资源简介

第30讲　DNA的结构和复制
(时间:30分钟　满分:36分)
基础强化练
选择题:1~6题,每题2分。
1.(科学史|2024·漳州三模)下列关于探索遗传奥秘历程中使用的科学方法和技术,叙述正确的是(　　)
[A] 对杂交实验的子代性状进行分类、统计和分析是孟德尔成功的原因之一
[B] 萨顿通过研究蝗虫得出基因在染色体上且呈线性排列
[C] 查哥夫应用X射线衍射技术,得知DNA中碱基的数量A=T,C=G
[D] 沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制为DNA模型的构建提供了依据
2.(DNA的结构|2024·池州模拟)下表为制作DNA双螺旋结构模型所提供的材料,卡片种类和数量如下表,用订书钉表示各种连接键,数量若干,下列相关叙述正确的是(　　)
卡片种类 磷酸 脱氧核糖 碱基
A T C G
卡片数量 12 12 3 3 4 2
[A] 这些材料构成的DNA片段,最多含有氢键12个
[B] 最多可构建45种碱基序列的DNA
[C] 制作该DNA双螺旋结构时,最多需要消耗订书钉22个
[D] DNA中每个脱氧核糖均与两分子磷酸相连,但磷酸分子却不一定和两个脱氧核糖
相连
3.(θ型复制|2024·昆明质检)许多种生物的细胞中都含有环状DNA分子,θ型复制是环状DNA分子复制的方式之一。如图为θ型复制的模式图,下列相关叙述错误的是(　　)
[A] θ型复制具有边解旋边复制和半保留复制的特点
[B] θ型复制所产生的两条子链的碱基序列是互补的
[C] θ型复制所产生的子代DNA分子的两条单链方向相反
[D] θ型复制后产生的每个子代DNA分子都有两个游离的磷酸基团
4.(DNA半保留复制证据|2024·江门二模)把大肠杆菌放在含15N的培养基中培养若干代,提取细胞中的DNA分子并离心,结果示意图如图所示。把上述大肠杆菌转移到含有14N的培养基中繁殖3代,提取DNA进行离心,结果可表示为(　　)
　　　
[A] [B] [C] [D]
5.(DNA的结构|2024·信阳模拟)核酸是由多个核苷酸聚合而成的大分子化合物,广泛存在于各种生物体内,如图是核酸的部分结构示意图。下列叙述错误的是(　　)
[A] 若①为U,则该类核酸可作为某些病毒的遗传物质
[B] DNA和RNA在化学组成上的区别之一体现在所含的②不同
[C] 环状DNA和环状RNA中的嘌呤碱基数均与嘧啶碱基数相等
[D] 不同生物的遗传信息不同与核苷酸的排列顺序不同密切相关
6.(真核细胞核DNA的复制|2024·昆明模拟)如图表示真核细胞中核DNA的合成过程,下列相关叙述错误的是(　　)
[A] 图示过程每个起点在一个细胞周期中只起始一次
[B] DNA聚合酶只能从引物的3'端连接脱氧核苷酸
[C] 图中的酶能使A与U、G与C之间的氢键断裂
[D] 图中DNA的复制为多起点的半保留复制
能力提升练
选择题:7~9题,每题4分。
7.(复制叉|2024·十堰模拟)复制叉是真核生物DNA复制过程中的基本结构,复制叉由“Y”字形DNA以及结合在该处的与DNA复制有关的蛋白质组成,如图所示。DNA甲基化会引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变。下列有关叙述正确的是(　　)
[A] 与DNA复制有关的蛋白质包括解旋酶(B)和DNA聚合酶(A)等
[B] a、b为新合成的子链,会相互结合形成子代DNA
[C] 被甲基化修饰后,基因的碱基序列不发生改变
[D] 合成a、b子链的原料相同,即四种核糖核苷酸
8.(DNA分子的复制过程|2024·合肥模拟)DNA中发生复制的独立单位称为复制子,真核生物的核DNA中包含多个复制子,每个复制子都有自己的起始点(图中1~6),每个起始点均富含AT序列,DNA上不同复制子起始复制的时间不同。通常每个复制子从起始点开始双向复制形成复制泡,在复制泡的相遇处,新生DNA融合成完整的子代DNA。下列说法错误的是(　　)
[A] 6号起始点可能是最晚解旋的
[B] 起始点氢键相对较少,有利于DNA解旋
[C] 复制泡中两个新生DNA的子链的碱基序列相同
[D] 核DNA中包含多个复制子,可以提高DNA复制的效率
9.(减数分裂中DNA的标记问题|2024·延安模拟)某果蝇精原细胞中8条染色体上的DNA已全部被15N标记,其中一对同源染色体上有基因A和a,现给此精原细胞提供仅含14N的原料让其连续进行两次分裂,产生四个子细胞,分裂过程中无变异发生。下列有关叙述错误的有(　　)
[A] 若子细胞中均含4条染色体,则一定有一半子细胞含有a基因
[B] 若子细胞中均含8条染色体,则每个子细胞中均含1个A基因和1个a基因
[C] 若子细胞中的核DNA均含15N,则每个子细胞均含8条染色体
[D] 若子细胞中一半的核DNA含15N,则每个子细胞均含8条染色体
10.(12分)(DNA分子的结构|2024·厦门联考)铁皮石斛具有良好的药用和保健价值,资源濒危、价格昂贵。常见的石斛属植物有十多种,市场上有人用其他近缘物种假冒铁皮石斛。质检人员从市场上抽检部分商品,对这类植物中较为稳定的“matK基因”进行序列分析,得到四种碱基含量如下表。请回答下列问题。
组别 matK基因中碱基含量/%
T C A G
样品1 37.4 17.4 29.5 15.7
样品2 37.5 17.1 29.8 15.6
样品3 37.6 16.9 30.0 15.5
样品4 37.3 17.4 29.6 15.7
铁皮石斛 37.5 17.1 29.8 15.6
(1)据表可知,质检人员检测的是该基因的　　 　　(填“双链”或“一条单链”),判断的理由是　 　。
(2)与铁皮石斛的matK基因中碱基含量比较,能初步确定抽检样品中　　　 　为“假冒品”。
(3)仅依据上述信息,质检人员还无法判断样品2一定是铁皮石斛,理由是
　。
已知铁皮石斛matK基因中第1 015个碱基为T,若样品2在多次随机抽检中该位点均为C,则　　 　　(填“能”或“不能”)判断样品2不是铁皮石斛;若样品2在多次随机抽检中该位点均为T,则　　 　　(填“能”或“不能”)判断样品2一定是铁皮石斛。
第30讲　DNA的结构和复制
1.A　孟德尔成功的原因有选取了合适的杂交实验材料,采用严密的实验分析方法,在数据分析中应用统计学分析法等,可见对杂交实验的子代性状进行分类、统计和分析是孟德尔成功的原因之一;摩尔根通过研究果蝇得出基因在染色体上且呈线性排列,萨顿通过研究蝗虫得出基因和染色体的行为存在平行关系;查哥夫对各种不同来源的DNA碱基成分进行了精密地分析,得知DNA中碱基的含量关系,即A=T,C=G;沃森和克里克根据DNA双螺旋结构模型,提出了DNA半保留复制的机制,半保留复制的提出不是DNA双螺旋结构的依据,而是DNA双螺旋结构的推测结果。
2.A　由表格分析可知,构成的DNA片段含有3个A—T碱基对,2个C—G碱基对,最多含有氢键3×2+2×3=12(个);由于碱基对的种类和数目已经确定,因此构建的DNA种类数少于45种;利用表中的材料构建的DNA片段含有5个碱基对,即每条链含有5个脱氧核苷酸,每个脱氧核苷酸需2个订书钉相连,相邻脱氧核苷酸需1个订书钉相连,一条单链需订书钉5×2+4=14(个),该片段中氢键的数目为12个,则最多需要消耗订书钉的数目为14×2+12=40(个);DNA中大多数脱氧核糖与两分子磷酸相连,DNA位于两端的脱氧核糖只与一个磷酸相连,同样,位于长链中间的每个磷酸分子连接两个脱氧核糖,但位于两条链一端的磷酸只连一个脱氧核糖。
3.D　θ型复制是环状DNA分子复制的方式之一,也是利用DNA的半保留复制方式进行,具有边解旋边复制和半保留复制的特点;解开的每一条母链作为模板连,θ型复制所产生的两条子链的碱基序列分别与各自的模板链互补,θ型复制所产生的两条子链的碱基序列也是互补的;θ型复制所产生的子代DNA分子的两条单链延伸方向从5'端到3'端,分别与模板链反向互补,产生的子代DNA分子的两条单链方向相反;θ型复制后产生两个环状DNA分子,因此每个子代DNA分子都无游离的磷酸基团。
4.B　把大肠杆菌放在含15N的培养基中培养若干代,提取细胞中的DNA分子并离心,会形成重带,把上述大肠杆菌转移到含有14N的培养基中繁殖3代,则会形成23=8个子代大肠杆菌,其中带有15N的子代大肠杆菌只有2个,且其中的DNA分子一条链含有15N、一条链含有14N,另外6个子代大肠杆菌的DNA只含有14N,则提取子代大肠杆菌DNA离心的结果表现为轻带和中带,且比例为3∶1。
5.C　若①为U(尿嘧啶),则该核酸为RNA,某些病毒(如HIV)的遗传物质是RNA;②为五碳糖,DNA和RNA在化学组成上的区别之一是五碳糖不同(DNA的五碳糖是脱氧核糖,RNA的五碳糖是核糖);若是单链环状DNA或单链环状RNA,则其中嘌呤碱基数不一定等于嘧啶碱基数;不同生物的遗传信息不同,与核苷酸的排列顺序不同密切相关。
6.C　在一个细胞周期中,DNA只复制一次,因此图示过程每个起点在一个细胞周期中只起始一次;DNA复制时,DNA聚合酶只能从引物的3'端连接脱氧核苷酸,因此子链只能从5'端向3'端延伸;图中的酶是解旋酶,能使DNA中的A与T、G与C之间的氢键断裂;据图可知,DNA的复制有多个起点,新合成的DNA保留了原来DNA分子中的一条链,所以DNA的复制是半保留复制。
7.C　DNA复制相关蛋白质包括A(解旋酶:破坏氢键,使DNA双链变为单链)和B(DNA聚合酶:形成子链);a、b为新合成的子链,子代DNA由子链和对应的母链形成;DNA的甲基化并不改变基因的碱基序列,但影响基因的转录,进而影响生物的性状;a、b为新合成的DNA链,合成a、b子链的原料相同,即四种脱氧核糖核苷酸。
8.C　据图可知,6号的复制泡最小,说明6号起始点可能是最晚解旋的;氢键数目越多,DNA越稳定,起始点氢键相对较少,有利于DNA解旋;子链和母链之间遵循碱基互补配对原则,两条母链的碱基互补配对,复制泡中两个新生DNA的子链的碱基序列也互补;核DNA是多起点复制,核DNA中包含多个复制子,可以提高DNA复制的效率。
9.C　若四个子细胞中均含4条染色体(染色体数目是体细胞的一半),则说明精原细胞进行的是减数分裂,等位基因会发生分离,形成4个精细胞两两相同,故有一半子细胞含有a基因;若四个子细胞中均含8条染色体(染色体数目与体细胞相同),则精原细胞进行的是有丝分裂,子细胞的基因型与体细胞相同,则每个子细胞中均只含有1个A基因和1个a基因;若四个子细胞中的核DNA均含 15N,说明DNA只复制一次,则精原细胞进行的是减数分裂,产生的四个子细胞为精细胞,染色体数目是体细胞的一半,因此每个子细胞均含4条染色体;若四个子细胞中均有一半的核DNA含15N,说明DNA不止复制一次,则细胞进行的是有丝分裂,所以每个子细胞均含8条染色体。
10.【答案】 (除标注外,每空3分)
(1)一条单链(1分)　检测结果A与T数量不相等,C与G数量不相等
(2)1、3、4
(3)样品2与铁皮石斛的碱基含量虽然相同,但碱基的排列顺序可能不同　能(1分)　不能(1分)
【解析】 (1)据表判断,由于DNA双链中A=T,C=G,而表格中A与T含量不相等,C与G含量不相等,说明检测的是该基因的一条单链。(2)与铁皮石斛的matK基因中碱基含量比较,样品2与铁皮石斛碱基含量完全一样,而样品1、3、4中各种碱基含量与铁皮石斛中碱基含量不同,所以能初步确定抽检样品中1、3、4为“假冒品”。(3)样品2与铁皮石斛碱基含量一样,但由于样品2与铁皮石斛的碱基的排列顺序可能不同,因此无法判断样品2一定是铁皮石斛。已知铁皮石斛matK基因中第1 015个碱基为T,若样品2在多次随机抽检中该位点均为C,则说明样品2的碱基排列顺序与铁皮石斛中不同,故可判断样品2不是铁皮石斛。若样品2在多次随机抽检中该位点均为T,但其他位点可能与铁皮石斛的碱基排列顺序不同,故仍不能判断样品2一定是铁皮石斛。第30讲　DNA的结构和复制
[课标要求]
1.概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成,通常由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。
2.概述DNA分子通过半保留方式进行复制。
考点一　DNA的结构与基因的本质
1.DNA的结构及特点
(1)DNA双螺旋结构模型的构建者:　　　　　　　　　　。
(2)DNA分子的结构层次。
(3)DNA的双螺旋结构内容。
①DNA由　　　　　　 　　　组成,这两条链按　　　　　　的方式盘旋成双螺旋结构。
②外侧:　　　　 　和　　 　　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　　　　 　　　。碱基互补配对遵循以下原则:　 　　与　 　配对(两个氢键)、　　　　与　　　　配对(三个氢键)。
(4)DNA的结构特点。
2.基因的本质
(1)本质:基因通常是有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。有些病毒的遗传物质是RNA,对这类病毒而言,基因就是有遗传效应的RNA片段。
(2)基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸的关系。
1.判断正误
(1)(必修2 P48~49思考·讨论)沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式。(　　)
(2)(必修2 P50正文)DNA分子中每个脱氧核糖上均连接着一个磷酸和一个碱基。(　　)
(3)(必修2 P51探究·实践)某同学制作DNA双螺旋结构模型,在制作脱氧核苷酸时,需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基。(　　)
(4)(必修2 P52概念检测1)某双链DNA分子中一条链上A∶T=1∶2,则该DNA分子中A∶T=2∶1。(　　)
(5)(必修2 P58~59思考·讨论延伸)人体内控制β珠蛋白合成的基因由1 700个碱基对组成,其碱基对的排列方式有41 700种。(　　)
(6)(必修2 P58正文)DNA分子的碱基对总数与所含有的基因的碱基对总数相等。(　　)
2.规范表达
(必修2 P51探究·实践)DNA只含有4种脱氧核苷酸,能够储存足够量的遗传信息的原因是 　。
能力1　结合DNA的结构及其特点,考查理解能力
1.(2024·陕西西安期中)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
DNA双螺旋结构的热考点
(1)
(2)
(3)
(4)
能力2　结合DNA结构的相关计算,考查理解能力
2.(2024·重庆模拟)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错误的是(　　)
[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
考点二　DNA的复制
1.DNA半保留复制的实验证据
(1)实验者:美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔。
(2)研究方法:　　　　　　　　。
(3)实验材料:大肠杆菌。
(4)实验技术:　　　　　　技术和离心技术。
(5)实验原理:15N和14N是氮元素的两种　　　　同位素,这两种同位素　 　,
因此,利用离心技术可以在试管中分离开含有相对原子质量不同的氮元素的DNA。
(6)实验假设:　 。
(7)实验过程。
(8)实验预期(演绎推理)。
①图示分析:设亲代DNA分子完全被15N标记,若分别按照半保留复制、全保留复制和弥散复制,则15N标记的亲代DNA分子在含有14N的环境中连续复制所得子一代和子二代的DNA分子中的 15N 和14N的分布状态如图所示(实线表示15N标记,虚线表示14N标记):
②依据上述分析,预测离心后DNA在离心管中分布的位置(请绘制出DNA带)。
(9)实验结果。
①立即取出,提取DNA→离心→　　　　　　。
②繁殖一代后取出,提取DNA→离心→　　　　　　　　　。
③繁殖两代后取出,提取DNA→离心→　　　　　　　　　。
(10)实验结论:DNA的复制是以　　　　　　的方式进行的。
2.DNA复制的过程
(1)DNA复制的概念、时间、场所(以真核细胞为例)。
①概念:以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
②时间:有丝分裂前的　　 　　　和　　　　 　　分裂前的间期。
③场所:主要是细胞核,线粒体和叶绿体中也存在。
(2)过程。
(3)特点:　 。
(4)方向:　　　　　　　　　。
(5)意义:DNA通过复制,将　　　　　　　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。
(6)DNA分子精确复制的原因。
DNA分子独特的　　　　　　结构,为复制提供了精确的模板,通过　　　　　　　　　,保证了复制能够准确地进行。
1.判断正误
(1)(必修2 P54思考·讨论)在DNA复制方式的探究实验中,若通过对第一代DNA解旋获得的DNA单链进行离心,其结果也可确定DNA复制的方式是全保留复制还是半保留复制。(　　)
(2)(必修2 P55正文)DNA中氢键全部断裂后,以两条母链为模板各合成一条子链。(　　)
(3)(必修2 P55正文)生物体内的DNA常与蛋白质结合,以DNA蛋白质复合物的形式存在。若复合物中的某蛋白质参与DNA复制,则该蛋白质一定是DNA聚合酶。(　　)
(4)(必修2 P56概念检测延伸)DNA双链被32P标记后,复制n次,子代DNA中有标记的占1/2n。(　　)
(5)(必修2 P56概念检测延伸)一个含有m个腺嘌呤的DNA分子经过n次复制,共需要消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸2n-1×m个。(　　)
2.规范表达
(1)(必修2 P55图310)在细胞分裂过程中,两个子代DNA分子位于两条姐妹染色单体中,在细胞分裂的什么时候分离 　　　　　　　 　　　　　　　　。这两个DNA分子的遗传信息一定相同吗 为什么 　 　。
(2)(必修2 P56拓展应用2)真核细胞中DNA复制的速率一般为50~100 bp/s,果蝇DNA的电镜照片中有一些泡状结构,叫作DNA复制泡,是DNA上正在复制的部分,果蝇DNA上形成多个复制泡,这说明 　。
1.真核生物DNA复制过程拓展
特点:多起点、双向复制;意义:提高复制效率。
2.图解法分析DNA复制的相关计算
一个亲代DNA连续复制n次后,则:
(1)子代DNA分子数:2n个。
①看准是“含”还是“只含”。
无论复制多少次,含15N的DNA分子始终是2个。
②看准是“DNA分子数”还是“链数”。
含14N的DNA分子有2n个,只含14N的DNA分子有(2n-2)个。
(2)子代DNA分子总链数:2n×2=2n+1(条)。
①无论复制多少次,含15N的链始终是2条。
②含14N的链数是(2n+1-2)条。
(3)消耗的脱氧核苷酸数。
①若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸数为m×(2n-1)个。
②若进行第n次复制,则需消耗游离的该脱氧核苷酸数为m×2n-1个。
能力3　围绕DNA复制方式的实验探究,考查科学探究能力
3.(2024·陕西西安月考)如图为科学家设计的DNA合成的同位素标记实验,利用大肠杆菌探究DNA的复制过程,下列叙述正确的是(　　)
[A] 比较试管①和②的结果可证明DNA复制为半保留复制
[B] 实验中没有采用放射性同位素示踪的研究方法
[C] 可用噬菌体代替大肠杆菌进行上述实验,且提取DNA更方便
[D] 大肠杆菌在含有15NH4Cl的培养液中生长若干代,细胞中只有DNA含15N
能力4　围绕DNA复制的过程,考查生命观念
4.(2025·广东期中)如图为某DNA复制过程的部分图解,其中rep蛋白具有解旋的功能,冈崎片段是新合成的不连续的DNA片段。下列相关叙述正确的是(　　)
[A] rep蛋白的作用是破坏A与C、T与G之间的氢键
[B] 冈崎片段连接成子链的过程需要RNA聚合酶
[C] 子链的延伸方向与复制叉的移动方向一致
[D] 推测DNA单链结合蛋白可防止DNA单链之间重新配对
能力5　结合DNA复制与细胞分裂的关系,考查科学思维能力
5.(2021·浙江6月选考,22)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(　　)
[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1/4
[D] 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
考向一　从科学思维的角度,考查DNA分子的结构
1.(2024·北京卷,2)科学家证明“尼安德特人”是现代人的近亲,依据的是DNA的(　　)
[A] 元素组成 [B] 核苷酸种类
[C] 碱基序列 [D] 空间结构
2.(2024·浙江6月选考,9)下列关于双链DNA分子结构的叙述,正确的是(　　)
[A] 磷酸与脱氧核糖交替连接构成了DNA的基本骨架
[B] 双链DNA中T占比越高,DNA热变性温度越高
[C] 两条链之间的氢键形成由DNA聚合酶催化
[D] 若一条链的G+C占47%,则另一条链的A+T也占47%
考向二　从科学思维的角度,考查DNA分子的复制
3.(2024·浙江1月选考,10)大肠杆菌在含有3H脱氧核苷培养液中培养,3H脱氧核苷掺入到新合成的 DNA链中,经特殊方法显色,可观察到双链都掺入3H脱氧核苷的 DNA区
段显深色,仅单链掺入的显浅色,未掺入的不显色。掺入培养中,大肠杆菌拟核 DNA 第2 次复制时,局部示意图如图。DNA 双链区段①、②、③对应的显色情况可能是(　　)
[A] 深色、浅色、浅色
[B] 浅色、深色、浅色
[C] 浅色、浅色、深色
[D] 深色、浅色、深色
4.(2022·海南卷,11)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(　　)
[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
第30讲　DNA的结构和复制
考点一　DNA的结构与基因的本质
必备知识·梳理
1.(1)沃森和克里克　(2)C、H、O、N、P　脱氧核苷酸　(3)①两条脱氧核苷酸链　反向平行　②脱氧核糖　磷酸　③碱基对　A　T　G　C　(4)磷酸与脱氧核糖　碱基互补配对　脱氧核苷酸　4n　碱基排列顺序
2.(1)遗传效应的DNA片段　(2)遗传信息　线性　遗传效应　很多个　染色体　1个或
2个
深挖教材
1.(1)×　沃森和克里克以DNA衍射图谱为基础,推算出DNA分子呈螺旋结构。
(2)×　DNA分子中绝大多数脱氧核糖上均连着两个磷酸和一个碱基,但两条链的末端各有一个脱氧核糖上只连着一个磷酸和一个碱基。
(3)×　在制作脱氧核苷酸时,需在磷酸上连接脱氧核糖,不能连接碱基。
(4)×　某双链DNA分子中A、T配对,故该DNA分子中A∶T=1∶1。
(5)×　β珠蛋白基因已经是一个特定的基因,故β珠蛋白基因碱基对的排列顺序是β珠蛋白所特有的,只有1种排列方式。
(6)×　基因通常是具有遗传效应的DNA片段,因此基因中所含的碱基对总数要少于DNA分子中的碱基对总数。
2.构成DNA的4种脱氧核苷酸的数目成千上万,脱氧核苷酸的排列顺序千差万别
关键能力·提升
能力1
1.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;DNA分子每条链的3′端脱氧核糖上只连着一个磷酸;一分子脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基组成,所以每个DNA分子中,碱基、磷酸和脱氧核糖的数量都相等;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,但A+T与G+C不一定相等。
能力2
2.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;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;DNA分子中非互补碱基之和的比值等于1,(A+C)/(G+T)=b=1,碱基序列不同的双链DNA分子,b值相同。
考点二　DNA的复制
必备知识·梳理
1.(2)假说—演绎法　(4)同位素标记　(5)稳定　相对原子质量不同,含15N的DNA比含14N的DNA密度大　(6)DNA以半保留的方式复制　(7)15NH4Cl　14NH4Cl　DNA　试管中DNA的位置
(8)②如图所示
(9)①全部重带　②全部中带　③1/2轻带、1/2中带　(10)半保留
2.(1)②间期　减数第一次　(2)能量　解旋酶　脱氧核苷酸
DNA聚合酶　双螺旋结构　(3)边解旋边复制、半保留复制
(4)5′端→3′端　(5)遗传信息　(6)双螺旋　碱基互补配对
深挖教材
1.(1)×　对第一代DNA解旋获得的DNA单链进行离心,无论是半保留复制还是全保留复制其结果是相同的,因此无法区分。
(2)×　DNA的复制是边解旋边复制的过程,DNA中部分氢键断裂后,即开始复制过程。
(3)×　DNA复制时所需要的酶是解旋酶、DNA聚合酶,故若复合物中的某蛋白质参与DNA复制,则该蛋白质可能是DNA聚合酶。
(4)×　DNA分子的双链被标记,复制n次,形成2n个DNA分子,其中有2个DNA分子被标记,子代DNA被标记的占2/2n。
(5)×　一个含有m个腺嘌呤的DNA分子经过n次复制,共需要消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸(2n-1)×m个。
2.(1)有丝分裂后期或减数第二次分裂后期　不一定,若是复制过程中发生了基因突变,会导致两个DNA分子的遗传信息不同
(2)果蝇的DNA有多个复制起点,可同时从不同起点开始DNA复制
关键能力·提升
能力3
3.B　比较试管①②和③的结果可证明DNA复制为半保留复制,仅比较试管①②还无法证明DNA为半保留复制,因为此结果也可能是弥散复制的结果;本实验采用的是同位素标记和密度梯度离心的研究方法,没有采用放射性同位素示踪的研究方法;噬菌体不能利用培养基培养,因此不能用噬菌体代替大肠杆菌进行题述实验;大肠杆菌的蛋白质、RNA等都含有氮。
能力4
4.D　rep蛋白的作用是破坏A与T、C与G之间的氢键;冈崎片段是新合成的不连续的DNA片段,需要DNA连接酶进行催化连接成子链;DNA子链延伸的方向是5′端→3′端,两条子链中一条合成方向与复制叉的移动方向一致,另一条的合成方向与复制叉的移动方向相反;DNA单链结合蛋白缠绕在DNA单链上,故可推测DNA单链结合蛋白可防止DNA单链之间重新配对。
能力5
5.C　DNA复制是半保留复制,第一个细胞周期的每条染色体的两条染色单体都是有一条DNA链含有BrdU,因此都呈深蓝色;第二个细胞周期,每个着丝粒上2条染色单体,其中一条染色单体上DNA一条链含有BrdU,染色后呈深蓝色,另一条染色单体上DNA两条链都含有BrdU,染色后呈浅蓝色;第二次分裂后期,染色体被纺锤丝牵引着移向细胞两极,形成的子细胞内的染色体深蓝色和浅蓝色的数目不确定,故第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体不一定为1/4;根尖分生区细胞经过若干个细胞周期后,DNA由于半保留复制,后代中有一条链含有BrdU的DNA,所以还能观察到深蓝色的染色单体。
研练真题·感悟高考
考向一
1.C　不同DNA分子的元素组成都是C、H、O、N、P,所含核苷酸种类只有4种,空间结构都是规则的双螺旋结构;“尼安德特人”与现代人的DNA碱基序列有相似部分,证明“尼安德特人”与现代人是近亲。
2.A　DNA的外侧是由脱氧核糖和磷酸交替连接构成的基本骨架,内侧是碱基通过氢键连接形成的碱基对;双链DNA中G—C碱基对占比越高,DNA热变性温度越高;DNA聚合酶催化形成的是磷酸二酯键;互补的碱基在单链上所占的比例相等,若一条链的G+C占47%,则另一条链的G+C也占47%,A+T占1-47%=53%。
考向二
3.B　大肠杆菌在含有3H脱氧核苷培养液中培养,DNA的复制方式为半保留复制,大肠杆菌拟核 DNA 第1 次复制后产生的子代DNA的两条链一条被3H标记、另一条未被标记,大肠杆菌拟核 DNA 第2 次复制时,以两条链中一条被3H标记、另一条未被标记的DNA分子为模板,结合题干显色情况,DNA 双链区段①为浅色,②中两条链均含有3H显深色,③中一条链含有3H、一条链不含3H显浅色。
4.D　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还是分散复制,继续做第二代DNA密度鉴定,若第二代DNA可以分离出一条中带和一条轻带,则可以排除分散复制,同时肯定是半保留复制;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只有两条链均含14N,或一条链含有14N一条链含有15N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。(共81张PPT)
第30讲
DNA的结构和复制
[课标要求]
1.概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成,通常由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。
2.概述DNA分子通过半保留方式进行复制。
DNA的结构与基因的本质
考点一　
1.DNA的结构及特点
(1)DNA双螺旋结构模型的构建者: 。
沃森和克里克
(2)DNA分子的结构层次。
C、H、O、N、P
脱氧核苷酸
(3)DNA的双螺旋结构内容。
①DNA由 组成,这两条链按 的方式盘旋成双螺旋结构。
②外侧: 和 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 。碱基互补配对遵循以下原则: 与 配对(两个氢键)、 与 配对(三个氢键)。
两条脱氧核苷酸链
反向平行
脱氧核糖
磷酸
碱基对
A
T
G
C
(4)DNA的结构特点。
磷酸与脱氧核糖
碱基互补
配对
脱氧核苷酸
4n
碱基排列顺序
2.基因的本质
(1)本质:基因通常是有 。有些病毒的遗传物质是RNA,对这类病毒而言,基因就是有遗传效应的RNA片段。
遗传效应的DNA片段
(2)基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸的关系。
染色体
1个
或2个
遗传
效应
很多个
线性
遗传
信息
深挖教材
1.判断正误
(1)(必修2 P48～49思考·讨论)沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式。(　　)
×
【提示】 沃森和克里克以DNA衍射图谱为基础,推算出DNA分子呈螺旋结构。
(2)(必修2 P50正文)DNA分子中每个脱氧核糖上均连接着一个磷酸和一个碱基。(　　)
×
【提示】 DNA分子中绝大多数脱氧核糖上均连着两个磷酸和一个碱基,但两条链的末端各有一个脱氧核糖上只连着一个磷酸和一个碱基。
(3)(必修2 P51探究·实践)某同学制作DNA双螺旋结构模型,在制作脱氧核苷酸时,需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基。(　　)
×
【提示】 在制作脱氧核苷酸时,需在磷酸上连接脱氧核糖,不能连接碱基。
(4)(必修2 P52概念检测1)某双链DNA分子中一条链上A∶T=1∶2,则该DNA分子中A∶T=2∶1。(　　)
×
【提示】 某双链DNA分子中A、T配对,故该DNA分子中A∶T=1∶1。
(5)(必修2 P58～59思考·讨论延伸)人体内控制β-珠蛋白合成的基因由1 700个碱基对组成,其碱基对的排列方式有41 700种。(　　)
×
【提示】 β-珠蛋白基因已经是一个特定的基因,故β-珠蛋白基因碱基对的排列顺序是β-珠蛋白所特有的,只有1种排列方式。
(6)(必修2 P58正文)DNA分子的碱基对总数与所含有的基因的碱基对总数相等。(　　)
×
【提示】 基因通常是具有遗传效应的DNA片段,因此基因中所含的碱基对总数要少于DNA分子中的碱基对总数。
2.规范表达
(必修2 P51探究·实践)DNA只含有4种脱氧核苷酸,能够储存足够量的遗传信息的原因是
。
构成DNA的4种脱氧核苷酸的数目成千上万,脱氧核苷酸的排列
顺序千差万别
能力1　结合DNA的结构及其特点,考查理解能力
1.(2024·陕西西安期中)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
C
【解析】 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;DNA分子每条链的3′端脱氧核糖上只连着一个磷酸;一分子脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基组成,所以每个DNA分子中,碱基、磷酸和脱氧核糖的数量都相等;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,但A+T与G+C不一定相等。
归纳总结
DNA双螺旋结构的热考点
(1)
归纳总结
(2)
(3)
归纳总结
(4)
能力2　结合DNA结构的相关计算,考查理解能力
2.(2024·重庆模拟)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错误的是(　　)
[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
C
【解析】 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;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;DNA分子中非互补碱基之和的比值等于1,(A+C)/(G+T)=b=1,碱基序列不同的双链DNA分子,b值相同。
DNA的复制
考点二　
1.DNA半保留复制的实验证据
(1)实验者:美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔。
(2)研究方法: 。
(3)实验材料:大肠杆菌。
(4)实验技术: 技术和离心技术。
假说—演绎法
同位素标记
(5)实验原理:15N和14N是氮元素的两种 同位素,这两种同位素
,因此,利用离心技术可以在试管中分离开含有相对原子质量不同的氮元素的DNA。
(6)实验假设: 。
稳定
相对原子质量不同,含15N的DNA比含14N的DNA密度大
DNA以半保留的方式复制
(7)实验过程。
5NH4Cl
14NH4Cl
DNA
试管中DNA的位置
(8)实验预期(演绎推理)。
①图示分析:设亲代DNA分子完全被15N标记,若分别按照半保留复制、全保留复制和弥散复制,则15N标记的亲代DNA分子在含有14N的环境中连续复制所得子一代和子二代的DNA分子中的 15N 和14N的分布状态如图所示(实线表示15N标记,虚线表示14N标记):
②依据上述分析,预测离心后DNA在离心管中分布的位置(请绘制出DNA带)。
【提示】 如图所示
(9)实验结果。
①立即取出,提取DNA→离心→ 。
②繁殖一代后取出,提取DNA→离心→ 。
③繁殖两代后取出,提取DNA→离心→ 。
(10)实验结论:DNA的复制是以 的方式进行的。
全部重带
全部中带
1/2轻带、1/2中带
半保留
2.DNA复制的过程
(1)DNA复制的概念、时间、场所(以真核细胞为例)。
①概念:以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
②时间:有丝分裂前的 和 分裂前的间期。
③场所:主要是细胞核,线粒体和叶绿体中也存在。
间期
减数第一次
(2)过程。
能量
解旋酶
脱氧核苷酸
DNA聚合酶
双螺旋结构
(3)特点: 。
(4)方向: 。
(5)意义:DNA通过复制,将 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。
(6)DNA分子精确复制的原因。
DNA分子独特的 结构,为复制提供了精确的模板,通过 ,保证了复制能够准确地进行。
边解旋边复制、半保留复制
5′端→3′端
遗传信息
双螺旋
碱基互补配对
深挖教材
1.判断正误
(1)(必修2 P54思考·讨论)在DNA复制方式的探究实验中,若通过对第一代DNA解旋获得的DNA单链进行离心,其结果也可确定DNA复制的方式是全保留复制还是半保留复制。(　　)
×
【提示】 对第一代DNA解旋获得的DNA单链进行离心,无论是半保留复制还是全保留复制其结果是相同的,因此无法区分。
(2)(必修2 P55正文)DNA中氢键全部断裂后,以两条母链为模板各合成一条子链。(　　)
×
【提示】 DNA的复制是边解旋边复制的过程,DNA中部分氢键断裂后,即开始复制过程。
(3)(必修2 P55正文)生物体内的DNA常与蛋白质结合,以DNA-蛋白质复合物的形式存在。若复合物中的某蛋白质参与DNA复制,则该蛋白质一定是DNA聚合酶。(　　)
×
【提示】 DNA复制时所需要的酶是解旋酶、DNA聚合酶,故若复合物中的某蛋白质参与DNA复制,则该蛋白质可能是DNA聚合酶。
(4)(必修2 P56概念检测延伸)DNA双链被32P标记后,复制n次,子代DNA中有标记的占1/2n。(　　)
【提示】 DNA分子的双链被标记,复制n次,形成2n个DNA分子,其中有2个DNA分子被标记,子代DNA被标记的占2/2n。
×
(5)(必修2 P56概念检测延伸)一个含有m个腺嘌呤的DNA分子经过n次复制,共需要消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸2n-1×m个。(　　)
【提示】 一个含有m个腺嘌呤的DNA分子经过n次复制,共需要消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸(2n-1)×m个。
×
2.规范表达
(1)(必修2 P55图3-10)在细胞分裂过程中,两个子代DNA分子位于两条姐妹染色单体中,在细胞分裂的什么时候分离 。这两个DNA分子的遗传信息一定相同吗 为什么
。
有丝分裂后期或减数第二次分裂后期
不一定,若是复制过程中
发生了基因突变,会导致两个DNA分子的遗传信息不同
(2)(必修2 P56拓展应用2)真核细胞中DNA复制的速率一般为50～100 bp/s,果蝇DNA的电镜照片中有一些泡状结构,叫作DNA复制泡,是DNA上正在复制的部分,果蝇DNA上形成多个复制泡,这说明
。
果蝇的DNA有多个复制起点,
可同时从不同起点开始DNA复制
1.真核生物DNA复制过程拓展
特点:多起点、双向复制;意义:提高复制效率。
2.图解法分析DNA复制的相关计算
一个亲代DNA连续复制n次后,则:
(1)子代DNA分子数:2n个。
①看准是“含”还是“只含”。
无论复制多少次,含15N的DNA分子始终是2个。
②看准是“DNA分子数”还是“链数”。
含14N的DNA分子有2n个,只含14N的DNA分子有(2n-2)个。
(2)子代DNA分子总链数:2n×2=2n+1(条)。
①无论复制多少次,含15N的链始终是2条。
②含14N的链数是(2n+1-2)条。
(3)消耗的脱氧核苷酸数。
①若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸数为m×(2n-1)个。
②若进行第n次复制,则需消耗游离的该脱氧核苷酸数为m×2n-1个。
能力3　围绕DNA复制方式的实验探究,考查科学探究能力
3.(2024·陕西西安月考)如图为科学家设计的DNA合成的同位素标记实验,利用大肠杆菌探究DNA的复制过程,下列叙述正确的是(　　)
[A] 比较试管①和②的结果可证明DNA复制为半保留复制
[B] 实验中没有采用放射性同位素示踪的研究方法
[C] 可用噬菌体代替大肠杆菌进行上述实验,且提取DNA更方便
[D] 大肠杆菌在含有15NH4Cl的培养液中生长若干代,细胞中只有DNA含15N
B
【解析】 比较试管①②和③的结果可证明DNA复制为半保留复制,仅比较试管①②还无法证明DNA为半保留复制,因为此结果也可能是弥散复制的结果;本实验采用的是同位素标记和密度梯度离心的研究方法,没有采用放射性同位素示踪的研究方法;噬菌体不能利用培养基培养,因此不能用噬菌体代替大肠杆菌进行题述实验;大肠杆菌的蛋白质、RNA等都含有氮。
能力4　围绕DNA复制的过程,考查生命观念
4.(2025·广东期中)如图为某DNA复制过程的部分图解,其中rep蛋白具有解旋的功能,冈崎片段是新合成的不连续的DNA片段。下列相关叙述正确的是(　　)
[A] rep蛋白的作用是破坏A与C、T与G之间的氢键
[B] 冈崎片段连接成子链的过程需要RNA聚合酶
[C] 子链的延伸方向与复制叉的移动方向一致
[D] 推测DNA单链结合蛋白可防止DNA单链之间重新配对
D
【解析】 rep蛋白的作用是破坏A与T、C与G之间的氢键;冈崎片段是新合成的不连续的DNA片段,需要DNA连接酶进行催化连接成子链;DNA子链延伸的方向是5′端→3′端,两条子链中一条合成方向与复制叉的移动方向一致,另一条的合成方向与复制叉的移动方向相反;DNA单链结合蛋白缠绕在DNA单链上,故可推测DNA单链结合蛋白可防止DNA单链之间重新配对。
能力5　结合DNA复制与细胞分裂的关系,考查科学思维能力
5.(2021·浙江6月选考,22)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(　　)
[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1/4
[D] 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
C
【解析】 DNA复制是半保留复制,第一个细胞周期的每条染色体的两条染色单体都是有一条DNA链含有BrdU,因此都呈深蓝色;第二个细胞周期,每个着丝粒上2条染色单体,其中一条染色单体上DNA一条链含有BrdU,染色后呈深蓝色,另一条染色单体上DNA两条链都含有BrdU,染色后呈浅蓝色;第二次分裂后期,染色体被纺锤丝牵引着移向细胞两极,形成的子细胞内的染色体深蓝色和浅蓝色的数目不确定,故第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体不一定为1/4;根尖分生区细胞经过若干个细胞周期后,DNA由于半保留复制,后代中有一条链含有BrdU的DNA,所以还能观察到深蓝色的染色单体。
考向一　从科学思维的角度,考查DNA分子的结构
1.(2024·北京卷,2)科学家证明“尼安德特人”是现代人的近亲,依据的是DNA的(　　)
[A] 元素组成 [B] 核苷酸种类
[C] 碱基序列 [D] 空间结构
研练真题·感悟高考
C
【解析】 不同DNA分子的元素组成都是C、H、O、N、P,所含核苷酸种类只有4种,空间结构都是规则的双螺旋结构;“尼安德特人”与现代人的DNA碱基序列有相似部分,证明“尼安德特人”与现代人是近亲。
2.(2024·浙江6月选考,9)下列关于双链DNA分子结构的叙述,正确的是(　　)
[A] 磷酸与脱氧核糖交替连接构成了DNA的基本骨架
[B] 双链DNA中T占比越高,DNA热变性温度越高
[C] 两条链之间的氢键形成由DNA聚合酶催化
[D] 若一条链的G+C占47%,则另一条链的A+T也占47%
A
【解析】 DNA的外侧是由脱氧核糖和磷酸交替连接构成的基本骨架,内侧是碱基通过氢键连接形成的碱基对;双链DNA中G—C碱基对占比越高,DNA热变性温度越高;DNA聚合酶催化形成的是磷酸二酯键;互补的碱基在单链上所占的比例相等,若一条链的G+C占47%,则另一条链的G+C也占47%,
A+T占1-47%=53%。
考向二　从科学思维的角度,考查DNA分子的复制
3.(2024·浙江1月选考,10)大肠杆菌在含有3H-脱氧核苷培养液中培养,3H-脱氧核苷掺入到新合成的 DNA链中,经特殊方法显色,可观察到双链都掺入3H-脱氧核苷的 DNA区段显深色,仅单链掺入的显浅色,未掺入的不显色。掺入培养中,大肠杆菌拟核 DNA 第2 次复制时,局部示意图如图。DNA 双链区段①、②、③对应的显色情况可能是(　　)
[A] 深色、浅色、浅色 [B] 浅色、深色、浅色
[C] 浅色、浅色、深色 [D] 深色、浅色、深色
B
【解析】 大肠杆菌在含有3H-脱氧核苷培养液中培养,DNA的复制方式为半保留复制,大肠杆菌拟核 DNA 第1 次复制后产生的子代DNA的两条链一条被3H标记、另一条未被标记,大肠杆菌拟核 DNA 第2 次复制时,以两条链中一条被3H标记、另一条未被标记的DNA分子为模板,结合题干显色情况,
DNA 双链区段①为浅色,②中两条链均含有3H显深色,③中一条链含有3H、一条链不含3H显浅色。
4.(2022·海南卷,11)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(　　)
[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
D
【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还是分散复制,继续做第二代DNA密度鉴定,若第二代DNA可以分离出一条中带和一条轻带,则可以排除分散复制,同时肯定是半保留复制;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只有两条链均含14N,或一条链含有14N一条链含有15N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。
(时间:30分钟　满分:36分)
基础强化练
选择题:1～6题,每题2分。
1.(科学史|2024·漳州三模)下列关于探索遗传奥秘历程中使用的科学方法和技术,叙述正确的是(　　)
[A] 对杂交实验的子代性状进行分类、统计和分析是孟德尔成功的原因之一
[B] 萨顿通过研究蝗虫得出基因在染色体上且呈线性排列
[C] 查哥夫应用X射线衍射技术,得知DNA中碱基的数量A=T,C=G
[D] 沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制为DNA模型的构建提供了依据
A
【解析】 孟德尔成功的原因有选取了合适的杂交实验材料,采用严密的实验分析方法,在数据分析中应用统计学分析法等,可见对杂交实验的子代性状进行分类、统计和分析是孟德尔成功的原因之一;摩尔根通过研究果蝇得出基因在染色体上且呈线性排列,萨顿通过研究蝗虫得出基因和染色体的行为存在平行关系;查哥夫对各种不同来源的DNA碱基成分进行了精密地分析,得知DNA中碱基的含量关系,即A=T,C=G;沃森和克里克根据DNA双螺旋结构模型,提出了DNA半保留复制的机制,半保留复制的提出不是DNA双螺旋结构的依据,而是DNA双螺旋结构的推测结果。
2.(DNA的结构|2024·池州模拟)下表为制作DNA双螺旋结构模型所提供的材料,卡片种类和数量如下表,用订书钉表示各种连接键,数量若干,下列相关叙述正确的是(　　)
卡片种类 磷酸 脱氧核糖 碱基
A T C G
卡片数量 12 12 3 3 4 2
[A] 这些材料构成的DNA片段,最多含有氢键12个
[B] 最多可构建45种碱基序列的DNA
[C] 制作该DNA双螺旋结构时,最多需要消耗订书钉22个
[D] DNA中每个脱氧核糖均与两分子磷酸相连,但磷酸分子却不一定和两个脱氧核糖相连
A
【解析】 由表格分析可知,构成的DNA片段含有3个A—T碱基对,2个C—G碱基对,最多含有氢键3×2+2×3=12(个);由于碱基对的种类和数目已经确定,因此构建的DNA种类数少于45种;利用表中的材料构建的DNA片段含有5个碱基对,即每条链含有5个脱氧核苷酸,每个脱氧核苷酸需2个订书钉相连,相邻脱氧核苷酸需1个订书钉相连,一条单链需订书钉5×2+4=14(个),该片段中氢键的数目为12个,则最多需要消耗订书钉的数目为14×2+12=40(个);DNA中大多数脱氧核糖与两分子磷酸相连,DNA位于两端的脱氧核糖只与一个磷酸相连,同样,位于长链中间的每个磷酸分子连接两个脱氧核糖,但位于两条链一端的磷酸只连一个脱氧核糖。
3.(θ型复制|2024·昆明质检)许多种生物的细胞中都含有环状DNA分子,θ型复制是环状DNA分子复制的方式之一。如图为θ型复制的模式图,下列相关叙述错误的是(　　)
[A] θ型复制具有边解旋边复制和半保留复制的特点
[B] θ型复制所产生的两条子链的碱基序列是互补的
[C] θ型复制所产生的子代DNA分子的两条单链方向相反
[D] θ型复制后产生的每个子代DNA分子都有两个游离的磷酸基团
D
【解析】 θ型复制是环状DNA分子复制的方式之一,也是利用DNA的半保留复制方式进行,具有边解旋边复制和半保留复制的特点;解开的每一条母链作为模板连,θ型复制所产生的两条子链的碱基序列分别与各自的模板链互补,θ型复制所产生的两条子链的碱基序列也是互补的;θ型复制所产生的子代DNA分子的两条单链延伸方向从5′端到3′端,分别与模板链反向互补,产生的子代DNA分子的两条单链方向相反;θ型复制后产生两个环状DNA分子,因此每个子代DNA分子都无游离的磷酸基团。
4.(DNA半保留复制证据|2024·江门二模)把大肠杆菌放在含15N的培养基中培养若干代,提取细胞中的DNA分子并离心,结果示意图如图所示。把上述大肠杆菌转移到含有14N的培养基中繁殖3代,提取DNA进行离心,结果可表示为(　　)
B
[A]　 [B]　 [C]　 [D]
【解析】 把大肠杆菌放在含15N的培养基中培养若干代,提取细胞中的DNA分子并离心,会形成重带,把上述大肠杆菌转移到含有14N的培养基中繁殖3代,则会形成23=8个子代大肠杆菌,其中带有15N的子代大肠杆菌只有2个,且其中的DNA分子一条链含有15N、一条链含有14N,另外6个子代大肠杆菌的DNA只含有14N,则提取子代大肠杆菌DNA离心的结果表现为轻带和中带,且比例为3∶1。
5.(DNA的结构|2024·信阳模拟)核酸是由多个核苷酸聚合而成的大分子化合物,广泛存在于各种生物体内,如图是核酸的部分结构示意图。下列叙述错误的是(　　)
[A] 若①为U,则该类核酸可作为某些病毒的遗传物质
[B] DNA和RNA在化学组成上的区别之一体现在所含的②不同
[C] 环状DNA和环状RNA中的嘌呤碱基数均与嘧啶碱基数相等
[D] 不同生物的遗传信息不同与核苷酸的排列顺序不同密切相关
C
【解析】 若①为U(尿嘧啶),则该核酸为RNA,某些病毒(如HIV)的遗传物质是RNA;②为五碳糖,DNA和RNA在化学组成上的区别之一是五碳糖不同(DNA的五碳糖是脱氧核糖,RNA的五碳糖是核糖);若是单链环状DNA或单链环状RNA,则其中嘌呤碱基数不一定等于嘧啶碱基数;不同生物的遗传信息不同,与核苷酸的排列顺序不同密切相关。
6.(真核细胞核DNA的复制|2024·昆明模拟)如图表示真核细胞中核DNA的合成过程,下列相关叙述错误的是(　　)
[A] 图示过程每个起点在一个细胞周期中只起始一次
[B] DNA聚合酶只能从引物的3′端连接脱氧核苷酸
[C] 图中的酶能使A与U、G与C之间的氢键断裂
[D] 图中DNA的复制为多起点的半保留复制
C
【解析】 在一个细胞周期中,DNA只复制一次,因此图示过程每个起点在一个细胞周期中只起始一次;DNA复制时,DNA聚合酶只能从引物的3′端连接脱氧核苷酸,因此子链只能从5′端向3′端延伸;图中的酶是解旋酶,能使DNA中的A与T、G与C之间的氢键断裂;据图可知,DNA的复制有多个起点,新合成的DNA保留了原来DNA分子中的一条链,所以DNA的复制是半保留复制。
选择题:7～9题,每题4分。
7.(复制叉|2024·十堰模拟)复制叉是真核生物DNA复制过程中的基本结构,复制叉由“Y”字形DNA以及结合在该处的与DNA复制有关的蛋白质组成,如图所示。DNA甲基化会引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变。下列有关叙述正确的是(　　)
[A] 与DNA复制有关的蛋白质包括解旋酶(B)和DNA聚合酶(A)等
[B] a、b为新合成的子链,会相互结合形成子代DNA
[C] 被甲基化修饰后,基因的碱基序列不发生改变
[D] 合成a、b子链的原料相同,即四种核糖核苷酸
能力提升练
C
【解析】 DNA复制相关蛋白质包括A(解旋酶:破坏氢键,使DNA双链变为单链)和B(DNA聚合酶:形成子链);a、b为新合成的子链,子代DNA由子链和对应的母链形成;DNA的甲基化并不改变基因的碱基序列,但影响基因的转录,进而影响生物的性状;a、b为新合成的DNA链,合成a、b子链的原料相同,即四种脱氧核糖核苷酸。
8.(DNA分子的复制过程|2024·合肥模拟)DNA中发生复制的独立单位称为复制子,真核生物的核DNA中包含多个复制子,每个复制子都有自己的起始点(图中1～6),每个起始点均富含AT序列,DNA上不同复制子起始复制的时间不同。通常每个复制子从起始点开始双向复制形成复制泡,在复制泡的相遇处,新生DNA融合成完整的子代DNA。下列说法错误的是(　　)
[A] 6号起始点可能是最晚解旋的
[B] 起始点氢键相对较少,有利于DNA解旋
[C] 复制泡中两个新生DNA的子链的碱基序列相同
[D] 核DNA中包含多个复制子,可以提高DNA复制的效率
C
【解析】 据图可知,6号的复制泡最小,说明6号起始点可能是最晚解旋的;氢键数目越多,DNA越稳定,起始点氢键相对较少,有利于DNA解旋;子链和母链之间遵循碱基互补配对原则,两条母链的碱基互补配对,复制泡中两个新生DNA的子链的碱基序列也互补;核DNA是多起点复制,核DNA中包含多个复制子,可以提高DNA复制的效率。
9.(减数分裂中DNA的标记问题|2024·延安模拟)某果蝇精原细胞中8条染色体上的DNA已全部被15N标记,其中一对同源染色体上有基因A和a,现给此精原细胞提供仅含14N的原料让其连续进行两次分裂,产生四个子细胞,分裂过程中无变异发生。下列有关叙述错误的有(　　)
[A] 若子细胞中均含4条染色体,则一定有一半子细胞含有a基因
[B] 若子细胞中均含8条染色体,则每个子细胞中均含1个A基因和1个a基因
[C] 若子细胞中的核DNA均含15N,则每个子细胞均含8条染色体
[D] 若子细胞中一半的核DNA含15N,则每个子细胞均含8条染色体
C
【解析】 若四个子细胞中均含4条染色体(染色体数目是体细胞的一半),则说明精原细胞进行的是减数分裂,等位基因会发生分离,形成4个精细胞两两相同,故有一半子细胞含有a基因;若四个子细胞中均含8条染色体(染色体数目与体细胞相同),则精原细胞进行的是有丝分裂,子细胞的基因型与体细胞相同,则每个子细胞中均只含有1个A基因和1个a基因;若四个子细胞中的核DNA均含 15N,说明DNA只复制一次,则精原细胞进行的是减数分裂,产生的四个子细胞为精细胞,染色体数目是体细胞的一半,因此每个子细胞均含4条染色体;若四个子细胞中均有一半的核DNA含15N,说明DNA不止复制一次,则细胞进行的是有丝分裂,所以每个子细胞均含8条染色体。
10.(12分)(DNA分子的结构|2024·厦门联考)铁皮石斛具有良好的药用和保健价值,资源濒危、价格昂贵。常见的石斛属植物有十多种,市场上有人用其他近缘物种假冒铁皮石斛。质检人员从市场上抽检部分商品,对这类植物中较为稳定的“matK基因”进行序列分析,得到四种碱基含量如下表。请回答下列问题。
组别 matK基因中碱基含量/%
T C A G
样品1 37.4 17.4 29.5 15.7
样品2 37.5 17.1 29.8 15.6
样品3 37.6 16.9 30.0 15.5
样品4 37.3 17.4 29.6 15.7
铁皮石斛 37.5 17.1 29.8 15.6
(1)据表可知,质检人员检测的是该基因的　　　 　(填“双链”或“一条单链”),判断的理由是　 　。
一条单链
【解析】 (1)据表判断,由于DNA双链中A=T,C=G,而表格中A与T含量不相等,C与G含量不相等,说明检测的是该基因的一条单链。
检测结果A与T数量不相等,C与G数量不相等
(2)与铁皮石斛的matK基因中碱基含量比较,能初步确定抽检样品中
　　 　　为“假冒品”。
1、3、4
【解析】 (2)与铁皮石斛的matK基因中碱基含量比较,样品2与铁皮石斛碱基含量完全一样,而样品1、3、4中各种碱基含量与铁皮石斛中碱基含量不同,所以能初步确定抽检样品中1、3、4为“假冒品”。
(3)仅依据上述信息,质检人员还无法判断样品2一定是铁皮石斛,理由是
　。
已知铁皮石斛matK基因中第1 015个碱基为T,若样品2在多次随机抽检中该位点均为C,则　　　　(填“能”或“不能”)判断样品2不是铁皮石斛;若样品2在多次随机抽检中该位点均为T,则　　　　(填“能”或“不能”)判断样品2一定是铁皮石斛。
样品2与铁皮石斛的碱基含量虽然相同,但碱基的排列顺序可能不同
能
不能
【解析】 (3)样品2与铁皮石斛碱基含量一样,但由于样品2与铁皮石斛的碱基的排列顺序可能不同,因此无法判断样品2一定是铁皮石斛。已知铁皮石斛matK基因中第1 015个碱基为T,若样品2在多次随机抽检中该位点均为C,则说明样品2的碱基排列顺序与铁皮石斛中不同,故可判断样品2不是铁皮石斛。若样品2在多次随机抽检中该位点均为T,但其他位点可能与铁皮石斛的碱基排列顺序不同,故仍不能判断样品2一定是铁皮石斛。

展开更多......

收起↑