1、DNA分子的结构、复制和基因的本质(30分钟100分)一、选择题(共8小题,每小题6分,共48分)1.下图为某同学在学习DNA的结构后画的含有两个碱基对的DNA片段(“”代表磷酸基团),下列为几位同学对此图的评价,其中正确的是()A.甲说:“物质组成和结构上没有错误”B.乙说:“只有一处错误,就是U应改为T”C.丙说:“有三处错误,其中核糖需改为脱氧核糖”D.丁说:“如果说他画的是RNA双链则该图是正确的”【解析】选C。图中的核糖应改为脱氧核糖;DNA分子中没有U,应将U改为T;磷酸与磷酸之间无化学键,而且磷酸应连接在两个五碳糖之间,C正确。2.(2020琼海模拟)如图为一个双链DNA分子(1
2、5N标记)中某基因的部分结构示意图,该基因全部碱基中A占20%。下列说法正确的是()A.DNA的特异性是由四种碱基的数量比例决定的B.DNA聚合酶可催化形成和处的化学键C.该基因的一条核苷酸链中(C+G)/(A+T)的值为1.5D.将该DNA置于不含15N的环境中复制3次后,含15N的DNA分子占总数的1/8【解析】选C。DNA分子中有4种碱基,不同的DNA碱基对排列顺序一定不同,所以其特异性体现在碱基对的排列顺序,A错误;DNA聚合酶可催化形成处的化学键(磷酸二酯键),而处是氢键,其形成不需要DNA聚合酶的催化作用,B错误;该基因全部碱基中A占20%,据碱基互补配对原则可知T=A=20%,C
3、=G=30%,因此该DNA分子中(C+G)/(A+T)=(30%+30%)/(20%+20%)=3/2=1.5,又由于在双链DNA分子中一条核苷酸链中(C+G)/(A+T)的值=整个DNA分子中(C+G)/(A+T)的值,因此该基因的一条核苷酸链中(C+G)/(A+T)的值为1.5,C正确;DNA复制为半保留复制,不管复制几次,最终子代DNA都保留亲代DNA的2条母链,故最终有2个子代DNA含15N,所以含有15N的DNA分子占DNA分子总数的2/8=1/4,D错误。3.15N培养基中繁殖数代后,使细菌DNA的含氮碱基皆含有15N,然后再移入 14N 培养基中培养,抽取亲代及子代的DNA经高速
4、离心分离,图中为可能的结果,下列叙述错误的是()A.子一代DNA应为B.子二代DNA应为C.子三代DNA应为D.亲代的DNA应为【解析】选C。子一代DNA即DNA分子只复制一次产生的2个DNA分子,都是15N/14N,所以应为;子二代DNA即DNA分子复制两次产生的4个DNA分子,其中2个都是14N/14N,2个为15N/14N,所以应为;子三代DNA即DNA分子复制三次产生的8个DNA分子,其中6个都是14N/14N,2个为15N/14N,所以应为;亲代的DNA都是15N/15N,所以应为。4.(2020哈尔滨模拟)现已知基因M含有碱基共N个,腺嘌呤n个,具有类似如图的平面结构,下列说法正确
5、的是()A.基因M共有4个游离的磷酸基团,1.5N-n个氢键B.如图a可以代表基因M ,基因M的等位基因m可以用b表示;a链含有A的比例最多为2n/NC.基因M的双螺旋结构中,脱氧核糖和磷脂交替排列在外侧,构成基本骨架D.基因M和它的等位基因m含有的碱基数可以不相等【解析】选D。基因M有两条链,每一条链有1个游离的磷酸基团,因此基因M含有2个游离的磷酸基团,已知基因M含有碱基共N个,腺嘌呤n个,即A=T=n个,则C=G=(N-2n)/2 个,由于A-T之间有2个氢键,C-G之间有3个氢键,因此该基因中含有氢键数目为2n+3(N-2n)/2=1.5N-n个,A错误; 基因是由两条脱氧核苷酸链组成
6、的,图中a和b共同组成基因M,因此基因M的等位基因m不能用b表示,B错误; DNA双螺旋结构中,脱氧核糖和磷酸交替连接排列在外侧,构成基本骨架,C错误;等位基因是基因突变产生的,而基因突变是指基因中碱基对的替换、增添和缺失,因此基因M和它的等位基因m的碱基数或排列顺序可以不同,D正确。5.(2020南昌模拟)将胰岛素基因用32P标记后导入小鼠肝细胞,再选取仅有一条染色体上整合有单个目的基因的某个细胞进行体外培养。下列叙述正确的是()A.胰岛素基因用32P标记后放射性出现在脱氧核糖中B.染色体上整合目的基因的变异属于染色体结构变异C.目的基因连续复制5次,所需嘌呤和嘧啶数量相同D.培养的细胞连续
7、分裂n次后,含32P的子细胞占1/2n【解析】选C。胰岛素基因用32P标记后放射性出现在磷酸基团中,脱氧核糖不含磷,A错误; 染色体上整合目的基因的变异属于基因重组,B错误; DNA每次复制,以两条母链做模板,新合成的两条子链之间嘌呤=嘧啶。故无论复制多少次,所需嘌呤和嘧啶数量相同,C正确; 培养的细胞连续分裂n次后,含32P的子细胞占1/2n-1,D错误。6.(2020六安模拟)某精原细胞(2N=8)的核DNA分子双链均用15N标记后置于含14N的培养基中培养,经过连续两次细胞分裂后,检测子细胞中的标记情况。下列推断错误的是()A.若进行有丝分裂,则含15N染色体的子细胞所占比例不唯一B.若
8、子细胞中部分染色体含15N,则分裂过程中可能会发生同源染色体的分离C.若某个子细胞中的每条染色体都含15N,则细胞分裂过程中不一定发生基因重组D.若进行减数分裂,则减数第二次分裂后期每个细胞中含14N的染色体有8条【解析】选B。若进行有丝分裂,第一次分裂产生的子细胞中每条染色体都有一条链被标记,第二次分裂产生的四个子细胞中有两个、三个或四个被标记,A正确;同源染色体的分离发生在减数分裂,减数分裂形成的子细胞中都含有15N,B错误;若某个子细胞中的每条染色体都含15N,则细胞分裂过程可能为有丝分裂,不一定发生基因重组,C正确;若进行减数分裂,则减数第二次分裂后期每个细胞中含14N的染色体有8条,
9、D正确。【知识总结】DNA半保留复制应用于细胞分裂过程的分析(1)有丝分裂中染色体标记情况分析。过程图解(一般只研究一条染色体):复制一次(母链标记,培养液不含标记同位素):转至不含放射性培养液中再培养一个细胞周期:规律总结:若只复制一次,产生的子染色体都带有标记;若复制两次,产生的子染色体只有一半带有标记。(2)减数分裂中染色体标记情况分析。过程图解:减数分裂一般选取一对同源染色体为研究对象,如图:规律总结:由于减数分裂没有细胞周期,DNA只复制一次,因此产生的子染色体都带有标记。7.下列关于基因和DNA的叙述,正确的是()A.海蜇的绿色荧光蛋白基因不能在小鼠体细胞内稳定表达B.人类基因组计
10、划需测定23条染色体上所有基因的碱基排列顺序C.含有100对碱基(腺嘌呤占10%)的DNA分子最多有4100种D.生物体多样性和特异性的物质基础是DNA分子的多样性和特异性【解析】选D。人类已经培育出发绿色荧光的转基因小鼠,该小鼠就是导入了海蜇的绿色荧光蛋白基因,A错误;人类基因组计划需测定的染色体是24条,即22条常染色体+X染色体+Y染色体,B错误;含有100对碱基的DNA分子最多有4100种,但4种碱基的数量确定的情况下,种类要比4100种少很多,C错误;DNA的多样性和特异性决定了蛋白质的多样性和特异性,进而体现出生物体的多样性和特异性,D正确。8.一般情况下,下列各项中,不可用2n表
11、示的是()A.具有n对等位基因的杂合子自交后代的基因型种类B.含有n对独立遗传的等位基因的个体产生的配子的种类C.一个DNA分子复制n次后产生的DNA分子数D.含有n个碱基的双链DNA分子的种类【解析】选A。具有n对独立遗传的等位基因的杂合子自交后代的基因型种类为3n,A符合题意。含一对等位基因的杂合子产生2种配子,含n对独立遗传的等位基因的杂合子可产生2n种配子,B不符合题意;1个DNA复制1次,产生2个DNA,复制n次,产生2n个DNA,C不符合题意;n个碱基的DNA,一条链含1/2n个碱基,DNA种类数为41/2n=2n,D不符合题意。二、非选择题(共22分)9.动物细胞的线粒体DNA分
12、子通常呈环状双链,包括H链和L链。H链上有两个复制起始区,一个用于H链合成(简称OH),-个用于L链合成(简称OL)。其复制的主要过程是首先是OH被启动,以L链为模板,先合成一段RNA引物,然后合成H链片段,新H链一边复制,一边取代原来老的H链,被取代的老的H链以环的形式被游离出来。当H链合成约2/3时,OL启动,以被取代的H链为模板,合成新的L链,直至复制完成,过程如图所示。请回答下列问题:(1)一个完整的线粒体DNA分子有游离的磷酸基团数目为_,H链中相邻核苷酸的碱基通过_连接起来。(2)复制过程中需要_酶参与。(3)当一个复制周期完成时,由_构成的子代DNA分子滞后形成;完成两个复制周期
13、需要_个引物。(4)若应用PCR技术实现该DNA分子的体外增殖,需要_酶。【解析】本题考查的是DNA分子复制的相关知识。(1)由题图可知,线粒体为环状双链DNA分子,所以动物细胞线粒体DNA分子含0个游离的磷酸基团,H链中相邻核苷酸的碱基通过脱氧核糖磷酸脱氧核糖连接起来。(2)复制过程中需要解旋酶、DNA聚合酶参与。(3)当一个复制周期完成时,由老的H链和新的L链构成的子代DNA分子滞后形成;DNA连续复制2次,最终形成4个环状DNA分子,由于DNA复制是半保留复制,所以最终完成2次复制共需要6个引物。(4)若在体外进行DNA分子扩增,则引物的化学本质是一段已知的DNA片段。一个标准的PCR反
14、应系统包括:DNA模板、引物、4种DNA复制的原料,还需要耐热的DNA聚合酶(如Taq 酶等)。答案:(1)0脱氧核糖磷酸脱氧核糖(2)解旋酶、DNA聚合(3)老的H链和新的L链6(4)Taq(耐高温的DNA聚合)1.(5分)(2020济南模拟)下列关于DNA分子结构与复制的说法,错误的是()A.DNA复制时,需解旋酶将部分DNA双链解开,但不需要消耗能量B.减数第一次分裂的四分体时期发生交叉互换可引发DNA分子结构的改变C.DNA聚合酶催化游离的脱氧核苷酸与DNA链上的脱氧核苷酸相连接D.把中链DNA(15N/14N)放在含15N的培养液中复制两代,子代中含14N的DNA占25%【解析】选A
15、。DNA解旋酶能使双链DNA解开,需要消耗ATP,A错误;染色体由DNA和蛋白质组成,交叉互换时染色体已经发生交换,而DNA在染色体上,因此DNA也发生交换,DNA上的基因或者脱氧核苷酸都可能发生改变,因此DNA的结构会发生改变,B正确;DNA聚合酶催化游离的脱氧核苷酸与DNA链上的脱氧核苷酸相连接,C正确;由于DNA分子片段中只有一条链中含14N,所以把该DNA放在含15N的培养液中复制两代,得4个DNA分子,只有1个DNA中含有14N,因此子代中含有14N的DNA占25%,D正确。2.(5分)科学家在研究成体干细胞的分裂时提出这样的假说:成体干细胞总是将含有相对古老的DNA链(永生化链)的
16、染色体分配给其中一个子代细胞,使其成为成体干细胞,同时将含有相对较新的合成链的染色体分配给另一个子代细胞,这个细胞分化并最终衰老死亡(如图所示)。下列根据该假说推测正确的是()A.成体干细胞通过有丝分裂使生物体内成体干细胞的数量不断增加B.从图中可看出成体干细胞分裂时DNA进行半保留复制C.成体干细胞的基因突变频率与其他细胞相同D.成体干细胞分裂时等位基因随着同源染色体的分开而分离【解题指南】(1)本题考查DNA复制与细胞分裂、细胞分化的关系。(2)读题图获得关键信息:成体干细胞总是将含有相对古老的DNA链(永生化链)的染色体分配给其中一个子代细胞,使其成为成体干细胞,同时将含有相对较新的合成
17、链的染色体分配给另一个子代细胞,这个细胞分化并最终衰老死亡,这样减少了积累基因突变的概率,也可保持成体干细胞的数量基本不变。【解析】选B。由题图可知,细胞分裂前后染色体数目不变,可见成体干细胞的分裂方式为有丝分裂,但分裂后生物体内成体干细胞的数量没有增加,A错误;由题图可知,DNA复制方式是半保留复制,B正确;由于子代的成体干细胞总含有永生化链,因此减少了积累基因突变的概率,导致成体干细胞的基因突变频率与其他细胞不同,C错误;成体干细胞分裂方式为有丝分裂,所以分裂过程中不发生等位基因随着同源染色体的分开而分离的现象,D错误。【加固训练】1.下图所示DNA分子片段中一条链含15N,另一条链含14
18、N。下列有关说法错误的是()A.DNA连接酶和DNA聚合酶都可作用于形成处的化学键,解旋酶作用于处B.是胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸C.若该DNA分子中一条链上G+C=56%,则无法确定整个DNA分子中T的含量D.把此DNA放在含15N的培养液中复制两代,子代中含15N的DNA占100%【解析】选C。DNA连接酶和DNA聚合酶均作用于两个核苷酸之间的化学键,解旋酶作用于碱基对之间的氢键,A项正确;是胸腺嘧啶脱氧核苷酸,B项正确;若该DNA分子中一条链上G+C=56%,则整个DNA分子中G+C的含量也是56%,则整个DNA分子中T的含量为(1-56%)/2=22%, C项错误;DNA进行半保留复制,把
19、此DNA放在含15N的培养液中复制两代,由于所用原料均含有15N,子代中含15N的DNA占100%, D项正确。2.将染色体上的全部DNA分子双链经32P标记后的雄性哺乳动物细胞(染色体数为20)置于不含32P的培养基中培养。下列推断正确的是()A.若减数分裂结束,则产生的子细胞中有5对同源染色体,每条都含32PB.若完成一次有丝分裂,则产生的子细胞中含有20条染色体,其中10条含有32PC.若进行减数分裂,则每个减后期细胞中均含2个Y染色体且都含32PD.若进行一次有丝分裂,则分裂中期细胞的染色体上共有40个DNA分子且都含32P【解析】选D。若进行减数分裂,产生的子细胞中不含同源染色体,故
20、A错误;若进行一次有丝分裂,分裂中期细胞的染色体上共有40个DNA分子,根据DNA半保留复制特点,每个双链DNA分子都有一条含32P,40个DNA分子都含32P,子细胞中染色体条数不变,都含32P,故B错误,D项正确;若进行减数分裂,减后期细胞中一半含2个Y染色体,一半含2个X染色体,且都含32P,故C项错误。3.(20分)(素养提升科学探究)通常DNA分子复制从一个复制起点开始,有单向复制和双向复制,如图所示。已知放射性越高的3H-胸腺嘧啶脱氧核糖核苷(3H-脱氧胸苷),在放射性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
21、苷,设计实验(可通过自身对照的实验)以确定大肠杆菌DNA复制的方向,简要写出:(1)实验思路;_。(2)预测实验结果和得出结论_。【解析】(1)依题意可知,该实验的目的是确定大肠杆菌DNA复制的方向。实验原理是放射性越高的3H-胸腺嘧啶脱氧核糖核苷(3H-脱氧胸苷),在放射性自显影技术的图像上,感光还原的银颗粒密度越高。3H-脱氧胸苷是DNA复制的原料;依据DNA的半保留复制,利用3H标记的低放射性和高放射性的脱氧胸苷使新形成的同一条DNA子链上出现低放射性区段和高放射性区段。利用放射性自显影技术,检测子链上银颗粒密度的高低及其分布来判断DNA复制的方向。综上分析可知,该实验思路为复制开始时,
22、首先用含低放射性3H-脱氧胸苷的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,用放射性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)依据实验思路可知,若DNA分子复制为单向复制,则复制起点处银颗粒密度低,远离复制起点的一侧银颗粒密度高。若DNA分子复制为双向复制,则复制起点处银颗粒密度低,复制起点的两侧银颗粒密度高。答案:(1)复制开始时,首先用含低放射性3H-脱氧胸苷的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,用放射性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)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,复制起点的两侧银颗粒密度高,则DNA分子复制为双向复制
