版新高考生物 第六单元 遗传的物质基础 第18讲 DNA分子的结构复制及基因的本质学案 新人教版doc.docx
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第18讲 DNA分子的结构、复制及基因的本质
考点1 DNA分子的结构
1．DNA分子的结构层次
[助学巧记] 利用数字“五、四、三、二、一”巧记DNA分子的结构
2．DNA分子的结构特点
（必修2P58“科学·技术·社会”、P60“思维拓展”改编）DNA指纹图谱法的基本操作：
从生物样品中提出DNA（DNA一般都有部分的降解），可运用________扩增出DNA片段或完整的基因组DNA，然后将扩增出的DNA用合适的________切割成DNA片段，利用电泳技术将这些片段按大小分开后，转移至尼龙滤膜上，然后将已标记的DNA探针与膜上具有________序列的DNA片段杂交，用放射自显影便可获得DNA指纹图谱。
答案：
PCR技术 限制酶 互补碱基
【真题例证·体验】
（2017·高考海南卷）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
解析：
选D。
由于双链DNA分子中碱基A的数目等于T的数目，G的数目等于C的数目，故（A＋C）/（G＋T）为恒值1，A错误；碱基对A和T含2个氢键，C和G含3个氢键，（G＋C）数目越多，氢键数越多，双链DNA分子的稳定性越高，B错误；（A＋T）/（G＋C）与（A＋C）/（G＋T）两个比值相等，这个DNA分子可能是双链，也可能是单链，C错误；经半保留复制得到的DNA分子，是双链DNA，故（A＋C）/（G＋T）＝1，D正确。
【考法纵览·诊断】
（1）细胞中DNA分子的碱基对数等于所有基因的碱基对数之和
[2017·海南卷，23C]（×）
（2）双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的
[2014·全国卷Ⅱ，T5C]（×）
（3）DNA有氢键，RNA没有氢键
[2013·全国卷Ⅱ，T1A]（×）
【长句应答·特训】
根据DNA分子的结构图，回答下列问题：
（1）基本单位：
________________。
①由磷酸、脱氧核糖、含氮碱基组成，三者之间的数量关系为________。
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________，彻底水解产物是___________。
（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________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________________处理可切割，用________________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________。
②若n个碱基对中，A有m个，则氢键数为________。
（5）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____________________________________________________________。
（6）DNA分子的结构具有稳定性的原因是____________________________________。
答案：
（1）脱氧核苷酸 ①1∶1∶1 ②2
（2）脱氧核苷酸 磷酸、脱氧核糖和含氮碱基
（3）①解旋酶 ②限制性核酸内切酶 DNA连接酶
（4）①2n～3n ②3n－m
（5）无关 不同DNA分子中碱基的排列顺序是千变万化的
（6）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
1．DNA分子结构的三个热考点
（1）DNA在DNA酶作用下能够水解生成4种脱氧核苷酸；脱氧核苷酸彻底水解的产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。
（2）相邻的碱基在DNA分子的一条单链中通过—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—相连接，在DNA的双链之间通过氢键相连接。
（3）不是所有的脱氧核糖都连接着两个磷酸基团，两条链各有一个3′端的脱氧核糖连接着一个磷酸基团；DNA分子链的方向是从磷酸基到脱氧核糖，两条链反向平行。
2．“归纳法”求解DNA分子中的碱基数量
（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（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
＝
，而在整个DNA分子中
＝1（注：
不同双链DNA分子中非互补碱基之和的比均为1，无特异性）。
DNA分子的结构及特点
生命观念
1．（2020·河北定州中学开学考试）下图表示一个DNA分子的片段，下列有关叙述正确的是（ ）
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碱基对的含量越高，其结构越稳定
答案：
B
2．（2020·陕西西安高三月考）20世纪50年代初，查哥夫对多种生物的DNA做了碱基定量分析，发现（A＋T）/（C＋G）的值如下表。
结合所学知识，你认为能得出的结论是（ ）
DNA来源
大肠杆菌
小麦
鼠
猪肝
猪胸腺
猪脾
（A＋T）/（C＋G）
1.01
1.21
1.21
1.43
1.43
1.43
A．猪的DNA结构比大肠杆菌的DNA结构更稳定一些
B．小麦和鼠的DNA所携带的遗传信息相同
C．小麦的DNA中（A＋T）的数量是鼠的DNA中（C＋G）数量的1.21倍
D．同一生物不同组织的DNA碱基组成相同
答案：
D
DNA分子结构的相关计算
科学思维
3．（2020·山东淄博高三月考）下列关于双链DNA分子结构的叙述，正确的是（ ）
A．某DNA分子含有500个碱基，可能的排列方式有4500种
B．若质粒含有2000个碱基，则该分子同时含有2个游离的磷酸基团
C．某DNA分子内胞嘧啶占25%，则每条单链上的胞嘧啶占25%～50%
D．某DNA分子上有胸腺嘧啶312个，占总碱基的26%，则该DNA分子上有鸟嘌呤288个
解析：
选D。
某DNA分子含有500个碱基，则可能的排列方式有4250种，A错误；质粒是环状DNA分子，其中不含游离的磷酸基团，B错误；某DNA分子内胞嘧啶占25%，则每条单链上的胞嘧啶占0%～50%，C错误；某DNA分子上有胸腺嘧啶312个，占总碱基的26%，则该DNA分子上碱基总数为312÷26%＝1200个，根据碱基互补配对原则，该DNA分子中有鸟嘌呤1200×（50%－26%）＝288个，D正确。
4．（2020·黑龙江牡丹江高三开学摸底）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%
解析：
选A。
已知DNA分子中，鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基总数的46%，即C＋G＝46%，则C＝G＝23%、A＝T＝50%－23%＝27%。
又已知该DNA的一条链所含的碱基中28%是腺嘌呤，24%是胞嘧啶，即A1＝28%、C1＝24%，根据碱基互补配对原则，A＝（A1＋A2）÷2，C＝（C1＋C2）÷2，则A2＝26%，C2＝22%。
解答有关碱基计算题的“三步曲”
考点2 DNA分子的复制
1．DNA复制的假说与证据
2．DNA分子的复制
【真题例证·体验】
（高考全国卷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
解析：
选C。
DNA分子的复制和转录都需要在DNA双链解开后才能进行，A、B项正确；DNA分子的复制发生在细胞周期中的分裂间期，若DNA双链不能解开，细胞周期将被阻断在分裂间期而不是中期，C项错误；癌细胞具有无限增殖的能力，该物质能阻断DNA分子的复制，故能抑制癌细胞的增殖，D项正确。
【考法纵览·诊断】
（1）用3H标记胸腺嘧啶后合成脱氧核苷酸，注入真核细胞，可用于研究DNA复制的场所
[2019·天津卷，T1A]（√）
（2）有丝分裂前的间期和减数分裂前的间期，都进行1次染色质DNA的复制
[2016·浙江卷，T3A]（√）
【长句应答·特训】
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→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。
请回答下列问题：
（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，至少需要8h，而实际上只需要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____________________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）DNA分子复制是边解旋边复制
（4）DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供精确的模板；碱基互补配对原则保证了DNA分子复制能准确无误地完成
1．DNA复制的类型
在真核生物中，DNA复制一般是多起点复制。
在原核生物中，DNA复制一般是一个起点。
无论是真核生物还是原核生物，DNA复制大多数都是双向进行的。
下图所示为真核生物DNA的多起点、双向复制：
图中显示多起点复制，但多起点并非同时进行，其意义在于提高复制速率。
2．DNA分子复制中的相关计算
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＝m·（2n－1）个；
②第n次复制需要该脱氧核苷酸数＝m·（2n－2n－1）＝m·2n－1个。
DNA分子复制的过程及特点
生命观念、科学探究
1．（2020·青岛模拟）下图所示为某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．（2020·长沙高三模拟）右图为DNA复制可能的两种方式，甲组实验用15N（无半衰期）标记细菌的DNA后，将细菌放在只含14N的培养基中繁殖一代，提取子代细菌的DNA进行离心分析；乙组实验用甲组培养的子代细菌放在只含14N的培养基中繁殖一代，提取子代细菌的DNA进行离心分析。
下列有关甲、乙两组实验结果与结论的分析，正确的是（ ）
A．只分析甲组离心管中条带的数量与位置可确定复制方式
B．只分析甲组离心管中放射性分布的位置可确定复制方式
C．只分析乙组离心管中条带的数量可确定复制方式
D．只分析乙组离心管中放射性分布的位置可确定复制方式
解析：
选A。
甲组实验中亲代DNA都用15N标记，在离心管中处于重带，在含14N的培养液中繁殖一代，若DNA的复制方式为半保留复制，合成的DNA的两条链的标记情况为15N14N，在离心管中全处于中带，若是全保留复制，合成的DNA的两条链的标记情况为15N15N、14N14N，且数量相同，在离心管中的位置分别为重带、轻带，宽度相同，A正确；乙组实验无论是半保留还是全保留复制，离心管中的条带都是两条，C错误；15N无放射性，无法通过观察放射性来判断复制方式，B、D错误。
DNA分子复制的相关计算
科学思维
3．（不定项）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1∶1
解析：
选AD。
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分子占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（100×2－60×2）/2＝40个，复制过程中消耗的腺嘌呤脱氧核苷酸为40×（24－1）＝600个，B项错误；每个DNA分子中嘌呤数和嘧啶数相等，两者之比是1∶1，D项正确。
4．（不定项）将一个不含放射性同位素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标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中培养一段时间，检测到如图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，不正确的是（ ）
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个
D．复制n次形成的放射性脱氧核苷酸单链为2n＋1－2条
答案：
ABC
DNA复制与细胞分裂的关系
科学思维
5．（2019·浙江4月选考）在含有BrdU的培养液中进行DNA复制时，BrdU会取代胸苷掺入新合成的链中，形成BrdU标记链。
当用某种荧光染料对复制后的染色体进行染色，发现含半标记DNA（一条链被标记）的染色单体发出明亮荧光，含全标记DNA（两条链均被标记）的染色单体荧光被抑制（无明亮荧光）。
若将一个细胞置于含BrdU的培养液中，培养到第三个细胞周期的中期进行染色并观察。
下列推测错误的是（ ）
A．1/2的染色体荧光被抑制
B．1/4的染色单体发出明亮荧光
C．全部DNA分子被BrdU标记
D．3/4的DNA单链被BrdU标记
解析：
选D。
根据DNA的半保留复制特点，第一次有丝分裂结束后，细胞中的DNA全部为一条链含有BrdU，一条链不含；第二次有丝分裂结束，子代所有DNA中有一半DNA的两条链均含BrdU，有一半DNA只有一条链含有BrdU；第三次有丝分裂中期，有1/2的染色体两条染色单体中的DNA双链均含BrdU（即被染色后无明亮荧光），有1/2的染色体一条染色单体中的DNA一条链含BrdU（被染色后有明亮荧光），另一条染色单体中DNA双链均含BrdU（被染色后无明亮荧光）。
因此在第三次有丝分裂中期，1/2的染色体荧光被抑制，A正确；有1/4的染色单体发出明亮荧光，B正确；全部DNA分子被BrdU标记，C正确；7/8的DNA单链被BrdU标记，D错误。
6．若用32P标记人的“类胚胎干细胞”的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养液中培养，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．中期是46条和46条、后期是92条和46条
B．中期是46条和46条、后期是92条和92条
C．中期是46条和23条、后期是92条和23条
D．中期是46条和23条、后期是46条和23条
解析：
选A。
有丝分裂中期、后期染色体条数的分析：
“类胚胎干细胞”来自人体，人体的一个正常细胞中含有染色体条数为46条，有丝分裂中期染色体条数与体细胞相同（46条），后期染色体条数加倍（92条），故无论经过几次分裂，在有丝分裂中期染色体条数都是46条，后期染色体条数都是92条。
有丝分裂中期、后期被32P标记的染色体条数的分析：
以1个DNA分子为例，双链被32P标记，转入不含32P的培养液中培养，由于DNA具有半保留复制的特点，第一次有丝分裂完成时，每个DNA分子中都有1条链被32P标记；第二次有丝分裂完成时，只有1/2的DNA分子被32P标记，故第二次细胞分裂后期，被32P标记的染色体条数是46条。
有丝分裂中期时，染色单体没有分开，而这2条没有分开的染色单体中，其中一条被32P标记，导致整条染色体也被32P标记，故第二次细胞分裂中期的细胞中被32P标记的细胞有46条。
考点3 基因是有遗传效应的DNA片段
染色体、DNA及基因之间的关系
1．下面关于基因的理解，正确的是（ ）
A．控制细菌性状的基因位于拟核和线粒体中的DNA上（2015·全国卷Ⅰ，T1D）
B．编码蛋白质的基因含遗传信息相同的两条单链（2015·重庆卷，T5D）
C．真核生物基因具有以下特点：
①携带遗传信息；②能转运氨基酸；③能与核糖体结合；④能转录产生RNA；⑤可能发生碱基对的增添、缺失或替换（2014·海南卷，T21改编）
D．线粒体中的DNA能控制某些蛋白质的合成（2013·全国卷Ⅰ，T1D）
答案：
D
2．（2020·石家庄模拟）下图为果蝇某一条染色体上的几个基因示意图，下列有关叙述正确的是（ ）
A．R基因中的全部脱氧核苷酸序列都能编码蛋白质
B．R、S、N、O互为非等位基因
C．果蝇的每个基因都是由成百上千个核糖核苷酸组成的
D．每个基因中有一个碱基对的替换，都会引起生物性状的改变
答案：
B
[易误警示]
易错点1 误认为DNA分子都是双链结构或认为DNA分子中嘌呤一定等于嘧啶或认为嘌呤＝嘧啶时一定为双链DNA分子
[点拨] DNA分子一般为“双螺旋结构”，但也有些DNA分子呈“单链”结构，在此类DNA分子中嘌呤与嘧啶可能相等也可能不相等。
由此可见，双链DNA分子中嘌呤“A＋G”固然等于“T＋C”或（A＋C）/（T＋G）＝1，但存在该等量或比例关系时，未必一定是双链DNA分子。
易错点2 误认为DNA分子复制“只发生于”细胞核中
[点拨] 细胞生物中凡存在DNA分子的场所均可进行DNA分子的复制，其场所除细胞核外，还包括叶绿体、线粒体、原核细胞的拟核及质粒。
需特别注意的是，DNA病毒虽有DNA分子，但其不能独立完成DNA分子的复制——病毒的DNA复制必须借助寄主细胞完成，在其DNA分子复制时，病毒只提供“模板链”，其他条件（包括场所、原料、酶、能量）均由寄主细胞提供。
易错点3 对DNA复制过程中“第n次”还是“n次”复制所需某种碱基数量的计算原理不清
[点拨] 第n次复制是所有DNA只复制第n次所需碱基数目；n次复制是指由原来的DNA分子复制n次所需碱基数目。
易错点4 误认为染色体是基因的唯一载体
[点拨]
（1）真核细胞中的线粒体和叶绿体也是基因的载体。
（2）原核细胞无染色体，拟核中的DNA分子和质粒DNA均是裸露的。
易错点5 混淆基因、DNA与染色体的关系
[点拨]
[纠错体验]
1．下列有关DNA复制的叙述，错误的是（ ）
A．有丝分裂和减数分裂过程中均可以进行
B．DNA解旋之后复制随之开始
C．DNA复制后每个新DNA分子含一条母链和一条新子链
D．DNA复制可以发生在细胞核和细胞质中
答案：
B
2．下列关于DNA的叙述，正确的有（ ）
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
答案：
C
3．下列关于DNA的计算中，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·m个胸腺嘧啶
D．无论是双链DNA还是单链DNA，A＋G所占的比例均是1/2
答案：
C
4．（不定项）下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法，不正确的是（ ）
A．在DNA分子结构中，与脱氧核糖直接相连的一般是一个磷酸基和一个碱基
B．基因一般是具有遗传效应的DNA片段，一个DNA分子上可含有成百上千个基因
C．一个基因含有许多个脱氧核苷酸，基因的特异性是由脱氧核苷酸的排列顺序决定的
D．染色体是DNA的主要载体，一条染色体上含有1个DNA分子
解析：
选AD。
在DNA分子结构中，与脱氧核糖直接相连的一般是两个磷酸基和一个碱基，A错误；1条染色体上含有1个或2个DNA分子，D错误。
1．（2020·湖南衡阳八中月考）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个磷酸相连
D．最多可构建44种不同碱基序列的DNA
解析：
选B。
据表格数据可知，代表脱氧核糖、磷酸和含氮碱基的卡片数分别都是10，所以最多可构建10个脱氧核苷酸，根据碱基种类可推知最多能构建4种脱氧核苷酸，4个脱氧核苷酸对，A错误；构成的双链DNA片段中最多包含2个A—T碱基对和2个G—C碱基对，所以最多可含有氢键2×2＋2×3＝10个，B正确；DNA分子结构中，与脱氧核糖直接相连的一般是2个磷酸，但是两端各有1个脱氧核糖只连接1个磷酸，C错误；碱基序列要达到44种，每种碱基对的数量至少要有4对，D错误。
2．（2018·高考海南卷）现有DNA分子的两条单链均只含有14N（表示为14N14N）的大肠杆菌，若将该大肠杆菌在含有15N的培养基中繁殖两代，再转到含有14N的培养
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