精品学案高三生物一轮复习：DNA分子的结构、复制及基因是有遗传效应的DNA片断(人教版必修二) 12页

DNA分子的结构、复制及基因是有遗传效应的DNA片段 回扣基础要点 一、DNA分子的结构 ‎ 1.结构层次 ‎ 基本组成元素—— 等 ‎ 基本组成物质——磷酸、 、 （A、G、C、T四种） ‎ 基本组成单位—— 四种）‎ DNA单链——脱氧核苷酸长链 ‎ DNA双链——DNA 结构，构建者 和 ‎ ‎ 记忆窍门：可用“五、四、三、二、一”记忆，即五种元素，四种碱基对应四种脱氧核苷酸，三种物质○，两条长链，一种螺旋。‎ ‎2.结构特点 ‎（1）双链 。‎ ‎（2） 和 交替连接，排列在外侧，构成 ， 排列在内侧。‎ ‎（3）两条链上的碱基通过 连接成碱基对。‎ ‎（4）A和T之间形成 个氢键，C和G之间形成 个氢键，故DNA分子中 比例高的稳定性强。 ‎ C、H、O、N、P 脱氧核糖 含氮碱基 脱氧核糖核苷酸 两条 双螺旋 沃森 克里克 反向平行 脱氧核糖 磷酸 基本骨架 碱基 氢键 二 G—C 三 练一练 ‎ 在DNA分子双螺旋结构中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之间有2个氢键，胞嘧啶与鸟嘌呤之间有3个氢键。现有四种DNA样品，根据样品中碱基的百分含量判断，最有可能来自嗜热菌（生活在高温环境中）的是 （ ）‎ ‎ A.含胸腺嘧啶32%的样品 ‎ B.含腺嘌呤17%的样品 ‎ C.含腺嘌呤30%的样品 ‎ D.含胞嘧啶15%的样品 答案：B 二、DNA分子复制 ‎ 1.概念：以 分子为模板合成子代DNA分子 的过程。‎ ‎ 2.场所：主要在 中，但在拟核、线粒体、叶绿体中也进行。‎ ‎ 3.时间：有丝分裂 和减数 。‎ ‎ 4.条件： 。‎ ‎ 5.精确复制的原因：DNA的 结构提供精确模板; 原则保证了复制的准确进行。‎ ‎ 6.过程：解旋和复制。‎ ‎ 7.特点： 复制和 。‎ ‎ 8.意义：从亲代传给子代，保持遗传信息的连续性。 ‎ 亲代DNA 细胞核 间期 第Ⅰ次分裂前的间期 模板、原料、酶、能量 双螺旋 碱基互补配对 半保留 边解旋边复制 练一练 ‎ 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 ‎ 解析 DNA分子的复制发生在细胞有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期，是以亲代DNA的两条链为模板，合成两个子代DNA分子的过程。DNA复制过程需要解旋酶和DNA聚合酶，不需要DNA（水解）酶。DNA是边解旋边复制，而不是双螺旋全部解链后才开始DNA的复制。‎ 答案 A ‎ 三、基因是有遗传效应的DNA片段 ‎ 1.基因： 的DNA片段，是决定 的基本单位。‎ ‎ 2.遗传信息：指基因中 的排列顺序。‎ ‎ 3.染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的关系 染色体 ‎ ——是DNA的 ‎ ‎ ‎ DNA ‎——是主要的遗传物质 ‎ ‎ 基因 ‎ 控制生物性状的基本单位，携带遗传信息。主要存在 于 上，少量存在于 和 中 ‎ ‎ 脱氧核苷酸 ‎——DNA（基因）的基本组成单位 有遗传效应 生物性状 脱氧核苷酸 主要载体 染色体 叶绿体 线粒体 ‎4.四种结构或物质之间的包含关系及数量关系 提醒 ‎①DNA中既包括基因片段还包括非基因片段，所以构成基因的碱基总数小于构成DNA分子的碱基总数。‎ ‎②显性基因D和隐性基因d的根本区别是基因中脱氧核苷酸的排列顺序不同。 ‎ 构建知识网络 ‎ 考点一 DNA分子结构 ‎ 1.DNA分子结构模式图信息解读 高频考点突破 ‎（1）每个DNA片段中，游离的磷酸基团有2个。‎ ‎（2）○之间的数量关系1∶1∶1。‎ ‎（3）○和之间的化学键为磷酸二酯键，用限制性核酸内切酶处理可切断，用DNA连接酶处理可连接。‎ ‎（4）碱基对之间的化学键为氢键，可用解旋酶断裂，也可加热断裂。‎ ‎（5）每个脱氧核糖连接着2个磷酸，分别在3号、5号碳原子上相连接。‎ ‎（6）若碱基对为n，则氢键数为2n~3n之间，若已知A有m个，则氢键数为3n-m。 ‎ ‎2.DNA分子特性 ‎（1）稳定性：磷酸和脱氧核糖交替连接，排列在外侧构成基本骨架。‎ ‎（2）多样性：碱基对多种多样的排列次序。‎ 提醒：若某DNA分子中有n个碱基对，则排列顺序有4n种，其中n代表碱基对数。‎ ‎（3）特异性：每种DNA分子都有特定的碱基对排列顺序，代表了特定的遗传信息。 ‎ 对位训练 ‎1.下列能正确表示DNA片段示意图的是 ( )‎ 解析 本题考查的知识点有：①DNA分子的两条长链是反向平行的，而不是B选项中同向的（依据两条链中脱氧核糖分析）；②DNA中存 在T，不存在U，可排除A选项；③A与T之间形两个氢键，G与C之间形成三个氢键，G与C含量多的DNA分子相对更加稳定，因此可排除C选项。 ‎ 答案 D ‎2. 含有2 000个碱基的DNA，每条链上的碱基排列方式有 （ ）‎ ‎ A.42 000个 B.41 000个 ‎ C.24 000个 D.21 000个 答案：B ‎3.在DNA分子的一条单链中相邻的碱基A与T的连接是通过 ( )‎ ‎ A.肽键 ‎ B.—磷酸—脱氧核糖—磷酸—‎ ‎ C.氢键 ‎ D.—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—‎ ‎ 解析 DNA分子单链上相邻碱基A与T的连接方式如图：‎ ‎ 由此可知是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接起来的。 ‎ 答案：D 考点二 DNA中碱基数量的计算 ‎ 解题时先画出简图，根据碱基互补配对原则推知规律 ‎ 规律1：在双链DNA分子中，互补碱基两两相 等，A=T，C=G，A+G=C+T，即嘌呤碱基总数 等于 嘧啶碱基总数。‎ ‎ 规律2：在双链DNA分子中，互补的两碱基之和 （如A+T或C+G）占全部碱基的比例等于其任何 一条单链中这两种碱基之和占该单链中碱基数 的比例。单双链转化公式。 ‎ 规律3：DNA分子一条链中（A+G）/（C+T）的比值的倒数等于互补链中该种碱基的比值，在整个DNA分子中该比值等于1。‎ 规律4：DNA分子一条链中（A+T）/（C+G）的比值等于其互补链和整个DNA分子中该种比例的比值。‎ 规律5：不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值不同，即（A+T）/（C+G）的值不同。该比值体现了不同生物DNA分子的特异性。‎ 规律6： ，则 。‎ 规律7：若已知A占双链的比例=c%，则A1/单链的比例无法确定，但最大值可求出为2c%，最小值为0。 ‎ 对位训练 ‎4.下列对双链DNA分子的叙述，哪项是不正确的（ ）‎ ‎ A.若一条链G的数目为C的2倍，则另一条链G的 数目为C的0.5倍 ‎ B.若一条链A和T的数目相等，则另一条链A和T的数目也相等 ‎ C.若一条链的A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4，则另 一条链相应碱基比为2∶1∶4∶3‎ ‎ D.若一条链的G∶T=1∶2，另一条链的C∶A=2∶1‎ 解析 根据碱基互补配对原则，在DNA双链分子中，A1=T2，T1=A2，G1=C2，C1=G2。所以A、B、C项都是正确的。而D项中，若一条链的G∶T=1∶2，另一条链C∶A=2∶1是错误的，C∶A=1∶2才是正确的。‎ 答案 D ‎5.一个DNA分子的一条链上，腺嘌呤比鸟嘌呤多40%，两者之和占DNA分子碱基总数的24%,则这个DNA分子的另一条链上，胸腺嘧啶占该链碱基数目的 （ ）‎ ‎ A.44% B.24% C.14% D.28%‎ 解析 A1、G1分别表示一条链上腺嘌呤和鸟嘌呤的数目，T2表示另一条链中胸腺嘧啶数目，A1+G1占DNA分子碱基总数的24%，即 由于A1+G1+C1+T1= ，‎ ‎ ‎ ‎∴A1+G1占本链碱基总数的48%。‎ ‎ 又∵A1=(1+40%)G1,∴由以上分析可解得A1=28%，G1=20%。根据碱基互补配对原则T2=A1=28%。 ‎ 答案：D 考点三 DNA复制的研究方法、过程和条件 ‎1.研究DNA复制的常用方法同位素标记法和离心法，常标记3H、15N、32P，通过离心在试管中形成不同位置。‎ ‎2.DNA复制的过程 ‎（1）解旋：利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，两条螺旋的双链解开。‎ ‎（2）合成子链：以DNA分子的两条母链为模板，在DNA聚合酶等酶的作用下，利用细胞中游离的4种脱氧核苷酸为原料，按碱基互补配对原则合成互补的子链。‎ ‎（3）形成子代DNA：每条新链（子链）与其对应的模板链（母链）盘绕成双螺旋结构。‎ 提醒 ‎①子代DNA分子中模板链与另一DNA分子中新合成的子链碱基序列完全相同。‎ ‎ ②特殊情况下，在外界因素和生物内部因素的作用下，可能造成碱基配对发生差错，引起基因突变。‎ ‎3.DNA复制的条件 模板 原料 能量 酶 解旋后 两条链 四种游离的脱氧核苷酸 ATP 解旋酶、‎ DNA聚合酶 提醒 ‎ ①影响细胞呼吸（ATP供给）的所有因素都可能影响DNA复制。‎ ‎②体外也可进行，即PCR扩增技术，除满足上述条件外，还应注意温度、pH 的控制及引物的加入。‎ 对位训练 ‎6.下列有关DNA分子复制的叙述，正确的是（ ）‎ ‎ A.DNA分子在解旋酶的作用下水解成脱氧核苷酸 ‎ B.在复制过程中，解旋和复制是同时进行的 ‎ C.解旋后以一条母链为模板合成两条新的子链 ‎ D.两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA分子 ‎ 解析 在DNA分子复制过程中，解旋酶的作用是破坏碱基对之间的氢键，形成两条脱氧核苷酸长链。边解旋边复制也是DNA复制的一个特点。以解开的每一条单链为模板，按照碱基互补配对原则，各合成一条子链，最后每条新合成的子链与对应的模板链螺旋，形成两条一样的DNA分子。‎ 答案：B ‎7. 在进行基因工程时，已经得到一个目的基因 ，要人工复制，使数量增多，需要的复制条件是 （ ）‎ ‎ ①CTAGGGC或GATCCCG模板链 ②碱基A、U、C、G ③碱基A、T、C、G ④核糖 ⑤‎ 脱氧核糖 ⑥酶 ⑦ATP ⑧磷酸 ⑨蛋白质 ‎ A.①③④⑦⑧⑨ B.①②④⑥⑦⑧‎ ‎ C.①②⑤⑥⑦⑨ D.①③⑤⑥⑦⑧‎ ‎ 解析 DNA复制需要模板、原料、能量和酶等基本条件。‎ 答案：D 解题思路探究 思维误区警示 易错分析 ‎ 1.对DNA复制过程中“第n次”还是“n次”复制所需某种碱基数量的计算原理不清 已知DNA分子中碱基数，求复制n次与第n次所需某碱基的数目：某DNA分子中含某碱基a个，复制n次，则共需加入含该碱基的脱氧核苷酸为a×（2n-1）个，因为最初亲代DNA分子做模板不需要原料；但第n次复制时所需含该碱基的脱氧核苷酸为a×(2n-1)-a×(2n-1-1)=a×2n-1。‎ ‎2.对细胞分裂和DNA复制相结合的知识理解不透 ‎（1）细胞分裂过程中先进行DNA复制。‎ ‎（2）DNA复制的方式：半保留复制。‎ ‎（3）图示辨析 这样来看，最后形成的4个子细胞有3种情况：第一种情况是4个细胞都是；第2种情况是2个细胞是 ，1个细胞是 ，1个细胞是 ；第3种情况是2个细胞是 ，另外2个细胞是 。‎ 纠正训练 ‎1.某DNA分子含m对碱基，其中腺嘌呤有A个。下列有关此DNA在连续复制时所需的胞嘧啶脱氧核苷酸数目的叙述中，错误的是 （ ）‎ ‎ A.在第一次复制时，需要（m-A）个 ‎ B.在第二次复制时，需要2（m-A)个 ‎ C.在第n次复制时，需要2n-1(m-A)个 ‎ D.在n次复制过程中，总共需要2n(m-A)个 解析 该DNA分子含胞嘧啶数目为m-A，复制n次需胞嘧啶脱氧核苷酸数目为（m-A）(2n-1)。‎ 答案：D ‎2.取1个含有1对同源染色体的精原细胞，用15N标记细胞核中DNA，然后放在含14N的培养基中培养，让其连续进行两次有丝分裂，形成4个细胞，这4个细胞中含15N的细胞个数可能是 ( )‎ ‎ A.2 B.3 ‎ ‎ C.4 D.前三项都对 答案：D 知识综合应用 重点提示 ‎ 通过“DNA半保留复制的原理和相关计算”的考查，提升“具备验证简单生物学事实，并能对实验现象和结果进行解释、分析和处理”的能力。‎ 典例分析 ‎ ‎ 某校一个生物活动小组要进行研究性学习。对生物学史上的经典实验进行验证，也是研究性 学习的内容之一。这个小组借助某大学的实验设备，对有关DNA复制的方式进行探究，有人认为DNA是全保留复制，也有人认为DNA是半保留复制。为了证明这两种假设，这个小组设计了下列实验程序，请完成实验并对结果进行预测。‎ ‎ ‎ ‎（1）实验步骤：‎ 第一步：在氮源为14N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14N-DNA；在氮源为15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为15N-DNA。用某种离心方法分离得到的结果如上图所示，其DNA分别分布在轻带和重带上。‎ 第二步：将亲代大肠杆菌(含15N)转移到含14N的培养基上繁殖一代(Ⅰ)，请分析：‎ 如果DNA位于 带位置，则是全保留复制；如果DNA位于 带位置，则是半保留复制。‎ 第三步：为了进一步验证第二步的推测结果，将亲代大肠杆菌(含15N)转移到含14N的培养基上再连续繁殖一代(Ⅱ)，请分析：‎ 如果DNA位于 带位置，则是全保留复制；如果DNA位于 带位置，则是半保留复制。‎ ‎(2)有人提出：第一代(Ⅰ)的DNA用解旋酶处理后再离心，就能直接判断DNA的复制方式，如果轻带和重带各占 ，则一定为半保留复制。‎ 你认为此人说法是否正确？ 。原因是 。‎ 解析 ‎ ‎ 如果DNA的复制方式为全保留复制，则一个亲代15N-15N的DNA分子，子代两个DNA分子是：一个15N-15N，一个14N-14N，其在离心管中分布的位置是一半在轻带、一半在重带；如果DNA的复制方式为半保留复制，则一个亲代15N-15N的DNA分子,子代两个DNA分子都是15N-14N，其在离心管中分布的位置全部在中带。‎ 答案 （1）1/2重和1/2轻 全中 1/4重和3/4轻 ‎1/2中和1/2轻 ‎（2）不正确 无论半保留复制还是全保留复制，按此法研究DNA链的情况结果是一致的，所以无法区分 方法规律 （1）探究DNA复制的方法和原理 ‎①方法：同位素标记法。‎ ‎②原理：根据DNA分子比重不同，借助离心技术，通过离心后DNA在试管中位置确定复制方式。‎ ‎（2）结果分析 已知某一被15N标记的DNA分子（亲代），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：‎ 世 代 DNA分子的特点 DNA中脱氧核 苷酸链的特点 分子总数 细胞中的 DNA分 子离心后 在管中的 位置 不同DNA分子与全部DNA分子之比 链总数 不同脱氧核苷酸链与全部链之比 含15N 的链 含14N 的链 只含 ‎15N的 分子 含14N 和15N的杂 种分子 只含 ‎14N的 分子 亲 代 ‎1‎ 全在下部 ‎1‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎2‎ ‎1‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎2‎ 全在中部 ‎0‎ ‎1‎ ‎0‎ ‎4‎ ‎ 1/2‎ ‎ 1/2‎ ‎2‎ ‎4‎ ‎ 1/2中部 ‎ 1/2上部 ‎ ‎ ‎0‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎8‎ ‎ 1/4‎ ‎ 3/4‎ ‎3‎ ‎8‎ ‎ 1/4中部 ‎ 3/4上部 ‎ ‎ ‎0‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎16‎ ‎ 1/8‎ ‎ 7/8‎ n ‎2n ‎ ‎ ‎ 中部 ‎ ‎ ‎ 上部 ‎0‎ ‎(或 ‎ ‎ ‎2n+1‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 提醒 DNA复制为半保留复制，所以亲代的2条15N链不会消失，最终分布在2个DNA分子中，即不管DNA复制多少次，含亲代15N链的DNA只有2个，15N链始终2条。‎ 变式训练 ‎ 用15N标记细菌的DNA分子，再将它们放入含14N的 ‎ 培养基中连续繁殖四代，a、b、c为三种DNA分子：a只含15N，b同时含14N和15N，c只含14N，则下图所示这三种DNA分子的比例正确的是 （ ）‎ 解析 假设亲代DNA分子为n个，则繁殖四代后，DNA分子总数为16n，其中，只含15N的DNA分子为0个，同时含14N和15N的分子为2n个，只含14N的分子有14n个，则它们呈现的比例为D图所示。‎ 答案：D 题组一：DNA分子中的碱基比例的相关计算 ‎1.下图示DNA分子复制的片段，图中a、b、c、d表示各条脱氧核苷酸链。一般地说，下列各项正确的是 （ ）‎ ‎ ‎ ‎ A.a和c的碱基序列互补 ‎ B.b和c的碱基序列相同 ‎ C.a链中（A+T）/（G+C）的比值与b链中同项比值不同 ‎ D.a链中（A+T）/（G+C）的比值与c链中同项比值相同 解析 本题考查DNA分子复制的特点，即半保留复制。在a、b、c、d四条脱氧核苷酸链中，其中a和b、d的碱基互补，d和a、c的碱基互补，b和d、a和c的碱基序列相同。在双链DNA分子中，A=T、G=C，则一条链中的（A+T）或（G+C）与互补链中的（A+T）或（G+C）相同，则a链中（A+T）/（G+C）的比值与b链中同项比值相同，与c链中同项比值也相同。 ‎ 答案 D ‎ ‎2.在一个DNA分子中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基数目的54%，其中一条链中鸟嘌呤、胸腺嘧啶分别占该链碱基总数的22%和28%，则由该链转录的信使RNA中鸟嘌呤占碱基总数的 ‎ ‎ （ ）‎ ‎ A.24% B.22% C.26% D.23%‎ ‎ 解析 双链DNA中，A+T占全部碱基总数的54%，则一条单链中A+T占该链碱基总数的54%，按下面的图示分析：‎ 答案：A 题组二：DNA半保留复制特点的应用 ‎3.将用15N标记的一个DNA分子放在含有14N的培养基中，让其复制三次，则含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例、含有14N的DNA分子占全部DNA分子的比例以及含有15N的脱氧核苷酸链占全部DNA单链的比例依次是 （ ）‎ ‎ A.1/2，7/8，1/4 B.1/4，1，1/8‎ ‎ C.1/4，7/8，1/8 D.1/8，1，1/8‎ ‎ 解析 用15N标记的一个DNA分子放在含有14N的培养基中，让其复制三次，则产生的DNA分子共有23=8个，共有16条脱氧核苷酸链，其中含有15N的DNA分子有2个，含有15N的脱氧核苷酸链有2条，含14N的DNA分子为8个，含14N的脱氧核苷酸链有16-2=14条。‎ B ‎4.DNA分子经过诱变，某位点上的一个正常碱基（设为P）变成了尿嘧啶。该DNA连续复制两次，得到的4个子代DNA分子相应位点上的碱基对分别为U-A、A-T、G-C、C-G。推测“P”可能是 （ ）‎ ‎ A.胸腺嘧啶 B.腺嘌呤 ‎ C.胸腺嘧啶或腺嘌呤 D.胞嘧啶 ‎ 解析 根据半保留复制的特点，DNA分子经过两次复制后，突变链形成的两个DNA分子中含有U—A、A—T碱基对，而另一条正常链形成的两个DNA分子中含有G—C、C—G碱基对，因此替换的可能是G，也可能是C。 ‎ D 题组三：DNA分子的结构及特点 ‎5.关于下面概念图的叙述不正确的是（双选）( )‎ A.A是脱氧核糖 ‎ B.G是氨基酸 ‎ C.D在E中的排列顺序代表遗传信息 ‎ D.F的基本组成单位是图中的 ‎ 解析 E是F中有遗传效应的片段，F和E的基本单位都是D。‎ BD ‎6.如图为大肠杆菌的DNA分子结构示意图（片段）。请据图回答问题：‎ ‎ （1）图中1表示 ，2表示 ，1、2、3结合在一起的结构叫 。‎ ‎（2）图中3有 种，中文名字分别是 。‎ ‎（3）含有200个碱基的某DNA片段中碱基间的氢键共有260个。请回答：‎ ‎ ①该DNA片段中共有腺嘌呤 个，C和G共 对。‎ ‎ ②该片段复制4次，共需原料胞嘧啶脱氧核苷酸 个。 ‎ ‎ ③在DNA分子稳定性的比较中， 碱基对的比例高，DNA分子稳定性高。‎ ‎（4）假定大肠杆菌只含14N的DNA的相对分子质量 ‎ ‎ 为a；只含15N的DNA的相对分子质量为b。现将只含15N的DNA培养到含14N的培养基中，子一代DNA的平均相对分子质量为 ，子二代DNA的平均相对分子质量为 。‎ 答案 （1）磷酸 脱氧核糖 脱氧核苷酸 ‎（2）2 鸟嘌呤、胞嘧啶 ‎（3）①40 60 ②900 ③C和G ‎（4）（a+b）/2 （3a+b）/4‎