生物步步高第六单元 第19讲.docx

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生物步步高第六单元第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标记细胞核中的DNA，然后放在含14N的培养基中培养，让其连续进行两次有丝分裂，形成4个细胞，这4个细胞中含15N的细胞个数可能是（　　）

A．2B．3C．4D．前三项都对

答案　D

以上面第4题为例，利用图示法理解细胞分裂与DNA复制相结合的知识。

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

。

序号

错因分析

正确答案

序号

错因分析

正确答案

①

对“方式”与“特点”区分不清

半保留复制

②

审题不清，该题是考查解旋的条件

能量（ATP）

③

答非所问，没有注意题干中的“还需要”

DNA连接

④

忽视题干中的“方向”

相反

⑤

考虑问题不全面

细胞核、线粒体和叶绿体

⑦

对减数分裂与DNA复制的关系理解不清

1/4

⑥

答案不全面

有丝分裂后期、减数第二次分裂后期

题组一　DNA分子的结构及相关计算

1．判断正误

（1）双链DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数（2010·江苏，1D）（　　）

（2）DNA单链上相邻碱基以氢键连接（2009·广东，24B）（　　）

（3）DNA单链上相邻碱基与磷酸基相连接（2009·广东，24C）（　　）

（4）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

（2011·海南，16B）

（　　）

（5）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

（2011·海南，16C）

（　　）

答案　

（1）√　

（2）×　（3）×　（4）√　（5）×

2．（2010·上海卷，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　根据DNA双螺旋结构中A＝T、C＝G可知，嘌呤之和等于嘧啶之和，故C正确。

其他碱基的含量分别为：

T＝A＝30%，C＝G＝[1－（30%＋30%）]/2＝20%。

题组二　DNA复制及基因的本质

3．（2012·山东卷，5）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　根据题干信息可知，噬菌体的DNA含有5000个碱基对，即为10000个碱基，腺嘌呤（A）占全部碱基的20%，即A＝T＝2000个，则G＝C＝3000个。

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，至少需要的鸟嘌呤（G）脱氧核苷酸数是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的特点可知，在子代噬菌体的100个DNA中，同时含32P和31P的只有2个，只含31P的为98个，C项正确。

DNA发生突变，其控制的性状不一定发生改变，如AA突变为Aa以及密码子的简并性等，D项错误。

4．（2010·山东卷，7）蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷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分裂至中期，其染色体的放射性标记分布情况是（　　）

A．每条染色体的两条单体都被标记

B．每条染色体中都只有一条单体被标记

C．只有半数的染色体中一条单体被标记

D．每条染色体的两条单体都不被标记

答案　B

解析　蚕豆的根尖细胞完成一个细胞周期后，根据DNA半保留复制的特点，形成的子细胞中染色体上的DNA都只有一条链具有放射性，另一条链不具有放射性，即每条染色体都具有放射性。

当在不具有放射性标记的培养基中接着进行下一个细胞周期时，完成DNA复制后，有丝分裂前期以及中期每条染色体都含有两条染色单体，每条染色单体含有一个DNA分子，这两个DNA分子一个具有放射性，一个没有放射性，即细胞中每条染色体含有的两条染色单体（两个DNA分子）都是一条染色单体（一个DNA分子）被标记，另一条染色单体（另一个DNA分子）不被标记。

题组三　DNA复制的实验探究

5．（2010·北京卷，30）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）

轻带（14N/14N）

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，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尚有少部分为________。

答案　

（1）多　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

【组题说明】

考　点

题　号

错题统计

错因分析

DNA分子的结构

1、2、3、13

有关碱基的计算

4、5、6

DNA分子的复

制和相关计算

7、8、9、10、14、15

关于基因的探究

11、12

1．下列关于人类探究遗传奥秘历程中所用的实验方法的叙述，错误的是（　　）

A．孟德尔在以豌豆为实验材料研究遗传规律时，运用了统计学的方法

B．萨顿提出“基因位于染色体上”的假说时，运用了类比推理的方法

C．格里菲思进行肺炎双球菌转化实验时，运用了放射性同位素标记法

D．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

答案　C

解析　孟德尔在以豌豆为实验材料研究遗传规律时，运用了统计学的方法；萨顿提出“基因位于染色体上”的假说时，运用了类比推理法；格里菲思进行肺炎双球菌转化实验时，用不同类型的肺炎双球菌去感染小鼠，并未运用放射性同位素标记法；沃森和克里克通过构建物理模型来研究DNA分子的结构。

2．下列关于DNA分子结构的叙述中，错误的是（　　）

A．DNA分子由四种脱氧核苷酸组成

B．每个DNA分子中，碱基数＝脱氧核苷酸数＝脱氧核糖数

C．双链DNA分子中的一段，若含有30个胞嘧啶，就一定会同时含有30个鸟嘌呤

D．DNA分子中每个脱氧核糖上均连接着一个磷酸基和一个含氮碱基

答案　D

解析　DNA分子中除每条单链一端的脱氧核糖外，每个脱氧核糖连接两个磷酸基和一个含氮碱基。

3．下列有关DNA分子结构的叙述，错误的是（　　）

A．双链DNA分子中含有两个游离的磷酸基团

B．DNA的一条单链上相邻的碱基A与T之间通过氢键连接

C．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

D．DNA分子两条链反向平行

答案　B

解析　DNA的一条单链上相邻的碱基A与T之间通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖连接。

4．经检测得知，一双链DNA分子中鸟嘌呤的数目为x，其占碱基总量的比例是y，以下推断正确的是（　　）

A．与鸟嘌呤互补的碱基所占的比例是（1－y）

B．该DNA分子的嘌呤碱基和嘧啶碱基的比值是x/y

C．该DNA分子的碱基之间的氢键数是x（1＋2/y）

D．与鸟嘌呤不互补的碱基数目是x（1－2y）/y

答案　D

解析　由题意可知，G、C所占比例都为y，数量都为x；A、T所占比例都为（1/2－y），数量都为[（x/y）－2x]/2＝[（x/2y）－x]。

与鸟嘌呤互补的碱基所占比例是y。

该DNA分子的嘌呤碱基和嘧啶碱基的比值是1。

G、C之间有三个氢键，A、T之间有两个氢键，该DNA分子的碱基之间的氢键数目是3x＋2[（x/2y）－x]＝（x＋x/y）。

A、T与G不互补，其数目为[x（1－2y）/y]。

5．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%和17.l%B．31.3%和18.7%

C．18.7%和31.3%D．17.1%和32.9%

答案　B

解析　由题中G＋C＝35.8%，可推出C＝G＝17.9%，A＝T＝32.1%；设它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的比例为X、Y，则有1/2（X＋32.9%）＝32.1%,1/2（Y＋17.1%）＝17.9%，解得X＝31.3%，Y＝18.7%。

6．从某种生物中提取出核酸样品，经科学家检测和计算后，碱基之间的相互关系如下：

（A＋T）/（G＋C）＝1，（A＋G）/（T＋C）＝1。

据此结果，该样品（　　）

A．确定是双链DNAB．确定是单链DNA

C．无法确定单双链D．只存在于细胞核中

答案　C

解析　该核酸内含有“T”，说明该核酸是DNA，DNA主要存在于细胞核中，细胞质中也有少量DNA，如果该生物是病毒，则不存在细胞结构，故D错误；由所给等式能推导出A＝C、G＝T，单链和双链都有可能。

7．如图是在电子显微镜下拍摄的某生物细胞DNA复制过程中的图像。

下列有关叙述正确的是（　　）

A．此图反映出的DNA复制模式可作为DNA双向复制的证据

B．此过程遵循碱基互补配对原则，任一条链中A＝T，G＝C

C．若将该DNA彻底水解，产物是脱氧核苷酸和四种碱基

D．若该DNA分子的一条链中（A＋T）/（G＋C）＝a，则互补链中该比值为1/a

答案　A

解析　在一条链中A与T不一定相等；DNA彻底水解是指将脱氧核苷酸也水解，产物是脱氧核糖、磷酸和四种碱基；DNA分子的一条链中两互补碱基之和的比值，与另一条链中该比值相等。

8．下列关于DNA复制的叙述，正确的是（　　）

A．DNA复制时，严格遵循A—U、C—G的碱基互补配对原则

B．DNA复