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高考生物一轮专题知识梳理
第17讲　DNA的结构、复制及基因的本质
课标解读 核心素养
1.DNA结构的主要特点 2.DNA的复制 3.基因的概念,基因与遗传信息的关系 4.活动:(1)搜集DNA结构模型建立过程的资料,并进行讨论和交流 (2)制作DNA双螺旋结构模型 生命观念 DNA的结构决定其功能
科学思维 建立DNA双螺旋结构模型 阐明DNA复制过程
科学探究 探究DNA的半保留复制
考点一　DNA的结构
1.DNA结构模型的建立者及DNA的组成。
(1)DNA双螺旋模型构建者:沃森和克里克。
(2)图解DNA双螺旋结构。
①DNA由两条脱氧核苷酸链组成,这两条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:AT(两个氢键)、G≡C(三个氢键)。
2.DNA结构特点。
利用数字“五、四、三、二、一”巧记DNA的结构
正误判断
(1)DNA一条链上的相邻碱基通过“—磷酸—脱氧核糖—磷酸—”相连。 (×)
(2)DNA中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基。 (×)
(3)双链DNA同时含有2个游离的磷酸基团,其中嘌呤碱基数等于嘧啶碱基数。 (√)
(4)DNA是由两条核糖核苷酸长链反向平行盘旋成双螺旋结构。 (×)
(5)某双链DNA中一条链上A∶T=1∶2,则该DNA中A∶T=2∶1。 (×)
(6)DNA中(A+T)/(C+G)的值越大,该分子结构稳定性越低。 (√)
(7)相对分子质量大小相同、碱基含量相同的核酸分子所携带的遗传信息一定相同。 (×)
(8)DNA的多样性是指一个DNA分子上有许多个基因。 (×)
(9)人体内控制β 珠蛋白的基因由1 700个碱基对组成,其碱基对可能的排列方式有41 700种。 (×)
教材微点
1.(必修2 P50“图3-8”)DNA的一条单链具有两个末端,一端有一个游离的磷酸基团,称作5'-端,另一端有一个羟基(—OH),称作3'-端,两条单链走向相反,一条单链是从5'-端到3'-端的,另一条单链是从3'-端到5'-端的。
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PCR技术扩增出DNA片段或完整的基因组DNA,用限制酶可将扩增出的DNA切割成DNA片段。据下面的DNA指纹图谱判断,下列怀疑对象中3号是犯罪嫌疑人。
1.理清两种关系与两类化学键。
(1)
(2)
(3)
2.DNA中碱基数量的计算规律。
(1)
(2)
(3)
角度一 结合DNA分子的结构及特点,考查结构与功能观
1.(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 (　　)
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　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DNA半保留复制机制是在DNA双螺旋结构模型的构建之后,④不符合题意,故选B。
答案　B
2.(2023·漳州模拟)如图为某双链DNA(由甲链和乙链组成)的局部结构简图,图中数字①~⑥表示不同物质或化学键。下列叙述正确的是 (　　)
A.图中⑤为氢键,且③与④可为A—T碱基对或G—C碱基对
B.图中①为腺嘌呤,②为胸腺嘧啶,①②通过氢键连接
C.图中⑥为磷酸基团,此DNA片段中含有2个游离的磷酸基团
D.图中甲链与乙链方向相反,但两条链碱基排列顺序相同
解析　图中⑤为氢键,③与④之间有3个氢键,只能为G—C碱基对,A项错误;图中①为腺嘌呤,②为胸腺嘧啶,①②通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接,B项错误;图中⑥为磷酸基团,此DNA片段中含有2个游离的磷酸基团,C项正确;图中甲链与乙链方向相反,两条链碱基排列顺序不相同,D项错误。
答案　C
角度二 借助DNA结构的相关计算,考查科学思维能力
3.(不定项)(2023·河北唐山期末)下列关于双链DNA的叙述,正确的是 (　　)
A.一条链中A和T的数量相等,则互补链中A和T的数量也相等
B.一条链中G为C的2倍,则互补链中G为C的1/2
C.一条链中C∶T=1∶2,则互补链中G∶A=2∶1
D.一条链中A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,则互补链中A∶T∶G∶C=2∶1∶4∶3
解析　根据碱基互补配对原则,双链DNA中,一条链中的A和T分别与互补链中的T和A配对,一条链中的G和C分别与互补链中的C和G配对,故一条链中A和T的数量相等,则互补链中A和T的数量也相等,一条链中G为C的2倍,则互补链中G为C的1/2,A、B两项正确;一条链中C∶T=1∶2,则互补链中G∶A=1∶2,C项错误;双链DNA分子中,一条链中A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,则互补链中A∶T∶G∶C=2∶1∶4∶3,D项正确。
答案　ABD
4.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　某DNA分子含有500个碱基,则可能的排列方式有4250种,A项错误;质粒是环状DNA分子,其不含游离的磷酸基团,B项错误;某DNA分子内胞嘧啶占25%,则每条单链上的胞嘧啶占0%~50%,C项错误;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项正确。
答案　D
解答有关碱基计算题的“三步曲”
考点二　DNA的复制
1.DNA复制方式的实验证据。
(1)实验者:美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔。
(2)研究方法:假说—演绎法。
(3)实验材料:大肠杆菌。
(4)实验技术:同位素标记技术和离心技术。
(5)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。
(6)实验假设:DNA以半保留的方式复制。
(7)实验预期:离心后应出现3条DNA带。重带(密度最大):两条链都为15N标记的亲代双链DNA;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;轻带(密度最小):两条链都为14N标记的子代双链DNA。
(8)实验过程及分析。
①实验过程。
②实验分析。
a.立即取出:提取DNA→离心→全部重带。
b.细胞分裂一次(即细菌繁殖一代)取出:提取DNA→离心→全部中带。
c.细胞再分裂一次(即细菌繁殖两代)取出:提取DNA→离心→轻带、中带。
(9)实验结论:DNA的复制是以半保留的方式进行的。
2.DNA的复制。
(1)概念、时间、场所。
(2)过程。
(3)结果:一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子。
(4)特点
提醒　半保留复制为每个子代DNA分子都保留原DNA的一条链。
(5)DNA准确复制的原因: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,保证了复制能准确地进行。
(6)DNA复制的意义:DNA通过复制,将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞,从而保持了遗传信息的连续性。
3.染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系。
正误判断
(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。 (×)
(2)DNA双螺旋结构全部解旋后,开始DNA的复制。 (×)
(3)单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链。 (×)
(4)在一个细胞周期中,DNA复制过程中的解旋发生在两条DNA母链之间。 (√)
(5)在人体内,成熟的红细胞、浆细胞中不发生DNA的复制。 (√)
长句突破
1.(科学思维)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。
果蝇DNA的电镜照片
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。
2.(事实概述)如图为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。
3.(科学探究)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。
1.归纳概括DNA复制的五个问题。
(1)复制的场所:主要场所是细胞核,但在拟核、线粒体、叶绿体、细胞质基质(如质粒)中也可进行DNA复制。
(2)外界条件对DNA复制的影响:在DNA复制的过程中,需要酶的催化和能量,凡是影响酶活性的因素和影响细胞呼吸的因素,都会影响DNA的复制。
(3)复制方式:半保留复制。新合成的每个DNA分子中,都保留了原来DNA分子中的一条链(模板链)。
(4)过程特点:边解旋边复制;多点解旋和复制。
(5)DNA复制的准确性。
①一般情况下,DNA能准确地进行复制。原因是DNA具有独特的双螺旋结构,能为复制提供精确的模板;通过碱基互补配对,保证了复制能够准确地进行。
②在特殊情况下,在外界因素和生物内部因素的作用下,可能造成碱基配对发生差错,引发基因突变。
2.“图解法”分析DNA复制相关计算。
(1)将含有15N的DNA放在含有14N的培养基中连续复制n次,则:
①子代DNA共2n个
②脱氧核苷酸链共2n+1条
(2)DNA复制过程中消耗的脱氧核苷酸数。
①若亲代DNA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次复制需要该种脱氧核苷酸数为m·2n-1。
角度一 围绕DNA复制过程与特点,考查理解能力
1.(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.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　子链延伸时5'→3'合成,故游离的脱氧核苷酸添加到3'端,A项正确;子链的合成过程需要引物参与,B项错误;DNA每条链的5'端是磷酸基团末端,3'端是羟基末端,C项错误;解旋酶的作用是打开DNA双链,D项错误。
答案　A
2.(2023·山东德州期中)单分子荧光测序技术原理如图所示。某种脱氧核糖核苷三磷酸(dNTP)提供一个相应的脱氧核苷酸连接到DNA子链上的同时,会产生一分子的焦磷酸(PPi),一分子的PPi可以通过一系列反应使荧光素发出一次荧光,通过检测荧光的有无可推测模板链上相应位点的碱基种类。下列说法错误的是 (　　)
A.测序过程中dNTP可以为反应提供能量
B.单分子荧光测序需要在DNA复制过程中进行
C.测序时需要在反应体系中同时加入4种dNTP
D.利用该技术测序时可能会连续多次出现荧光现象
解析　测序过程反应中的能量来自dNTP水解放出的能量,A项正确;单分子荧光测序时dNTP提供一个脱氧核苷酸用于DNA复制的原料,B项正确;每一轮测序中只加入1种dNTP,C项错误;在连续的位置可能出现相同碱基,则会连续多次出现荧光现象,D项正确。
答案　C
角度二 围绕DNA分子复制的相关计算,考查演绎推理能力
3.(2023·临沂模拟)现有DNA分子的两条单链均只含有14N(表示为14N/14N)的大肠杆菌,若将该大肠杆菌在含有15N的培养基中繁殖两代,再转到含有14N的培养基中繁殖一代,则理论上DNA分子的组成类型和比例分别是 (　　)
A.有15N/14N和14N/14N两种,其比例为1∶3
B.有15N/15N和14N/14N两种,其比例为1∶1
C.有15N/15N和14N/14N两种,其比例为3∶1
D.有15N/14N和14N/14N两种,其比例为3∶1
解析　将只含有14N的大肠杆菌置于含有15N的培养基中繁殖两代后,由于DNA的半保留复制,得到的子代DNA为2个15N/15N DNA和2个15N/14N DNA,再将其转到含有14N的培养基中繁殖一代,会得到6个15NN DNA和2个14N/14N DNA,比例为3∶1。
答案　D
4.(2023·滨州模拟)用15N标记两条链含有100个碱基对的DNA分子,其中胞嘧啶有60个,该DNA分子在含14N的培养基中连续复制3次。下列有关说法不正确的是 (　　)
A.该DNA分子含有的氢键数目是260个
B.该DNA分子复制3次共需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸320个
C.子代DNA分子中含15N的单链与含14N的单链之比为1∶7
D.子代DNA分子中含15N的DNA分子与含14N的DNA分子之比为1∶4
解析　该DNA分子有100个碱基对,其中胞嘧啶有60个,则G有60个,A和T各有40个,又知C、G之间有3个氢键,A、T之间有2个氢键,因此氢键数目为60×3+40×2=260(个),A项正确;该DNA分子含有腺嘌呤脱氧核苷酸(A)40个,则复制3次共需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸的数目为(23-1)×40=280(个),B项错误;该DNA分子复制3次共产生8个DNA分子、16条DNA单链,其中2条链含15N,故含15N的单链与含14N的单链之比为2∶14,即1∶7,C项正确;该DNA分子复制3次共产生8个DNA分子,其中2个DNA分子含有15N,8个DNA分子都含有14N,故二者之比为1∶4,D项正确。
答案　B
5.(不定项)(2023·山东滕州期中)1958年,科学家运用同位素标记技术设计了DNA复制的实验,实验的培养条件与方法:(1)在含15N的培养基中培养若干代,使DNA均被15N标记,离心结果如图中的甲;(2)转至14N的培养基培养,每20分钟繁殖一代;(3)取出每代大肠杆菌的DNA样本,离心。图中的乙、丙、丁是某学生画的结果示意图。下列有关推论,正确的是 (　　)
A.出现丁的结果需要60分钟
B.乙是转入14N培养基中繁殖一代的结果
C.转入培养基中繁殖三代后全部DNA均含有14N
D.丙结果出现后,将此时的DNA热变性后离心分析可得出半保留复制的结论
解析　根据DNA半保留复制特点,转入14N培养基中繁殖两代后所得DNA分子中,有一半DNA分子只含14N,另一半DNA分子是一条链含有15N,一条链含有14N,离心后出现中带和轻带,即丁图所示结果,即出现丁的结果至少要复制两次,而大肠杆菌每20分钟繁殖一代,因此至少需要40分钟,A项错误;根据DNA半保留复制特点,转入14N培养基中繁殖一代后所得DNA分子都是一条链含有15N,另一条链含有14N,离心后只出现中带,即丙图所示结果,B项错误;因实验中DNA复制的原料均含14N,故转入培养基中繁殖三代后,所有的DNA都含有14N,C项正确;丙是转入14N培养基中繁殖一代的结果,DNA分子都是一条链含有15N,另一条链含有14N,因此将此时的DNA热变性后离心分析可得出半保留复制的结论,D项正确。
答案　CD
有关DNA复制和计算的4点“注意”
(1)DNA中氢键可由解旋酶催化断裂,同时需要ATP供能,也可加热断裂(体外);而氢键是自动形成的,不需要酶和能量。
(2)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,后者只包括第n次的复制。
(3)DNA复制计算时看清题中所给出的碱基的单位是“对”还是“个”;所问的是“DNA分子数”还是“链数”,是“含”还是“只含”。
(4)在真核生物中,DNA复制一般是多起点复制;在原核生物中,DNA复制一般是一个起点。无论是真核生物还是原核生物,DNA复制大多数都是双向进行的。
1.经典重组　判断正误
(1)细胞中DNA分子的碱基总数与所有基因的碱基数之和不相等。(2020·全国卷Ⅲ,1C) (√)
(2)细胞中DNA分子的碱基对数等于所有基因的碱基对数之和。(2017·海南卷,23C) (×)
(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。(2014·全国卷Ⅱ,5C) (×)
(4)DNA有氢键,RNA没有氢键。(2013·全国卷Ⅱ,1A) (×)
2.(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 (　　)
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两项错误;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项正确;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项错误。
答案　C
3.(2022·浙江6月选考)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 (　　)
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项错误;鸟嘌呤和胞嘧啶之间由3个氢键连接,B项错误;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项正确;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项错误。
答案　C
4.(2021·山东卷)利用农杆菌转化法,将含有基因修饰系统的T DNA插入到水稻细胞M的某条染色体上,在该修饰系统的作用下,一个DNA分子单链上的一个C脱去氨基变为U,脱氨基过程在细胞M中只发生一次。将细胞M培育成植株N。下列说法错误的是 (　　)
A.N的每一个细胞中都含T DNA
B.N自交,子一代中含T DNA的植株占3/4
C.M经n(n≥1)次有丝分裂后,脱氨基位点为A—U的细胞占1/2n
D.M经3次有丝分裂后,含T DNA且脱氨基位点为A—T的细胞占1/2
解析　在M培育成N的过程中,增殖方式为有丝分裂。根据题意M细胞中某条染色体上含有T DNA,有丝分裂过程中T DNA会随着水稻DNA的复制而复制,复制后精确分配到子细胞中去,所以细胞M培育成的植物N的每个子细胞中都含有T DNA,A项正确;N的原始生殖细胞中其中一条染色体含有T DNA(可记为T),其同源染色体不含T DNA(可记为O),那么N植株可表示为TO,根据分离定律N植物(TO)自交子一代中含T的植物占3/4,也就是含T DNA的植物占3/4,B项正确; 根据题意M细胞染色体一个DNA分子的单链中C变为U,由于DNA复制的原料是脱氧核苷酸不含碱基U,故复制n次后脱氨位点含有A—U的细胞只有一个,复制n次后细胞总数为2n个,所以脱氨位点为A—U的细胞占1/2n,C项正确;据A项解析知,M经3次有丝分裂后的细胞都含有T DNA。由于M细胞中一个DNA的单链的C变U,其互补链的对应位点正常为G,所以子代细胞1/2是正常的G—C,1/2是碱基对被替换的。M经3次复制后形成8个子DNA,其中4个脱氨位点为正常的(G—C或C—G);4个脱氨位点为替换的,其中一个DNA含有U—A(或A—U),三个DNA为A—T(或T—A),综上分析M经3次有丝分裂后,含T DNA且脱氨基位点为A—T的细胞占3/8,D项错误。
答案　D
5.(2021·全国甲卷)用一段由放射性同位素标记的DNA片段可以确定基因在染色体上的位置。某研究人员使用放射性同位素32P标记的脱氧腺苷三磷酸(dATP,dA-Pα~Pβ~Pγ)等材料制备了DNA片段甲(单链),对W基因在染色体上的位置进行了研究,实验流程的示意图如下。
回答下列问题:
(1)该研究人员在制备32P标记的DNA片段甲时,所用dATP的α位磷酸基团中的磷必须是32P,原因是　　　　　　　　　　　。
(2)该研究人员以细胞为材料制备了染色体样品,在混合操作之前去除了样品中的RNA分子,去除RNA分子的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)为了使片段甲能够通过碱基互补配对与染色体样品中的W基因结合,需要通过某种处理使样品中的染色体DNA　　　　　。
(4)该研究人员在完成上述实验的基础上,又对动物细胞内某基因的mRNA进行了检测,在实验过程中用某种酶去除了样品中的DNA,这种酶是　　　　　　　　　　　　　　。
解析　(1)因为dATP分子中的两个特殊化学键断裂后形成的dA-P(腺嘌呤脱氧核糖核苷酸)是组成DNA的基本单位之一,所以只有α位磷酸基团中的磷是32P,才能使DNA合成原料具有放射性,最终使合成的DNA具有32P的放射性。(2)由题意可知,本实验的目的是用一段由放射性同位素标记的DNA片段确定W基因在染色体上的位置,在混合操作之前应去除样品中的RNA分子,若不去除RNA分子,则RNA分子会与DNA分子碱基互补配对结合,从而影响DNA与染色体对应位点的DNA结合,导致无法确定基因在染色体上的位置。(3)DNA要先解开双链,片段甲才能通过碱基互补配对与染色体样品中的W基因结合,因此,需要通过某种处理使样品中的染色体DNA解旋。(4)因为酶具有专一性,故应用DNA酶(或DNA水解酶)去除样品中的DNA。
答案　(1)dATP分子中的两个特殊的化学键断裂后形成的dA-P是组成DNA的基本单位之一,所以α位磷酸基团中的磷是32P,才能使DNA具有32P的放射性　(2)防止RNA分子与DNA分子碱基互补配对结合,从而影响DNA与染色体对应位点的DNA结合　(3)解旋　(4)DNA酶(DNA水解酶)
(十二)　标记DNA的去向分析
1.DNA分子半保留复制图像及解读。
2.进行有丝分裂的细胞在细胞增殖过程中核DNA和染色体的标记情况分析。
DNA复制一次细胞分裂一次。如图为连续分裂两次的过程图(以一条染色体为例)。
注:“”为亲代DNA链;“”为利用原料合成的子链。
由图可以看出,第一次有丝分裂形成的两个子细胞中所有核DNA分子均由一条亲代DNA链和一条子链组成;第二次有丝分裂后最终形成的子细胞中含亲代DNA链的染色体条数是0~2n(以体细胞染色体数为2n为例)。
3.进行减数分裂的细胞在分裂过程中核DNA和染色体的标记情况分析。
在进行减数分裂之前,DNA复制一次,减数分裂过程中细胞连续分裂两次。如图是一次减数分裂的结果(以一对同源染色体为例)。
注:“”为亲代DNA链;“”为利用原料合成的子链。
由图可以看出,减数分裂过程中细胞虽然连续分裂两次,但DNA只复制一次,所以四个子细胞中所有核DNA分子均由一条亲代DNA链和一条利用原料合成的子链组成。
1.(2021·浙江1月选考)现建立“动物精原细胞(2n=4)有丝分裂和减数分裂过程”模型。1个精原细胞(假定DNA中的P元素都为32P,其他分子不含32P)在不含32P的培养液中正常培养,分裂为2个子细胞,其中1个子细胞发育为细胞①。细胞①和②的染色体组成如图所示,H(h)、R(r)是其中的两对基因,细胞②和③处于相同的分裂时期。下列叙述正确的是 (　　)
A.细胞①形成过程中没有发生基因重组
B.细胞②中最多有两条染色体含有32P
C.细胞②和细胞③中含有32P的染色体数相等
D.细胞④~⑦中含32P的核DNA分子数可能分别是2、1、1、1
解析　图中细胞①处于减数分裂Ⅰ前期,分析细胞①中基因组成可知,发生了同源染色体非姐妹染色单体的互换,即发生了基因重组,A项错误;根据DNA分子半保留复制,1个精原细胞(DNA中的P元素都为32P),在不含32P的培养液中正常培养,经过一次有丝分裂产生的子细胞中每条染色体中的DNA分子一条链含32P,另一条链不含32P。该子细胞经过减数分裂Ⅰ前的间期复制,形成的细胞①中每条染色体,只有一条单体的DNA分子一条链含有32P(共4条染色单体含有32P),细胞①形成细胞②会发生同源染色体分离,正常情况下,细胞②有两条染色体含有32P(分布在非同源染色体上),但根据图可知,H所在的染色体发生过互换,很有可能H和h所在染色体都含有32P,因此细胞②中最多有3条染色体含有32P,B项错误;根据B项分析可知,正常情况下,细胞②和③中各有两条染色体含有32P(分布在非同源染色体上),但由于细胞①中发生了H和h的互换,而发生互换的染色单体上不确定是否含有32P,故细胞②和细胞③中含有32P的染色体数可能相等也可能不相等,C项错误;如果细胞②的H和R所在染色体含有32P,且细胞②中h所在染色体含有32P,则r在染色体不含有32P,因此形成的细胞④含有32P的核DNA分子数为2个,形成的细胞⑤含有32P的核DNA分子数为1个,由于细胞③的基因型为Hhrr(h为互换的片段),h所在的染色体与其中一个r所在染色体含有32P(H和另一个r所在染色体不含32P),如果含有32P的2条染色体不在同一极,则形成的细胞⑥和⑦都含32P的核DNA分子数为1个,D项正确。
答案　D
2.(2023·天津和平区摸底)用32P标记某植物体细胞(含12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,在第二次细胞分裂的中期一个细胞中染色体携带32P标记的情况是 (　　)
A.带有32P标记的DNA分子数与染色体数相同
B.带有32P标记的染色体有6条
C.每条染色体的两条姐妹染色单体均带有32P标记
D.每条染色体中带有32P标记的DNA单链为0条或1条
解析　依题意和DNA分子的半保留复制可知,在第一次有丝分裂结束后,每个子细胞中含有的12条染色体,每条染色体上所含有的双链DNA分子中只有一条链被32P标记;在第二次有丝分裂的间期DNA分子完成复制后,每条染色体含2个DNA分子,这2个DNA分子分别位于组成该染色体的2条姐妹染色单体上,其中只有一条染色单体上的DNA被32P标记,所以有丝分裂中期的细胞中有12条被标记的染色体,与带有32P标记的DNA分子数相同,A项正确;由A项分析可知,第二次细胞分裂中期一个细胞中,带有32P标记的染色体有12条,每条染色体的两条姐妹染色单体中只有一条带有32P标记,每条染色体中带有32P标记的DNA单链为1条,B、C、D三项错误。
答案　A
3.(不定项)(2023·滨州模拟)取小鼠(2n=40)的1个精原细胞,诱导其在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成减数分裂形成4个精子,取其中一个精子与卵细胞结合形成受精卵,然后转入无放射性的培养基中培养至早期胚胎。下列叙述正确的是 (　　)
A.减数分裂Ⅰ前期形成10个四分体,每个四分体的DNA均被3H标记
B.减数分裂形成的每个精子中有10条染色体被3H标记,10条未被标记
C.受精卵第一次有丝分裂后期,细胞中被3H标记的染色体有20条
D.受精卵第一次有丝分裂产生的每个子细胞中被3H标记的染色体有10条
解析　减数分裂Ⅰ前期形成20个四分体,每个四分体的DNA均被3H标记,A项错误;减数分裂形成的每个精子中20条染色体都被3H标记,B项错误;受精卵第一次有丝分裂后期,细胞中被3H标记的染色体只有20条,C项正确;受精卵第一次有丝分裂产生的每个子细胞中被3H标记的染色体有0~20条,D项错误。
答案　C

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