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第25讲　DNA分子的结构、复制和基因的本质
课标 要求 1.概述DNA分子是由4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。
考情 分析 1.DNA的结构特点及模型的构建 2025·湖北卷,14;2024·北京卷,2;2024·浙江6月选考,9;2024·广西卷,4;2024·河北卷,5;2023·河北卷,6;2023·海南卷,13
2.DNA复制过程及相关计算 2025·北京卷,5;2025·山东卷,5;2024·浙江1月选考,10;2024·河北卷,4;2023·山东卷,5
考点一　DNA分子的结构与基因的本质 　　　　　　 　　　　　 　　　　　
1.DNA双螺旋结构模型的构建
(1)构建者:沃森和克里克。
(2)构建过程。
2.DNA的结构及特点
(1)DNA分子的结构层次。
(2)DNA双螺旋结构的内容。
①DNA由两条脱氧核苷酸链组成,这两条链按反向平行的方式盘旋成双螺旋结构。
②外侧:脱氧核糖和磷酸交替连接,构成基本骨架。
③内侧:两条链上的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与T配对(两个氢键)、G与C配对(三个氢键)。
提醒　G—C碱基对越多,DNA分子中的氢键越多,DNA分子热稳定性越高。
(3)DNA的特点。
(必修2 P51探究·实践)DNA只有4种脱氧核苷酸,却能够储存足够量的遗传信息,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。
3.基因的本质
(1)本质:基因通常是有遗传效应的DNA片段。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。
【判断正误】
(1)(2022·广东卷,5)沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式。(　　)
【答案】 ×　
【提示】 沃森和克里克以DNA衍射图谱为基础推算出DNA呈螺旋结构。
(2)(2022·浙江6月选考,13)某同学欲制作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。(　　)
【答案】 ×　
【提示】 在制作脱氧核苷酸时,需在脱氧核糖上连接磷酸和碱基。
(3)(2022·河北卷,8)双螺旋模型的碱基互补配对原则解释了DNA分子具有稳定的直径。(　　)
【答案】 √　
(4)(2021·辽宁卷,4)DNA每条链的5′端是羟基末端。(　　)
【答案】 ×　
【提示】 DNA每条链的5′端是磷酸基团,3′端是羟基(—OH)。
考向1　结合DNA分子的结构及特点,考查生命观念
1.(2025·江西南昌一模)如图1为富兰克林拍摄的DNA衍射图谱,图2为基于其研究结果建立的DNA双螺旋结构模型简图。下列关于双链DNA结构的叙述,正确的是(　　)
A.DNA中的核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架
B.根据衍射图像的交叉现象,沃森和克里克推测DNA呈螺旋结构
C.沃森和克里克最先发现腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量
D.双螺旋模型中由于碱基对的不同,不同区段DNA分子的直径也不同
【答案】 B　
【解析】 DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架;查哥夫先于沃森和克里克发现腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量;双螺旋模型由于碱基对A—T与C—G具有相同的形状和直径,不同区段DNA分子的直径相同。
2.(2025·湖南长沙模拟)核酸指纹技术是通过对特定核酸片段的测序与分析,实现对个体准确识别的分子生物学方法。下列相关叙述错误的是(　　)
A.核酸指纹技术识别个体的依据是个体核酸中核苷酸排列顺序的特异性
B.不同生物的核酸指纹序列中嘌呤和嘧啶碱基比例都相同
C.在特定核酸片段测序过程中,DNA聚合酶催化脱氧核苷酸连接形成子链
D.核酸指纹技术可用于亲子鉴定等领域,为解决相关问题提供有力证据
【答案】 B　
【解析】 不同个体的核酸中核苷酸排列顺序具有特异性,就像人的指纹一样,这是核酸指纹技术识别个体的依据;不同生物的核酸指纹代表其核酸中核苷酸特定的排列顺序,不同生物的DNA中,嘌呤(腺嘌呤A、鸟嘌呤G)和嘧啶(胸腺嘧啶T、胞嘧啶C)碱基比例一般是相同的,而RNA指纹中嘌呤与嘧啶碱基比例一般是不同的;在特定核酸片段测序过程中,DNA聚合酶以DNA为模板,催化脱氧核苷酸连接形成子链;由于亲子代之间核酸存在特定的遗传关系,核酸指纹技术可用于亲子鉴定等领域,为解决相关问题提供有力证据。
DNA双螺旋结构的考点
(1)
(2)
(3)
(4)
考向2　围绕DNA分子的相关计算,考查科学思维
3.(2025·湖北武汉二模)某生物兴趣小组准备制作一个由100个脱氧核苷酸构成的环状双链DNA结构模型,其中含胞嘧啶36个。该模型中所用材料的数量错误的是(　　)
A.代表磷酸基团的硬纸片100个
B.代表氢键的牙签136个
C.代表脱氧核苷酸间连接键的订书钉98个
D.代表腺嘌呤的塑料片14个
【答案】 C　
【解析】 已知构建的DNA为环状结构,由100个脱氧核苷酸构成,每个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,因此代表磷酸基团的硬纸片应有100个;C和G之间有3个氢键,A和T之间有2个氢键,因此氢键总数为36×3+14×2=136(个),即代表氢键的牙签136个;DNA为环状结构,脱氧核苷酸间连接键的数量为100个,而不是98个;C=G=
36,A=T=14。
4.(2025·天津二模)现已知基因M含有碱基共N个,腺嘌呤n个,具有类似如图的平面结构,下列说法正确的是(　　)
A.基因M和它的等位基因m含有的碱基数可以不相等,M基因的单链中含有A的比例最多为2n/N
B.基因M共有4个游离的磷酸基团,有1.5N-n个氢键
C.图中a可以代表基因M,基因M的等位基因m可以用b表示
D.基因M的双螺旋结构中脱氧核糖和磷脂交替连接,排列在外侧,构成基本骨架
【答案】 A　
【解析】 等位基因是由基因突变产生的,基因突变是碱基对增添、替换或缺失造成的,故基因M和它的等位基因m含有的碱基数可以不相等,当基因M中含有的A都在a链上时,a链含有A的比例最多,此种情况下A占a链的比例为n÷(N/2)=2n/N;基因M的每一条链有1个游离的磷酸基团,因此基因M含有2个游离的磷酸基团,由题意可知:基因M共含有A+T+G+C=N个碱基,其中A(腺嘌呤)=T=n个,则C=G=(N-2n)/2个,由于A-T之间有2个氢键,C-G之间有3个氢键,因此该基因中含有氢键数目为2n+3×(N-2n)/2=1.5N-n个;基因是由两条脱氧核苷酸链组成的,图中a和b共同组成基因M,因此基因M的等位基因m不能用b表示;基因M是具有遗传效应的DNA片段,基因M的双螺旋结构中,脱氧核糖和磷酸(不是磷脂)交替连接排列在外侧,构成基本骨架。
考点二　DNA分子的复制　　　　　　 　　　　　 　　　　　
1.DNA半保留复制的实验证据(假说—演绎法)
2.DNA的复制
(1)概念、时间、场所。
(2)过程(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都保留原DNA的一条链。
(3)结果:一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子。
(4)DNA准确复制。
【判断正误】
　(1)(2025·浙江1月选考,13)控制伞藻伞帽的遗传物质通过半保留复制表达遗传信息。(　　)
【答案】 ×　
【提示】 伞藻通过复制传递遗传信息,而不是表达遗传信息。
(2)(2021·辽宁卷,4)DNA分子复制时,子链的合成过程不需要引物参与。(　　)
【答案】 ×　
【提示】 子链的合成过程需要引物。
(3)(2021·辽宁卷,4)DNA聚合酶的作用是打开DNA双链。(　　)
【答案】 ×　
【提示】 解旋酶的作用是打开DNA双链,DNA聚合酶的作用是将脱氧核苷酸连接到子链的3′端并形成磷酸二酯键。
考向3　结合DNA复制方式的探索及过程,考查科学探究
5.(2025·山西临汾三模)科学家以大肠杆菌为实验材料证明DNA复制为半保留复制,进行了如图所示实验。下列有关叙述正确的是(　　)
A.本实验运用了放射性同位素标记技术和差速离心技术
B.第一代大肠杆菌DNA离心后的结果证明DNA复制不是全保留复制
C.第二代大肠杆菌DNA离心后的结果中14N/14NDNA和15N/14NDNA数量比为2∶1
D.若继续培养至第三代,则大肠杆菌DNA离心后的结果在试管中只会出现1条DNA带
【答案】 B　
【解析】 本实验中科学家采用同位素标记技术和密度梯度离心技术区分不同的DNA,15N没有放射性;第一代细菌DNA离心后,试管中出现1条中带,不能说明DNA复制方式一定是半保留复制,也可能是分散复制,但可以证明DNA复制不是全保留复制;第二代大肠杆菌DNA离心后的结果中14N/14NDNA和15N/14NDNA数量比为1∶1,即子代DNA中有两个含有14N/14NDNA,有两个含有15N/14NDNA;若DNA复制方式是半保留复制,继续培养至第三代,产生子代DNA分子是8个,其中2个DNA为15N/14NDNA,位于中带,其余6个DNA分子位于轻带,所以离心后3/4的DNA分子出现在轻带。
6.(2025·天津模拟)下图为某真核生物细胞核DNA复制的示意图。下列有关叙述正确的是(　　)
A.图中酶1与酶2的移动方向一致,与酶3的移动方向相反
B.图中的酶包括解旋酶、DNA聚合酶以及RNA聚合酶
C.复制完成后,子链③和④会形成一个完整的子代DNA分子
D.复制形成的两个DNA分子会随同源染色体的分离而分开
【答案】 A　
【解析】 图示为DNA复制的过程,酶1为解旋酶,酶2和酶3均为DNA聚合酶,根据图示可知,④链为连续链,而③链为不连续链,因此可知,③链是由左向右延伸,而④链是由右向左延伸,故图中酶1与酶2的移动方向一致,与酶3的移动方向相反;RNA聚合酶催化转录过程,图示没有涉及转录,不需要RNA聚合酶;DNA复制为半保留复制,形成的子代DNA一条链为亲代链,一条链为新合成的链,因此子链③和④不会形成一个完整的子代DNA分子;复制形成的两个DNA分子为姐妹染色单体上的DNA,随着着丝粒的断裂、姐妹染色单体的分离而分开。
考向4　结合DNA复制的相关计算及真核生物与原核生物DNA复制的比较,考查科学思维
7.(2025·广东广州模拟)真核生物线粒体基质内的DNA是双链闭合环状分子,外环为H链,内环为L链。复制大体过程为:先以L链为模板,合成一段RNA引物(最后它会被切掉,用新合成的DNA片段来填补),然后在酶的作用下合成新的H链片段,当H链合成2/3时,新的L链开始合成,如图所示。下列关于线粒体DNA的叙述,正确的是(　　)
A.DNA内外环的复制是不同步的,但子链都是从3′端向5′端延伸
B.DNA分子中的磷酸二酯键数目、脱氧核苷酸数目和DNA合成过程中脱水数相等
C.推测DNA复制时需要RNA聚合酶、DNA聚合酶和DNA连接酶等
D.用15N只标记亲代DNA,复制n次后含14N/15N的DNA占总数的1/2n
【答案】 C　
【解析】 根据题干信息可知,DNA先以L链为模板,合成一段RNA引物,然后在酶的作用下合成新的H链片段,当H链合成2/3时,新的L链开始合成,所以两条链的复制不是同步进行的,DNA复制时,在引物作用下,DNA聚合酶从引物3′端开始延伸DNA链,即DNA的合成方向是从子链的5′端到3′端延伸的,因此合成子链的方向都是5′端→3′端;由于形成的DNA分子是环状的,因此子链中新形成的磷酸二酯键数目和脱氧核苷酸数目相同,但由于在该DNA复制过程中,先合成了一段RNA序列作为引物,利用核糖核苷酸合成RNA的过程中也要生成水,所以DNA分子中的磷酸二酯键数目、脱氧核苷酸数与生成水的数目是不相等的;DNA复制需要先合成一段RNA引物,所以需要RNA聚合酶,同时需要DNA聚合酶合成脱氧核苷酸长链,需要DNA连接酶将DNA片段连接;若将含15N标记的DNA放在含14N的培养液中复制n次得到2n个DNA分子,由于DNA是半保留复制,新合成的子代中含15N的DNA有2个,故含14N/15N的DNA占2/2n。
真核生物和原核生物的DNA复制和比较
1.(2025·北京卷,5)1958年,Meselson和Stahl通过15N标记DNA的实验,证明了DNA的半保留复制。关于这一经典实验的叙述正确的是(　　)
A.因为15N有放射性,所以能够区分DNA的母链和子链
B.得到的DNA带的位置有三个,证明了DNA的半保留复制
C.将DNA变成单链后再进行离心也能得到相同的实验结果
D.选择大肠杆菌作为实验材料是因为它有环状质粒DNA
【答案】 B　
【解析】 15N没有放射性,它与14N的相对原子质量不同,可通过密度梯度离心技术区分含不同氮元素的DNA,进而区分DNA的母链和子链;在15N标记DNA的实验中,得到的DNA带的位置有轻带(两条链都含14N)、中带(一条链含14N,一条链含15N)、重带(两条链都含15N)三个,根据不同代DNA在离心后出现的这些带的位置和比例,证明了DNA的半保留复制;若将DNA解聚为单链后再离心,无论是全保留复制还是半保留复制,都只有两条条带,不能证明DNA的半保留复制;选择大肠杆菌作为实验材料是因为大肠杆菌繁殖快,容易培养,能在短时间内获得大量的子代,便于观察实验结果,而不是因为它有环状质粒DNA。
2.(2024·广西卷,4)研究发现真核生物基因组DNA普遍存在5甲基胞嘧啶和N6甲基腺嘌呤,分别被称为DNA的第5、6个碱基。关于这两个碱基的说法,正确的是(　　)
A.均含有N元素
B.均含有脱氧核糖
C.都排列在DNA骨架的外侧
D.都不参与碱基互补配对
【答案】 A　
【解析】 真核生物基因组DNA普遍存在5甲基胞嘧啶和N6甲基腺嘌呤,分别被称为DNA的第5、6个碱基,故DNA的第5、6个碱基均含有N元素;DNA存在5甲基胞嘧啶和N6甲基腺嘌呤,两者不含脱氧核糖;DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架,碱基排列在内侧;DNA双链存在A—T、G—C配对关系,5甲基胞嘧啶和N6甲基腺嘌呤参与碱基互补配对。
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
【答案】 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.(2023·山东卷,5)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(　　)
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
【答案】 D
【解析】 据图分析,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;①和②两条链中碱基是互补的,图甲时新合成的单链①比②短,但②中多出的部分可能不含有A、T,因此①中A、T之和与②中A、T之和可能相等;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;①和②两条单链由一个双链DNA分子复制而来,其中一条母链合成子链时①的5′端指向解旋方向,那么另一条母链合成子链时②延伸方向为5′端至3′端,其模板链5′端指向解旋方向。
(时间:15分钟)
1.(2025·天津二模)下列关于DNA的叙述,错误的是(　　)
A.双链DNA中嘌呤数目等于嘧啶数目
B.双链DNA中G—C碱基对越多,其热稳定性越强
C.双链DNA中A+T的量等于G+C的量
D.叶肉细胞的线粒体和叶绿体中含少量双链DNA
【答案】 C　
【解析】 在双链DNA中,A与T的数量相等,G与C的数量相等,但A+T的量不一定等于G+C的量,它们的数量关系取决于DNA的具体碱基序列。
2.(2025·江苏盐城期中)下列关于DNA分子的叙述,错误的是(　　)
A.具有细胞结构的生物的遗传物质均为DNA
B.叶绿体中含有DNA,并能控制叶绿体中部分蛋白质的合成
C.DNA的多样性主要取决于其碱基对的特定排列顺序
D.线性双链DNA分子片段中的两个游离的磷酸基团位于DNA分子的同一端
【答案】 D　
【解析】 线性双链DNA分子片段中的两个游离的磷酸基团分别位于DNA分子的两个末端。
3.(2025·陕西渭南二模)DNA鉴定技术被广泛用于遗传病风险评估、刑事案件的侦破、被拐卖人口寻亲等很多方面。这是因为DNA作为遗传物质,结构稳定而独特。下列有关DNA的结构叙述错误的是(　　)
A.作为生物大分子,DNA由很多个脱氧核苷酸构成
B.磷酸与脱氧核糖交替排列在外侧构成了基本骨架
C.DNA的每条链中鸟嘌呤和胞嘧啶的数量总是相等的
D.每个DNA中特定的脱氧核苷酸序列蕴含着特定的遗传信息
【答案】 C　
【解析】 DNA中一条链中的鸟嘌呤与另一条链中的胞嘧啶数量相等,但DNA的每条链中鸟嘌呤和胞嘧啶的数量不一定相等。
4.(2025·福建福州三模)大肠杆菌在环境适宜的条件下每20 min就能分裂一次。科学家运用DNA紫外光吸收光谱的方法对其DNA复制方式进行研究,具体操作为:将DNA双链均被15N标记的大肠杆菌放入普通培养基中培养20 min,提取大肠杆菌DNA并离心,测定溶液的紫外光吸收光谱(如甲图所示);若培养时间为40 min,则所得结果可能对应乙图中部分曲线。下列相关叙述正确的是(　　)
注:紫外光吸收光谱的峰值位置即离心管中DNA的主要分布位置,峰值越大,表明该位置的DNA数量越多。
A.大肠杆菌拟核DNA分子中有两个游离的磷酸基团
B.大肠杆菌DNA分子复制过程中以四种游离核糖核苷酸为材料
C.提取大肠杆菌DNA后应在特定溶液中通过差速离心操作分离
D.若以半保留方式复制,则40 min后所得结果对应乙图的e、f曲线
【答案】 D　
【解析】 大肠杆菌的拟核DNA是环状双链DNA,环状DNA分子中没有游离的磷酸基团;DNA复制需要脱氧核糖核苷酸,而非核糖核苷酸;差速离心通常用于分离不同密度或大小的细胞器或颗粒。题目中通过密度梯度离心区分不同标记的DNA(15N和14N),而非差速离心;若大肠杆菌DNA通过半保留方式复制,则40 min复制两次,所得结果对应乙图中的e、f曲线。
5.(2025·云南红河模拟)大肠杆菌拟核主要由环状双链DNA分子等组成,其DNA复制过程是单起点双向复制,如下图。下列有关大肠杆菌DNA复制的叙述正确的是(　　)
A.单起点双向复制使其DNA复制不具有边解旋边复制的特点
B.复制起点处富含A—T碱基对,易于解旋酶识别并解开双链
C.碱基互补配对原则是保证DNA能准确复制的唯一条件
D.双向复制时子链的合成方向相反,一条为5′→3′,另一条为3′→5′
【答案】 B　
【解析】 单起点双向复制过程中DNA复制也是边解旋边复制;A—T碱基对具有2个氢键,C—G碱基对有3个氢键,富含A—T序列更易于DNA双链的分离;虽然碱基互补配对原则在DNA复制中起着至关重要的作用,但它并不是唯一条件,如规则的双螺旋结构为DNA的复制提供精确的模板;子链合成的方向都是5′→3′。
6.(2025·河南南阳模拟)20世纪中叶,科学家发现染色体主要是由蛋白质和DNA组成的。科学家经过长时间的研究,证明DNA具有遗传效应。下列关于细胞生物遗传物质特点的叙述,错误的是(　　)
A.分子组成既具有多样性,也具有特异性
B.空间结构既具有稳定性,也具有多样性
C.能在亲子代间传递,也能控制生物体的性状
D.遗传信息在传递时既具有准确性,也具有可变性
【答案】 B　
【解析】 DNA分子由四种脱氧核苷酸组成,其碱基序列的排列组合具有多样性,同时碱基特定序列具有特异性;DNA的空间结构通常为稳定的双螺旋结构,DNA的空间结构不具有多样性;DNA通过复制将遗传信息传递给子代,实现亲子代间传递;同时,DNA通过转录和翻译指导蛋白质合成,从而控制生物体的性状;DNA复制时具有准确性,同时遗传信息在传递过程中可能发生可遗传的变异。
7.(2025·河北张家口三模)DNA旋转酶目前仅在原核生物中发现,左氧氟沙星可通过特异性抑制细菌DNA旋转酶的活性,阻止细菌DNA复制而抑制其增殖。下列有关叙述正确的是(　　)
A.左氧氟沙星可阻止DNA复制,因此对DNA病毒的感染也有很好的疗效
B.细菌无线粒体,其感染人体细胞后DNA复制消耗的ATP全部来自人体细胞
C.DNA复制时以每条单链为模板,沿模板链的5′→3′方向合成互补链
D.将DNA双链均被32P标记的细菌,置于仅含31P的培养基中,复制n次后,子代中DNA被32P标记的个体占1/2n-1
【答案】 D　
【解析】 根据题意,左氧氟沙星可通过抑制细菌DNA旋转酶的活性,阻止其DNA复制,而DNA旋转酶目前仅在原核生物中发现,因此左氧氟沙星对DNA病毒在真核生物宿主中的增殖没有影响,因此对DNA病毒的感染没有疗效;细菌无线粒体,但也可以通过自身细胞呼吸产生ATP;DNA复制时子链延伸方向是5′→3′,因此是沿模板链的3′→5′方向合成互补链;一个DNA复制n次后形成2n个DNA分子,其中含有32P的DNA分子有2个,占1/2n-1。
8.(2025·江西萍乡二模)研究发现,人体快速思考或应对突发情况容易发生DNA双链断裂,并在断裂位点进行标记,此时,Parp1基因会迅速合成Parp1蛋白。Parp1蛋白能感知DNA损伤并发出睡眠信号,进而在睡眠期高效修复损伤的DNA,所以良好的睡眠能够提高我们学习工作的效率。已知咖啡因既能抑制Parp1基因的表达也能促进DNA双链断裂。下列说法错误的是(　　)
A.DNA的断裂未改变DNA分子的结构,利于Parp1蛋白与之结合
B.Parp1蛋白在断裂位点召集多种蛋白质,如DNA聚合酶,从而修复断裂的DNA片段
C.Parp1蛋白增多促进睡眠,体现了蛋白质的信息传递功能
D.喝咖啡只能短期内提神,但后期需要更多睡眠时间来修复DNA
【答案】 A　
【解析】 DNA双链断裂属于结构损伤,会改变DNA分子的完整性;分析题意可知,Parp1蛋白能感知DNA损伤并发出睡眠信号,进而在睡眠期高效修复损伤的DNA,据此推测Parp1蛋白在断裂位点召集多种蛋白质,如DNA聚合酶,从而修复断裂的DNA片段;Parp1蛋白通过发出睡眠信号传递信息,该过程中蛋白质属于信号分子,体现蛋白质的信息传递功能;Parp1蛋白能感知DNA损伤并发出睡眠信号,而咖啡因抑制Parp1基因表达(减少修复信号)且促进DNA断裂,导致损伤累积,后期需更多睡眠补偿修复。
9.(2025·湖北卷,14)大数据时代,全球每天产生海量数据,预计2040年需一百万吨硅基芯片才能储存全球一年产生的数据。为解决这一难题,科学家尝试运用DNA来储存数据。我国科学家已经将汉代拓片、熊猫照片等文化数据写入DNA,实现数据长期保存。下列叙述中,DNA可以作为存储介质的优点不包括(　　)
A.DNA具有可复制性,有利于数据的传播
B.可通过DNA转录和翻译传递相应数据信息
C.DNA长链中碱基排列的多样化,为大量数据的存储提供可能
D.DNA作为存储介质体积小,为数据携带和保存节约了大量空间
【答案】 B　
【解析】 DNA通过半保留复制可快速扩增数据,便于传播;转录和翻译为生物体内表达遗传信息的过程,与数据存储无关;DNA碱基对排列顺序的多样性使其可编码海量信息,是存储优势;DNA分子结构紧凑,体积小,单位体积存储密度极高,节省空间。第25讲　DNA分子的结构、复制和基因的本质
(时间:15分钟)
1.(2025·天津二模)下列关于DNA的叙述,错误的是(　　)
A.双链DNA中嘌呤数目等于嘧啶数目
B.双链DNA中G—C碱基对越多,其热稳定性越强
C.双链DNA中A+T的量等于G+C的量
D.叶肉细胞的线粒体和叶绿体中含少量双链DNA
【答案】 C　
【解析】 在双链DNA中,A与T的数量相等,G与C的数量相等,但A+T的量不一定等于G+C的量,它们的数量关系取决于DNA的具体碱基序列。
2.(2025·江苏盐城期中)下列关于DNA分子的叙述,错误的是(　　)
A.具有细胞结构的生物的遗传物质均为DNA
B.叶绿体中含有DNA,并能控制叶绿体中部分蛋白质的合成
C.DNA的多样性主要取决于其碱基对的特定排列顺序
D.线性双链DNA分子片段中的两个游离的磷酸基团位于DNA分子的同一端
【答案】 D　
【解析】 线性双链DNA分子片段中的两个游离的磷酸基团分别位于DNA分子的两个末端。
3.(2025·陕西渭南二模)DNA鉴定技术被广泛用于遗传病风险评估、刑事案件的侦破、被拐卖人口寻亲等很多方面。这是因为DNA作为遗传物质,结构稳定而独特。下列有关DNA的结构叙述错误的是(　　)
A.作为生物大分子,DNA由很多个脱氧核苷酸构成
B.磷酸与脱氧核糖交替排列在外侧构成了基本骨架
C.DNA的每条链中鸟嘌呤和胞嘧啶的数量总是相等的
D.每个DNA中特定的脱氧核苷酸序列蕴含着特定的遗传信息
【答案】 C　
【解析】 DNA中一条链中的鸟嘌呤与另一条链中的胞嘧啶数量相等,但DNA的每条链中鸟嘌呤和胞嘧啶的数量不一定相等。
4.(2025·福建福州三模)大肠杆菌在环境适宜的条件下每20 min就能分裂一次。科学家运用DNA紫外光吸收光谱的方法对其DNA复制方式进行研究,具体操作为:将DNA双链均被15N标记的大肠杆菌放入普通培养基中培养20 min,提取大肠杆菌DNA并离心,测定溶液的紫外光吸收光谱(如甲图所示);若培养时间为40 min,则所得结果可能对应乙图中部分曲线。下列相关叙述正确的是(　　)
注:紫外光吸收光谱的峰值位置即离心管中DNA的主要分布位置,峰值越大,表明该位置的DNA数量越多。
A.大肠杆菌拟核DNA分子中有两个游离的磷酸基团
B.大肠杆菌DNA分子复制过程中以四种游离核糖核苷酸为材料
C.提取大肠杆菌DNA后应在特定溶液中通过差速离心操作分离
D.若以半保留方式复制,则40 min后所得结果对应乙图的e、f曲线
【答案】 D　
【解析】 大肠杆菌的拟核DNA是环状双链DNA,环状DNA分子中没有游离的磷酸基团;DNA复制需要脱氧核糖核苷酸,而非核糖核苷酸;差速离心通常用于分离不同密度或大小的细胞器或颗粒。题目中通过密度梯度离心区分不同标记的DNA(15N和14N),而非差速离心;若大肠杆菌DNA通过半保留方式复制,则40 min复制两次,所得结果对应乙图中的e、f曲线。
5.(2025·云南红河模拟)大肠杆菌拟核主要由环状双链DNA分子等组成,其DNA复制过程是单起点双向复制,如下图。下列有关大肠杆菌DNA复制的叙述正确的是(　　)
A.单起点双向复制使其DNA复制不具有边解旋边复制的特点
B.复制起点处富含A—T碱基对,易于解旋酶识别并解开双链
C.碱基互补配对原则是保证DNA能准确复制的唯一条件
D.双向复制时子链的合成方向相反,一条为5′→3′,另一条为3′→5′
【答案】 B　
【解析】 单起点双向复制过程中DNA复制也是边解旋边复制;A—T碱基对具有2个氢键,C—G碱基对有3个氢键,富含A—T序列更易于DNA双链的分离;虽然碱基互补配对原则在DNA复制中起着至关重要的作用,但它并不是唯一条件,如规则的双螺旋结构为DNA的复制提供精确的模板;子链合成的方向都是5′→3′。
6.(2025·河南南阳模拟)20世纪中叶,科学家发现染色体主要是由蛋白质和DNA组成的。科学家经过长时间的研究,证明DNA具有遗传效应。下列关于细胞生物遗传物质特点的叙述,错误的是(　　)
A.分子组成既具有多样性,也具有特异性
B.空间结构既具有稳定性,也具有多样性
C.能在亲子代间传递,也能控制生物体的性状
D.遗传信息在传递时既具有准确性,也具有可变性
【答案】 B　
【解析】 DNA分子由四种脱氧核苷酸组成,其碱基序列的排列组合具有多样性,同时碱基特定序列具有特异性;DNA的空间结构通常为稳定的双螺旋结构,DNA的空间结构不具有多样性;DNA通过复制将遗传信息传递给子代,实现亲子代间传递;同时,DNA通过转录和翻译指导蛋白质合成,从而控制生物体的性状;DNA复制时具有准确性,同时遗传信息在传递过程中可能发生可遗传的变异。
7.(2025·河北张家口三模)DNA旋转酶目前仅在原核生物中发现,左氧氟沙星可通过特异性抑制细菌DNA旋转酶的活性,阻止细菌DNA复制而抑制其增殖。下列有关叙述正确的是(　　)
A.左氧氟沙星可阻止DNA复制,因此对DNA病毒的感染也有很好的疗效
B.细菌无线粒体,其感染人体细胞后DNA复制消耗的ATP全部来自人体细胞
C.DNA复制时以每条单链为模板,沿模板链的5′→3′方向合成互补链
D.将DNA双链均被32P标记的细菌,置于仅含31P的培养基中,复制n次后,子代中DNA被32P标记的个体占1/2n-1
【答案】 D　
【解析】 根据题意,左氧氟沙星可通过抑制细菌DNA旋转酶的活性,阻止其DNA复制,而DNA旋转酶目前仅在原核生物中发现,因此左氧氟沙星对DNA病毒在真核生物宿主中的增殖没有影响,因此对DNA病毒的感染没有疗效;细菌无线粒体,但也可以通过自身细胞呼吸产生ATP;DNA复制时子链延伸方向是5′→3′,因此是沿模板链的3′→5′方向合成互补链;一个DNA复制n次后形成2n个DNA分子,其中含有32P的DNA分子有2个,占1/2n-1。
8.(2025·江西萍乡二模)研究发现,人体快速思考或应对突发情况容易发生DNA双链断裂,并在断裂位点进行标记,此时,Parp1基因会迅速合成Parp1蛋白。Parp1蛋白能感知DNA损伤并发出睡眠信号,进而在睡眠期高效修复损伤的DNA,所以良好的睡眠能够提高我们学习工作的效率。已知咖啡因既能抑制Parp1基因的表达也能促进DNA双链断裂。下列说法错误的是(　　)
A.DNA的断裂未改变DNA分子的结构,利于Parp1蛋白与之结合
B.Parp1蛋白在断裂位点召集多种蛋白质,如DNA聚合酶,从而修复断裂的DNA片段
C.Parp1蛋白增多促进睡眠,体现了蛋白质的信息传递功能
D.喝咖啡只能短期内提神,但后期需要更多睡眠时间来修复DNA
【答案】 A　
【解析】 DNA双链断裂属于结构损伤,会改变DNA分子的完整性;分析题意可知,Parp1蛋白能感知DNA损伤并发出睡眠信号,进而在睡眠期高效修复损伤的DNA,据此推测Parp1蛋白在断裂位点召集多种蛋白质,如DNA聚合酶,从而修复断裂的DNA片段;Parp1蛋白通过发出睡眠信号传递信息,该过程中蛋白质属于信号分子,体现蛋白质的信息传递功能;Parp1蛋白能感知DNA损伤并发出睡眠信号,而咖啡因抑制Parp1基因表达(减少修复信号)且促进DNA断裂,导致损伤累积,后期需更多睡眠补偿修复。
9.(2025·湖北卷,14)大数据时代,全球每天产生海量数据,预计2040年需一百万吨硅基芯片才能储存全球一年产生的数据。为解决这一难题,科学家尝试运用DNA来储存数据。我国科学家已经将汉代拓片、熊猫照片等文化数据写入DNA,实现数据长期保存。下列叙述中,DNA可以作为存储介质的优点不包括(　　)
A.DNA具有可复制性,有利于数据的传播
B.可通过DNA转录和翻译传递相应数据信息
C.DNA长链中碱基排列的多样化,为大量数据的存储提供可能
D.DNA作为存储介质体积小,为数据携带和保存节约了大量空间
【答案】 B　
【解析】 DNA通过半保留复制可快速扩增数据,便于传播;转录和翻译为生物体内表达遗传信息的过程,与数据存储无关;DNA碱基对排列顺序的多样性使其可编码海量信息,是存储优势;DNA分子结构紧凑,体积小,单位体积存储密度极高,节省空间。第25讲　DNA分子的结构、复制和基因的本质
课标 要求 1.概述DNA分子是由4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。
考情 分析 1.DNA的结构特点及模型的构建 2025·湖北卷,14;2024·北京卷,2;2024·浙江6月选考,9;2024·广西卷,4;2024·河北卷,5;2023·河北卷,6;2023·海南卷,13
2.DNA复制过程及相关计算 2025·北京卷,5;2025·山东卷,5;2024·浙江1月选考,10;2024·河北卷,4;2023·山东卷,5
考点一　DNA分子的结构与基因的本质
1.DNA双螺旋结构模型的构建
(1)构建者:　　　　　　　　　　。
(2)构建过程。
2.DNA的结构及特点
(1)DNA分子的结构层次。
(2)DNA双螺旋结构的内容。
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)。
提醒　G—C碱基对越多,DNA分子中的氢键越多,DNA分子热稳定性越高。
(3)DNA的特点。
(必修2 P51探究·实践)DNA只有4种脱氧核苷酸,却能够储存足够量的遗传信息,原因是
　。
3.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。
【判断正误】
(1)(2022·广东卷,5)沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式。(　　)
(2)(2022·浙江6月选考,13)某同学欲制作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。(　　)
(3)(2022·河北卷,8)双螺旋模型的碱基互补配对原则解释了DNA分子具有稳定的直径。(　　)
(4)(2021·辽宁卷,4)DNA每条链的5′端是羟基末端。(　　)
考向1　结合DNA分子的结构及特点,考查生命观念
1.(2025·江西南昌一模)如图1为富兰克林拍摄的DNA衍射图谱,图2为基于其研究结果建立的DNA双螺旋结构模型简图。下列关于双链DNA结构的叙述,正确的是(　　)
A.DNA中的核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架
B.根据衍射图像的交叉现象,沃森和克里克推测DNA呈螺旋结构
C.沃森和克里克最先发现腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量
D.双螺旋模型中由于碱基对的不同,不同区段DNA分子的直径也不同
2.(2025·湖南长沙模拟)核酸指纹技术是通过对特定核酸片段的测序与分析,实现对个体准确识别的分子生物学方法。下列相关叙述错误的是(　　)
A.核酸指纹技术识别个体的依据是个体核酸中核苷酸排列顺序的特异性
B.不同生物的核酸指纹序列中嘌呤和嘧啶碱基比例都相同
C.在特定核酸片段测序过程中,DNA聚合酶催化脱氧核苷酸连接形成子链
D.核酸指纹技术可用于亲子鉴定等领域,为解决相关问题提供有力证据
DNA双螺旋结构的考点
(1)
(2)
(3)
(4)
考向2　围绕DNA分子的相关计算,考查科学思维
3.(2025·湖北武汉二模)某生物兴趣小组准备制作一个由100个脱氧核苷酸构成的环状双链DNA结构模型,其中含胞嘧啶36个。该模型中所用材料的数量错误的是(　　)
A.代表磷酸基团的硬纸片100个
B.代表氢键的牙签136个
C.代表脱氧核苷酸间连接键的订书钉98个
D.代表腺嘌呤的塑料片14个
4.(2025·天津二模)现已知基因M含有碱基共N个,腺嘌呤n个,具有类似如图的平面结构,下列说法正确的是(　　)
A.基因M和它的等位基因m含有的碱基数可以不相等,M基因的单链中含有A的比例最多为2n/N
B.基因M共有4个游离的磷酸基团,有1.5N-n个氢键
C.图中a可以代表基因M,基因M的等位基因m可以用b表示
D.基因M的双螺旋结构中脱氧核糖和磷脂交替连接,排列在外侧,构成基本骨架
考点二　DNA分子的复制
1.DNA半保留复制的实验证据(假说—演绎法)
2.DNA的复制
(1)概念、时间、场所。
(2)过程(特点:　　　　　　　　;半保留复制)。
提醒　半保留复制为每个子代DNA都保留原DNA的一条链。
(3)结果:一个DNA分子形成了两个　　　　　　　　的DNA分子。
(4)DNA准确复制。
【判断正误】
(1)(2025·浙江1月选考,13)控制伞藻伞帽的遗传物质通过半保留复制表达遗传信息。(　　)
(2)(2021·辽宁卷,4)DNA分子复制时,子链的合成过程不需要引物参与。(　　)
(3)(2021·辽宁卷,4)DNA聚合酶的作用是打开DNA双链。(　　)
考向3　结合DNA复制方式的探索及过程,考查科学探究
5.(2025·山西临汾三模)科学家以大肠杆菌为实验材料证明DNA复制为半保留复制,进行了如图所示实验。下列有关叙述正确的是(　　)
A.本实验运用了放射性同位素标记技术和差速离心技术
B.第一代大肠杆菌DNA离心后的结果证明DNA复制不是全保留复制
C.第二代大肠杆菌DNA离心后的结果中14N/14NDNA和15N/14NDNA数量比为2∶1
D.若继续培养至第三代,则大肠杆菌DNA离心后的结果在试管中只会出现1条DNA带
6.(2025·天津模拟)下图为某真核生物细胞核DNA复制的示意图。下列有关叙述正确的是(　　)
A.图中酶1与酶2的移动方向一致,与酶3的移动方向相反
B.图中的酶包括解旋酶、DNA聚合酶以及RNA聚合酶
C.复制完成后,子链③和④会形成一个完整的子代DNA分子
D.复制形成的两个DNA分子会随同源染色体的分离而分开
考向4　结合DNA复制的相关计算及真核生物与原核生物DNA复制的比较,考查科学思维
7.(2025·广东广州模拟)真核生物线粒体基质内的DNA是双链闭合环状分子,外环为H链,内环为L链。复制大体过程为:先以L链为模板,合成一段RNA引物(最后它会被切掉,用新合成的DNA片段来填补),然后在酶的作用下合成新的H链片段,当H链合成2/3时,新的L链开始合成,如图所示。下列关于线粒体DNA的叙述,正确的是(　　)
A.DNA内外环的复制是不同步的,但子链都是从3′端向5′端延伸
B.DNA分子中的磷酸二酯键数目、脱氧核苷酸数目和DNA合成过程中脱水数相等
C.推测DNA复制时需要RNA聚合酶、DNA聚合酶和DNA连接酶等
D.用15N只标记亲代DNA,复制n次后含14N/15N的DNA占总数的1/2n
真核生物和原核生物的DNA复制和比较
1.(2025·北京卷,5)1958年,Meselson和Stahl通过15N标记DNA的实验,证明了DNA的半保留复制。关于这一经典实验的叙述正确的是(　　)
A.因为15N有放射性,所以能够区分DNA的母链和子链
B.得到的DNA带的位置有三个,证明了DNA的半保留复制
C.将DNA变成单链后再进行离心也能得到相同的实验结果
D.选择大肠杆菌作为实验材料是因为它有环状质粒DNA
2.(2024·广西卷,4)研究发现真核生物基因组DNA普遍存在5甲基胞嘧啶和N6甲基腺嘌呤,分别被称为DNA的第5、6个碱基。关于这两个碱基的说法,正确的是(　　)
A.均含有N元素
B.均含有脱氧核糖
C.都排列在DNA骨架的外侧
D.都不参与碱基互补配对
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.(2023·山东卷,5)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(　　)
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′端指向解旋方向第25讲　DNA分子的结构、复制和基因的本质
(时间:15分钟)
1.(2025·天津二模)下列关于DNA的叙述,错误的是(　　)
A.双链DNA中嘌呤数目等于嘧啶数目
B.双链DNA中G—C碱基对越多,其热稳定性越强
C.双链DNA中A+T的量等于G+C的量
D.叶肉细胞的线粒体和叶绿体中含少量双链DNA
2.(2025·江苏盐城期中)下列关于DNA分子的叙述,错误的是(　　)
A.具有细胞结构的生物的遗传物质均为DNA
B.叶绿体中含有DNA,并能控制叶绿体中部分蛋白质的合成
C.DNA的多样性主要取决于其碱基对的特定排列顺序
D.线性双链DNA分子片段中的两个游离的磷酸基团位于DNA分子的同一端
3.(2025·陕西渭南二模)DNA鉴定技术被广泛用于遗传病风险评估、刑事案件的侦破、被拐卖人口寻亲等很多方面。这是因为DNA作为遗传物质,结构稳定而独特。下列有关DNA的结构叙述错误的是(　　)
A.作为生物大分子,DNA由很多个脱氧核苷酸构成
B.磷酸与脱氧核糖交替排列在外侧构成了基本骨架
C.DNA的每条链中鸟嘌呤和胞嘧啶的数量总是相等的
D.每个DNA中特定的脱氧核苷酸序列蕴含着特定的遗传信息
4.(2025·福建福州三模)大肠杆菌在环境适宜的条件下每20 min就能分裂一次。科学家运用DNA紫外光吸收光谱的方法对其DNA复制方式进行研究,具体操作为:将DNA双链均被15N标记的大肠杆菌放入普通培养基中培养20 min,提取大肠杆菌DNA并离心,测定溶液的紫外光吸收光谱(如甲图所示);若培养时间为40 min,则所得结果可能对应乙图中部分曲线。下列相关叙述正确的是(　　)
注:紫外光吸收光谱的峰值位置即离心管中DNA的主要分布位置,峰值越大,表明该位置的DNA数量越多。
A.大肠杆菌拟核DNA分子中有两个游离的磷酸基团
B.大肠杆菌DNA分子复制过程中以四种游离核糖核苷酸为材料
C.提取大肠杆菌DNA后应在特定溶液中通过差速离心操作分离
D.若以半保留方式复制,则40 min后所得结果对应乙图的e、f曲线
5.(2025·云南红河模拟)大肠杆菌拟核主要由环状双链DNA分子等组成,其DNA复制过程是单起点双向复制,如下图。下列有关大肠杆菌DNA复制的叙述正确的是(　　)
A.单起点双向复制使其DNA复制不具有边解旋边复制的特点
B.复制起点处富含A—T碱基对,易于解旋酶识别并解开双链
C.碱基互补配对原则是保证DNA能准确复制的唯一条件
D.双向复制时子链的合成方向相反,一条为5′→3′,另一条为3′→5′
6.(2025·河南南阳模拟)20世纪中叶,科学家发现染色体主要是由蛋白质和DNA组成的。科学家经过长时间的研究,证明DNA具有遗传效应。下列关于细胞生物遗传物质特点的叙述,错误的是(　　)
A.分子组成既具有多样性,也具有特异性
B.空间结构既具有稳定性,也具有多样性
C.能在亲子代间传递,也能控制生物体的性状
D.遗传信息在传递时既具有准确性,也具有可变性
7.(2025·河北张家口三模)DNA旋转酶目前仅在原核生物中发现,左氧氟沙星可通过特异性抑制细菌DNA旋转酶的活性,阻止细菌DNA复制而抑制其增殖。下列有关叙述正确的是(　　)
A.左氧氟沙星可阻止DNA复制,因此对DNA病毒的感染也有很好的疗效
B.细菌无线粒体,其感染人体细胞后DNA复制消耗的ATP全部来自人体细胞
C.DNA复制时以每条单链为模板,沿模板链的5′→3′方向合成互补链
D.将DNA双链均被32P标记的细菌,置于仅含31P的培养基中,复制n次后,子代中DNA被32P标记的个体占1/2n-1
8.(2025·江西萍乡二模)研究发现,人体快速思考或应对突发情况容易发生DNA双链断裂,并在断裂位点进行标记,此时,Parp1基因会迅速合成Parp1蛋白。Parp1蛋白能感知DNA损伤并发出睡眠信号,进而在睡眠期高效修复损伤的DNA,所以良好的睡眠能够提高我们学习工作的效率。已知咖啡因既能抑制Parp1基因的表达也能促进DNA双链断裂。下列说法错误的是(　　)
A.DNA的断裂未改变DNA分子的结构,利于Parp1蛋白与之结合
B.Parp1蛋白在断裂位点召集多种蛋白质,如DNA聚合酶,从而修复断裂的DNA片段
C.Parp1蛋白增多促进睡眠,体现了蛋白质的信息传递功能
D.喝咖啡只能短期内提神,但后期需要更多睡眠时间来修复DNA
9.(2025·湖北卷,14)大数据时代,全球每天产生海量数据,预计2040年需一百万吨硅基芯片才能储存全球一年产生的数据。为解决这一难题,科学家尝试运用DNA来储存数据。我国科学家已经将汉代拓片、熊猫照片等文化数据写入DNA,实现数据长期保存。下列叙述中,DNA可以作为存储介质的优点不包括(　　)
A.DNA具有可复制性,有利于数据的传播
B.可通过DNA转录和翻译传递相应数据信息
C.DNA长链中碱基排列的多样化,为大量数据的存储提供可能
D.DNA作为存储介质体积小,为数据携带和保存节约了大量空间(共48张PPT)
第25讲　DNA分子的结构、复制和基因的本质
课标 要求 1.概述DNA分子是由4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。
考情 分析 1.DNA的结构特点及模型的构建 2025·湖北卷,14;2024·北京卷,2;2024·浙江6月选考,9;2024·广西卷,4;2024·河北卷,5;2023·河北卷,6;2023·海南卷,13
2.DNA复制过程及相关计算 2025·北京卷,5;2025·山东卷,5;2024·浙江1月选考,10;2024·河北卷,4;2023·山东卷,5
考点一
DNA分子的结构与基因的
本质 　
1.DNA双螺旋结构模型的构建
(1)构建者: 。
(2)构建过程。
必备知识·梳理
落实概念·夯实基础
沃森和克里克
T
C
2.DNA的结构及特点
(1)DNA分子的结构层次。
C、H、O、N、P
脱氧核苷酸
(2)DNA双螺旋结构的内容。
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
提醒　G—C碱基对越多,DNA分子中的氢键越多,DNA分子热稳定性越高。
(3)DNA的特点。
磷酸与脱氧核糖
碱基互补
脱氧核苷酸
4n
碱基排列顺序
配对
(必修2 P51探究·实践)DNA只有4种脱氧核苷酸,却能够储存足够量的遗传信息,原因是
。
细读教材
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
3.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。
遗传效应的DNA片段
染色体
遗传
效应
线性
遗传
信息
1个
或2个
很多个
(1)(2022·广东卷,5)沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式。
(　　)
【判断正误】
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(2)(2022·浙江6月选考,13)某同学欲制作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,需在脱氧核糖上连接磷酸和碱基。
【提示】 沃森和克里克以DNA衍射图谱为基础推算出DNA呈螺旋结构。
(3)(2022·河北卷,8)双螺旋模型的碱基互补配对原则解释了DNA分子具有稳定的直径。(　　)
(4)(2021·辽宁卷,4)DNA每条链的5′端是羟基末端。(　　)
√
【提示】 DNA每条链的5′端是磷酸基团,3′端是羟基(—OH)。
×
考向1　结合DNA分子的结构及特点,考查生命观念
1.(2025·江西南昌一模)如图1为富兰克林拍摄的DNA衍射图谱,图2为基于其研究结果建立的DNA双螺旋结构模型简图。下列关于双链DNA结构的叙述,正确的是
(　　)
A.DNA中的核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架
B.根据衍射图像的交叉现象,沃森和克里克推测DNA呈螺旋结构
C.沃森和克里克最先发现腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量
D.双螺旋模型中由于碱基对的不同,不同区段DNA分子的直径也不同
B
核心考向·突破
把握方向·训练到位
【解析】 DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架;查哥夫先于沃森和克里克发现腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量;双螺旋模型由于碱基对A—T与C—G具有相同的形状和直径,不同区段DNA分子的直径相同。
2.(2025·湖南长沙模拟)核酸指纹技术是通过对特定核酸片段的测序与分析,实现对个体准确识别的分子生物学方法。下列相关叙述错误的是(　　)
A.核酸指纹技术识别个体的依据是个体核酸中核苷酸排列顺序的特异性
B.不同生物的核酸指纹序列中嘌呤和嘧啶碱基比例都相同
C.在特定核酸片段测序过程中,DNA聚合酶催化脱氧核苷酸连接形成子链
D.核酸指纹技术可用于亲子鉴定等领域,为解决相关问题提供有力证据
B
【解析】 不同个体的核酸中核苷酸排列顺序具有特异性,就像人的指纹一样,这是核酸指纹技术识别个体的依据;不同生物的核酸指纹代表其核酸中核苷酸特定的排列顺序,不同生物的DNA中,嘌呤(腺嘌呤A、鸟嘌呤G)和嘧啶(胸腺嘧啶T、胞嘧啶C)碱基比例一般是相同的,而RNA指纹中嘌呤与嘧啶碱基比例一般是不同的;在特定核酸片段测序过程中,DNA聚合酶以DNA为模板,催化脱氧核苷酸连接形成子链;由于亲子代之间核酸存在特定的遗传关系,核酸指纹技术可用于亲子鉴定等领域,为解决相关问题提供有力证据。
DNA双螺旋结构的考点
归纳总结
(1)
(2)
归纳总结
(3)
(4)
考向2　围绕DNA分子的相关计算,考查科学思维
3.(2025·湖北武汉二模)某生物兴趣小组准备制作一个由100个脱氧核苷酸构成的环状双链DNA结构模型,其中含胞嘧啶36个。该模型中所用材料的数量错误的是(　　)
A.代表磷酸基团的硬纸片100个
B.代表氢键的牙签136个
C.代表脱氧核苷酸间连接键的订书钉98个
D.代表腺嘌呤的塑料片14个
C
【解析】 已知构建的DNA为环状结构,由100个脱氧核苷酸构成,每个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,因此代表磷酸基团的硬纸片应有100个;C和G之间有3个氢键,A和T之间有2个氢键,因此氢键总数为36×3+14×2=136(个),即代表氢键的牙签136个;DNA为环状结构,脱氧核苷酸间连接键的数量为100个,而不是98个;C=G=36,
A=T=14。
4.(2025·天津二模)现已知基因M含有碱基共N个,腺嘌呤n个,具有类似如图的平面结构,下列说法正确的是(　　)
A.基因M和它的等位基因m含有的碱基数可以不相等,M基因的单链中含有A的比例最多为2n/N
B.基因M共有4个游离的磷酸基团,有1.5N-n个氢键
C.图中a可以代表基因M,基因M的等位基因m可以用b表示
D.基因M的双螺旋结构中脱氧核糖和磷脂交替连接,排列在外侧,构成基本骨架
A
【解析】 等位基因是由基因突变产生的,基因突变是碱基对增添、替换或缺失造成的,故基因M和它的等位基因m含有的碱基数可以不相等,当基因M中含有的A都在a链上时,a链含有A的比例最多,此种情况下A占a链的比例为n÷(N/2)=
2n/N;基因M的每一条链有1个游离的磷酸基团,因此基因M含有2个游离的磷酸基团,由题意可知:基因M共含有A+T+G+C=N个碱基,其中A(腺嘌呤)=T=n个,则C=G=(N-2n)/2个,由于A-T之间有2个氢键,C-G之间有3个氢键,因此该基因中含有氢键数目为2n+3×(N-2n)/2=1.5N-n个;基因是由两条脱氧核苷酸链组成的,图中a和b共同组成基因M,因此基因M的等位基因m不能用b表示;基因M是具有遗传效应的DNA片段,基因M的双螺旋结构中,脱氧核糖和磷酸(不是磷脂)交替连接排列在外侧,构成基本骨架。
考点二
DNA分子的复制
1.DNA半保留复制的实验证据(假说—演绎法)
必备知识·梳理
落实概念·夯实基础
同位素标记
2.DNA的复制
(1)概念、时间、场所。
间期
线粒体
叶绿体
(2)过程(特点: ;半保留复制)。
边解旋边复制
解旋
脱氧核苷酸
DNA聚合酶
碱基互补配对
提醒　半保留复制为每个子代DNA都保留原DNA的一条链。
(3)结果:一个DNA分子形成了两个 的DNA分子。
(4)DNA准确复制。
完全相同
双螺旋
碱基互补配对
遗传信息
遗传信息
(1)(2025·浙江1月选考,13)控制伞藻伞帽的遗传物质通过半保留复制表达遗传信息。(　　)
【判断正误】
×
(2)(2021·辽宁卷,4)DNA分子复制时,子链的合成过程不需要引物参与。
(　　)
×
【提示】 子链的合成过程需要引物。
【提示】 伞藻通过复制传递遗传信息,而不是表达遗传信息。
(3)(2021·辽宁卷,4)DNA聚合酶的作用是打开DNA双链。(　　)
【提示】 解旋酶的作用是打开DNA双链,DNA聚合酶的作用是将脱氧核苷酸连接到子链的3′端并形成磷酸二酯键。
×
A.本实验运用了放射性同位素标记技术和差速离心技术
B.第一代大肠杆菌DNA离心后的结果证明DNA复制不是全保留复制
C.第二代大肠杆菌DNA离心后的结果中14N/14N-DNA
和15N/14N-DNA数量比为2∶1
D.若继续培养至第三代,则大肠杆菌DNA离心后的结
果在试管中只会出现1条DNA带
考向3　结合DNA复制方式的探索及过程,考查科学探究
5.(2025·山西临汾三模)科学家以大肠杆菌为实验材料证明DNA复制为半保留复制,进行了如图所示实验。下列有关叙述正确的是(　　)
核心考向·突破
把握方向·训练到位
B
【解析】 本实验中科学家采用同位素标记技术和密度梯度离心技术区分不同的DNA,15N没有放射性;第一代细菌DNA离心后,试管中出现1条中带,不能说明DNA复制方式一定是半保留复制,也可能是分散复制,但可以证明DNA复制不是全保留复制;第二代大肠杆菌DNA离心后的结果中14N/14N-DNA和15N/14N-DNA数量比为1∶1,即子代DNA中有两个含有14N/14N-DNA,有两个含有15N/14N-DNA;若DNA复制方式是半保留复制,继续培养至第三代,产生子代DNA分子是8个,其中2个DNA为15N/14N-DNA,位于中带,其余6个DNA分子位于轻带,所以离心后3/4的DNA分子出现在轻带。
6.(2025·天津模拟)下图为某真核生物细胞核DNA复制的示意图。下列有关叙述正确的是(　　)
A.图中酶1与酶2的移动方向一致,与酶3的移动方向相反
B.图中的酶包括解旋酶、DNA聚合酶以及RNA聚合酶
C.复制完成后,子链③和④会形成一个完整的子代DNA分子
D.复制形成的两个DNA分子会随同源染色体的分离而分开
A
【解析】 图示为DNA复制的过程,酶1为解旋酶,酶2和酶3均为DNA聚合酶,根据图示可知,④链为连续链,而③链为不连续链,因此可知,③链是由左向右延伸,而④链是由右向左延伸,故图中酶1与酶2的移动方向一致,与酶3的移动方向相反;RNA聚合酶催化转录过程,图示没有涉及转录,不需要RNA聚合酶;DNA复制为半保留复制,形成的子代DNA一条链为亲代链,一条链为新合成的链,因此子链③和④不会形成一个完整的子代DNA分子;复制形成的两个DNA分子为姐妹染色单体上的DNA,随着着丝粒的断裂、姐妹染色单体的分离而分开。
考向4　结合DNA复制的相关计算及真核生物与原核生物DNA复制的比较,考查科学思维
7.(2025·广东广州模拟)真核生物线粒体基质内的DNA是双链闭合环状分子,外环为H链,内环为L链。复制大体过程为:先以L链为模板,合成一段RNA引物(最后它会被切掉,用新合成的DNA片段来填补),然后在酶的作用下合成新的H链片段,当H链合成2/3时,新的L链开始合成,如图所示。
下列关于线粒体DNA的叙述,正确的是(　　)
A.DNA内外环的复制是不同步的,但子链都是从3′端向5′端延伸
B.DNA分子中的磷酸二酯键数目、脱氧核苷酸数目和DNA合成过程中脱水数相等
C.推测DNA复制时需要RNA聚合酶、DNA聚合酶和DNA连接酶等
D.用15N只标记亲代DNA,复制n次后含14N/15N的DNA占总数的1/2n
C
【解析】 根据题干信息可知,DNA先以L链为模板,合成一段RNA引物,然后在酶的作用下合成新的H链片段,当H链合成2/3时,新的L链开始合成,所以两条链的复制不是同步进行的,DNA复制时,在引物作用下,DNA聚合酶从引物3′端开始延伸DNA链,即DNA的合成方向是从子链的5′端到3′端延伸的,因此合成子链的方向都是5′端→3′端;由于形成的DNA分子是环状的,因此子链中新形成的磷酸二酯键数目和脱氧核苷酸数目相同,但由于在该DNA复制过程中,先合成了一段RNA序列作为引物,利用核糖核苷酸合成RNA的过程中也要生成水,所以DNA分子中的磷酸二酯键数目、脱氧核苷酸数与生成水的数目是不相等的;DNA复制需要先合成一段RNA引物,所以需要RNA聚合酶,同时需要DNA聚合酶合成脱氧核苷酸长链,需要DNA连接酶将DNA片段连接;若将含15N标记的DNA放在含14N的培养液中复制n次得到2n个DNA分子,由于DNA是半保留复制,新合成的子代中含15N的DNA有2个,故含14N/15N的DNA占2/2n。
归纳总结
真核生物和原核生物的DNA复制和比较
演练真题·感悟高考
1.(2025·北京卷,5)1958年,Meselson和Stahl通过15N标记DNA的实验,证明了DNA的半保留复制。关于这一经典实验的叙述正确的是(　　)
A.因为15N有放射性,所以能够区分DNA的母链和子链
B.得到的DNA带的位置有三个,证明了DNA的半保留复制
C.将DNA变成单链后再进行离心也能得到相同的实验结果
D.选择大肠杆菌作为实验材料是因为它有环状质粒DNA
B
【解析】 15N没有放射性,它与14N的相对原子质量不同,可通过密度梯度离心技术区分含不同氮元素的DNA,进而区分DNA的母链和子链;在15N标记DNA的实验中,得到的DNA带的位置有轻带(两条链都含14N)、中带(一条链含14N,一条链含15N)、重带(两条链都含15N)三个,根据不同代DNA在离心后出现的这些带的位置和比例,证明了DNA的半保留复制;若将DNA解聚为单链后再离心,无论是全保留复制还是半保留复制,都只有两条条带,不能证明DNA的半保留复制;选择大肠杆菌作为实验材料是因为大肠杆菌繁殖快,容易培养,能在短时间内获得大量的子代,便于观察实验结果,而不是因为它有环状质粒DNA。
2.(2024·广西卷,4)研究发现真核生物基因组DNA普遍存在5-甲基胞嘧啶和N6-甲基腺嘌呤,分别被称为DNA的第5、6个碱基。关于这两个碱基的说法,正确的是(　　)
A.均含有N元素
B.均含有脱氧核糖
C.都排列在DNA骨架的外侧
D.都不参与碱基互补配对
A
【解析】 真核生物基因组DNA普遍存在5-甲基胞嘧啶和N6-甲基腺嘌呤,分别被称为DNA的第5、6个碱基,故DNA的第5、6个碱基均含有N元素;DNA存在5-甲基胞嘧啶和N6-甲基腺嘌呤,两者不含脱氧核糖;DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架,碱基排列在内侧;DNA双链存在A—T、G—C配对关系,5-甲基胞嘧啶和N6-甲基腺嘌呤参与碱基互补
配对。
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.(2023·山东卷,5)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(　　)
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
D
【解析】 据图分析,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;①和②两条链中碱基是互补的,图甲时新合成的单链①比②短,但②中多出的部分可能不含有A、T,因此①中A、T之和与②中A、T之和可能相等;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;①和②两条单链由一个双链DNA分子复制而来,其中一条母链合成子链时①的5′端指向解旋方向,那么另一条母链合成子链时②延伸方向为5′端至3′端,其模板链5′端指向解旋方向。
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