1、第2、3、4节 DNA分子的结构DNA分子的复制 基因是有遗传效应的DNA片段【高考目标导航】1、DNA分子结构的主要特点2、基因的概念3、DNA分子的复制【基础知识梳理】一、DNA分子的结构及特点1、结构（1）元素组成：C、H、O、N、P(不含S)（2）基本单位：脱氧核苷酸如图所示：其中，表示一分子磷酸； 表示一分子脱氧核糖； 表示含氮碱基构成DNA分子的含氮碱基共有4种，即A(腺嘌呤)、T(胸腺嘧啶)、G(鸟嘌呤)、C(胞嘧啶)。脱氧核糖的结构简式如右图：在脱氧核苷酸分子中，特别要注意三个小分子之间的连接，其中，脱氧核糖的l号碳原子与含氮碱基相连，5号碳原子与磷酸分了相连。（3）一条脱氧核
2、苷酸单链中，相邻脱氧核苷酸之间的连接如图所示。一分子脱氧核苷酸中脱氧核糖的3号碳原子与另一分子脱氧核苷酸中的磷酸通过形成新的化学键(磷酸二酯键)相连接。（4）两条单链之间形成的碱基对表示如下 碱基之间的配对方式有两种，即上图所示的A一定与T配对，G一定与C配对。 配对的碱基之间以氢键相连，A与T之间形成两条氢键G与C之间形成三条氢键。 配对的两个脱氧核苷酸方向相反，尤其要注意脱氧核糖的位置。 2、特点 （1）两条链反向平行盘旋成双螺旋结构。 （2）外侧基本骨架为脱氧核糖与磷酸交替连接，内侧排列碱基对。 由该原则知：A=T，C=G 因此：A+G=T+C=A+C=T+G=50% （3）内侧碱基对按
3、碱基互补配对原则通过氢键相连。二、 DNA分子的复制1、推测：沃森和克里克提出半保留复制过程2、证明：放射性同位素15N示踪大肠杆菌实验3、概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。4、时期：有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期5、过程：(1)解旋：亲代DNA在解旋酶的作用下，把两条螺旋的双链解开，形成两条单链(母链)。解旋是使两条链之间的氢键断裂，需ATP提供能量。(2)子链合成：以解开的两条母链为模板，以周围环境中游离的脱氧核苷酸为原料各自合成与母链互补的一条子链。(3)子代DNA分子的形成两条母链分别与各自决定的子链组成两个完全相同的DNA分子。6、特点：（1）边解旋边复制。 （2
4、）复制方式：半保留复制。7、条件：（1）模板：亲代DNA分子的两条链。 （2）原料：4种游离的脱氧核苷酸。（3）能量：ATP释放的能量。 （4）酶：DNA解旋酶、DNA聚合酶。8、准确复制的原因：（1）DNA分子独特的双螺旋结构提供精确模板。（2）通过碱基互补配对原则保证了复制准确进行。9、意义：将遗传信息从亲代传给了子代，保持了遗传信息的连续性。三、基因是有遗传效应的DNA片段1、基因与DNA的关系（1）一个DNA上有许多个基因。构成基因的碱基数小于DNA分子的碱基总数。（2）基因实质：基因是有遗传效应的DNA片段。2、遗传信息与DNA的关系遗传信息蕴藏在DNA分子的4种碱基的排列顺序之中。
5、3、DNA分子特性：（1）多样性：主要取决于碱基排列顺序。（2）特异性：是由DNA分子中特定的碱基排列顺序决定的。 （3）稳定性：主要取决于DNA分子的双螺旋结构。【要点名师透析】一、DNA的结构1、平面结构图解2.图解各部分(序号的)含义磷酸：是脱氧核苷酸的重要组成基团，DNA分子中绝大部分脱氧核苷酸都连接2个磷酸基团，但1个DNA分子中只有2个游离的磷酸。磷酸二酯键：是两个脱氧核苷酸相连的化学键，可用限制酶切断，可用DNA连接酶或DNA聚合酶连接。脱氧核糖：是脱氧核苷酸的组成部分。碱基：共有4种，分别是A(腺嘌呤)，G(鸟嘌呤)，T(胸腺嘧啶)，C(胞嘧啶)。碱基对：A与T、G与C分别配对
6、，配对遵循碱基互补配对原则。氢键：配对的碱基之间通过氢键相连，可用DNA解旋酶断裂，也可用高温断裂。碱基AT、GC之间分别有2个和3个氢键。脱氧核苷酸：含有磷酸、脱氧核糖和含氮碱基各1个。是DNA的基本组成单位，DNA初步水解产物。脱氧核苷酸链：两条反向平行的脱氧核苷酸链双螺旋成DNA分子。DNA的内侧：由碱基对按不同的顺序排列而成，决定了DNA的特异性和多样性。DNA的外侧：由脱氧核糖和磷酸交替连接而成，构成DNA的基本骨架。【典例】(2011喀什模拟)如图为DNA分子结构示意图，对该图的描述正确的是( )A.和相间排列，构成了DNA分子的基本骨架B.的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸C.当DNA复制
7、时，的形成需要DNA连接酶D.DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息【解析】脱氧核糖与磷酸交替连接排列在外侧，构成了基本骨架。中的是其他脱氧核苷酸的磷酸，所以不是胞嘧啶脱氧核苷酸。是氢键，解旋需要DNA解旋酶，但形成不需要酶。【答案】D二、有关DNA复制的几个问题1、复制的场所：DNA主要分布在细胞核内，细胞核是DNA复制的主要场所。2、外界条件对DNA复制的影响：在DNA复制的过程中，需要酶的催化和ATP供能，凡是影响酶活性的因素和影响细胞呼吸的因素，都会影响DNA的复制。3、复制的过程：4、DNA复制的准确性的原因（1）DNA分子独特的双螺旋结构提供精确模板。（2）通过碱基互补配对
8、原则保证了复制准确进行。5、DNA半保留复制的特点：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链（模板链）。【典例】下列有关DNA复制过程的叙述中，正确的顺序是( )互补碱基对之间氢键断裂互补碱基对之间氢键形成DNA分子在解旋酶的作用下解旋以解旋后的母链为模板进行碱基互补配对子链与母链盘旋成双螺旋结构A. B.C. D.【解析】DNA复制过程包括解旋、复制、复旋，解旋酶作用于两条链间的氢键，以解旋后的两条母链分别为模板遵循碱基互补配对原则合成新DNA链。子链与母链恢复双螺旋结构。【答案】D三、DNA的相关计算1.有关DNA的碱基计算根据A=T，G=C，图示如下：链 AGCTTCC
9、m链 TCGAAGGm则2.有关DNA复制的计算DNA的复制为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则有(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为m(2n-1)个。第n次复制所需该脱氧核苷酸数为m2n-1。【典例】（2011宣汉模拟）用15N标记含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在14N的培养基中连续复制四次。其结果不可能是()A含有15N的DNA分子占1/8B含有14N的DNA分子占7/8C复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个D复制结果共产生16个DNA分子【解析】由于DNA的复制是半保留复制，经过四
10、次复制形成16个 DNA分子，有2个DNA分子中一条链含有15N，另一条链含有14N，其余14个DNA分子两条链全部含有14N，该DNA分子中含有胞嘧啶60个，由此计算出含有鸟嘌呤60个，腺嘌呤和胸腺嘧啶各有40个，复制四次需要腺嘌呤脱氧核苷酸的数量为40*（24-1）=600个，选项A、C、D正确，B错误。【答案】B四、基因与脱氧核苷酸、DNA、染色体和生物性状之间的关系关系内容基因与脱氧核苷酸基因的基本组成单位是脱氧核苷酸，每个基因含有成百上千个脱氧核苷酸。基因中脱氧核苷酸的排列顺序称为遗传信息基因与DNA基因是有遗传效应的DNA片段每个DNA分子上有很多个基因基因与染色体基因在染色体上呈
11、线性排列，染色体是基因的主要载体基因与生物性状基因不仅可以通过复制把遗传信息传递给下一代，还可“使遗传信息以一定的方式反映到蛋白质的分子结构上来，从而使后代表现出与亲代相似的性状。遗传学上把这过程叫做基因的表达图示【感悟高考真题】1、(2011安徽高考)甲、乙图示真核细胞内两种物质的合成过程，下列叙述正确的是（）A.甲、乙所示过程通过半保留方式进行，合成的产物是双链核酸分子B.甲所示过程在细胞核内进行，乙在细胞质基质中进行C.DNA分子解旋时，甲所示过程不需要解旋酶，乙需要解旋酶D.一个细胞周期中，甲所示过程在每个起点只起始一次，乙可起始多次【解析】甲图，每一起点处DNA的两条链都作为模板，且
12、双向延伸，因此甲为DNA的复制；乙图，每一起点处DNA的一条链作为模板，且单向延伸，因此乙为转录。只有甲通过半保留方式进行，合成的产物是双链核酸分子，所以A项错误；甲、乙所示过程都在细胞核内进行，所以B项错误；甲、乙所示过程都需要解旋酶，所以C项错误；一个细胞周期中，DNA只复制一次，转录可进行多次，所以D项正确。【答案】D2、(2011海南高考)关于核酸生物合成的叙述，错误的是 （ ）ADNA的复制需要消耗能量 BRNA分子可作为DNA合成的模板C真核生物的大部分核酸在细胞核中合成D真核细胞染色体DNA的复制发生在有丝分裂前期【解析】A项,DNA分子的复制需要线粒体提供能量;B项,RNA可以
13、逆转录合成DNA，因此某些逆转录病毒可以把RNA作为DNA合成的模板;C项,DNA的复制，mRNA、 tRNA 的合成都主要是在细胞核中完成的;D项,真核细胞染色体DNA的复制发生在有丝分裂的间期或减数第一次分裂前的间期，不是有丝分裂前期。【答案】D3、（2010山东高考）蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期，其染色体的放射性标记分布情况是A每条染色体的两条单体都被标记B每条染色体中都只有一条单体被标记C只有半数的染色体中一条单体被标记D每条染色体的两条单体都不被标记【解析】由于DNA分子的复制方式为半保留复制，在有放
14、射性标记的培养基中一个细胞周期后，每个DNA分子中有一条链含放射性。继续在无放射性的培养基中培养时，由于DNA的半保留复制，所以DNA分子一半含放射性，一半不含放射性，每个染色单体含一个DNA分子，所以一半的染色单体含放射性。【答案】B4、（2010江苏高考）下列关于核酸的叙述中，正确的是A.DNA和RNA中的五碳糖相同B.组成DNA与ATP的元素种类不同C. T2噬苗体的遗传信息贮存在RNA中D.双链DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数【解析】本题主要考查核酸的组成、结构和功能。DNA含有脱氧核糖，RNA含有核糖，A项错误；DNA和ATP都是由C、H、O、N、P五种元素组成，B项错误。T2噬菌体遗传
15、物质为DNA，故其遗传信息也储存在DNA中，C项错误。双链DNA嘌呤总和嘧啶碱基互补配对，故两者数量相等，D项正确。【答案】D5、（2009江苏高考）下图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图，有关叙述错误的是 A图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的B图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的C真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶D真核生物的这种复制方式提高了复制速率【解析】本题通过信息考查DNA的复制相关知识。从图中只能看出有一个复制起点，所以A不对。图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的，真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶，DNA聚合酶等参与。这种半保留复制的模式不仅保持前后代的稳定
16、性，每次复制都可产生两个DNA分子，提高了效率。【答案】A6、（2009广东高考）有关DNA分子结构的叙述，正确的是A. DNA分子由4种脱氧核苷酸组成B. DNA单链上相邻碱基以氢键连接C. 碱基与磷基相连接D. 磷酸与脱核糖交替连接构成DNA链的基本骨架【解析】DNA双链上相对应的碱基以氢键连接，单链上相邻碱基之间通过脱氧核糖和磷酸二酯键联系起来，脱氧核糖和磷酸交替排列在外侧，构成DNA链的基本骨架。碱基排列在内侧，与脱氧核糖直接相连。【答案】AD 【考点模拟演练】一、选择题1、澳大利亚等国科学家近日研究发现，海绵竟然拥有近70%人类基因，其中包括大量的与典型疾病和癌症有关的基因。下列有关
17、叙述不正确的是()A基因是有遗传效应的DNA片段B细胞分裂素延迟植物衰老与基因的作用有关C基因内增加一个碱基对，只会改变肽链上一个氨基酸D基因表达时存在RNA分子间的碱基互补配对【解析】基因中增加一个碱基对，会导致肽链中氨基酸序列发生改变。植物激素调控代谢过程与基因的表达有关。基因表达包括转录和翻译过程。【答案】C2、如果DNA分子上某一片段是一个有遗传效应的片段，则该片段()携带遗传信息上面有密码子能转录产生mRNA能进入核糖体能运载氨基酸能控制蛋白质的合成A BC D【解析】密码子位于信使RNA中，信使RNA进入核糖体，转运RNA运载氨基酸。【答案】C3、(2011长沙模拟)在一个双链DN
18、A分子中，碱基总数为m，腺嘌呤碱基数为n，则下列有关叙述正确的是()脱氧核苷酸数磷酸数碱基总数m碱基之间的氢键数为(3m/2)n一条链中AT的数量为nG的数量为mnA BC D【解析】腺嘌呤碱基数为n，则G的数量为(m/2)n，DNA分子中氢键数n2(m/2)n3(3m/2)n；一条链中AT的数量等于整个DNA分子中A的碱基数。【答案】D4、(2011广州模拟)如图甲、乙表示真核生物遗传信息传递过程中的某两个阶段的示意图，图丙为图乙中部分片段的放大示意图。对此分析合理的是()A图甲所示过程主要发生于细胞核内，图乙所示过程主要发生于细胞质内B图中催化图甲、乙所示两过程的酶1、酶2和酶3是相同的C
19、图丙中a链为模板链，b链为转录出的子链D图丙中含有两种单糖、五种碱基、五种核苷酸【解析】图甲所示为DNA的复制过程，图乙所示为转录过程。DNA的复制和转录主要发生在细胞核内。图甲中酶1和酶2相同，为DNA聚合酶，图乙中酶3为RNA聚合酶。由于转录是以DNA为模板合成RNA的过程，图丙的a链中含有碱基T，b链中含有碱基U，故a链为DNA模板链，而b链为转录产生的RNA链，因此图丙中含有2种单糖、5种碱基、8种核苷酸。【答案】C5、(2011日照模拟)下列有关DNA的叙述，正确的是()在人的白细胞中，DNA上含有人的全部遗传信息同一物种的个体之间的DNA完全相同DNA是一切生物的遗传物质一个DNA
20、分子可以控制许多性状精子中含有的遗传信息量与卵细胞中的遗传信息量相同ABC D【解析】人的白细胞是体细胞，来自于受精卵，故其含有人的全部遗传信息；一个DNA分子含有多个基因，可以控制许多性状；同一物种的不同个体之间的DNA是不同的；一切生物的遗传物质的核酸，而不是DNA；卵细胞中的遗传信息量包括核中DNA和线粒体中的DNA，故其总量比精子多。【答案】C6、(2011威海模拟)经分析某生物体内只有一种核酸分子，碱基A与C之和占碱基总数的5.5%，碱基U占碱基总数的24%，由此可知该生物是()A玉米 B烟草花叶病毒C噬菌体 D果蝇【解析】由于该生物体内只有一种核酸分子，且不含T只含U，说明遗传物质
21、是RNA。题中所述生物只有烟草花叶病毒是RNA病毒，故选择B项。【答案】B7、(2011泉州模拟)在同一生物体内，下列有关叙述错误的是()不同DNA分子中，可能储存有相同的遗传信息不同组织细胞中，可能有相同的基因进行表达不同mRNA分子中，不可能含有相同的密码子不同核糖体中，不可能翻译出相同的多肽A BC D【解析】减数分裂过程中发生交叉互换的两个DNA分子可能储存相同的遗传信息；同一生物体中不同细胞的遗传物质相同，有些基因在所有的细胞中都可以表达，比如控制呼吸酶的基因，其他基因则在特定细胞中表达；所有生物共用一套密码子；核糖体只是合成蛋白质的场所，核糖体上合成的多肽与mRNA的种类密切相关，
22、同一mRNA结合的核糖体上翻译出的多肽都是相同的。【答案】C8、(2011潍坊质检)基因是具有遗传效应的DNA片段，下列哪项不是“遗传效应”的含义()A能控制一种生物性状的表现B能控制一种蛋白质的合成C能决定一种氨基酸的位置D能转录成一种mRNA【解析】基因概念中“遗传效应”是指控制生物的性状，而基因对性状的控制是通过控制蛋白质的合成来实现的；组成蛋白质的氨基酸约有20种，基因不只是决定一种氨基酸的位置，而是决定组成蛋白质的所有氨基酸的位置。【答案】C9、(2011东营检测)从某生物组织中提取DNA进行分析，其中鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的46%，又知该DNA分子的一条链(H链)所含的碱基
23、中28%是腺嘌呤，24%是胞嘧啶，则与H链相对应的另一条链中，腺嘌呤、胞嘧啶分别占该链全部碱基数的()A26%、22% B24%、28%C14%、11% D11%、14%【解析】由题干可获取的主要信息有：DNA双链中GC23%；H链中A占28%，C占24%。解答本题首先求出各类碱基占全部碱基的比例，然后利用关系式A%计算并做出判断。由DNA分子中G与C之和占全部碱基的46%，可知DNA分子中A与T之和占全部碱基的54%，则在DNA分子双链中AT27%，GC23%，H链中A占28%，C占24%，则与H链相对应的另一条链中，A占227%28%26%，C占223%24%22%。【答案】A10、如右图
24、所示为DNA分子复制的片段，图中a、b、c、d表示各条脱氧核苷酸链。一般地说，下列各项中正确的是()Aa和c的碱基序列互补，b和c的碱基序列相同Ba链中(AC)/(GT)的比值与d链中同项比值相同Ca链中(AT)/(GC)的比值与b链中同项比值相同Da链中(GT)/(AC)的比值与c链中同项比值不同【解析】DNA复制的特点是半保留复制，b链是以a链为模板合成的，a链和b链合成一个子代DNA分子。a链中b链中。【答案】C11、DNA分子经过诱变、某位点上的一个正常碱基(设为P)变成了尿嘧啶，该DNA连续复制两次，得到的4个子代DNA分子相应点上的碱基对分别为UA、AT、GC、CG，推测“P”可能
25、是()A胸腺嘧啶 B腺嘌呤C胸腺嘧啶或腺嘌呤 D胞嘧啶【解析】相应位点上碱基对为UA、AT的两个子代DNA分子是由诱变后含有尿嘧啶的那条亲代DNA单链连续复制两次得到的；而相应位点上碱基对为GC、CG的两个子代DNA分子，则是由亲代DNA分子中另一条互补链连续复制两次得到的。 由此可以推知，与正常碱基P配对的是鸟嘌呤(G)或胞嘧啶(C)，故选D。【答案】D12、上图是DNA结构模式图，据图所作的下列推测不正确的是()A限制性内切酶能将a处切断 BDNA连接酶能将a处连接C解旋酶能切断b处D连接b处的酶为RNA聚合酶【解析】a处为磷酸二酯键，限制性内切酶能将其切断，DNA连接酶能催化其形成。b处
26、为氢键，解旋酶能使氢键断裂，使DNA的两条链分开，但DNA碱基对间氢键的形成并不是RNA聚合酶催化的结果。RNA聚合酶催化的是RNA的基本组成单位核糖核苷酸聚合生成核糖核苷酸链的过程。【答案】D13、关于生物体内基因、DNA与染色体的说法正确的是()A细胞核基因与染色体在减数分裂过程中的行为是平行的B生物体内的基因都分布在细胞核染色体的DNA上C基因只有在染色体上才能指导蛋白质合成D人类基因组计划测定的是24条染色体上基因的碱基序列【解析】细胞核基因位于染色体上，所以这些基因与染色体在减数分裂过程中的行为是平行的；细胞质中也有少量的DNA分子，人类基因组计划测定的是24条染色体上DNA分子的全
27、部碱基序列。【答案】A14、如图为真核细胞DNA复制过程的模式图，据图分析，下列相关叙述错误的是()A由图示得知，DNA分子复制的方式是半保留复制B解旋酶能使双链DNA解开，但需要消耗ATPC从图中可以看出合成两条子链的方向是相反的DDNA分子的复制需要RNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段【解析】DNA分子复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段。【答案】D15、用15N同位素标记细菌的DNA分子，再将其放入含14N的培养基上连续繁殖4代，a、b、c为三种DNA分子：a只含15N，b同时含14N和15N，c只含14N。图中表示这三种DNA分子的比例正确的是()【解析】分析题
28、干，DNA分子在含14N的培养基上连续繁殖4代，可形成16个DNA分子，由于DNA分子的复制是半保留复制，因此16个DNA分子中有2个DNA分子同时含15N和14N,14个DNA分子只含14N，只含有15N的DNA分子数为0。【答案】D二、非选择题16、(2011青岛模拟)科学家在研究DNA分子复制方式时进行了如下的实验研究(已知培养用的细菌大约每20 min分裂一次，产生子代，实验结果见相关图示)： (1)实验一、实验二的作用是_。(2)从结果C、D看，DNA复制具有_的特点。根据这一特点，理论上结果E中含14N的DNA分子所占比例为_。(3)复制过程除需要模板DNA、脱氧核苷酸外，还需要_
29、等条件。(4)若对结果C中的DNA分子先用解旋酶处理，然后再离心，结果为F，请在图中表示出。(5)若某次实验的结果中，结果C比以往实验结果所呈现的带略宽，可能的原因是新合成DNA单链中的N尚有少部分为_。【解析】(1)实验一和实验二分别表示14N和15N标记的DNA的离心结果，其作用是与后面的实验结果形成对照。(2)从结果C、D看，新形成的 DNA保留了原来DNA的两条链，DNA复制具有半保留复制的特点；经过60 min后，DNA复制了3次，共形成8个DNA分子，其中有2个DNA分子是15N/14N，其余6个DNA分子为14N/14N。(4)结果C中的DNA分子为15N/14N，解旋后形成的单
30、链为一条重链15N和一条轻链14N。(5)“中带”为15N/14N，“中带”略宽，说明新合成的DNA分子之间的分子量有差别，是由DNA单链中的N尚有少部分为15N引起的。【答案】(1)对照作用(2)半保留复制1(3)酶、能量(4)图略(图中应显示两条带分别处于轻链和重链位置)(5)15N17、(2011烟台模拟)据下图回答：(1)该图表示的生理过程是_，该过程主要发生在细胞的_部位。(2)图中的1、2、3、4、5分别是_、_、_、_、_。(3)假如经过科学家的测定，A链上的一段(M)中的A:T:C:G为2:1:1:3，能不能说明该科学家的测定是错误的？_，原因是_。(4)如果以A链的M为模板，复制出的B链碱基比例应该是_。【解析】本题考查DNA的结构、DNA的半保留复制以及碱基互补配对原则。DNA是双螺旋结构，两条脱氧核苷酸链之间的碱基遵循碱基互补配对原则，即A与T、C与G配对，所以DNA分子中AT，GC。DNA复制是半保留复制，即以DNA的两条母链为模板，根据碱基互补配对原则进行碱基互补配对。所以形成的DNA子链必定与DNA中的一条母链完全相同，新形成的两个DNA分子，与亲代DNA分子完全相同。【答案】(1)DNA复制细胞核(2)ATCCT(3)不能在单链中不一定AT、GC(4)T:A:G:C2:1:1:3
