第6單元DNA分子的結(jié)構(gòu)復制與基因的本質(zhì)

第2講DNA分子的結(jié)構(gòu)、復制與基因的本質(zhì)[考綱展示]分子結(jié)構(gòu)的主要特點(Ⅱ)2.基因的概念(Ⅱ)分子的復制(Ⅱ)考點一|DNA分子的結(jié)構(gòu)和基因的本質(zhì)1．DNA分子的結(jié)構(gòu)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。3．基因的本質(zhì)(1)染色體、DNA、基因和脫氧核苷酸的關(guān)系(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)。eq\a\vs4\al([判斷與表述])1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)沃森和克里克研究DNA分子的結(jié)構(gòu)時，運用了構(gòu)建物理模型的方法。(√)(2)嘌呤堿基與嘧啶堿基的結(jié)合保證了DNA分子空間結(jié)構(gòu)的相對穩(wěn)定。(√)(3)分子大小相同、堿基含量相同的核酸分子所攜帶的遺傳信息一定相同。(×)提示：核酸分子所攜帶的遺傳信息取決于堿基排列順序。(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。(×)提示：一條鏈上相鄰的堿基通過脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖相連。(5)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。(√)(6)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)。(×)提示：DNA的空間結(jié)構(gòu)都是雙螺旋結(jié)構(gòu)，與多樣性和特異性無關(guān)。(7)人體內(nèi)控制β珠蛋白基因由1700個堿基對組成，其堿基對可能的排列方式有41700種。(×)提示：β珠蛋白的基因的堿基排列方式是特定的。2．思考回答(規(guī)范表述)圖1圖2(1)由圖1可知，每個DNA分子片段中，游離磷酸基團含有2個。單鏈中相鄰堿基通過脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖連接?；パa鏈中相鄰堿基通過氫鍵連接。(2)圖2是圖1的簡化形式，其中①是磷酸二酯鍵，②是氫鍵。解旋酶作用于②部位，限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶作用于①部位。堿基互補配對原則及相關(guān)計算：DNA堿基互補配對原則是指在DNA分子形成堿基對時，A一定與T配對，G一定與C配對的一一對應(yīng)關(guān)系。推論如下：1．雙鏈DNA分子中嘌呤總數(shù)與嘧啶總數(shù)相等，即A＋G＝T＋C。簡記：“DNA分子中兩個非互補堿基之和是DNA分子總堿基數(shù)的一半”。2．在雙鏈DNA分子中，互補堿基之和所占比例在任意一條鏈及整個DNA分子中都相等。設(shè)在雙鏈DNA分子中的一條鏈上A1＋T1＝n%，則eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(A1＝T2,A2＝T1))?A1＋T1＝A2＋T2＝n%，所以A＋T＝A1＋A2＋T1＋T2＝eq\f(n%＋n%,2)＝n%。簡記為“配對的兩堿基之和在單、雙鏈中所占比例相等”。3．雙鏈DNA分子中，非互補堿基之和所占比例在兩條互補鏈中互為倒數(shù)。設(shè)雙鏈DNA分子中一條鏈上，eq\f(A1＋G1,T1＋C1)＝m，則eq\f(A1＋G1,T1＋C1)＝eq\f(T2＋C2,A2＋G2)＝m，互補鏈中eq\f(A2＋G2,T2＋C2)＝eq\f(1,m)。簡記為：“DNA兩條互補鏈中，不配對兩堿基之和的比值互為倒數(shù)，乘積為1”4．雙鏈DNA分子中，以eq\f(A1,單鏈)＝b%，則eq\f(A,雙鏈)＝eq\f(b,2)%?？挤?考查DNA分子的結(jié)構(gòu)1．如圖表示某DNA片段，有關(guān)該圖的敘述正確的是()A．①②③相間排列，構(gòu)成DNA分子的基本骨架B．④的名稱是胞嘧啶脫氧核苷酸C．⑨既容易斷裂又容易生成，所以DNA穩(wěn)定性與之無關(guān)D．該DNA片段有兩種堿基配對方式，四種脫氧核苷酸D[DNA分子的基本骨架為①磷酸、②脫氧核糖交替連接形成的，A錯誤；①磷酸并不能與②③組成為胞嘧啶脫氧核苷酸，B錯誤；DNA穩(wěn)定性與⑨氫鍵有關(guān)，含有三個氫鍵的堿基對越多，DNA分子越穩(wěn)定，C錯誤；該DNA片段有兩種堿基配對方式，即A與T配對、C與G配對，四種脫氧核苷酸，D正確。]2．(2022·吉林長春外國語學校質(zhì)檢)20世紀50年代初，查哥夫?qū)Χ喾N生物DNA做了堿基定量分析，發(fā)現(xiàn)eq\f(A＋T,C＋G)的比值如表。結(jié)合所學知識，你認為能得出的結(jié)論是()DNA來源大腸桿菌小麥鼠馬肝馬胸腺馬脾eq\f(A＋T,C＋G)A．馬的DNA結(jié)構(gòu)比大腸桿菌DNA結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定一些B．小麥和鼠的DNA所攜帶的遺傳信息相同C．小麥DNA中A＋T的數(shù)量是鼠DNA中C＋G數(shù)量的倍D．同一生物不同組織的DNA堿基組成相同D[分析表格中的信息可知，馬的DNA中eq\f(A＋T,C＋G)的比值大于大腸桿菌，由于A與T之間的氫鍵是兩個，C與G之間的氫鍵是三個，因此馬的DNA結(jié)構(gòu)比大腸桿菌DNA結(jié)構(gòu)更不穩(wěn)定，A錯誤；小麥和鼠的堿基含量相同，堿基排列順序不相同，遺傳信息不同，B錯誤；此題無法計算小麥DNA中A＋T的數(shù)量與鼠DNA中C＋G數(shù)量的比值，C錯誤；同一生物是由受精卵經(jīng)過有絲分裂和細胞分化形成的，不同組織中DNA堿基組成相同，D正確。]考法2考查基因的本質(zhì)及與DNA和染色體的關(guān)系3．(2022·貴州思南中學期末)已知某DNA分子中，G與C之和占全部堿基總數(shù)的40%，其中一條鏈的T與C分別占該鏈堿基總數(shù)的40%和15%。下列有關(guān)敘述正確的是()A．在它的互補鏈中，T與C之和占該鏈堿基總數(shù)的55%B．在它的互補鏈中，T和C分別占該鏈堿基總數(shù)的20%和25%C．若該DNA分子含1000個堿基對，則堿基之間的氫鍵數(shù)2600個D．該DNA分子中eq\f(C＋G,A＋T)為eq\f(3,2)B[已知某DNA分子中，G與C之和占全部堿基總數(shù)的40%，則C＝G＝20%，A＝T＝50%－20%＝30%，則eq\f(A＋T,A＋T＋C＋G)＝60%，eq\f(A＋T,A＋T＋C＋G)＝eq\f(A1＋T1,A1＋T1＋C1＋G1)＝60%，其中一條鏈的T占該鏈堿基總數(shù)的40%，即eq\f(T1,A1＋T1＋C1＋G1)＝40%，則eq\f(A1,A1＋T1＋C1＋G1)＝eq\f(A1＋T1,A1＋T1＋C1＋G1)－eq\f(T1,A1＋T1＋C1＋G1)＝20%，eq\f(A1,A1＋T1＋C1＋G1)＝eq\f(T2,A2＋T2＋C2＋G2)＝20%。由于eq\f(C＋G,A＋T＋C＋G)＝eq\f(C1＋G1,A1＋T1＋C1＋G1)＝40%，其中一條鏈的C占該鏈堿基總數(shù)的15%，即eq\f(C1,A1＋T1＋C1＋G1)＝15%，則eq\f(G1,A1＋T1＋C1＋G1)＝eq\f(C1＋G1,A1＋T1＋C1＋G1)－eq\f(C1,A1＋T1＋C1＋G1)＝25%，eq\f(G1,A1＋T1＋C1＋G1)＝eq\f(C2,A2＋T2＋C2＋G2)＝25%，則eq\f(T2＋C2,A2＋T2＋C2＋G2)＝45%，A錯誤，B正確；若該DNA分子含1000個堿基對，則A＝T＝600，C＝G＝400，A、T之間的氫鍵為600×2＝1200，C、G之間的氫鍵為400×3＝1200，堿基之間的氫鍵數(shù)2400個，C錯誤；該DNA分子中eq\f(C＋G,A＋T)＝eq\f(40,60)＝eq\f(2,3)，D錯誤。]4．(2022·濰坊期中)下列有關(guān)基因的敘述，正確的是()A．真核細胞中的基因都以染色體為載體B．唾液淀粉酶基因在人體所有細胞中都能表達C．等位基因的根本區(qū)別是脫氧核苷酸的排列順序不同D．基因是由堿基對隨機排列成的DNA片段C[真核細胞的細胞核基因以染色體為載體，細胞質(zhì)基因不是以染色體為載體，A項錯誤；唾液淀粉酶基因只在唾液腺細胞中表達，B項錯誤；等位基因是基因突變產(chǎn)生的，兩者的根本區(qū)別是脫氧核苷酸的排列順序不同，C項正確；基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段，其中的堿基對具有特定的排列順序，D錯誤。]5．下列有關(guān)染色體、DNA、基因三者關(guān)系的敘述，不正確的是()A．每條染色體上都含有一個DNA分子或兩個DNA分子，DNA分子上含有許多個基因B．都能復制、分離和傳遞，且三者行為一致C．三者都是生物細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)D．在生物的傳宗接代過程中，染色體的行為決定著DNA和基因的行為C[每條染色體上都含有一個DNA分子(未復制時)或兩個DNA分子(復制后)。染色體是DNA的主要載體，因而染色體的行為決定著DNA和基因的行為(復制、分離、組合、傳遞)。染色體是遺傳物質(zhì)的主要載體，染色體在遺傳中的作用是由DNA或基因決定的，因而不能說染色體是遺傳物質(zhì)。]考點二|DNA分子的復制1．概念：以親代DNA為模板，合成子代DNA的過程。2．時間：有絲分裂間期和減數(shù)第一次分裂前的間期。3．過程4．特點(1)復制方式為半保留復制。(2)邊解旋邊復制。5．DNA分子精確復制的原因(1)DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)提供精確的模板。(2)堿基互補配對原則保證復制精確進行。6．意義：使遺傳信息從親代傳給子代，保持了遺傳信息的連續(xù)性。7．研究DNA復制的常用方法同位素示蹤法和離心法，常用3H、15N標記，通過離心在試管中形成不同位置的DNA條帶。eq\a\vs4\al([判斷與表述])1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)DNA復制遵循堿基互補配對原則，新合成的DNA分子中兩條鏈均是新合成的。(×)提示：新合成的DNA分子的兩條鏈有一條鏈是新合成的。(2)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)全部解旋后，開始DNA的復制。(×)提示：DNA復制時邊解旋邊復制。(3)單個脫氧核苷酸在DNA酶的作用下連接合成新的子鏈。(×)提示：在DNA聚合酶的作用下，單個脫氧核苷酸連接到DNA單鏈片段上形成子鏈。(4)在一個細胞周期中，DNA復制過程中的解旋發(fā)生在兩條DNA母鏈之間。(√)(5)在人體內(nèi)，成熟的紅細胞、漿細胞中不發(fā)生DNA的復制。(√)2．思考回答(規(guī)范表述)如圖為真核細胞DNA復制過程的模式圖DNA聚合酶的作用機理是什么？提示：DNA聚合酶以DNA的一條鏈為模板，將單個脫氧核苷酸通過形成磷酸二酯鍵，連接到已有的脫氧核苷酸單鏈上。1．各類生物體中DNA分子復制的場所eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(真核生物：細胞核主要場所、葉綠體、線粒體,原核生物：擬核、細胞質(zhì)如質(zhì)粒的復制,DNA病毒：宿主細胞內(nèi)))2．DNA分子復制中相關(guān)計算的規(guī)律(1)DNA分子復制為半保留復制，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)(復制)若干代，其結(jié)果分析如下：①子代DNA共2n個eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(含15N的DNA分子：2個,只含15N的DNA分子：0個,含14N的DNA分子：2n個,只含14N的DNA分子：2n－2個))eq\a\vs4\al(②,)eq\a\vs4\al(脫氧核苷酸,鏈共2n＋1條)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(含15N的脫氧核苷酸鏈：2條,含14N的脫氧核苷酸鏈：2n＋1－2條))(2)DNA分子復制過程中消耗的某種脫氧核苷酸數(shù)①若親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，經(jīng)過n次復制需要消耗該種脫氧核苷酸數(shù)為m·(2n－1)。②第n次復制需要該種脫氧核苷酸數(shù)為m·2n－1?？挤?考查DNA復制的過程和特點1．(2022·德州重點中學月考)真核細胞中DNA復制如圖所示，下列表述錯誤的是()A．多起點雙向復制能保證DNA復制在短時間內(nèi)完成B．每個子代DNA都有一條核苷酸鏈來自親代C．復制過程中氫鍵的破壞和形成都需要DNA聚合酶的催化D．DNA分子的準確復制依賴于堿基互補配對原則C[DNA復制過程中氫鍵的破壞需要解旋酶的催化，但氫鍵的形成不需要酶的催化，C錯誤。]2．(2022·安徽宣城二調(diào))1958年，科學家以大腸桿菌為實驗材料進行實驗(如圖左)，證實了DNA是以半保留方式復制的。②③④⑤試管是模擬可能出現(xiàn)的結(jié)果。下列相關(guān)推論正確的是()A．該實驗運用了同位素標記法，出現(xiàn)④的結(jié)果至少需要90分鐘B．③是轉(zhuǎn)入14N培養(yǎng)基中復制一代的結(jié)果，②是復制兩代的結(jié)果C．對得到“DNA以半保留方式復制”的結(jié)論起關(guān)鍵作用的是試管③的結(jié)果D．給試管④中加入解旋酶一段時間后離心出現(xiàn)的結(jié)果如試管⑤所示C[該實驗運用了同位素標記法，根據(jù)DNA的半保留復制特點，親代DNA均被15N標記，繁殖一代產(chǎn)生兩個DNA分子，每個DNA分子都是一條鏈含有15N，另一條鏈含有14N，其結(jié)果是③；繁殖兩代產(chǎn)生4個DNA分子，其中有兩個DNA分子均是一條鏈含有15N，另一條鏈含有14N，另外兩個DNA分子的兩條鏈均含有14N，其結(jié)果是④，因此出現(xiàn)④的結(jié)果至少需要60分鐘，A錯誤；③是轉(zhuǎn)入14N培養(yǎng)基中復制一代的結(jié)果，④是復制兩代的結(jié)果，B錯誤；③試管中的DNA分子一條鏈含有15N，另一條鏈含有14N，對得到DNA以半保留方式復制的結(jié)論起關(guān)鍵作用，C正確；試管④中，有一半DNA分子每條鏈都含有14N，另一半DNA分子均是一條鏈含有14N，另一條鏈含有15N，加入解旋酶一段時間后，所有的DNA分子雙鏈均打開，離心后在試管中的位置應(yīng)是一部分重帶，一部分輕帶，D錯誤。]考法2考查DNA復制的相關(guān)計算3．(2022·泰安期中)下列關(guān)于DNA的相關(guān)計算中，正確的是()A．具有1000個堿基對的DNA，腺嘌呤有600個，則每一條鏈上都具有胞嘧啶200個B．具有m個胸腺嘧啶的DNA片段，復制n次后共需要2n·m個胸腺嘧啶C．具有m個胸腺嘧啶的DNA片段，第n次復制需要2n－1·m個胸腺嘧啶D．無論是雙鏈DNA還是單鏈DNA，A＋G所占的比例均是eq\f(1,2)C[根據(jù)堿基互補配對原則，具有1000個堿基對的DNA，A＋T＋C＋G＝2000個，A＝T＝600個，C＝G＝400個，但在該DNA分子的每一條鏈上，所具有的胞嘧啶不一定是200個，A項錯誤；具有m個胸腺嘧啶的DNA片段，復制n次后共需要(2n－1)·m個胸腺嘧啶，B項錯誤；具有m個胸腺嘧啶的DNA片段，第n次復制共需要(2n－1)·m－(2n－1－1)·m＝2n－1·m個胸腺嘧啶，C項正確；在雙鏈DNA分子中，A＋G所占的比例是eq\f(1,2)，在單鏈DNA分子中，A＋G所占的比例不一定是eq\f(1,2)，D項錯誤。]4．一個32P標記的噬菌體侵染在31P環(huán)境中培養(yǎng)的大腸桿菌，已知噬菌體DNA上有m個堿基對，其中胞嘧啶有n個，以下敘述不正確的是()A．大腸桿菌為噬菌體增殖提供原料和酶等B．噬菌體DNA含有(2m＋nC．該噬菌體繁殖4次，子代中只有14個含有31PD．噬菌體DNA第4次復制共需要8(m－n)個腺嘌呤脫氧核苷酸C[噬菌體侵染細菌時，只有DNA進入細菌并作為模板控制子代噬菌體的合成，其DNA復制及子代蛋白質(zhì)外殼的合成需大腸桿菌提供原料、酶和ATP等，A項正確；DNA上有m個堿基對，胞嘧啶有n個，因此可知腺嘌呤為(2m－2n)/2＝(m－n)個，A和T之間兩個氫鍵，C和G之間三個氫鍵，因此氫鍵為3n＋2(m－n)＝(2m＋n)個，B項正確；噬菌體增殖所需原料由細菌提供，模板由噬菌體DNA提供，所以噬菌體繁殖4次，共有24＝16個子代噬菌體，由于DNA的復制是半保留復制，因此所有的子代噬菌體都含有31P，C項錯誤；根據(jù)以上分析可知，1個DNA分子含有(m－n)個腺嘌呤，DNA分子第4次復制需要腺嘌呤脫氧核苷酸為24－1×(m－n)＝8(m－考法3DNA半保留復制與細胞分裂的綜合考查eq\a\vs4\al([解題指導]四步法解決細胞分裂中染色體標記問題)第一步畫出含一條染色體的細胞圖，下方畫出該條染色體上的1個DNA分子，用豎實線表示含同位素標記第二步畫出復制一次，分裂一次的子細胞染色體圖，下方畫出染色體上的DNA鏈，未被標記的新鏈用豎虛線表示第三步再畫出第二次復制(分裂)后的細胞的染色體組成和DNA鏈的情況第四步若繼續(xù)推測后期情況，可想象著絲點分裂，染色單體分開的局面，并進而推測子細胞染色體的情況5．用32P標記某動物的體細胞(含20條染色體)的DNA分子雙鏈，再將這些細胞轉(zhuǎn)入不含32P的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，在第二次細胞分裂的后期，一個細胞中染色體總條數(shù)和被32P標記的染色體數(shù)分別是()A．20和20 B．40和20C．20和10 D．20和40B[32P標記某動物體細胞的DNA，經(jīng)過復制后，產(chǎn)生的40個DNA均有一條鏈帶32P標記，產(chǎn)生的兩個子細胞含有20個DNA，且這20個DNA均有一條鏈帶32P標記，經(jīng)過第二次有絲分裂間期DNA復制后，產(chǎn)生的40個DNA，有20個DNA的一條鏈帶32P標記，20個DNA兩條鏈均不帶標記，第二次有絲分裂后期染色體數(shù)為40條，其中帶標記的染色體數(shù)為20條。]6．若某動物(2n＝8)的一個精原細胞內(nèi)所有核DNA分子的核苷酸鏈均被32P標記，經(jīng)過兩次分裂，對所產(chǎn)生的4個子細胞中核DNA分子的分析(原料不含放射性)，正確的是()A．若精原細胞進行的是有絲分裂，則每個子細胞中均有2個被32P標記B．若精原細胞進行的是減數(shù)分裂，則每個子細胞中均有2個被32P標記C．若精原細胞進行的是有絲分裂，則每個子細胞中均有4個被32P標記D．若精原細胞進行的是減數(shù)分裂，則每個子細胞中均有4個被32P標記D[若精原細胞進行的是有絲分裂，則第一次分裂結(jié)束后，每個子細胞內(nèi)每條染色體上的DNA分子都是一條鏈被32P標記，另一條鏈未被標記；第二次有絲分裂后期，每個著絲點分裂后形成的兩條子染色體(一條上的DNA分子被32P標記，另一條上的DNA分子未被標記)隨機移向兩極，最后進入每個子細胞內(nèi)的被32P標記的核DNA分子數(shù)是不確定的，故A、C錯誤；若精原細胞進行的是減數(shù)分裂，則經(jīng)過減Ⅰ前的間期DNA的半保留復制，每條染色體上的DNA分子都是一條鏈被32P標記，另一條鏈未被標記，即減數(shù)分裂形成的每個子細胞中都有4個被32P標記的核DNA分子，B錯誤，D正確。]真題體驗|感悟高考淬煉考能1．(2022·海南高考)現(xiàn)有DNA分子的兩條單鏈均只含有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()A．有15N14N和14N14N兩種，其比例為1∶3B．有15N15N和14N14N兩種，其比例為1∶1C．有15N15N和14N14N兩種，其比例為3∶1D．有15N14N和14N14N兩種，其比例為3∶1D[一個14N14N的DNA分子利用15N的培養(yǎng)基復制兩代，再轉(zhuǎn)到14N的培養(yǎng)基中復制一代共產(chǎn)生8個DNA分子，其中6個DNA分子為15N14N，兩個DNA分子為14N14N。]2．(2022·海南高考)DNA分子的穩(wěn)定性與堿基對之間的氫鍵數(shù)目有關(guān)。下列關(guān)于生物體內(nèi)DNA分子中(A＋T)/(G＋C)與(A＋C)/(G＋T)兩個比值的敘述，正確的是()A．堿基序列不同的雙鏈DNA分子，后一比值不同B．前一個比值越大，雙鏈DNA分子的穩(wěn)定性越高C．當兩個比值相同時，可判斷這個DNA分子是雙鏈D．經(jīng)半保留復制得到的DNA分子，后一比值等于1D[雙鏈DNA分子中A＝T，C＝G，前者之間是兩個氫鍵，后者之間是三個氫鍵；堿基序列不同的雙鏈DNA分子，前一比值不同，后一比值相同，A錯誤；前一個比值越小，雙鏈DNA分子的穩(wěn)定性越高，B錯誤；當兩個比值相同時，不能判斷這個DNA分子是雙鏈，因為假設(shè)A＝30，G＝30，C＝30