届高三生物一轮复习 第6单元 第2讲 DNA分子的结构复制与基因的本质讲义 新人教版必修2.docx
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届高三生物一轮复习第6单元第2讲DNA分子的结构复制与基因的本质讲义新人教版必修2
第2讲DNA分子的结构、复制与基因的本质
考点一|DNA分子的结构及基因的本质
1.DNA分子的化学组成
(1)元素组成:
C、H、O、N、P。
(2)基本单位:
2.DNA分子的结构
(1)平面结构:
①基本骨架:
磷酸、脱氧核糖交替连接而成的反向平行长链。
②内侧:
碱基对
遵循碱基互补配对原则。
(2)空间结构:
规则的双螺旋结构。
3.DNA分子的特性
(1)相对稳定性:
DNA分子中磷酸和脱氧核糖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:
不同的DNA分子中脱氧核苷酸数目不同,排列顺序多种多样。
若某DNA分子中有n个碱基对,则排列顺序有4n种。
(3)特异性:
每种DNA分子都有区别于其他DNA的特定的碱基对排列顺序,代表了特定的遗传信息。
4.基因的本质
(1)染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系
(2)基因与碱基的关系
遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序中,构成基因的碱基数小于(填“大于”“小于”或“等于”)DNA分子的碱基总数。
1.判断有关DNA结构叙述的正误。
(1)沃森和克里克提出在DNA双螺旋结构中嘧啶数不等于嘌呤数。
(×)
【提示】由于碱基互补配对,则DNA双螺旋结构中嘧啶数等于嘌呤数。
(2)DNA单链中相邻碱基以氢键相连。
(×)
【提示】DNA单链中相邻碱基以脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖相连。
(3)T2噬菌体的遗传物质水解产生4种脱氧核苷酸。
(√)
(4)每个DNA分子中碱基数=磷酸数=核糖数。
(×)
【提示】DNA分子中的五碳糖应为脱氧核糖。
2.判断有关基因本质的正误。
(1)染色体是肺炎双球菌细胞中DNA的主要载体。
(×)
【提示】肺炎双球菌为原核生物,无染色体。
(2)基因中碱基对或脱氧核苷酸的排列顺序均可代表遗传信息。
(√)
(3)基因突变等同于DNA分子内部碱基对的替换、增添或缺失。
(×)
【提示】DNA分子中只有基因部分的碱基对替换、增添或缺失,属于基因突变。
3.图示为两种DNA结构模型,请分析:
图1图2
(1)由图1可知,每个DNA分子片段中,游离磷酸基团含有2个。
单链中相邻碱基通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖连接。
互补链中相邻碱基通过氢键连接。
(2)图2是图1的简化形式,其中①是磷酸二酯键,②是氢键。
解旋酶作用于②部位,限制性内切酶和DNA连接酶作用于①部位。
碱基互补配对原则及相关计算规律
1.碱基互补配对原则:
A一定与T配对,G一定与C配对。
2.四个计算规律。
(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,互补的两碱基之和(如A+T或C+G)占全部碱基的比值等于其任何一条单链中该种碱基比例的比值,且等于其转录形成的mRNA(T换为U)中该种碱基比例的比值。
(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。
提醒:
在整个DNA分子中该比值等于1。
(4)规律四:
在DNA双链中,一条单链的
的值,与该互补链的
的值是相等的,与整个DNA分子中的
的值是相等的。
提醒:
综合规律三、四可简记为“补则等,不补则倒”。
视角1考查DNA分子的结构及特点
1.(2017·江西师范大学附中期末)下列有关双链DNA的结构和复制的叙述正确的是()
A.DNA双螺旋结构以及碱基间的氢键使DNA分子具有较强的特异性
B.DNA分子双链间的碱基通过脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖连接
C.DNA聚合酶催化两个游离的脱氧核苷酸之间的连接
D.复制后产生的两个子代DNA分子共含有4个游离的磷酸基团
D[DNA分子的特定碱基排列顺序使其具有较强的特异性,A项错误;DNA分子双链间的碱基通过氢键连接,B项错误;DNA聚合酶催化游离的脱氧核苷酸与DNA链上的脱氧核苷酸之间的连接,C项错误;每个DNA分子的两条链各有1个游离的磷酸,因此1个DNA复制的两个DNA分子共有4个游离的磷酸基团,D项正确。
]
2.(2017·淄博市高三检测)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
10
2
3
3
2
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.可构建45种不同碱基序列的DNA
B[由表中给定的碱基A为2个,C为2个,并结合碱基互补配对原则可知最多可构建4个脱氧核苷酸对,A项错误;构成的双链DNA片段中A与T间的氢键共有4个,G与C共有6个,即最多有10个氢键,B项正确;DNA中位于一端的脱氧核糖分子均与1分子磷酸相连,位于内部的脱氧核糖分子均与2分子磷酸相连,C项错误;可构建44种不同碱基序列的DNA,D项错误。
]
[巧学助记]
DNA分子结构的“五、四、三、二、一”
视角2DNA分子中碱基含量(或比例)的分析与计算
3.(2017·济南2月调研)已知某DNA分子中,G与C之和占全部碱基总数的35.8%,其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%。
则在它的互补链中,T和C分别占该链碱基总数的()
A.32.9%,17.1%B.31.3%,18.7%
C.18.7%,31.3%D.17.1%,32.9%
B[配对的碱基之和在一条链中与在整个DNA分子中的比例是相同的,因此,一条链中A、T、C、G的比例分别为31.3%、32.9%、17.1%和18.7%,根据碱基互补配对原则,它的互补链中T、C的比例分别为31.3%、18.7%。
]
4.下列有关计算结果,错误的是()
A.DNA分子上的某个基因片段含有600个碱基对,由它控制合成的蛋白质分子最多含有的氨基酸数为200个
B.将一个被15N标记的噬菌体(含一个双链DNA分子)去侵染含14N的细菌,噬菌体复制3次后,则含有15N标记的噬菌体占总数的1/8
C.某双链DNA分子的所有碱基中,鸟嘌呤的分子数占26%,则腺嘌呤的分子数占24%
D.某DNA分子的一条单链中(A+T)/(C+G)=0.4,则其互补链中该碱基比例也是0.4
B[DNA分子上的某个基因片段含有600个碱基对,则相应的mRNA最多含有600个碱基,600个碱基含有200个密码子,200个密码子最多对应200个氨基酸;DNA进行半保留复制,将一个被15N标记的噬菌体(含一个双链DNA分子)去侵染含14N的细菌,噬菌体复制3次后,则含有15N标记的噬菌体占总数的1/4;某双链DNA分子的所有碱基中,鸟嘌呤的分子数占26%,则胞嘧啶分子数比例也为26%,腺嘌呤的分子数百分比=胸腺嘧啶分子数百分比=24%。
由碱基互补配对原则可知,DNA分子一条单链中(A+T)/(G+C)与互补链中该碱基比例相等。
]
关于碱基含量计算的简便方法“两点两法”
“两点”为两个基本点:
一是A与T配对(RNA为A与U配对),G与C配对(A=TG=C);二是双链DNA分子中,嘌呤总数=嘧啶总数=1/2碱基总数(A+G=T+C)。
“两法”为双链法和设定系数法:
用两条直线表示DNA分子的双链结构即为双链法;设定系数法即是设定一个系数来表示碱基的总数或某碱基的数目。
例如:
已知双链DNA分子中G与C占全部碱基的40%[或一条单链中(A+G)/(T+C)=0.4],可设双链DNA分子中碱基总数为200x,则一条链碱基数目为100x,G+C的数目为200x×40%=80x(或设A+G的数目为4x,则T+C=10x)。
考点二|DNA复制及相关计算
1.概念
以DNA分子为模板合成子代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.特点
(1)过程:
边解旋边复制。
(2)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:
将遗传信息由亲代传给子代,保持了遗传信息的连续性。
1.判断有关DNA复制叙述的正误。
(1)DNA复制时以DNA分子的一条链作为模板。
(×)
【提示】DNA复制的模板为解旋后的每一段母链。
(2)洋葱根尖分生区细胞在减数第一次分裂前间期进行DNA复制。
(×)
【提示】洋葱根尖分生区细胞不进行减数分裂。
(3)DNA复制时先解旋后复制。
(×)
【提示】DNA复制时边解旋边复制。
(4)DNA复制就是基因表达的过程。
(×)
【提示】基因的表达包括转录、翻译,DNA复制不属于基因的表达。
(5)蓝藻细胞的拟核及叶绿体中均可发生DNA复制。
(×)
【提示】蓝藻为原核生物,无叶绿体。
2.下图是DNA复制的有关图示,A→B→C表示大肠杆菌的DNA复制。
D→G表示哺乳动物的DNA分子复制。
图中黑点表示复制起始点,“→”表示复制方向。
(1)若A中含48502个碱基对,而子链延伸速度是105个碱基对/分,则此DNA分子复制完成约需30s。
而实际上只需约16s。
根据A→C图分析,是因为复制是双向进行的。
(2)哺乳动物的DNA分子展开可达2m之长,若按A→C的方式复制,至少8h,而实际上约6h左右。
据D→G图分析,是因为从多个起始点同时进行复制。
(3)A→G均有以下特点:
延伸的子链紧跟着解旋酶,这说明DNA分子复制是边解旋边复制的。
(4)C与A相同,G与D相同,C、G能被如此准确地复制出来,是因为DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供精确的模板;DNA分子的碱基互补配对保证了DNA分子复制准确无误地完成。
1.生物体中DNA分子复制的场所
2.DNA分子复制中相关计算的规律方法
DNA分子复制为半保留复制,若将一个被15N标记的DNA转移到含14N的培养基中培养(复制)若干代,其结果分析如下:
(1)子代DNA分子数:
2n个。
①无论复制多少次,含15N的DNA分子始终是2个。
②含14N的有2n个,只含14N的有(2n-2)个,做题时应看准是“含”还是“只含”。
(2)子代DNA分子的总链数:
2n×2=2n+1条。
①无论复制多少次,含15N的链始终是2条。
做题时应看准是“DNA分子数”还是“链数”。
②含14N的链数是(2n+1-2)条。
(3)消耗的脱氧核苷酸数。
①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸为m×(2n-1)个。
②若进行第n次复制,则需消耗该脱氧核苷酸数为m×2n-1个。
视角1考查DNA复制的过程及特点
1.如图表示大肠杆菌的DNA复制示意图。
如果是单起点单向复制,按正常的子链延伸速度,此DNA分子复制约需30s,而实际上复制从开始到结束只需约16s。
据图分析,下列说法不正确的是()
A.此DNA分子复制为半保留复制
B.该DNA分子从两个起点进行双向复制
C.将甲置于含15N的培养液中复制3次,子代DNA都含15N
D.甲分子中碱基A占20%,那么其子代DNA中鸟嘌呤占30%
B[从图中可知,DNA分子为半保留复制,A项正确;此DNA分子应该是从1个起点双向复制,B项错误;由于新合成的子链都含有15N,所以子代DNA分子都含有15N,C项正确;根据碱基互补配对原则,可知子代DNA中鸟嘌呤占30%,D项正确。
]
2.如图为真核细胞DNA复制过程示意。
据图分析,下列相关叙述中错误的是()
A.由图示得知,子链是沿着一定方向延伸的
B.合成两条子链时,DNA聚合酶移动的方向是相反的
C.细胞内的DNA复制场所有细胞核、叶绿体、线粒体
D.解旋需解旋酶及DNA聚合酶的催化,且需要消耗ATP
D[由题图可知,A、B正确;细胞内的DNA分布在细胞核、线粒体和叶绿体中,这三个结构都可以进行DNA复制;解旋不需要DNA聚合酶参与。
]
视角2考查DNA复制的相关计算
3.将一个没有放射性同位素32P标记的大肠杆菌(拟核DNA呈环状,共含有m个碱基,其中有a个胸腺嘧啶)放在含有32P-胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中培养一段时间,检测到如下图Ⅰ、Ⅱ两种类型的DNA(虚线表示含有放射性的脱氧核苷酸链)。
下列有关该实验的结果预测与分析,正确的是()
A.DNA第二次复制产生的子代DNA有Ⅰ、Ⅱ两种类型,比例为1∶3
B.DNA复制后分配到两个子细胞时,其上的基因遵循基因分离定律
C.复制n次需要胞嘧啶的数目是(2n-1)(m-a)/2
D.复制n次形成的放射性脱氧核苷酸单链为2n+1-2
D[DNA第二次复制产生的子代DNA共4个,有Ⅰ、Ⅱ两种类型,比例为1∶1,A错误;大肠杆菌属于原核生物,无同源染色体,不遵循孟德尔的分离定律,B错误;复制n次需要胞嘧啶的数目是
·(2n-1),C错误;DNA分子是双链结构,一个不含放射性同位素32P标记的大肠杆菌拟核DNA共2条链,所以复制n次形成的放射性脱氧核苷酸单链为2n+1-2,D正确。
]
巧借模式图解答与DNA复制有关问题
学会画DNA分子半保留复制图解有助于理解DNA的相关计算规律,如下图所示:
真题验收|感悟高考淬炼考能
1.(2013·全国卷Ⅱ)关于DNA和RNA的叙述,正确的是()
A.DNA有氢键,RNA没有氢键
B.一种病毒同时含有DNA和RNA
C.原核细胞中既有DNA,也有RNA
D.叶绿体、线粒体和核糖体都含有DNA
C[DNA为双链,两条链间以氢键连接,RNA为单链,但也有双链区域,如tRNA三叶草构象,双链区域也含氢键,A错误;病毒是非细胞生物,只含有DNA或者RNA一种核酸,B错误;细胞生物都含有DNA和RNA,C正确;线粒体、叶绿体为半自主性细胞器,具有DNA,核糖体含rRNA和蛋白质,D错误。
]
2.(2014·山东高考)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()
C[双链DNA分子中,(A+C)/(T+G)一定等于1,A错误;当一条链中存在(A1+C1)/(T1+G1)=1时,其互补链中存在(A2+C2)/(T2+G2)=(T1+G1)/(A1+C1)=1,B错误;在DNA分子中,存在(A1+T1)/(G1+C1)=(A2+T2)/(G2+C2)=(A+T)/(G+C),C正确、D错误。
]
3.(2015·上海高考)若N个双链DNA分子在第i轮复制结束后,某一复制产物分子一条链上的某个C突变为T,这样在随后的一轮复制结束时,突变位点为AT碱基对的双链DNA分子数与总DNA分子数的比例始终为()
A.
B.
C.
D.
C[N个双链DNA分子在第i轮复制后形成N×2i个DNA分子中,某DNA分子的一条链上某个C突变为T,则在随后的一轮复制结束时,有1个DNA分子中突变位点为AT碱基对,占双链DNA分子数的比例为
;在随后的两轮复制结束时,突变位点为A-T碱基对的双链DNA分子数的比例应为2/(N×2i+2)=
。
]
1.DNA的两条脱氧核苷酸链反向平行盘旋成规则的双螺旋结构。
2.DNA双螺旋结构的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成的。
3.DNA上的碱基对严格遵循碱基互补配对原则,通过氢键连接。
4.DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序代表了遗传信息。
5.DNA复制具有边解旋边复制、半保留复制的特点。
6.DNA复制需要解旋酶和DNA聚合酶参与。
7.基因是具有遗传效应的DNA片段。
8.染色体是基因的主要载体,线粒体、叶绿体中也存在基因。
DNA复制与细胞分裂中染色体标记情况分析
1.DNA分子复制特点及子DNA存在位置与去向
(1)复制特点:
半保留复制即新DNA分子总有一条链来自亲代DNA(即模板链),另一条链(子链)由新原料构建而成。
(2)2个子DNA位置:
当一个DNA分子复制形成两个新DNA分子后,此两个DNA恰位于两姐妹染色单体上,且由着丝点连在一起,即
(3)子DNA去向:
在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期,当着丝点分裂时,两姐妹染色单体分开,分别移向细胞两极,此时子DNA随染色单体分开而分开。
2.DNA分子连续复制两次的图像及解读
(2017·佛山市二模)用32P标记某动物精原细胞的全部核DNA,然后将细胞置于31P标记的培养液中培养,使其进行一次有丝分裂或减数分裂(MⅠ、MⅡ),下列有关叙述正确的是()
A.有丝分裂前期与MⅠ前期细胞中,32P标记的DNA分子数相同、染色体数不同
B.有丝分裂后期与MⅠ后期细胞中,32P标记的DNA分子数不同、染色体数不同
C.有丝分裂中期与MⅡ中期细胞中,32P标记的DNA分子数不同、染色体数不同
D.有丝分裂后期与MⅡ后期细胞中,32P标记的DNA分子数不同、染色体数相同
【解析】由题干信息并结合DNA的半保留复制以及细胞分裂过程中染色体数目、DNA变化规律可知:
有丝分裂前期与MⅠ前期细胞中,32P标记的DNA分子数目相同,染色体数也相同,A项错误;有丝分裂后期与MⅠ后期细胞中32P标记DNA分子数目相同,前者的染色体数目是后者的2倍,B项错误;有丝分裂中期与MⅡ中期细胞中,前者被32P标记的DNA分子数目、染色体数均为后者的2倍,C项正确;有丝分裂后期与MⅡ后期细胞中,前者被32P标记的DNA分子数目、染色体数均为后者的2倍,D项错误。
【答案】C
模型法巧解细胞分裂染色体标记题
解答此类问题的关键是构建细胞分裂过程模型图,并完成染色体与DNA的转换。
具体如下:
第一步
画出含一条染色体的细胞图,下方画出该条染色体上的1个DNA分子,用竖实线表示含同位素标记
第二步
画出复制一次,分裂一次的子细胞染色体图,下方画出染色体上的DNA链,未被标记的新链用竖虚线表示
第三步
再画出第二次复制(分裂)后的细胞的染色体组成和DNA链的情况
第四步
若继续推测后期情况,可想象着丝点分裂,染色单体(a与a′)分开的局面,并进而推测子细胞染色体情况
[跟踪练习]
1.将DNA分子双链用3H标记的某动物精原细胞(2n=8)移入适宜培养条件(不含放射性元素)下,让细胞连续进行两次有丝分裂,再进行一次减数分裂。
根据如图所示判断在减数第二次分裂中期,细胞中染色体的标记情况依次是()
A.2个b,6个c
B.b+c=8个,但b和c数目不确定
C.4个b,4个c
D.b+c=4个,但b和c数目不确定
D[让该精原细胞连续进行两次有丝分裂,再进行一次减数分裂,该过程中DNA共复制3次。
根据DNA分子半保留复制特点,第一次有丝分裂形成的两个子细胞中均含有8条染色体,8个DNA分子,且这8个DNA分子都只有一条链含有3H标记;第二次有丝分裂形成的两个子细胞中共有8条染色体,这8条染色体中只有部分被3H标记,且具体数目不确定;减数第二次分裂中期,细胞中同有4条染色体,有部分染色体的一条染色单体被标记,即图中b,还有部分染色体没有被标记,即图中c,则b+c=4个,但b和c数目不确定。
]
2.将染色体上全部DNA分子双链经32P标记的雄性哺乳动物细胞(染色体数为20)置于不含32P的培养基中培养。
下列推断中,正确的是()
A.若减数分裂结束,则产生的子细胞中有5对同源染色体,每条都含32P
B.若完成一次有丝分裂,则产生的子细胞中含20条染色体,其中10条含32P
C.若进行减数分裂,则每个减Ⅱ后期细胞中均含2个Y染色体且都含32P
D.若进行一次有丝分裂,则分裂中期细胞的染色体上共有40个DNA分子且都含32P
D[减数分裂结束,同源染色体分离,因此子细胞中不存在同源染色体,A错误;若完成一次有丝分裂,则产生的子细胞中含20条染色体,20条染色体上的DNA分子均有一条脱氧核苷酸链被标记,即20条染色体含有标记,B错误;在减数第一分裂后期,由于X染色体和Y染色体分离,因此每个减数第二次分裂后期细胞中可能含有2个Y染色体或2个X染色体,C错误;若进行一次有丝分裂,则分裂中期细胞的染色体上共有40个DNA分子,且每个DNA分子均有一条脱氧核苷酸链被标记,D正确。
]