表的结构的中文名称:
①________,⑥__________,⑧__________________。
(2)图中DNA片段中碱基对有________对,该DNA分子应有________个游离的磷酸基团。
(3)从主链上看,两条单链方向________,从碱基关系看,两条单链________。
(4)如果将14N标记的细胞培养在含15N标记的脱氧核苷酸的培养液中,此图所示的________________(填图中序号)中可检测到15N。
若细胞在该培养液中分裂4次,该DNA分子也复制4次,则得到的子代DNA分子中含14N和含15N的比例为________。
(5)若该DNA分子共有a个碱基,其中腺嘌呤有m个,则该DNA分子复制4次,需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸________个。
13.图1是用DNA测序仪测出的某生物的一个DNA分子片段上被标记的一条脱氧核苷酸链的碱基排列顺序(TGCGTATTGG),请回答下列问题:
(1)据图1推测,此DNA片段上的鸟嘌呤脱氧核苷酸的数量是________个。
(2)根据图1脱氧核苷酸链的碱基排列顺序,分析图2显示的脱氧核苷酸链的碱基序列为________(从上往下排序)。
(3)图1所测定的DNA片段与图2所显示的DNA片段中(A+G)/(T+C)分别为________、________,由此证明DNA分子碱基数量关系是__________________。
图1中的DNA片段与图2中的DNA片段中A/G的比值分别为________、________,由此说明了DNA分子的特异性。
14.(2019·
海口摸底)在研究DNA复制机制的过程中,为验证DNA分子的半保留复制方式,研究者以蚕豆根尖进行实验,主要步骤如下:
步骤①:
将蚕豆根尖置于含放射性3H标记胸腺嘧啶的培养液中,培养大约一个细胞周期的时间。
步骤②:
取出根尖,洗净后转移至不含放射性物质的培养液中,继续培养大约两个细胞周期的时间。
分别在第一个、第二个和第三个细胞周期取样,通过放射自显影技术检测有丝分裂中期细胞染色体上的放射性分布。
(1)本实验最主要的