1、高考资源网（） 您身边的高考专家第18讲DNA的结构、复制及基因的本质新高考复习目标1生命观念：通过掌握DNA分子的结构和功能，理解生命的延续和发展。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。授课提示：对应学生用书第136页 考点一DNA分子的结构及相关计算1DNA分子的结构(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分子结构特点(1)多样性：若DNA含有n个碱基对，则其可能有4n种碱基对排列顺序。(2)特异性：每个DNA分子都有其特定的碱
2、基对排列顺序。(3)稳定性：两条主链磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变，碱基对配对方式不变等。教材必修2 P49“思考与讨论”：说出资料中涉及的科学知识与方法。提示：主要涉及物理学(主要是晶体学)、生物化学、数学和分子生物学等学科的知识。涉及的方法主要有：X射线衍射结构分析方法，其中包括数学计算法、建构模型的方法等。1DNA分子一条链上的相邻碱基通过磷酸脱氧核糖磷酸相连。()2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。()3分子大小相同、碱基含量相同的核酸分子所携带的遗传信息一定相同。()4含有G、C碱基对比较多的DNA分子热稳定性较差。()5DNA分子的多样性和特异性主要与它
3、的空间结构密切相关。() 1.“三看法”判断DNA分子结构的正误2理清DNA分子结构中两种关系与两类化学键(1)(2)(3) 3.DNA分子中碱基数量的计算规律(1)碱基互补配对原则A一定与T配对，G一定与C配对。(2)四个计算规律规律一：一个双链DNA分子中，AT、CG，则AGCT，即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。规律二：在双链DNA分子中，互补的两碱基之和(如AT或CG)占全部碱基的比值等于其任何一条单链中该种碱基比例的比值，且等于其转录形成的mRNA(T换为U)中该种碱基比例的比值。规律三：在DNA双链中，一条单链的的值与其互补单链的的值互为倒数关系。但在整个DNA分子中该比值等于1。规
4、律四：在DNA双链中，一条单链的的值，与该互补链的的值是相等的，与整个DNA分子中的的值是相等的。根据DNA分子结构图回答下列问题：设计意图：考查生命观念和科学思维(1)每个DNA片段中由_组成，三者之间的数量关系为_，含_个游离的磷酸基团。(2)DNA分子中碱基对之间的化学键，可用_断裂，也可_断裂，磷酸二酯键用_处理可切割，用_处理可连接。(3)DNA分子中若碱基对数为n，则氢键数为_，若n个碱基对中，A有m个，则氢键数为_。提示：(1)磷酸、脱氧核糖、含氮碱基1112(2)解旋酶加热限制酶DNA连接酶(3)2n3n3nm 命题点11如图为一个DNA分子片段的结构示意图，搭建一个DNA分子
5、模型正确的顺序是()多核苷酸双链1条多核苷酸链 脱氧核苷酸双螺旋结构ABC D解析：通过DNA分子双螺旋结构构建过程可知，首先将脱氧核糖、磷酸、碱基连接起来，形成脱氧核苷酸；其次将单个脱氧核糖核苷酸连接起来形成1条多核苷酸链，然后再将两条脱氧核苷酸链连接起来，最后两条脱氧核苷酸链形成双螺旋结构，即。答案：B2如图为核苷酸链结构图，下列叙述错误的是()A能构成一个完整核苷酸的是图中的a和bB图中与每个五碳糖直接相连的碱基有1个C各核苷酸之间是通过化学键连接起来的D若该链为脱氧核苷酸链，从碱基组成上看，缺少的碱基是T解析：核苷酸由1分子磷酸、1分子五碳糖和1分子碱基组成，b中磷酸与脱氧核苷不属于一
6、个核苷酸分子；由题图可知，每个五碳糖都只与1个碱基直接相连；核苷酸之间通过磷酸二酯键相连形成核苷酸链，即图中；脱氧核糖核苷酸根据碱基不同分为腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸，因此若该链为脱氧核苷酸链，从碱基组成上看，缺少的是胸腺嘧啶即碱基T。答案：A(1)DNA分子的多样性的原因是什么？提示：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什么？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。命题点23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
7、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：配对的碱基之和在一条链中与在整个DNA分子中的比例是相同的，因此，一条链中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%。答案：B4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/2np
8、C碱基排列方式共有4200种D含有4个游离的磷酸基团解析：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，则全部碱基数为pm/n，所以G的个数为(pm/n2p)2，即pm/2np；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。答案：B解答有关碱基计算题的“三步曲” 考点二DNA分子的复制及基因的概念1DNA的复制2染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系 1教材必修2 P53“侧栏思考题”：如何在实验中区分亲代与子代的DNA分子？提示：本实验是根据半保留复制原理和DNA密度的变化来设计的。在本实验中根据试管中DN
9、A带所在的位置就可以区分亲代与子代的DNA了。2教材必修2 P56“相关信息”：如何理解遗传物质是信息分子？提示：量子物理学奠基人薛定谔认为遗传是遗传信息的复制、传递与表达，遗传物质是一种信息分子。1单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链。()2DNA复制时，严格遵循AU、CG的碱基互补配对原则。()3DNA分子复制时解旋酶与DNA聚合酶不能同时发挥作用。()4植物细胞的线粒体和叶绿体中均可发生DNA的复制。()5DNA分子中每一个片段都是一个基因。() 1.DNA分子复制特点及子代DNA存在位置与去向(1)复制特点：半保留复制即新DNA分子总有一条链来自亲代DNA(即模板链)，另一
10、条链(子链)由新链构建而成。(2)2个子代DNA位置：当1个DNA分子复制形成2个新DNA分子后，这2个子代DNA恰位于两条姐妹染色单体上，且由着丝点连在一起。(如图所示)(3)子代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，两条姐妹染色单体分开，分别移向细胞两极，此时子代DNA随染色单体分开而分开。2“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
11、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2n1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。1如图是DNA复制的有关图示，ABC表示大肠杆菌的DNA复制。DG表示哺乳动物的DNA分子复制。图中黑点表示复制起始点，“”表示复制方向：设计意图：考查生命观念与科学思维(1)若A中含48 502个碱基对，而子链
12、延伸速度是105个碱基对/min，则此DNA分子复制完成约需30 s。而实际上只需约16 s。根据AC图分析，是什么原因？提示：复制是双向进行的。(2)哺乳动物的DNA分子展开可达2 m之长，若按AC的方式复制，至少8 h，而实际上约6 h左右。据DG图分析，是什么原因？提示：从多个起始点同时进行复制。(3)图C与图A相同，图G与图D相同，C、G能被如此准确地复制出来，原因是什么？提示：DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供精确的模板；DNA分子的碱基互补配对原则保证了复制的精确性。2通常DNA分子复制从一个复制起始点开始，有单向复制和双向复制，如图所示：设计意图：考查科学思维与科学探究 放射性
13、越高的3H胸腺嘧啶脱氧核糖核苷(3H脱氧胸苷)，在放射自显影技术的图像上，感光还原的银颗粒密度越高。请利用放射性自显影技术、低放射性3H脱氧胸苷和高放射性3H脱氧胸苷，设计实验以确定大肠杆菌DNA复制的方向，简要写出：(1)实验思路；(2)预测实验结果和结论。提示：(1)实验思路：复制开始时，首先用含低放射性3H脱氧胸苷培养基培养大肠杆菌，一段时间后转移到含有高放射性3H脱氧胸苷的培养基中继续培养，用放射自显影技术观察复制起点和复制起点两侧银颗粒密度情况。(2)预测实验结果和结论：若复制起点处银颗粒密度低，一侧银颗粒密度高，则DNA分子复制为单向复制；若复制起点处银颗粒密度低，复制起点的两侧银
14、颗粒密度高，则DNA分子复制为双向复制。命题点1 以DNA复制为依托考查理解与信息获取能力1如图所示为某DNA复制过程的部分图解，其中rep蛋白具有解旋的功能。下列相关叙述错误的是()Arep蛋白可破坏A与C、T与G之间形成的氢键BDNA结合蛋白可能具有防止DNA单链重新形成双链的作用CDNA复制具有边解旋边复制和半保留复制的特点D随从链之间的缺口需要DNA连接酶将其补齐解析：rep蛋白具有解旋功能，破坏的是A与T、G与C之间的氢键；从题图中可看出有了DNA结合蛋白后，碱基对之间不能再形成氢键，可以防止DNA单链重新形成双链；DNA连接酶可以将随从链之间的缺口通过磷酸二酯键连接，从而形成完整的
15、单链。答案：A2大肠杆菌拟核DNA是环状DNA分子。将无放射性标记的大肠杆菌，置于含3H标记的dTTP的培养液中培养，使新合成的DNA链中的脱氧胸苷均被3H标记。在第二次复制未完成时将DNA复制阻断，结果如图所示。下列对此实验的理解错误的是()ADNA复制过程中，双链会局部解旋B所示的DNA链被3H标记C双链DNA复制仅以一条链作为模板DDNA复制方式是半保留复制解析：DNA 复制过程中，边解旋边复制，A正确；所示的 DNA 链是在含3H 标记的dTTP 的培养液中复制形成的，所以均被3H 标记，B正确；双链 DNA 复制以两条母链作为模板，分别合成与母链互补的两条子链，C错误；DNA 复制方
16、式是半保留复制，每个新合成的DNA分子都保留一条母链，D正确。答案：C说出DNA半保留复制的主要意义。提示：保持亲代细胞和子代细胞遗传信息的连续性。命题点23用15N标记含有100个碱基对的DNA分子(其中有腺嘌呤60个)，该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次。下列有关判断错误的是()A含有15N的DNA分子有两个B含有14N的DNA分子占总数的7/8C第4次复制消耗胞嘧啶脱氧核苷酸320个D复制共产生16个DNA分子解析：由于DNA分子的复制是半保留复制，亲代DNA分子的两条链始终存在于子代的两个DNA分子中，因此含有15N的DNA分子有两个；该DNA分子是在含14N的培养基中复制的
17、，新形成的子链均含有14N，故所有DNA分子都含14N；根据碱基互补配对原则，DNA分子含有100个碱基对，其中腺嘌呤有60个，则胞嘧啶有40个，第4次复制需消耗胞嘧啶脱氧核苷酸数24140320(个)；1个DNA分子经过4次复制，共产生DNA分子数2416(个)。答案：B4具有A个碱基对的DNA分子片段，含有m个腺嘌呤，该片段完成n次复制需要多少个游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸()A2n(Am)B(2n1)(Am)C(2n1)(A/2m) D2n(A/2m)解析：DNA分子片段中含有A个碱基对，其中含有m个腺嘌呤，因为在DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数等于碱基总数的一半，故该片段中鸟嘌呤脱氧核苷酸的数目
18、为Am，完成n次复制形成DNA的数目为2n个，去掉模板DNA，实际该过程中新合成的DNA数目为2n1个，则该复制过程需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸的数目为(2n1)(Am)个，即B正确。答案：B命题点35白斑综合征病毒严重危害对虾养殖业，该病毒经由吸附蛋白与细胞膜上受体蛋白的特异性结合而入侵宿主细胞。科研人员通过引入5溴尿嘧啶(5BU)诱变剂提高对虾抗病能力。5BU能产生两种互变异构体，一种是普通的酮式，一种是较为稀有的烯醇式。酮式可与A互补配对，烯醇式可与G互补配对。下列叙述正确的是()A5BU处理组对虾体细胞中的碱基数目会明显减少B5BU处理组对虾体细胞DNA中(AT)/(CG)比值可能发生变
19、化C5BU诱变剂是通过干扰吸附蛋白基因表达来阻断病毒的吸附D宜选用健壮的成体对虾作为实验材料进行诱变实验解析：根据题干信息，利用5BU处理对虾体细胞，酮式可与A互补配对，代替T作为原料，烯醇式可与G互补配对，代替C作为原料，因此细胞中的碱基数目不变，但是由于5BU能产生两种互变异构体参与比例未知，因此(AT)/(CG)的比值可能改变，A错误，B正确；5BU诱变剂是通过干扰对虾体细胞内DNA的复制诱导基因突变，使得对虾细胞膜上的受体蛋白结构改变，来阻断病毒的吸附，C错误；5BU诱变剂是通过干扰对虾体细胞内DNA的复制诱导基因突变，因此宜选用幼体对虾作为实验材料进行诱变实验，D错误。答案：B6DN
20、A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，子代能分离出两条DNA带：一条_带和一条_带，则可以排除_和分散复制。(2)
21、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：由题意可知，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，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- 12 - 版权所有高考资源网