2020年高考生物一轮复习 第6单元 遗传的物质基础 第19讲 DNA分子的结构、复制以及基因的本质学案（含解析）（必修2）.doc

第19讲DNA分子的结构、复制以及基因的本质考纲明细1.DNA分子结构的主要特点()2.DNA分子的复制()3.基因的概念()考点1DNA分子的结构及相关计算1DNA双螺旋模型构建者：沃森和克里克。2DNA双螺旋结构的形成3DNA的双螺旋结构(1)DNA由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链按反向平行的方式盘旋成双螺旋结构。(2)外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接，构成基本骨架。(3)内侧：两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。碱基互补配对遵循以下原则：A=T(两个氢键)、GC(三个氢键)。深挖教材(1)DNA分子都是双链结构吗？提示并非所有的DNA分子均具“双链”，有的DNA分子为单链。(2)DNA分子都是“链状”的吗？提示目前发现链状的DNA存在于真核细胞的细胞核中，并与蛋白质结合组成染色体，而细胞器(线粒体、叶绿体)DNA、原核细胞中的DNA以及病毒DNA均为环状。4DNA分子结构特点(必修2 P48旁栏思考T1)沃森和克里克在构建模型过程中，利用他人的经验和成果有：组成DNA分子的单位是脱氧核苷酸；DNA分子是由含4种碱基的脱氧核苷酸长链构成的；英国科学家威尔金斯和富兰克林提供的DNA的X射线衍射图谱；美国生物化学家鲍林揭示生物大分子结构的方法(1950年)，即按照X射线衍射分析的实验数据建立模型的方法；奥地利著名生物化学家查哥夫的研究成果：腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量，鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量这一碱基之间的数量关系。(必修2 P51基础题T1改编)下图为大肠杆菌DNA分子片段，分析并回答下列问题。(1)图中2是核糖还是脱氧核糖？_。1、2、3构成了一个完整的脱氧核苷酸分子，据图推测其中文名称是_。(2)图中的碱基对5和6是GC、AT还是AU？_。你的判断理由是什么？_。(3)每个DNA片段中有几个游离的磷酸基团？_。(4)图中a处为_键，用_酶可将其断裂，b处为_键，该键形成时需_酶参与，其断裂时需用_酶。答案(1)脱氧核糖胞嘧啶脱氧核苷酸或鸟嘌呤脱氧核苷酸(2)AT5与6间有2个氢键，应为AT，DNA分子中无U(3)2个(4)氢解旋磷酸二酯DNA聚合酶或DNA连接限制1解读两种DNA结构模型(1)由图1可解读以下信息(2)图2是图1的简化形式，其中是磷酸二酯键，是氢键。解旋酶作用于部位，限制性核酸内切酶和DNA连接酶作用于部位。(3)碱基对数与氢键数的关系若碱基对数为n，则氢键数为2n3n，若已知A有m个，则氢键数为3nm。2关于碱基互补配对的四大规律总结规律一： DNA双链中的AT、GC，两条互补链的碱基总数相等，任意两个不互补的碱基之和恒等，占碱基总数的50%，即：AGTCACTG。规律二：非互补碱基之和的比例在整个DNA分子中为1，在两条互补链中互为倒数。如在一条链中a，则在互补链中，而在整个DNA分子中1。规律三：互补碱基之和的比例在整个DNA分子中以及任何一条链中都相等。如在一条链中m，则在互补链及整个DNA分子中m。规律四：在双链DNA及其转录的RNA之间有下列关系，设双链DNA中a链的碱基为A1、T1、C1、G1，b链的碱基为A2、T2、C2、G2，则A1T1A2T2RNA分子中(AU)(1/2)DNA双链中的(AT)；G1C1G2C2RNA分子中(GC)(1/2)DNA双链中的(GC)。注：由2n个脱氧核苷酸形成双链DNA分子过程中，可产生H2O分子数为(n1)(n1)2n2。题组DNA分子结构及特点1(2019江西上饶高三月考)如图为DNA分子结构示意图，对该图的不正确描述是()A和相间排列，构成DNA分子的基本骨架BDNA分子中的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息C不能称作胞嘧啶脱氧核苷酸D当细胞内DNA复制时，的断开需要酶作用答案A解析磷酸和脱氧核糖的交替排列构成了DNA分子的基本骨架，A错误；DNA分子中的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息，B正确；图中不能表示胞嘧啶脱氧核苷酸，、和下一个磷酸才能构成胞嘧啶脱氧核苷酸，C正确；细胞内DNA复制时，氢键的断开需要解旋酶，D正确。2下列关于DNA分子结构的叙述，正确的是()ADNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的单链结构BDNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基CDNA分子两条链之间总是嘌呤与嘧啶形成碱基对DDNA分子一条链上的相邻碱基通过磷酸脱氧核糖磷酸相连答案C解析DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的双链结构，A错误；DNA分子中的绝大多数磷酸连接着两个脱氧核糖，且磷酸不与碱基直接相连，B错误；DNA分子一条链上的相邻碱基通过脱氧核糖磷酸脱氧核糖相连，D错误。题组DNA分子结构的相关计算3在一个DNA分子中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基数目的54%，其中一条链中鸟嘌呤、胸腺嘧啶分别占该链碱基总数的22%和28%，则由该链转录的信使RNA中鸟嘌呤占碱基总数的()A24% B22% C26% D23%答案A解析双链DNA中，AT占全部碱基总数的54%，则一条单链中AT占该链碱基总数的54%，按下面的图示分析可得mRNA中G与碱基总数的比值为24%。4一个DNA分子的一条链上，腺嘌呤与鸟嘌呤数目之比为21，两者之和占DNA分子碱基总数的24%，则该DNA分子的另一条链上，胸腺嘧啶占该链碱基数目的()A32% B24% C14% D28%答案A解析已知DNA分子的一条链上，AG21，且AG之和占DNA分子碱基总数的24%，依据碱基互补配对原则，该链的碱基总数占DNA分子碱基总数的，所以该链中AG之和占该链碱基总数的48%，从而推出该链中A占该链碱基总数的32%，另一条链上的T和该链中的A相等，即另一条链上的胸腺嘧啶占该链碱基总数的32%，A正确。5(2018安徽皖江名校联盟联考)已知某双链DNA分子(非环状)的一条单链中(AC)/(TG)m，下列相关叙述中错误的是()A该DNA分子中(AC)/(ACTG)0.5B该DNA分子中游离的磷酸基团位于DNA分子的两端C该DNA分子中的(AC)/(TG)1D该DNA分子的特异性取决于碱基的种类及其比例答案D解析在双链DNA分子中，AT，CG，因此该DNA分子中(AC)/(ACTG)0.5，A正确；每个链状DNA分子含有2个游离的磷酸基团，分别位于DNA分子的两端，B正确；整个DNA分子中，AT，GC，所以(AC)/(TG)1，C正确；DNA分子的特异性表现在不同DNA分子有特定的碱基排列顺序，D错误。技法提升三步解决DNA分子中有关碱基比例计算第一步：搞清题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子碱基的比例，还是占DNA分子一条链上碱基的比例。第二步：画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基。第三步：根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。考点2DNA复制及基因的概念1DNA分子的复制(1)概念、时间和场所(2)过程(3)特点和方式特点：边解旋边复制。方式：半保留复制。(4)准确复制的原因和意义原因：DNA具有独特的双螺旋结构，为复制提供精确的模板；碱基互补配对原则，保证了复制能准确进行。意义：DNA分子通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，保持了遗传信息的连续性。2基因、DNA、染色体的关系1DNA半保留复制的实验分析与影响因素(1)DNA半保留复制的实验分析实验方法：放射性同位素示踪法和密度梯度离心技术。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。实验假设：DNA以半保留的方式复制。实验预期：离心后应出现3条DNA带。a重带(密度最大)：两条链都为15N标记的亲代双链DNA。b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。c轻带(密度最小)：两条链都为14N标记的子代双链DNA。实验过程过程分析a立即取出，提取DNA离心全部重带。b繁殖一代后取出，提取DNA离心全部中带。c繁殖两代后取出，提取DNA离心1/2轻带、1/2中带。实验结论：DNA的复制是以半保留方式进行的。(2)影响DNA复制的外界因素2.“图解法”分析DNA复制相关计算(1)将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基上培养，复制n(n0)次，则：(2)DNA复制中消耗的脱氧核苷酸数若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m(2n1)。第n次复制需要该种脱氧核苷酸数为m2n1。3DNA复制与细胞分裂中染色体标记问题(1)减数分裂与有丝分裂中染色体标记情况分析减数分裂中染色体标记情况分析如果用3H标记细胞中的DNA分子，然后将细胞放在正常环境中培养，让其进行减数分裂，结果染色体中的DNA标记情况如图所示：由图可以看出，减数分裂过程中细胞虽然连续分裂2次，但DNA只复制1次，所以四个子细胞中所有DNA分子均呈杂合状态，即“”。有丝分裂中染色体标记情况分析如果用3H标记细胞中的DNA分子，然后将细胞放在正常环境中培养，连续进行2次有丝分裂，与减数分裂过程不同，因为有丝分裂是复制1次分裂1次，因此这里实际上包含了2次复制。由图可以看出，第一次有丝分裂形成的两个子细胞中所有DNA分子均呈杂合状态，即“”。第二次有丝分裂复制后的染色体上两条单体中只有一条单体含有3H，即DNA分子为“”，而另一条单体只有1H，即DNA分子为“”，在后期时两条单体的分离是随机的，所以最终形成的子细胞中可能都含有3H，也可能不含3H，含有3H的染色体条数是02n条(体细胞染色体条数是2n)。(2)四步法解决细胞分裂中染色体标记问题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，染色单体分开的局面，并进而推测子细胞染色体的情况题组DNA分子复制过程及特点1(2018湖南高三段考)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BDNA解旋之后复制随之开始C复制后每个新DNA分子含一条母链和一条新子链D复制的场所可以发生在细胞核和细胞质中答案B解析DNA的复制通常发生在有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期，A正确；DNA分子复制是边解旋边复制的过程，B错误；DNA分子复制是半保留复制，复制后每个新DNA分子含一条母链和一条新子链，C正确；复制的场所主要发生在细胞核中，在细胞质的线粒体和叶绿体中也能进行DNA分子复制，D正确。2如图表示DNA复制的过程，结合图示判断，下列有关叙述错误的是()ADNA复制过程中首先需要解旋酶破坏DNA双链之间的氢键，解开双链BDNA分子的复制具有双向复制的特点，生成的两条子链的方向相反C从图示可知，DNA分子具有多起点复制的特点，缩短了复制所需的时间DDNA分子的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成为DNA片段答案C解析DNA复制过程的第一步是解旋，需要用解旋酶破坏DNA双链之间的氢键，使两条链解开，A正确；由图可知，DNA分子的复制具有双向复制的特点，且生成的两条子链的方向相反，B正确；图中DNA复制只有一个起点，不能说明DNA分子具有多起点复制的特点，C错误；DNA分子复制时，需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段，D正确。题组DNA复制的相关计算3在一个密闭的容器里，用含有同位素13C的脱氧核苷酸合成一个DNA分子，然后加入普通的含12C的脱氧核苷酸，经n次复制后，所得DNA分子中含12C的脱氧核苷酸链数与含13C的脱氧核苷酸链数之比是()A2n1 B(2n2)nC(2n2)2 D(2n1)1答案D解析根据题意分析可知：n次复制后共得到DNA分子2n个，共有脱氧核苷酸链2n2条；由于DNA分子复制的特点是半保留复制，形成的子代DNA中有两条链是模板链13C；新合成的子链含12C，一共有2n22条，所以DNA分子中含12C的脱氧核苷酸链数与含13C的脱氧核苷酸链数之比是：(2n22)2(2n1)1。4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的单链占D子代DNA中嘌呤与嘧啶之比是23答案A解析由于DNA分子的复制是半保留复制，最终只有2个子代DNA各含1条15N链，1条14N链，其余DNA都只含14N，故全部子代DNA都含14N，A正确；含有100个碱基对200个碱基的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，解得A40个，故复制过程中需腺嘌呤脱氧核苷酸的个数为(241)40600，B错误；DNA复制为半保留复制，不管复制几次，最终子代DNA都保留亲代DNA的2条母链，故最终有2个子代DNA含15N，所以含有15N的DNA分子占，含15N的单链占，C错误；在双链DNA分子中，CG，AT，所以(AG)(TC)11，D错误。5某DNA分子有500个碱基对，其中含有鸟嘌呤300个，该DNA进行连续复制，经测定最后一次复制消耗了周围环境中3200个腺嘌呤脱氧核苷酸，则该DNA分子共复制了多少次()A3次 B4次 C5次 D6次答案C解析已知该DNA分子有500个碱基对，其中含有300个G，则A与T均为200个；最后一次复制消耗了3200个A，因此，最后一次复制净产生的DNA分子数为3200/20016(个)，则经过复制后，形成的DNA分子总数为32个，因此，这个DNA分子共进行了5(2532)次复制。题后归纳 “DNA复制”相关题目的4点“注意”(1)注意“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别，前者包括所有的复制，但后者只包括第n次的复制。(2)注意碱基的单位是“对”还是“个”。(3)切记在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两个。(4)看清试题中问的是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词，以免掉进陷阱。题组DNA复制与细胞分裂问题6(2019吉林实验中学第三次月考)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分别有8条、8条被标记的染色体()A第1次 B第2次 C第3次 D第4次答案B解析由于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条染色体，8个DNA，每个DNA的2条链中均含1条标记链和一条非标记链。在第二次有丝分裂时，间期复制完成时会有16个DNA，但是这16个DNA中，有8个DNA均是含1条标记链和一条非标记链，另外8个均是非标记链；中期由于着丝点没有分裂，所以每条染色体上有2个DNA，一个是1条标记链和一条非标记链，另一个是只有非标记链，所以在中期会有8条染色体有标记；后期着丝点分裂，每条染色体上的DNA随着姐妹染色单体的分开而分开，在后期形成16条染色体，其中只有8条含有标记，这8条染色体中的DNA是含1条标记链和一条非标记链。所以将会在第2次细胞分裂中，出现中期和后期都有8条染色体被标记的现象，B正确。7小鼠的睾丸中一个精原细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸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完成减数分裂过程，其染色体的放射性标记分布情况是()A初级精母细胞中每条染色体的两条单体都被标记B次级精母细胞中每条染色体都被标记C只有半数精细胞中有被标记的染色体D产生的四个精细胞中的全部染色体，被标记数与未被标记数相等答案D解析一个精原细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期后，每条染色体的DNA分子有一条链被标记，然后在不含放射性标记的培养基中继续完成减数分裂过程，初级精母细胞中每条染色体只有一条染色单体被标记，A错误；着丝点分裂后的次级精母细胞有一半的染色体被标记，B错误；由于染色体的随机结合，含有被标记染色体的精细胞的比例不能确定，C错误；整体来看，产生的四个精细胞中的全部染色体，被标记数与未被标记数相等，D正确。题组DNA半保留复制的实验分析8细菌在含15N的培养基中繁殖数代后，细菌DNA的含氮碱基均含有15N，然后再将其移入含14N的培养基中培养，提取亲代及子代的DNA，离心分离，如图为可能的结果，下列叙述错误的是()A子一代DNA应为 B子二代DNA应为C子三代DNA应为 D亲代的DNA应为答案C解析由题意可知，子一代的DNA应为全中14N/15N，即图，A正确；子二代DNA应为1/2中14N/15N、1/2轻14N/14N，即图，B正确；子三代DNA应为1/4中14N/15N、3/4轻14N/14N，即图，而不是全轻14N/14N，C错误；亲代的DNA应为全重15N/15N，即图，D正确。9DNA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、分散复制三种。究竟是哪种复制方式呢？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14NDNA(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15NDNA(亲代)。c将亲代含15N的大肠杆菌转移到氮源为14N的培养基中，再连续繁殖两代(和)，用密度梯度离心法分离，不同相对分子质量的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，子代能分辨出两条DNA带：一条_带和一条_带，则可以排除_。(2)如果子代只有一条中密度带，则可以排除_，但不能肯定是_。(3)如果子代只有一条中密度带，再继续做子代DNA密度鉴定：若子代可以分出_和_，则可以排除分散复制，同时肯定半保留复制；如果子代不能分出_密度两条带，则排除_，同时确定为_。答案(1)轻(14N/14N)重(15N/15N)半保留复制和分散复制(2)全保留复制半保留复制还是分散复制(3)一条中密度带一条轻密度带中、轻半保留复制分散复制解析由图示可知，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)。因此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，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。在子代中，全保留复制会形成轻、重两条密度带，半保留复制和分散复制都只形成一条中密度带。在子代中，半保留复制会形成中、轻两条密度带，分散复制会形成一条中密度带。高考热点突破1(2016全国卷)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答案C解析因为该物质可使DNA双链不能解开，DNA复制时需要解旋，所以若在细胞培养液中加入该物质，会导致细胞中DNA复制发生障碍，A正确；由于RNA主要是在细胞核中以DNA一条链为模板合成的，因此，RNA转录前需要DNA解旋，该物质会导致细胞中RNA转录发生障碍，B正确；因为该物质使DNA复制不能完成，所以可将细胞周期阻断在分裂间期，C错误；该物质能抑制DNA复制，因此，可抑制癌细胞增殖，D正确。2(2016上海高考)在DNA分子模型的搭建实验中，若仅有订书钉将脱氧核糖、磷酸、碱基连为一体并构建一个含10对碱基(A有6个)的DNA双链片段，那么使用的订书钉个数为()A58 B78 C82 D88答案C解析根据试题的分析，构建一个DNA的基本单位需要2个订书钉，构建一个含10对碱基(A有6个)的DNA双链片段，首先要构建20个基本单位，需要40个订书钉；将两个基本单位连在一起需要一个订书钉，连接10对碱基组成的DNA双链片段，需要将20个基本单位连成两条链，需要18个订书钉；碱基A有6个，AT6，那么GC4，A和T之间两个氢键，G和C之间三个氢键，碱基对之间的氢键需要624324个订书钉连接，共需要40182482个订书钉。3(2016全国卷节选)在有关DNA分子的研究中，常用32P来标记DNA分子。用、和表示ATP或dATP(d表示脱氧)上三个磷酸基团所处的位置(APPP或dAPPP)。回答下列问题：将一个某种噬菌体DNA分子的两条链用32P进行标记，并使其感染大肠杆菌，在不含有32P的培养基中培养一段时间。若得到的所有噬菌体双链DNA分子都装配成噬菌体(n个)并释放，则其中含有32P的噬菌体所占比例为2/n，原因是_。答案一个含有32P标记的噬菌体双链DNA分子经半保留复制后，标记的两条单链只能分配到两个噬菌体的双链DNA分子中，因此在得到的n个噬菌体中只有