新教材适用2024版高考生物二轮总复习第1部分核心考点突破专题4遗传的分子基础核心考点二DNA的结构复制与相关计算教师用书

核心考点二DNA的结构、复制与相关计算1.DNA的结构及特点(1)利用数字“五、四、三、二、一”巧记DNA分子的结构①DNA单链中相邻的脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接。②DNA双链中相邻的两个碱基通过氢键连接，DNA单链中相邻的两个碱基通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接。③DNA中有两个游离的磷酸基团，所在的位置为每条链的5′－端。④某条DNA单链不互补碱基之和的比值与其互补链的该比值互为倒数。⑤脱氧核糖上与碱基相连的C为1′－C，与磷酸基团相连的是5′－C，与下一个脱氧核苷酸磷酸基团相连的是3′－C。⑥脱氧核糖(C5H10O4)与核糖(C5H10O5)的区别是2′－C上少一个O，只剩下一个H。⑦DNA初步水解的产物为四种脱氧核苷酸，彻底水解的产物为磷酸、脱氧核糖、四种碱基。⑧若某DNA片段中有n个碱基对，则磷酸和脱氧核糖之间的连接物共有4n－2个。(2)DNA的结构特点2.DNA的复制(1)分析下图归纳DNA复制过程(2)DNA的复制方式为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则有：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。④子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝2n＋1条；⑤若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸数＝m·(2n－1)个；第n次复制需要该脱氧核苷酸数＝m·(2n－2n－1)＝m·2n－1个。真题感悟常考题型一DNA分子的结构特点典例1(2022·广东卷)λ噬菌体的线性双链DNA两端各有一段单链序列。这种噬菌体在侵染大肠杆菌后其DNA会自连环化(如图)，该线性分子两端能够相连的主要原因是(C)A．单链序列脱氧核苷酸数量相等B．分子骨架同为脱氧核糖与磷酸C．单链序列的碱基能够互补配对D．自连环化后两条单链方向相同【解析】单链序列脱氧核苷酸数量相等、分子骨架同为脱氧核糖与磷酸交替连接，不能决定该线性DNA分子两端能够相连，A、B错误；据图可知，单链序列的碱基能够互补配对，决定该线性DNA分子两端能够相连，C正确；DNA的两条链是反向的，因此自连环化后两条单链方向相反，D错误。故选C。典例2(2022·浙江6月卷)某同学欲制作DNA双螺旋结构模型，已准备了足够的相关材料下列叙述正确的是(C)A．在制作脱氧核苷酸时，需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基B．制作模型时，鸟嘌呤与胞嘧啶之间用2个氢键连接物相连C．制成的模型中，腺嘌呤与胞嘧啶之和等于鸟嘌呤和胸腺嘧啶之和D．制成的模型中，磷酸和脱氧核糖交替连接位于主链的内侧【解析】在制作脱氧核苷酸时，需在脱氧核糖上连接磷酸和碱基，A错误；鸟嘌呤和胞嘧啶之间由3个氢键连接，B错误；DNA的两条链之间遵循碱基互补配对原则，即A＝T、C＝G，故在制作的模型中A＋C＝G＋T，C正确；DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架，碱基在内侧，D错误。故选C。典例3(2021·北京卷)酵母菌的DNA中碱基A约占32%，关于酵母菌核酸的叙述错误的是(D)A．DNA复制后A约占32%B．DNA中C约占18%C．DNA中(A＋G)/(T＋C)＝1D．RNA中U约占32%【解析】DNA分子为半保留复制，复制时遵循A—T、G—C的配对原则，则DNA复制后的A约占32%，A正确；酵母菌的DNA中碱基A约占32%，则A＝T＝32%，G＝C＝(1－2×32%)/2＝18%，B正确；DNA遵循碱基互补配对原则，A＝T、G＝C，则(A＋G)/(T＋C)＝1，C正确；由于RNA为单链结构，且RNA是以DNA的一条单链为模板进行转录而来，故RNA中U不一定占32%，D错误。故选D。典例4(2021·广东卷)DNA双螺旋结构模型的提出是二十世纪自然科学的伟大成就之一。下列研究成果中，为该模型构建提供主要依据的是(B)①赫尔希和蔡斯证明DNA是遗传物质的实验②富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱③查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等④沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制A．①② B．②③C．③④ D．①④【解析】赫尔希和蔡斯通过噬菌体侵染大肠杆菌的实验，证明了DNA是遗传物质，与构建DNA双螺旋结构模型无关，①错误；沃森和克里克根据富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱，推算出DNA分子呈螺旋结构，②正确；查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等，沃森和克里克据此推出碱基的配对方式，③正确；沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制，是在DNA双螺旋结构模型之后提出的，④错误。故选B。归纳提升：双链DNA分子中的碱基计算规律1．在DNA中，A＝T、G＝C；A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G；(A＋G)/(T＋C)＝1。2．在DNA中，两个非配对碱基之和占碱基总数的50%。3．若一条链中的(A＋T)/(G＋C)＝a，则另一条链中的(A＋T)/(G＋C)比例也是a；若一条链中的(A＋G)/(T＋C)＝b，则另一条链中的(A＋G)/(T＋C)的比例是1/b。4．在DNA的一条链中，A＋T占这一条链的碱基比例等于另一条链中A＋T占其链的碱基比例，还等于双链DNA中A＋T占整个DNA的碱基比例。即(A1＋T1)%＝(A2＋T2)%＝总(A＋T)%；同理，(G1＋C1)%＝(G2＋C2)%＝总(G＋C)%。常考题型二DNA的复制典例5(2023·山东卷)将一个双链DNA分子的一端固定于载玻片上，置于含有荧光标记的脱氧核苷酸的体系中进行复制。甲、乙和丙分别为复制过程中3个时间点的图像，①和②表示新合成的单链，①的5′端指向解旋方向，丙为复制结束时的图像。该DNA复制过程中可观察到单链延伸暂停现象，但延伸进行时2条链延伸速率相等。已知复制过程中严格遵守碱基互补配对原则，下列说法错误的是(D)A．据图分析，①和②延伸时均存在暂停现象B．甲时①中A、T之和与②中A、T之和可能相等C．丙时①中A、T之和与②中A、T之和一定相等D．②延伸方向为5′端至3′端，其模板链3′端指向解旋方向【解析】据题图分析，图甲时新合成的单链①比②短，图乙时①比②长，因此可以说明①和②延伸时均存在暂停现象，A正确；图甲时单链①和②虽然不等长，但是A、T之和存在相等的可能性，因为长出的部分可能不含A和T，B正确；①和②两条链中碱基是互补的，丙为复制结束时的图像，新合成的单链①与②等长，图丙时①中A、T之和与②中A、T之和一定相等，C正确；①和②分别由一个双链DNA分子的其中一条链复制而来，所以①和②的方向是相反的，①的5′端指向解旋方向，那②的3′端则指向解旋方向，但②的模板链与②的方向相反，与①的方向相同，所以②的模板链5′端指向解旋方向，D错误。故选D。典例6(2022·海南卷)科学家曾提出DNA复制方式的三种假说：全保留复制、半保留复制和分散复制(图1)。对此假说，科学家以大肠杆菌为实验材料，进行了如下实验(图2)：下列有关叙述正确的是(D)A．第一代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带，说明DNA复制方式一定是半保留复制B．第二代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带和1条轻带，说明DNA复制方式一定是全保留复制C．结合第一代和第二代细菌DNA的离心结果，说明DNA复制方式一定是分散复制D．若DNA复制方式是半保留复制，继续培养至第三代，细菌DNA离心后试管中会出现1条中带和1条轻带【解析】第一代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带，则可以排除全保留复制，但不能肯定是半保留复制或分散复制，继续做子代ⅡDNA密度鉴定，若子代Ⅱ可以分出一条中密度带和一条轻密度带，则可以排除分散复制，同时肯定是半保留复制，A、B、C错误；若DNA复制方式是半保留复制，继续培养至第三代，形成的子代DNA或者两条链均为14N或者一条链含有14N一条链含有15N，只有这两种类型，因此细菌DNA离心后试管中只会出现1条中带和1条轻带，D正确。故选D。典例7(2021·辽宁卷)下列有关细胞内的DNA及其复制过程的叙述，正确的是(A)A．子链延伸时游离的脱氧核苷酸添加到3′端B．子链的合成过程不需要引物参与C．DNA每条链的5′端是羟基末端D．DNA聚合酶的作用是打开DNA双链【解析】子链延伸方向是5′→3′，故游离的脱氧核苷酸添加到3′端，A正确；子链的合成过程需要引物参与，B错误；DNA每条链的5′端是磷酸基团末端，3′端是羟基末端，C错误；解旋酶的作用是打开DNA双链，D错误。故选A。典例8(2021·浙江6月卷)在DNA复制时，5-溴尿嘧啶脱氧核苷(BrdU)可作为原料，与腺嘌呤配对，掺入新合成的子链。用Giemsa染料对复制后的染色体进行染色，DNA分子的双链都含有BrdU的染色单体呈浅蓝色，只有一条链含有BrdU的染色单体呈深蓝色。现将植物根尖放在含有BrdU的培养液中培养，取根尖用Giemsa染料染色后，观察分生区细胞分裂中期染色体的着色情况。下列推测错误的是(C)A．第一个细胞周期的每条染色体的两条染色单体都呈深蓝色B．第二个细胞周期的每条染色体的两条染色单体着色都不同C．第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体均为1/4D．根尖分生区细胞经过若干个细胞周期后，还能观察到深蓝色的染色单体【解析】根据题意分析可知，第一个细胞周期的每条染色体的染色单体都只有一条链含有BrdU，故呈深蓝色，A正确；第二个细胞周期的每条染色体复制之后，每条染色体上的两条染色单体均为一条单体双链都含有BrdU呈浅蓝色，一条单体只有一条链含有BrdU呈深蓝色，故着色都不同，B正确；第二个细胞周期结束后，不同细胞中含有的带有双链都含有BrdU的染色体和只有一条链含有BrdU的染色体的数目是不确定的，故第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体比例不能确定，C错误；根尖分生区细胞可以持续进行有丝分裂，所以不管经过多少个细胞周期，依旧可以观察到一条链含有BrdU的染色单体，成深蓝色，D正确。故选C。归纳提升：细胞分裂过程中的DNA标记1．确定细胞分裂方式，是有丝分裂还是减数分裂，有丝分裂常以一条染色体为研究对象，减数分裂一般选取一对同源染色体为研究对象。2．确定标记过程中DNA复制次数和在未标记培养液中细胞分裂次数以及所处的时期。