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第2、3、4节 DNA分子的结构
DNA分子的复制 基因是有遗传效应的DNA片段
【高考目标定位】
1、DNA分子结构的主要特点
2、基因的概念
3、DNA分子的复制
【考纲知识梳理】
一、DNA分子结构
1、结构
（1）元素组成：C、H、O、N、P(不含S)
（2）基本单位 脱氧核苷酸．如图所示：21世纪教育网
其中，○表示一分子磷酸； 表示一分子脱氧核糖； 表示含氮碱基．构成DNA分子的含氮碱基共有4种，即A(腺嘌呤)、T(胸腺嘧啶)、G(鸟嘌呤)、C(胞嘧啶)。
脱氧核糖的结构简式如右图：
在脱氧核苷酸分子中，特别要注意三个小分子之间的连接，其中，脱氧核糖的l号碳原子与含氮碱基相连，5号碳原子与磷酸分了相连。
（3）一条脱氧核苷酸单链中，相邻脱氧核苷酸之间的连接如图所示。
一分子脱氧核苷酸中脱氧核糖的3号碳原子与另一分子脱氧核苷酸中的磷酸通过形成新的化学键(磷酸二酯键)相连接。
（4）两条单链之间形成的碱基对表示如下
①碱基之间的配对方式有两种，即上图所示的A一定与T配对，G一定与C配对。
③配对的碱基之间以氢键相连，A与T之间形成两条氢键．G与C之间形成三条氢键。
③配对的两个脱氧核苷酸方向相反，尤其要注意脱氧核糖的位置。
2、特点
(1)两条链反向平行盘旋成双螺旋结构。
（2）脱氧核糖与磷酸交替排列连接，排列在外侧，构成基本骨架。
（3）内部为碱基通过氢键配对。
二、 DNA分子的复制
1、概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
2、复制的时间：体细胞的DNA分子复制发生在有丝分裂的间期。生殖细胞的DNA复制发生在减数第一次分裂的间期。[来源:21世纪教育网]
3、过程：
(1)解旋：亲代DNA在解旋酶的作用下，把两条螺旋的双链解开，形成两条单链(母链)。解旋是使两条链之间的氢键断裂，需ATP提供能量。
(2)子链合成：以解开的两条母链为模板，以周围环境中游离的脱氧核苷酸为原料各自合成与母链互补的一条子链。
(3)子代DNA分子的形成两条母链分别与各自决定的子链组成两个完全相同的DNA分子。
4、特点：
（1）边解旋边复制。 [来源:21世纪教育网]
（2）复制方式：半保留复制。
5、条件：
（1）模板：亲代DNA分子的两条链。
（2）原料：脱氧核苷酸。
（3）能量：ATP。
（4）酶：解旋酶、DNA聚合酶。
6、准确复制的原因：
（1）DNA分子独特的双螺旋结构提供精确模板。
（2）通过碱基互补配对原则保证了复制准确进行。
7、意义：
将遗传信息从亲代传给了子代，保持了遗传信息的连续性。
三、基因是有遗传效应的DNA片段[来源:21世纪教育网
1、基因与DNA的关系
（1）一个DNA上有许多个基因。构成基因的碱基数小于（填“大于”、“小于”“等于”）DNA分子的碱基总数。
（2）基因实质：基因是有遗传效应的DNA片段。
2、遗传信息与DNA的关系
遗传信息蕴藏在DNA分子的4种碱基的排列顺序之中。
3、DNA分子特性：
（1）多样性：主要取决于碱基排列顺序。21世纪教育网
（2）特异性：是由DNA分子中特定的碱基排列顺序决定的。
（3）稳定性：主要取决于DNA分子的双螺旋结构。
21世纪教育网[来源:21世纪教育网
【要点名师精解】
一、有关DNA复制的几个问题
1、复制的场所：DNA主要分布在细胞核内，细胞核是DNA复制的主要场所。
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ATP供能，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、复制的过程：
21世纪教育网
4、DNA复制的准确性的原因
（1）DNA分子独特的双螺旋结构提供精确模板。
（2）通过碱基互补配对原则保证了复制准确进行。
5、DNA半保留复制的特点：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）。
6、DNA复制的有关计算
（1）已知DNA分于中碱基数求复制n次与第n次所需某碱基数量。
若DNA分子复制n次则可产生2n个子DNA分子，由于DNA复制为半保留复制，则复制 n次时，除第一代DNA(亲代DNA分子)的两条模板链不需新原料构建外，其余所有链无一不是新原料构建的，故所需原料应为：总链数－2条模板链即相当于(2n　－1)个DNA分子中的原料量．
当只需计算第n次所需原料量时，可据第n次产生2n个DNA分子，本次应需新构建子链2n条(每个子DNA均有一条新子链)，这2n条新子链应相当于2n/2个子DNA 故本次所需原料也应为2n/2个DNA乘以每个DNA中该原料量。
（2）关于半保留复制的有关计算问题
已知某一条全部N原子被15N标记的DNA分子（0代），转移到含有14N的培养基中培养（复制）若干代，其结果分析如下表：
世代 DNA分子的特点[来源:21世纪教育网 DNA中脱氧核苷酸链的特点
分子总数 细胞中DNA分子在试管中的位置 不同DNA分子占全部DNA分子之比 母链总数 不同脱氧核苷酸链占全部比
含15N分子 含14N和15N杂种分子 含14N分子 含15N的链 含14N的链
0 1 全在下部 1 2 1 0
1 2 全在中部 1 4 1/2 1/2
2 4 1/2中1/2上 1/2 1/2 8 1/4 3/4
3 8 1/4中3/4上 1/4 3/4 16 1/8 7/8
n 2n 1/2n-1中1－1/2n-1上 1/2n-1 1－1/2n-1 2n+1 1/2n 1－1/2n
【例1】下列关于DNA复制的叙述，正确的是
A．在细胞有丝分裂间期，发生DNA复制
B．DNA通过一次复制后产生四个DNA分子
C．DNA双螺旋结构全部解链后，开始DNA的复制
D．单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链
【答案】A
【解析】DNA通过一次复制后产生两个DNA分子，ＤＡＮ复制的特点是边解旋边复制，半保留复制。复制需要的酶为ＤＮＡ聚合酶。
二、基因与脱氧核苷酸、DNA、染色体和生物性状之间的关系
关系 内容
基因与脱氧核苷酸 基因的基本组成单位是脱氧核苷酸，每个基因含有成百上千个脱氧核苷酸。基因中脱氧核苷酸的排列顺序称为遗传信息
基因与DNA 基因是有遗传效应的DNA片段．每个DNA分子上有很多个基因
基因与染色体 基因在染色体上呈线性排列，染色体是基因的主要载体
基因与生物性状 基因不仅可以通过复制把遗传信息传递给下一代，还可“使遗传信息以一定的方式反映到蛋白质的分子结构上来，从而使后代表现出与亲代相似的性状。遗传学上把这过程叫做基因的表达
【例2】用a表示DNA，b表示基因，c表示脱氧核苷酸，d表示碱基，则四者的关系是
【解析】DNA、基因、脱氧核苷酸、碱基四者之间的关系，分析如下：
【答案】D
【感悟高考真题】
（2010·山东高考）7．蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期，其染色体的放射性标记分布情况是 A．每条染色体的两条单体都被标记
B．每条染色体中都只有一条单体被标记
C．只有半数的染色体中一条单体被标记
D．每条染色体的两条单体都不被标记
【答案】B
【解析】由于DNA分子的复制方式为半保留复制，在有放射性标记的培养基中一个细胞周期后，每个DNA分子中有一条链含放射性。继续在无放射性的培养基中培养时，由于DNA的半保留复制，所以DNA分子一半含放射性，一半不含放射性，每个染色单体含一个DNA分子，所以一半的染色单体含放射性。
（2010·江苏高考）1.下列关于核酸的叙述中，正确的是
A.DNA和RNA中的五碳糖相同
B.组成DNA与ATP的元素种类不同
C. T2噬苗体的遗传信息贮存在RNA中
D.双链DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数
【解析】本题主要考查核酸的组成、结构和功能。DNA含有脱氧核糖，RNA含有核糖，A项错误；DNA和ATP都是由C、H、O、N、P五种元素组成，B项错误。T2噬菌体遗传物质为DNA，故其遗传信息也储存在DNA中，C项错误。双链DNA嘌呤总和嘧啶碱基互补配对，故两者数量相等，D项正确。
【答案】D
（2010·北京高考）30.（16分）
科学家以大肠杆菌为实验对象，运用同位素失踪技术及密度梯度离心方法进行了DNA复制方式的探索实验，实验内容及结果见下表。
组别 1组 2组 3组 4组
培养液中唯一氮源
繁殖代数 多代 多代 一代 两代
培养产物 A B B的子I代 B的子II代
操作 提取DNA并离心
离心结果 仅为轻带（/ ） 仅为重带（/ ） 仅为中带(/) 1/2轻带（/ ）1/2中带(/)
请分析并回答：
（1）要得到DNA中的N全部被放射性标记的大肠杆菌B，必须经过___________代培养，且培养液中的__________是唯一氮源。
（2）综合分析笨实验的DNA离心结果，第_________组结果对得到的结论起到了关键作用，但需把它与第__________组和第___________组的结果进行比较，才能说明DNA分子的复制方式是_________。
（3）分析讨论：
①若子I代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带，则“重带”DNA来自于________
据此可判断DNA分子的复制方式不是___________复制。
②若将子I代DNA双链分开后再离心，其结果是___________（选填“能”或“不能”）
判断DNA的复制方式。
③若在同等条件下将子II代继续培养，子n代DNA离心的结果是：密度带的数量和位置是_____________，放射性强度发生变化的是__________带。
④若某次实验的结果中，子I代DNA的“中带”比以往实验结果的“中带”略宽，可能的原因是新合成的DNA单链中的N尚有少部分为______________.
（2009·江苏高考）下图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图，有关叙述错误的是
A．图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的
B．图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的
C．真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶
D．真核生物的这种复制方式提高了复制速率
【解析】本题通过信息考查DNA的复制相关知识。从图中只能看出有一个复制起点，所以A不对。图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的，真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶，DNA聚合酶等参与。这种半保留复制的模式不仅保持前后代的稳定性，每次复制都可产生两个DNA分子，提高了效率。
【答案】A
（2009·广东高考）有关DNA分子结构的叙述，正确的是
A. DNA分子由4种脱氧核苷酸组成
B. DNA单链上相邻碱基以氢键连接
C. 碱基与磷基相连接
D. 磷酸与脱核糖交替连接构成DNA 链的基本骨架
【解析】DNA双链上相对应的碱基以氢键连接，单链上相邻碱基之间通过脱氧核糖和磷酸二酯键联系起来，脱氧核糖和磷酸交替排列在外侧，构成DNA 链的基本骨架。碱基排列在内侧，与脱氧核糖直接相连。
【答案】AD
（2008·江苏高考）亚硝酸盐可使DNA的某些碱基脱去氨基，碱基脱氨基后的变化如下：C转变为U（U与A配对），A转变为I（I为次黄嘌呤，与C配对）。现有一DNA片段为，经亚硝酸盐作用后，若链①中的A、C发生脱氨基作用，经过两轮复制后其子孙代DNA片断之一为
【解析】经亚硝酸盐作用后，若链①中的A、C发生脱氨基作用，则①链转变成-IGTUG-。第一次复制后成为-IGTUG- ，第二次复制后则成为-IGTUG- 和-CCAAC- 。
-CCAAC- -CCAAC- -GGTTG-
【答案】C。
（2008·海南高考）下列与生物体内核酸分子功能多样性无关的是：
A．核苷酸的组成种类 B.核苷酸的连接方式
C.核苷酸的排列顺序 D.核苷酸的数量多少
【解析】核酸是由核苷酸连接而成的长链大分子物质，连接方式都是一样的。DNA是由脱氧核苷酸连接形成的，RNA是由核糖核苷酸连接形成的，不同的核酸分子中核苷酸的数量、排列顺序都是不同的。
【答案】B
【考点精题精练】
1. 由1分子磷酸、1分子碱基和1分子化合物a构成了化合物b，如右图所示，则叙述正确的是 C
A．若m为腺嘌呤，则b肯定为腺嘌呤脱氧核苷酸
B．在禽流感病毒、幽门螺杆菌体内b均为4种
C．ATP脱去两个磷酸基团，可形成b
D．若a为脱氧核糖，则由b构成的核酸完全水解，得到的化合物最多有8种
2. 右图表示某DNA片段，有关该图的叙述正确的是( B )
A．②③④形成胞嘧啶核糖核苷酸
B．⑥在DNA中的特定排列顺序可代表遗传信息
C．如果该片段复制两次，则至少需要游离的鸟嘌呤核糖核苷酸6个
D．DNA解旋酶作用于①处的化学键
3. （2010·上海市长宁区高三二模）某噬菌体的DNA为单链DNA，四种碱基的比率是A-0.28、G-0.32、T-0.24、C-0.16。当它感染宿主细胞时，能形成杂合型双链DNA分子，则杂合型双链DNA分子在上四种碱基A、G、C、T的比率依次是 B
A．0.24 0.16 0.32 0.28 B．0.26 0.24 0.24 0.26
C．0.28 0.32 0.24 0.16 D．0.24 0.26 0.26 0.24
4. 有关DNA分子结构的叙述，正确的是 A
A.DNA分子由4种脱氧核苷酸组成
B.DNA单链上相邻碱基以氢键连接
C.碱基与磷酸相连接
D.磷酸与脱氧核糖交替连接在内侧构成DNA链的基本骨架
5. 甲生物核酸的碱基组成为：嘌呤占46%、嘧啶占54%，乙生物遗传物质的碱基比例为：嘌呤占34%、嘧啶占66%，则甲、乙生物可能是（ D ）
A、蓝藻、变形虫 B、T2噬菌体、豌豆
C、硝化细菌、绵羊 D、肺炎双球菌、烟草花叶病毒
6. 下列关于DNA复制的叙述，正确的是（ A ）
A、在细胞有丝分裂间期，发生DNA复制
B、DNA通过一次复制后产生四个DNA分子
C、DNA双螺旋结构全部解链后，开始DNA的复制
D、单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链
7. 关于细胞内DNA复制的叙述，正确的是 D
A.发生在细胞分裂的各个时期
B.子代DNA分子由两条新链组成
C．需要模板、原料、能量和酶等
D.形成的两条新链碱基序列相同
8. （2010·山东省临沂市高三一模）DNA复制尽管精确，但仍有10-9的错误率，那么约为31.6亿个碱基对的人类基因组复制一次产生的错误个数和这些错误可能产生的影响分别是 （ D ）
A．约为3个，影响很大 B．约为3个，没有影响
C．约为6个，影响很大 D．约为6个，影响可能很大也可能没有影响
9. 某条只含有14N的双链DNA分子共有含氮碱基1400个，其中一条单链上（A+T）：（C+G）=2：5。则该DNA分子放在15N的培养基上连续复制两次后，含有15N的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数和15N的DNA数依次是（ C ）
A．600 3 B．400个 4 C．600 4个 D．1200个 3
10. 某一DNA分子中，A为200个，复制数次后消耗周围环境中含A的脱氧核苷酸3000个，该DNA分子已经复制了几次（ A ）
A、4次 B、3次 C、5次 D、6次
11. 科学家将细菌中的抗青枯病基因转移到马铃薯叶肉细胞内，培育出了抗病马铃薯植株。由此可以说明的是 C
A．抗青枯基因由编码区和非编码区组成
B．用基因诊断技术可以检测该植株能抗青枯病
C．抗青枯病基因能在马铃薯块茎细胞中表达
D．人们能定向改造生物的遗传性状
12. 某个DNA片段由500对碱基组成，A＋T占碱基总数的34%，若该DNA片段复制2次，共需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸分子个数为（ C ）
A、330 B、660 C、990 D、1320
13. 噬菌体фX174是单链DNA生物，当它感染宿主细胞时，首先形成复制型（RF）的双链DNA分子。如果该生物DNA的碱基构成是：27%A，31%G，22%T和20%C。那么，RF中的碱基构成情况是
A．27%A，31%G，22%T和20%C B．24.5%A，25.5%G，24.5%T和25.5%C
C．22%A，20%G，27%T和31%C D．25.5%A，24.5%G，25.5%T和24.5%C
14. 从病毒到真核生物都有基因，对基因概念理解的叙述，正确的是 A
A．每一个基因都有特定的遗传效应
B．基因就是DNA上有遗传效应的片段
C．有多少基因就控制着多少遗传性状
D．基因控制的性状都能在后代表现出来
15. 下列关于染色体和DNA的关系说法正确的是（ A ）
①DNA均位于染色体上；②染色体就是DNA；③DNA是染色体的主要成分；④染色体和DNA都是遗传物质；⑤每条染色体上总是只含一个DNA分子；⑥染色体的基本组成单位是脱氧核苷酸；⑦染色体和DNA都是在间期复制并加倍；⑧有丝分裂中，染色体和DNA都是在间期复制、后期加倍；⑨基因都位于DNA上，也都位于染色体上。
A、③ B、②③⑤ C、①⑦⑨ D、④⑧⑨
16. 在正常情况下，细胞内完全可自主合成组成核酸的核糖和脱氧核糖。现在细胞系由于发生基因突变而不能自主合成核糖和脱氧核糖，必须从培养基中摄取。为验证DNA分子复制的原料是脱氧核苷酸，而不是核糖核苷酸，现提供如下实验材料，请你完成实验方案。
（1）实验目的：验证DNA分子复制的原料是脱氧核苷酸，而不是核糖核苷酸。
（2）实验材料：突变细胞系、基本培养基、12C—核糖核苷酸、14C—核糖核苷酸、12C—脱氧核苷酸、14C—脱氧核苷酸、放射性探测显微仪等。
（3）实验原理：DNA主要分布在细胞核，其基本组成单位是脱氧核苷酸；RNA主要分布在细胞质，其基本组成单位是核糖核苷酸。
（4）实验步骤：第一步：编号。取基本培养基两个，编号为甲、乙。
第二步：设置对比实验。在培养基甲中加入适量的12C—核糖核苷酸和14C—脱氧核苷酸；在培养基乙中加入等量的14C—核糖核苷酸和12C—脱氧核苷酸。
第三步：培养。在甲、乙培养基中分别接种等量的突变细胞系，放到适宜的相同环境中培养一段时间，让细胞增殖。
第四步：观察。分别取出培养基甲、乙中的细胞，用放射性探测显微仪观察细胞核和细胞质的放射性强弱。
（5）预期结果：①培养基甲中细胞的放射性部位主要在细胞核；
②培养基乙中细胞的放射性部位主要在细胞质。
（6）实验结论：DNA分子复制的原料是脱氧核苷酸而不是核糖核苷酸。
17.下图是DNA复制图解，请据图回答问题：
（1）DNA复制的时期是 。
（2）DNA复制的结构基础是 和 。
（3）实验室内模拟DNA复制如图所示所需的一组条件是（ ）
①DNA模板 ②解旋酶、聚合酶等酶 ③ATP和四种脱
氧核苷酸 ④RNA引物 ⑤适宜的温度和酸碱度
A．①②③ B．①②③④ C．①②③④⑤ D．①③④⑤
（4）将15N标记的DNA分子的细胞，放在没有标记的培养基上培养，连续进行几次有丝分裂，第一次有丝分裂结束后，含15N标记的细胞占细胞总数的 ，第二次有丝分裂结束后，含15N标记的染色体占染色体总数的 。
（5）具有200个碱基对的一个DNA分子区段，内含60个胸腺嘧啶，连续复制三次需游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸有（ ）个
A．840个 B．980个 C．1120个 D．1260个
（6）DNA分子复制又称为 复制。
答案：（1）有丝分裂的间期和减数分裂第一次分裂之前的间期（2）独特的双螺旋结构 碱基互补配对原则（3）C（4）100% 1/2（5）B（6）半保留
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