1、第二、三节 DNA的分子结构DNA的复制考纲要求三年考情DNA分子结构的主要特点 2012江苏,2010江苏DNA分子的复制 2012山东,2012福建,2012天津,2011安徽,2011海南,2010山东,2010北京,2010广东一、DNA分子的结构1.基本单位_;_;_;_。磷酸脱氧核糖碱基脱氧核糖核苷酸2.平面结构3.空间结构规则的_结构。磷酸、脱氧核糖TTGG碱基互补配对双螺旋二、DNA分子的复制1.概念以_为模板,合成子代DNA的过程。2.时间_。亲代DNA有丝分裂间期和减数分裂的间期4.基础DNA规则的双螺旋结构和严格遵循_原则。5.过程DNA分子的两条链游离的4种脱氧核苷酸碱
2、基互补配对解旋DNA聚合6.方式_。7.特点_。8.意义使_从亲代传给子代,保持了_的连续性。半保留复制边解旋边复制遗传信息遗传信息1.(2012江苏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】沃森和克里克在提出DNA双螺旋结构时的依据是A和T的含量总是相等,G和C的含量也相等。2.DNA的两条核糖核苷酸链反向平行盘旋成双螺旋结构。()【分析】DNA即脱氧核糖核酸,是由两条脱氧核苷酸链反向平行盘绕而成的双螺旋结构。RNA则是由核糖核苷酸组成的。3.DNA双螺旋结构的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成的。()【分析】脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧形成DNA
3、双螺旋结构的基本骨架,碱基排列在内侧,且遗传信息蕴藏在碱基排列顺序中。4.DNA上碱基对的形成遵循碱基互补配对原则,即A=U,G=C。()【分析】DNA上碱基对的形成遵循碱基互补配对原则,DNA中的碱基有4种,即A、T、G、C,形成的碱基对为A-T,T-A,C-G,G-C,其中A、T间有2个氢键,G、C间有三个氢键。5.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、缺失或替换基因突变。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。6.DNA复制遵循碱基互补配对原则,新合成的两条子链形成新的D
4、NA双链。()【分析】DNA分子的复制方式为半保留复制,是边解旋边复制,所以子代DNA分子中包含一条母链和一条子链。考点 一DNA分子的结构1.DNA分子的组成2.DNA分子的结构模式图解读(1)氢键:配对的碱基间形成碱基对,通过氢键相连,可用DNA解旋酶断裂,也可用高温断裂。(2)磷酸二酯键:连接磷酸和相邻脱氧核苷酸的脱氧核糖的化学键,可用限制性内切酶切断,可用DNA连接酶或DNA聚合酶连接。(3)每个DNA片段中有2个游离的磷酸基团,而且在整个DNA分子中磷酸、脱氧核糖和含氮碱基三者的数目相等。3.DNA分子的结构特点(1)稳定性:DNA中脱氧核糖和磷酸交替连接的方式不变;两条链间碱基互补
5、配对的方式不变。(2)多样性:DNA分子中碱基的排列顺序多种多样。(3)特异性:每种DNA有别于其他DNA的特定的碱基对排列顺序。【高考警示】(1)DNA的水解产物根据水解程度的不同而不同,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)案例:在DNA分子的一条单链中,相邻的碱基A与T通过什么连接?正确答案:-脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖-错误答案:氢键。分析:受思维定式的影响,未注意“一条单链中,相邻的碱基A与T”,看到A与T的连接就认为是氢键,实际上DNA分子两条单链上的碱基A与T通过氢键连接,一条单链中相邻的碱基A与T通过“-脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖-”连接。
6、【典例1】(2013济南模拟)下图为DNA分子部分结构示意图,以下叙述正确的是()A.DNA的稳定性与有关,生物体内DNA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糖核苷酸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。是氢键,生物体内的解旋酶可将其断开,但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
7、接成核苷酸链。【互动探究】(1)DNA复制时需要的酶至少有哪两种?提示:解旋酶和DNA聚合酶。(2)该DNA片段有几个游离的磷酸基团?提示:2个。考点 二DNA的复制1.DNA分子的复制(以真核细胞为例)时间有丝分裂间期和减数分裂的间期场所细胞核、线粒体、叶绿体需要条件模板解旋后的两条单链原料四种脱氧核苷酸能量ATP酶解旋酶、DNA聚合酶结构基础独特的双螺旋结构:提供精确的模板;碱基互补配对:确保复制准确无误过程包括解旋、合成子链、形成子代DNA三步结果形成两个完全相同的DNA分子特点边解旋边复制、半保留复制意义将遗传信息从亲代传递给子代,保持了遗传信息的连续性2.DNA复制的有关计算DNA复
8、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(2n-1)个。第n次复制所需该脱氧核苷酸数为m2n-1个。【高考警示】(1)生物体中DNA分子复制的场所:凡是细胞内有DNA的地方均可复制,总结如下:(2)外界条件对DNA复制的影响:因为在D
9、NA复制的过程中需要酶的催化作用和ATP供能,所以凡是影响酶活性和影响细胞呼吸的因素都会影响DNA的复制。【典例2】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分子在含14N的培养基中连续复制4次。其结果不可能的是()A.含有15N的DNA分子占1/8B.含有14N的DNA分子占7/8C.消耗游离的腺嘌呤脱氧核糖核苷酸600个D.产生了16个DNA分子【解析】选B。由于DNA的复制为半保留复制,经过4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
10、含有鸟嘌呤60个,腺嘌呤和胸腺嘧啶各有40个,复制4次需要腺嘌呤脱氧核糖核苷酸的数量为40(24-1)=600个。一、核酸种类的判断方法【典例1】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】选B。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。【方法归纳】确定核酸的种类时,可以从两个角度分析(1)看组成物质:若核酸中出现碱基T或脱氧核糖,则必为DNA;若出现碱基U或核糖,则必为RNA。(2)看数量
11、关系:若AT,CG,则为单链DNA;若A=T,C=G,则一般认为是双链DNA。【易错提醒】(1)核酸包括DNA、RNA,某种生物的遗传物质只能是其中的一种。(2)核酸的基本组成单位是核苷酸,DNA和RNA的基本组成单位分别是脱氧核苷酸和核糖核苷酸。二、有关DNA分子中碱基的计算方法的归纳【典例2】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()A.26%、22%B.24%、28%C.14%、11%D.11%、14%【解析】
12、选A。由题干可获取的主要信息有:DNA双链中G=C=23%;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A=T=27%,G=C=23%,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%。【方法归纳】根据A=T,G=C,图示如下:链 AGCTTCCm链 TCGAAGGm则:简记为“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等”。且以链为模板合成的RNA中()=。
13、简记为“DNA两互补链中,不配对的两碱基之和的比值乘积为1”。(4)在一个双链DNA分子中,某碱基占碱基总数的百分数等于每条链中该碱基所占比例的平均值。【易错提醒】上述所涉及的关系是针对双链DNA而言的,单链DNA无上述关系。【变式训练】已知某双链DNA分子中,G与C之和占全部碱基总数的34%,其一条链中的T与C分别占该链碱基总数的32%和18%,则在它的互补链中,T和C分别占该链碱基总数的()A.34%和16%B.34%和18%C.16%和34%D.32%和18%【解析】选A。设该DNA分子的两条链分别为1链和2链,双链DNA分子中,G与C之和占全部碱基总数的34%,则A+T占66%,又因为
14、双链DNA分子中,互补配对的两种碱基之和占整个DNA分子比例和每条链中的比例相同,因此A1+T1=66%,G1+C1=34%,又因为T1与C1分别占该链碱基总数的32%和18%,则A1=66%-32%=34%;G1=34%-18%=16%,根据DNA分子的碱基互补配对关系,所以T2=A1=34%,C2=G1=16%。1.1953年,沃森和克里克建立了DNA分子的结构模型。关于DNA分子双螺旋结构的特点,叙述错误的是()A.DNA分子由两条反向平行的链组成B.脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧C.碱基对构成DNA分子的基本骨架D.两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对【解析】选C。DNA的基本骨架是
15、由脱氧核糖和磷酸交替排列构成的。2.关于DNA分子结构的叙述,不正确的是()A.每个DNA分子一般都含有四种脱氧核苷酸B.每个DNA分子中的碱基、磷酸、脱氧核苷酸、脱氧核糖的数目是相等的C.每个脱氧核糖上均连着一个磷酸和一个碱基D.双链DNA分子中的一段,如果有40个腺嘌呤,就一定同时含有40个胸腺嘧啶【解析】选C。DNA分子的结构单位是脱氧核苷酸,在形成DNA分子时,相邻的脱氧核苷酸之间的磷酸和脱氧核糖之间形成了磷酸二酯键,因此,除DNA分子中处于两端的脱氧核糖之外,其余脱氧核糖均连接有两个磷酸。3.(2013扬州模拟)在一个双链DNA分子中,碱基总数为m,腺嘌呤碱基数为n,则下列叙述正确的
16、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两条链中A+T的数量为2nG的数量为m-nA.B.C.D.【解析】选D。双链DNA分子中碱基总数=脱氧核苷酸数,因为1个脱氧核苷酸是由1分子的脱氧核糖、1分子的磷酸、1分子的含氮碱基组成的;A=T中含有两个氢键,中有3个氢键。A数量为n,则G的数量为(m-2n)/2=-n,所以氢键总数为:n2+(-n)3=m-n个;A的数量=T的数量,所以A+T=2n。4.(2013南京模拟)下图为某DNA分子片段,假设该DNA分子中有碱基3 000对,A+T占碱基总数的56%,若该DNA分子在14N的培养基中连续复制4次,下列叙述正确
17、的是()A.第4次复制过程中需要游离的鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸10 560个B.子代DNA中含15N的DNA比例为1/8C.表示腺嘌呤,DNA聚合酶作用于处D.处碱基对丢失,一定会导致转录出的mRNA改变,但不一定引起生物性状改变【解析】选A。由A+T占碱基总数的56%,所以A=T=3 00056%=1 680个,则G=C=3 00044%=1 320个。第4次复制时需要游离的鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸数为2n-1a=24-11 320个=10 560个;复制4次后共有16个DNA分子,其中含有15N的只有1个,占1/16;表示腺嘌呤脱氧核糖核苷酸,DNA聚合酶作用于处;处碱基对丢失一定会导致转录出的m
18、RNA改变,则性状也会改变。5.下图是DNA复制的有关图示。ABC表示大肠杆菌的DNA复制片段,DF表示哺乳动物的DNA分子复制片段。图中黑点表示复制起点,“”表示复制方向,“”表示时间顺序。请回答有关复制的一些问题:(1)C与A、F与D相同,C、F之所以能被如此准确地复制出来,是因为DNA分子独特的可以为复制提供精确的模板;通过可以保证复制能够准确无误地进行。(2)DNA分子复制的时期是,复制需要的基本条件是。(3)AF均有以下特点:延伸的子链紧跟着解旋酶,这说明DNA分子的复制是。(4)DNA分子的复制方式是半保留复制,这种复制方式已在1958年被科学家运用技术得到证实。【解析】(1)因为
19、DNA分子独特的双螺旋结构,可以为复制提供精确的模板;通过严格的碱基互补配对(原则),可以保证复制能够准确无误地进行。因此C图、F图才能被准确地复制出来。(2)DNA分子复制的时期是有丝分裂间期和减数分裂的间期,复制需要的基本条件是模板、原料、能量、酶。(3)DNA复制时,解旋酶破坏氢键,打开双链,然后合成子链,形成新DNA片段,接着解旋酶又继续发挥作用,所以DNA是边解旋边复制。(4)DNA分子的复制方式是半保留复制,这种复制方式已在1958年被科学家运用(放射性)同位素示踪技术得到证实。答案:(1)双螺旋结构 碱基互补配对(原则)(2)有丝分裂间期和减数分裂的间期 模板、原料、能量、酶(3
20、)边解旋边复制(4)(放射性)同位素示踪6.(2012福建高考)双脱氧核苷酸常用于DNA测序,其结构与脱氧核苷酸相似,能参与DNA的合成,且遵循碱基互补配对原则。DNA合成时,在DNA聚合酶作用下,若连接上的是双脱氧核苷酸,子链延伸终止;若连接上的是脱氧核苷酸,子链延伸继续。在人工合成体系中,有适量的序列为GTACATACATG的单链模板、胸腺嘧啶双脱氧核苷酸和4种脱氧核苷酸。则以该单链为模板合成出的不同长度的子链最多有()A.2种 B.3种 C.4种 D.5种【解题指南】解答本题的关键是:(1)注意题干关键信息双脱氧核苷酸结构与脱氧核苷酸相似,由此推出胸腺嘧啶双脱氧核苷酸与碱基A能发生碱基互
21、补配对。(2)注意特殊情况:胸腺嘧啶双脱氧核苷酸未与碱基A配对。【解析】选D。由题干可知,胸腺嘧啶双脱氧核苷酸可以与DNA序列中的碱基A发生互补配对,在人工合成的适量DNA序列中有4个碱基A,可以在4处与胸腺嘧啶双脱氧核苷酸发生碱基互补配对产生4个不同的子链;若在这4处都没有发生碱基互补配对,则产生第5种子链,因此以该单链为模板最多能合成5种不同长度的子链。7.(2011海南高考)关于核酸生物合成的叙述,错误的是()A.DNA的复制需要消耗能量B.RNA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】选D。A项,DNA的复
22、制需要线粒体提供能量;B项,RNA可以逆转录合成DNA,因此某些逆转录病毒可以把RNA分子作为DNA合成的模板;C项,DNA的复制及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和减数第一次分裂前的间期。8.(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】选D。甲图,每一起点处DNA的两条链都作为模板,且双向延伸,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。甲、乙所示过程都主要在细胞核内进行,都不能在细胞质基质中进行;甲、乙所示过程都需要解旋酶;一个细胞周期中,DNA只复制一次,转录可进行多次。9.(2010上海高考)细胞内某一DNA片段中有30%的碱基为A,则该片段中()A.G的含量为30%B.U的含量为30%C.嘌呤含量为50%D.嘧啶含量为40%【解析】选C。DNA分子中不含U,其中A=T、G=C、嘌呤碱基=嘧啶碱基=50%。
