1、第六单元 基因的本质与表达第19讲 DNA的结构、复制及基因的本质栏目导航1234主 干 双 基 巩 固重 难 合 作 探 究易 错 强 记 术 语高 考 真 题 演 练5课 时 跟 踪 检 测考纲展示核心素养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)主 干 双 基 巩 固 1
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：1 _和 2 _。沃森克里克(2)图解 DNA 分子结构2DNA 分子的特性(1)相对稳定性：DNA 分子中 10 _交替连接的方式不变，两条链间11 _的方式不变。(2)多样性：不同的 DNA 分子中 12 _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 13 _种。(3)特异性：每种 DNA 分子都有区别于其他 DNA分子的特定的 14 _，代表了特定的遗传信息。磷酸和脱氧核糖碱基互补配对脱氧核苷酸4n碱基对排列顺序二、DNA 的复制及基因的本
3、质 1DNA 的复制2染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系有遗传效基础小练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
4、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
5、。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，则氢键数为_。若 n 个碱基对中，A 有 m 个，则氢键数为_。提示：2n3n 3nm重 难 合 作 探 究 2考点一 DNA分子的结构和基因的本质 锁定高考一 运用模型与建模
6、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，而嘌呤都由一个六环和一个五环构成解析：选 B 由图
7、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
8、连D可构建 45 种不同碱基序列的 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
9、个不互补的碱基数量之和占总碱基数的 50%，即 AGTCACTG(ATCG)50%，AGTCACTG1。(3)一条链中互补的两种碱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A1T1A1T1G1C1A2T2A2T2G2C2ATATGC，G1C1A1T1G1C1G2C2A2T2G2C2GCATGC。(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A1G1T1C1或A1
10、C1T1G1K，则另一条链中A2G2T2C2或A2C2T2G21K。|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
11、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 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
12、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
13、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”考点二 DNA分子的复制及相关计算 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(若为转录时解旋，则每个起点可起始多次)。2
14、DNA 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，
15、并随着子链的延伸而与 DNA 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
16、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
17、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
18、)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。|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
19、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 00030%(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)
20、。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（2n1）（ma）2D复制 n 次形成的放射性脱氧核苷酸单链为 2n12 条解析：选 D DNA 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生物，B 错误；由题可知，Ta个，故 Cm2a，复制 n 次，需要 Cm2a(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
21、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
22、 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 15NH4Cl。a、b、c 表示离心管编号，条带表示大肠杆菌 D
23、NA 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 的培养液中培养的，B 错
24、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
25、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
26、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 分散复制易 错 强 记 术 语 3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
27、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，
28、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
29、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：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。高 考 真 题 演 练41(2018 年海南卷)现有 DNA 分子的两条单链均只含有 14N(表示为 14
30、N14N)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 14N14N 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
31、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。点此进入该word板块课 时 跟 踪 检 测5谢 谢 观 看 THANKS
