届高三生物一轮复习第6单元第2讲DNA分子的结构复制与基因的本质讲义.docx

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届高三生物一轮复习第6单元第2讲DNA分子的结构复制与基因的本质讲义

第2讲DNA分子的结构、复制与基因的本质

考点一|DNA分子的结构及基因的本质

1．DNA分子的化学组成

（1）元素组成：

C、H、O、N、P。

（2）基本单位：

2．DNA分子的结构

（1）平面结构：

①基本骨架：

磷酸、脱氧核糖交替连接而成的反向平行长链。

②内侧：

碱基对

A＝T（或T＝A）G≡C（或C≡G）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。

4．基因的本质

（1）染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系

（2）基因与碱基的关系

遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序中，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。

1．判断有关DNA结构叙述的正误。

（1）沃森和克里克提出在DNA双螺旋结构中嘧啶数不等于嘌呤数。

（×）

【提示】由于碱基互补配对，则DNA双螺旋结构中嘧啶数等于嘌呤数。

（2）DNA单链中相邻碱基以氢键相连。

（×）

【提示】DNA单链中相邻碱基以脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖相连。

（3）T2噬菌体的遗传物质水解产生4种脱氧核苷酸。

（√）

（4）每个DNA分子中碱基数＝磷酸数＝核糖数。

（×）

【提示】DNA分子中的五碳糖应为脱氧核糖。

2．判断有关基因本质的正误。

（1）染色体是肺炎双球菌细胞中DNA的主要载体。

（×）

【提示】肺炎双球菌为原核生物，无染色体。

（2）基因中碱基对或脱氧核苷酸的排列顺序均可代表遗传信息。

（√）

（3）基因突变等同于DNA分子内部碱基对的替换、增添或缺失。

（×）

【提示】DNA分子中只有基因部分的碱基对替换、增添或缺失，属于基因突变。

3．图示为两种DNA结构模型，请分析：

图1图2

（1）由图1可知，每个DNA分子片段中，游离磷酸基团含有2个。

单链中相邻碱基通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖连接。

互补链中相邻碱基通过氢键连接。

（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，限制性内切酶和DNA连接酶作用于①部位。

碱基互补配对原则及相关计算规律

1．碱基互补配对原则：

A一定与T配对，G一定与C配对。

2．四个计算规律。

（1）规律一：

一个双链DNA分子中，A＝T、C＝G，则A＋G＝C＋T，即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。

（2）规律二：

在双链DNA分子中，互补的两碱基之和（如A＋T或C＋G）占全部碱基的比值等于其任何一条单链中该种碱基比例的比值，且等于其转录形成的mRNA（T换为U）中该种碱基比例的比值。

（3）规律三：

在DNA双链中，一条单链的A1＋G1T1＋C1的值与其互补单链的A2＋G2T2＋C2的值互为倒数关系。

提醒：

在整个DNA分子中该比值等于1。

（4）规律四：

在DNA双链中，一条单链的A＋TG＋C的值，与该互补链的A＋TG＋C的值是相等的，与整个DNA分子中的A＋TG＋C的值是相等的。

提醒：

综合规律三、四可简记为“补则等，不补则倒”。

视角1考查DNA分子的结构及特点

1．（2017·江西师范大学附中期末）下列有关双链DNA的结构和复制的叙述正确的是（）

A．DNA双螺旋结构以及碱基间的氢键使DNA分子具有较强的特异性

B．DNA分子双链间的碱基通过脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖连接

C．DNA聚合酶催化两个游离的脱氧核苷酸之间的连接

D．复制后产生的两个子代DNA分子共含有4个游离的磷酸基团

D[DNA分子的特定碱基排列顺序使其具有较强的特异性，A项错误；DNA分子双链间的碱基通过氢键连接，B项错误；DNA聚合酶催化游离的脱氧核苷酸与DNA链上的脱氧核苷酸之间的连接，C项错误；每个DNA分子的两条链各有1个游离的磷酸，因此1个DNA复制的两个DNA分子共有4个游离的磷酸基团，D项正确。

]

2．（2017·淄博市高三检测）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分子磷酸相连

D．可构建45种不同碱基序列的DNA

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，A项错误；构成的双链DNA片段中A与T间的氢键共有4个，G与C共有6个，即最多有10个氢键，B项正确；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，C项错误；可构建44种不同碱基序列的DNA，D项错误。

]

[巧学助记]

DNA分子结构的“五、四、三、二、一”

视角2DNA分子中碱基含量（或比例）的分析与计算

3．（2017·济南2月调研）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%

B[配对的碱基之和在一条链中与在整个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%。

]

4．下列有关计算结果，错误的是（）

A．DNA分子上的某个基因片段含有600个碱基对，由它控制合成的蛋白质分子最多含有的氨基酸数为200个

B．将一个被15N标记的噬菌体（含一个双链DNA分子）去侵染含14N的细菌，噬菌体复制3次后，则含有15N标记的噬菌体占总数的1/8

C．某双链DNA分子的所有碱基中，鸟嘌呤的分子数占26%，则腺嘌呤的分子数占24%

D．某DNA分子的一条单链中（A＋T）/（C＋G）＝0.4，则其互补链中该碱基比例也是0.4

B[DNA分子上的某个基因片段含有600个碱基对，则相应的mRNA最多含有600个碱基，600个碱基含有200个密码子，200个密码子最多对应200个氨基酸；DNA进行半保留复制，将一个被15N标记的噬菌体（含一个双链DNA分子）去侵染含14N的细菌，噬菌体复制3次后，则含有15N标记的噬菌体占总数的1/4；某双链DNA分子的所有碱基中，鸟嘌呤的分子数占26%，则胞嘧啶分子数比例也为26%，腺嘌呤的分子数百分比＝胸腺嘧啶分子数百分比＝24%。

由碱基互补配对原则可知，DNA分子一条单链中（A＋T）/（G＋C）与互补链中该碱基比例相等。

]

关于碱基含量计算的简便方法“两点两法”

“两点”为两个基本点：

一是A与T配对（RNA为A与U配对），G与C配对（A＝TG＝C）；二是双链DNA分子中，嘌呤总数＝嘧啶总数＝1/2碱基总数（A＋G＝T＋C）。

“两法”为双链法和设定系数法：

用两条直线表示DNA分子的双链结构即为双链法；设定系数法即是设定一个系数来表示碱基的总数或某碱基的数目。

例如：

已知双链DNA分子中G与C占全部碱基的40%[或一条单链中（A＋G）/（T＋C）＝0.4]，可设双链DNA分子中碱基总数为200x，则一条链碱基数目为100x，G＋C的数目为200x×40%＝80x（或设A＋G的数目为4x，则T＋C＝10x）。

考点二|DNA复制及相关计算

1．概念

以DNA分子为模板合成子代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．条件能量：

ATP酶：

解旋酶、DNA聚合酶等

4．过程

DNA――→解旋酶两条母链――→DNA聚合酶形成子链→新DNA分子。

5．特点

（1）过程：

边解旋边复制。

（2）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：

将遗传信息由亲代传给子代，保持了遗传信息的连续性。

1．判断有关DNA复制叙述的正误。

（1）DNA复制时以DNA分子的一条链作为模板。

（×）

【提示】DNA复制的模板为解旋后的每一段母链。

（2）洋葱根尖分生区细胞在减数第一次分裂前间期进行DNA复制。

（×）

【提示】洋葱根尖分生区细胞不进行减数分裂。

（3）DNA复制时先解旋后复制。

（×）

【提示】DNA复制时边解旋边复制。

（4）DNA复制就是基因表达的过程。

（×）

【提示】基因的表达包括转录、翻译，DNA复制不属于基因的表达。

（5）蓝藻细胞的拟核及叶绿体中均可发生DNA复制。

（×）

【提示】蓝藻为原核生物，无叶绿体。

2．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→G表示哺乳动物的DNA分子复制。

图中黑点表示复制起始点，“→”表示复制方向。

（1）若A中含48502个碱基对，而子链延伸速度是105个碱基对/分，则此DNA分子复制完成约需30s。

而实际上只需约16s。

根据A→C图分析，是因为复制是双向进行的。

（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6h左右。

据D→G图分析，是因为从多个起始点同时进行复制。

（3）A→G均有以下特点：

延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA分子复制是边解旋边复制的。

（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保证了DNA分子复制准确无误地完成。

1．生物体中DNA分子复制的场所

原核生物：

拟核、细胞质（如质粒中DNA的复制）DNA病毒：

宿主细胞内

2．DNA分子复制中相关计算的规律方法

DNA分子复制为半保留复制，若将一个被15N标记的DNA转移到含14N的培养基中培养（复制）若干代，其结果分析如下：

（1）子代DNA分子数：

2n个。

①无论复制多少次，含15N的DNA分子始终是2个。

②含14N的有2n个，只含14N的有（2n－2）个，做题时应看准是“含”还是“只含”。

（2）子代DNA分子的总链数：

2n×2＝2n＋1条。

①无论复制多少次，含15N的链始终是2条。

做题时应看准是“DNA分子数”还是“链数”。

②含14N的链数是（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，则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸为m×（2n－1）个。

②若进行第n次复制，则需消耗该脱氧核苷酸数为m×2n－1个。

视角1考查DNA复制的过程及特点

1．如图表示大肠杆菌的DNA复制示意图。

如果是单起点单向复制，按正常的子链延伸速度，此DNA分子复制约需30s，而实际上复制从开始到结束只需约16s。

据图分析，下列说法不正确的是（）

A．此DNA分子复制为半保留复制

B．该DNA分子从两个起点进行双向复制

C．将甲置于含15N的培养液中复制3次，子代DNA都含15N

D．甲分子中碱基A占20%，那么其子代DNA中鸟嘌呤占30%

B[从图中可知，DNA分子为半保留复制，A项正确；此DNA分子应该是从1个起点双向复制，B项错误；由于新合成的子链都含有15N，所以子代DNA分子都含有15N，C项正确；根据碱基互补配对原则，可知子代DNA中鸟嘌呤占30%，D项正确。

]

2.如图为真核细胞DNA复制过程示意。

据图分析，下列相关叙述中错误的是（）

A．由图示得知，子链是沿着一定方向延伸的

B．合成两条子链时，DNA聚合酶移动的方向是相反的

C．细胞内的DNA复制场所有细胞核、叶绿体、线粒体

D．解旋需解旋酶及DNA聚合酶的催化，且需要消耗ATP

D[由题图可知，A、B正确；细胞内的DNA分布在细胞核、线粒体和叶绿体中，这三个结构都可以进行DNA复制；解旋不需要DNA聚合酶参与。

]

视角2考查DNA复制的相关计算

3．将一个没有放射性同位素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－胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中培养一段时间，检测到如下图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，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

D．复制n次形成的放射性脱氧核苷酸单链为2n＋1－2

D[DNA第二次复制产生的子代DNA共4个，有Ⅰ、Ⅱ两种类型，比例为1∶1，A错误；大肠杆菌属于原核生物，无同源染色体，不遵循孟德尔的分离定律，B错误；复制n次需要胞嘧啶的数目是m－2a2·（2n－1），C错误；DNA分子是双链结构，一个不含放射性同位素32P标记的大肠杆菌拟核DNA共2条链，所以复制n次形成的放射性脱氧核苷酸单链为2n＋1－2，D正确。

]

巧借模式图解答与DNA复制有关问题

学会画DNA分子半保留复制图解有助于理解DNA的相关计算规律，如下图所示：

真题验收|感悟高考淬炼考能

1．（2013·全国卷Ⅱ）关于DNA和RNA的叙述，正确的是（）

A．DNA有氢键，RNA没有氢键

B．一种病毒同时含有DNA和RNA

C．原核细胞中既有DNA，也有RNA

D．叶绿体、线粒体和核糖体都含有DNA

C[DNA为双链，两条链间以氢键连接，RNA为单链，但也有双链区域，如tRNA三叶草构象，双链区域也含氢键，A错误；病毒是非细胞生物，只含有DNA或者RNA一种核酸，B错误；细胞生物都含有DNA和RNA，C正确；线粒体、叶绿体为半自主性细胞器，具有DNA，核糖体含rRNA和蛋白质，D错误。

]

2．（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（）

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

]

3．（2015·上海高考）若N个双链DNA分子在第i轮复制结束后，某一复制产物分子一条链上的某个C突变为T，这样在随后的一轮复制结束时，突变位点为AT碱基对的双链DNA分子数与总DNA分子数的比例始终为（）

A.1N×2i－1B.1N×2i

C.1N×2i＋1D.1N×2i＋2

C[N个双链DNA分子在第i轮复制后形成N×2i个DNA分子中，某DNA分子的一条链上某个C突变为T，则在随后的一轮复制结束时，有1个DNA分子中突变位点为AT碱基对，占双链DNA分子数的比例为1N×2i＋1；在随后的两轮复制结束时，突变位点为A－T碱基对的双链DNA分子数的比例应为2/（N×2i＋2）＝1N×2i＋1。

]

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。

DNA复制与细胞分裂中染色体标记情况分析

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）由新原料构建而成。

（2）2个子DNA位置：

当一个DNA分子复制形成两个新DNA分子后，此两个DNA恰位于两姐妹染色单体上，且由着丝点连在一起，即

（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．DNA分子连续复制两次的图像及解读

（2017·佛山市二模）用32P标记某动物精原细胞的全部核DNA，然后将细胞置于31P标记的培养液中培养，使其进行一次有丝分裂或减数分裂（MⅠ、MⅡ），下列有关叙述正确的是（）

A．有丝分裂前期与MⅠ前期细胞中，32P标记的DNA分子数相同、染色体数不同

B．有丝分裂后期与MⅠ后期细胞中，32P标记的DNA分子数不同、染色体数不同

C．有丝分裂中期与MⅡ中期细胞中，32P标记的DNA分子数不同、染色体数不同

D．有丝分裂后期与MⅡ后期细胞中，32P标记的DNA分子数不同、染色体数相同

【解析】由题干信息并结合DNA的半保留复制以及细胞分裂过程中染色体数目、DNA变化规律可知：

有丝分裂前期与MⅠ前期细胞中，32P标记的DNA分子数目相同，染色体数也相同，A项错误；有丝分裂后期与MⅠ后期细胞中32P标记DNA分子数目相同，前者的染色体数目是后者的2倍，B项错误；有丝分裂中期与MⅡ中期细胞中，前者被32P标记的DNA分子数目、染色体数均为后者的2倍，C项正确；有丝分裂后期与MⅡ后期细胞中，前者被32P标记的DNA分子数目、染色体数均为后者的2倍，D项错误。

【答案】C

模型法巧解细胞分裂染色体标记题

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，并进而推测子细胞染色体情况

[跟踪练习]

1．将DNA分子双链用3H标记的某动物精原细胞（2n＝8）移入适宜培养条件（不含放射性元素）下，让细胞连续进行两次有丝分裂，再进行一次减数分裂。

根据如图所示判断在减数第二次分裂中期，细胞中染色体的标记情况依次是（）

A.2个b，6个c

B.b＋c＝8个，但b和c数目不确定

C.4个b，4个c

D.b＋c＝4个，但b和c数目不确定

D[让该精原细胞连续进行两次有丝分裂，再进行一次减数分裂，该过程中DNA共复制3次。

根据DNA分子半保留复制特点，第一次有丝分裂形成的两个子细胞中均含有8条染色体，8个DNA分子，且这8个DNA分子都只有一条链含有3H标记；第二次有丝分裂形成的两个子细胞中共有8条染色体，这8条染色体中只有部分被3H标记，且具体数目不确定；减数第二次分裂中期，细胞中同有4条染色体，有部分染色体的一条染色单体被标记，即图中b，还有部分染色体没有被标记，即图中c，则b＋c＝4个，但b和c数目不确定。

]

2．将染色体上全部DNA分子双链经32P标记的雄性哺乳动物细胞（染色体数为20）置于不含32P的培养基中培养。

下列推断中，正确的是（）

A．若减数分裂结束，则产生的子细胞中有5对同源染色体，每条都含32P

B．若完成一次有丝分裂，则产生的子细胞中含20条染色体，其中10条含32P

C．若进行减数分裂，则每个减Ⅱ后期细胞中均含2个Y染色体且都含32P

D．若进行一次有丝分裂，则分裂中期细胞的染色体上共有40个DNA分子且都含32P

D[减数分裂结束，同源染色体分离，因此子细胞中不存在同源染色体，A错误；若完成一次有丝分裂，则产生的子细胞中含20条染色体，20条染色体上的DNA分子均有一条脱氧核苷酸链被标记，即20条染色体含有标记，B错误；在减数第一分裂后期，由于X染色体和Y染色体分离，因此每个减数第二次分裂后期细胞中可能含有2个Y染色体或2个X染色体，C错误；若进行一次有丝分裂，则分裂中期细胞的染色体上共有40个DNA分子，且每个DNA分子均有一条脱氧核苷酸链被标记，D正确。

]