高考 一轮复习人教版 DNA分子的结构复制与基因的本质 学案doc.docx
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高考一轮复习人教版DNA分子的结构复制与基因的本质学案doc
2020届一轮复习人教版DNA分子的结构、复制与基因的本质学案
知识体系——定内容
核心素养——定能力
生命
观念
通过掌握DNA分子的结构和功能，理解生命的延续和发展
科学
思维
通过DNA分子中的碱基数量和DNA复制的计算规律，培养归纳与概括、逻辑分析和计算能力
科学
探究
通过DNA复制方式的探究，培养实验设计及结果分析的能力
考点一 DNA分子的结构和相关计算[重难深化类]
1．DNA分子结构模型的建立者及DNA的组成
（1）DNA双螺旋模型构建者：
沃森和克里克。
（2）图解DNA分子结构
2．DNA分子结构特点
（1）多样性：
若DNA含有n个碱基对，则其可能有4n种碱基对排列顺序。
（2）特异性：
每个DNA分子都有其特定的碱基对排列顺序。
（3）稳定性：
两条主链磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变，碱基对配对方式不变等。
[基础自测]
1．判断下列叙述的正误
（1）双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的（×）
（2）双链DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数（√）
（3）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（√）
（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）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（×）
（7）含有G、C碱基对比较多的DNA分子热稳定性较差（×）
（8）磷酸与脱氧核糖交替连接构成DNA链的基本骨架（√）
（9）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（2014·江苏卷，T4D）（√）
2．根据DNA分子结构图回答下列问题
（1）基本单位：
脱氧核苷酸。
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每个DNA片段中，含
个游离的磷酸基团。
（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。
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割，用DNA连接酶处理可连接。
（4）碱基对数与氢键数的关系：
①若碱基对数为n，则氢键数为2n～3n。
②若n个碱基对中，A有m个，则氢键数为3n－m。
3．学透教材、理清原因、规范答题用语专练
（1）DNA分子的多样性与其空间结构________（填“有关”或“无关”），其多样性的原因是________________________________________________________________________
________________________。
（2）DNA分子的结构具有稳定性的原因是______________________________________
________________________________________________________________________。
答案：
（1）无关 不同DNA分子中碱基排列顺序是千变万化的
（2）外侧的脱氧核糖和磷酸交替排列的方式稳定不变，内侧碱基配对方式稳定不变
借助示意图辨析DNA分子的结构
[典型图示]
[问题设计]
（1）由图1可解读以下信息：
（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，限制性核酸内切酶和DNA连接酶作用于①部位。
[对点落实]
1．（2019·福州一模）如图所示为双链DNA分子的平面结构模式图。
下列叙述正确的是（ ）
A．图示DNA片段中有15个氢键
B．沃森和克里克利用构建数学模型的方法，提出DNA的双螺旋结构
C．只有在解旋酶的作用下图示双链才能解开
D．在双链DNA分子中，每个磷酸基团连接1个脱氧核糖
解析：
选A 图示的DNA片段共有6个碱基对，A－T有3对、G－C有3对，因A－T之间含2个氢键，G－C之间含3个氢键，所以该DNA片段共有15个氢键；沃森和克里克构建的是物理模型；要使DNA双链解开，不仅可以用DNA解旋酶，还可以用高温加热解旋；在双链DNA分子中，每条链中间的每个磷酸基团都分别连接2个脱氧核糖，每条链两端的磷酸基团只连接1个脱氧核糖。
2．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．构建的双链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
解析：
选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；构建的双链DNA片段中A与T间的氢键共有4个，G与C间的氢键共有6个，即最多有10个氢键；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；4个碱基对可构建44种不同碱基序列的DNA。
[类题通法]
“三看法”判断DNA分子结构的正误
“归纳法”求解DNA分子中的碱基数量的计算规律
（1）在DNA双链中嘌呤总数与嘧啶总数相同，即A＋G＝T＋C。
（2）“互补碱基之和”的比例在任意一条链及整个DNA分子中都相同，即若在一条链中
＝m，在互补链及整个DNA分子中
＝m，而且由任一条链转录来的mRNA分子中（A＋U）/（G＋C）仍为m。
（注：
不同DNA分子中m值可不同，显示特异性）
（3）非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数，在整个DNA分子中为1，即若在DNA一条链中
＝a，则在其互补链中
＝1/a，而在整个DNA分子中
＝1。
（注：
不同双链DNA分子中互补碱基之和的比均为1，无特异性）
[对点落实]
3．（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（ ）
解析：
选C DNA分子中（A＋C）/（T＋G）应始终等于1；一条单链中（A＋C）/（T＋G）与其互补链中（A＋C）/（T＋G）互为倒数，一条单链中（A＋C）/（T＋G）＝0.5时，则互补链中（A＋C）/（T＋G）＝2；一条单链中（A＋T）/（G＋C）与其互补链中（A＋T）/（G＋C）及DNA分子中（A＋T）/（G＋C）都相等。
4．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%
解析：
选B 配对的碱基之和的比例在任意一条链中与在整个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%。
5．（2019·临沂模拟）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n/m（m>2n），则G的个数为pm/2n－p
C．碱基排列方式共有4200种
D．含有4个游离的磷酸基团
解析：
选B 该DNA分子中A∶T∶G∶C＝3∶3∶7∶7；若该DNA分子中A为p个，其占全部碱基的n/m，则全部碱基数为pm/n，所以G的个数为
÷2，即pm/2n－p；对于某种特定的DNA分子其碱基的排列方式是特定的，只有一种；一个DNA分子含有2个游离的磷酸基团。
[类题通法]
解答有关碱基计算题的“三步曲”
随着社会的发展，基因研究相关成果的应用越来越广泛，如DNA指纹、DNA分子杂交等建立在遗传物质多样性和特异性基础上的应用，教材中也有资料对此进行了介绍。
研究近年来高考命题发现，教材中的资料往往是命题的重要素材。
这体现了关注教材基础知识和学以致用的命题思路。
[对点落实]
6．DNA指纹技术正发挥着越来越重要的作用，可用于亲子鉴定、侦察罪犯等方面，请思考并回答下列有关DNA指纹技术的问题。
（1）DNA亲子鉴定中，DNA探针必不可少，DNA探针是一种已知碱基顺序的DNA片段。
请问用DNA探针检测基因所用的原理是________________________________________。
现在已知除了同卵双生双胞胎外，每个人的DNA都是独一无二的，就好像指纹一样，这说明：
______________________________________________________________。
（2）为了确保实验的准确性，需要克隆出较多的DNA样品，若一个只含31P的DNA分子以被32P标记的脱氧核苷酸为原料连续复制3次后，含32P的单链占全部单链的________。
（3）DNA指纹技术可应用于尸体的辨认工作中，煤矿瓦斯爆炸事故中尸体的辨认就可借助于DNA指纹技术。
①如表所示为分别从尸体和死者生前的生活用品中提取的某条染色体上同一区段DNA单链的碱基序列，根据碱基配对情况判断（不考虑基因突变），A、B、C三组DNA中不是同一人的是______组。
A组
B组
C组
尸体中的DNA碱基序列
ACTGACGGTT
GGCTTATCGA
GCAATCGTGC
家属提供的DNA碱基序列
TGACTGCCAA
CCGAATAGCA
CGGTAAGACG
②为什么从尸体与死者家属提供的死者生前的生活用品中分别提取的DNA可以完全互补配对？
__________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
（1）DNA探针检测基因依据的是碱基互补配对原则和DNA分子的特异性。
每个人的DNA独一无二，说明DNA分子具有多样性；每个人又有特定的DNA序列，说明DNA分子具有特异性。
（2）一个双链被31P标记的DNA分子，在复制过程中，只能提供2条含31P的单链，复制3次后，得到8个DNA分子，16条脱氧核苷酸链，其中只有2条单链含31P，所以含32P的单链占全部单链的（16－2）/16＝7/8。
（3）①分析表格可知，A组尸体中的DNA碱基序列和家属提供的DNA碱基序列能完全进行互补配对，但B组与C组的不能完全配对，说明B、C组不是同一个人的。
②一个人的所有细胞都来自同一个受精卵的有丝分裂，不考虑基因突变时，家属提供的死者生前物品上的DNA与死者尸体中的DNA相同，碱基可以完全互补配对。
答案：
（1）碱基互补配对原则和DNA分子的特异性 DNA分子具有多样性和特异性
（2）7/8 （3）①B、C ②人体所有细胞均由一个受精卵经有丝分裂产生，细胞核中均含有相同的遗传物质（或DNA）
[归纳拓展]
DNA分子杂交技术和DNA指纹技术
两者原理和方法不同。
DNA分子杂交技术是指用已知碱基序列的DNA的一条链为探针，与未知碱基序列的DNA单链或RNA单链进行碱基互补配对，从而判定未知DNA或RNA的碱基序列，可用于基因工程中目的基因导入和表达的检测等；人教版生物教材必修②P58介绍了“DNA指纹技术”，DNA指纹技术首先要用合适的酶将待检测DNA切成许多片段，再用电泳等方法将这些片段按大小分开，经一系列步骤，最后得到DNA指纹图。
除同卵双生外，每个人的DNA是独一无二的，每个人的DNA指纹图也不一样，因此可以用于人身份的确认。
考点二 DNA分子的复制及相关计算[重难深化类]
1．DNA的复制
2．染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系
[基础自测]
1．判断下列叙述的正误
（1）植物细胞的线粒体和叶绿体中均可发生DNA的复制（√）
（2）真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶和能量（√）
（3）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（√）
（4）DNA复制时，严格遵循碱基互补配对原则（√）
（5）DNA复制时，两条脱氧核苷酸链均可作为模板（√）
（6）脱氧核苷酸必须在DNA聚合酶的作用下才能连接形成子链（√）
（7）DNA分子复制是边解旋边双向复制的（√）
2．据图回答问题
（1）据图1可知基因与染色体的关系是基因在染色体上呈线性排列。
（2）若图2为染色体组成的概念模型，则图2中的字母分别表示：
a．染色体，b.DNA，c.基因，d.脱氧核苷酸。
（3）染色体主要由DNA和蛋白质构成，一个DNA上有许多个基因，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。
（4）基因的本质是有遗传效应的DNA片段。
遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中。
3．学透教材、理清原因、规范答题用语专练
（1）DNA分子精确复制的原因是________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）DNA半保留复制的主要意义是______________________________________________
________________________。
答案：
（1）①DNA分子独特的双螺旋结构能够为复制提供模板，②碱基配对原则保证了复制能够准确进行
（2）保持亲代细胞和子代细胞遗传信息的连续性
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）由新链构建而成。
（2）2个子DNA位置：
当1个DNA分子复制后形成2个新DNA分子后，这2个子DNA恰位于两条姐妹染色单体上，且由着丝点连在一起。
（如图所示）
（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，两条姐妹染色单体分开，分别移向细胞两极，此时子DNA随染色单体分开而分开。
2．“图解法”分析DNA复制过程中的数量关系
DNA分子的复制为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则有：
（1）DNA分子数
①子代DNA分子数＝2n个；
②含有亲代DNA链的子代DNA分子数＝2个；
③不含亲代DNA链的子代DNA分子数＝（2n－2）个。
（2）脱氧核苷酸链数
①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝2n＋1条；
②亲代脱氧核苷酸链数＝2条；
③新合成的脱氧核苷酸链数＝（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，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸数为m×（2n－1）个；
②一个DNA分子复制n次后，得到的DNA分子数为2n个，复制（n－1）次后得到的DNA分子数为2n－1个。
第n次复制增加的DNA分子数为2n－2n－1＝2n－1（个），需要含该碱基的脱氧核苷酸数为m·2n－1个。
[对点落实]
1．（2019·青岛模拟）如图所示为某DNA复制过程的部分图解，其中rep蛋白具有解旋的功能。
下列相关叙述错误的是（ ）
A．rep蛋白可破坏A与C、T与G之间形成的氢键
B．DNA结合蛋白可能具有防止DNA单链重新形成双链的作用
C．DNA复制具有边解旋边复制和半保留复制的特点
D．随从链之间的缺口需要DNA连接酶将其补齐
解析：
选A rep蛋白具有解旋功能，破坏的是A与T、G与C之间的氢键；从题图中可看出有了DNA结合蛋白后，碱基对之间不能再形成氢键，可以防止DNA单链重新形成双链；DNA连接酶可以将随从链之间的缺口通过磷酸二酯键连接，从而形成完整的单链。
2．用15N标记含有100个碱基对的DNA分子（其中有腺嘌呤60个），该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次。
下列有关判断错误的是（ ）
A．含有15N的DNA分子有两个
B．含有14N的DNA分子占总数的7/8
C．第4次复制消耗胞嘧啶脱氧核苷酸320个
D．复制共产生16个DNA分子
解析：
选B 由于DNA分子的复制是半保留复制，亲代DNA分子的两条链始终存在于子代的两个DNA分子中，因此含有15N的DNA分子有两个；该DNA分子是在含14N的培养基中复制的，新形成的子链均含有14N，故所有DNA分子都含14N；根据碱基互补配对原则，DNA分子含有100个碱基对，其中腺嘌呤有60个，则胞嘧啶有40个，第4次复制需消耗胞嘧啶脱氧核苷酸数＝24－1×40＝320（个）；1个DNA分子经过4次复制，共产生DNA分子数＝24＝16（个）。
3．如图是DNA复制的有关图示，A→B→C表示大肠杆菌的DNA复制。
D→E→F→G表示哺乳动物的DNA分子复制。
图中黑点表示复制起始点，“→”表示复制过程。
请回答：
（1）若A中含48502个碱基对，而子链延伸速度是105个碱基对/min，如果是单起点单向复制，则此DNA分子复制完成需约30s，而实际上只需约16s。
根据A→C图分析，是因为________________。
（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2h左右。
据D→G图分析，是因为________________________________。
（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____________________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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：
（1）复制是双向进行的
（2）从多个起始点同时进行复制 （3）边解旋边复制 （4）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原则保证了DNA分子复制能准确无误地完成
DNA半保留复制的实验分析
（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。
①重带（密度最大）：
两条链都为15N标记的亲代双链DNA。
②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。
③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
①立即取出，提取DNA→离心→全部重带。
②繁殖一代后取出，提取DNA→离心→全部中带。
③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。
[对点落实]
4．（2019·杭州模拟）如图为科学家设计的DNA合成的同位素示踪实验，利用大肠杆菌来探究DNA的复制过程，下列说法正确的是（ ）
A．从获得试管①到试管③，细胞内的染色体复制了两次
B．用噬菌体代替大肠杆菌进行实验，提取DNA更方便
C．试管③中含有14N的DNA占3/4
D．本实验是科学家对DNA复制方式假设的验证
解析：
选D 大肠杆菌细胞内没有染色体；噬菌体营寄生，不能在培养液中繁殖，不能代替大肠杆菌进行实验；试管③中含有14N的DNA占100%；本实验是对DNA半保留复制的验证实验。
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？
用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含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，不同分子量的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____________和分散复制。
（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，同时肯定是半保留复制；如果子代Ⅱ不能分出________两条密度带，则排除____________，同时确定为________。
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）。
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亲代DNA分子，一个是两条子链形成的子代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，另一条链为子链；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。
答案：
（1）轻（14N/14N） 重（15N/15N） 半保留复制
（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
巧用图解，突破DNA复制与细胞分裂中染色体标记问题
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，进而推测子细胞染色体情况
[对点落实]
题点
（一） 有丝分裂中染色体标记情况分析
6．果蝇的体细胞含有8条染色体。
现有一个果蝇体细胞，它的每条染色体的DNA双链都被32P标记。
如果把该细胞放在不含32P的培养基中培养，使其连续分裂，那么将会在第几次细胞分裂中出现每个细胞的中期和后期都有8条染色体被32P标记（ ）
A．第1次 B．第2次
C．第3次D．第4次
解析：
选B 由于被标记的是DNA分子的双链，所以本题关键是要弄清染色体上DNA的变化，由于DNA的复制是半保留复制，所以在第一次有丝分裂结束后果蝇的体细胞中均含有8条
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