高考生物一轮复习精品学案第21课时DNA分子的结构和复制.docx
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高考生物一轮复习精品学案第21课时DNA分子的结构和复制
第21课时DNA分子的结构和复制
知识网络
基础梳理
一、DNA的双螺旋结构模型
1、DNA分子是由两条链组成的，这两条链按__________的方式盘旋成双螺旋结构。
2、DNA分子中的________和_______交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；_________排列在内侧。
3、两条链上排列在内侧的碱基通过_______连接形成碱基对，碱基对的形成遵循___________________原则。
二、DNA分子的半保留复制
1、DNA分子复制时，亲代DNA分子的双链解开，解开后的每一条链分别作_________，游离的___________根据____________原则，通过_________结合到作模板的单链上，从而形成子代DNA分子。
因此在子代DNA分子的两条链中，都含有_________________，因此，这种复制方式称为______________。
2、DNA分子复制是边________边________的过程，复制需要_______、________、________和________等基本条件。
DNA分子独特的双螺旋结构，为DNA分子复制提供了_______________，通过_______________原则，保证了复制能够准确地进行。
复制所需要的原料是_________________________，能量由__________提供，酶主要是__________和______________。
三、基因是有遗传效应的DNA片段
1、一个DNA分子上有________个基因。
实验证明，构成基因的碱基不超过DNA碱基总数的0.2%，因此一个基因仅是一个DNA分子的一个片段。
因此，基因和DNA分子的关系可以描述为______________________________________________。
2、DNA分子的多样性指的是_________________________，DNA分子的特异性指的是___________________________。
3、遗传信息指的是_______________________________。
考点突破
考点一、对DNA分子结构和复制的加深理解
1、关于反向平行
DNA分子的基本骨架是磷酸和脱氧核糖交替排列形成的，但在两条链中，磷酸和脱氧核糖的排列方向是恰好相反的。
如下图所示。
只有这样，DNA分子才能形成稳定的双螺旋结构。
2、关于氢键
氢键是碱基对之间形成的，在DNA分子复制过程中（包括在基因工程的PCR、黏性末端的碱基对形成过程中），氢键的形成不需要酶的参与，氢键的断裂需要能量A和T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键，因此，在DNA分子中，G与C的含量越多，DNA分子具有越强的热稳定性。
考点二、碱基配对原则的计算应用
1、整个DNA分子中和某条单链中四种碱基的比例关系
（1）整个DNA分子中，A=T，G=C，这个关系式可以转变为：
A+G=T+C（可以表示在整个DNA分子中，嘌呤碱基的数目和嘧啶碱基的数目相等）
（2）若在DNA分子的一条链中，A/T=m，G/C=n，则另一条链中，A/T=1/m，G/C=1/n
（3）若在DNA分子的一条链中，A/G=p，T/C=q，则另一条链中，A/G=q，T/C=p
（4）若在DNA分子的一条链中，（A+T）/（G+C）=x，则另一条链中（A+T）/（G+C）=x，在整个DNA分子中，（A+T）/（G+C）=x
（5）若在DNA分子的一条链中，（A+G）/（T+C）=y，则另一条链中（A+G）/（T+C）=1/y，在整个DNA分子中，（A+G）/（T+C）=1
2、转录时，RNA与DNA模板链、非模板链之间的碱基计算
RNA分子的各碱基的数量及比例关系与DNA的非模板链一致，与模板链互补。
如果已知DNA模板链，分析RNA，方法和分析DNA的另一条链一样，若已知DNA非模板链，分析RNA，则只需要把已知条件中的T换成U，即是RNA中相应碱基的数量或比例。
3、复制过程所需要碱基数量的计算
（1）计算DNA分子复制n次后，所需要碱基总数或某种碱基数
m个DNA分子复制n次，数量变为m×2
个，“相当于”合成了m×（2
-1）个DNA分子，可以此为基础计算所需要的全部碱基及某种碱基的数量。
（2）计算DNA分子在进行第n次复制过程中，所需要的碱基总数或某种碱基数
第n次复制，“相当于”合成DNA分子数2
-2
个，即2
个。
这是与复制n次后不同的。
例1、分析某生物的双链DNA,发现腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基的64%,其中一条链上的腺嘌呤占该链全部碱基的30%，则对应链中腺嘌呤占整个碱基的比例是
A17%B32%C34%D50%
【解析】根据碱基互补配对原则，腺嘌呤＝胸腺嘧啶，腺嘌呤占全部碱基的比例＝64%/2＝32％，其中一条链上的腺嘌呤占该链全部碱基的30%，该条链上的腺嘌呤占全部碱基的比例＝30%/2=15%，因此对应链中腺嘌呤占整个碱基的比例=32%-15%=17%
【答案】A
也可以假设DNA分子全部碱基数为100，则一条链的碱基数为50，根据已知条件先计算出碱基的具体数目，最后转换计算出对应链中腺嘌呤的比例。
这种算法的好处是一般不会出错。
变式1．某个DNA片段由500对碱基组成，A＋T占碱基总数的34%，若该DNA片段复制2次，共需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸分子个数为
A．330B．660
C．990D．1320
【解析】由A+T占34%，可得G+C占66%，C占33%，即330个。
复制2次，DNA分子由于个变成功个，“相当于”新合成3个DNA分子，共需要C的个数为990个。
【答案】C
考点三、DNA分子半保留复制的有关计算
用同位素标记亲代DNA分子，让DNA分子在不含放射性同位素的重要任务下复制（一般使用细菌作实验材料，用N15标记亲代DNA分子，而后在含N14的培养基中培养）。
复制过程中相关变化总结如下表。
代数
含N15的分子
含N14的分子
不含N15的分子
含N15的链
含N14的链
0（亲代）
1
0
0
2
0
1
2
2
0
2
2
2
2
4
2
2
6
3
2
8
6
2
14
……
……
……
……
……
……
n
2
2
2
-2
2
2
-2
不难发现规律：
从DNA分子开始复制，含标记的DNA分子及链不再变化，不论复制多少代，总是2，其它数值用相应的总数减去带标记的分子或链即可。
DNA分子复制的前几次，还就能计算出某种分子或某种链所占的比例：
如复制两代后，带标记的DNA和不带标记的DNA的比是1：
1。
例2、已知一条完全标记上N15的DNA分子在只含有N14的培养基中经n次复制后，仅含N14的DNA分子数与含N15的DNA分子数之比为7：
1，则n是
A2B3C4D5
【解析】该DNA分子经过n次复制后DNA分子总数为2
个，含N15的分子数为2个，只含N14的分子数为2
-2个。
（2
--2）：
2=7：
1，可得n=4
【答案】C
变式2、把培养在含轻氮（14N）环境中的细菌，转移到含重氮环境中培养相当于复制一次的时间，然后放回原环境中培养相当于连续复制两轮的时间后，细菌DNA组成分析表明
A3/4轻氮型，1/4中间型
B1/4轻氮型，3/4中间型
C1/2中间型，1/2重氮型
D1/3轻氮型，1/2中间型
【解析】在重氮环境中复制一次，形成的DNA分子都是一条重链，一条轻链；这样的一个DNA分子在轻氮环境中复制两次，形成4个DNA分子，其中含重链的只有一个，其它三个都是全部是轻链，从分子来看，应是一个中间型，三个轻氮型。
【答案】A
例3、现将含有两对同源染色体且核DNA都用32P标记的一个细胞，放在不含32P的培养基中培养，若该细胞连续进行4次有丝分裂，则含32P的细胞少和最多数目依次是（不考虑交叉互换）。
A2，16B2，8
C4，8D4，16
【解析】两对同源染色体中共有4个DNA分子、8条链，这8条链经过复制后将会进行到8个分子中。
经过4次分裂，最多有8个细胞含有被32P标记的分子。
最少数量的分析，可能是被标记的DNA分子都集中在两个细胞中，每个细胞中的4个分子全有标记。
变式3、用32P标记玉米体细胞所有染色体上DNA分子的两条链，再将这些细胞转入不含32P的培养基中进行组织培养。
将这些细胞在第一、二、三、四次细胞分裂的前、中、后期，一个细胞中被32P标记的染色体条数填入下表（玉米体细胞中10对20条染色体）
中期
后期
第一次分裂
第二次分裂
第三次分裂
第四次分裂
【解析】本题除了要考查DNA分子的半保留复制这个知识点外，还考查细胞分裂过程中染色体的行为变化。
第一次分裂过程中，DNA分子经过半保留复制后，所有的DNA分子都有标记，中期、后期的细胞都是这样子；第二次分裂过程中，DNA分子再次复制后，连在一个着丝点上的两个染色单体的两个DNA分子，其中一个有标记，另外一个没有标记，但整个DNA分子还是有标记的，到了后期，染色单体分离，染色体数目加倍，染色体有一半有标记，另一半无标记，各20条，但在末期细胞分裂时，哪20条染色体进入细胞一极，是没有固定方式的，因此，进入第三次分裂的细胞中，有标记的染色体数目无法确定，可能没有，也可能全部20条都有。
【答案】
中期
后期
第一次分裂
20
40
第二次分裂
20
20
第三次分裂
0～20
0～20
第四次分裂
0～20
0～20
课时作业
1．下图是四位同学制作的DNA分子结构模型，其中正确的是（）
【解析】构成DNA分子的基本结构单位是脱氧核苷酸，每分子的脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子的脱氧核糖和一分子的碱基组成，磷酸是连接在脱氧核糖的第五位碳原子上，碱基是连接在第一位碳原子上。
脱氧核苷酸之间是通过磷酸二酯键相联系的，一个分子的脱氧核苷酸的磷酸基与另一个脱氧核苷酸分子的脱氧核糖（第三个碳原子上基团）形成磷酸二酯键。
【答案】B
2.关于DNA分子的叙述错误的是（）
A.绝大多数生物体的遗传信息都存在于DNA分子中
B.DNA分子中，每个脱氧核糖分子只与1分子含氮碱基和1分子磷酸基团相连
C.DNA分子中碱基对排列顺序的千变万化构成了DNA分子的多样性
D.DNA分子中碱基对特定的排列顺序构成了每个DNA分子的特异性
【解析】从DNA分子基本结构来看，五碳糖与磷酸交替连接排列在外侧，因此，每个脱氧核糖与两个磷酸分子相连。
【答案】B
3．下列关于DNA结构与功能的说法，不正确的是（）
A．DNA分子中G－C碱基对含量较高，其结构稳定性相对较大
B．DNA分子脱氧核苷酸序列的多样性是DNA多样性的主要原因
C．DNA转录和翻译的产物不同，说明DNA分子具有特异性
D．基因突变频率低的重要原因之一是碱基互补配对原则保证DNA复制准确进行
【解析】碱基特定的排列顺序，构成了每个DNA分子的特异性。
在生物体内由于基因
的选择性表达，不同细胞中相同的DNA分子，经转录和翻译后，可能形成不同的产
物，故C错误。
【答案】C
4．DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序能决定的是（）
①DNA分子的多样性②DNA分子的特异性③遗传信息④密码子的排列顺序⑤DNA分子的稳定性
A．③④⑤B．①②③④
C．①②③⑤D．①②④
【解析】DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序就代表着遗传信息，其中脱氧核苷酸排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性，而脱氧核苷酸特定的排列顺序，又构成了DNA分子的特异性。
密码子是指信使RNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基，而信使RNA是以DNA的一条链为模板合成的，故密码子的排列顺序是由DNA的碱基排列顺序决定的。
DNA分子的稳定性与碱基的疏水作用以及碱基之间的氢键有关。
【答案】B
5．从某生物组织中提取DNA进行分析，其4种碱基数的比例是鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基总数的46%。
又知该DNA的一条链（H链）所含的碱基中28%是腺嘌呤，问与H链对应的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的（）
A．42%B．27%
C．26%D．14%
【解析】在整个DNA分子中，G＋C＝46%，则H链中G＋C＝46%，则T＝1－（G＋C）－A＝1－46%－28%＝26%，因此与H链对应的另一条链中A占该链的26%。
【答案】C
6．下列关于DNA复制过程的正确顺序是（）
①互补碱基对之间氢键断裂②互补碱基对之间形成氢键③DNA分子在解旋酶的作用下解旋④以解旋后的母链为模板进行碱基互补配对⑤子链与母链盘旋成双螺旋状结构
A．①③④②⑤B．①④②⑤③
C．①③⑤④②D．③①④②⑤
【解析】本题考查的是DNA复制的过程。
根据解旋、合成子链、子母链结合的过程，可知DNA复制的顺序为③①④②⑤。
【答案】D
7．DNA分子复制时解旋酶作用于下列哪一结构（）
A.—AB.
C．A—UD．G—C
【解析】DNA分子复制时，解旋酶的作用是使DNA碱基对间的氢键断开。
在DNA中的碱基对有两种G—C，A—T。
【答案】D
8.用一个32P标记的噬菌体侵染细菌。
若该细菌解体后释放出32个大小、形状一样的噬菌体，则其中含有32P的噬菌体有
（）
A．0个B．2个C．30个D．32个
【解析】标记了一个噬菌体，那么就标记了两条DNA单链。
由于DNA为半保留方式复制，因而两条被标记的母链就各进入两个DNA分子中，以后不管复制多少次，最终都只有2个DNA分子被标记。
由于每个噬菌体只有一个DNA分子，因此被标记的噬菌体也只有2个。
【答案】B
9．将含有两对同源染色体，其DNA分子都已用32P标记的精原细胞,放在只含31P的原料中进行减数分裂。
则该细胞所产生的四个精子中，含31P和32P标记的精子所占的比例分别是（）
A．50%、50%B．50%、100%
C．100%、50%D．100%、100%
【解析】精原细胞中有两对同源染色体，其DNA分子都已用32P标记，在减数分裂的间期，进行DNA分子的复制，复制的结果是形成一条链含32P、一条链含31P的DNA分子，因此减数分裂形成的每个精子中的两个DNA分子中，每个DNA分子都是一条链含32P、一条链含31P。
【答案】D
10．某DNA分子共有a个碱基，其中含胞嘧啶m个。
若该DNA分子复制3次，则需要含胸腺嘧啶和胞嘧啶的游离脱氧核苷酸总数为（）
A．7
B.
a
C．7（a－m）D.
（a－m）
【解析】DNA分子含胞嘧啶m个，则G也为m个，所以A＋T＝a－2m，T＝
，故一个DNA分子中T＋C＝m＋
＝
。
若DNA分子复制3次共得到8个DNA分子，除去模板DNA分子提供两条链之外，还需要复制7个DNA分子的原料，故答案为
a。
【答案】B
11．分析下图，回答下列问题：
（1）图中B是________________，F是______________，G是_______________。
（2）1个A与C有两种比例关系：
______________和______________；每个C含有_____________个D，每个D中可以有_______________个E组成。
（3）D与A的位置关系是_________________。
（4）从分子水平看，D与C的关系是_________________________。
（5）C的基本组成单位是图中的___________。
D的主要载体是图中的____________。
（6）在E构成的链中间，与一分子G相连接的有_________分子的F和_____________分子的H。
（7）遗传信息是D中_____________的排列顺序。
（8）生物的性状遗传主要通过A上的_______________传递给后代，实际上是通过__________________的排列顺序来传递遗传信息。
【解析】染色体的主要成分是DNA和蛋白质，基因是有遗传效应的DNA片段，基因的基本组成单位是脱氧核苷酸，每个脱氧核苷酸由一分子核糖、磷酸、含氮碱基组成。
【答案】
（1）蛋白质含氮碱基（或A、T、G、C中的任一种）脱氧核糖
（2）1∶11∶2很多成百上千
（3）D在A上呈线性排列
（4）D是有遗传效应的C的片段
（5）E（或脱氧核苷酸）A（或染色体）
（6）12
（7）E（或脱氧核苷酸、F、碱基、碱基对）
（8）D（或基因）脱氧核苷酸
12.在氮源为14N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14N—DNA（对照）；在氮源为15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为15N—DNA（亲代）。
将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上，再连续繁殖两代（Ⅰ和Ⅱ），用某种离心方法分离得到的结果如图所示：
请分析：
（1）由实验结果可推测第一代（Ⅰ）细菌DNA分子中一条链含___________；另一条链含________________。
（2）将第一代（Ⅰ）细菌转移到含15N的培养基上繁殖一代，将所得到细菌的DNA用同样方法分离，请参照甲图，将DNA分子可能出现在试管中的位置在乙图中标出。
（3）若一个DNA分子的一条单链中A占32%，且
＝1.5，此比例在其互补链中的比值是________________；在整个DNA分子中的比值是________________。
以该单链为模板合成的子代DNA分子中，A＋G的总含量占__________________。
【解析】本题中亲代大肠杆菌15N－DNA转移到14N培养基上，复制的第一代DNA（Ⅰ）应均为14N－15N（中），而将此DNA转移到15N培养基上再复制一代后所产生的子代DNA中，应有一半为中DNA，另一半为重DNA。
如果已知的单链上是A，则未知的互补单链的相应位置上是T；已知的单链上是A＋G，则未知的互补单链上是T＋C，依此类推。
因此，已知单链上
＝1.5，则未知的互补单链上
＝1.5，但题目中要求的是
，即互为倒数关系。
在整个DNA分子中，由于A＝T，G＝C，所以A＋G＝T＋C。
因此，不论该DNA分子有多长多大，
总是等于1。
同样道理，不论该DNA分子复制多少代，其子代DNA分子中的A＋G占且仅占整个DNA分子核苷酸数的一半。
【答案】
（1）14N15N
（2）（见右图）
（3）
150%
13．资料显示，近10年来，PCR技术（聚合酶链式反应技术）成为分子生物学实验的一种常规手段，其利用DNA半保留复制的特性，在试管中进行DNA的人工复制（如下图），在很短的时间内，将DNA扩增几百万倍甚至几十亿倍，使分子生物实验所需的遗传物质不再受限于获得生物体。
请据图回答：
（1）加热至94℃的目的是使样品中DNA的氢键断裂，这一过程在生物体细胞内是通过__________的作用完成的。
（2）通过生化分析得出新合成的DNA分子中,A＝T,G＝C,这个事实说明DNA分子合成遵循_______________________。
（3）在新合成的DNA分子中,（A＋T）/（G＋C）的比率与DNA样品中的一样，这说明新DNA分子是___________________。
（4）通过PCR技术，使DNA分子大量复制时，若将一个用15N标记的DNA样品分子（第一代）______________________放入试管中，以14N标记的脱氧核苷酸为原料，连续复制到第五代之后，含15N标记的DNA分子链数占全部DNA总链数的比例为_____________________。
（5）综合PCR技术与人体细胞内DNA的合成过程可知，二者的必需条件中，除了模板、原料、ATP、酶以外，至少还有3个，它们分别是__________________________。
（6）PCR技术不仅为遗传病的诊断带来了便利，而且改进了检测细菌和病毒的方法。
若要检测一个人是否感染了艾滋病，你认为可用PCR技术扩增他血液中的（）
A．白细胞DNAB．病毒的蛋白质
C．血浆中的抗体D．病毒的核酸
【答案】
（1）解旋酶
（2）碱基互补配对原则
（3）以DNA样品为模板的复制产物
（4）1/16
（5）适宜的温度、pH、水环境
（6）D
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