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- 2021-09-24 发布
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2020届 一轮复习 人教版 DNA分子的结构、复制以及基因的本质 学案
考纲要求
1.DNA分子结构的主要特点(Ⅱ)。2.DNA分子的复制(Ⅱ)。3.基因的概念(Ⅱ)。
考点一 DNA分子的结构及相关计算
1. 解读两种DNA结构模型
(1)由图甲可解读以下信息:
(2)图乙是图甲的简化形式,其中①是磷酸二酯键,③
是氢键。解旋酶作用于③部位,限制酶和DNA连接酶作用于①部位。
2. 碱基互补配对原则及相关计算规律
(1)碱基互补配对原则:A一定与T配对,G一定与C配对。
(2)四个计算规律
①规律一:一个双链DNA分子中,A=T、C=G,则A+G=C+T,即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。
②规律二:在双链DNA分子中,互补的两碱基之和(如A+T或C+G)占全部碱基的比值等于其任何一条单链中该种碱基比例的比值,且等于其转录形成的mRNA(T换为U)中该种碱基比例的比值。
③规律三:在DNA双链中,一条单链的的值与其互补单链的的值互为倒数关系。(不配对的碱基之和比例在两条单链中互为倒数)
提醒:在整个DNA分子中该比值等于1。
④规律四:在DNA双链中,一条单链的的值,与该互补链的的值是相等的,也与整个DNA分子中的的值是相等的。
提醒:综合规律三、四可简记为“补则等,不补则倒”。
3. 判断核酸种类的方法
(1)DNA和RNA的判断
含有碱基T或脱氧核糖⇒DNA;
含有碱基U或核糖⇒RNA。
(2)单链DNA和双链DNA的判断
⇒双链DNA;
若:嘌呤≠嘧啶⇒单链DNA
(3)DNA和RNA合成的判断
用放射性同位素标记T或U可判断DNA和RNA的合成。若大量消耗T,可推断正发生DNA的合成;若大量利用U,可推断正进行RNA合成。
1.已知某链状DNA分子含有200个碱基,而碱基间的氢键共有260个。如图为该DNA分子的部分平面结构,虚线表示碱基间的氢键。下列有关叙述正确的是( D )
A.该DNA分子的每个脱氧核糖上均连着两个磷酸和一个碱基
B.该DNA分子中一条脱氧核苷酸链上的两个相邻碱基之间是以氢键连接的
C.A与T构成的碱基对的比例越高,该DNA分子稳定性越高
D.该DNA分子中共有腺嘌呤40个,C和G构成的碱基对共60个
解析:链状DNA分子中两条链的末端各有一个脱氧核糖只与一个磷酸相连。该DNA分子双链上配对的碱基之间是以氢键连接的,而单链上两个相邻碱基之间是以“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接的。由于G与C之间有三个氢键,A与T之间有两个氢键,因此,G与C构成的碱基对的比例越高,DNA分子稳定性越高。假设该DNA分子中A、T的数目各为x,C、G的数目各为y,则有2x+2y=200,2x+3y=260,解得x=40,y=60,则其应含有G—C或C—G碱基对共60个,该DNA分子中腺嘌呤数为40个。
2.(2019·安阳市高三一调)某双链(α链和β链)DNA分子中有2 000个碱基,其中腺嘌呤占20%。下列有关分析正确的是( C )
A.α链中A+T的含量等于β链中C+G的含量
B.α链和β链中G所占本链的比例之和等于DNA双链中G所占的比例
C.该DNA分子中含有的氢键数目为2 600个
D.以该DNA分子为模板转录出的RNA中A+U=800个
解析:α链中A+T的含量等于β链中T+A的含量,A错误;α链和β链中G所占的比例之和是DNA双链中G所占比例的2倍,B错误;该DNA分了中氢键数目为A的数目×2+G的数目×3=400×2+600×3=2 600(个),C正确;以该DNA分子为模板转录出的RNA中A+U等于α链或β链A+T的数目,即400个,D错误。
3.已知DNA分子中,碱基对A与T之间形成2个氢键,C与G之间形成3个氢键;在一个双链DNA分子片段中有200个碱基对,其中A有90个。因此在这个DNA片段中含有游离的磷酸的数目和氢键的数目依次为( D )
A.200、400 B.44、510
C.2、400 D.2、510
解析:一个DNA分子片段中含有游离磷酸的数目为2个;由于该DNA分子片段中有200个碱基对,其中A有90个,则T有90个,C和G各有110个,A与T之间的氢键为2×90=180(个),C与G之间的氢键为3×110=330(个),故该DNA分子片段中的氢键数为180+330=510(个)。
4.(2019·绵阳模拟)下图所示DNA分子片段中一条链含15N,另一条链含14N。下列有关说法错误的是( C )
A.DNA连接酶和DNA聚合酶都可作用于形成①处的化学键,解旋酶作用于③处
B.②是胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸
C.若该DNA分子中一条链上G+C=56%,则无法确定整个DNA分子中T的含量
D.把此DNA放在含15N的培养液中复制两代,子代中含15N的DNA占100%
解析:DNA连接酶和DNA聚合酶均作用于两个核苷酸之间的化学键,解旋酶作用于碱基对之间的氢键,A项正确;②是胸腺嘧啶脱氧核苷酸,B项正确;若该DNA分子中一条链上G+C=56%,则整个DNA分子中G+C的含量也是56%,则整个DNA分子中T的含量为(1-56%)/2=22%,C项错误;DNA进行半保留复制,把此DNA放在含15N的培养液中复制两代,由于所用原料均含有15N,子代中含15N的DNA占100%,D项正确。
5.(2019·济南模拟)20世纪50年代初,查哥夫对多种生物DNA做了碱基定量分析,发现(A+T)/(C+G)的比值如下表。结合所学知识,你认为能得出的结论是( D )
DNA
来源
大肠
杆菌
小麦
鼠
猪肝
猪胸腺
猪脾
(A+T)/
(C+G)
1.01
1.21
1.21
1.43
1.43
1.43
A.猪的DNA结构比大肠杆菌DNA结构更稳定一些
B.小麦和鼠的DNA所携带的遗传信息相同
C.小麦DNA中(A+T)的数量是鼠DNA中(C+G)数量的1.21倍
D.同一生物不同组织的DNA碱基组成相同
解析:
大肠杆菌DNA中(A+T)/(C+G)的比值小于猪的,说明大肠杆菌DNA所含C—G碱基对的比例较高,而C—G碱基对含三个氢键,因此大肠杆菌DNA稳定性高于猪的,故A项错误;虽然小麦和鼠的(A+T)/(C+G)比值相同,但不能代表二者的碱基序列与数目相同,故B、C项错误;同一生物的不同组织所含DNA的碱基序列是相同的,因此DNA碱基组成也相同,故D项正确。
考点二 DNA的复制及基因的本质
1. DNA半保留复制的实验分析与影响因素
(1)DNA半保留复制的实验分析
①实验方法:放射性同位素示踪法和离心技术。
②实验原理:含15N的双链DNA密度大,含14N的双链DNA密度小,一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度居中。
③实验假设:DNA以半保留的方式复制。
④实验预期:离心后应出现3条DNA带。
a.重带(密度最大):两条链都为15N标记的亲代双链DNA。
b.中带(密度居中):一条链为14N标记,另一条链为15N标记的子代双链DNA。
c.轻带(密度最小):两条链都为14N标记的子代双链DNA。
⑤实验过程:
⑥过程分析:
a.立即取出,提取DNA→离心→全部重带。
b.繁殖一代后取出,提取DNA→离心→全部中带。
c.繁殖两代后取出,提取DNA→离心→轻带、中带。
⑦实验结论:DNA的复制是以半保留方式进行的。
(2)影响DNA复制的外界因素
2. DNA复制的有关计算
DNA复制为半保留复制,若将亲代DNA分子复制n代,其结果分析如下:
(1)子代DNA分子数为2n个。其中:
①含有亲代链的DNA分子数为2个。
②不含亲代链的DNA分子数为2n-2个。
③含子代链的DNA分子有2n个。
(2)子代脱氧核苷酸链数为2n+1条。其中:
①亲代脱氧核苷酸链数为2条。
②新合成的脱氧核苷酸链数为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次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸数为m·(2n-1)个。
②第n次复制所需该脱氧核苷酸数为m·2n-1个。
3. DNA复制与细胞分裂中染色体标记问题
(1)减数分裂与有丝分裂中染色体标记情况分析
①减数分裂中染色体标记情况分析
如果用3H标记细胞中的DNA分子,然后将细胞放在正常环境中培养,让其进行减数分裂,结果染色体中的DNA标记情况如图所示:
由图可以看出,减数分裂过程中细胞虽然连续分裂2次,但DNA只复制1次,所以四个子细胞中所有DNA分子均呈杂合状态,即“3H1H”。
②有丝分裂中染色体标记情况分析
如果用3H标记细胞中的DNA分子,然后将细胞放在正常环境中培养,连续进行2次有丝分裂,与减数分裂过程不同,因为有丝分裂是复制1次分裂1次,因此这里实际上包含了2次复制。
由图可以看出,第一次有丝分裂形成的两个子细胞中所有DNA分子均呈杂合状态,即“3H1H”
。第二次有丝分裂复制后的染色体上两条单体中只有一条单体含有3H,即DNA分子为“3H1H”,而另一条单体只有1H,即DNA分子为“1H1H”,在后期时两条单体的分离是随机的,所以最终形成的子细胞中可能都含有3H,也可能不含3H,含有3H的染色体条数是0~2n条(体细胞染色体条数是2n)。
(2)四步法解决细胞分裂中染色体标记问题
第一步
画出含一条染色体的细胞图,下方画出该条染色体上的1个DNA分子,用竖实线表示含同位素标记
第二步
画出复制一次,分裂一次的子细胞染色体图,下方画出染色体上的DNA链,未被标记的新链用竖虚线表示
第三步
再画出第二次复制(分裂)后的细胞的染色体组成和DNA链的情况
第四步
若继续推测后期情况,可想象着丝点分裂,染色单体分开的局面,并进而推测子细胞染色体的情况
1.(2019·龙岩模拟)果蝇的体细胞中含有8条染色体。现有一个果蝇体细胞,它每条染色体的DNA双链都被32P标记。如果把该细胞放在不含32P的培养基中培养,使其连续分裂,那么将会在第几次细胞分裂中出现每个细胞的中期和后期都有8条染色体被32P标记( B )
A.第1次 B.第2次
C.第3次 D.第4次
解析:
由于DNA的复制是半保留复制,在第一次有丝分裂结束后,果蝇的体细胞中均含有8条染色体,8个DNA,每个DNA的2条链中均含1条标记链和一条非标记链。在第二次有丝分裂时,间期复制完成时会有16个DNA,但是这16个DNA中,有8个DNA均是含1条标记链和一条非标记链,另外8个DNA均含非标记链;中期由于着丝点没有分裂,每条染色体上有2个DNA,一个DNA含1条标记链和一条非标记链,另一个DNA只含非标记链,所以在中期会有8条染色体有标记;后期着丝点分裂,每条染色体上的DNA随着姐妹染色单体的分开而分开,形成16条染色体,其中只有8条含有标记,这8条染色体中的DNA是含1条标记链和一条非标记链。故B项正确。
2.(2019·邵阳模拟)将某一经3H充分标记DNA的雄性动物细胞(染色体数为2N)置于不含3H的培养基中培养,经过连续两次正常细胞分裂后,下列有关说法不正确的是( D )
A.若进行有丝分裂,则子细胞含3H的核DNA分子数可能为N
B.若进行减数分裂,则子细胞含3H的染色体数为N
C.第一次分裂结束时,子细胞中染色体都含3H
D.若子细胞中有的染色体不含3H,则原因是同源染色体彼此分离
解析:将经3H充分标记DNA的细胞置于不含3H的培养液中培养,进行两次细胞分裂,由于DNA是半保留复制,第一次复制结束时,每个DNA分子均有一条链含3H,第二次有丝分裂后期,染色体数是4N,2N被标记,2N未被标记,分裂成两个子细胞时,由于染色体分配是随机的,则子细胞含3H的染色体数可能为0~2N,A正确;若进行减数分裂,DNA只复制1次,由于DNA是半保留复制,所以子细胞的N条染色体都被标记,B正确;第一次分裂结束时,因为DNA只复制1次,所以子细胞中染色体都含3H,C正确;由以上分析可知,若子细胞中有的染色体不含3H,则该细胞进行的是有丝分裂,不可能发生同源染色体彼此分离,D错误。
3.(2019·长沙模拟)如图表示采用同位素示踪技术和离心处理来探究DNA复制方式的过程图解,下列说法错误的是( C )
A.图中轻带表示14N—14N的DNA分子
B.本实验证明DNA的复制方式为半保留复制
C.细菌繁殖三代后取样、提取DNA,离心后离心管中出现三个条带
D.若将DNA双链分开来离心,则b、c两组实验结果都是得到两个条带
解析:图中轻带表示相对分子质量较小的DNA,即14N—14N的DNA分子,A正确;分析离心后的实验结果,繁殖一代后,DNA分子出现在中带位置,表明形成15N—14N的DNA分子,繁殖两代后,出现14N—14N和15N—14N的DNA分子,因此本实验可证明DNA的复制方式为半保留复制,B正确;一个细菌繁殖三代后产生 15N—14N的DNA分子和 14N—14N的DNA分子,所以试管中只能出现轻带和中带两个条带,C错误;若将DNA双链分开,b、c两组得到的都是14N脱氧核苷酸链和15N脱氧核苷酸链,离心后都得到两个条带,D正确。
4.(2019·天津七校联考)用15N标记含有100个碱基对的DNA分子,其中有胞嘧啶60个。该DNA分子在14N培养基中连续复制4次,其结果可能是( A )
A.含有14N的DNA占100%
B.复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸640个
C.含15N的链占
D.子代DNA中嘌呤与嘧啶之比是23
解析:在14N培养基中连续复制4次,得到24=16个DNA分子,32条链,其中含14N的DNA占100%,含15N的链有2条,占,A项正确、C项错误;根据已知条件,每个DNA分子中腺嘌呤脱氧核苷酸有(100×2-60×2)÷2=40个,复制过程中消耗A为40×(24-1)=600个,B项错误;每个DNA分子中嘌呤和嘧啶互补相等,两者之比是11,D项错误。
5.在DNA复制开始时,将大肠杆菌放在含低剂量3H标记的脱氧胸苷(3H—dT)的培养基中,3H—dT可掺入正在复制的DNA分子中,使其带有放射性标记。几分钟后,将大肠杆菌转移到含高剂量3H—dT的培养基中培养一段时间。收集、裂解细胞,抽取其中的DNA进行放射性自显影检测,结果如图所示。据图可以作出的推测是( C )
A.复制起始区在高放射性区域
B.DNA复制为半保留复制
C.DNA复制从起始点向两个方向延伸
D.DNA复制方向为a→c
解析:
由题干信息可知,DNA复制的前一段时间,培养基中含低剂量放射性标记,后一段时间含高剂量放射性标记,最终检测的放射性结果显示低剂量在中段,高剂量在两端,所以可推测DNA复制从起始点向两个方向延伸。
6.下图表示人体肠道中大肠杆菌DNA复制过程的部分内容,引物酶能以DNA为模板合成RNA片段。下列相关叙述正确的是( D )
A.图中②酶表示的是解旋酶
B.该复制过程的模板由大肠杆菌提供,原料、场所、酶均由人体提供
C.图中共有五种碱基和五种核苷酸
D.RNA聚合酶具有①酶和引物酶的作用
解析:图中②酶能催化合成DNA片段,属于DNA聚合酶,A错误;图中有DNA和RNA两种核酸,因此图中共含有A、T、C、G、U五种碱基和四种脱氧核苷酸、四种核糖核苷酸,C错误;大肠杆菌为原核生物,其DNA复制可在自身细胞中进行,故原料、酶等均由自身提供,B错误。
1.DNA分子复制的时期:细胞有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期。
2.DNA复制需要的基本条件有:模板、原料、能量和酶等。
3.DNA分子复制的特点是:半保留复制;边解旋边复制。
4.DNA分子复制的意义是:DNA分子通过复制,将遗传信息从亲代传给子代,从而保持了遗传信息的连续性。
5.遗传信息是指DNA中碱基的排列顺序。
6.基因的本质描述是:基因是有遗传效应的DNA片段。
配对的碱基,A与T之间形成2个氢键,G与C之间形成3个氢键,C—G对占比例越大,DNA结构越稳定。
DNA复制的场所并非只在细胞核,真核生物中,除细胞核外还有线粒体、叶绿体;而原核生物中,DNA分子复制的场所有拟核、细胞质。
DNA复制发生于细胞分裂间期和在DNA病毒繁殖时,其中的细胞分裂并非仅指减数分裂和有丝分裂。
DNA分子并非全部解旋后才开始进行DNA复制,而是边解旋边复制。
遗传效应是指基因能够转录成mRNA,进而翻译成蛋白质,能够控制一定的性状。
DNA分子中还存在着不具有遗传效应的片段,在真核细胞中这部分片段所占比例很大,这些片段不是基因。
DNA初步水解的产物是4种脱氧核苷酸,脱氧核苷酸还会进一步彻底水解,产生磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。
通常的基因是指双链DNA片殷,而RNA病毒的基因是指具有遗传效应的RNA片段。
1.(2017·海南卷)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( D )
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:双链DNA分子中,互补碱基两两相等,即A=T,C=G,则A+C=G+T,即A+C与G+T的比值为1。因此,碱基序列不同的双链DNA分子,后一比值相同,A项错误;DNA分子中,C和G之间有3个氢键,A与T之间有2个氢键,则C与G的含量越高,DNA稳定性越高。因此,前一个比值越大,C与G的含量越低,双链DNA分子的稳定性越低,B项错误;当两个比值相同时,这个DNA分子可能是双链,也可能是单链,C项错误;经半保留复制得到的DNA分子,后一比值等于1,D项正确。
2.(2016·全国卷Ⅱ)某种物质可插入DNA分子两条链的碱基对之间,使DNA双链不能解开。若在细胞正常生长的培养液中加入适量的该物质,下列相关叙述错误的是( C )
A.随后细胞中的DNA复制发生障碍
B.随后细胞中的RNA转录发生障碍
C.该物质可将细胞周期阻断在分裂中期
D.可推测该物质对癌细胞的增殖有抑制作用
解析:某物质可插入DNA分子两条链的碱基对之间,使DNA双链不能解开,说明该物质会阻碍DNA分子的解旋,因而会阻碍DNA分子的复制、转录和抑制细胞增殖,A、B、D三项均正确;因DNA分子的复制发生在间期,所以该物质可将细胞周期阻断在分裂间期,C项错误。
3.(2014·山东卷)某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成,根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图,下列正确的是( C )
解析:
根据DNA分子的结构特点可知,若DNA分子双链中(A+T)/(C+G)的比值为m,则每条链中(A+T)/(C+G)比值均为m,由此可判断C项正确,D项错误;DNA分子中(A+C)/(T+G)=1,而每条链中的(A+C)/(T+G)不能确定,但两条链中(A+C)/(T+G)的比值互为倒数,故A、B项错误。
4.(2017·浙江卷)若将处于G1期的胡萝卜愈伤组织细胞置于含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养液中,培养至第二次分裂中期。下列叙述正确的是( A )
A.每条染色体中的两条染色单体均含3H
B.每个DNA分子的两条脱氧核苷酸链均含3H
C.每个DNA分子中均只有一条脱氧核苷酸链含3H
D.每条染色单体均只有一个DNA分子的两条脱氧核苷酸链含3H
解析:若将处于G1期的胡萝卜愈伤组织细胞置于含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养液中,在间期的S期时DNA复制1次,所以第一次细胞分裂完成后得到的2个子细胞都是每一条染色体的DNA都只有1条链被标记,培养至第二次分裂中期,每条染色体中的两条染色单体均含3H标记,其中一条单体上的DNA分子的2条链都含3H,另一单体上的DNA分子只1条链含3H。
5.(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γ(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α(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32
P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,原因是一个含有32P标记的噬菌体双链DNA分子经半保留复制后,标记的两条单链只能分配到两个噬菌体的双链DNA分子中,因此在得到的n个噬菌体中只有2个带有标记。
解析:(1)ATP水解生成ADP的过程中,断裂的是远离腺苷A的那个高能磷酸键,即β位和γ位之间的高能磷酸键,因此要将32P标记到DNA上,带有32P的磷酸基团应在γ位上。(2)dATP脱去β位和γ位的磷酸基团后为腺嘌呤脱氧核糖核苷酸,为DNA的基本组成单位之一,用dATP为原料合成DNA时,要将32P标记到新合成的DNA上,则带有32P的磷酸基团应在α位上。(3)由于DNA分子复制为半保留复制,故在噬菌体双链DNA的复制过程中,被32P标记的两条单链始终被保留,并分别存在于两个子代DNA分子中。另外,新合成DNA的过程中,原料无32P标记,所以n个子代DNA分子中有且只有2个含有32P标记。
学习至此,请完成课时作业19