1、第2节 DNA分子的结构 第3节 DNA的复制 第4节 基因是有遗传效应的DNA片段 考纲 考情 三年12考 高考指数：1.DNA分子结构的主要特点 2.DNA分子的复制 3.基因的概念 三年 考题 2014年(3考)：江苏T4、T25，福建T28 2013年(4考)：江苏T2、T32，广东T2，海南T12 2012年(5考)：山东T5，江苏T2、T6，福建T5，天津T7 考情 播报 1.考查内容：主要考查DNA分子的结构和DNA的复制。2.考查方式：可单独考查DNA分子的结构，可结合实验考查DNA的复制，或者结合细胞增殖和中心法则考查DNA的复制。3.考查题型：主要是选择题，非选择题的某个小
2、题也可能涉及。【知识梳理】一、DNA分子的结构 1.化学组成：(1)元素组成：_。(2)基本单位：_ _ 含氮碱基：_ 磷酸 脱氧核糖 A、T、G、C C、H、O、N、P 脱氧核苷酸 2.平面结构：(1)基本骨架：_交替连接而成的反向平行长链。(2)内侧：碱基对 遵循_原则。3.空间结构：规则的_结构。A=_(或_=A)_C(或C_)T T G G 磷酸、脱氧核糖 碱基互补配对 双螺旋 二、DNA的复制 1.概念：以_为模板，合成_的过程。2.时间：_。亲代DNA 子代DNA 有丝分裂的间期或减数第一次分裂前的间期 3.过程：能量 解旋 两条螺旋的双链 母链 脱氧核苷酸 DNA聚合酶 碱基互补
3、配对 双螺旋结构 4.特点：_。5.方式：_。6.结果：形成两个完全相同的DNA分子。7.意义：将_从亲代传给子代，保持了_的连续性。边解旋边复制 半保留复制 遗传信息 遗传信息 三、基因是有遗传效应的DNA片段 1.基因、染色体、DNA的关系：(1)基因与染色体的关系：基因在染色体上呈_排列。(2)染色体与DNA的关系：染色体主要由DNA和蛋白质构成。(3)基因与DNA的关系：基因的本质是有_的DNA片段，一个 DNA上有_个基因。(4)基因与碱基的关系：遗传信息蕴藏在_的排列顺序之中，构成基因的碱基数_(填“大于”“小于”或“等于”)DNA分子 的碱基总数。线性 遗传效应 许多 4种碱基
4、小于 2.将代表下列结构的字母填入图中的相应横线上：a.染色体 b.DNA c.基因 d.脱氧核苷酸 d c b a【小题快练】1.考题诊断：(1)(2014江苏高考T4C)富兰克林和威尔金斯对DNA双螺旋结构模型 的建立也作出了巨大的贡献。()【分析】富兰克林和威尔金斯提供了DNA的X射线衍射图谱，对DNA双 螺旋结构模型的建立作出了巨大贡献。(2)(2012江苏高考T2C)沃森和克里克提出在DNA双螺旋结构中嘧啶 数不等于嘌呤数。()【分析】沃森和克里克提出DNA双螺旋结构时依据是A和T的含量总是 相等，G和C的含量也相等，所以A+G=T+C，即嘧啶数等于嘌呤数。2.易错诊断：(1)每个D
5、NA分子中碱基数=磷酸数=核糖数。()【分析】构成DNA的基本单位是脱氧核糖核苷酸，由磷酸、脱氧核糖 和含氮碱基构成。(2)含有G、C碱基对比较多的DNA分子热稳定性较差。()【分析】碱基对G-C之间形成三个氢键，而碱基对A-T之间只形成两 个氢键，所以含有G、C碱基对比较多的DNA分子热稳定性较强。(3)DNA的复制有可能出现“差错”。()【分析】在DNA复制过程中，脱氧核苷酸序列具有相对稳定性，但也 可能发生差错，即发生碱基对的增添、缺失或改变基因突变。这种稳定性与可变性的统一，是生物遗传和变异的物质基础和根本 原因。(4)DNA复制遵循碱基互补配对原则，新合成的DNA分子中两条链均是 新
6、合成的。()【分析】DNA分子的复制方式为半保留复制，所以子代DNA的两条链 中包含了一条母链和一条子链。3.教材研习：(必修2 P49图3-11改编)下面对大肠杆菌DNA分子图示的分析正确的是()A.图中2是核糖，属于五碳糖 B.图中的碱基对3和4可能是G-C，也可能是A-T C.磷酸、五碳糖交替连接构成基本骨架 D.1、2、3构成了一个完整的核糖核苷酸分子【解析】选C。构成DNA的基本单位是脱氧核糖核苷酸，图中1、2、3构成了一个完整的脱氧核苷酸分子，2是脱氧核糖；磷酸和五碳糖交替连接，排列在外侧，构成基本骨架，内侧的碱基通过氢键形成碱基对，其中G与C之间形成三个氢键，A与T之间形成两个氢
7、键，由此可判断3、4只能为G-C碱基对。4.有关DNA分子结构的叙述，正确的是()A.DNA分子由4种核糖核苷酸组成 B.DNA单链上相邻碱基以氢键连接 C.碱基与磷酸基相连接 D.磷酸与脱氧核糖交替连接构成DNA链的基本骨架【解析】选D。DNA分子由4种脱氧核苷酸组成；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磷酸脱氧核糖联系起来；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。5.下列关于DNA复制的叙述，正确的是()A.在细胞有丝分裂间期，发生DNA复制 B.DNA通过一次复制后产生四个DNA分子 C.DNA双螺旋结构全部
8、解旋后，开始DNA的复制 D.单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链【解析】选A。DNA的复制过程是在细胞有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期，随着染色体的复制而完成的。DNA复制是一个边解旋边复制的过程，以解开的每一段母链为模板，在DNA聚合酶的作用下，以细胞内游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一段子链。复制结束后，一个DNA分子就形成了两个完全相同的DNA分子。6.下列关于基因和染色体关系的叙述，正确的是()A.细胞内的基因全部在染色体上 B.基因在染色体上呈线性排列 C.一条染色体上有一个基因 D.染色体就是由基因组成的【解析】选B。线粒体
9、和叶绿体中的DNA不在染色体上；基因在染色体上呈线性排列；一条染色体上有许多个基因；染色体是由DNA和蛋白质构成的。【速记卡片】1.DNA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 2.DNA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：DNA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
10、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。考点一 DNA分子的结构及相关计算 1.DNA分子的组成：2.DNA分子结构的模式图解读：(1)磷酸基团：每个DNA片段中，游离的磷酸基团有2个，分别位于DNA分子的两端。(2)氢键。碱基对之间的化学键为氢键，可用解旋酶使其断裂，也可加热使其断裂。A与T之间靠两个氢键连接，G与C之间靠三个氢键连接。(3)DNA分子特性。相对稳定性：磷酸和脱氧核糖交替连接，排列在外侧，构成基本骨架。多样性：碱基多种多样的排列顺序。特异性：每种DNA分子都有特定的碱基排列顺序，代表了特定的遗传信息。3.碱基互补配
11、对原则及相关计算规律：(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，A=T、C=G，则A+G=C+T，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A+T或C+G)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。(不配对的碱基之和比例在两条单链中 互为倒数)提醒：在整个DNA分子中该比值等于1。规律四：在DNA双链中，一条单链的 的值，与该互补链的 的值是相等的
12、，也与整个DNA分子中的 的值是相等的。提醒：综合规律三、四可简记为“补则等，不补则倒”。1111AGTC2222AGTCATGCATGCATGC【高考警示】(1)DNA的水解程度不同，产物会不同。DNA彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和四种含氮碱基，初步水解产物是四种脱氧核苷酸。(2)相邻的碱基在DNA分子的一条单链中通过“脱氧核糖磷酸脱氧核糖”相连接。在DNA的双链之间通过“氢键”相连接。【考题回访】1.(2014山东高考)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()【解题
13、指南】(1)图示信息：DNA分子的一条单链中碱基比例与DNA分子、其互补链中的碱基比例关系。(2)思维流程：DNA分子的碱基互补配对原则一个DNA分子中A=T，C=G计算两条链的互补碱基之和的比值与非互补碱基之和的比值曲线的横纵坐标一一对应。【解析】选C。本题主要考查对DNA分子碱基互补配对原则的理解。双链DNA分子中，(A+C)/(T+G)一定等于1，故A项错误；当一条链中(A1+C1)/(T1+G1)=1时，其互补链中存在(A2+C2)/(T2+G2)=(T1+G1)/(A1+C1)=1，B项错误；在DNA分子中，存在(A1+T1)/(G1+C1)=(A2+T2)/(G2+C2)=(A+T
14、)/(G+C)，故C项正确、D项错误。2.(2013上海高考)在搭建DNA分子模型的实验中，若有4种碱基塑料片共20个，其中4个C，6个G，3个A，7个T，脱氧核糖和磷酸之间的连接物14个，脱氧核糖塑料片40个，磷酸塑料片100个，代表氢键的连接物若干，脱氧核糖和碱基之间的连接物若干，则()A.能搭建出20个脱氧核苷酸 B.所搭建的DNA分子片段最长为7个碱基对 C.能搭建出410种不同的DNA分子模型 D.能搭建出一个4个碱基对的DNA分子片段【解析】选D。要搭建20个脱氧核苷酸，需要脱氧核糖和磷酸之间的连接物的数量为20，A错误；要搭建7个碱基对的DNA分子，至少需要脱氧核糖和磷酸之间的连
15、接物(核苷酸内部和核苷酸之间)26个，B错误；脱氧核糖和磷酸之间的连接物14个，磷酸塑料片8个，能搭建出一个4个碱基对的DNA分子片段，C错误、D正确。【加固训练】1.DNA的一条链中(A+G)/(T+C)=0.2，该比值在其互补链和整个DNA分子中分别是()A.0.4和0.6 B.5和1.0 C.0.4和0.4 D.0.6和1.0【解析】选B。双链DNA中A=T、C=G，DNA的一条链中(A+G)/(T+C)=0.2，则其互补链中(A+G)/(T+C)=5；整个DNA分子符合碱基互补配对原则，所以(A+G)/(T+C)=1，故选B。2.如图为DNA分子部分结构示意图，以下叙述正确的是()A.
16、DNA的稳定性与有关，生物体内解旋酶、RNA聚合酶、DNA聚合酶、逆转录酶等可以断开 B.是一个胞嘧啶脱氧核苷酸 C.DNA连接酶可催化或键形成 D.A链、B链的方向相反，骨架是磷酸和脱氧核糖【解题指南】解答本题应关注两个方面：(1)正确识别DNA的平面结构。(2)明确DNA结构中一个完整脱氧核苷酸的组成，如图中的和其下方的磷酸基团组成一个完整的脱氧核苷酸，而不是与组成一个完整的脱氧核苷酸。【解析】选D。结构图中分别表示磷酸、脱氧核糖、胞嘧啶。磷酸和脱氧核糖的相间排列构成了DNA分子的基本骨架，A链、B链方向相反。图中不是同一个脱氧核苷酸分子的组成成分，其中是上面一个脱氧核苷酸的组成成分。是氢
17、键，生物体内的解旋酶和RNA聚合酶可将其断开，并且RNA聚合酶和DNA聚合酶及逆转录酶分别将核糖核苷酸、脱氧核苷酸、脱氧核苷酸连接成核苷酸链。DNA连接酶连接的是两个DNA片段，形成的是键。3.(2015玉林模拟)艾滋病病毒属于RNA病毒，具有逆转录酶，如果它决定某性状的一段RNA中有4种碱基，其中碱基A=19%、C=26%、G=32%。则通过逆转录形成的双链DNA中应含有碱基A()A.19%B.21%C.23%D.42%【解析】选B。互补链中的A与该RNA中的U配对，所以A=U=1-19%-26%-32%=23%，复制后的另一条链中A=19%，所以双链DNA中碱基A=1/2(23%+19%)
18、=21%。【延伸探究】逆转录形成的DNA分子的热稳定性较高，试从碱基对的角度进行解释。提示：该DNA分子中A+T=42%，而G+C=58%，因G与C之间形成三个氢键，A与T之间形成两个氢键，DNA分子中碱基对G-C的比例较高，所以该DNA分子热稳定性较高。考点二 DNA的复制 1.研究DNA复制的常用方法：同位素示踪法和离心法，常用3H、15N标记，通过离心在试管中形成不同位置的DNA条带。2.DNA复制的总结：场所 真核细胞：细胞核(主要)、线粒体、叶绿体 原核细胞：拟核、细胞质(细胞质基质)条件 模板 亲代DNA的两条链 原料 4种游离的脱氧核苷酸 能量 ATP 酶 解旋酶、DNA聚合酶等
19、 方式 半保留复制 特点 边解旋边复制 意义 遗传信息的传递，使物种保持相对稳定和延续 由于复制差错而出现基因突变，从而为进化提供了原始的选择材料 3.DNA复制过程中的数量关系：DNA复制为半保留复制，若将亲代DNA分子复制n代，其结果分析如下：(1)子代DNA分子数为2n个。含有亲代链的DNA分子数为2个。不含亲代链的DNA分子数为(2n-2)个。含子代链的DNA有2n个。(2)子代脱氧核苷酸链数为2n+1条。亲代脱氧核苷酸链数为2条。新合成的脱氧核苷酸链数为(2n+1-2)条。(3)消耗脱氧核苷酸数。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(2n-
20、1)个。第n次复制所需该脱氧核苷酸数为m2n-1个。【高考警示】DNA分子复制相关计算的两点提醒 将含有15N标记的1个DNA分子放在含有14N的培养基中培养，复制n次。(1)含14N的DNA分子有2n个，只含14N的DNA分子有(2n-2)个，做题时看准是“含”还是“只含”。(2)子代DNA分子中，总链数为2n2=2n+1条，模板链始终是2条，做题时应看准是“DNA分子数”，还是“链数”。【考题回访】1.(2015邯郸模拟)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DNA双链解旋，且需要消耗ATP
21、C.从图中可以看出合成两条子链的方向是相反的 D.DNA在复制过程中先完成解旋，再复制【解析】选D。由图示得知，DNA分子复制的方式是半保留复制，而且是边解旋边复制；解旋酶能使DNA双链解旋，且需要消耗ATP；从图中可以看出合成两条子链的方向是相反的。2.(2015长沙模拟)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】选A。从图中能看出有多个复制起点，但并不是同时开始，所以A错误。图中DNA分
22、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聚合酶等酶的参与。这种半保留复制的模式不仅保持前后代的稳定性，同时每次复制都可产生两个DNA分子，提高了复制速率。【知识总结】有关DNA复制的四点注意(1)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。(2)DNA复制的准确性。一般情况下，DNA能准确地进行复制。特殊情况下，在外界因素和生物内部因素的作用下，可能造成碱基配对发生差错，引起DNA复制过程中出现差错。(3)DNA复制的起点数目：DNA在进行复制的时候，起点可能有多个。
23、(4)DNA复制的方向：DNA在进行复制的时候，复制的方向不是单一的，既可以单向进行，也可以双向进行。3.(2015洛阳模拟)某DNA分子有500个碱基对，其中含有鸟嘌呤300 个。该DNA进行连续复制，经测定，最后一次复制消耗了周围环境中 3 200个腺嘌呤脱氧核苷酸，则该DNA分子共复制了多少次()A.3次 B.4次 C.5次 D.6次【解析】选C。已知该DNA分子有500个碱基对，其中含有300个鸟嘌 呤，则腺嘌呤与胸腺嘧啶均为200个；最后一次复制消耗了3 200个 腺嘌呤脱氧核苷酸，则有2n-1200=3 200，n=5。因此这个DNA分子 共进行了5次复制。【延伸探究】若该DNA分
24、子经过复制，共消耗了周围环境中6 200个腺嘌呤脱氧核苷酸，则该DNA分子复制了几次？提示：5次。由于该DNA分子中含有200个腺嘌呤，若共消耗了周围环境中6 200个腺嘌呤脱氧核苷酸，则有(2n-1)200=6 200，所以n=5次。【加固训练】1.假设将1个DNA分子用15N标记，并供给14N的原料，该细胞进行3次连续的有丝分裂后，含有15N的DNA所占的比例为()A.0 B.100%C.50%D.25%【解析】选D。由于DNA复制为半保留复制，因此1个DNA分子复制3次，共产生8个DNA分子，其中含亲代的链有2个，故其所占的比例是25%。2.某DNA分子中含有1 000个碱基对(P均被3
25、2P标记)。若将该DNA分子放在只含31P的脱氧核苷酸的培养液中让其复制两次，则子代DNA的平均相对分子质量比原来()A.减少1 500 B.增加1 500 C.增加1 000 D.减少1 000【解析】选A。具有1 000个碱基对的DNA分子连续复制两次，形成四个DNA分子，这四个DNA分子中有两个DNA分子的每条链都是含31P的，还有两个DNA分子是一条链含31P，另一条链含32P。前两个DNA分子的相对分子质量比原DNA共减少了4 000，后两个DNA分子的相对分子质量比原来共减少了2 000，这样四个DNA分子的平均相对分子质量比原来减少了6 000/4=1 500。【备选考点】DNA
26、复制方式的探究 DNA半保留复制的实验：(1)实验方法：放射性同位素示踪法和离心技术。(2)实验原理：含15N的双链DNA密度大，含14N的双链DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度居中。(3)实验假设：DNA以半保留的方式复制。(4)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。(5)实验过程：(6)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
27、出，提取DNA离心1/2轻带、1/2中带。(7)实验结论：DNA的复制是以半保留方式进行的。【考题回访】(2015聊城模拟)DNA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？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14N-DNA(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15N-DNA(亲代)。c.将亲代15N大肠杆菌转移到氮源为14N的培养基中，再连续繁殖两代(和)，用密度梯度离心法分离，不同相对分子质量的DNA分子将分布在试管中
28、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 。(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，再继续进行子代DNA密度鉴定：若子代可以分出 和 ，则可以排除分散复制，同时肯定半保留复制；如果子代不能分出 密度两条带，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)。因此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，一条链为子链；分散复制后得到的子代DNA分子的每个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)半保留复制和分散复制(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