2018届高三生物一轮复习第6单元第2讲DNA分子的结构复制与基因的本质讲义.doc

第2讲 DNA分子的结构、复制与基因的本质考点一| DNA分子的结构及基因的本质1DNA分子的化学组成(1)元素组成：C、H、O、N、P。(2)基本单位：2DNA分子的结构(1)平面结构：基本骨架：磷酸、脱氧核糖交替连接而成的反向平行长链。内侧：碱基对遵循碱基互补配对原则。(2)空间结构：规则的双螺旋结构。3DNA分子的特性(1)相对稳定性：DNA分子中磷酸和脱氧核糖交替连接的方式不变，两条链间碱基互补配对的方式不变。(2)多样性：不同的DNA分子中脱氧核苷酸数目不同，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4n种。(3)特异性 ：每种DNA分子都有区别于其他DNA的特定的碱基对排列顺序，代表了特定的遗传信息。4基因的本质(1)染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系(2)基因与碱基的关系遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序中，构成基因的碱基数小于(填“大于”“小于”或“等于”)DNA分子的碱基总数。1判断有关DNA结构叙述的正误。(1)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。()【提示】 由于碱基互补配对，则DNA双螺旋结构中嘧啶数等于嘌呤数。(2)DNA单链中相邻碱基以氢键相连。()【提示】 DNA单链中相邻碱基以脱氧核糖磷酸脱氧核糖相连。(3)T2噬菌体的遗传物质水解产生4种脱氧核苷酸。()(4)每个DNA分子中碱基数磷酸数核糖数。()【提示】 DNA分子中的五碳糖应为脱氧核糖。2判断有关基因本质的正误。(1)染色体是肺炎双球菌细胞中DNA的主要载体。()【提示】 肺炎双球菌为原核生物，无染色体。(2)基因中碱基对或脱氧核苷酸的排列顺序均可代表遗传信息。()(3)基因突变等同于DNA分子内部碱基对的替换、增添或缺失。()【提示】 DNA分子中只有基因部分的碱基对替换、增添或缺失，属于基因突变。3图示为两种DNA结构模型，请分析：图1 图2(1)由图1可知，每个DNA分子片段中，游离磷酸基团含有2个。单链中相邻碱基通过脱氧核糖磷酸脱氧核糖连接。互补链中相邻碱基通过氢键连接。(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，限制性内切酶和DNA连接酶作用于部位。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。(1)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。(2)规律二：在双链DNA分子中，互补的两碱基之和(如AT或CG)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。(3)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。提醒：在整个DNA分子中该比值等于1。(4)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，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”。视角 1 考查DNA分子的结构及特点1(2017江西师范大学附中期末)下列有关双链DNA的结构和复制的叙述正确的是( )ADNA双螺旋结构以及碱基间的氢键使DNA分子具有较强的特异性BDNA分子双链间的碱基通过脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖连接CDNA聚合酶催化两个游离的脱氧核苷酸之间的连接D复制后产生的两个子代DNA分子共含有4个游离的磷酸基团D DNA分子的特定碱基排列顺序使其具有较强的特异性，A项错误；DNA分子双链间的碱基通过氢键连接，B项错误；DNA聚合酶催化游离的脱氧核苷酸与DNA链上的脱氧核苷酸之间的连接，C项错误；每个DNA分子的两条链各有1个游离的磷酸，因此1个DNA复制的两个DNA分子共有4个游离的磷酸基团，D项正确。2(2017淄博市高三检测)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分子磷酸相连D可构建45种不同碱基序列的DNAB 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，A项错误；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，B项正确；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，C项错误；可构建44种不同碱基序列的DNA，D项错误。巧学助记DNA分子结构的“五、四、三、二、一”视角 2 DNA分子中碱基含量(或比例)的分析与计算3(2017济南2月调研)已知某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%B 配对的碱基之和在一条链中与在整个DNA分子中的比例是相同的，因此，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%。4下列有关计算结果，错误的是( )ADNA分子上的某个基因片段含有600个碱基对，由它控制合成的蛋白质分子最多含有的氨基酸数为200个B将一个被15N标记的噬菌体(含一个双链DNA分子)去侵染含14N的细菌，噬菌体复制3次后，则含有15N标记的噬菌体占总数的1/8C某双链DNA分子的所有碱基中，鸟嘌呤的分子数占26%，则腺嘌呤的分子数占24%D某DNA分子的一条单链中(AT)/(CG)0.4，则其互补链中该碱基比例也是0.4B DNA分子上的某个基因片段含有600个碱基对，则相应的mRNA最多含有600个碱基，600个碱基含有200个密码子，200个密码子最多对应200个氨基酸；DNA进行半保留复制，将一个被15N标记的噬菌体(含一个双链DNA分子)去侵染含14N的细菌，噬菌体复制3次后，则含有15N标记的噬菌体占总数的1/4；某双链DNA分子的所有碱基中，鸟嘌呤的分子数占26%，则胞嘧啶分子数比例也为26%，腺嘌呤的分子数百分比胸腺嘧啶分子数百分比24%。由碱基互补配对原则可知，DNA分子一条单链中(AT)/(GC)与互补链中该碱基比例相等。关于碱基含量计算的简便方法“两点两法”“两点”为两个基本点：一是A与T配对(RNA为A与U配对)，G与C配对(AT GC)；二是双链DNA分子中，嘌呤总数嘧啶总数1/2碱基总数(AGTC)。“两法”为双链法和设定系数法：用两条直线表示DNA分子的双链结构即为双链法；设定系数法即是设定一个系数来表示碱基的总数或某碱基的数目。例如：已知双链DNA分子中G与C占全部碱基的40%或一条单链中(AG)/(TC)0.4，可设双链DNA分子中碱基总数为200x，则一条链碱基数目为100x，GC的数目为200x40%80x(或设AG的数目为4x，则TC10x)。考点二| DNA复制及相关计算1概念以DNA分子为模板合成子代DNA的过程。2时间有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期。3条件4过程DNA两条母链形成子链新DNA分子。5特点(1)过程：边解旋边复制。(2)方式：半保留复制。6结果：形成两个完全相同的DNA分子。7意义：将遗传信息由亲代传给子代，保持了遗传信息的连续性。1判断有关DNA复制叙述的正误。(1)DNA复制时以DNA分子的一条链作为模板。()【提示】 DNA复制的模板为解旋后的每一段母链。(2)洋葱根尖分生区细胞在减数第一次分裂前间期进行DNA复制。()【提示】 洋葱根尖分生区细胞不进行减数分裂。(3)DNA复制时先解旋后复制。()【提示】 DNA复制时边解旋边复制。(4)DNA复制就是基因表达的过程。()【提示】 基因的表达包括转录、翻译，DNA复制不属于基因的表达。(5)蓝藻细胞的拟核及叶绿体中均可发生DNA复制。()【提示】 蓝藻为原核生物，无叶绿体。2下图是DNA复制的有关图示，ABC表示大肠杆菌的DNA复制。DG表示哺乳动物的DNA分子复制。图中黑点表示复制起始点，“”表示复制方向。(1)若A中含48 502个碱基对，而子链延伸速度是105个碱基对/分，则此DNA分子复制完成约需30 s。而实际上只需约16 s。根据AC图分析，是因为复制是双向进行的。(2)哺乳动物的DNA分子展开可达2 m之长，若按AC的方式复制，至少8 h，而实际上约6 h左右。据DG图分析，是因为从多个起始点同时进行复制。(3)AG均有以下特点：延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA分子复制是边解旋边复制的。(4)C与A相同，G与D相同，C、G能被如此准确地复制出来，是因为DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供精确的模板；DNA分子的碱基互补配对保证了DNA分子复制准确无误地完成。1生物体中DNA分子复制的场所2DNA分子复制中相关计算的规律方法DNA分子复制为半保留复制，若将一个被15N标记的DNA转移到含14N的培养基中培养(复制)若干代，其结果分析如下：(1)子代DNA分子数：2n个。无论复制多少次，含15N的DNA分子始终是2个。含14N的有2n个，只含14N的有(2n2)个，做题时应看准是“含”还是“只含”。(2)子代DNA分子的总链数：2n22n1条。无论复制多少次，含15N的链始终是2条。做题时应看准是“DNA分子数”还是“链数”。含14N的链数是(2n12)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，则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸为m(2n1)个。若进行第n次复制，则需消耗该脱氧核苷酸数为m2n1个。视角 1 考查DNA复制的过程及特点1如图表示大肠杆菌的DNA复制示意图。如果是单起点单向复制，按正常的子链延伸速度，此DNA分子复制约需30 s，而实际上复制从开始到结束只需约16 s。据图分析，下列说法不正确的是( )A此DNA分子复制为半保留复制B该DNA分子从两个起点进行双向复制C将甲置于含15N的培养液中复制3次，子代DNA都含15ND甲分子中碱基A占20%，那么其子代DNA中鸟嘌呤占30%B 从图中可知，DNA分子为半保留复制，A项正确；此DNA分子应该是从1个起点双向复制，B项错误；由于新合成的子链都含有15N，所以子代DNA分子都含有15N，C项正确；根据碱基互补配对原则，可知子代DNA中鸟嘌呤占30%，D项正确。2.如图为真核细胞DNA复制过程示意。据图分析，下列相关叙述中错误的是( )A由图示得知，子链是沿着一定方向延伸的B合成两条子链时，DNA聚合酶移动的方向是相反的C细胞内的DNA复制场所有细胞核、叶绿体、线粒体D解旋需解旋酶及DNA聚合酶的催化，且需要消耗ATPD 由题图可知，A、B正确；细胞内的DNA分布在细胞核、线粒体和叶绿体中，这三个结构都可以进行DNA复制；解旋不需要DNA聚合酶参与。 视角 2 考查DNA复制的相关计算 3将一个没有放射性同位素32P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，检测到如下图、两种类型的DNA(虚线表示含有放射性的脱氧核苷酸链)。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2n12D DNA第二次复制产生的子代DNA共4个，有、两种类型，比例为11，A错误；大肠杆菌属于原核生物，无同源染色体，不遵循孟德尔的分离定律，B错误；复制n次需要胞嘧啶的数目是(2n1)，C错误；DNA分子是双链结构，一个不含放射性同位素32P标记的大肠杆菌拟核DNA共2条链，所以复制n次形成的放射性脱氧核苷酸单链为2n12，D正确。巧借模式图解答与DNA复制有关问题学会画DNA分子半保留复制图解有助于理解DNA的相关计算规律，如下图所示：真题验收| 感悟高考 淬炼考能1(2013全国卷)关于DNA和RNA的叙述，正确的是( )ADNA有氢键，RNA没有氢键B一种病毒同时含有DNA和RNAC原核细胞中既有DNA，也有RNAD叶绿体、线粒体和核糖体都含有DNAC DNA为双链，两条链间以氢键连接，RNA为单链，但也有双链区域，如tRNA三叶草构象，双链区域也含氢键，A错误；病毒是非细胞生物，只含有DNA或者RNA一种核酸，B错误；细胞生物都含有DNA和RNA，C正确；线粒体、叶绿体为半自主性细胞器，具有DNA，核糖体含rRNA和蛋白质，D错误。2(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( )C 双链DNA分子中，(AC)/(TG)一定等于1，A错误；当一条链中存在(A1C1)/(T1G1)1时，其互补链中存在(A2C2)/(T2G2)(T1G1)/(A1C1)1，B错误；在DNA分子中，存在(A1T1)/(G1C1)(A2T2)/(G2C2)(AT)/(GC)，C正确、D错误。3(2015上海高考)若N个双链DNA分子在第i轮复制结束后，某一复制产物分子一条链上的某个C突变为T，这样在随后的一轮复制结束时，突变位点为AT碱基对的双链DNA分子数与总DNA分子数的比例始终为( )A.B.C. D.C N个双链DNA分子在第i轮复制后形成N2i个DNA分子中，某DNA分子的一条链上某个C突变为T，则在随后的一轮复制结束时，有1个DNA分子中突变位点为AT碱基对，占双链DNA分子数的比例为；在随后的两轮复制结束时，突变位点为AT碱基对的双链DNA分子数的比例应为2/(N2i2)。1DNA的两条脱氧核苷酸链反向平行盘旋成规则的双螺旋结构。2DNA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。3DNA上的碱基对严格遵循碱基互补配对原则，通过氢键连接。4DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序代表了遗传信息。5DNA复制具有边解旋边复制、半保留复制的特点。6DNA复制需要解旋酶和DNA聚合酶参与。7基因是具有遗传效应的DNA片段。8染色体是基因的主要载体，线粒体、叶绿体中也存在基因。DNA复制与细胞分裂中染色体标记情况分析1DNA分子复制特点及子DNA存在位置与去向(1)复制特点：半保留复制即新DNA分子总有一条链来自亲代DNA(即模板链)，另一条链(子链)由新原料构建而成。(2)2个子DNA位置：当一个DNA分子复制形成两个新DNA分子后，此两个DNA恰位于两姐妹染色单体上，且由着丝点连在一起，即(3)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。2DNA分子连续复制两次的图像及解读 (2017佛山市二模)用32P标记某动物精原细胞的全部核DNA，然后将细胞置于31P标记的培养液中培养，使其进行一次有丝分裂或减数分裂(M、M)，下列有关叙述正确的是( )A有丝分裂前期与M前期细胞中，32P标记的DNA分子数相同、染色体数不同B有丝分裂后期与M后期细胞中，32P标记的DNA分子数不同、染色体数不同C有丝分裂中期与M中期细胞中，32P标记的DNA分子数不同、染色体数不同D有丝分裂后期与M后期细胞中，32P标记的DNA分子数不同、染色体数相同【解析】 由题干信息并结合DNA的半保留复制以及细胞分裂过程中染色体数目、DNA变化规律可知：有丝分裂前期与M前期细胞中，32P标记的DNA分子数目相同，染色体数也相同，A项错误；有丝分裂后期与M后期细胞中32P标记DNA分子数目相同，前者的染色体数目是后者的2倍，B项错误；有丝分裂中期与M中期细胞中，前者被32P标记的DNA分子数目、染色体数均为后者的2倍，C项正确；有丝分裂后期与M后期细胞中，前者被32P标记的DNA分子数目、染色体数均为后者的2倍，D项错误。【答案】 C模型法巧解细胞分裂染色体标记题解答此类问题的关键是构建细胞分裂过程模型图，并完成染色体与DNA的转换。具体如下：第一步画出含一条染色体的细胞图，下方画出该条染色体上的1个DNA分子，用竖实线表示含同位素标记第二步画出复制一次，分裂一次的子细胞染色体图，下方画出染色体上的DNA链，未被标记的新链用竖虚线表示第三步再画出第二次复制(分裂)后的细胞的染色体组成和DNA链的情况第四步若继续推测后期情况，可想象着丝点分裂，染色单体(a与a)分开的局面，并进而推测子细胞染色体情况跟踪练习1将DNA分子双链用3H标记的某动物精原细胞(2n8)移入适宜培养条件(不含放射性元素)下，让细胞连续进行