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第26讲　DNA的结构、复制和基因的本质
　1．概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成的，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1　DNA的结构和基因的本质
一、DNA的结构
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的双螺旋结构
(1)DNA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：两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对具有一定的规律：A===T(两个氢键)、G≡C(三个氢键)。
1．(人教版必修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，这一端称作________，另一端有一个羟基(—OH)，称作________，两条单链走向________，一条单链是从5′端到3′端的，另一条单链则是从3′端到5′端的。
提示：5′端　3′端　相反
2．(人教版必修2 P52科学·技术·社会)应用DNA指纹技术时，首先需要用______________酶将待检测的样品DNA切成片段，然后用________的方法将这些片段按大小分开，再经一系列步骤形成DNA指纹图。
提示：合适的(或限制)　电泳
二、基因通常是有遗传效应的DNA片段
1．说明基因与DNA关系的实例
2．DNA片段中的遗传信息
(1)遗传信息：蕴藏在4种碱基的排列顺序之中。
(2)特点
①多样性：碱基排列顺序的千变万化。
②特异性：每一个DNA分子的碱基有特定的排列顺序。
(3)意义
DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。
3．基因
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。
[深化拓展]
真核细胞和原核细胞基因的结构
1．沃森和克里克研究DNA分子的结构时，运用了构建物理模型的方法。 (√)
2．沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式。 (×)
提示：沃森和克里克主要以DNA衍射图谱为依据，推算出DNA呈螺旋结构，根据查哥夫的实验结果构建了DNA双螺旋结构模型。
3．磷酸与核糖交替连接排列在外侧构成了DNA的基本骨架。 (×)
提示：磷酸和脱氧核糖交替连接排列在外侧构成了DNA的基本骨架。
4．DNA中一条链的嘌呤数一定等于另一条链的嘌呤数。 (×)
提示：DNA双链中嘌呤和嘧啶互补配对，DNA中一条链的嘌呤数一定等于另一条链的嘧啶数。
5．DNA分子的多样性和特异性主要与它的空间结构密切相关。 (×)
提示：DNA的空间结构都是双螺旋结构，与多样性和特异性无关。
6．DNA分子中G和C所占的比例越大，其稳定性越低。 (×)
提示：G和C之间有三个氢键，A和T之间有两个氢键，因此，DNA分子中G和C所占的比例越大，稳定性越高。
1．(人教版必修2 P50图3-8)某DNA片段的结构如图所示。
β链的碱基序列为5′-________-3′。
提示：CGT
2．(人教版必修2 P51探究·实践)DNA只含有4种脱氧核苷酸，能够储存足够量遗传信息的原因是___________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
提示：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
DNA分子的结构及制作DNA分子模型
1．(链接人教版必修2 P50图3-8)如图是DNA分子结构的部分示意图，下列说法不正确的是(　　)
A．图中1表示磷酸基团，2表示脱氧核糖
B．图中3与4是通过氢键连接起来的
C．DNA复制时，DNA聚合酶可催化两个游离的脱氧核苷酸连接起来
D．脱氧核苷酸中，磷酸基团和碱基分别连在脱氧核糖的5′-C和1′-C上
C　[图中1表示磷酸基团，2表示脱氧核糖，A正确；图中3与4表示含氮碱基，两者是通过氢键连接起来的，B正确；DNA复制时，DNA聚合酶可以催化游离的脱氧核苷酸连接到DNA子链上，而不是催化两个游离的脱氧核苷酸连接起来，C错误；脱氧核苷酸中，磷酸基团连在脱氧核糖的5′-C上，碱基连在脱氧核糖的1′-C上，D正确。]
2．(人教版必修2 P51探究·实践改编)某学习小组在制作DNA双螺旋模型中，用4种不同颜色的纸片代表四种碱基，其中A、T各有12个，C、G各有14个，24个扭扭棒代表磷酸、26个泡沫塑料代表脱氧核糖，以及其他材料来构建DNA模型，下列说法正确的是(　　)
A．内侧的泡沫塑料和扭扭棒交替连接构成基本骨架
B．构建的DNA双螺旋模型最多含有24个脱氧核苷酸
C．制作出的DNA模型最多会有414种
D．制作的DNA分子模型中含48个氢键
B　[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，碱基之间的配对遵循碱基互补配对原则，因此可形成12个A—T碱基对，14个C—G碱基对，但脱氧核糖只有26个，磷酸只有24个，因此构建的DNA模型中最多含有24个脱氧核苷酸，A错误，B正确；利用上述实验材料最多可构建24个脱氧核苷酸，12个碱基对，故制作出的DNA双螺旋结构模型最多有412种，且A—T之间有2个氢键，C—G之间有3个氢键，假设全是C—G碱基对，故该小组制作的DNA分子模型最多含12×3＝36个氢键，C、D错误。]
　　
DNA分子中碱基数量的计算
3．(人教版必修2 P52概念检测T3改编)假如某DNA片段中碱基A的数目为x，其比例为y，下列推断正确的是(　　)
A．碱基总数为
B．碱基C的数目为
C．嘌呤数与嘧啶数之比为
D．碱基G的比例为
A　[根据题意可知，A＝x，所占比例为y，则碱基总数为，A正确；碱基总数为，A＝T＝x，则C＋G＝－2x，由于C＝G，故C＝G＝x，B错误；DNA片段中，嘌呤数等于嘧啶数，故嘌呤数与嘧啶数之比为1，C错误；根据以上分析，可知C＝G＝x，碱基总数为，故碱基G的比例为x÷＝－y，D错误。]
4．(2025·河南郑州模拟)如图表示DNA分子中的部分关系，下列判断正确的是(　　)
A．若x、y分别表示DNA两条互补链中(A＋G)/(T＋C)的量，则符合甲曲线变化
B．若x、y分别表示DNA两条互补链中(G＋T)/(A＋C)的量，则符合甲曲线变化
C．若x、y分别表示DNA两条互补链中(A＋T)/(G＋C)的量，则符合乙曲线变化
D．若x、y分别表示DNA一条链和整个DNA中嘌呤/嘧啶的量，则符合乙曲线变化
C　[DNA两条互补链中，(A＋G)/(T＋C)的量互为倒数，(G＋T)/(A＋C)的量互为倒数，均不符合甲曲线变化，A、B错误；根据碱基互补配对原则，DNA两条互补链中(A＋T)/(G＋C)的量是相等的，此情况符合乙曲线变化，C正确；双链DNA中A＋C＝T＋G，即嘌呤/嘧啶始终等于1，但DNA一条链中嘌呤/嘧啶的量不确定，D错误。]
　　DNA分子中碱基数量的计算规律
基因的本质
5．(链接人教版必修2 P59正文)下列关于核苷酸、基因、核酸和染色体的说法错误的是(　　)
A．脱氧核苷酸在细胞中既是组成DNA的基本单位，也是组成基因的基本单位
B．真核细胞中染色体是基因的主要载体，基因在染色体上呈线性排列
C．染色体数目加倍时，组成染色体的DNA随之加倍
D．流感病毒的基因是有遗传效应的RNA片段，能控制遗传性状
C　[细胞生物的遗传物质是DNA，基因通常是有遗传效应的DNA片段，因此细胞中DNA和基因的基本单位都是脱氧核苷酸，A正确；染色体是基因的主要载体，基因在染色体上呈线性排列，B正确；着丝粒分裂导致染色体数目加倍，此时组成染色体的DNA数量不变，C错误；流感病毒是RNA病毒，其基因是有遗传效应的RNA片段，能控制遗传性状，D正确。]
考点2　DNA的复制
一、对DNA复制的推测
1．沃森和克里克的半保留复制假说
2．遗传物质自我复制的其他假说
全保留复制是指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。
二、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．实验方法：同位素标记技术和密度梯度离心技术。
3．实验原理
15N和14N是氮元素的两种稳定同位素，这两种同位素的相对原子质量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，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。
两条链被标记情况 密度大小 离心位置
都是15N 最大 靠近试管的底部
一条15N，一条14N 居中 位置居中
都是14N 最小 靠近试管的上部
4．实验过程
5．演绎推理
假设DNA复制方式是半保留复制，预期实验结果：
(1)立即取出，提取DNA，离心，获得15N/15N-DNA。
(2)繁殖一代，提取DNA，离心，获得15N/14N-DNA。
(3)繁殖二代，提取DNA，离心，获得15N/14N-DNA和14N/14N-DNA。
6．实验结果
(1)提取亲代DNA→离心→位置靠近试管底部。
(2)繁殖一代后，提取DNA→离心→位置居中。
(3)繁殖二代后，提取DNA→离心→1/2位置居中，1/2位置更靠上。
7．实验结论：实验结果和假设DNA复制方式是半保留复制的预期结果一致，说明DNA的复制是以半保留复制的方式进行的。
(人教版必修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
三、DNA复制的过程
1．时间
细胞分裂前的间期，即有丝分裂前的间期和减数分裂(Ⅰ)前的间期。
2．场所
(1)真核生物：主要在细胞核内，线粒体和叶绿体也可以进行。
(2)原核生物：主要在拟核。
(3)DNA病毒：活的宿主细胞内。
3．复制过程
4．复制结果
形成两个完全相同的DNA分子。
5．准确复制的原因
(1)DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板。
(2)通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。
6．意义
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。
1．DNA复制遵循碱基互补配对原则，新合成的DNA分子的两条链均是新合成的。 (×)
提示：新合成的DNA分子的两条链只有一条链是新合成的。
2．DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制。 (×)
提示：DNA复制时是边解旋边复制。
3．DNA复制时，新子链合成的方向是3′端→5′端。 (×)
提示：子链的合成方向是5′端→3′端。
4．复制后的两个子代DNA分子将在有丝分裂后期或减数分裂Ⅱ后期着丝粒分裂时，随染色单体分离而分开。 (√)
5．单个脱氧核苷酸在DNA聚合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在脱氧核苷酸链的3′端。
　早在1966年，日本科学家冈崎提出DNA半不连续复制假说：DNA复制形成互补子链时，一条子链是连续形成，另一条子链不连续即先形成短链片段(如图1)。为验证这一假说，冈崎进行了如下实验：让T4噬菌体在20 ℃时侵染大肠杆菌70 min后，将同位素3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，在2 s、7 s、15 s、30 s、60 s、120 s后，分离T4噬菌体DNA并通过加热使DNA分子变性、全部解螺旋，再进行密度梯度离心，以DNA单链片段分布位置确定片段大小(分子越小，离试管口距离越近)，并检测相应位置DNA单链片段的放射性，结果如图2。
(1)以3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，最终在T4噬菌体DNA中检测到放射性，其原因是___________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)图2中，与60 s结果相比，120 s结果中短链片段减少的原因是_____________________________________________________________________
________________________，该实验结果为冈崎假说提供的有力证据是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)据此推断DNA复制时，除了需要解旋酶、DNA聚合酶外，还需要____________酶。
提示：(1)标记的脱氧核苷酸被大肠杆菌吸收，为T4噬菌体DNA复制提供原料，所以在T4噬菌体DNA中检测到放射性
(2)短链片段连接形成长片段，所以短链片段减少　在实验时间内，细胞中均能检测到较多的短链片段
(3)DNA连接
DNA复制方式的实验探究
1．(链接人教版必修2 P53图3-9、P54思考·讨论)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　[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，但不能确定是半保留复制还是分散复制，继续做第二代细菌DNA密度鉴定，第二代细菌DNA离心后出现1条中带和1条轻带，可以排除分散复制，同时确定是半保留复制，A、B、C错误；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有两种类型(两条链均为14N和一条链含有14N、一条链含有15N)，因此第三代细菌DNA离心后试管中会出现1条中带和1条轻带，D正确。]
DNA复制的过程
2．(链接人教版必修2 P55图3-10)如图为某真核细胞中DNA复制过程的模式图，据图分析下列说法错误的是(　　)
A．DNA复制是一个边解旋边复制的过程
B．该过程发生在细胞分裂前的间期
C．酶①是解旋酶，酶②是DNA聚合酶
D．酶①和酶②均作用于氢键
D　[DNA复制的特点是边解旋边复制、半保留复制，A正确。题图为DNA复制过程的模式图，该过程可发生在细胞有丝分裂前的间期或减数分裂前的间期，B正确。分析题图可知，酶①能将DNA双螺旋的两条链解开，故其为解旋酶，作用于氢键；酶②以解开的每一条母链为模板，以细胞中游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一条子链，故酶②为DNA聚合酶，作用于磷酸二酯键，C正确，D错误。]
DNA复制的相关计算
3．(人教版必修2 P56概念检测T3变式)将一个双链都被15N标记的DNA放在含14N的培养基中连续复制4次，收集相关实验数据，下列叙述错误的是(　　)
A．含有14N的DNA占全部DNA的比例为7/8
B．含有15N的DNA占全部DNA的比例为1/8
C．含有15N的DNA单链占全部DNA单链的比例为1/16
D．含有14N的DNA单链占全部DNA单链的比例为15/16
A　[将一个双链都被15N标记的DNA放在含14N的培养基中连续复制4次，共产生24＝16个DNA，因为DNA的复制为半保留复制，因此这16个DNA中有2个DNA是一条链含有15N，另一条链含有14N，剩下的14个DNA均是两条链都含有14N，因此含有14N的DNA占全部DNA的比例为1，含有15N的DNA占全部DNA的比例为2/16＝1/8，A错误，B正确；含有15N的DNA单链占全部DNA单链的比例为2/32＝1/16，C正确；含有14N的DNA单链占全部DNA单链的比例为(32－2)÷32＝15/16，D正确。]
　　“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的培养基中连续复制n次(如上图)，则：
①子代DNA分子共2n个
②脱氧核苷酸链共2n+1条
(2)DNA分子复制过程中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，经过n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·(2n－1)个。
②第n次复制需要该种脱氧核苷酸数为m·2n-1个。
1．(2025·湖北卷)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
B　[DNA具有可复制性，通过复制可以将数据进行传播，这是DNA作为存储介质的优点之一，A不符合题意；数据存储主要强调信息的储存和传播，DNA转录和翻译是表达遗传信息合成蛋白质的过程，不是DNA作为存储介质的优点，B符合题意；DNA长链中碱基排列具有多样化的特点，不同的碱基排列顺序可以代表不同的数据，为大量数据的存储提供可能，这是DNA作为存储介质的优点之一，C不符合题意；DNA作为存储介质体积小，相比传统的存储方式，为数据携带和保存节约了大量空间，这是DNA作为存储介质的优点之一，D不符合题意。]
2．(2025·广东卷)Solexa测序是一种将PCR与荧光检测相结合的高通量测序技术。为了确保该PCR过程中，DNA聚合酶催化一个脱氧核苷酸单位完成聚合反应后，DNA链不继续延伸，应保护底物中脱氧核糖结构上的(　　)
A．1′-碱基　　　　　 B．2′-氢
C．3′-羟基 D．5′-磷酸基团
C　[已知DNA聚合酶催化延伸子链方向只能从5′端→3′端，原因是脱氧核苷酸的3′碳有羟基，可以结合下一个脱氧核苷酸的5′碳的磷酸基团，故为了DNA聚合酶催化一个脱氧核苷酸单位完成聚合反应后，DNA链不继续延伸，应保护底物中脱氧核糖结构上的3′-羟基，使其不能结合下一个脱氧核苷酸的5′碳的磷酸基团，C正确。]
3．(2025·北京卷)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　[15N属于稳定同位素，不具有放射性，A错误。亲代大肠杆菌离心后出现一条DNA带(15N/15N-DNA)，位置靠近试管的底部；转移培养后第一代细菌的DNA离心后，试管中也只有一条DNA带(15N/14N-DNA)，位置居中；第二代细菌的DNA离心后，试管中出现两条带，一条带位置居中(15N/14N-DNA)，另一条带的位置更靠上(14N/14N-DNA)，因此得到的DNA带的位置有三个，证明了DNA的半保留复制，B正确。将DNA变成单链后再进行离心，只能得到15N-DNA和14N-DNA两条带，与实验结果不同，C错误。大肠杆菌易培养、繁殖快，因此选择大肠杆菌作为实验材料，D错误。]
4．(2025·贵州卷)下图为核酸的部分结构及遗传信息传递过程的示意图。下列叙述正确的是(　　)
A．图中箭头所指碳原子上连接的基团是－OH
B．甲链中相邻两个五碳糖通过磷酸二酯键连接
C．若图中序列编码一个氨基酸，则其密码子为UAC
D．遗传信息可从甲链流向乙链，但不能从乙链流向甲链
B　[图中含有尿嘧啶和胸腺嘧啶，应该代表的是转录(或逆转录)过程，图中箭头所指碳原子为脱氧核糖的2号碳原子，其上连接的基团是－H，A错误；甲链中相邻两个五碳糖通过磷酸二酯键连接，即核酸中连接两个核苷酸的化学键是磷酸二酯键，B正确；若图中序列编码一个氨基酸，即图示过程为转录过程，则其密码子为5′-CAU-3′，因为密码子读取的方向是5′端→3′端，C错误；遗传信息通过转录过程从甲链流向乙链，还可通过逆转录过程从乙链流向甲链，D错误。]
课时数智作业(二十六)　DNA的结构、复制和基因的本质
1．(2024·浙江6月卷)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　[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，A正确；双链DNA中G—C碱基对占比越高，DNA热变性温度越高，B错误；DNA聚合酶催化形成的是磷酸二酯键，C错误；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%，D错误。]
2．(2024·江苏连云港期末)如图是某学生在“制作DNA双螺旋结构模型”活动中制作的一个模型，①②③④分别代表四种不同的碱基模型(①③代表嘌呤碱基，②④代表嘧啶碱基)。下列叙述正确的是 (　　)
A．该模型可代表一个双链脱氧核糖核酸分子
B．该模型表明每个脱氧核糖都与一个磷酸相连
C．①②③④位于DNA双螺旋结构的外侧
D．若要将此链和其互补链连接，则需要10个连接物代表氢键
D　[该模型可代表一个单链脱氧核糖核酸分子，A错误；中间的脱氧核糖与两个磷酸相连，B错误；①②③④位于DNA双螺旋的内侧，C错误；①③代表嘌呤碱基，②④代表嘧啶碱基，因①②③④分别代表四种不同的碱基，故此链与其互补链连接，需要10个连接物代表氢键，D正确。]
3．(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
A　[DNA复制时，子链的延伸方向是5′端→3′端，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．(2021·海南卷)已知5-溴尿嘧啶(BU)可与碱基A或G配对。大肠杆菌DNA上某个碱基位点已由A－T转变为A－BU，要使该位点由A－BU转变为G－C，则该位点所在的DNA至少需要复制的次数是(　　)
A．1　　　 B．2　　　　C．3　　　　D．4
B　[根据题意可知：BU可以与A配对，又可以和G配对，由于大肠杆菌DNA上某个碱基位点已由A－T转变为A－BU，所以复制一次会得到G－BU，复制第二次会得到G－C，所以至少需要经过2次复制后，才能实现该位点由A－BU转变为G－C，B正确。]
5．(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(如图所示)，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
C　[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，不能决定线性DNA分子两端能够相连，A、B错误；据题图可知，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错误。]
6．(2025·福建厦门检测)同源重组是两个DNA分子之间的同源序列进行交换的现象。研究人员借助单链DNA退火蛋白(SSAP)在细菌DNA复制过程中，将单链DNA(ssDNA)同源重组到细菌基因组上，其过程如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A．SSAP和ssDNA的结合遵循碱基互补配对原则
B．SSAP发挥作用的过程中伴随着氢键的断裂和重新形成
C．SSAP可将外源基因整合到细菌基因组的特定位置上
D．可利用同源重组的原理对细菌基因组进行改造
A　[SSAP是单链DNA退火蛋白，它和ssDNA(单链DNA)的结合是蛋白质与DNA的结合，不是DNA与DNA的结合，不遵循碱基互补配对原则，A错误；在细菌DNA复制过程中进行同源重组时，需要将原有的DNA双链解开(涉及氢键断裂)，然后单链DNA(ssDNA)在SSAP作用下同源重组到细菌基因组上(会有新的氢键形成)，所以SSAP发挥作用的过程中伴随着氢键的断裂和重新形成，B正确；由题意知，可以借助SSAP将单链DNA(ssDNA)同源重组到细菌基因组上，若该单链DNA(ssDNA)为外源基因，可将其整合到细菌基因组的特定位置上，C正确；由于同源重组是两个DNA分子之间的同源序列进行交换，所以可利用这个原理对细菌基因组进行改造，D正确。]
7．(2025·河南开封检测)哺乳动物线粒体DNA复制的过程如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A．OH、OL是线粒体DNA两条链的启动子
B．线粒体DNA的复制方式属于半保留复制
C．按照碱基互补配对原则，A链和H链的碱基互补
D．L链作模板时，其子链的延伸方向是3′端→5′端
B　[图示是线粒体DNA复制过程，线粒体DNA两条链分别从OH、OL开始复制，故OH、OL是线粒体DNA两条链的复制起点，A错误；由题图可知，线粒体DNA分别以H链、L链为模板进行复制，其方式属于半保留复制，B正确；按照碱基互补配对原则，L链和H链、L链和A链的碱基互补，所以A链和H链的碱基相同，C错误；DNA复制时两条子链的延伸方向都是5′端→3′端，D错误。]
8．(2025·重庆十一中检测)如图为DNA半保留复制相关示意图。DNA聚合酶不能催化DNA新链从头合成，因而需先借助引物酶以DNA为模板合成RNA引物，再在引物的3′-OH末端聚合脱氧核苷酸。当DNA整条单链合成完毕或冈崎片段相连后，DNA聚合酶再把RNA引物去掉，填补脱氧核苷酸。下列说法正确的是(　　)
A．解旋酶断开氢键，其移动方向与滞后链的延伸方向相同
B．DNA在体内复制和体外复制(PCR)过程中均为边解旋边复制
C．DNA聚合酶既能催化磷酸二酯键形成也能催化磷酸二酯键断裂
D．在PCR过程中，除耐高温的DNA聚合酶外，还需加入DNA连接酶
C　[解旋酶断开氢键，其移动方向与前导链的延伸方向相同，A错误；DNA在体内复制时为边解旋边复制，在体外是先变性，然后复性和延伸，B错误；引物酶以DNA为模板合成RNA引物，DNA聚合酶再在引物的3′-OH上聚合脱氧核苷酸，当DNA整条单链合成完毕或冈崎片段相连后，DNA聚合酶再把RNA引物去掉，由此可知，DNA聚合酶既能催化磷酸二酯键形成也能催化磷酸二酯键断裂，C正确；在PCR过程中，先高温变性，不会出现冈崎片段，无需加入DNA连接酶，D错误。]
9．(不定项)(2025·山东潍坊五县联考)科学家以大肠杆菌为实验材料，设计实验探究DNA的复制方式，部分实验过程如图所示。下列相关叙述正确的是(　　)
A．该实验利用差速离心技术在试管中区分含有不同N元素的DNA
B．假设为半保留复制，演绎推理试管③中DNA一半居中，一半位于底部
C．欲判断DNA的复制方式，大肠杆菌转移至14NH4Cl培养液中至少培养两代
D．该实验还需设置“大肠杆菌在14NH4Cl培养液中培养若干代后的DNA离心实验”对照组
CD　[该实验利用密度梯度离心技术在试管中区分含有不同N元素的DNA，A错误；假设为半保留复制，试管③为培养的第二代大肠杆菌，DNA复制了两次，演绎推理试管③中DNA一半居中，一半位于上部，B错误；欲判断DNA的复制方式，大肠杆菌转移至14NH4Cl培养液中至少培养两代，若为半保留复制，培养两代之后的DNA一半居中，一半位于上部，C正确；实验的自变量为NH4Cl的种类，因此该实验还需设置“大肠杆菌在14NH4Cl培养液中培养若干代后的DNA离心实验”对照组，D正确。]
10．(13分)科学家在研究DNA分子复制方式时进行了如下的实验研究(已知培养用的细菌大约每20 min分裂一次，产生子代，实验结果见相关图示)：
请回答下列问题：
(1)实验一、实验二的作用是____________________________。
(2)从结果C、D看，DNA复制具有__________________的特点。根据这一特点，理论上结果E中含14N的DNA分子所占比例为______。
(3)复制过程除需要模板DNA、脱氧核苷酸外，还需要____________等条件。
(4)若对结果C中的DNA分子先用解旋酶处理，然后再离心，结果为F，请在图中表示出。
(5)如果实验C、D、E的结果都为结果G，据此可判断DNA分子的复制方式________(填“是”或“不是”)半保留复制。
[答案]　(除标注外，每空2分，共13分)(1)与后面的实验结果形成对照　(2)半保留复制　1　(3)酶、能量　(4)如图
(3分)
(5)不是
[解析]　(1)实验一和实验二分别表示被14N和15N标记的DNA的离心结果，其作用是与后面的实验结果形成对照。(2)从结果C、D看，新形成的DNA保留了原来DNA的1条链，DNA复制具有半保留复制的特点；经过60 min后，DNA复制了3次，共形成8个DNA分子，其中有2个DNA分子是15N/14N，其余6个DNA分子为14N/14N，故理论上结果E中含14N的DNA分子所占比例为1。(3)复制过程需要模板DNA、原料(四种脱氧核苷酸)、酶和能量等条件。(4)结果C中的DNA分子为15N/14N，解旋后形成的单链为一条重链15N和一条轻链14N。(5)结果G表明原来被15N标记的DNA的两条链没有分开，因此可判断DNA分子的复制方式不是半保留复制。
(教师用书独具)
(不定项)(2025·辽宁名校联考)染色体上的端粒DNA由串联重复序列组成，同种生物的该序列相同。少数无端粒酶的肿瘤细胞可通过端粒延长替代机制(ALT)维持端粒长度(机制如图)。该过程可被重复数十次，导致序列信息从一个端粒传递到另一端粒上。下列相关叙述正确的是(　　)
A．进行ALT的肿瘤细胞，端粒酶基因甲基化程度可能较高
B．①链的延伸过程以②链作为模板，该延伸过程不需要引物
C．肿瘤细胞内参与ALT过程的酶有解旋酶、RNA聚合酶等
D．ALT机制实现了非同源染色体上的基因重组，增加了遗传的多样性
AB　[端粒酶活性缺乏的肿瘤细胞可通过ALT机制维持端粒长度，端粒酶基因甲基化程度高会抑制端粒酶活性，所以进行ALT的肿瘤细胞中端粒酶基因甲基化程度可能较高，A正确。由图可知，①链的延伸过程以②链作为模板，该延伸过程不需要引物，B正确。ALT过程涉及DNA单链的活动和延伸，需要解旋酶解开DNA双链。 但此过程与DNA合成相关，需要的是DNA聚合酶，RNA聚合酶是用于转录过程合成RNA的，在ALT过程中不需要，C错误。基因重组是指在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因重新组合，主要包括减数分裂过程中的互换和非同源染色体自由组合。 ALT机制只是端粒DNA序列信息的传递，并没有涉及不同基因的重新组合，不属于基因重组，D错误。]
1 / 25第26讲　DNA的结构、复制和基因的本质
　1．概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成的，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1　DNA的结构和基因的本质
一、DNA的结构
1．DNA双螺旋结构模型的构建
(1)构建者：________和________。
(2)构建过程
2．DNA的双螺旋结构
(1)DNA由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链按________方式盘旋成双螺旋结构。
(2)外侧：________和________交替连接，构成主链基本骨架。
(3)内侧：两条链上的碱基通过氢键连接成________，并且碱基配对具有一定的规律：A===T(两个氢键)、G≡C(三个氢键)。
1．(人教版必修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，这一端称作________，另一端有一个羟基(—OH)，称作________，两条单链走向________，一条单链是从5′端到3′端的，另一条单链则是从3′端到5′端的。
2．(人教版必修2 P52科学·技术·社会)应用DNA指纹技术时，首先需要用______________酶将待检测的样品DNA切成片段，然后用________的方法将这些片段按大小分开，再经一系列步骤形成DNA指纹图。
二、基因通常是有遗传效应的DNA片段
1．说明基因与DNA关系的实例
2．DNA片段中的遗传信息
(1)遗传信息：蕴藏在4种碱基的________之中。
(2)特点
①多样性：碱基________的千变万化。
②特异性：每一个DNA分子的碱基有特定的________。
(3)意义
DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的________。
3．基因
基因通常是有遗传效应的________。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________片段。
[深化拓展]
真核细胞和原核细胞基因的结构
1．沃森和克里克研究DNA分子的结构时，运用了构建物理模型的方法。(　　)
2．沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式。(　　)
3．磷酸与核糖交替连接排列在外侧构成了DNA的基本骨架。(　　)
4．DNA中一条链的嘌呤数一定等于另一条链的嘌呤数。(　　)
5．DNA分子的多样性和特异性主要与它的空间结构密切相关。(　　)
6．DNA分子中G和C所占的比例越大，其稳定性越低。(　　)
1．(人教版必修2 P50图3-8)某DNA片段的结构如图所示。
β链的碱基序列为5′-________-3′。
2．(人教版必修2 P51探究·实践)DNA只含有4种脱氧核苷酸，能够储存足够量遗传信息的原因是________________________________________________。
DNA分子的结构及制作DNA分子模型
1．(链接人教版必修2 P50图3-8)如图是DNA分子结构的部分示意图，下列说法不正确的是(　　)
A．图中1表示磷酸基团，2表示脱氧核糖
B．图中3与4是通过氢键连接起来的
C．DNA复制时，DNA聚合酶可催化两个游离的脱氧核苷酸连接起来
D．脱氧核苷酸中，磷酸基团和碱基分别连在脱氧核糖的5′-C和1′-C上
2．(人教版必修2 P51探究·实践改编)某学习小组在制作DNA双螺旋模型中，用4种不同颜色的纸片代表四种碱基，其中A、T各有12个，C、G各有14个，24个扭扭棒代表磷酸、26个泡沫塑料代表脱氧核糖，以及其他材料来构建DNA模型，下列说法正确的是(　　)
A．内侧的泡沫塑料和扭扭棒交替连接构成基本骨架
B．构建的DNA双螺旋模型最多含有24个脱氧核苷酸
C．制作出的DNA模型最多会有414种
D．制作的DNA分子模型中含48个氢键
　　
DNA分子中碱基数量的计算
3．(人教版必修2 P52概念检测T3改编)假如某DNA片段中碱基A的数目为x，其比例为y，下列推断正确的是(　　)
A．碱基总数为
B．碱基C的数目为
C．嘌呤数与嘧啶数之比为
D．碱基G的比例为
4．(2025·河南郑州模拟)如图表示DNA分子中的部分关系，下列判断正确的是(　　)
A．若x、y分别表示DNA两条互补链中(A＋G)/(T＋C)的量，则符合甲曲线变化
B．若x、y分别表示DNA两条互补链中(G＋T)/(A＋C)的量，则符合甲曲线变化
C．若x、y分别表示DNA两条互补链中(A＋T)/(G＋C)的量，则符合乙曲线变化
D．若x、y分别表示DNA一条链和整个DNA中嘌呤/嘧啶的量，则符合乙曲线变化
　　DNA分子中碱基数量的计算规律
基因的本质
5．(链接人教版必修2 P59正文)下列关于核苷酸、基因、核酸和染色体的说法错误的是(　　)
A．脱氧核苷酸在细胞中既是组成DNA的基本单位，也是组成基因的基本单位
B．真核细胞中染色体是基因的主要载体，基因在染色体上呈线性排列
C．染色体数目加倍时，组成染色体的DNA随之加倍
D．流感病毒的基因是有遗传效应的RNA片段，能控制遗传性状
考点2　DNA的复制
一、对DNA复制的推测
1．沃森和克里克的半保留复制假说
2．遗传物质自我复制的其他假说
全保留复制是指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是________。
二、DNA半保留复制的实验证据
1．实验者：美国生物学家________________。
2．实验方法：同位素标记技术和________________。
3．实验原理
15N和14N是氮元素的两种____________，这两种同位素的相对原子质量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，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。
两条链被标记情况 密度大小 离心位置
都是15N 最大 靠近试管的__部
一条15N，一条14N 居中 位置______
都是14N 最小 靠近试管的__部
4．实验过程
5．演绎推理
假设DNA复制方式是半保留复制，预期实验结果：
(1)立即取出，提取DNA，离心，获得________________。
(2)繁殖一代，提取DNA，离心，获得________________。
(3)繁殖二代，提取DNA，离心，获得____________________。
6．实验结果
(1)提取亲代DNA→离心→位置靠近试管____________。
(2)繁殖一代后，提取DNA→离心→位置____________。
(3)繁殖二代后，提取DNA→离心→1/2位置________，1/2位置________。
7．实验结论：实验结果和假设DNA复制方式是半保留复制的预期结果一致，说明DNA的复制是以____________的方式进行的。
　(人教版必修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。
三、DNA复制的过程
1．时间
细胞分裂前的________，即____________________________________________。
2．场所
(1)真核生物：主要在________内，________和________也可以进行。
(2)原核生物：主要在________。
(3)DNA病毒：活的宿主细胞内。
3．复制过程
4．复制结果
形成两个________的DNA分子。
5．准确复制的原因
(1)DNA独特的________结构，为复制提供了精确的模板。
(2)通过________________，保证了复制能够准确地进行。
6．意义
将________从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了__________________。
1．DNA复制遵循碱基互补配对原则，新合成的DNA分子的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．DNA复制时，新子链合成的方向是3′端→5′端。(　　)
4．复制后的两个子代DNA分子将在有丝分裂后期或减数分裂Ⅱ后期着丝粒分裂时，随染色单体分离而分开。(　　)
5．单个脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下连接合成新的子链。(　　)
　早在1966年，日本科学家冈崎提出DNA半不连续复制假说：DNA复制形成互补子链时，一条子链是连续形成，另一条子链不连续即先形成短链片段(如图1)。为验证这一假说，冈崎进行了如下实验：让T4噬菌体在20 ℃时侵染大肠杆菌70 min后，将同位素3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，在2 s、7 s、15 s、30 s、60 s、120 s后，分离T4噬菌体DNA并通过加热使DNA分子变性、全部解螺旋，再进行密度梯度离心，以DNA单链片段分布位置确定片段大小(分子越小，离试管口距离越近)，并检测相应位置DNA单链片段的放射性，结果如图2。
(1)以3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，最终在T4噬菌体DNA中检测到放射性，其原因是___________________________________________。
(2)图2中，与60 s结果相比，120 s结果中短链片段减少的原因是
________________________，该实验结果为冈崎假说提供的有力证据是
_____________________________________________________________________。
(3)据此推断DNA复制时，除了需要解旋酶、DNA聚合酶外，还需要____________酶。
DNA复制方式的实验探究
1．(链接人教版必修2 P53图3-9、P54思考·讨论)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
DNA复制的过程
2．(链接人教版必修2 P55图3-10)如图为某真核细胞中DNA复制过程的模式图，据图分析下列说法错误的是(　　)
A．DNA复制是一个边解旋边复制的过程
B．该过程发生在细胞分裂前的间期
C．酶①是解旋酶，酶②是DNA聚合酶
D．酶①和酶②均作用于氢键
DNA复制的相关计算
3．(人教版必修2 P56概念检测T3变式)将一个双链都被15N标记的DNA放在含14N的培养基中连续复制4次，收集相关实验数据，下列叙述错误的是(　　)
A．含有14N的DNA占全部DNA的比例为7/8
B．含有15N的DNA占全部DNA的比例为1/8
C．含有15N的DNA单链占全部DNA单链的比例为1/16
D．含有14N的DNA单链占全部DNA单链的比例为15/16
　　“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的培养基中连续复制n次(如上图)，则：
①子代DNA分子共2n个
②脱氧核苷酸链共2n+1条
(2)DNA分子复制过程中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，经过n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·(2n－1)个。
②第n次复制需要该种脱氧核苷酸数为m·2n-1个。
1．(2025·湖北卷)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
2．(2025·广东卷)Solexa测序是一种将PCR与荧光检测相结合的高通量测序技术。为了确保该PCR过程中，DNA聚合酶催化一个脱氧核苷酸单位完成聚合反应后，DNA链不继续延伸，应保护底物中脱氧核糖结构上的(　　)
A．1′-碱基　　　　　 B．2′-氢
C．3′-羟基 D．5′-磷酸基团
3．(2025·北京卷)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
4．(2025·贵州卷)下图为核酸的部分结构及遗传信息传递过程的示意图。下列叙述正确的是(　　)
A．图中箭头所指碳原子上连接的基团是－OH
B．甲链中相邻两个五碳糖通过磷酸二酯键连接
C．若图中序列编码一个氨基酸，则其密码子为UAC
D．遗传信息可从甲链流向乙链，但不能从乙链流向甲链

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