资源简介

中小学教育资源及组卷应用平台
第17讲　DNA的结构、复制及基因的本质
[课程导学]
内容要求 3.1.2.概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成，通常有两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构，碱基的排列顺序编码了遗传信息。3．1.3.概述DNA分子通过半保留方式进行复制。
与旧教材对比 增：①DNA的结构模式图中标明了五碳糖的碳原子位数及DNA两条链的方向；②DNA全保留复制的观点。改：①DNA半保留复制的实验证据不再是选学内容；②基因的概念。删：小鼠肥胖与基因相关的实例。
考点一　DNA的结构
1．DNA双螺旋结构模型构建者：沃森和克里克。
2．DNA的结构层次
3．DNA的结构特点
(1)多样性：具n个碱基对的DNA有4n种碱基对排列顺序。
(2)特异性：每种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连接的顺序不变，碱基对构成方式不变等。
[助学巧记]　利用数字“五、四、三、二、一”巧记DNA的结构
(1)沃森和克里克研究DNA的结构时，运用了构建物理模型的方法。(　　)
(2)DNA分子的X光衍射照片属于物理模型。(　　)
(3)双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的。(　　)
(4)不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值可能相同。(　　)
(5)同一生物个体不同细胞中DNA分子的(A＋T)/(C＋G)的值不同。(　　)
(6)DNA分子中相邻的两个脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键或氢键相连。(　　)
(7)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。(　　)
(8)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。(　　)
答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)√ (7)√　(8)×
1．(必修2 P51探究·实践T1)DNA只含有4种脱氧核苷酸，它能够储存足够量的遗传信息的原因是____________________________________________
_______________________________________________________________。
提示：DNA虽然只含有4种脱氧核苷酸，但是其碱基的排列顺序却是千变万化的。碱基千变万化的排列顺序使DNA储存了足够量的遗传信息
2．(必修2 P52 科学·技术·社会)DNA指纹图谱法的基本操作：从生物样品中提取DNA(DNA一般都有部分的降解)，可运用________技术扩增出DNA片段或完整的基因组DNA，用________酶可将扩增出的DNA切割成DNA片段。
提示：PCR　限制
3．(析图建模)解读两种DNA结构模型：
(1)图乙是图甲的简化形式，其中________是磷酸二酯键，③是氢键。解旋酶作用于________部位，限制性内切核酸酶和DNA连接酶作用于________部位。
(2)图甲中两个相邻的碱基是怎样连接的？_________________________
_______________________________________________________________。
提示：(1)①　③　①
(2)①氢键；②脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖
1．DNA的双螺旋结构中各组分之间的关系
2．DNA分子中碱基数量的计算规律
(1)
(2)
(3)
突破1 DNA的结构及特点
核心素养 生命观念
1．(2022·江苏苏州高三月考)下列关于DNA分子结构的叙述，正确的是(　　)
A．DNA分子中含有四种核糖核苷酸
B．每个脱氧核糖上均连着两个磷酸和一个碱基
C．双链DNA分子中，碱基的数目和脱氧核糖的数目是相等的
D．双链DNA分子中，A＋T＝G＋C
解析：选C。DNA的基本单位为脱氧核苷酸，所以每个DNA分子一般都含有四种脱氧核苷酸，A错误；DNA分子中，两个脱氧核苷酸之间通过磷酸与脱氧核糖之间形成的磷酸二酯键连接，但是DNA分子每条链的3′端只连着一个磷酸，B错误；1分子脱氧核苷酸由1分子磷酸、1分子脱氧核糖和1分子含氮碱基组成，所以每个DNA分子中，碱基、磷酸和脱氧核糖的数量都相等，C正确；双链DNA分子之间的碱基配对时，遵循碱基互补配对原则(A＝T、C＝G)，因此A＋G＝T＋C，D错误。
2．(2022·吉林松原高三期末)右图表示DNA分子的片段，下列相关叙述正确的是 (　　)
A．构成DNA分子的基本单位是⑦
B．限制酶切断①②之间的化学键
C．复制时DNA聚合酶催化形成⑤
D．DNA分子中⑥的排序代表遗传信息
解析：选D。④是脱氧核苷酸，是构成DNA分子的基本单位，而⑦是脱氧核苷酸链的片段，A错误；限制酶切断的是②与下方磷酸基团之间的磷酸二酯键，B错误；DNA复制时DNA聚合酶催化形成磷酸二酯键，而⑤是氢键，C错误；遗传信息储存在DNA的碱基对的排列顺序中，D正确。
突破2 DNA结构的相关计算
核心素养 科学思维
3．(2022·福建龙岩高三质检)若生物体内DNA分子中(G＋C)/(A＋T)＝a，(A＋C)/(G＋T)＝b，则下列有关两个比值的叙述，不正确的是(　　)
A．a值越大，双链DNA分子的稳定性越高
B．DNA分子一条单链及其互补链中，a值相同
C．碱基序列不同的双链DNA分子，b值不同
D．经半保留复制得到的DNA分子，b值等于1
解析：选C。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，a值越大，(G＋C)所占比例越大，双链DNA分子的稳定性越高，A正确；DNA分子中互补碱基之和的比值即(G＋C)/(A＋T)＝a，则在每条单链中(G＋C)/(A＋T)＝a，B正确；DNA分子中非互补碱基之和的比值等于1，即(A＋C)/(G＋T)＝b＝1，即碱基序列不同的双链DNA分子，其b值相同，C错误，D正确。
4．(2022·山东淄博高三月考)下列关于双链DNA分子结构的叙述，正确的是(　　)
A．某DNA分子含有500个碱基，可能的排列方式有4500种
B．若质粒含有2 000个碱基，则该分子同时含有2个游离的磷酸基团
C．某DNA分子内胞嘧啶占25%，则每条单链上的胞嘧啶占25%～50%
D．某DNA分子上有胸腺嘧啶312个，占总碱基的26%，则该DNA分子上有鸟嘌呤288个
解析：选D。某DNA分子含有500个碱基，则可能的排列方式有4250种，A错误；质粒是环状DNA分子，其不含游离的磷酸基团，B错误；某DNA分子内胞嘧啶占25%，则每条单链上的胞嘧啶占0%～50%，C错误；某DNA分子上有胸腺嘧啶312个，占总碱基的26%，则该DNA分子上碱基总数为312÷26%＝1 200(个)，根据碱基互补配对原则，该DNA分子中有鸟嘌呤1 200×(50%－26%)＝288(个)，D正确。
解答有关碱基计算题的“三步曲”
　
考点二　DNA的复制及基因通常是有遗传效应的DNA片段
1．DNA的复制
(1)概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
(2)时间：细胞分裂前的间期。
(3)图解
(4)场所：真核生物在细胞核、线粒体和叶绿体中；原核生物在拟核和细胞质中。
(5)特点：边解旋边复制，半保留复制。
[提醒]　半保留复制为每个子代DNA分子都保留原DNA的一条链。
(6)结果：形成两个完全相同的DNA分子。
(7)意义：DNA通过复制，将遗传信息从亲代传递给子代，从而保持了遗传信息的连续性。
(8)保障：DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板；通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。
2．基因与DNA的关系
(1)DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制。(　　)
(2)单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链。(　　)
(3)植物细胞的线粒体和叶绿体中均可发生DNA的复制。(　　)
(4)在人体内成熟的红细胞、浆细胞中不发生DNA的复制。(　　)
(5)DNA复制时，严格遵循A—U、C—G的碱基互补配对原则。(　　)
(6)复制后产生的两个子代DNA分子中共含4个游离的磷酸基团。(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)×　(6)√
1．(必修2 P55 旁栏思考)第一代只出现一条居中的DNA条带，这个结果排除了________复制方式。
提示：全保留
2．(必修2 P56 拓展应用T2)已知果蝇的基因组大小为1.8×108bp(bp表示碱基对)，真核细胞中DNA复制的速率一般为50～100 bp/s。如图为果蝇DNA的电镜照片，图中的泡状结构叫作DNA复制泡，是DNA上正在复制的部分。请你推测果蝇DNA形成多个复制泡的原因。
_______________________________________________________________。
提示：真核生物中DNA的复制是从多个起点开始的，这种复制方式提高了复制效率
1．DNA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
①实验方法：放射性同位素标记技术和离心技术。
②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。
③实验假设：DNA以半保留的方式复制。
④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。
⑤实验过程：
⑥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→轻带、中带。
⑦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．DNA的复制类型
(1)下图为真核生物染色体上DNA复制过程示意图。
①图中显示DNA复制是从多个起点开始的，但多起点并非同时进行。
②图中显示DNA复制是边解旋边双向复制的。
③真核生物的这种复制方式的意义在于提高了复制速率。
④一个细胞周期中每个起点一般只起始1次。
(2)原核生物DNA复制通常为单起点，双向复制。
3．DNA复制的有关计算
DNA复制为半保留复制，若将亲代DNA分子复制n代，其结果分析如下：
(1)子代DNA分子数为2n，其中：
①含有亲代链的DNA分子数为2个。
②不含亲代链的DNA分子数为2n－2个。
③含子代链的DNA分子数为2n个。
(2)子代脱氧核苷酸链数为2n＋1条，其中：
①亲代脱氧核苷酸链数为2条。
②新合成的脱氧核苷酸链数为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，经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸数为m·(2n－1)个。
②第n次复制所需该脱氧核苷酸数为m·2n－1个。
突破1 DNA复制的过程及特点
核心素养 生命观念、科学探究
1．(2022·山东日照高三一模)研究人员将1个含14N DNA的大肠杆菌转移到以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中，培养1 h后提取子代大肠杆菌的DNA。将DNA解开双螺旋，变成单链；然后进行密度梯度离心，试管中出现两种条带(如下图)。下列说法正确的是(　　)
A．由结果可推知该大肠杆菌的繁殖周期大约为15 min
B．根据条带的数目和位置可以确定DNA的复制方式
C．解开DNA双螺旋的实质是破坏核苷酸之间的磷酸二酯键
D．若直接将子代DNA进行密度梯度离心也能得到两条条带
解析：选D。14N单链∶15N单链＝1∶7，说明DNA复制了3次，因此可推知该细菌的繁殖周期大约为20 min，A错误；由于DNA经过热变性后解开了双螺旋，变成单链，因此根据条带的数目和位置只能判断DNA单链的标记情况，但无法判断DNA的复制方式，B错误；解开DNA双螺旋的实质是破坏核苷酸之间的氢键，C错误；DNA复制3次，有1/4的DNA含 15N和14N，为中带，3/4是只含15N的DNA，为重带，所以若直接将子代DNA进行密度梯度离心也能得到两条条带，D正确。
2．(不定项)下图表示DNA复制的过程，结合图示判断，下列有关叙述正确的是(　　)
A．DNA复制过程中首先需要解旋酶破坏DNA双链间的氢键，使两条链解开
B．DNA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．DNA分子的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段
D．DNA的两条子链都是连续合成的
解析：选ABC。由题图可知，DNA分子的两条链中，一条链的合成是连续的，另一条链的合成是不连续的。
突破2 DNA复制的相关计算
核心素养 科学思维
3．(不定项)(2022·河北保定高三月考)某DNA分子片段中共含有3 000个碱基，其中腺嘌呤占35%。现将该DNA分子片段用15N 同位素标记过的四种游离脱氧核苷酸为原料复制3次，将全部复制产物进行密度梯度离心，得到图甲结果；如果将全部复制产物加入解旋酶处理后再离心，则得到图乙结果。下列有关分析正确的是(　　)
A．X层与Y层中DNA分子质量比大于1∶3
B．Y层中含15N 标记的鸟嘌呤有3 600个
C．第二次复制结束时，含14N 的DNA分子占1/2
D．W层与Z层的核苷酸数之比是7∶1
解析：选CD。分析题图可知，X层为2个含有14N 和15N 的DNA分子，Y层为6个只含15N的DNA分子，因此X层与Y层中DNA分子质量比小于1∶3，A错误；Y层为6个只含15N的DNA分子，一个DNA分子含有鸟嘌呤450个，则Y层中含15N标记的鸟嘌呤共有450×6＝2 700(个)，B错误；DNA进行半保留复制，第二次复制结束时，得到的4个DNA分子中有2个含有14N，因此含14N的DNA分子占1/2，C正确；W层有14条核苷酸链，Z层有2条核苷酸链，W层与Z层的核苷酸数之比是7∶1，D正确。
4.(不定项)将某种细菌培养在含有3H 胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基上一段时间，检测发现细菌的拟核中含有两种类型的DNA分子(如图所示)，虚线表示含放射性的脱氧核苷酸链。下列说法正确的是(　　)
A．细菌拟核DNA第一次复制后产生的DNA分子为乙类型
B．细菌拟核DNA第三次复制后产生的DNA分子为甲、乙两种类型，比例为3∶1
C．细菌拟核DNA复制n次产生的含有放射性脱氧核苷酸链的数目为2n＋1－2条
D．若该细菌拟核DNA含有的碱基数目为m，其中胸腺嘧啶的数目为a，则第n次复制需要鸟嘌呤脱氧核苷酸的数目为(2n－1)×(m－2a)/2
解析：选C。由题意可知，亲本DNA没有放射性，DNA进行半保留复制，子一代的DNA分子一条链含有放射性，一条链没有放射性，即图甲所示；子二代及以后会出现两条链都具有放射性的DNA分子，即图乙所示，且只有2个DNA分子为甲类型。根据以上分析可知，细菌拟核DNA第一次复制后产生的DNA分子为甲类型，A错误；细菌拟核DNA第三次复制后产生的DNA分子有8个，其中有2个为甲类型，因此甲、乙两种类型的比例为1∶3，B错误；细菌拟核DNA复制n次产生的含有放射性脱氧核苷酸链的数目为2n×2－2＝2n＋1－2，C正确；若该细菌拟核DNA含有的碱基数目为m，其中胸腺嘧啶的数目为a，则第n次复制需要鸟嘌呤脱氧核苷酸的数目为2n－1×[(m－2a)/2]，D错误。
弄清对DNA复制过程中“第n次”还是“n次”复制所需某种碱基数量的计算
(1)第n次复制是所有DNA只复制第n次所需碱基数目。
(2)n次复制是指由原来的DNA分子复制n次所需碱基数目。
[事实概述类]
1．解旋酶和DNA聚合酶各自的作用是
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
答案：前者使氢键打开，DNA双链解旋；后者催化脱氧核苷酸形成磷酸二酯键，从而形成新的子链
2．下图为DNA的复制过程。
若发生在细胞核内，形成的两个子DNA位置如何，其上面对应片段中基因是否相同，两个子DNA将于何时分开，分别表述为
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
答案：染色体复制后形成两条姐妹染色单体，刚复制产生的两个子DNA分子分别位于两条姐妹染色单体上，由着丝粒相连；其对应片段所含基因在无基因突变等变异情况下应完全相同；两个子DNA分子将于有丝分裂后期或减数分裂Ⅱ后期着丝粒分裂时，随两条姐妹染色单体的分离而分开，分别进入两个子细胞中
[原因分析类]
3．蛙的红细胞和哺乳动物成熟的红细胞，是否都能进行DNA的复制过程？说明理由：_____________________________________________________
_______________________________________________________________。
答案：蛙的红细胞进行无丝分裂，可进行DNA分子的复制；哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核，也没有各种细胞器，不能进行DNA分子的复制
4．将发生癌变的小肠上皮细胞用含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液培养，一段时间后再移至普通培养液中培养，不同间隔时间取样，检测到被标记的癌细胞比例减少，出现上述结果的原因是
_______________________________________________________________。
答案：依据DNA半保留复制特点，转移到普通培养液中的癌细胞，随着细胞增殖次数的增加，不被标记的癌细胞开始出现并不断增多，故被标记的癌细胞比例减少
5．下列为DNA复制的有关图示，A→B→C表示大肠杆菌的DNA复制，D→E→F表示哺乳动物的DNA分子复制。图中黑点表示复制起点，“→”表示复制方向，“ ”表示时间顺序。
(1)哺乳动物体细胞中的DNA分子展开可达2 m之长，若按A～C图的方式复制，至少需要8 h，而实际上只需约6 h，根据D～F图分析，原因是
_________________________________________________________
________________________。
(2)A～F图均有以下特点：延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA分子复制的特点是______________。
(3)C与A相同，F与D相同，C、F能被如此准确地复制出来，是因为
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
答案：(1)DNA分子从多个起点(双向)复制　(2)边解旋边复制　(3)DNA分子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DNA分子复制的准确无误
1．(2021·高考广东卷)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(　　)
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．②③　　　
C．③④　　 D．①④
解析：选B。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不符合题意；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符合题意；查哥夫发现的DNA中腺嘌呤(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，为沃森和克里克构建正确的碱基配对方式提供了依据，③符合题意；沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制未能为DNA双螺旋结构模型的构建提供依据，④不符合题意。
2．(2021·高考北京卷)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(　　)
A．DNA复制后A约占32%
B．DNA中C约占18%
C．DNA中(A＋G)/(T＋C)＝1
D．RNA中U约占32%
解析：选D。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＝(100%－2×32%)/2＝18%，B正确；DNA中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。
3．(2021·高考辽宁卷)下列有关细胞内的DNA及其复制过程的叙述，正确的是(　　)
A．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：选A。子链的延伸方向为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。
4．(不定项)(2021·高考河北卷)许多抗肿瘤药物通过干扰DNA合成及功能抑制肿瘤细胞增殖。下表为三种抗肿瘤药物的主要作用机理。下列叙述正确的是(　　)
药物名称 作用机理
羟基脲 阻止脱氧核糖核苷酸的合成
放线菌素D 抑制DNA的模板功能
阿糖胞苷 抑制DNA聚合酶活性
A．羟基脲处理后，肿瘤细胞中DNA复制和转录过程都出现原料匮乏
B．放线菌素D处理后，肿瘤细胞中DNA复制和转录过程都受到抑制
C．阿糖胞苷处理后，肿瘤细胞DNA复制过程中子链无法正常延伸
D．将三种药物精准导入肿瘤细胞的技术可减弱它们对正常细胞的不利影响
解析：选BCD。DNA复制的原料是脱氧核糖核苷酸，转录的原料是核糖核苷酸，羟基脲会阻止脱氧核糖核苷酸的合成，故会抑制DNA复制，但不会影响转录，A错误；DNA 复制和转录都需要DNA作为模板，故放线菌素D处理后，DNA 复制和转录过程都会受到抑制，B正确；阿糖胞苷抑制DNA聚合酶的活性，会使DNA复制过程中子链无法正常延伸，C 正确；将三种药物精准导入肿瘤细胞会使药物只杀伤肿瘤细胞，从而减弱对正常细胞的不利影响，D正确。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
HYPERLINK "http://www.21cnjy.com/" 21世纪教育网(www.21cnjy.com)

展开更多......

收起↑