高考生物一轮复习专题6.2DNA分子的结构、复制与基因的本质（讲）（含解析）.docx

专题6.2DNA分子的结构、复制与基因的本质 1.DNA分子结构的主要特点()2.DNA分子的复制()3.基因的概念()知识点一 DNA分子的结构【巧记DNA的分子结构】五(种元素)、四(种碱基或脱氧核苷酸)、三(种物质或小分子)、二(条长链)、一(种双螺旋结构)知识点二、DNA分子的复制时间有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期场所主要发生在细胞核中条件模板：DNA的两条链；原料：游离的4种脱氧核苷酸；能量：ATP；酶：解旋酶、DNA聚合酶等原则碱基互补配对原则过程解旋合成互补子链形成子代DNA分子特点边解旋边复制半保留复制结果1个DNA分子2个子代DNA分子意义确保了亲子代之间遗传信息的连续性知识点三、基因是有遗传效应的DNA片段(1)基因的实质：基因是有遗传效应的DNA片段。(2)基因与DNA的关系：一个DNA分子上有许多基因。构成基因的碱基数小于DNA分子的碱基总数。(3)基因与遗传信息：基因中脱氧核苷酸的排列顺序即为遗传信息。(4)基因与染色体的关系：基因在染色体上呈线性排列。(5)生物体多样性和特异性的物质基础：DNA分子的多样性和特异性。知识点四、DNA与基因的关系及碱基计算1.染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系2双链DNA分子中碱基的计算(1)嘌呤总数与嘧啶总数相等，即AGTC。(2)在双链DNA分子中，互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等。设在双链DNA分子中的一条链上A1T1n%，因为A1T2，A2T1，则：A1T1A2T2n%。所以ATA1A2T1T2n%。简记为“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等”。(3)双链DNA分子中，非互补碱基之和所占比例在两条互补链中互为倒数。设双链DNA分子中，一条链上：m，则：m，互补链上。简记为：“DNA两互补链中，不配对两碱基之和的比值乘积为1。”【特别提醒】判断核酸种类的方法(1)DNA和RNA的判断：含有碱基T或脱氧核糖DNA；含有碱基U或核糖RNA。(2)单链DNA和双链DNA的判断：双链DNA；若：嘌呤嘧啶单链DNA。(3)DNA和RNA合成的判断：用放射性同位素标记T或U可判断DNA和RNA的合成。若大量消耗T，可推断正发生DNA的合成；若大量利用U，可推断正进行RNA合成。知识点五、DNA复制及相关计算1DNA复制的相关问题整合分析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。考点一 DNA分子的结构及特点【典例1】 (2017海南卷，24)DNA分子的稳定性与碱基对之间的氢键数目有关。下列关于生物体内DNA分子中(AT)/(GC)与(AC)/(GT)两个比值的叙述，正确的是()A.碱基序列不同的双链DNA分子，后一比值不同B.前一个比值越大，双链DNA分子的稳定性越高C.当两个比值相同时，可判断这个DNA分子是双链D.经半保留复制得到的DNA分子，后一比值等于1【答案】D【解析】在双链DNA分子中，A、T之间形成2个氢键构成碱基对，G、C之间形成3个氢键构成碱基对，所以G、C对相对越多，DNA分子越稳定，B错误；又因AT、GC，所以只要是双链DNA分子(AC)/(GT)都恒等于1，A错误，D正确；单链DNA中，两个比值也可能相同，C错误。【方法技巧】(1)DNA初步水解产物是4种脱氧核苷酸，彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。(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。(3)除DNA末端的两个脱氧核糖外，其余每个脱氧核糖都连接着2个磷酸。每个DNA片段中，游离的磷酸基团有2个。【变式1】（湖南雅礼中学2019届模拟）下列关于DNA分子结构的叙述正确的是()A.DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的单链结构B.DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基C.DNA分子两条链之间总是嘌呤与嘧啶形成碱基对D.DNA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】绝大多数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分子中，碱基之间的配对遵循碱基互补配对原则，因此两条链之间总是嘌呤与嘧啶形成碱基对，C正确；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。考点二 DNA分子结构相关计算【典例2】（山西太原五中2019届模拟）在一个双链DNA分子中，碱基总数为m，腺嘌呤碱基数为n，G与C之间形成3个氢键，A与T之间形成2个氢键。则下列有关叙述正确的是()脱氧核苷酸数磷酸数碱基数m碱基之间的氢键数为(3m2n)/2一条链中AT的数量为nG的数量为mnA. B.C. D.【答案】D【解析】每个脱氧核苷酸分子含有一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子碱基，所以脱氧核苷酸数磷酸数碱基数m，正确；因为A和T之间有2个氢键、C和G之间有3个氢键，根据碱基互补配对原则，ATn，则CG(m2n)/2，所以碱基之间的氢键数为2n3(m2n)/2(3m2n)/2，正确；双链DNA中，ATn，则根据碱基互补配对原则，一条链中AT的数量为n，正确；由中计算可知：G的数量(m2n)/2，错误。【方法技巧】“归纳法”求解DNA分子中的碱基数量的计算规律(1)在DNA双链中嘌呤总数与嘧啶总数相同，即AGTC。(2)“互补碱基之和”的比例在任意一条链及整个DNA分子中都相同，即若在一条链中m，在互补链及整个DNA分子中m，而且由任一条链转录来的mRNA分子中(AU)/(GC)仍为m(注：不同DNA分子中m值可不同，显示特异性)。(3)非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数，在整个DNA分子中为1，即若在DNA一条链中a，则在其互补链中，而在整个DNA分子中1。(注：不同双链DNA分子中非互补碱基之和的比均为1，无特异性)。【变式2】（辽宁沈阳二中2019届模拟）某双链DNA分子，含有M个碱基，其中胸腺嘧啶占a%，下列有关此DNA连续复制时所需的鸟嘌呤脱氧核苷酸数量的叙述，错误的是()A.第一次复制时，需要M(1/2a%)B.第二次复制时，需要2M(1/2a%)C.第n次复制时，需要(2n2n1)M(1/2a%)D.复制n次时，需要2nM(1/2a%)【答案】D【解析】AG占总碱基的一半，T占a%，G占1/2a%，复制一次，产生2个DNA，复制2次，产生4个DNA，用数学归纳法不难得出：第n次复制，产生2n个DNA分子，除去原DNA链，需要的鸟嘌呤脱氧核苷酸数目是(2n2n1)M(1/2a%)；同理复制n次时，需要(2n1)M(1/2a%)。考点三 DNA复制过程与特点【典例3】（2019浙江4月选考25）在含有BrdU的培养液中进行DNA复制时，BrdU会取代胸苷掺入到新合成的链中，形成BrdU标记链。当用某种荧光染料对复制后的染色体进行染色，发现含半标记DNA（一条链被标记）的染色单体发出明亮荧光，含全标记DNA（两条链均被标记）的染色单体荧光被抑制（无明亮荧光）。若将一个细胞置于含BrdU的培养液中，培养到第三个细胞周期的中期进行染色并观察。下列推测错误的是（ ）A1/2的染色体荧光被抑制B1/4的染色单体发出明亮荧光C全部DNA分子被BrdU标记D3/4的DNA单链被BrdU标记【答案】D【解析】DNA的复制方式为半保留复制。根据题意分析，复制到第三个细胞周期的中期时，共有4个细胞，以第一代细胞中的某一条染色体为参照，含半标记DNA的染色单体共有2条，含全标记DNA的染色单体共有6条。根据题意可知，在第三个细胞周期中期时，含半标记DNA的染色单体分别在两个细胞中，故有两个细胞的两条染色单体荧光全被抑制，有两个细胞中的一条染色单体发出明亮荧光，一条染色单体荧光被抑制，故A、B选项正确；一个DNA分子中有两条脱氧核苷酸链，由于DNA为半保留复制，故不含BrdU标记的两条脱氧核苷酸链分别位于两个DNA分子中，新复制得到的脱氧核苷酸链必然含BrdU标记，故所有DNA分子都被BrdU标记，C选项正确；以第一代细胞中的某一条染色体为参照，在第三个细胞周期中期时一共有16条DNA单链，含BrdU标记的有14条，故有的DNA单链被BrdU标记，D选项错误。【举一反三】（2018浙江卷，22）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DNA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14N15N-DNAD实验结果说明DNA分子的复制是半保留复制的【答案】B【解析】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14N15N-DNA，C正确；实验结果说明DNA分子的复制是半保留复制，D正确。【方法技巧】DNA分子的多起点、双向复制一个DNA分子可以由多个复制起点同时(或先后)复制。下图中，从3个复制起点进行双向复制，明显提高了DNA分子复制的速率；图中的复制环大小不一，因此它们的复制时间有先后，右侧最早，左侧最晚。【变式3】（吉林长春外国语学校2019届模拟）科学家们揭开了关于染色质中DNA的世纪之谜，首次在人类活细胞的细胞核中实现了3 D基因组成像。这项研究即将改写教科书上关于DNA复制的相关描述。下列相关叙述正确的是()A.染色质是由DNA和蛋白质构成的，是控制生物性状的基本单位B.DNA中脱氧核苷酸的数目和排列顺序决定了DNA分子的多样性C.若双链DNA分子一条链中GT12，则其互补链中CA21D.沃森和克里克运用建构物理模型的方法研究DNA分子复制的方式【答案】B【解析】染色质主要是由DNA和蛋白质构成的，基因是控制生物性状的基本单位，A错误；若双链DNA分子一条链中GT12，则其互补链中CA12，C错误；沃森和克里克运用建构物理模型的方法研究了DNA分子的结构，D错误。考点四 DNA分子的复制的相关计算【典例4】 (2018海南卷，15)现有DNA分子的两条单链均只含有14N (表示为14N14N)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【答案】D【解析】大肠杆菌14N14N在含有15N的培养基中繁殖，其中子一代大肠杆菌的DNA分子共2个，均为1条链含14N、1条链含15N，子二代大肠杆菌的DNA分子共4个，其中2个DNA分子为1条链含14N、1条链含15N，另外2个DNA分子为2条链均含15N；再转到含有14N的培养基中繁殖一代，子三代大肠杆菌的DNA分子共8个，其中2个DNA分子为2条链均含14N，其余6个DNA分子为1条链含14N、1条链含15N，所以15N14N和14N14N两种分子的比例为31。【方法技巧】DNA分子复制中的相关计算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2 n1条；亲代脱氧核苷酸链数2条；新合成的脱氧核苷酸链数(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，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸数为m(2n1)个 ；第n次复制需该脱氧核苷酸数m(2n2n1)m2n1个。 【变式4】（江苏海门高中2019届模拟） 将