2021版高考生物一轮复习第3章基因的本质2DNA分子的结构和复制及基因是有遗传效应的DNA片段教案新人教版必修2 7页

- 1 - DNA 分子的结构和复制及基因是有遗传效应的 DNA 片段 考点一 DNA 分子的结构 1.两种 DNA 结构模型解读： (1)由图 1 可解读以下信息： ① ② ③ (2)图 2 是图 1 的简化形式，其中①是磷酸二酯键，是限制酶和 DNA 连接酶作用部位；③是氢 键，是解旋酶作用部位。 2.关于 DNA 结构的几个计算公式： (1)在 DNA 双链中嘌呤总数与嘧啶总数相同，即 A+G=T+C。 (2)互补碱基之和的比例在任意一条链及整个 DNA 分子中都相同，即若在一条链中 (A+T)/(G+C)=m，在互补链及整个 DNA 分子中(A+T)/(G+C)=m。 (3)非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数，在整个 DNA 分子中为 1，即若在 DNA 一 条链中(A+G)/(T+C)=a，则在其互补链中(A+G)/(T+C)=1/a，而在整个 DNA 分子中 (A+G)/(T+C)=1。 【高考警示】 - 2 - 有关 DNA 的三点提醒 (1)DNA 的一级水解产物是四种脱氧核苷酸，二级水解产物是碱基、脱氧核糖和磷酸。 (2)单链中相邻碱基之间通过-脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖-连接。 (3)G-C 间有 3 个氢键，A-T 间有 2 个氢键。含 G-C 对多的 DNA 热稳定性更高。 【典例】(2017·海南高考)DNA 分子的稳定性与碱基对之间的氢键数目有关。下列关于生物体 内 DNA 分子中(A+T)/(G+C)与(A+C)/(G+T)两个比值的叙述，正确的是 ( ) A.碱基序列不同的双链 DNA 分子，后一比值不同 B.前一个比值越大，双链 DNA 分子的稳定性越高 C.当两个比值相同时，可判断这个 DNA 分子是双链 D.经半保留复制得到的 DNA 分子，后一比值等于 1 【解析】选 D。双链 DNA 分子中 A=T、G=C，因此其(A+C)/(G+T)=1，但(A+T)/(G+C)的值不确 定，A 项错误，D 项正确；由于 G 和 C 之间含有三个氢键，含有的能量高，因此(A+T)/(G+C) 的值越小时，双链 DNA 分子的稳定性越高，B 项错误；(A+T)/(G+C)和(A+C)/(G+T)的值相同时， 只能推断出 4 种碱基数目相同，无法判断出这个 DNA 分子是双链，C 项错误。 (1)若某 DNA 分子中含有胸腺嘧啶 a 个，占碱基总数比例为 b，则该 DNA 分子中含有胞嘧啶 和氢键数目分别为多少个？ 提示：DNA 中含胞嘧啶： ÷2=a 个； 氢键：a×2+a ×3=a 。 (2)DNA 分子中连接两个相邻碱基对的方式有 2 种，分别是：氢键和脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖。 如图为某 DNA 分子的部分平面结构图，下列关于该 DNA 分子片段的说法中正确的是 ( ) - 3 - A.该 DNA 分子中每个脱氧核糖与 1 个磷酸相连接 B.③是连接 DNA 单链上 2 个核糖核苷酸的磷酸二酯键 C.若该 DNA 复制后不管得到多少个子代 DNA 分子，含母链的 DNA 分子只有 2 个 D.DNA 分子的热稳定性只与 DNA 分子的长度有关，与碱基种类及比例无关 【解析】选 C。图中①是脱氧核糖，②是磷酸，③是鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸中连接磷酸和脱氧 核糖的化学键；④是连接 DNA 单链上两个脱氧核糖核苷酸的化学键，⑤是碱基对间的氢键。DNA 分子中多数脱氧核糖与 2 个磷酸相连接，构成 DNA 分子的骨架；由 DNA 的半保留式复制可知 一个 DNA 分子复制后不管得到多少个子代 DNA 分子，含母链的 DNA 分子只有 2 个；A 与 T 之间 有 2 个氢键，G 与 C 之间有 3 个氢键，G 与 C 在 DNA 分子中所含的比例越高，其热稳定性越高。 【加固训练】 1.(2019·福州模拟)如图所示为双链 DNA 分子的平面结构模式图。下列叙述正确的是 ( ) A.图示 DNA 片段中有 15 个氢键 B.沃森和克里克利用构建数学模型的方法，提出 DNA 的双螺旋结构 C.只有在 DNA 解旋酶的作用下图示双链才能解开 D.在双链 DNA 分子中，每个磷酸基团连接 1 个脱氧核糖 【解析】选 A。图示的 DNA 片段共有 6 个碱基对，A—T 有 3 对、G—C 有 3 对；因 A—T 之间有 2 个氢键，G—C 之间有 3 个氢键，共 15 个氢键。沃森和克里克构建的是物理模型。要使 DNA 双链解开，不仅可以用 DNA 解旋酶，还可以用高温加热解旋。在双链 DNA 分子中，每条链中 间的每个磷酸基团都分别连接 2 个脱氧核糖，每条链两端的磷酸基团只连接 1 个脱氧核糖。 - 4 - 2.(2016·上海高考)在 DNA 分子模型的搭建实验中，若仅用订书钉将脱氧核糖、磷酸、碱基 连为一体并构建一个含 10 对碱基(A 有 6 个)的 DNA 双链片段，那么使用的订书钉个数为 ( ) A.58 B.78 C.82 D.88 【解析】选 C。构成一个脱氧核苷酸需要 2 个订书钉，20 个脱氧核苷酸总共需要 40 个订书钉； 一条 DNA 单链需要 9 个订书钉连接 10 个脱氧核苷酸，两条链共需要 18 个订书钉；由于 A-T 之间有 2 个氢键，G-C 之间有 3 个氢键，A 有 6 个，所以双链间的氢键数共有 6×2+4×3=24 个。总共需要订书钉 40+18+24=82 个。 考点二 DNA 分子的复制 1.DNA 分子复制中的相关计算： DNA 分子的复制为半保留复制，一个 DNA 分子复制 n 次，其结果分析如下： (1)DNA 分子数。 ①子代 DNA 分子数=2n 个。 ②含有亲代 DNA 链的子代 DNA 分子数=2 个； ③不含亲代 DNA 链的子代 DNA 分子数=(2n-2)个。 (2)脱氧核苷酸链数。 ①子代 DNA 分子中脱氧核苷酸链数=2n+1 条； ②亲代脱氧核苷酸链数=2 条； ③新合成的脱氧核苷酸链数=(2n+1-2)条。 (3)消耗的脱氧核苷酸数。 ①若一亲代 DNA 分子含有某种脱氧核苷酸 m 个，经过 n 次复制需要消耗该脱氧核苷酸数为 m·(2n-1)个； ②第 n 次复制所需该脱氧核苷酸数=2n 个 DNA 分子中该脱氧核苷酸数-2n-1 个 DNA 分子中该脱氧 核苷酸数=2n·m-m·2n-1=m·(2n-2n-1)=(m·2n-1)个。 2.DNA 复制模型： - 5 - 3.DNA 复制与染色体复制： 【高考警示】 关于 DNA 复制的四点提醒 (1)DNA 复制时两条链反向同时进行。 (2)DNA 复制可被阻断。 (3)染色体复制本质是 DNA 复制。 (4)噬菌体繁殖本质就是 DNA 复制。 【典例】(2016·全国卷Ⅰ)在有关 DNA 分子的研究中，常用 32P 来标记 DNA 分子。用α、β和 γ表示 ATP 或 dATP(d 表示脱氧)上三个磷酸基团所处的位置(A-Pα～Pβ～Pγ或 dA-Pα～Pβ～ Pγ)。回答下列问题： (1)某种酶可以催化 ATP 的一个磷酸基团转移到 DNA 末端上，同时产生 ADP。若要用该酶把 32P 标记到 DNA 末端上，那么带有 32P 的磷酸基团应在 ATP 的_______(填“α”“β”或“γ”) 位上。 (2)若用带有 32P 的 dATP 作为 DNA 生物合成的原料，将 32P 标记到新合成的 DNA 分子上，则带 有 32P 的磷酸基团应在 dATP 的_______(填“α”“β”或“γ”)位上。 (3)将一个某种噬菌体 DNA 分子的两条链用 32P 进行标记，并使其感染大肠杆菌，在不含有 32P 的培养基中培养一段时间。若得到的所有噬菌体双链 DNA 分子都装配成噬菌体(n 个)并释放， 则其中含有 32P 的噬菌体所占比例为 2/n，原因是 ____________。 【解析】本题主要考查 DNA 的结构与同位素标记法的应用。 - 6 - (1)由题干信息可知，ATP 中远离 A 的磷酸基团是 Pγ，当 ATP 水解后形成的 Pγ参与 DNA 的合成， 则 32P 标记的磷酸基团位于 ATP 的γ位上。 (2)dATP 去掉 2 个磷酸基团后是合成 DNA 的原材料，若用 32P 标记的 dATP 合成 DNA，则标记的 磷酸基团应位于靠近 A 的位置上，即α位上。 (3)DNA 的复制是半保留复制，一个噬菌体 DNA 分子的 2 条链都用 32P 标记，原标记的 2 条链作 为模板合成新的 DNA，如此反复有且只有 2 条链被 32P 标记，最终被分配到 2 个噬菌体中。 答案：(1)γ (2)α (3)一个含有 32P 标记的噬菌体双链 DNA 分子经半保留复制后，标记的 2 条单链只能被分配到 2 个噬菌体的双链 DNA 分子中，因此在得到的 n 个噬菌体中有 2 个带有 标记 (1)ATP 脱掉β位、γ位的磷酸基团后，剩余部分成为 RNA 的基本单位，名称为腺嘌呤核糖 核苷酸。 (2)如果题(3)中产生的子代噬菌体 n 个含有 31P，合成子代噬菌体所需要的模板、原料和能量 分别由亲代噬菌体、大肠杆菌和大肠杆菌提供。 (2018·海南高考)现有 DNA 分子的两条单链均只含有 14N(表示为 14N14N)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 15N14N 和 14N14N 两种，其比例为 1∶3 B.有 15N15N 和 14N14N 两种，其比例为 1∶1 C.有 15N15N 和 14N14N 两种，其比例为 3∶1 D.有 15N14N 和 14N14N 两种，其比例为 3∶1 【解析】选 D。本题考查 DNA 的复制特点。假设含有 DNA 分子为 14N14N 的一个大肠杆菌在含有 15N 的培养基中繁殖两代，根据半保留复制的特点，第一代形成两个 DNA 分子全为 14N15N，第二 代形成 4 个 DNA 分子，2 个 14N15N 和 2 个 15N15N，若这些大肠杆菌在含有 14N 的培养基中再繁殖 一代，形成 8 个 DNA 分子，含 2 个 14N14N 和 6 个 14N15N。所以 14N15N 和 14N14N 的比例为 3∶1。 【加固训练】 1.(2019·邯郸模拟)下面为真核细胞 DNA 复制过程的模式图，据图分析，相关叙述错误 的是 ( ) - 7 - A.由图示得知，DNA 分子复制的方式是半保留复制 B.解旋酶能使双链 DNA 解开，但需要消耗 ATP C.子代 DNA 分子的两条链是反向平行排列的 D.DNA 在复制过程中是先进行解旋，后半保留复制 【解析】选 D。由图示可知，新合成的每个 DNA 分子中，都保留了原来 DNA 分子中的一条链， 因此 DNA 分子复制的方式是半保留复制；解旋酶使 DNA 双链解开的过程需要消耗 ATP；子代 DNA 分子的两条链是反向平行的；DNA 在复制过程中是边解旋，边半保留复制的。 2.用 15N 标记含有 100 个碱基对的 DNA 分子(其中有腺嘌呤 60 个)，该 DNA 分子在含 14N 的培养 基中连续复制 4 次。下列有关判断错误的是 ( ) A.含有 15N 的 DNA 分子有两个 B.含有 14N 的 DNA 分子占总数的 7/8 C.第 4 次复制消耗胞嘧啶脱氧核苷酸 320 个 D.复制共产生 16 个 DNA 分子 【解析】选 B。由于 DNA 分子的复制是半保留复制，亲代 DNA 分子的两条链始终存在于子代的 两个 DNA 分子中，因此含有 15N 的 DNA 分子有两个；该 DNA 分子是在含 14N 的培养基中复制的， 新形成的子链均含有 14N，故 16 个 DNA 分子都含 14N，比例为 100%；根据碱基互补配对原则， DNA 分子中腺嘌呤有 60 个，则胞嘧啶有 40 个，第 4 次复制需消耗胞嘧啶脱氧核苷酸数 =24-1×40=320(个)；1 个 DNA 分子经过 4 次复制，共产生 24=16 个 DNA 分子。