資源簡介 中小學教育資源及組卷應用平臺第17講 DNA的結構、復制及基因的本質[課程導學]內容要求 3.1.2.概述DNA分子是由四種脫氧核苷酸構成,通常有兩條堿基互補配對的反向平行長鏈形成雙螺旋結構,堿基的排列順序編碼了遺傳信息。3.1.3.概述DNA分子通過半保留方式進行復制。與舊教材對比 增:①DNA的結構模式圖中標明了五碳糖的碳原子位數及DNA兩條鏈的方向;②DNA全保留復制的觀點。改:①DNA半保留復制的實驗證據不再是選學內容;②基因的概念。刪:小鼠肥胖與基因相關的實例。考點一 DNA的結構1.DNA雙螺旋結構模型構建者:沃森和克里克。2.DNA的結構層次3.DNA的結構特點(1)多樣性:具n個堿基對的DNA有4n種堿基對排列順序。(2)特異性:每種DNA分子都有其特定的堿基對排列順序。(3)穩定性:如兩條主鏈磷酸與脫氧核糖交替連接的順序不變,堿基對構成方式不變等。[助學巧記] 利用數字“五、四、三、二、一”巧記DNA的結構(1)沃森和克里克研究DNA的結構時,運用了構建物理模型的方法。( )(2)DNA分子的X光衍射照片屬于物理模型。( )(3)雙鏈DNA分子中一條鏈上的磷酸和核糖是通過氫鍵連接的。( )(4)不同生物的DNA分子中互補配對的堿基之和的比值可能相同。( )(5)同一生物個體不同細胞中DNA分子的(A+T)/(C+G)的值不同。( )(6)DNA分子中相鄰的兩個脫氧核苷酸之間通過磷酸二酯鍵或氫鍵相連。( )(7)嘌呤堿基與嘧啶堿基的結合保證了DNA分子空間結構的相對穩定。( )(8)沃森和克里克提出在DNA雙螺旋結構中嘧啶數不等于嘌呤數。( )答案:(1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)√ (7)√ (8)×1.(必修2 P51探究·實踐T1)DNA只含有4種脫氧核苷酸,它能夠儲存足夠量的遺傳信息的原因是___________________________________________________________________________________________________________。提示:DNA雖然只含有4種脫氧核苷酸,但是其堿基的排列順序卻是千變萬化的。堿基千變萬化的排列順序使DNA儲存了足夠量的遺傳信息2.(必修2 P52 科學·技術·社會)DNA指紋圖譜法的基本操作:從生物樣品中提取DNA(DNA一般都有部分的降解),可運用________技術擴增出DNA片段或完整的基因組DNA,用________酶可將擴增出的DNA切割成DNA片段。提示:PCR 限制3.(析圖建模)解讀兩種DNA結構模型:(1)圖乙是圖甲的簡化形式,其中________是磷酸二酯鍵,③是氫鍵。解旋酶作用于________部位,限制性內切核酸酶和DNA連接酶作用于________部位。(2)圖甲中兩個相鄰的堿基是怎樣連接的?________________________________________________________________________________________。提示:(1)① ③ ①(2)①氫鍵;②脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖1.DNA的雙螺旋結構中各組分之間的關系2.DNA分子中堿基數量的計算規律(1)(2)(3)突破1 DNA的結構及特點核心素養 生命觀念1.(2022·江蘇蘇州高三月考)下列關于DNA分子結構的敘述,正確的是( )A.DNA分子中含有四種核糖核苷酸B.每個脫氧核糖上均連著兩個磷酸和一個堿基C.雙鏈DNA分子中,堿基的數目和脫氧核糖的數目是相等的D.雙鏈DNA分子中,A+T=G+C解析:選C。DNA的基本單位為脫氧核苷酸,所以每個DNA分子一般都含有四種脫氧核苷酸,A錯誤;DNA分子中,兩個脫氧核苷酸之間通過磷酸與脫氧核糖之間形成的磷酸二酯鍵連接,但是DNA分子每條鏈的3′端只連著一個磷酸,B錯誤;1分子脫氧核苷酸由1分子磷酸、1分子脫氧核糖和1分子含氮堿基組成,所以每個DNA分子中,堿基、磷酸和脫氧核糖的數量都相等,C正確;雙鏈DNA分子之間的堿基配對時,遵循堿基互補配對原則(A=T、C=G),因此A+G=T+C,D錯誤。2.(2022·吉林松原高三期末)右圖表示DNA分子的片段,下列相關敘述正確的是 ( )A.構成DNA分子的基本單位是⑦B.限制酶切斷①②之間的化學鍵C.復制時DNA聚合酶催化形成⑤D.DNA分子中⑥的排序代表遺傳信息解析:選D。④是脫氧核苷酸,是構成DNA分子的基本單位,而⑦是脫氧核苷酸鏈的片段,A錯誤;限制酶切斷的是②與下方磷酸基團之間的磷酸二酯鍵,B錯誤;DNA復制時DNA聚合酶催化形成磷酸二酯鍵,而⑤是氫鍵,C錯誤;遺傳信息儲存在DNA的堿基對的排列順序中,D正確。突破2 DNA結構的相關計算核心素養 科學思維3.(2022·福建龍巖高三質檢)若生物體內DNA分子中(G+C)/(A+T)=a,(A+C)/(G+T)=b,則下列有關兩個比值的敘述,不正確的是( )A.a值越大,雙鏈DNA分子的穩定性越高B.DNA分子一條單鏈及其互補鏈中,a值相同C.堿基序列不同的雙鏈DNA分子,b值不同D.經半保留復制得到的DNA分子,b值等于1解析:選C。G與C之間通過三個氫鍵相連,A與T之間通過兩個氫鍵相連,a值越大,(G+C)所占比例越大,雙鏈DNA分子的穩定性越高,A正確;DNA分子中互補堿基之和的比值即(G+C)/(A+T)=a,則在每條單鏈中(G+C)/(A+T)=a,B正確;DNA分子中非互補堿基之和的比值等于1,即(A+C)/(G+T)=b=1,即堿基序列不同的雙鏈DNA分子,其b值相同,C錯誤,D正確。4.(2022·山東淄博高三月考)下列關于雙鏈DNA分子結構的敘述,正確的是( )A.某DNA分子含有500個堿基,可能的排列方式有4500種B.若質粒含有2 000個堿基,則該分子同時含有2個游離的磷酸基團C.某DNA分子內胞嘧啶占25%,則每條單鏈上的胞嘧啶占25%~50%D.某DNA分子上有胸腺嘧啶312個,占總堿基的26%,則該DNA分子上有鳥嘌呤288個解析:選D。某DNA分子含有500個堿基,則可能的排列方式有4250種,A錯誤;質粒是環狀DNA分子,其不含游離的磷酸基團,B錯誤;某DNA分子內胞嘧啶占25%,則每條單鏈上的胞嘧啶占0%~50%,C錯誤;某DNA分子上有胸腺嘧啶312個,占總堿基的26%,則該DNA分子上堿基總數為312÷26%=1 200(個),根據堿基互補配對原則,該DNA分子中有鳥嘌呤1 200×(50%-26%)=288(個),D正確。解答有關堿基計算題的“三步曲” 考點二 DNA的復制及基因通常是有遺傳效應的DNA片段1.DNA的復制(1)概念:以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。(2)時間:細胞分裂前的間期。(3)圖解(4)場所:真核生物在細胞核、線粒體和葉綠體中;原核生物在擬核和細胞質中。(5)特點:邊解旋邊復制,半保留復制。[提醒] 半保留復制為每個子代DNA分子都保留原DNA的一條鏈。(6)結果:形成兩個完全相同的DNA分子。(7)意義:DNA通過復制,將遺傳信息從親代傳遞給子代,從而保持了遺傳信息的連續性。(8)保障:DNA分子獨特的雙螺旋結構,為復制提供了精確的模板;通過堿基互補配對,保證了復制能夠準確地進行。2.基因與DNA的關系(1)DNA雙螺旋結構全部解旋后,開始DNA的復制。( )(2)單個脫氧核苷酸在DNA酶的作用下連接合成新的子鏈。( )(3)植物細胞的線粒體和葉綠體中均可發生DNA的復制。( )(4)在人體內成熟的紅細胞、漿細胞中不發生DNA的復制。( )(5)DNA復制時,嚴格遵循A—U、C—G的堿基互補配對原則。( )(6)復制后產生的兩個子代DNA分子中共含4個游離的磷酸基團。( )答案:(1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)√1.(必修2 P55 旁欄思考)第一代只出現一條居中的DNA條帶,這個結果排除了________復制方式。提示:全保留2.(必修2 P56 拓展應用T2)已知果蠅的基因組大小為1.8×108bp(bp表示堿基對),真核細胞中DNA復制的速率一般為50~100 bp/s。如圖為果蠅DNA的電鏡照片,圖中的泡狀結構叫作DNA復制泡,是DNA上正在復制的部分。請你推測果蠅DNA形成多個復制泡的原因。_______________________________________________________________。提示:真核生物中DNA的復制是從多個起點開始的,這種復制方式提高了復制效率1.DNA半保留復制的實驗分析與影響因素(1)DNA半保留復制的實驗分析①實驗方法:放射性同位素標記技術和離心技術。②實驗原理:含15N的雙鏈DNA密度大,含14N的雙鏈DNA密度小,一條鏈含14N、一條鏈含15N的雙鏈DNA密度居中。③實驗假設:DNA以半保留的方式復制。④實驗預期:離心后應出現3條DNA帶。a.重帶(密度最大):兩條鏈都為15N標記的親代雙鏈DNA。b.中帶(密度居中):一條鏈為14N標記,另一條鏈為15N標記的子代雙鏈DNA。c.輕帶(密度最小):兩條鏈都為14N標記的子代雙鏈DNA。⑤實驗過程:⑥過程分析:a.立即取出:提取DNA→離心→全部重帶。b.繁殖一代后取出:提取DNA→離心→全部中帶。c.繁殖兩代后取出:提取DNA→離心→輕帶、中帶。⑦實驗結論:DNA的復制是以半保留方式進行的。(2)影響DNA復制的外界因素2.DNA的復制類型(1)下圖為真核生物染色體上DNA復制過程示意圖。①圖中顯示DNA復制是從多個起點開始的,但多起點并非同時進行。②圖中顯示DNA復制是邊解旋邊雙向復制的。③真核生物的這種復制方式的意義在于提高了復制速率。④一個細胞周期中每個起點一般只起始1次。(2)原核生物DNA復制通常為單起點,雙向復制。3.DNA復制的有關計算DNA復制為半保留復制,若將親代DNA分子復制n代,其結果分析如下:(1)子代DNA分子數為2n,其中:①含有親代鏈的DNA分子數為2個。②不含親代鏈的DNA分子數為2n-2個。③含子代鏈的DNA分子數為2n個。(2)子代脫氧核苷酸鏈數為2n+1條,其中:①親代脫氧核苷酸鏈數為2條。②新合成的脫氧核苷酸鏈數為2n+1-2條。(3)消耗的脫氧核苷酸數①若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個,經過n次復制需要消耗游離的該脫氧核苷酸數為m·(2n-1)個。②第n次復制所需該脫氧核苷酸數為m·2n-1個。突破1 DNA復制的過程及特點核心素養 生命觀念、科學探究1.(2022·山東日照高三一模)研究人員將1個含14N DNA的大腸桿菌轉移到以15NH4Cl為唯一氮源的培養液中,培養1 h后提取子代大腸桿菌的DNA。將DNA解開雙螺旋,變成單鏈;然后進行密度梯度離心,試管中出現兩種條帶(如下圖)。下列說法正確的是( )A.由結果可推知該大腸桿菌的繁殖周期大約為15 minB.根據條帶的數目和位置可以確定DNA的復制方式C.解開DNA雙螺旋的實質是破壞核苷酸之間的磷酸二酯鍵D.若直接將子代DNA進行密度梯度離心也能得到兩條條帶解析:選D。14N單鏈∶15N單鏈=1∶7,說明DNA復制了3次,因此可推知該細菌的繁殖周期大約為20 min,A錯誤;由于DNA經過熱變性后解開了雙螺旋,變成單鏈,因此根據條帶的數目和位置只能判斷DNA單鏈的標記情況,但無法判斷DNA的復制方式,B錯誤;解開DNA雙螺旋的實質是破壞核苷酸之間的氫鍵,C錯誤;DNA復制3次,有1/4的DNA含 15N和14N,為中帶,3/4是只含15N的DNA,為重帶,所以若直接將子代DNA進行密度梯度離心也能得到兩條條帶,D正確。2.(不定項)下圖表示DNA復制的過程,結合圖示判斷,下列有關敘述正確的是( )A.DNA復制過程中首先需要解旋酶破壞DNA雙鏈間的氫鍵,使兩條鏈解開B.DNA分子的復制具有雙向復制的特點,生成的兩條子鏈的方向相反C.DNA分子的復制需要DNA聚合酶將單個脫氧核苷酸連接成DNA片段D.DNA的兩條子鏈都是連續合成的解析:選ABC。由題圖可知,DNA分子的兩條鏈中,一條鏈的合成是連續的,另一條鏈的合成是不連續的。突破2 DNA復制的相關計算核心素養 科學思維3.(不定項)(2022·河北保定高三月考)某DNA分子片段中共含有3 000個堿基,其中腺嘌呤占35%。現將該DNA分子片段用15N 同位素標記過的四種游離脫氧核苷酸為原料復制3次,將全部復制產物進行密度梯度離心,得到圖甲結果;如果將全部復制產物加入解旋酶處理后再離心,則得到圖乙結果。下列有關分析正確的是( )A.X層與Y層中DNA分子質量比大于1∶3B.Y層中含15N 標記的鳥嘌呤有3 600個C.第二次復制結束時,含14N 的DNA分子占1/2D.W層與Z層的核苷酸數之比是7∶1解析:選CD。分析題圖可知,X層為2個含有14N 和15N 的DNA分子,Y層為6個只含15N的DNA分子,因此X層與Y層中DNA分子質量比小于1∶3,A錯誤;Y層為6個只含15N的DNA分子,一個DNA分子含有鳥嘌呤450個,則Y層中含15N標記的鳥嘌呤共有450×6=2 700(個),B錯誤;DNA進行半保留復制,第二次復制結束時,得到的4個DNA分子中有2個含有14N,因此含14N的DNA分子占1/2,C正確;W層有14條核苷酸鏈,Z層有2條核苷酸鏈,W層與Z層的核苷酸數之比是7∶1,D正確。4.(不定項)將某種細菌培養在含有3H 胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培養基上一段時間,檢測發現細菌的擬核中含有兩種類型的DNA分子(如圖所示),虛線表示含放射性的脫氧核苷酸鏈。下列說法正確的是( )A.細菌擬核DNA第一次復制后產生的DNA分子為乙類型B.細菌擬核DNA第三次復制后產生的DNA分子為甲、乙兩種類型,比例為3∶1C.細菌擬核DNA復制n次產生的含有放射性脫氧核苷酸鏈的數目為2n+1-2條D.若該細菌擬核DNA含有的堿基數目為m,其中胸腺嘧啶的數目為a,則第n次復制需要鳥嘌呤脫氧核苷酸的數目為(2n-1)×(m-2a)/2解析:選C。由題意可知,親本DNA沒有放射性,DNA進行半保留復制,子一代的DNA分子一條鏈含有放射性,一條鏈沒有放射性,即圖甲所示;子二代及以后會出現兩條鏈都具有放射性的DNA分子,即圖乙所示,且只有2個DNA分子為甲類型。根據以上分析可知,細菌擬核DNA第一次復制后產生的DNA分子為甲類型,A錯誤;細菌擬核DNA第三次復制后產生的DNA分子有8個,其中有2個為甲類型,因此甲、乙兩種類型的比例為1∶3,B錯誤;細菌擬核DNA復制n次產生的含有放射性脫氧核苷酸鏈的數目為2n×2-2=2n+1-2,C正確;若該細菌擬核DNA含有的堿基數目為m,其中胸腺嘧啶的數目為a,則第n次復制需要鳥嘌呤脫氧核苷酸的數目為2n-1×[(m-2a)/2],D錯誤。弄清對DNA復制過程中“第n次”還是“n次”復制所需某種堿基數量的計算(1)第n次復制是所有DNA只復制第n次所需堿基數目。(2)n次復制是指由原來的DNA分子復制n次所需堿基數目。[事實概述類]1.解旋酶和DNA聚合酶各自的作用是______________________________________________________________________________________________________________________________。答案:前者使氫鍵打開,DNA雙鏈解旋;后者催化脫氧核苷酸形成磷酸二酯鍵,從而形成新的子鏈2.下圖為DNA的復制過程。若發生在細胞核內,形成的兩個子DNA位置如何,其上面對應片段中基因是否相同,兩個子DNA將于何時分開,分別表述為_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案:染色體復制后形成兩條姐妹染色單體,剛復制產生的兩個子DNA分子分別位于兩條姐妹染色單體上,由著絲粒相連;其對應片段所含基因在無基因突變等變異情況下應完全相同;兩個子DNA分子將于有絲分裂后期或減數分裂Ⅱ后期著絲粒分裂時,隨兩條姐妹染色單體的分離而分開,分別進入兩個子細胞中[原因分析類]3.蛙的紅細胞和哺乳動物成熟的紅細胞,是否都能進行DNA的復制過程?說明理由:____________________________________________________________________________________________________________________。答案:蛙的紅細胞進行無絲分裂,可進行DNA分子的復制;哺乳動物成熟的紅細胞沒有細胞核,也沒有各種細胞器,不能進行DNA分子的復制4.將發生癌變的小腸上皮細胞用含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培養液培養,一段時間后再移至普通培養液中培養,不同間隔時間取樣,檢測到被標記的癌細胞比例減少,出現上述結果的原因是_______________________________________________________________。答案:依據DNA半保留復制特點,轉移到普通培養液中的癌細胞,隨著細胞增殖次數的增加,不被標記的癌細胞開始出現并不斷增多,故被標記的癌細胞比例減少5.下列為DNA復制的有關圖示,A→B→C表示大腸桿菌的DNA復制,D→E→F表示哺乳動物的DNA分子復制。圖中黑點表示復制起點,“→”表示復制方向,“ ”表示時間順序。(1)哺乳動物體細胞中的DNA分子展開可達2 m之長,若按A~C圖的方式復制,至少需要8 h,而實際上只需約6 h,根據D~F圖分析,原因是_________________________________________________________________________________。(2)A~F圖均有以下特點:延伸的子鏈緊跟著解旋酶,這說明DNA分子復制的特點是______________。(3)C與A相同,F與D相同,C、F能被如此準確地復制出來,是因為______________________________________________________________________________________________________________________________。答案:(1)DNA分子從多個起點(雙向)復制 (2)邊解旋邊復制 (3)DNA分子獨特的雙螺旋結構為復制提供精確的模板,堿基互補配對原則保證DNA分子復制的準確無誤1.(2021·高考廣東卷)DNA雙螺旋結構模型的提出是二十世紀自然科學的偉大成就之一。下列研究成果中,為該模型構建提供主要依據的是( )①赫爾希和蔡斯證明DNA是遺傳物質的實驗②富蘭克林等拍攝的DNA分子X射線衍射圖譜③查哥夫發現的DNA中嘌呤含量與嘧啶含量相等④沃森和克里克提出的DNA半保留復制機制A.①② B.②③ C.③④ D.①④解析:選B。赫爾希和蔡斯通過噬菌體侵染大腸桿菌的實驗證明了DNA是遺傳物質,與構建DNA雙螺旋結構模型無關,①不符合題意;沃森和克里克根據富蘭克林等拍攝的DNA分子X射線衍射圖譜推算出DNA分子呈螺旋結構,②符合題意;查哥夫發現的DNA中腺嘌呤(A)的量總是等于胸腺嘧啶(T)的量,鳥嘌呤(G)的量總是等于胞嘧啶(C)的量,為沃森和克里克構建正確的堿基配對方式提供了依據,③符合題意;沃森和克里克提出的DNA半保留復制機制未能為DNA雙螺旋結構模型的構建提供依據,④不符合題意。2.(2021·高考北京卷)酵母菌的DNA中堿基A約占32%,關于酵母菌核酸的敘述錯誤的是( )A.DNA復制后A約占32%B.DNA中C約占18%C.DNA中(A+G)/(T+C)=1D.RNA中U約占32%解析:選D。DNA分子為半保留復制,復制時遵循A-T、G-C的配對原則,則DNA復制后的A約占32%,A正確;酵母菌的DNA中堿基A約占32%,則A=T=32%,G=C=(100%-2×32%)/2=18%,B正確;DNA中A=T、G=C,則(A+G)/(T+C)=1,C正確;由于RNA為單鏈結構,且RNA是以DNA的一條單鏈為模板進行轉錄而來,故RNA中U不一定占32%,D錯誤。3.(2021·高考遼寧卷)下列有關細胞內的DNA及其復制過程的敘述,正確的是( )A.子鏈延伸時游離的脫氧核苷酸添加到3′端B.子鏈的合成過程不需要引物參與C.DNA每條鏈的5′端是羥基末端D.DNA聚合酶的作用是打開DNA雙鏈解析:選A。子鏈的延伸方向為5′→3′,故游離的脫氧核苷酸添加到3′端,A正確;子鏈的合成過程需要引物參與,B錯誤;DNA每條鏈的5′端是磷酸基團末端,3′端是羥基末端,C錯誤;解旋酶的作用是打開DNA雙鏈,D錯誤。4.(不定項)(2021·高考河北卷)許多抗腫瘤藥物通過干擾DNA合成及功能抑制腫瘤細胞增殖。下表為三種抗腫瘤藥物的主要作用機理。下列敘述正確的是( )藥物名稱 作用機理羥基脲 阻止脫氧核糖核苷酸的合成放線菌素D 抑制DNA的模板功能阿糖胞苷 抑制DNA聚合酶活性A.羥基脲處理后,腫瘤細胞中DNA復制和轉錄過程都出現原料匱乏B.放線菌素D處理后,腫瘤細胞中DNA復制和轉錄過程都受到抑制C.阿糖胞苷處理后,腫瘤細胞DNA復制過程中子鏈無法正常延伸D.將三種藥物精準導入腫瘤細胞的技術可減弱它們對正常細胞的不利影響解析:選BCD。DNA復制的原料是脫氧核糖核苷酸,轉錄的原料是核糖核苷酸,羥基脲會阻止脫氧核糖核苷酸的合成,故會抑制DNA復制,但不會影響轉錄,A錯誤;DNA 復制和轉錄都需要DNA作為模板,故放線菌素D處理后,DNA 復制和轉錄過程都會受到抑制,B正確;阿糖胞苷抑制DNA聚合酶的活性,會使DNA復制過程中子鏈無法正常延伸,C 正確;將三種藥物精準導入腫瘤細胞會使藥物只殺傷腫瘤細胞,從而減弱對正常細胞的不利影響,D正確。21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 (共 2 頁)HYPERLINK 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