2023屆 一輪復(fù)習(xí) 人教版 DNA的結(jié)構(gòu)、復(fù)制與基因的結(jié)構(gòu) 學(xué)案

1、第19講 DNA的結(jié)構(gòu)、復(fù)制與基因的結(jié)構(gòu)課標要求 概述DNA分子是由四種脫氧核苷酸構(gòu)成的,通常由兩條堿基互補配對的反向平行長鏈形成雙螺旋結(jié)構(gòu),堿基的排列順序代表遺傳信息；概述DNA分子通過半保留方式進行復(fù)制。考點一 DNA分子的結(jié)構(gòu)必備知識 整合1.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)1 ）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建者: 沃森 和 克里克 。2）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點 DNA由兩條單鏈組成，這兩條鏈按 反向平行 方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA的一條鏈具有兩個末端，一端有一個游離的磷酸基團，稱作 5- 端 ，另一端有一個羥基OH ，稱作 3- 端 ，DNA兩條單鏈走向 相反 ，一條單鏈是從5- 端到3- 端的，另一條單

2、鏈是從3- 端到5- 端的。DNA中的 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 排列在內(nèi)側(cè)。兩條鏈上的堿基通過 氫鍵 連接成堿基對，并且堿基配對具有一定規(guī)律： A （腺嘌呤） 一定與T （胸腺嘧啶）配對， G （鳥嘌呤） 一定與C （胞嘧啶）配對。堿基之間的這種一一對應(yīng)的關(guān)系，叫作 堿基互補配對 原則。提醒 氫鍵的形成不需要酶，而斷裂需解旋酶或加熱處理。除雙鏈DNA末端的兩個脫氧核糖外，其余每個脫氧核糖都連接著2個磷酸。每個雙鏈DNA片段中，游離的磷酸基團有2個，而環(huán)狀DNA不存在游離的磷酸基團。2.DNA分子的特性1）相對穩(wěn)定性：DNA分子中 磷酸和脫氧核糖 交替連接的方

3、式不變，兩條鏈間 堿基互補配對 的方式不變。2）多樣性：不同的DNA分子中 脫氧核苷酸 的數(shù)目不同，排列順序多種多樣。若某DNA分子中有n 個堿基對，則排列順序有 4n 種。3）特異性：每種DNA分子都有區(qū)別于其他DNA的特定的 堿基對排列順序 ，代表了特定的遺傳信息。教材基礎(chǔ)診斷1. 沃森和克里克以威爾金斯和富蘭克林提供的DNA衍射圖譜的有關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),推算出DNA分子呈螺旋結(jié)構(gòu)。（必2 P48、49 思考討論）( )2. 沃森和克里克提出腺嘌呤的量等于胸腺嘧啶的量;鳥嘌呤的量等于胞嘧啶的量。（必2 P48、49 思考討論）( )3. DNA分子中的每個磷酸均連接著一個脫氧核糖和一個堿基。（

4、必2 P50圖3-8）( )4. DNA分子一條鏈上的相鄰堿基通過磷酸脫氧核糖磷酸相連。（必2 P50圖3-8）( )教材深度拓展1. （必2 P50圖3-8）1） DNA中反向平行的兩條鏈的堿基之間通過氫鍵連接;同一條鏈上堿基之間通過脫氧核糖磷酸脫氧核糖相連;一條鏈上的脫氧核苷酸之間通過磷酸二酯鍵連接。2） DNA初步水解的產(chǎn)物是4種脫氧核苷酸,徹底水解的產(chǎn)物是磷酸、脫氧核糖和4種含氮堿基。2. （必2 P51探究實踐）DNA只有4種脫氧核苷酸，能夠儲存足夠量遺傳信息的原因是構(gòu)成DNA的4種脫氧核苷酸的數(shù)目成千上萬，脫氧核苷酸的排列順序千差萬別。重難突破雙鏈DNA分子中堿基的計算規(guī)律提醒 在

5、DNA分子單鏈中，嘌呤數(shù)不一定等于嘧啶數(shù)。關(guān)鍵能力 提升考向一 DNA的結(jié)構(gòu)與特點（生命觀念）1. 2019湖南常德期末下列關(guān)于DNA結(jié)構(gòu)與功能的說法，錯誤的是( B )A. DNA分子中能儲存大量的遺傳信息B. 雙鏈DNA分子中每個五碳糖上連接一個磷酸和一個含N 堿基C. DNA分子中G 與C 堿基對含量越高，其分子結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定D. 若DNA分子的一條鏈中A+G/T+C1 ，則其互補鏈中該比例大于1解析DNA分子中堿基對的排列順序蘊含著大量的遺傳信息，A正確；除雙鏈DNA末端的兩個脫氧核糖外，其余每個脫氧核糖上都連接兩個磷酸和一個含N 堿基，B錯誤；G 、C 堿基對間有3個氫鍵，A 、T 堿基

6、對間有2個氫鍵，故DNA分子中G 與C 堿基對含量越高，分子結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，C正確；DNA分子兩條單鏈中的A+G/T+C 互為倒數(shù)，D正確。2. 2021遼寧大連期末如圖為某鏈狀DNA分子部分結(jié)構(gòu)示意圖，以下敘述正確的是( D )A. 是一個鳥嘌呤脫氧核苷酸B. DNA聚合酶可催化形成C. 解旋酶可斷開，因此DNA的穩(wěn)定性與無關(guān)D. A 鏈和B 鏈的方向相反，該DNA分子共具有2個游離的磷酸基團解析是胸腺嘧啶脫氧核苷酸中的磷酸，不是一個鳥嘌呤脫氧核苷酸的組成部分，A錯誤；DNA聚合酶催化磷酸二酯鍵的形成，B錯誤；是氫鍵，氫鍵是維持DNA結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素之一，C錯誤；鏈狀DNA分子兩條鏈的末端各有一個

7、游離的磷酸基團，所以該DNA中共具有2個游離的磷酸基團，D正確。題后悟道歸納1 ）2 ）3）考向二 DNA結(jié)構(gòu)的相關(guān)計算（科學(xué)思維）3. 2021黑龍江哈爾濱一中期中下列有關(guān)計算結(jié)果，錯誤的是( A )A. 若某DNA分子中，一條鏈中的A 占該鏈的30% ，另一條鏈的A 占另一條鏈的20% ，則DNA雙鏈中A 占雙鏈的30% B. 在某雙鏈DNA分子的所有堿基中，鳥嘌呤占26% ，則腺嘌呤占24% C. 某DNA分子的一條單鏈中A+T/C+G=0.4 ，其互補鏈中該堿基比例也是0.4D. 若某DNA分子中A 占雙鏈的比例為c% ，則一條鏈中的A 占該單鏈的比值為0到2c% 解析根據(jù)雙鏈中A 占

8、雙鏈的比例等于兩條單鏈中A 占單鏈的比例之和的一半，可知答案應(yīng)為25% ，A錯誤；在某雙鏈DNA分子的所有堿基中，非互補配對的堿基之和占堿基總數(shù)的一半，因此鳥嘌呤的分子數(shù)占26% ，則腺嘌呤的分子數(shù)占24% ，B正確；某DNA分子的一條單鏈中A+T:C+G=0.4 ，根據(jù)堿基互補配對原則，其互補鏈中該堿基比例也是0.4，C正確；若DNA分子中A 占雙鏈的比例為c% ，則一條鏈中的A 占該單鏈的比值范圍為02c% ，D正確。4. 2021河南頂尖名校聯(lián)考如圖表示DNA分子中的部分關(guān)系，下列判斷正確的是( C )A. 若x 、y 分別表示DNA兩條互補鏈中A+G/T+C 的量，則符合甲曲線變化B.

9、 若x 、y 分別表示DNA兩條互補鏈中G+T/A+C 的量，則符合甲曲線變化C. 若x 、y 分別表示DNA兩條互補鏈中A+T/G+C 的量，則符合乙曲線變化D. 若x 、y 分別表示DNA一條鏈和整個DNA中嘌呤/嘧啶的量，則符合乙曲線變化解析DNA兩條互補鏈中，A+G/T+C 的量互為倒數(shù)，G+T/A+C 的量互為倒數(shù)，均不符合甲曲線變化，A、B錯誤；根據(jù)堿基互補配對原則，DNA兩條互補鏈中A+T/G+C 的量是相等的，此情況符合乙曲線變化，C正確；雙鏈DNA中A+C=T+G ，即嘌呤/嘧啶始終等于1，但DNA一條鏈中嘌呤/嘧啶的量不確定，D錯誤。考點二 DNA的復(fù)制及基因的本質(zhì)必備知識

10、 整合1.DNA復(fù)制的假說與證據(jù)1）沃森和克里克的假說： 半保留 復(fù)制。2）實驗材料：大腸桿菌。3）實驗方法： 同位素 標記法、密度梯度離心技術(shù)。4）實驗過程5）實驗結(jié)論：DNA分子復(fù)制的特點是 半保留復(fù)制 。2.DNA復(fù)制的過程1）概念：以 親代DNA 為模板合成 子代DNA 的過程。2）時間：在真核生物中，這一過程發(fā)生在 細胞分裂前的間期 。3）圖解答案見圖中4）場所：真核生物在 細胞核 、 線粒體 和 葉綠體 ；原核生物在 擬核 和細胞質(zhì)。5）特點： 邊解旋邊復(fù)制、半保留復(fù)制 。6）方向： 53 。7）意義：DNA分子通過復(fù)制，將 遺傳信息 從親代傳給了子代，從而保持了 遺傳信息 的連續(xù)

11、性。8 ）DNA分子精確復(fù)制的原因DNA分子的 雙螺旋 結(jié)構(gòu)提供精確的模板。 堿基互補配對原則 保證復(fù)制準確進行。3.基因的本質(zhì)1）染色體、DNA和基因的關(guān)系答案見圖中2）基因與堿基的關(guān)系遺傳信息蘊藏在 4種堿基 的排列順序中，構(gòu)成基因的堿基數(shù) 小于 （填“大于”“小于”或“等于”）DNA分子的堿基總數(shù)。提醒 并非所有DNA片段都是基因，基因通常是有遺傳效應(yīng)的DNA片段，不是連續(xù)分布在DNA上的，而是由堿基序列將不同的基因分隔開。對于原核細胞來說，擬核中的DNA分子或者質(zhì)粒DNA均是裸露的，沒有與蛋白質(zhì)一起構(gòu)成染色體。教材基礎(chǔ)診斷1. 將已被15N 標記了DNA的大腸桿菌在含14N 的培養(yǎng)基中

12、培養(yǎng)繁殖一代,若子代大腸桿菌的DNA分子中既含有14N ,又含有15N ,則可說明DNA的復(fù)制為半保留復(fù)制。（必2 P54思考討論）( )2. DNA分子復(fù)制時,解旋酶與DNA聚合酶不能同時發(fā)揮作用。（必2 P55圖3-10）( )3. 單個脫氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下連接合成新的子鏈。（必2 P55圖3-10）( )4. 生物體內(nèi)所有基因的堿基總數(shù)與DNA分子的堿基總數(shù)相同。（必2 P57思考討論）( )5. 基因是堿基對隨機排列成的DNA片段。（必2 P58思考討論）( )6. 基因的遺傳效應(yīng)是指基因能夠復(fù)制、傳遞和表達性狀的過程。（必2 P59正文）( )7. 真核細胞基因中核糖核苷

13、酸的排列順序代表遺傳信息。（必2 P59正文）( )8. DNA分子的多樣性和特異性主要與它的空間結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。（必2 P59正文）( )教材深度拓展1. （必2 P54思考討論）若DNA的復(fù)制方式為如圖所示的全保留方式或分散方式,繪出連續(xù)繁殖兩代（和）的實驗結(jié)果中各條帶的分布圖像（重帶、中帶和輕帶）。2. （必2 P56拓展應(yīng)用2）真核細胞中DNA復(fù)制的速率一般為50100 bp/s ，果蠅DNA的電鏡照片中有一些泡狀結(jié)構(gòu)，叫作DNA復(fù)制泡，是DNA上正在復(fù)制的部分，果蠅DNA上形成多個復(fù)制泡，這說明果蠅的DNA有多個復(fù)制起點，可同時從不同起點開始DNA復(fù)制，由此加快DNA復(fù)制的速率，為細胞

14、分裂做好物質(zhì)準備。重難突破DNA復(fù)制過程中相關(guān)計算的規(guī)律方法DNA分子復(fù)制為半保留復(fù)制，若將一個被15N 標記的DNA轉(zhuǎn)移到含14N 的培養(yǎng)基中培養(yǎng)（復(fù)制）若干代，其結(jié)果分析如下：1）第n 代DNA分子數(shù)：2n 無論復(fù)制多少次，含15N 的DNA分子始終是2個。含14N 的DNA分子有2n 個，只含14N 的DNA分子有2n-2 個，做題時應(yīng)看準是“含 ”還是“只含”。2）第n 代DNA分子的總鏈數(shù)：2n2=2n+1 無論復(fù)制多少次，含15N 的單鏈始終是2條。做題時應(yīng)看準是“DNA分子數(shù)”還是“單鏈數(shù)”。含14N 的單鏈是2n+1-2 條。3）消耗的脫氧核苷酸數(shù)若一親代DNA分子含有某種脫氧

15、核苷酸m 個，則進行n 次復(fù)制需要消耗游離的該脫氧核苷酸m2n-1 個；進行第n 次復(fù)制，需消耗游離的該脫氧核苷酸m2n-1 個。關(guān)鍵能力 提升考向一 DNA復(fù)制的過程分析（科學(xué)思維）1. 2021廣東高州二模復(fù)制叉是復(fù)制時雙鏈打開，分開成兩股，各自作為模板，子鏈沿模板延長所形成的Y 字形結(jié)構(gòu)（如圖），復(fù)制叉從復(fù)制起始點開始沿著DNA鏈有序移動。DNA甲基化會引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、DNA構(gòu)象、DNA穩(wěn)定性及DNA與蛋白質(zhì)相互作用方式的改變。下列敘述正確的是( D )A. 解旋酶能使DNA兩條螺旋的雙鏈完全打開后再復(fù)制B. DNA聚合酶作用對象是氫鍵C. 甲基化修飾DNA鏈不會影響復(fù)制叉的有序移動D.

16、 多起點雙向復(fù)制可提高復(fù)制速率解析DNA分子的復(fù)制特點是邊解旋邊復(fù)制，解旋酶能使DNA兩條螺旋的雙鏈打開，A錯誤；DNA聚合酶的作用對象是磷酸二酯鍵，B錯誤；由于DNA甲基化引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、DNA構(gòu)象、DNA穩(wěn)定性及DNA與蛋白質(zhì)相互作用方式發(fā)生了改變，故甲基化修飾DNA鏈會直接停頓復(fù)制叉，C錯誤；多起點雙向復(fù)制可以提高復(fù)制的速率，能在短時間內(nèi)得到較多的DNA分子，D正確。2. 2019山東日照期末如圖為某原核細胞DNA分子的復(fù)制方式模式圖，圖中“”表示復(fù)制方向。下列敘述錯誤的是( A )A. 由圖可知，該DNA分子復(fù)制方式為多起點雙向復(fù)制B. 除圖示酶外，DNA分子復(fù)制還需DNA聚合酶等C.

17、 DNA分子復(fù)制時，子鏈的延伸方向是相同的D. 解旋經(jīng)過含GC 堿基對較多的區(qū)域時，消耗的能量相對較多解析由題圖可知，該DNA分子復(fù)制方式為單起點雙向復(fù)制，A錯誤；圖示解旋酶能打開雙鏈間的氫鍵，使雙鏈DNA解旋，DNA分子復(fù)制還需要DNA聚合酶等，B正確；DNA分子兩條鏈是反向平行的，而復(fù)制的時候只能從5 端向3 端延伸，所以兩條子鏈合成方向相反，但延伸方向是相同的，C正確；GC 堿基對含有三個氫鍵，AT 堿基對含有兩個氫鍵，故解旋經(jīng)過含GC 堿基對較多的區(qū)域時，消耗的能量相對較多，D正確。考向二 DNA復(fù)制過程中的有關(guān)計算（科學(xué)思維）3. 2018海南，15，2分現(xiàn)有DNA分子的兩條單鏈均只

18、含有14N （表示為14N14N ）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( D )A. 有15N14N 和14N14N 兩種，其比例為1:3 B. 有15N15N 和14N14N 兩種，其比例為1:1 C. 有15N15N 和14N14N 兩種，其比例為3:1 D. 有15N14N 和14N14N 兩種，其比例為3:1 解析將含有14N14N 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15N15N-DNA 和2個14N15N-DNA ，再將其

19、轉(zhuǎn)到含有14N 的培養(yǎng)基中繁殖一代，會得到6個15N14N-DNA 和2個14N14N-DNA ，比例為3:1 ，D正確。4. 2021廣東二模一個15N 標記的、含1 000個堿基對的DNA分子片段，其中一條中T+A 占30% ，若將該DNA分子放在14N 的培養(yǎng)基中連復(fù)制3次，相關(guān)敘述正確的是 ( C )A. 該DNA分子的另一條鏈中T+A 占70% B. 該DNA分子中含有A 的數(shù)目為400個C. 該DNA分子第3次復(fù)制時需要消耗2 800個G D. 經(jīng)3次復(fù)制后，子代DNA分子中含14N 的比例為7/8 解析DNA分子片段的一條鏈中T+A 占一條鏈的30% ，根據(jù)堿基互補配對原則，另一

20、條鏈中T+A 占另一條鏈的30% ，A錯誤。根據(jù)堿基互補配對原則，該DNA分子一條鏈中T+A 占30% ，則整個DNA分子中T+A 占30% ，所以DNA分子中A=T=1 000230%2=300 （個），則鳥嘌呤G=1 000-300=700 （個）。第3次復(fù)制時需要消耗G=22700=2 800 （個），C正確，B錯誤。經(jīng)3次復(fù)制后，8個子代DNA中都含14N ，故其比例為1，D錯誤。題后悟道易錯注意“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。DNA復(fù)制計算時看清題中所給出的堿基的單位是“對”還是“個”；所問的是“DNA分子數(shù)”還是“鏈數(shù)”

21、，“含”還是“只含”。注意在DNA復(fù)制過程中，無論復(fù)制了幾次，含有親代脫氧核苷酸單鏈的DNA分子都只有兩個。考向三 DNA復(fù)制方式的實驗探究（科學(xué)思維、科學(xué)探究）5. 2021河南部分學(xué)校開學(xué)考試早期，科學(xué)家對DNA分子復(fù)制方式的預(yù)測如圖甲所示。1958年，科學(xué)家以大腸桿菌為實驗材料，設(shè)計了一個巧妙的實驗（如圖乙所示），試管是模擬實驗中可能出現(xiàn)的結(jié)果。下列相關(guān)敘述正確的是( B )甲乙A. 圖乙實驗運用的主要技術(shù)包括熒光標記和密度梯度離心B. 圖乙中的目的是標記DNA，至少需要60 min 才會出現(xiàn)試管的結(jié)果C. 若培養(yǎng)30 min 后離心得到試管的結(jié)果，則可以確定DNA復(fù)制的方式是半保留復(fù)制D. 若為全保留復(fù)制，則復(fù)制n 代后15N/15N-DNA 所占比例為1/2n ，離心呈現(xiàn)結(jié)果解析圖乙實驗運用的主要技術(shù)為同位素標記和密度梯度離心，A錯誤；圖乙中的目的是標記大腸桿菌的DNA，每30 min 復(fù)制一代，故至少需要60 min 才會出現(xiàn)試管的結(jié)果，B正確；若培養(yǎng)30 min 后離心得到試管的結(jié)果，只能排除全保留復(fù)制，還不能確定DNA復(fù)制的方式是分散復(fù)制還是半保留復(fù)制，C錯誤；若為全保留復(fù)制，則復(fù)制n 代后只有1個15N/15N-DNA ，其余全為14N/14N-DNA ，故15N/15N-DNA 所占比例為1/2n ，離心呈現(xiàn)結(jié)果為最上邊和最下邊兩種條帶