高考生物一轮复习讲义必修2第6单元第2讲　DNA分子的结构复制与基因的本质

第2讲DNA分子的结构、复制与基因的本质考纲要求全国卷五年考情1.DNA分子结构的主要特点(Ⅱ)2016·卷ⅡT2，2014·卷ⅡT5，2013·卷ⅡT12.基因的概念(Ⅱ)未考题3.DNA分子的复制(Ⅱ)2016·卷ⅠT29，2016·卷ⅡT2，2014·卷ⅡT2考点一|DNA分子结构(对应学生用书第117页)[识记—基础梳理]1．DNA分子的组成(1)元素组成：C、H、O、N、P(2)基本单位：脱氧核苷酸eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(脱氧核糖,含氮碱基：A、T、C、G,磷酸))2．DNA分子结构(1)双螺旋模型构建者：沃森和克里克。(2)DNA的双螺旋结构内容①DNA由两条脱氧核苷酸链组成，这些链按反向平行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主链基本骨架。③内侧：两链上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)、G≡C(三个氢键)。3．DNA分子结构特点(1)多样性，具n个碱基对的DNA具有4n种碱基对排列顺序。(2)特异性，如每个DNA分子都有其特定的碱基对排列顺序。(3)稳定性，如两条主链磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变，碱基对构成方式不变等。eq\a\vs4\al([辨析与识图])1．判断正误(1)沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型的一个重要意义在于“发现DNA如何储存遗传信息”。(√)(2)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。(3)富兰克琳等科学家对DNA双螺旋结构模型的建立也作出了巨大的贡献。(√)(4)双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的。(×)【提示】DNA分子中所含五碳糖是脱氧核糖，一条脱氧核苷酸链中磷酸和脱氧核糖之间通过磷酸二酯键连接起来。(5)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。(√)(6)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。(√)(7)含有G、C碱基对比较多的DNA分子热稳定性较差。(×)【提示】G与C之间通过三个氢键相连，A与T之间通过两个氢键相连，因此含有G、C碱基对较多的DNA分子热稳定性较高。(8)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。(×)【提示】分子大小相同，碱基含量相同的核酸分子中碱基排列顺序可能不同，其所携带的遗传信息可能不同。2.据图思考(1)DNA的基本组成单位是4种脱氧核苷酸。图示的[③]胞嘧啶脱氧核苷酸就是其中一种。(2)DNA分子中的[①]磷酸和[②]脱氧核糖交替连接，排列在外侧，构成DNA分子的基本骨架。(3)DNA分子的两条链通过氢键连接，按反向平行方式盘旋成规则的⑤双螺旋结构。图示的④为脱氧核苷酸链。(4)配对的碱基，A与T之间形成2个氢键，G与C之间形成3个氢键。C—G比例越大，DNA结构越稳定。若图示中DNA左链中的G发生突变，则不一定(填“一定”或“不一定”)引起该生物的性状改变。[理解—深化探究]1．理解DNA结构的两种模型图1图2(1)由图1可解读以下信息(2)图2是图1的简化形式，其中①是磷酸二酯键，③是氢键。解旋酶作用于③部位，限制性核酸内切酶和DNA连接酶作用于①部位。2．双链DNA分子中碱基的计算规律(1)原理：碱基互补配对原则，即A一定与T配对，G一定与C配对。(2)计算规律①嘌呤总数与嘧啶总数相等，即A＋G＝T＋C。②在双链DNA分子中，互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等。设在双链DNA分子中的一条链上，A1＋T1＝n%，则eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(A1＝T2,A2＝T1))⇒A1＋T1＝A2＋T2＝n%，所以A＋T＝A1＋A2＋T1＋T2＝eq\f(n%＋n%,2)＝n%。简记为“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等”。③双链DNA分子中，非互补碱基之和所占比例在两条互补链中互为倒数。设双链DNA分子中，一条链上：eq\f(A1＋G1,T1＋C1)＝m，则：eq\f(A1＋G1,T1＋C1)＝eq\f(T2＋C2,A2＋C2)＝m，互补链上eq\f(A2＋G2,T2＋C2)＝eq\f(1,m)。简记为：“DNA两互补链中，不配对两碱基之和的比值乘积为1。”[运用—考向对练]◎考向1DNA分子结构特点1．(2016·上海高考)在DNA分子模型的搭建实验中，若仅用订书钉将脱氧核糖、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()A．58B．78C．82D．88C[每个脱氧核苷酸的三部分间需2个订书钉，每条链上的10个脱氧核苷酸间需9个订书钉，两条链间的6对A—T和4对G—C间各需12个订书钉，故构建该DNA片段共需订书钉数量为29＋29＋12＋12＝82。]2．(2018·湖北省重点中学期末)如图为DNA分子(片段)平面结构模式图，下列叙述中不正确的是()A．图中1、2、3结合在一起的结构叫脱氧核苷酸B．若3表示胸腺嘧啶，则4表示鸟嘌呤C．3与4通过氢键连接起来D．1和2相间排列构成了DNA的基本骨架B[图中1、2、3结合在一起的结构叫脱氧核苷酸，A正确；由于3和4之间有3个氢键，因此3和4为C、G碱基对，B错误；3与4通过氢键连接起来，C正确；1(磷酸)和2(脱氧核糖)相间排列构成了DNA的基本骨架，D正确。][规律总结]巧记DNA分子结构eq\a\vs4\al([备选习题])下图为DNA分子结构示意图，对该图叙述正确的是()A．②和③相间排列，构成了DNA分子的基本骨架B．④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸C．DNA聚合酶用于⑨的形成D．DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息D[由图示可知，①表示磷酸，②表示脱氧核糖，③表示胞嘧啶，②和①相间排列构成了DNA分子的基本骨架；④中的①应属于上面那个脱氧核苷酸的磷酸基团；⑨的形成依靠碱基互补配对原则，不需DNA聚合酶，DNA聚合酶是将游离的脱氧核苷酸聚合成脱氧核苷酸链。]◎考向2DNA分子中碱基数量的分析与计算3．(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曲线应为水平，A项错误；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项错误；在DNA分子中，存在(A1＋T1)/(G1＋C1)＝(A2＋T2)/(G2＋C2)＝(A＋T)/(G＋C)，C项正确、D项错误。]4．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()【导学号：41780088】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%。][技法总结]有关碱基比例计算的解题步骤解DNA分子中有关碱基比例计算的试题时要分三步进行：(1)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。(2)画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知和所求的碱基。(3)根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。eq\a\vs4\al([备选习题])双链DNA分子的碱基组成中，在A≠C的情况下，下列公式会随生物种类不同而不同的是()A．C/G B．(A＋T)/(C＋G)C．(A＋C)/(G＋T) D．(G＋A)/(T＋C)B[双链DNA分子中，根据碱基互补配对原则，A＝T，C＝G，故不同种类生物中都存在C/G＝1，(A＋C)/(G＋T)＝1，(G＋A)/(T＋C)＝1，而在A≠C的情况下，不同种类生物中(A＋T)/(C＋G)是不同的。]考点二|DNA的复制和基因的本质(对应学生用书第119页)[识记—基础梳理]1．DNA复制(1)概念、时间和场所(2)过程(3)特点①过程：边解旋边复制。②方式：半保留复制。(4)结果：形成两个完全相同的DNA分子。(5)意义：将遗传信息由亲代传递给子代，保持了遗传信息的连续性。2．基因的本质基因是有遗传效应的DNA片段。eq\a\vs4\al([辨析与识图])1．判断正误(1)DNA复制遵循碱基互补配对原则，新合成的DNA分子中两条链均是新合成的。(×)【提示】DNA复制时新合成的DNA分子是由一条子链与其对应的母链缠绕成双螺旋结构。(2)植物细胞的线粒体和叶绿体中均可发生DNA的复制而DNA复制需要消耗能量。(√)(3)有丝分裂间期DNA复制的过程需要解旋酶参与。(√)(4)DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制。(×)【提示】DNA复制是边解旋边复制的。(5)单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链。(×)【提示】单个脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下连接合成新的子链。(6)DNA复制时，严格遵循A—U、C—G的碱基互补配对原则。(×)【提示】DNA有A、T、C、G四种碱基，复制时严格遵循A—T、C—G的碱基互补配对原则。2．据图思考(1)由图示得知，DNA分子复制的方式具有的特点是半保留复制。(2)图示中解旋酶和DNA聚合酶的作用分别是前者使氢键打开，DNA双链发生解旋；后者催化脱氧核苷酸合成脱氧核苷酸链。(3)图示过程在蛙的红细胞中也能发生，原因是蛙的红细胞进行无丝分裂，可进行DNA复制。[理解—深化探究]1．DNA分子复制的场所和外界影响条件(1)生物体内DNA分子复制的场所eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(真核生物：细胞核（主要场所）、叶绿体、线粒体,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)影响DNA复制的外界条件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次则子代DNA共2n个eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(含15N的DNA分子：2个,只含15N的DNA分子：0个,含14N的DNA分子：2n个,只含14N的DNA分子：（2n－2）个))脱氧核苷酸链共2n＋1条Ｋeq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(含15N的脱氧核苷酸链：2条,含14N的脱氧核苷酸链：（2n＋1－2）条))(2)DNA复制中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，经过n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·(2n－1)。②第n次复制所需该种脱氧核苷酸数为m·2n－1。[运用—考向对练]◎考向1DNA复制过程和DNA复制方式的探究1．(2018·山东德州重点中学月考)真核细胞中DNA复制如下图所示，下列表述错误的是()A．多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成B．每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代C．复制过程中氢键的破坏和形成都需要DNA聚合酶的催化D．DNA分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则C[DNA复制过程中氢键的破坏需要解旋酶的催化，但氢键的形成不需要酶的催化，C错误。]2．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。【导学号：41780089】组别1组2组3组4组培养液中唯一氮源14NH4Cl15NH4Cl14NH4Cl14NH4Cl繁殖代数多代多代一代两代培养产物ABB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)1/2轻带(14N/14N)1/2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________，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________(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________。[解析]本题主要考查DNA分子复制的相关知识，意在考查学生对同位素示踪技术与密度梯度离心方法的掌握情况。经过一代培养后，只能是标记DNA分子的一条单链，所以要想对所有的DNA分子全部标记，要进行多代培养；在探究DNA分子的复制方式为半保留复制的实验中，“重带”为两个单链均被15N标记，“轻带”为两个单链均被14N标记，“中带”为一个单链被14N标记，另一个单链被15N标记。[答案](1)多15NH4Cl(2)312半保留复制(3)①B半保留②不能③没有变化轻④15N[规律总结]巧记DNA复制的“一、二、三、四”eq\a\vs4\al([备选习题])下图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图，有关叙述错误的是()A．图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的B．图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的C．真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶D．真核生物的这种复制方式提高了复制速率A[从图中能看出有多个复制起点，但并不是同时开始，A错误；图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的，B正确；真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶、DNA聚合酶等酶的参与，C正确；真核细胞的DNA分子具有多个复制起点，这种复制方式加速了复制过程，提高了复制速率，D正确。]◎考向2DNA复制的相关计算3．(2018·聊城月考)一个双链均被32P标记的DNA由5000个碱基对组成，其中腺嘌呤占20%，将其置于只含31P的环境中复制3次。下列叙述不正确的是()A．该DNA分子中含有氢键的数目为1.3×104个B．复制过程需要2.4×104个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸C．子代DNA分子中含32P的单链与含31P的单链之比为1∶7D．子代DNA分子中含32P与只含31P的分子数之比为1∶3B[由题意可知，该DNA分子中，A＝T＝10000×20%＝2000(个)，C＝G＝10000×30%＝3000(个)，则含有的氢键数为2000×2＋3000×3＝1.3×104(个)；DNA复制3次形成8个DNA分子，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为3000×7＝2.1×104(个)；子代DNA分子中含有32P的单链与含有31P的单链之比为1∶7；子代DNA分子中含有32P的分子数与只含有31P的分子数之比为2∶6＝1∶3。]4．(2018·洛阳模拟)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()A．3次B．4次C．5次D．6次C[由题干分析知，DNA分子中有500个碱基对，G＝C＝300，则A＝T＝200，由于最后一次复制消耗了3200个，则有2n－1×200＝3200，解得n＝5，所以该DNA分子共复制了5次。][技法总结]DNA分子复制的计算的三审试题DNA分子复制是典型的半保留复制，解题时一定要注意先三审试题一审DNA分子碱基数：看准是碱基数还是碱基对数；二审结果要求：看准是“含”还是“只含”，是“DNA分子数”还是“链数”；三审复制代数：看准是“复制n代”还是“第n代复制”。eq\a\vs4\al([备选习题])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的链占eq\f(1,8)D．子代DNA中嘌呤与嘧啶之比是2∶3A[在14N培养基中连续复制4次，得到24＝16个DNA分子，32条链，其中含14N的DNA占100%，含15N的链有2条，占1/16，A正确、C错误；根据已知条件，每个DNA分子中腺嘌呤脱氧核苷酸有eq\f(100×2－60×2,2)＝40个，复制过程中消耗A＝40×(24－1)＝600个，B错误；每个DNA分子中嘌呤和嘧啶互补相等，两者之比是1∶1，D错误。]◎考向3DNA复制与细胞分裂的关系5．BrdU能替代T与A配对，而渗入新合成的DNA链中。当用姬姆染料染色时，不含BrdU的链为深蓝色，含BrdU的链为浅蓝色。现将植物根尖分生组织放在含有BrdU的培养液中进行培养，图a～c依次表示加入BrdU后连续3次细胞分裂中期，来自1条染色体的各染色体的显色情况(阴影表示深蓝色，非阴影为浅蓝色)。有关说法正确的是()【导学号：41780090】A．1个DNA复制3次所产生的DNA分别位于2条染色体上B．b图每条染色体均有1个DNA分子的2条脱氧核苷酸链都含BrdUC．c图中有2条染色单体的所有脱氧核苷酸链都不含BrdUD．若再进行分裂，第4次分裂中期则只有1条染色体出现深蓝色B[根据DNA分子半保留复制的基本原理，可知图a中1条染色体上的2条染色单体都为深蓝色，其实，每条染色单体上的DNA分子中都含有1条母链(不含BrdU，深蓝色)和1条子链(含BrdU，浅蓝色)，由于母链深蓝色掩盖了子链的浅蓝色，故整个DNA分子即染色单体表现为深蓝色。以此类推，b、c图中的深蓝色都是不含BrdU的母链颜色所致，另1条子链含BrdU，但浅蓝色被掩盖。只有当两条链上均含有BrdU时，浅蓝色才能表现出来，如图b、c中的染色单体上的DNA分子有一部分表现为浅蓝色。3次复制产生了8个DNA分子，分别位于4条或8条染色体上，而不是2条染色体。若再进行分裂，第4次分裂中期则仍有2条染色体出现深蓝色。]6．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，在第二次细胞分裂完成后每个细胞中被32P标记的染色体条数是()A．0条 B．20条C．大于0小于20条 D．以上都有可能D[第一次细胞分裂完成后形成的细胞中，DNA双链均是一条链含有32P，另一条链不含32P，第二次细胞分裂的间期，染色体复制后每条染色体上都是一条染色单体含32P，一条染色单体不含32P，有丝分裂后期，姐妹染色单体分离，如果含32P的20条染色体同时移向细胞的一极，不含32P的20条染色体同时移向细胞的另一极，则产生的子细胞中被32P标记的染色体条数分别是20条和0条，如果移向细胞两极的20条染色体中既有含32P的，也有不含32P的，则形成的子细胞中被32P标记的染色体条数大于0小于20条。][规律总结]DNA分子复制和细胞分裂图示)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，另外2个细胞是。eq\a\vs4\al([备选习题])果蝇一个精原细胞中的一个核DNA分子用15N标记，在正常情况下，其减数分裂形成的精子中，含有15N的精子数占()A．1/16B．1/8C．1/4D．1/2D[减数分裂过程中，同源染色体要发生联会和分离现象，因此要体现减数分裂过程中染色体中DNA的变化，至少要画出一对同源染色体。果蝇一个精原细胞中的一个核DNA分子用15N标记，即果蝇4对同源染色体中有3对未标记(画图时可略去)，另一对同源染色体中有一条染色体上的DNA分子用15N标记，则该精原细胞进行正常减数分裂形成精细胞时，染色体和DNA的标记情况可用下图进行解析。精原细胞减数分裂过程中染色体和DNA的标记示意图结合上图分析，观察产生的4个精细胞，答案选D。]真题验收|感悟高考淬炼考能(对应学生用书第121页)1．(2016·全国卷Ⅱ)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()【导学号：41780091】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C[在DNA分子的复制过程中，DNA分子需要先经过解旋，即DNA双链解开，加入该物质后DNA分子双链不能解开，故细胞中DNA的复制会发生障碍，A项正确。DNA分子转录产生RNA的过程中，DNA分子也需要在RNA聚合酶作用下先将双链解开，再以DNA的一条链为模板进行转录，加入该物质后DNA分子双链不能解开，故细胞中的RNA转录会发生障碍，B项正确。因DNA复制发生在细胞分裂间期，故该物质阻断的是分裂间期DNA分子的复制过程，从而将细胞周期阻断在分裂间期，C项错误。癌细胞的增殖方式是有丝分裂，其分裂过程中可发生DNA复制和转录，加入该物质会阻碍这两个过程，从而抑制癌细胞的增殖，D项正确。]2．(2014·全国卷Ⅱ)关于核酸的叙述，错误的是()A．细胞核中发生的转录过程有RNA聚合酶的参与B．植物细胞的线粒体和叶绿体中均可发生DNA的复制C．双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的D．用甲基绿和吡罗红染色可观察DNA和RNA在细胞中的分布C[A项，细胞核中发生的转录过程是以DNA的一条链为模板合成RNA的过程，需要RNA聚合酶的参与。B项，植物细胞中DNA复制的场所有细胞核(主要)、线粒体和叶绿体。C项，DNA中含有的五碳糖是脱氧核糖，且双链DNA分子中一条链上的磷酸和脱氧核糖之间是通过碳原子上的羟基与磷酸基团之间形成的共价键连接的。D项，甲基绿和吡罗红两种染色剂对DNA和RNA的亲和力不同，甲基绿使DNA呈现绿色，吡罗红使RNA呈现红色，利用甲基绿、吡罗红混合染色剂对细胞进行染色，可以观察DNA和RNA在细胞中的分布。]3．(2016·全国卷Ⅰ)在有关DNA分子的研究中，常用32P来标记DNA分子。用α、β和γ表示ATP或dATP(d表示脱氧)上三个磷酸基团所处的位置(A—