1、第19讲DNA的结构、复制及基因的本质考纲展示核心素养1.DNA分子结构的主要特点()。2.DNA分子的复制()。3.基因的概念()。1.生命观念结构与功能：DNA结构决定DNA的功能。2科学思维通过DNA分子中的碱基数量和DNA复制的计算规律，培养归纳与概括、逻辑分析和计算能力。3科学探究通过DNA复制方式的探究，培养实验设计及结果分析的能力。考情统计2018全国卷(2)；2016全国卷(2)基础梳理一、DNA分子的结构及特性1DNA分子结构的建立者及DNA的组成(1)DNA双螺旋模型构建者：沃森和克里克。(2)图解DNA分子结构2DNA分子的特性(1)相对稳定性：DNA分子中磷酸和脱氧核糖
2、交替连接的方式不变，两条链间碱基互补配对的方式不变。(2)多样性：不同的DNA分子中脱氧核苷酸数目不同，排列顺序多种多样。若某DNA分子中有n个碱基对，则排列顺序有4n种。(3)特异性：每种DNA分子都有区别于其他DNA分子的特定的碱基对排列顺序，代表了特定的遗传信息。二、DNA的复制及基因的本质1DNA的复制2染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系基础小练1判断正误(1)嘌呤碱基与嘧啶碱基的结合保证了DNA分子空间结构的相对稳定。()(2)DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基。()(3)DNA分子一条链上的相邻碱基通过“磷酸脱氧核糖磷酸”相连。()(4)DNA分子的多样性和特
3、异性主要与它的空间结构密切相关。()(5)DNA分子的多样性是指一个DNA分子上有许多个基因。()(6)在一个细胞周期中，DNA复制过程中的解旋发生在两条DNA母链之间。()(7)在人体内，成熟的红细胞、浆细胞中不发生DNA的复制。()(8)DNA分子中每一个片段都是一个基因。()2教材拓展(1)DNA分子的多样性与其空间结构_(填“有关”或“无关”)，其多样性的原因是_。提示：(1)无关不同DNA分子中碱基排列顺序是千变万化的(2)DNA分子的结构具有稳定性的原因是_。提示：外侧的脱氧核糖和磷酸交替排列的方式稳定不变，内侧碱基配对方式稳定不变(3)DNA分子精确复制的原因是_。提示：DNA分
4、子独特的双螺旋结构能够为复制提供模板，碱基配对原则保证了复制能够准确进行3思维探究根据DNA分子结构图回答下列问题：(1)基本单位：_。由磷酸、脱氧核糖、含氮碱基组成，三者之间的数量关系为_。每个DNA片段中，含2个游离的磷酸基团。提示：脱氧核苷酸111(2)水解产物：DNA的初步水解产物是_，彻底水解产物是_。提示：脱氧核苷酸磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基(3)DNA分子中存在的化学键：氢键：碱基对之间的化学键，可用_断裂，也可加热断裂。磷酸二酯键：磷酸和脱氧核糖之间的化学键，用_处理可切割，用_处理可连接。提示：解旋酶限制性核酸内切酶DNA连接酶(4)碱基对数与氢键数的关系：若碱基对数为n，
5、则氢键数为_。若n个碱基对中，A有m个，则氢键数为_。提示：2n3n3nm锁定高考一运用模型与建模的思维方法分析DNA结构1由图1可解读以下信息2图2是图1的简化形式，其中是磷酸二酯键，是氢键。解旋酶作用于部位，限制性核酸内切酶和DNA连接酶作用于部位。|针对练习|1(2020届温州期中)20世纪初莱文和琼斯发现DNA由六种小分子组成：脱氧核糖、磷酸和四种碱基(A、G、T、C)，如图表示四种碱基的分子结构。下列相关叙述不正确的是()A四种碱基的元素组成不全相同B在DNA分子的一条链中，碱基A与T以2个氢键相连，G与C以3个氢键相连C四种碱基都位于DNA双螺旋结构的内侧D嘧啶都只有一个六环，而嘌
6、呤都由一个六环和一个五环构成解析：选B由图可知，四种碱基的元素组成不全相同，A正确；在DNA分子的两条链之间，碱基A与T以2个氢键相连，G与C以3个氢键相连，B错误；碱基之间通过氢键连接，位于DNA双螺旋结构的内侧，C正确；由图可知，嘧啶都只有一个六环，而嘌呤都有一个六环和一个五环，D正确。2(2019届淄博检测)用卡片构建DNA平面结构模型，所提供的卡片类型和数量如下表所示，以下说法正确的是()卡片类型脱氧核糖磷酸碱基ATGC卡片数量10102332A.最多可构建4种脱氧核苷酸，5个脱氧核苷酸对B构成的双链DNA片段最多有10个氢键CDNA中每个脱氧核糖均与1分子磷酸相连D可构建45种不同碱
7、基序列的DNA解析：选B由表中给定的碱基A为2个，C为2个，并结合碱基互补配对原则可知最多可构建4个脱氧核苷酸对；构成的双链DNA片段中A与T间的氢键共有4个，G与C共有6个，即最多有10个氢键；DNA中位于一端的脱氧核糖分子均与1分子磷酸相连，位于内部的脱氧核糖分子均与2分子磷酸相连；4个碱基对可构建44种不同碱基序列的DNA。|规 律 方 法|“三看法”判断DNA分子结构的正误锁定高考二归纳概括DNA分子中的碱基数量的计算规律(1)互补的两个碱基数量相等，即AT，CG。(2)任意两个不互补的碱基数量之和占总碱基数的50%，即AGTCACTG(ATCG)50%，1。(3)一条链中互补的两种碱
8、基的和等于另一条链中这两种碱基的和，即A1T1A2T2，G1C1G2C2(1、2分别代表DNA分子的两条链，下同)。(4)一条链中互补的两种碱基数量之和占该单链碱基数的比例等于DNA分子两条链中这两种碱基数量之和占总碱基数的比例，即，。(5)一条链中两种不互补碱基之和的比值，与另一条链中该比值互为倒数，即若一条链中或K，则另一条链中或。|针对练习|3(2014年山东卷)某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成，根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图，下列正确的是()解析：选C双链DNA分子中(AC)/(TG)应始终等于1；一条
9、单链中(AC)/(TG)与其互补链中(AC)/(TG)互为倒数，一条单链中(AC)/(TG)0.5时，则互补链中(AC)/(TG)2；一条单链中(AT)/(GC)与其互补链中(AT)/(GC)及DNA分子中(AT)/(GC)都相等。4已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的35.8%，其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%。则在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的()A32.9%，17.1% B31.3%，18.7%C18.7%，31.3% D17.1%，32.9%解析：选B配对的碱基之和的比例在任意一条链中与在整个DNA分子中的比例是相同的，因此，题中一条链中
10、A、T、C、G的比例分别为31.3%、32.9%、17.1%和18.7%，根据碱基互补配对原则，它的互补链中T、C的比例分别为31.3%、18.7%。5(2019届临沂模拟)某双链DNA分子中含有200个碱基，一条链上ATGC1234，则该DNA分子()A四种含氮碱基ATGC4477B若该DNA中A为p个，占全部碱基的n/m(m2n)，则G的个数为pm/2npC碱基排列方式共有4200种D含有4个游离的磷酸基团解析：选B由已知一条链中ATCG1234，根据碱基互补配对原则，则另一条链中ATCG2143，则该DNA分子中ATGC3377；若该DNA分子中A为p个，其占全部碱基的n/m，则全部碱基
11、数为pm/n，所以G的个数为(pm/n2p)2，即pm/2np；DNA分子中碱基排列方式一般为4n种，n为碱基对数，本题中碱基比例一定，则排列方式小于4100种，此外，对于某种特定的DNA分子其碱基的排列方式是特定的，只有一种；一个DNA分子含有2个游离的磷酸基团。|规 律 方 法|解答有关碱基计算题的“三步曲”锁定高考一DNA分子的复制过程和特点1图解DNA复制的过程和特点(1)图中显示DNA分子复制是从多个起点开始的，但多起点并非同时进行；(2)图中显示DNA分子复制是边解旋边双向复制的；(3)真核生物的这种复制方式的意义在于提高了复制速率；(4)一个细胞周期中每个起点一般只起始1次(若为
12、转录时解旋，则每个起点可起始多次)。2DNA分子复制后DNA存在位置与去向(1)2个子DNA位置：当1个DNA分子复制形成2个新DNA分子后，这2个子DNA分别位于两个姐妹染色单体上，且由着丝点连在一起。(如图所示)(2)子DNA去向：在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期，当着丝点分裂时，两姐妹染色单体分开，分别移向细胞两极，此时子DNA随染色单体分开而分开。|规 律 方 法|巧记DNA分子的复制的“二、二、三、四”|针对练习|1(2019届松山区月考)研究发现DNA复制需要多种蛋白质和酶参与，其中Rep蛋白可以将DNA双链解旋，单链结合蛋白可以和解旋的DNA单链结合，并随着子链的延伸而与DNA
13、单链分离。下列叙述正确的是()ARep蛋白能使A与C、T与G之间的氢键断裂B低温处理DNA分子也可以使DNA双链解旋CDNA复制具有边解旋边复制和半保留复制的特点D单链结合蛋白与DNA单链结合不利于DNA新链的形成解析：选C根据Rep蛋白的功能可推断出，Rep蛋白应为解旋酶，该酶能破坏氢键，但碱基之间互补配对原则是A与T配对，C与G配对，即Rep蛋白可破坏A与T、C与G之间形成的氢键，A错误；高温处理DNA分子能使DNA双链解旋，B错误；DNA复制具有边解旋边复制和半保留复制的特点，C正确；结合蛋白与DNA单链结合，可防止单链之间重新螺旋化，对DNA新链的形成有利，D错误。2如图所示为DNA复
14、制的较为详细的图解，据图分析下列相关叙述错误的是()A仅在解旋酶和DNA聚合酶的催化下，DNA复制不能顺利进行B在DNA复制的过程中，可能会出现尿嘧啶与腺嘌呤互补配对现象C图示DNA复制的特点有边解旋边复制以及半保留复制等D复制完成后，前导链和后随链所在单链碱基排列顺序相同解析：选D从图示信息可知，DNA复制需要拓扑异构酶、解旋酶、引物合成酶、聚合酶和等多种酶的催化，A正确；在DNA复制过程中，RNA引物能与模板链互补形成杂交链，该杂交链中可能含有碱基对AU，B正确；从图中信息可知，DNA复制的特点有边解旋边复制和半保留复制等，C正确；从图中信息可知，前导链和后随链都是新合成的子链，而两条子链
15、上的碱基是互补的，D错误。锁定高考二“图解法”分析DNA复制过程中的数量关系DNA分子的复制为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则有：(1)DNA分子数子代DNA分子数2n个；含有亲代DNA链的子代DNA分子数2个；不含亲代DNA链的子代DNA分子数(2n2)个。(2)脱氧核苷酸链数子代DNA分子中脱氧核苷酸链数2n1条；亲代脱氧核苷酸链数2条；新合成的脱氧核苷酸链数(2n12)条。(3)消耗的脱氧核苷酸数若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸数为m(2n1)个；一个DNA分子复制n次后，得到的DNA分子数为2n个，复制(n1)次后得到的DNA分子数为2n
16、1个。第n次复制增加的DNA分子数为2n2n12n1个，需要含该碱基的脱氧核苷酸数为m2n1个。|针对练习|3(2019届徐州调研)一个双链均被32P标记的DNA由5 000 个碱基对组成，其中腺嘌呤占20%，将其置于只含31P的环境中复制3次。下列叙述错误的是()A该DNA分子的特异性与碱基对的排列顺序有关B复制过程需要2.4104个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸C子代DNA分子中含32P的单链与含31P的单链数目之比为17D子代DNA分子中含32P的分子数目与只含31P的分子数目之比为13解析：选B由题可知，该DNA分子中胞嘧啶占30%，则该DNA复制时需要消耗游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为10 00
17、030%(231)2.1104。4将一个不含放射性标记的大肠杆菌(拟核DNA呈环状，共含有m个碱基，其中有a个胸腺嘧啶)放在含有32P胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中培养一段时间，检测到下图、两种类型的DNA(虚线表示含有放射性的脱氧核苷酸链)。下列有关该实验的结果预测与分析，正确的是()ADNA第二次复制产生的子代DNA有、两种类型，比例为13BDNA复制后分配到两个子细胞时，其上的基因的遗传遵循基因分离定律C复制n次需要胞嘧啶的数目是D复制n次形成的放射性脱氧核苷酸单链为2n12条解析：选DDNA第二次复制产生的子代DNA有4个，有、两种类型，各类型均有2个，A错误；基因的分离定律只适用于真核
18、生物，B错误；由题可知，Ta个，故Ca，复制n次，需要C(2n1)，C错误；复制n次，脱氧核苷酸链有2n1条，不含放射性的有2条，故含有放射性的有2n12条，D正确。|易 错 提 醒|DNA复制相关计算时的四个易错点(1)复制次数：“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别：前者包括所有的复制，但后者只包括最后一次复制。(2)碱基数目：注意碱基的数目单位是“对”还是“个”。(3)复制模板：在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两个。(4)关键词语：看清是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词。锁定高考三“假说演绎法”证明DNA的半保留复制
19、1实验假设：DNA以半保留的方式复制。2实验预期：离心后应出现3条DNA带。重带(密度最大)：两条链都为15N标记的亲代双链DNA。中带(密度居中)：一条链为14N标记，另一条链为15N标记的子代双链DNA。轻带(密度最小)：两条链都为14N标记的子代双链DNA。3实验过程过程分析立即取出，提取DNA离心全部重带。繁殖一代后取出，提取DNA离心全部中带。繁殖两代后取出，提取DNA离心1/2轻带、1/2中带。4实验结论：DNA的复制是以半保留方式进行的。|针对练习|5(2018年浙江卷)某研究小组进行“探究DNA的复制过程”的活动，结果如图所示。其中培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15N
20、H4Cl。a、b、c表示离心管编号，条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的分布位置。下列叙述错误的是()A本活动运用了同位素示踪和密度梯度离心技术Ba管的结果表明该管中的大肠杆菌是在含14NH4Cl的培养液中培养的Cb管的结果表明该管中的大肠杆菌的DNA都是14N15NDNAD实验结果说明DNA分子的复制是半保留复制的解析：选B由题意“培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl 或15NH4Cl”和“条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的分布位置”可知：本活动运用了同位素示踪和密度梯度离心技术，A正确；分析图示可知：a管中的DNA密度最大，表明该管中的大肠杆菌是在含15NH4Cl的培养液中培养
21、的，B错误；b管中的DNA密度介于a、c管中的之间，表明该管中的大肠杆菌的DNA都是14N15NDNA，C正确；实验结果说明DNA分子的复制是半保留复制，D正确。6DNA的复制方式，可以通过设想来进行预测，可能的情况是全保留复制、半保留复制、分散(弥散)复制三种。究竟是哪种复制方式呢？用下面设计实验来证明DNA的复制方式。实验步骤：a在氮源为14N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14NDNA(对照)；b在氮源为15N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为15NDNA(亲代)；c将亲代15N大肠杆菌转移到氮源为含14N的培养基中，再连续繁殖两代(和)，用密度梯度离心法分离，不同分子
22、量的DNA分子将分布在试管中的不同位置上。实验预测：(1)如果与对照(14N/14N)相比，子代能分辨出两条DNA带：一条_带和一条_带，则可以排除_和分散复制。(2)如果子代只有一条中密度带，则可以排除_， 但不能肯定是_。(3)如果子代只有一条中密度带，再继续做子代DNA密度鉴定：若子代可以分出_和_，则可以排除分散复制，同时肯定是半保留复制； 如果子代不能分出_两条密度带，则排除_，同时确定为_。解析：从题目中的图示可知，深色为亲代DNA的脱氧核苷酸链(母链)，浅色为新形成的子代DNA的脱氧核苷酸链(子链)。全保留复制后得到的两个DNA分子，一个是原来的两条母链重新形成的亲代DNA分子，
23、一个是两条子链形成的子代DNA分子；半保留复制后得到的每个子代DNA分子的一条链为母链，另一条链为子链；分散复制后得到的每个子代DNA分子的单链都是由母链片段和子链片段间隔连接而成的。答案：(1)轻(14N/14N)重(15N/15N)半保留复制(2)全保留复制半保留复制或分散复制(3)一条中密度带一条轻密度带中、轻半保留复制分散复制易错澄清易错点一误认为DNA分子都是双链的或认为DNA分子中“嘌呤一定等于嘧啶”或认为嘌呤嘧啶时一定为双链DNA分子点拨DNA分子一般为“双螺旋结构”，但也有些DNA分子呈“单链”结构，在此类DNA分子中嘌呤与嘧啶可能相等也可能不相等。由此可见，双链DNA分子中嘌
24、呤“AG”固然等于“TC”或(AC)/(TG)1，但存在该等量或比例关系时，未必一定是双链DNA分子。易错点二误认为DNA复制“只发生于”细胞核中点拨细胞生物中凡存在DNA分子的场所均可进行DNA分子的复制，其场所除细胞核外，还包括叶绿体、线粒体、原核细胞的拟核及质粒。需特别注意的是DNA病毒虽有DNA分子，但其不能独立完成DNA分子的复制病毒的DNA复制必须借助寄主细胞完成，在其DNA复制时，病毒只提供“模板链”，其他一切条件(包括场所、原料、酶、能量)均由寄主细胞提供。易错点三混淆DNA复制、“剪切”与“水解”中的四种酶点拨(1)DNA聚合酶：需借助母链模板，依据碱基互补配对原则，将单个脱
25、氧核苷酸连接成“链”。(2)DNA连接酶：将多个复制起点所复制出的“DNA片段”“缝合”起来形成磷酸二酯键，即连接“片段”。(3)限制性内切酶：用于切断DNA双链中主链上的“3，5磷酸二酯键”。(4)DNA水解酶：用于将DNA分子水解为脱氧核苷酸。结论语句1DNA的“五、四、三、二、一”记忆法五：五种元素C、H、O、N、P。四：四种碱基对应四种脱氧核苷酸。三：三种物质磷酸、脱氧核糖、含氮碱基。二：两条脱氧核苷酸长链(碱基对有A与T、G与C两种配对方式)。一：一种空间结构规则的双螺旋结构。2DNA复制的两个必记知识点(1)DNA复制特点：边解旋边复制、半保留复制。(2)复制的“四要素”模板：DN
26、A分子的两条链。原料：游离的四种脱氧核苷酸。酶：解旋酶和DNA聚合酶。能量：细胞呼吸产生的ATP。3基因的两个记忆知识点(1)基因是有遗传效应的DNA片段。(2)染色体是基因的主要载体，线粒体和叶绿体中也存在基因。1(2018年海南卷)现有DNA分子的两条单链均只含有14N(表示为14N14N)的大肠杆菌，若将该大肠杆菌在含有15N的培养基中繁殖两代，再转到含有14N的培养基中繁殖一代，则理论上DNA分子的组成类型和比例分别是()A有15N14N和14N14N两种，其比例为13B有15N15N和14N14N两种，其比例为11C有15N15N和14N14N两种，其比例为31D有15N14N和14
27、N14N两种，其比例为31 解析：选D将含有14N14N的大肠杆菌置于含有15N的培养基中繁殖两代后，由于DNA的半保留复制，得到的子代DNA为2个15N15NDNA和2个15N14NDNA，再将其转到含有14N的培养基中繁殖一代，会得到6个15N14NDNA 和2个14N14NDNA，比例为31。2(2016年全国卷)某种物质可插入DNA分子两条链的碱基对之间，使DNA双链不能解开。若在细胞正常生长的培养液中加入适量的该物质，下列相关叙述错误的是()A随后细胞中的DNA复制发生障碍B随后细胞中的RNA转录发生障碍C该物质可将细胞周期阻断在分裂中期D可推测该物质对癌细胞的增殖有抑制作用 解析：选C在DNA分子的复制和转录过程中，DNA分子都需要先将双链解开，加入该物质后DNA分子双链不能解开，故细胞中的DNA复制和RNA转录都会发生障碍；因DNA复制发生在细胞分裂间期，故该物质阻断的是分裂间期DNA分子的复制过程，从而将细胞周期阻断在分裂间期；癌细胞的增殖方式是有丝分裂，其分裂过程中可发生DNA复制和转录，加入该物质会阻碍这两个过程，进而抑制癌细胞的增殖。
