第六单元 第22讲.docx

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第六单元第22讲

考点一　DNA分子的结构及相关计算

1.DNA分子的化学组成

（1）基本组成元素：

C、H、O、N、P。

（2）基本单位

2.DNA分子的结构

（1）主要特点

①两条脱氧核苷酸长链反向平行盘旋而成。

②脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。

③两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，例如：

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。

[诊断与思考]

1.判断下列说法的正误

（1）沃森和克里克研究DNA分子的结构时，运用了构建物理模型的方法（　√　）

（2）富兰克林和威尔金斯对DNA双螺旋结构模型的建立也作出了巨大的贡献（　√　）

（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（　×　）

（4）嘌呤碱基与嘧啶碱基的结合保证了DNA分子空间结构的相对稳定（　√　）

（5）DNA分子中两条脱氧核苷酸链之间的碱基一定是通过氢键连接的（　√　）

（6）含有G、C碱基对比较多的DNA分子热稳定性较差（　×　）

（7）分子大小相同、碱基含量相同的核酸分子所携带的遗传信息一定相同（　×　）

2.据图回答相关问题：

（1）基本结构

①由磷酸、脱氧核糖、含氮碱基组成，三者之间的数量关系为1∶1∶1。

②磷酸：

每个DNA片段中，游离的磷酸基团有2个。

（2）水解产物

DNA的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。

（3）DNA分子中存在的化学键

①氢键：

碱基对之间的化学键，可用解旋酶断裂，也可加热断裂，A与T之间有两个氢键，G与C之间有三个氢键。

②磷酸二酯键：

磷酸和脱氧核糖之间的化学键，用限制性核酸内切酶处理可切断，用DNA连接酶处理可连接。

（4）碱基对数与氢键数的关系

若碱基对数为n，则氢键数为2n～3n，若已知A有m个，则氢键数为3n－m。

3.据图分析DNA分子结构中的碱基计算

（1）在双链DNA分子中，互补碱基两两相等，A＝T，C＝G，A＋G＝C＋T，即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。

（2）在双链DNA分子中，互补的两碱基之和（如A＋T或C＋G）占全部碱基的比例等于其任何一条单链中这两种碱基之和占该单链中碱基数的比例。

（3）DNA分子一条链中（A＋G）/（C＋T）的比值的倒数等于互补链中该种碱基的比值，在整个DNA分子中该比值等于1。

（不配对的碱基之和的比值在两条单链中互为倒数）

（4）DNA分子一条链中（A＋T）/（C＋G）的比值等于其互补链和整个DNA分子中该种比例的比值。

（配对的碱基之和的比值在两条单链和双链中比值都相等）

（5）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。

（6）若已知A占双链的比例为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。

题组一　DNA分子的结构分析

1.（2013·广东，2）1953年Watson和Crick构建了DNA双螺旋结构模型，其重要意义在于（　　）

①证明DNA是主要的遗传物质　②确定DNA是染色体的组成成分　③发现DNA如何储存遗传信息　④为DNA复制机制的阐明奠定基础

A.①③B.②③C.②④D.③④

答案　D

解析　沃森和克里克提出的DNA双螺旋结构模型的特点是：

（1）DNA分子由两条链组成，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构；

（2）两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对有一定的规律：

A一定与T配对，G一定与C配对。

DNA中碱基对排列顺序可以千变万化，这为解释DNA如何储存遗传信息提供了依据；一个DNA分子之所以能形成两个完全相同的DNA分子，其原因是DNA分子的双螺旋结构为复制提供了精确的模板，碱基互补配对原则保证复制精确完成，所以DNA双螺旋结构模型的构建为人们后来阐明DNA复制的机理奠定了基础。

2.如图表示一个DNA分子的片段，下列有关表述正确的是（　　）

A.④代表的物质中储存着遗传信息

B.不同生物的DNA分子中④的种类无特异性

C.转录时该片段的两条链都可作为模板链

D.DNA分子中A与T碱基对含量越高，其结构越稳定

答案　B

解析　遗传信息蕴藏在4种脱氧核苷酸的排列顺序之中，单个核苷酸则不能储存遗传信息，A项错误；不同生物的DNA均由4种脱氧核苷酸（包括④）组成，B项正确；转录时以其中的一条链为模板，C项错误；由于C—G碱基对含3个氢键，所以C—G碱基对含量越高，DNA越稳定，D项错误。

题组二　DNA分子结构中的碱基计算

3.某双链DNA分子中含有200个碱基，一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则该DNA分子（　　）

A.四种含氮碱基A∶T∶G∶C＝4∶4∶7∶7

B.若该DNA中A为p个，占全部碱基的

（m>2n），则G的个数为

－p

C.碱基排列方式共有4200种

D.含有4个游离的磷酸

答案　B

解析　该DNA分子的一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，另一条链上A∶T∶G∶C＝2∶1∶4∶3，整个DNA分子中A∶T∶G∶C＝3∶3∶7∶7；若该DNA中A为p个，占全部碱基的

，则碱基总数为

个，则G＝

＝

＝

－p；该DNA分子含有100个碱基对，30个A—T碱基对，70个G—C碱基对，碱基排列方式少于4100种；一个DNA分子由两条DNA链组成，含2个游离的磷酸。

4.下列是一组有关双链DNA分子中含氮碱基的问题，请回答：

（1）若A占20%，则G占________。

（2）若双链DNA中A占20%，且一条链中的A占20%，则此链中C所占比例的最大值是________。

（3）一条链中（A＋C）/（T＋G）＝0.4，互补链中的此值是________。

（4）一条链中（A＋T）/（C＋G）＝0.4，互补链中的此值是________。

（5）若A有P个，占全部碱基数的20%，则该DNA分子中的G有________个。

答案　

（1）30%　

（2）60%　（3）2.5　（4）0.4　（5）1.5P

解析　

（1）由双链DNA分子的嘌呤碱基数占总碱基数的一半可知：

A＋G＝50%，因而G占30%。

（2）由双链DNA分子A占20%可知：

该DNA分子中（A＋T）占40%，（C＋G）占60%，对任意一条链而言，某种碱基所占比例的最大值即该对碱基所占的比例，因而，C最多占该链的60%。

（3）由双链DNA中，一条链中的（A＋C）/（T＋G）与另一条链中的该比值互为倒数可知：

其互补链中的（A＋C）/（T＋G）＝1/0.4＝2.5。

（4）由于双链DNA及任意一条链中的（A＋T）/（C＋G）为一定值，可知其互补链中的（A＋T）/（C＋G）＝0.4。

（5）若A有P个，占全部碱基数的20%，则DNA分子的总碱基数为P/20%＝5P（个），而由双链DNA分子的嘌呤碱基数占总碱基数的一半可知：

G占总碱基数的50%－20%＝30%，则G有5P×30%＝1.5P（个）。

1.把握DNA结构的3个常考点

（1）

（2）

（3）

2.DNA分子中有关碱基比例计算的解题步骤

解DNA分子中有关碱基比例计算的试题时要分三步进行：

（1）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。

（2）画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知和所求的碱基。

（3）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本质

1.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：

有丝分裂的间期或减数第一次分裂前的间期。

（3）过程

（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子代，保持了遗传信息的连续性。

2.观察下面的基因关系图，完善相关内容

[诊断与思考]

1.判断下列说法的正误

（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）DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制（　×　）

（3）单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链（　×　）

（4）DNA复制时，严格遵循A－U、C－G的碱基互补配对原则（　×　）

2.如图为真核细胞DNA复制过程的模式图，据图回答相关问题：

（1）由图示得知，DNA分子复制的方式具有什么特点？

提示　半保留复制。

（2）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双链发生解旋；后者催化形成新的子链。

3.DNA复制过程中的数量关系

DNA复制为半保留复制，若将亲代DNA分子复制n代，其结构分析如下：

（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分子数为2n个。

（2）子代脱氧核苷酸链数为2n＋1条。

①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，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸数为m·（2n－1）个。

②第n次复制所需该脱氧核苷酸数为m·2n－1个。

题组一　DNA复制过程的分析

1.下图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图，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速率

答案　A

解析　从图中能看出有多个复制起点，但并不是同时开始，所以A错误。

图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的，真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶、DNA聚合酶等酶的参与。

这种半保留复制的模式不仅保持前后代的稳定性，同时每次复制都可产生两个DNA分子，提高了复制速率。

2.在DNA复制开始时，将大肠杆菌放在含低剂量3H标记的脱氧胸苷（3H－dT）的培养基中，3H－dT可掺入正在复制的DNA分子中，使其带有放射性标记。

几分钟后，将大肠杆菌转移到含高剂量3H－dT的培养基中培养一段时间。

收集、裂解细胞，抽取其中的DNA进行放射性自显影检测，结果如图所示。

据图可以作出的推测是（　　）

A.复制起始区在高放射性区域

B.DNA复制为半保留复制

C.DNA复制从起始点向两个方向延伸

D.DNA复制方向为a→c

答案　C

解析　根据放射性自显影结果可知，中间低放射性区域是复制开始时在含低剂量3H标记的脱氧胸苷（3H－dT）的培养基中进行复制的结果，A项错误；两侧高放射性区域是将大肠杆菌转移到含高剂量3H－dT的培养基中进行复制的结果，因此可判断DNA复制从起始点（中间）向两个方向延伸，C项正确，D项错误；该实验不能证明DNA复制为半保留复制，B项错误。

题组二　DNA复制的相关计算

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14N培养基中连续复制4次，其结果可能是（　　）

A.含有14N的DNA占100%

B.复制过程中需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

答案　A

解析　在14N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有

＝40个，复制过程中消耗A＝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.假设一个双链均被32P标记的噬菌体DNA由5000个碱基对组成，其中腺嘌呤占全部碱基的20%。

用这个噬菌体侵染只含31P的大肠杆菌，共释放出100个子代噬菌体。

下列叙述正确的是（　　）

A.该过程至少需要3×105个鸟嘌呤脱氧核苷酸

B.噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶等

C.含32P与只含31P的子代噬菌体的比例为1∶49

D.该DNA发生突变，其控制的性状即发生改变

答案　C

解析　由题干可得，噬菌体的DNA含有10000个碱基，那么A＝T＝2000，G＝C＝3000。

在噬菌体增殖的过程中，DNA进行半保留复制，100个子代噬菌体含有100个DNA，相当于新合成了99个DNA，至少需要鸟嘌呤（G）脱氧核苷酸数为99×3000＝297000，A项错误；噬菌体增殖的过程中需要自身的DNA作为模板，而原料和酶由细菌提供，B项错误；根据半保留复制方式，在100个子代噬菌体的DNA中，同时含32P和31P的有2个，只含31P的有98个，C项正确；DNA发生突变，控制的性状不一定改变，如AA突变为Aa或者发生密码子的简并性等，D项错误。

题组三　DNA复制方式的实验探究

5.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（弥散）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15N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Ⅰ代能分辨出两条DNA带：

一条______________带和一条______________带，则可以排除__________________________________________________。

（2）如果子Ⅰ代只有一条中密度带，则可以排除__________，但不能肯定是______________。

（3）如果子Ⅰ代只有一条中密度带，再继续做子Ⅱ代DNA密度鉴定：

若子Ⅱ代可以分出_____________和__________________，则可以排除分散复制，同时肯定半保留复制；如果子Ⅱ代不能分出________密度两条带，则排除_____________，同时确定为______________。

答案　

（1）轻（14N/14N）　重（15N/15N）　半保留复制和分散复制　

（2）全保留复制　半保留复制或分散复制　（3）一条中密度带　一条轻密度带　中、轻　半保留复制　分散复制

解析　从题目中的图示可知，深色为亲代DNA的脱氧核苷酸链（母链），浅色为新形成的子代DNA的脱氧核苷酸链（子链）。

因此全保留复制后得到的两个DNA分子，一个是原来的两条母链重新形成的DNA分子，一个是两条子链形成的DNA分子；半保留复制后得到的每个子代DNA分子的一条链为母链，一条链为子链；分散复制后得到的每个子代DNA分子的单链都是由母链片段和子链片段间隔连接而成的。

6.科学家以大肠杆菌为实验对象，运用同位素示踪技术及密度梯度离心方法进行了DNA复制方式的探索实验，实验内容及结果见下表。

组别

1组

2组

3组

4组

培养液中

唯一氮源

14NH4Cl

15NH4Cl

14NH4Cl

14NH4Cl

繁殖代数

多代

多代

一代

两代

培养产物

A

B

B的子Ⅰ代

B的子Ⅱ代

操作

提取DNA并离心

离心结果

仅为轻带

（14N/14N）

仅为重带

（15N/15N）

仅为中带

（15N/14N）

1/2轻带

（14N/14N）

1/2中带

（15N/14N）

请分析并回答：

（1）要得到DNA中的N全部被放射性标记的大肠杆菌B，必须经过__________代培养，且培养液中的____________是唯一氮源。

（2）综合分析本实验的DNA离心结果，第________组结果对得到结论起到了关键作用，但需把它与第________组和第________组的结果进行比较，才能说明DNA分子的复制方式是________________________。

（3）分析讨论：

①若B的子Ⅰ代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带，则“重带”DNA来自于________，据此可判断DNA分子的复制方式不是________复制。

②若将B的子Ⅰ代DNA双链分开后再离心，其结果__________（选填“能”或“不能”）判断DNA的复制方式。

③若在同等条件下将B的子Ⅱ代继续培养，子n代DNA离心的结果是：

密度带的数量和位置____________，放射性强度发生变化的是________带。

④若某次实验的结果中，B的子Ⅰ代DNA的“中带”比以往实验结果的“中带”略宽，可能的原因是新合成DNA单链中的N中有少部分含________。

答案　

（1）多　15N（15NH4Cl）　

（2）3　1　2　半保留复制　（3）①B　半保留　②不能　③没有变化　轻　④15N

解析　在探究DNA分子的复制方式为半保留复制的实验中，“重带”应为两条单链均被15N标记，“轻带”为两条单链均被14N标记，“中带”为一条单链被14N标记，另一条单链被15N标记。

题组四　DNA复制与细胞分裂的关系

7.取小鼠睾丸中的一个精原细胞，在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续完成减数分裂过程。

下列有关叙述正确的是（　　）

A.初级精母细胞中每条染色体的两条染色单体都被标记

B.次级精母细胞中每条染色体都被标记

C.只有半数精细胞中有被标记的染色体

D.所有精细胞的全部染色体中，被标记的染色体数与未被标记的染色体数相等

答案　D

解析　一个精原细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期后，形成的子细胞中每条染色体的DNA分子中都只有一条单链被标记。

将该子细胞放在不含放射性标记的培养基中完成减数分裂过程中，初级精母细胞中每条染色体上只有一条染色单体被标记；在减数第二次分裂后期，次级精母细胞中只有一半染色体被标记；由于在减数第二次分裂后期着丝点分裂后，被标记的染色体和未被标记的染色体进行随机结合后移向细胞两极，因此，含被标记的染色体的精细胞占全部精细胞的比例不能确定，但所有精细胞的全部染色体中有一半染色体是被标记的。

8.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，在第二次细胞分裂完成后每个细胞中被32P标记的染色体条数是（　　）

A.0条B.20条

C.大于0小于20条D.以上都有可能

答案　D

解析　第一次细胞分裂完成后形成的细胞中，DNA双链均是一条链含有32P，另一条链不含32P，第二次细胞分裂的间期，染色体复制后每条染色体上都是一条染色单体含32P，一条染色单体不含32P，有丝分裂后期，姐妹染色单体分离，如果含32P的20条染色体同时移向细胞的一极，不含32P的20条染色体同时移向细胞的另一极，则产生的子细胞中被32P标记的染色体条数分别是20条和0条；如果移向细胞两极的20条染色体中既有含32P的，也有不含32P的，则形成的子细胞中被32P标记的染色体条数大于0小于20条。

1.将含有15N标记的1个DNA分子放在含有14N的培养基中培养，复制n次。

（1）含14N的DNA分子有2n个，只含14N的DNA分子有（2n－2）个，做题时看准是“含”还是“只含”。

（2）子代DNA分子中，总链数为2n×2＝2n＋1条，模板链始终是2条，做题时应看准是“DNA分子数”，还是“链数”。

2.利用图示法理解细胞分裂与DNA复制的相互关系

此类问题可通过构建模型图解答，如下图：

这样来看，最后形成的4个子细胞有3种情况：

第一种情况是4个细胞都是

；第2种情况是2个细胞是

，1个细胞是

，1个细胞是

；第3种情况是2个细胞是

，另外2个细胞是

。

知识网络　答题语句

网络构建

要语强记

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。

探究高考　明确考向

1.（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（　　）

答案　C

解析　双链DNA分子中，（A＋C）/（T＋G）一定等于1，A项错误；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项错误；在DNA分子中，存在（A1＋T1）/（G1＋C1）＝（A2＋T2）/（G2＋C2）＝（A＋T）/（G＋C），C项正确、D项错误。

2.（2010·上海，4）细胞内某一DNA片段中有30%的碱基为A，则该片段中（　　）

A.G的含量为30%B.U的含量为30%

C.嘌呤含量为50%D.嘧啶含量为40%

答案　C

解析　因在DNA分子双链间只有A－T和G－C碱基对，故A＝T＝30%，G＝C＝20%，A＋G＝50%，T＋C＝50%。

3.（2014·上海，4）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连续复制两次后的产物是（　　）

答案　D

解析　根据DNA半保留复制的特点可知，亲代DNA的两条链（白色）应在不同的子代DNA分子中，A、B错误；第一次复制合成的子链（灰色）应有2条，第二次复制合成的子链（黑色）应有4条，由此可判断C错误，D正确。

4.（2012·福建，5）双脱氧核苷酸常用于DNA测序，其结构与脱氧核苷酸相似，能参与DNA的合成，且遵循碱基互补配对原则。

DNA合成时，在DNA聚合酶作用下，若连接上的是双脱氧核苷酸，子链延伸终止；若连接上的是脱氧核苷酸，子链延伸继续。

在人工合成体系中，有适量的序列为GTACATACATG的单链模板、胸腺嘧啶双脱氧核苷酸和4种脱氧核苷酸。

则以该单链为模板合成出的不同长度的子链最多有（　　）

A.2种B.3种

C.4种D.5种

答案　D

解析　在DNA双螺旋结构中，碱基A与T、G与C分别形成碱基对，胸腺嘧啶双脱氧核苷酸（假定用T′表示）应与A配对形成氢键。

故碱基序列为GTACATACATG的单链模板在正常脱氧核苷酸环境中会生成如下双链DNA分子：

G　T　A　C　A　T　A　C　A　T　G

CATGTATGTAC

①②③④

双脱氧核苷酸会使子链合成终止，因此当DNA复制时若加入胸腺嘧啶双