第六单元 第19讲.docx

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第六单元第19讲

第19讲　DNA分子的结构、复制及基因是有遗传效应的DNA片段

[考纲要求]　1.DNA分子结构的主要特点（Ⅱ）。

2.DNA分子的复制（Ⅱ）。

3.基因的概念（Ⅱ）。

一、DNA分子的结构

[巧记]　借图记忆

“3”→三种物质：

○、

、▭；“4”→四种碱基对应四种脱氧核苷酸；“5”→五种元素：

含C、H、O；○一定含P；▭一定含N。

[判一判]

1．DNA的两条核糖核苷酸链反向平行盘旋成双螺旋结构（　×　）

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（　√　）

3．两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对（　√　）

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。

三、基因——具有遗传效应的DNA片段

1．据图①写出基因与染色体的关系：

基因在染色体上呈线性排列。

2．将代表下列结构的字母填入图②中的相应横线上：

a.染色体、b.DNA、c.基因、d.脱氧核苷酸。

3．基因的本质：

具有遗传效应的DNA片段。

[判一判]

1．构成基因的碱基总数与DNA分子的碱基总数相等（　×　）

2．某DNA片段中有100个脱氧核苷酸，则可能的排列顺序为2100种（　×　）

提示　排列顺序应为4n，n指碱基对数，100个＝50对，即应为450种，其中“4”有特定含义，代表4种碱基，不能写成2100。

3．不同DNA分子携带的遗传信息不同的根本原因在于碱基排列顺序不同（　√　）

[解惑]　

（1）基因是遗传的基本结构和功能单位，其主要载体是染色体。

线粒体和叶绿体中也存在基因。

（2）原核生物体内也存在基因，但不与蛋白质结合。

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）空间结构分析

分类

主链

内侧

构成方式

磷酸和脱氧核糖交替连接，两条主链呈反向平行，有规则盘旋成双螺旋

主链上对应碱基以氢键连接成对，对应碱基之间互补（A—T，G—C）配对，碱基平面之间平行

动态变化

相对稳定

碱基比率和碱基序列可变

（2）说出DNA三个结构特点的含义

①稳定性：

DNA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。

2．DNA碱基互补配对原则的有关计算

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的50%。

规律3：

一条链中互补碱基的和等于另一条链中这两种碱基的和。

规律4：

若一条链中，

＝n，则另一条链中

＝n，

＝n。

规律5：

若一条链中

＝K，则另一条链中

＝

。

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．如图为核苷酸链结构图，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．若该链为脱氧核苷酸链，从碱基组成上看，缺少的碱基是T

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；DNA中有A、T、C、G四种碱基，RNA中有A、U、C、G四种碱基；核苷酸分子通过磷酸二酯键连接组成核苷酸链。

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．核酸种类的判断方法

（1）DNA和RNA的判断：

含有碱基T或脱氧核糖⇒DNA

含有碱基U或核糖⇒RNA

（2）单链DNA和双链DNA的判断：

若：

⇒双链DNA

若：

嘌呤≠嘧啶⇒单链DNA

（3）DNA和RNA合成的判断：

用放射性同位素标记T或U可判断DNA和RNA的合成。

若大量消耗T，可推断正发生DNA的合成；若大量利用U，可推断正进行RNA的合成。

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（15N/15N）。

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（15N/14N）。

③轻带（密度最小）：

两条链都为14N标记的子代双链DNA（14N/14N）。

（6）实验结果：

与预期的相符。

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