資源簡介

高考生物一輪專題知識(shí)梳理
第17講　DNA的結(jié)構(gòu)、復(fù)制及基因的本質(zhì)
課標(biāo)解讀 核心素養(yǎng)
1.DNA結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn) 2.DNA的復(fù)制 3.基因的概念,基因與遺傳信息的關(guān)系 4.活動(dòng):(1)搜集DNA結(jié)構(gòu)模型建立過程的資料,并進(jìn)行討論和交流 (2)制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型 生命觀念 DNA的結(jié)構(gòu)決定其功能
科學(xué)思維 建立DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型 闡明DNA復(fù)制過程
科學(xué)探究 探究DNA的半保留復(fù)制
考點(diǎn)一　DNA的結(jié)構(gòu)
1.DNA結(jié)構(gòu)模型的建立者及DNA的組成。
(1)DNA雙螺旋模型構(gòu)建者:沃森和克里克。
(2)圖解DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。
①DNA由兩條脫氧核苷酸鏈組成,這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。
②外側(cè):脫氧核糖和磷酸交替連接構(gòu)成主鏈基本骨架。
③內(nèi)側(cè):兩鏈上堿基通過氫鍵連接成堿基對(duì)。堿基互補(bǔ)配對(duì)遵循以下原則:AT(兩個(gè)氫鍵)、G≡C(三個(gè)氫鍵)。
2.DNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
利用數(shù)字“五、四、三、二、一”巧記DNA的結(jié)構(gòu)
正誤判斷
(1)DNA一條鏈上的相鄰堿基通過“—磷酸—脫氧核糖—磷酸—”相連。 (×)
(2)DNA中的每個(gè)磷酸均連接著一個(gè)脫氧核糖和一個(gè)堿基。 (×)
(3)雙鏈DNA同時(shí)含有2個(gè)游離的磷酸基團(tuán),其中嘌呤堿基數(shù)等于嘧啶堿基數(shù)。 (√)
(4)DNA是由兩條核糖核苷酸長鏈反向平行盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。 (×)
(5)某雙鏈DNA中一條鏈上A∶T=1∶2,則該DNA中A∶T=2∶1。 (×)
(6)DNA中(A+T)/(C+G)的值越大,該分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性越低。 (√)
(7)相對(duì)分子質(zhì)量大小相同、堿基含量相同的核酸分子所攜帶的遺傳信息一定相同。 (×)
(8)DNA的多樣性是指一個(gè)DNA分子上有許多個(gè)基因。 (×)
(9)人體內(nèi)控制β 珠蛋白的基因由1 700個(gè)堿基對(duì)組成,其堿基對(duì)可能的排列方式有41 700種。 (×)
教材微點(diǎn)
1.(必修2 P50“圖3-8”)DNA的一條單鏈具有兩個(gè)末端,一端有一個(gè)游離的磷酸基團(tuán),稱作5'-端,另一端有一個(gè)羥基(—OH),稱作3'-端,兩條單鏈走向相反,一條單鏈?zhǔn)菑?'-端到3'-端的,另一條單鏈?zhǔn)菑?'-端到5'-端的。
2.(必修2 P52 “科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)”)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(yùn)用PCR技術(shù)擴(kuò)增出DNA片段或完整的基因組DNA,用限制酶可將擴(kuò)增出的DNA切割成DNA片段。據(jù)下面的DNA指紋圖譜判斷,下列懷疑對(duì)象中3號(hào)是犯罪嫌疑人。
1.理清兩種關(guān)系與兩類化學(xué)鍵。
(1)
(2)
(3)
2.DNA中堿基數(shù)量的計(jì)算規(guī)律。
(1)
(2)
(3)
角度一 結(jié)合DNA分子的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),考查結(jié)構(gòu)與功能觀
1.(2021·廣東卷)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的提出是二十世紀(jì)自然科學(xué)的偉大成就之一。下列研究成果中,為該模型構(gòu)建提供主要依據(jù)的是 (　　)
①赫爾希和蔡斯證明DNA是遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)　②富蘭克林等拍攝的DNA分子X射線衍射圖譜　③查哥夫發(fā)現(xiàn)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(fù)制機(jī)制
A.①② B.②③
C.③④ D.①④
解析　赫爾希和蔡斯通過噬菌體侵染大腸桿菌的實(shí)驗(yàn),證明了DNA是遺傳物質(zhì),與構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型無關(guān),①不符合題意;沃森和克里克根據(jù)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(jié)構(gòu),②符合題意;查哥夫發(fā)現(xiàn)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(gòu)建正確的堿基配對(duì)方式提供了依據(jù),③符合題意;沃森和克里克提出DNA半保留復(fù)制機(jī)制是在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建之后,④不符合題意,故選B。
答案　B
2.(2023·漳州模擬)如圖為某雙鏈DNA(由甲鏈和乙鏈組成)的局部結(jié)構(gòu)簡圖,圖中數(shù)字①~⑥表示不同物質(zhì)或化學(xué)鍵。下列敘述正確的是 (　　)
A.圖中⑤為氫鍵,且③與④可為A—T堿基對(duì)或G—C堿基對(duì)
B.圖中①為腺嘌呤,②為胸腺嘧啶,①②通過氫鍵連接
C.圖中⑥為磷酸基團(tuán),此DNA片段中含有2個(gè)游離的磷酸基團(tuán)
D.圖中甲鏈與乙鏈方向相反,但兩條鏈堿基排列順序相同
解析　圖中⑤為氫鍵,③與④之間有3個(gè)氫鍵,只能為G—C堿基對(duì),A項(xiàng)錯(cuò)誤;圖中①為腺嘌呤,②為胸腺嘧啶,①②通過“—脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖—”連接,B項(xiàng)錯(cuò)誤;圖中⑥為磷酸基團(tuán),此DNA片段中含有2個(gè)游離的磷酸基團(tuán),C項(xiàng)正確;圖中甲鏈與乙鏈方向相反,兩條鏈堿基排列順序不相同,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
答案　C
角度二 借助DNA結(jié)構(gòu)的相關(guān)計(jì)算,考查科學(xué)思維能力
3.(不定項(xiàng))(2023·河北唐山期末)下列關(guān)于雙鏈DNA的敘述,正確的是 (　　)
A.一條鏈中A和T的數(shù)量相等,則互補(bǔ)鏈中A和T的數(shù)量也相等
B.一條鏈中G為C的2倍,則互補(bǔ)鏈中G為C的1/2
C.一條鏈中C∶T=1∶2,則互補(bǔ)鏈中G∶A=2∶1
D.一條鏈中A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,則互補(bǔ)鏈中A∶T∶G∶C=2∶1∶4∶3
解析　根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則,雙鏈DNA中,一條鏈中的A和T分別與互補(bǔ)鏈中的T和A配對(duì),一條鏈中的G和C分別與互補(bǔ)鏈中的C和G配對(duì),故一條鏈中A和T的數(shù)量相等,則互補(bǔ)鏈中A和T的數(shù)量也相等,一條鏈中G為C的2倍,則互補(bǔ)鏈中G為C的1/2,A、B兩項(xiàng)正確;一條鏈中C∶T=1∶2,則互補(bǔ)鏈中G∶A=1∶2,C項(xiàng)錯(cuò)誤;雙鏈DNA分子中,一條鏈中A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,則互補(bǔ)鏈中A∶T∶G∶C=2∶1∶4∶3,D項(xiàng)正確。
答案　ABD
4.下列關(guān)于雙鏈DNA分子結(jié)構(gòu)的敘述,正確的是 (　　)
A.某DNA分子含有500個(gè)堿基,可能的排列方式有4500種
B.若質(zhì)粒含有2 000個(gè)堿基,則該分子同時(shí)含有2個(gè)游離的磷酸基團(tuán)
C.某DNA分子內(nèi)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(gè),占總堿基的26%,則該DNA分子上有鳥嘌呤288個(gè)
解析　某DNA分子含有500個(gè)堿基,則可能的排列方式有4250種,A項(xiàng)錯(cuò)誤;質(zhì)粒是環(huán)狀DNA分子,其不含游離的磷酸基團(tuán),B項(xiàng)錯(cuò)誤;某DNA分子內(nèi)胞嘧啶占25%,則每條單鏈上的胞嘧啶占0%~50%,C項(xiàng)錯(cuò)誤;某DNA分子上有胸腺嘧啶312個(gè),占總堿基的26%,則該DNA分子上堿基總數(shù)為312÷26%=1 200(個(gè)),根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則,該DNA分子中有鳥嘌呤1 200×(50%-26%)=288(個(gè)),D項(xiàng)正確。
答案　D
解答有關(guān)堿基計(jì)算題的“三步曲”
考點(diǎn)二　DNA的復(fù)制
1.DNA復(fù)制方式的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
(1)實(shí)驗(yàn)者:美國生物學(xué)家梅塞爾森和斯塔爾。
(2)研究方法:假說—演繹法。
(3)實(shí)驗(yàn)材料:大腸桿菌。
(4)實(shí)驗(yàn)技術(shù):同位素標(biāo)記技術(shù)和離心技術(shù)。
(5)實(shí)驗(yàn)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。
(6)實(shí)驗(yàn)假設(shè):DNA以半保留的方式復(fù)制。
(7)實(shí)驗(yàn)預(yù)期:離心后應(yīng)出現(xiàn)3條DNA帶。重帶(密度最大):兩條鏈都為15N標(biāo)記的親代雙鏈DNA;中帶(密度居中):一條鏈為14N標(biāo)記,另一條鏈為15N標(biāo)記的子代雙鏈DNA;輕帶(密度最小):兩條鏈都為14N標(biāo)記的子代雙鏈DNA。
(8)實(shí)驗(yàn)過程及分析。
①實(shí)驗(yàn)過程。
②實(shí)驗(yàn)分析。
a.立即取出:提取DNA→離心→全部重帶。
b.細(xì)胞分裂一次(即細(xì)菌繁殖一代)取出:提取DNA→離心→全部中帶。
c.細(xì)胞再分裂一次(即細(xì)菌繁殖兩代)取出:提取DNA→離心→輕帶、中帶。
(9)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:DNA的復(fù)制是以半保留的方式進(jìn)行的。
2.DNA的復(fù)制。
(1)概念、時(shí)間、場所。
(2)過程。
(3)結(jié)果:一個(gè)DNA分子形成了兩個(gè)完全相同的DNA分子。
(4)特點(diǎn)
提醒　半保留復(fù)制為每個(gè)子代DNA分子都保留原DNA的一條鏈。
(5)DNA準(zhǔn)確復(fù)制的原因:DNA具有獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu),為復(fù)制提供精確的模板,堿基互補(bǔ)配對(duì)原則,保證了復(fù)制能準(zhǔn)確地進(jìn)行。
(6)DNA復(fù)制的意義:DNA通過復(fù)制,將遺傳信息從親代細(xì)胞傳遞給子代細(xì)胞,從而保持了遺傳信息的連續(xù)性。
3.染色體、DNA、基因和脫氧核苷酸的關(guān)系。
正誤判斷
(1)DNA復(fù)制遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則,新合成的DNA分子中兩條鏈均是新合成的。 (×)
(2)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)全部解旋后,開始DNA的復(fù)制。 (×)
(3)單個(gè)脫氧核苷酸在DNA酶的作用下連接合成新的子鏈。 (×)
(4)在一個(gè)細(xì)胞周期中,DNA復(fù)制過程中的解旋發(fā)生在兩條DNA母鏈之間。 (√)
(5)在人體內(nèi),成熟的紅細(xì)胞、漿細(xì)胞中不發(fā)生DNA的復(fù)制。 (√)
長句突破
1.(科學(xué)思維)已知果蠅的基因組大小為1.8×108bp(bp表示堿基對(duì)),真核細(xì)胞中DNA復(fù)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(jié)構(gòu)叫作DNA復(fù)制泡,是DNA上正在復(fù)制的部分。請你推測果蠅DNA形成多個(gè)復(fù)制泡的原因。
果蠅DNA的電鏡照片
提示　真核生物中DNA的復(fù)制是從多個(gè)起點(diǎn)開始的,這種復(fù)制方式提高了復(fù)制效率。
2.(事實(shí)概述)如圖為DNA的復(fù)制過程。
若發(fā)生在細(xì)胞核內(nèi),形成的兩個(gè)子DNA位置如何,其上面對(duì)應(yīng)片段中基因是否相同,兩個(gè)子DNA將于何時(shí)分開,分別表述為染色體復(fù)制后形成兩條姐妹染色單體,剛復(fù)制產(chǎn)生的兩個(gè)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(duì)應(yīng)片段所含基因在無基因突變等變異情況下應(yīng)完全相同;兩個(gè)子DNA分子將于有絲分裂后期或減數(shù)分裂Ⅱ后期著絲粒分裂時(shí),隨兩條姐妹染色單體的分離而分開,分別進(jìn)入兩個(gè)子細(xì)胞中。
3.(科學(xué)探究)將發(fā)生癌變的小腸上皮細(xì)胞用含3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培養(yǎng)液培養(yǎng),一段時(shí)間后再移至普通培養(yǎng)液中培養(yǎng),不同間隔時(shí)間取樣,檢測到被標(biāo)記的癌細(xì)胞比例減少,出現(xiàn)上述結(jié)果的原因是依據(jù)DNA半保留復(fù)制特點(diǎn),轉(zhuǎn)移到普通培養(yǎng)液中的癌細(xì)胞,隨著細(xì)胞增殖次數(shù)的增加,不被標(biāo)記的癌細(xì)胞開始出現(xiàn)并不斷增多,故被標(biāo)記的癌細(xì)胞比例減少。
1.歸納概括DNA復(fù)制的五個(gè)問題。
(1)復(fù)制的場所:主要場所是細(xì)胞核,但在擬核、線粒體、葉綠體、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)(如質(zhì)粒)中也可進(jìn)行DNA復(fù)制。
(2)外界條件對(duì)DNA復(fù)制的影響:在DNA復(fù)制的過程中,需要酶的催化和能量,凡是影響酶活性的因素和影響細(xì)胞呼吸的因素,都會(huì)影響DNA的復(fù)制。
(3)復(fù)制方式:半保留復(fù)制。新合成的每個(gè)DNA分子中,都保留了原來DNA分子中的一條鏈(模板鏈)。
(4)過程特點(diǎn):邊解旋邊復(fù)制;多點(diǎn)解旋和復(fù)制。
(5)DNA復(fù)制的準(zhǔn)確性。
①一般情況下,DNA能準(zhǔn)確地進(jìn)行復(fù)制。原因是DNA具有獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu),能為復(fù)制提供精確的模板;通過堿基互補(bǔ)配對(duì),保證了復(fù)制能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行。
②在特殊情況下,在外界因素和生物內(nèi)部因素的作用下,可能造成堿基配對(duì)發(fā)生差錯(cuò),引發(fā)基因突變。
2.“圖解法”分析DNA復(fù)制相關(guān)計(jì)算。
(1)將含有15N的DNA放在含有14N的培養(yǎng)基中連續(xù)復(fù)制n次,則:
①子代DNA共2n個(gè)
②脫氧核苷酸鏈共2n+1條
(2)DNA復(fù)制過程中消耗的脫氧核苷酸數(shù)。
①若親代DNA含有某種脫氧核苷酸m個(gè),經(jīng)過n次復(fù)制需要消耗該種脫氧核苷酸數(shù)為m·(2n-1)。
②第n次復(fù)制需要該種脫氧核苷酸數(shù)為m·2n-1。
角度一 圍繞DNA復(fù)制過程與特點(diǎn),考查理解能力
1.(2021·遼寧卷)下列有關(guān)細(xì)胞內(nèi)的DNA及其復(fù)制過程的敘述,正確的是 (　　)
A.子鏈延伸時(shí)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　子鏈延伸時(shí)5'→3'合成,故游離的脫氧核苷酸添加到3'端,A項(xiàng)正確;子鏈的合成過程需要引物參與,B項(xiàng)錯(cuò)誤;DNA每條鏈的5'端是磷酸基團(tuán)末端,3'端是羥基末端,C項(xiàng)錯(cuò)誤;解旋酶的作用是打開DNA雙鏈,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
答案　A
2.(2023·山東德州期中)單分子熒光測序技術(shù)原理如圖所示。某種脫氧核糖核苷三磷酸(dNTP)提供一個(gè)相應(yīng)的脫氧核苷酸連接到DNA子鏈上的同時(shí),會(huì)產(chǎn)生一分子的焦磷酸(PPi),一分子的PPi可以通過一系列反應(yīng)使熒光素發(fā)出一次熒光,通過檢測熒光的有無可推測模板鏈上相應(yīng)位點(diǎn)的堿基種類。下列說法錯(cuò)誤的是 (　　)
A.測序過程中dNTP可以為反應(yīng)提供能量
B.單分子熒光測序需要在DNA復(fù)制過程中進(jìn)行
C.測序時(shí)需要在反應(yīng)體系中同時(shí)加入4種dNTP
D.利用該技術(shù)測序時(shí)可能會(huì)連續(xù)多次出現(xiàn)熒光現(xiàn)象
解析　測序過程反應(yīng)中的能量來自dNTP水解放出的能量,A項(xiàng)正確;單分子熒光測序時(shí)dNTP提供一個(gè)脫氧核苷酸用于DNA復(fù)制的原料,B項(xiàng)正確;每一輪測序中只加入1種dNTP,C項(xiàng)錯(cuò)誤;在連續(xù)的位置可能出現(xiàn)相同堿基,則會(huì)連續(xù)多次出現(xiàn)熒光現(xiàn)象,D項(xiàng)正確。
答案　C
角度二 圍繞DNA分子復(fù)制的相關(guān)計(jì)算,考查演繹推理能力
3.(2023·臨沂模擬)現(xiàn)有DNA分子的兩條單鏈均只含有14N(表示為14N/14N)的大腸桿菌,若將該大腸桿菌在含有15N的培養(yǎng)基中繁殖兩代,再轉(zhuǎn)到含有14N的培養(yǎng)基中繁殖一代,則理論上DNA分子的組成類型和比例分別是 (　　)
A.有15N/14N和14N/14N兩種,其比例為1∶3
B.有15N/15N和14N/14N兩種,其比例為1∶1
C.有15N/15N和14N/14N兩種,其比例為3∶1
D.有15N/14N和14N/14N兩種,其比例為3∶1
解析　將只含有14N的大腸桿菌置于含有15N的培養(yǎng)基中繁殖兩代后,由于DNA的半保留復(fù)制,得到的子代DNA為2個(gè)15N/15N DNA和2個(gè)15N/14N DNA,再將其轉(zhuǎn)到含有14N的培養(yǎng)基中繁殖一代,會(huì)得到6個(gè)15NN DNA和2個(gè)14N/14N DNA,比例為3∶1。
答案　D
4.(2023·濱州模擬)用15N標(biāo)記兩條鏈含有100個(gè)堿基對(duì)的DNA分子,其中胞嘧啶有60個(gè),該DNA分子在含14N的培養(yǎng)基中連續(xù)復(fù)制3次。下列有關(guān)說法不正確的是 (　　)
A.該DNA分子含有的氫鍵數(shù)目是260個(gè)
B.該DNA分子復(fù)制3次共需要游離的腺嘌呤脫氧核苷酸320個(gè)
C.子代DNA分子中含15N的單鏈與含14N的單鏈之比為1∶7
D.子代DNA分子中含15N的DNA分子與含14N的DNA分子之比為1∶4
解析　該DNA分子有100個(gè)堿基對(duì),其中胞嘧啶有60個(gè),則G有60個(gè),A和T各有40個(gè),又知C、G之間有3個(gè)氫鍵,A、T之間有2個(gè)氫鍵,因此氫鍵數(shù)目為60×3+40×2=260(個(gè)),A項(xiàng)正確;該DNA分子含有腺嘌呤脫氧核苷酸(A)40個(gè),則復(fù)制3次共需要游離的腺嘌呤脫氧核苷酸的數(shù)目為(23-1)×40=280(個(gè)),B項(xiàng)錯(cuò)誤;該DNA分子復(fù)制3次共產(chǎn)生8個(gè)DNA分子、16條DNA單鏈,其中2條鏈含15N,故含15N的單鏈與含14N的單鏈之比為2∶14,即1∶7,C項(xiàng)正確;該DNA分子復(fù)制3次共產(chǎn)生8個(gè)DNA分子,其中2個(gè)DNA分子含有15N,8個(gè)DNA分子都含有14N,故二者之比為1∶4,D項(xiàng)正確。
答案　B
5.(不定項(xiàng))(2023·山東滕州期中)1958年,科學(xué)家運(yùn)用同位素標(biāo)記技術(shù)設(shè)計(jì)了DNA復(fù)制的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)的培養(yǎng)條件與方法:(1)在含15N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)若干代,使DNA均被15N標(biāo)記,離心結(jié)果如圖中的甲;(2)轉(zhuǎn)至14N的培養(yǎng)基培養(yǎng),每20分鐘繁殖一代;(3)取出每代大腸桿菌的DNA樣本,離心。圖中的乙、丙、丁是某學(xué)生畫的結(jié)果示意圖。下列有關(guān)推論,正確的是 (　　)
A.出現(xiàn)丁的結(jié)果需要60分鐘
B.乙是轉(zhuǎn)入14N培養(yǎng)基中繁殖一代的結(jié)果
C.轉(zhuǎn)入培養(yǎng)基中繁殖三代后全部DNA均含有14N
D.丙結(jié)果出現(xiàn)后,將此時(shí)的DNA熱變性后離心分析可得出半保留復(fù)制的結(jié)論
解析　根據(jù)DNA半保留復(fù)制特點(diǎn),轉(zhuǎn)入14N培養(yǎng)基中繁殖兩代后所得DNA分子中,有一半DNA分子只含14N,另一半DNA分子是一條鏈含有15N,一條鏈含有14N,離心后出現(xiàn)中帶和輕帶,即丁圖所示結(jié)果,即出現(xiàn)丁的結(jié)果至少要復(fù)制兩次,而大腸桿菌每20分鐘繁殖一代,因此至少需要40分鐘,A項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)DNA半保留復(fù)制特點(diǎn),轉(zhuǎn)入14N培養(yǎng)基中繁殖一代后所得DNA分子都是一條鏈含有15N,另一條鏈含有14N,離心后只出現(xiàn)中帶,即丙圖所示結(jié)果,B項(xiàng)錯(cuò)誤;因?qū)嶒?yàn)中DNA復(fù)制的原料均含14N,故轉(zhuǎn)入培養(yǎng)基中繁殖三代后,所有的DNA都含有14N,C項(xiàng)正確;丙是轉(zhuǎn)入14N培養(yǎng)基中繁殖一代的結(jié)果,DNA分子都是一條鏈含有15N,另一條鏈含有14N,因此將此時(shí)的DNA熱變性后離心分析可得出半保留復(fù)制的結(jié)論,D項(xiàng)正確。
答案　CD
有關(guān)DNA復(fù)制和計(jì)算的4點(diǎn)“注意”
(1)DNA中氫鍵可由解旋酶催化斷裂,同時(shí)需要ATP供能,也可加熱斷裂(體外);而氫鍵是自動(dòng)形成的,不需要酶和能量。
(2)注意“DNA復(fù)制了n次”和“第n次復(fù)制”的區(qū)別,前者包括所有的復(fù)制,后者只包括第n次的復(fù)制。
(3)DNA復(fù)制計(jì)算時(shí)看清題中所給出的堿基的單位是“對(duì)”還是“個(gè)”;所問的是“DNA分子數(shù)”還是“鏈數(shù)”,是“含”還是“只含”。
(4)在真核生物中,DNA復(fù)制一般是多起點(diǎn)復(fù)制;在原核生物中,DNA復(fù)制一般是一個(gè)起點(diǎn)。無論是真核生物還是原核生物,DNA復(fù)制大多數(shù)都是雙向進(jìn)行的。
1.經(jīng)典重組　判斷正誤
(1)細(xì)胞中DNA分子的堿基總數(shù)與所有基因的堿基數(shù)之和不相等。(2020·全國卷Ⅲ,1C) (√)
(2)細(xì)胞中DNA分子的堿基對(duì)數(shù)等于所有基因的堿基對(duì)數(shù)之和。(2017·海南卷,23C) (×)
(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。(2014·全國卷Ⅱ,5C) (×)
(4)DNA有氫鍵,RNA沒有氫鍵。(2013·全國卷Ⅱ,1A) (×)
2.(2022·廣東卷)λ噬菌體的線性雙鏈DNA兩端各有一段單鏈序列。這種噬菌體在侵染大腸桿菌后其DNA會(huì)自連環(huán)化(如圖),該線性分子兩端能夠相連的主要原因是 (　　)
A.單鏈序列脫氧核苷酸數(shù)量相等
B.分子骨架同為脫氧核糖與磷酸
C.單鏈序列的堿基能夠互補(bǔ)配對(duì)
D.自連環(huán)化后兩條單鏈方向相同
解析　單鏈序列脫氧核苷酸數(shù)量相等、分子骨架同為脫氧核糖與磷酸交替連接,不能決定該線性DNA分子兩端能夠相連,A、B兩項(xiàng)錯(cuò)誤;據(jù)圖可知,單鏈序列的堿基能夠互補(bǔ)配對(duì),決定該線性DNA分子兩端能夠相連,C項(xiàng)正確;DNA的兩條鏈?zhǔn)欠聪虻?因此自連環(huán)化后兩條單鏈方向相反,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
答案　C
3.(2022·浙江6月選考)某同學(xué)欲制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型,已準(zhǔn)備了足夠的相關(guān)材料,下列敘述正確的是 (　　)
A.在制作脫氧核苷酸時(shí),需在磷酸上連接脫氧核糖和堿基
B.制作模型時(shí),鳥嘌呤與胞嘧啶之間用2個(gè)氫鍵連接物相連
C.制成的模型中,腺嘌呤與胞嘧啶之和等于鳥嘌呤和胸腺嘧啶之和
D.制成的模型中,磷酸和脫氧核糖交替連接位于主鏈的內(nèi)側(cè)
解析　在制作脫氧核苷酸時(shí),需在脫氧核糖上連接磷酸和堿基,A項(xiàng)錯(cuò)誤;鳥嘌呤和胞嘧啶之間由3個(gè)氫鍵連接,B項(xiàng)錯(cuò)誤;DNA的兩條鏈之間遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則,即A=T、C=G,故在制作的模型中A+C=G+T,C項(xiàng)正確;DNA分子中脫氧核糖和磷酸交替連接,排列在外側(cè),構(gòu)成基本骨架,堿基在內(nèi)側(cè),D項(xiàng)錯(cuò)誤。
答案　C
4.(2021·山東卷)利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,將含有基因修飾系統(tǒng)的T DNA插入到水稻細(xì)胞M的某條染色體上,在該修飾系統(tǒng)的作用下,一個(gè)DNA分子單鏈上的一個(gè)C脫去氨基變?yōu)閁,脫氨基過程在細(xì)胞M中只發(fā)生一次。將細(xì)胞M培育成植株N。下列說法錯(cuò)誤的是 (　　)
A.N的每一個(gè)細(xì)胞中都含T DNA
B.N自交,子一代中含T DNA的植株占3/4
C.M經(jīng)n(n≥1)次有絲分裂后,脫氨基位點(diǎn)為A—U的細(xì)胞占1/2n
D.M經(jīng)3次有絲分裂后,含T DNA且脫氨基位點(diǎn)為A—T的細(xì)胞占1/2
解析　在M培育成N的過程中,增殖方式為有絲分裂。根據(jù)題意M細(xì)胞中某條染色體上含有T DNA,有絲分裂過程中T DNA會(huì)隨著水稻DNA的復(fù)制而復(fù)制,復(fù)制后精確分配到子細(xì)胞中去,所以細(xì)胞M培育成的植物N的每個(gè)子細(xì)胞中都含有T DNA,A項(xiàng)正確;N的原始生殖細(xì)胞中其中一條染色體含有T DNA(可記為T),其同源染色體不含T DNA(可記為O),那么N植株可表示為TO,根據(jù)分離定律N植物(TO)自交子一代中含T的植物占3/4,也就是含T DNA的植物占3/4,B項(xiàng)正確; 根據(jù)題意M細(xì)胞染色體一個(gè)DNA分子的單鏈中C變?yōu)閁,由于DNA復(fù)制的原料是脫氧核苷酸不含堿基U,故復(fù)制n次后脫氨位點(diǎn)含有A—U的細(xì)胞只有一個(gè),復(fù)制n次后細(xì)胞總數(shù)為2n個(gè),所以脫氨位點(diǎn)為A—U的細(xì)胞占1/2n,C項(xiàng)正確;據(jù)A項(xiàng)解析知,M經(jīng)3次有絲分裂后的細(xì)胞都含有T DNA。由于M細(xì)胞中一個(gè)DNA的單鏈的C變U,其互補(bǔ)鏈的對(duì)應(yīng)位點(diǎn)正常為G,所以子代細(xì)胞1/2是正常的G—C,1/2是堿基對(duì)被替換的。M經(jīng)3次復(fù)制后形成8個(gè)子DNA,其中4個(gè)脫氨位點(diǎn)為正常的(G—C或C—G);4個(gè)脫氨位點(diǎn)為替換的,其中一個(gè)DNA含有U—A(或A—U),三個(gè)DNA為A—T(或T—A),綜上分析M經(jīng)3次有絲分裂后,含T DNA且脫氨基位點(diǎn)為A—T的細(xì)胞占3/8,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
答案　D
5.(2021·全國甲卷)用一段由放射性同位素標(biāo)記的DNA片段可以確定基因在染色體上的位置。某研究人員使用放射性同位素32P標(biāo)記的脫氧腺苷三磷酸(dATP,dA-Pα~Pβ~Pγ)等材料制備了DNA片段甲(單鏈),對(duì)W基因在染色體上的位置進(jìn)行了研究,實(shí)驗(yàn)流程的示意圖如下。
回答下列問題:
(1)該研究人員在制備32P標(biāo)記的DNA片段甲時(shí),所用dATP的α位磷酸基團(tuán)中的磷必須是32P,原因是　　　　　　　　　　　。
(2)該研究人員以細(xì)胞為材料制備了染色體樣品,在混合操作之前去除了樣品中的RNA分子,去除RNA分子的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)為了使片段甲能夠通過堿基互補(bǔ)配對(duì)與染色體樣品中的W基因結(jié)合,需要通過某種處理使樣品中的染色體DNA　　　　　。
(4)該研究人員在完成上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,又對(duì)動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)某基因的mRNA進(jìn)行了檢測,在實(shí)驗(yàn)過程中用某種酶去除了樣品中的DNA,這種酶是　　　　　　　　　　　　　　。
解析　(1)因?yàn)閐ATP分子中的兩個(gè)特殊化學(xué)鍵斷裂后形成的dA-P(腺嘌呤脫氧核糖核苷酸)是組成DNA的基本單位之一,所以只有α位磷酸基團(tuán)中的磷是32P,才能使DNA合成原料具有放射性,最終使合成的DNA具有32P的放射性。(2)由題意可知,本實(shí)驗(yàn)的目的是用一段由放射性同位素標(biāo)記的DNA片段確定W基因在染色體上的位置,在混合操作之前應(yīng)去除樣品中的RNA分子,若不去除RNA分子,則RNA分子會(huì)與DNA分子堿基互補(bǔ)配對(duì)結(jié)合,從而影響DNA與染色體對(duì)應(yīng)位點(diǎn)的DNA結(jié)合,導(dǎo)致無法確定基因在染色體上的位置。(3)DNA要先解開雙鏈,片段甲才能通過堿基互補(bǔ)配對(duì)與染色體樣品中的W基因結(jié)合,因此,需要通過某種處理使樣品中的染色體DNA解旋。(4)因?yàn)槊妇哂袑Ｒ恍?故應(yīng)用DNA酶(或DNA水解酶)去除樣品中的DNA。
答案　(1)dATP分子中的兩個(gè)特殊的化學(xué)鍵斷裂后形成的dA-P是組成DNA的基本單位之一,所以α位磷酸基團(tuán)中的磷是32P,才能使DNA具有32P的放射性　(2)防止RNA分子與DNA分子堿基互補(bǔ)配對(duì)結(jié)合,從而影響DNA與染色體對(duì)應(yīng)位點(diǎn)的DNA結(jié)合　(3)解旋　(4)DNA酶(DNA水解酶)
(十二)　標(biāo)記DNA的去向分析
1.DNA分子半保留復(fù)制圖像及解讀。
2.進(jìn)行有絲分裂的細(xì)胞在細(xì)胞增殖過程中核DNA和染色體的標(biāo)記情況分析。
DNA復(fù)制一次細(xì)胞分裂一次。如圖為連續(xù)分裂兩次的過程圖(以一條染色體為例)。
注:“”為親代DNA鏈;“”為利用原料合成的子鏈。
由圖可以看出,第一次有絲分裂形成的兩個(gè)子細(xì)胞中所有核DNA分子均由一條親代DNA鏈和一條子鏈組成;第二次有絲分裂后最終形成的子細(xì)胞中含親代DNA鏈的染色體條數(shù)是0~2n(以體細(xì)胞染色體數(shù)為2n為例)。
3.進(jìn)行減數(shù)分裂的細(xì)胞在分裂過程中核DNA和染色體的標(biāo)記情況分析。
在進(jìn)行減數(shù)分裂之前,DNA復(fù)制一次,減數(shù)分裂過程中細(xì)胞連續(xù)分裂兩次。如圖是一次減數(shù)分裂的結(jié)果(以一對(duì)同源染色體為例)。
注:“”為親代DNA鏈;“”為利用原料合成的子鏈。
由圖可以看出,減數(shù)分裂過程中細(xì)胞雖然連續(xù)分裂兩次,但DNA只復(fù)制一次,所以四個(gè)子細(xì)胞中所有核DNA分子均由一條親代DNA鏈和一條利用原料合成的子鏈組成。
1.(2021·浙江1月選考)現(xiàn)建立“動(dòng)物精原細(xì)胞(2n=4)有絲分裂和減數(shù)分裂過程”模型。1個(gè)精原細(xì)胞(假定DNA中的P元素都為32P,其他分子不含32P)在不含32P的培養(yǎng)液中正常培養(yǎng),分裂為2個(gè)子細(xì)胞,其中1個(gè)子細(xì)胞發(fā)育為細(xì)胞①。細(xì)胞①和②的染色體組成如圖所示,H(h)、R(r)是其中的兩對(duì)基因,細(xì)胞②和③處于相同的分裂時(shí)期。下列敘述正確的是 (　　)
A.細(xì)胞①形成過程中沒有發(fā)生基因重組
B.細(xì)胞②中最多有兩條染色體含有32P
C.細(xì)胞②和細(xì)胞③中含有32P的染色體數(shù)相等
D.細(xì)胞④~⑦中含32P的核DNA分子數(shù)可能分別是2、1、1、1
解析　圖中細(xì)胞①處于減數(shù)分裂Ⅰ前期,分析細(xì)胞①中基因組成可知,發(fā)生了同源染色體非姐妹染色單體的互換,即發(fā)生了基因重組,A項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)DNA分子半保留復(fù)制,1個(gè)精原細(xì)胞(DNA中的P元素都為32P),在不含32P的培養(yǎng)液中正常培養(yǎng),經(jīng)過一次有絲分裂產(chǎn)生的子細(xì)胞中每條染色體中的DNA分子一條鏈含32P,另一條鏈不含32P。該子細(xì)胞經(jīng)過減數(shù)分裂Ⅰ前的間期復(fù)制,形成的細(xì)胞①中每條染色體,只有一條單體的DNA分子一條鏈含有32P(共4條染色單體含有32P),細(xì)胞①形成細(xì)胞②會(huì)發(fā)生同源染色體分離,正常情況下,細(xì)胞②有兩條染色體含有32P(分布在非同源染色體上),但根據(jù)圖可知,H所在的染色體發(fā)生過互換,很有可能H和h所在染色體都含有32P,因此細(xì)胞②中最多有3條染色體含有32P,B項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)B項(xiàng)分析可知,正常情況下,細(xì)胞②和③中各有兩條染色體含有32P(分布在非同源染色體上),但由于細(xì)胞①中發(fā)生了H和h的互換,而發(fā)生互換的染色單體上不確定是否含有32P,故細(xì)胞②和細(xì)胞③中含有32P的染色體數(shù)可能相等也可能不相等,C項(xiàng)錯(cuò)誤;如果細(xì)胞②的H和R所在染色體含有32P,且細(xì)胞②中h所在染色體含有32P,則r在染色體不含有32P,因此形成的細(xì)胞④含有32P的核DNA分子數(shù)為2個(gè),形成的細(xì)胞⑤含有32P的核DNA分子數(shù)為1個(gè),由于細(xì)胞③的基因型為Hhrr(h為互換的片段),h所在的染色體與其中一個(gè)r所在染色體含有32P(H和另一個(gè)r所在染色體不含32P),如果含有32P的2條染色體不在同一極,則形成的細(xì)胞⑥和⑦都含32P的核DNA分子數(shù)為1個(gè),D項(xiàng)正確。
答案　D
2.(2023·天津和平區(qū)摸底)用32P標(biāo)記某植物體細(xì)胞(含12條染色體)的DNA分子雙鏈,再將這些細(xì)胞轉(zhuǎn)入不含32P的培養(yǎng)基中培養(yǎng),在第二次細(xì)胞分裂的中期一個(gè)細(xì)胞中染色體攜帶32P標(biāo)記的情況是 (　　)
A.帶有32P標(biāo)記的DNA分子數(shù)與染色體數(shù)相同
B.帶有32P標(biāo)記的染色體有6條
C.每條染色體的兩條姐妹染色單體均帶有32P標(biāo)記
D.每條染色體中帶有32P標(biāo)記的DNA單鏈為0條或1條
解析　依題意和DNA分子的半保留復(fù)制可知,在第一次有絲分裂結(jié)束后,每個(gè)子細(xì)胞中含有的12條染色體,每條染色體上所含有的雙鏈DNA分子中只有一條鏈被32P標(biāo)記;在第二次有絲分裂的間期DNA分子完成復(fù)制后,每條染色體含2個(gè)DNA分子,這2個(gè)DNA分子分別位于組成該染色體的2條姐妹染色單體上,其中只有一條染色單體上的DNA被32P標(biāo)記,所以有絲分裂中期的細(xì)胞中有12條被標(biāo)記的染色體,與帶有32P標(biāo)記的DNA分子數(shù)相同,A項(xiàng)正確;由A項(xiàng)分析可知,第二次細(xì)胞分裂中期一個(gè)細(xì)胞中,帶有32P標(biāo)記的染色體有12條,每條染色體的兩條姐妹染色單體中只有一條帶有32P標(biāo)記,每條染色體中帶有32P標(biāo)記的DNA單鏈為1條,B、C、D三項(xiàng)錯(cuò)誤。
答案　A
3.(不定項(xiàng))(2023·濱州模擬)取小鼠(2n=40)的1個(gè)精原細(xì)胞,誘導(dǎo)其在含3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸培養(yǎng)基中完成減數(shù)分裂形成4個(gè)精子,取其中一個(gè)精子與卵細(xì)胞結(jié)合形成受精卵,然后轉(zhuǎn)入無放射性的培養(yǎng)基中培養(yǎng)至早期胚胎。下列敘述正確的是 (　　)
A.減數(shù)分裂Ⅰ前期形成10個(gè)四分體,每個(gè)四分體的DNA均被3H標(biāo)記
B.減數(shù)分裂形成的每個(gè)精子中有10條染色體被3H標(biāo)記,10條未被標(biāo)記
C.受精卵第一次有絲分裂后期,細(xì)胞中被3H標(biāo)記的染色體有20條
D.受精卵第一次有絲分裂產(chǎn)生的每個(gè)子細(xì)胞中被3H標(biāo)記的染色體有10條
解析　減數(shù)分裂Ⅰ前期形成20個(gè)四分體,每個(gè)四分體的DNA均被3H標(biāo)記,A項(xiàng)錯(cuò)誤;減數(shù)分裂形成的每個(gè)精子中20條染色體都被3H標(biāo)記,B項(xiàng)錯(cuò)誤;受精卵第一次有絲分裂后期,細(xì)胞中被3H標(biāo)記的染色體只有20條,C項(xiàng)正確;受精卵第一次有絲分裂產(chǎn)生的每個(gè)子細(xì)胞中被3H標(biāo)記的染色體有0~20條,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
答案　C

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