2020版高考生物复习第六单元第20讲DNA分子的结构和复制、基因的本质讲义.docx

第20讲DNA分子的结构和复制、基因的本质考纲明细1.DNA分子结构的主要特点()2.DNA分子的复制()3.基因的概念()课前自主检测判断正误并找到课本原话1沃森和克里克以威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱的有关数据为基础，推算出DNA分子呈螺旋结构。(P48模型构建过程)()2沃森和克里克提出腺嘌呤的量等于胸腺嘧啶的量，鸟嘌呤的量等于胞嘧啶的量。(P48模型构建过程)()3DNA分子两条链通过磷酸二酯键相连。(P49图311)()4沃森和克里克提出了遗传物质自我复制的假说。(P52正文)()51958年，科学家以大肠杆菌为实验材料，运用同位素示踪技术，证实了DNA的确是以半保留的方式复制的。(P52正文)()6对提取的DNA进行密度梯度离心，记录离心后试管中DNA的位置。(P53正文)()7DNA分子复制过程包括(1)解旋，(2)以母链为模板进行碱基配对，(3)形成两个新的DNA分子。(P54图313)()8DNA分子通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，从而保持了遗传信息的连续性。(P54正文)()9大肠杆菌细胞的拟核有1个DNA分子，长度约为4700000个碱基对，在DNA分子上分布着4400个基因。(P55资料分析)()10第一个把遗传物质设定为一种信息分子，提出遗传是遗传信息的复制、传递与表达的科学家是量子物理学的奠基人薛定谔。(P56相关信息)()11每个人的DNA都不完全相同，因此DNA也可以像指纹一样用来识别身份。(P58科学技术社会)()12碱基序列的多样性构成DNA分子的多样性，DNA分子因而能够储存大量的遗传信息。(P59本章小结)()13基因位于染色体上，基因是有遗传效应的DNA片段。(P59本章小结)()真题重组判断正误(1)(2014全国卷，5C)双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的。()(2)(2014江苏高考，4C)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。()(3)(2012江苏高考，2C)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。()(4)(2013全国卷，1C)DNA有氢键，RNA没有氢键。()(5)(2015全国卷，1D)控制细菌性状的基因位于拟核和线粒体中的DNA上。()(6)(2015重庆高考，5D)编码蛋白质的基因含遗传信息相同的两条单链。()(7)(海南，21改编)真核生物基因具有以下特点：携带遗传信息；能转运氨基酸；能与核糖体结合；能转录产生RNA；可能发生碱基对的增添、缺失或替换。()(8)(全国卷)线粒体中的DNA能控制某些蛋白质的合成。()知识自主梳理深入思考涉及到的基本骨架或基本支架有哪些？提示(1)有机大分子：碳链。(2)细胞骨架：蛋白质纤维。(3)细胞膜基本支架：磷脂双分子层。(4)DNA双螺旋结构基本骨架：脱氧核糖和磷酸交替连接。易错判断1活细胞均可发生DNA复制。()一、DNA分子的结构及特点1DNA双螺旋模型构建者：沃森和克里克。2DNA双螺旋结构的形成3DNA的双螺旋结构(1)DNA由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链按反向平行的方式盘旋成双螺旋结构。(2)外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接，构成基本骨架。(3)内侧：两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。碱基互补配对遵循以下原则：A=T(两个氢键)、GC(三个氢键)。4DNA分子结构特点二、DNA分子的复制1概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。2时期：有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期。3场所：真核细胞中主要是细胞核，线粒体和叶绿体中也存在。原核细胞中主要是拟核区，质粒中也存在。2无丝分裂和原核细胞的分裂过程中也存在DNA复制。()3原核细胞DNA复制场所是拟核。()4复制时，两条链均作为模板。()5DNA复制时，双螺旋结构全部解旋后开始进行复制。()特别提醒1原核细胞基因结构示意图非编码区：不能转录为信使RNA，不能编码蛋白质。编码区：能转录为相应的信使RNA，进而指导蛋白质的合成，即能够编码蛋白质。2真核细胞基因结构示意图与原核细胞基因结构的差别是编码区是间隔的，不连续的(外显子被内含子隔开)。能够编码蛋白质的序列叫做外显子，能转录进而指导蛋白质合成；不能够编码蛋白质的序列叫做内含子，能转录为RNA，但相应RNA会被修饰掉，不能翻译出蛋白质。4.过程(1)解旋需要细胞提供能量；需要解旋酶的作用；结果：把氢键断开。(2)合成子链模板：解开的每一段母链；原料：游离的4种脱氧核苷酸；酶：DNA聚合酶等；原则：碱基互补配对原则。(3)形成子代DNA：每条新链与其对应的模板链盘绕成新DNA。5结果：1个DNA复制形成2个完全相同的DNA。6特点：边解旋边复制，半保留复制。7精确复制的原因(1)独特的双螺旋结构提供模板。(2)碱基互补配对原则。8意义：将遗传信息从亲代传给子代，从而保持了遗传信息的连续性。三、基因与脱氧核苷酸、DNA、染色体和生物性状之间的关系考点题型突破考点DNA分子的结构及相关计算题型一 DNA分子结构及特点1下列关于DNA分子结构的叙述，正确的是()ADNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的单链结构BDNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基CDNA分子两条链之间总是嘌呤与嘧啶形成碱基对DDNA分子一条链上的相邻碱基通过磷酸脱氧核糖磷酸相连答案C解析DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的双链结构，A错误；DNA分子中的绝大多数磷酸连接着两个脱氧核糖，且磷酸不与碱基直接相连，B错误；DNA分子一条链上的相邻碱基通过脱氧核糖磷酸脱氧核糖相连，D错误。2如图为DNA分子结构示意图，对该图的叙述正确的是()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是氢键，其形成遵循碱基互补配对原则dDNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息Ab、c、d Bc、d Ca、b、c Db、c答案B解析DNA分子是双螺旋结构，磷酸与脱氧核糖交替连接排列在外侧，构成了DNA分子的基本骨架；中的与下方的磷酸基团组成胞嘧啶脱氧核苷酸；碱基互补配对，形成碱基对时通过氢键相连；DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息。知识拓展 DNA分子中的数量关系(1)DNA分子中，脱氧核苷酸数脱氧核糖数磷酸数含氮碱基数1111。(2)配对的碱基，A与T之间形成2个氢键，G与C之间形成3个氢键，CG所占比例越大，DNA结构越稳定。(3)每条脱氧核苷酸链上都只有一个游离的磷酸基团，因此DNA分子中含有2个游离的磷酸基团。(4)对于真核细胞来说，染色体是基因的主要载体；线粒体和叶绿体也是基因的载体。(5)对于原核细胞来说，拟核中的DNA分子或者质粒DNA均是裸露的，并不与蛋白质一起构成染色体。题型二 DNA分子结构相关计算3某双链DNA分子含有200个碱基对，其中一条链上ATGC1234，则有关该DNA分子的叙述，正确的是()A含有4个游离的磷酸基团B含有腺嘌呤脱氧核苷酸30个C4种含氮碱基ATGC3377D碱基排列方式共有4100种答案C解析一个双链DNA分子中含有2个游离的磷酸基团，A错误；由一条链上ATGC1234，计算得一条链上200个碱基中含A、T、G、C依次是20、40、60、80，另一条链上含A、T、G、C则依次是40、20、80、60，故该DNA中含腺嘌呤脱氧核苷酸数为204060个，B错误；四种含氮碱基的比例是ATGC(2040)(4020)(6080)(8060)3377，C正确；含200个碱基对的DNA不考虑每种碱基比例关系的情况下，可能的碱基排列方式共有4200种，但因碱基数量比例已确定，故碱基排列方式肯定少于4200种，且一个DNA分子只有一种特定的碱基排列顺序，D错误。技法提升 碱基互补配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，AT、CG，则AGCT，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，。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，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”。31(2018临川模拟)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()A26%、22% B24%、28%C14%、11% D11%、14%答案A解析已知DNA分子中，鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基总数的46%，即CG46%，则CG23%、AT50%23%27%。又已知该DNA的一条链所含的碱基中28%是腺嘌呤，24%是胞嘧啶，即A128%、C124%，根据碱基互补配对原则，A(A1A2)2，C(C1C2)2，则A226%，C222%。32(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()答案C解析根据DNA分子的结构特点可知，若DNA分子双链中(AT)/(CG)的比值均为m，则每条链中(AT)/(CG)比值为m，由此可判断C正确，D错误；DNA分子中(AC)/(TG)1，而每条链中的(AC)/(TG)不能确定，但两条链中(AC)/(TG)的比值互为倒数，A、B错误。考点DNA复制及基因的概念题型一 DNA分子复制过程及特点1(2018德州重点中学联考)真核细胞中DNA的复制如图所示，下列表述错误的是()A多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成B每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代C复制过程中氢键的破坏和形成都需要DNA聚合酶的催化DDNA分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则答案C解析DNA复制过程中氢键的破坏需要解旋酶的催化，氢键的形成不需要酶的催化。2如图为某真核细胞中DNA复制过程模式图，下列分析错误的是()A酶和酶均作用于氢键B该过程可发生在细胞有丝分裂间期或减数第一次分裂前的间期C该过程的模板链是a、b链DDNA复制的特点是半保留复制答案A解析酶是解旋酶，酶是DNA聚合酶，前者作用于氢键，后者作用于磷酸二酯键，A错误；该过程需要a、b链分别作模板，c、d链分别是以a、b链为模板合成的子链，C正确；细胞有丝分裂间期或减数第一次分裂前的间期会发生DNA复制，B正确；DNA分子复制具有半保留复制的特点，D正确。题型二 DNA复制的相关计算3(2018陕西榆林一模)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4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含有14N的脱氧核苷酸单链为30条D复制结果共产生16个DNA分子答案B解析1个被15N标记的DNA分子在14N的培养基中连续复制4次，共得到2416个DNA分子，D正确；根据DNA半保留复制特点可知：这16个DNA分子中有2个DNA分子的一条链是15N，另一条链是14N，其余14个DNA分子的两条链都是14N，C正确；由此可见，16个DNA分子都含14N(比例是100%)，含有15N的DNA分子数为2(占1/8)，A正确，B错误。技法提升 DNA分子复制的有关计算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(2n2)个。含子代链的DNA有2n个。(2)子代脱氧核苷酸链数为2n1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(2n12)条。(3)消耗的脱氧核苷酸数设亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸m个，则：经过n次复制，共需消耗游离的该种脱氧核苷酸m(2n1)个。在第n次复制时，共需消耗游离的该脱氧核苷酸m2n1个。31某DNA分子(14N)含有3000个碱基，腺嘌呤占35%。若该DNA分子以15N同位素标记过的4种游离脱氧核苷酸为原料复制3次，将全部复制产物进行密度梯度离心，得到图甲结果；如果将全部复制产物加入解旋酶处理后再离心，则得到图乙结果。下列有关分析正确的是()AX层全部是仅含14N的DNA分子BW层中含15N标记的胞嘧啶6300个CX层中含有的氢键数是Y层的1/3DW层与Z层的核苷酸数之比是14答案C解析DNA分子是半保留复制，故复制3次，DNA分子总数是8，其中含有14N的DNA分子为2个(每个DNA分子均为一条14N链，一条15N链)，其余6个是两条链均为15N的DNA分子。因为14N15N的密度比15N15N的密度小，故X层应该为14N15N的DNA分子，Y层为15N15N的DNA分子，A错误；一个DNA分子中含有3000个碱基，腺嘌呤占35%，那么胞嘧啶占15%，故胞嘧啶数为450，复制3次共得到8个DNA分子，需要15N标记的胞嘧啶数为45073150(个)，B错误；复制得到的DNA分子与模板DNA分子是相同的，所以氢键数也相同，X层有2个DNA分子，Y层有6个DNA分子，它们的氢键数之比等于DNA数之比，即X层中含有氢键数Y层中含有的氢键数13，C正确；复制后的8个DNA分子一共含有16条单链，其中14N的链2条(分布在Z层)，15N的链14条(分布在W层)，因为该DNA分子含有3000个碱基，故每条链的核苷酸数为1500，Z层的核苷酸数为150023000，W层的核苷酸数故W层与Z层的核苷酸数之比为71，D错误。32(2018泰安期中)下列关于DNA的相关计算中，正确的是()A具有1000个碱基对的DNA，腺嘌呤有600个，则每一条链上都具有胞嘧啶200个B具有m个胸腺嘧啶的DNA片段，复制n次后共需要2nm个胸腺嘧啶C具有m个胸腺嘧啶的DNA片段，第n次复制需要2n1m个胸腺嘧啶D无论是双链DNA还是单链DNA，AG所占的比例均是1/2答案C解析根据碱基互补配对原则，具有1000个碱基对的DNA，ATCG2000个，AT600个，CG400个，但在该DNA分子的每一条链上，所具有的胞嘧啶不一定是200个，A错误；具有m个胸腺嘧啶的DNA片段，复制n次后共需要(2n1)m个胸腺嘧啶，B错误；具有m个胸腺嘧啶的DNA片段，第n次复制共需要(2n1)m(2n11)m2n1m个胸腺嘧啶，C正确；在双链DNA分子中，AG所占的比例是1/2，在单链DNA分子中，AG所占的比例不一定是1/2，D错误。题型三 DNA半保留复制的实验分析4在氮源为14N和15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子分别为14NDNA(相对分子质量为a)和15NDNA(相对分子质量为b)。将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上，连续繁殖两代(和)，用离心方法分离得到的结果如图所示。下列对此实验的叙述正确的是()A代细菌DNA分子中两条链都是14NB代细菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的C预计代细菌DNA分子的平均相对分子质量为D上述实验代代的结果能证明DNA复制方式为半保留复制答案C解析代细菌DNA分子中一条链是14N，另一条链是15N，A错误；代细菌含15N的DNA分子有2个，占全部(4个)DNA分子的，B错误；由于1个含有14N的DNA分子的相对分子质量为a，则每条脱氧核苷酸链的相对分子质量为，1个含有15N的DNA分子的相对分子质量为b，则每条脱氧核苷酸链的相对分子质量为，将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上，连续繁殖三代，得到共8个DNA分子，这8个DNA分子共16条脱氧核苷酸链，只有2条是含15N的，14条是含14N的，因此总相对分子质量为214b7a，所以每个DNA分子的平均相对分子质量为，C正确；实验代代的结果不能证明DNA复制方式为半保留复制，D错误。5DNA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将亲代含15N的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_。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还是分散复制(3)一条中密度带一条轻密度带中、轻半保留复制分散复制解析由图示可知，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。题型四 DNA复制与细胞分裂问题6用32P标记了玉米体细胞(含20条染色体)的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养，在第二次细胞分裂的中期、后期，一个细胞中的染色体总条数和被32P标记的染色体条数分别是()A中期20和20、后期40和20B中期20和10、后期40和20C中期20和20、后期40和10D中期20和10、后期40和10答案A解析依据题目信息，第一次DNA复制的结果是一条脱氧核苷酸链被标记，一条链未被标记，第二次分裂的中期，每条染色体中有两条染色单体，即两个DNA分子，4条脱氧核苷酸单链，其中有3条未标记，1条被标记，故中期的染色体全被标记，为20条；后期着丝点分裂，染色单体分离，染色体数目加倍，故含40条染色体，20条被标记，20条未标记，选A。7将某一核DNA被3H充分标记的雄性动物细胞(染色体数为2N)置于不含3H的培养液中培养，并经过连续两次细胞分裂。下列有关说法不正确的是()A若进行有丝分裂，则子细胞中含3H的染色体数可能为2NB若进行减数分裂，则子细胞中含3H的DNA分子数一定为NC若子细胞中有的染色体不含3H，则不可能存在四分体D若每个子细胞中染色体都含3H，则细胞分裂过程中一定发生了基因重组答案D解析若进行有丝分裂，两次分裂需要进行两次DNA复制，3H标记的DNA在不含3H的培养液中复制第一次，产生的DNA分子一条链有标记，一条链无标记，我们称为杂合DNA分子，第二次复制后，每个DNA分子复制而来的两个子代DNA分子，一个是杂合DNA分子，另外一个两条链皆无标记，在有丝分裂的G2期、前期和中期这两个DNA分子由一个着丝点连接，有丝分裂后期着丝点分裂时子染色体分配是随机的，故子细胞中含3H的染色体数可能为2N，A正确；若进行减数分裂，正常情况下，DNA分子复制一次，分裂后细胞中染色体数目减半，每个子细胞含3H的DNA分子数应该是N，B正确；若子细胞中有的染色体不含3H，则该细胞进行的是有丝分裂，不可能存在四分体，C正确；若子细胞中都含有3H，则该细胞可能进行的是减数分裂也可能是有丝分裂，而基因重组发生在减数分裂过程中，D错误。技法提升 DNA复制与细胞分裂题的解答方法在解决这类问题时，从大到小再到大画出结构模型，先画出细胞分裂中染色体行为变化，再画DNA，再补全染色体，染色体中只要有一条脱氧核苷酸单链被标记，则认为该染色体含有放射性标记。规律总结：有丝分裂：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。减数分裂：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。方向真题体验1(2016上海高考)在DNA分子模型的搭建实验中，若仅有订书钉将脱氧核糖、磷酸、碱基连为一体并构建一个含10对碱基(A有6个)的DNA双链片段，那么使用的订书钉个数为()A58 B78 C82 D88答案C解析根据