第18讲 DNA分子的结构、复制及基因的本质

基础知识巩固考点互动探究考例考法直击教师备用习题,第18讲DNA分子的结构、复制及基因的本质,考试说明,1DNA分子结构的主要特点()。2基因的概念()。3DNA分子的复制()。,一、DNA分子的结构1DNA分子结构概念图,链接教材,脱氧核苷酸,C、H、O、N、P,链接教材,脱氧核糖与磷酸,氢键,AT、GC,反向平行,(1)_性：磷酸和脱氧核糖交替连接，排列在外侧，构成基本骨架，两条链互补的碱基之间通过_相连。(2)_性：遗传信息蕴藏在_中。碱基排列顺序千变万化，如某DNA分子中有n个碱基对，则排列顺序有_种(其中n代表碱基对数)。(3)_性：每种DNA分子都有_。,链接教材,2DNA分子的特点,稳定,氢键,多样,4种碱基的排列顺序,4n,特异,特定的碱基排列顺序,二、DNA的复制1对DNA分子复制的推测,链接教材,沃森和克里克提出假说：DNA分子复制方式为_。2DNA分子复制的过程(1)概念：以_为模板，合成_的过程。(2)时间：_。,半保留复制,亲代DNA,子代DNA,有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期,(4)特点：_。(5)方式：_。(6)意义：将_从亲代传给子代，保持了_的连续性,链接教材,能量,边解旋边复制,半保留复制,遗传信息,(3)过程,解旋,DNA双链,母链,脱氧核苷酸,DNA聚合酶,碱基互补配对,母链,双螺旋,遗传信息,三、基因的本质1本质：基因是具有_的_片段。,链接教材,(1)据图甲写出基因与染色体的关系数目关系：一条染色体上含有_。位置关系：_。(2)图乙中字母分别表示a.染色体；b._；c._；d.脱氧核苷酸。(3)遗传信息蕴藏在4种碱基的_之中。,2基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸的关系,遗传效应,DNA,多个基因,基因在染色体上呈线性排列,DNA,基因,排列顺序,链接教材,3基因的基本功能,(1)遗传信息的_。(2)遗传信息的_。,传递,表达,衔接课堂,1正误辨析(1)DNA有氢键，RNA没有氢键。()(2)HIV的遗传物质水解产生4种脱氧核苷酸。()(3)DNA分子复制是边解旋边双向复制的。()(4)富兰克林和威尔金斯对DNA双螺旋结构模型的建立也有巨大的贡献。()(5)沃森和克里克研究DNA分子的结构时，运用了构建物理模型的方法。()(6)双链DNA分子中一条链上相邻脱氧核苷酸的磷酸和脱氧核糖是通过氢键连接的。()(7)含有GC碱基对比较多的DNA分子热稳定性较差。()(8)分子大小相同、碱基含量相同的核酸分子所携带的遗传信息一定相同。()(9)DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制。()(10)DNA分子复制时遵循AU、GC的碱基互补配对原则。(),答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10),解析(1)tRNA分子中有氢键。(2)HIV的遗传物质是RNA，其水解产生4种核糖核苷酸。(6)双链DNA分子中一条链上相邻脱氧核苷酸的磷酸和脱氧核糖通过磷酸二酯键相连。(7)GC碱基对有三个氢键，含GC碱基对比较多的DNA分子热稳定性较高。(8)碱基排列顺序不相同时，遗传信息就不同。(9)DNA分子的复制是边解旋边复制。(10)DNA分子复制时遵循AT、GC的碱基互补配对原则。,衔接课堂,2深度思考(1)图6184为某同学在学习了DNA分子的结构后画的含有两个碱基对的DNA分子片段(其中代表磷酸基团)，下列为几位同学对此图的评价，其中哪位同学的评价较合理？甲认为该图没有什么物质和结构上的错误。乙认为该图至少有三处错误，其中核糖应改为脱氧核糖，U应改为T，DNA单链中脱氧核苷酸的磷酸基团应与相邻脱氧核苷酸的脱氧核糖相连接。,图6184,衔接课堂,丙认为如果他画的是双链RNA分子，则该图就是正确的。_(2)不同生物，其DNA分子是否相同？同一生物不同细胞中DNA是否相同？在不同DNA分子中下列哪一项具特异性？A/T(AG)/(TC)(AT)/(GC)(AC)/(TG)G/C_,该同学要画的为DNA分子结构图，图中的错误有五碳糖应为脱氧核糖；碱基不能含尿嘧啶(U)；磷酸与磷酸之间无化学键的连接，磷酸应与脱氧核糖交替连接，故乙同学评价较合理。,不同生物，其DNA分子各不相同；同一生物不同细胞，其DNA分子基本相同；不同DNA分子的中，只有具特异性，其余各项均不具特异性。,考点一DNA分子的结构及相关计算,图6186,2.DNA分子的结构,(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)DNA分子结构中的化学键磷酸二酯键：指相邻两个脱氧核苷酸之间，连接磷酸和脱氧核糖的化学键。磷酸二酯键形成需要DNA聚合酶或DNA连接酶，断裂时需要DNA(水解)酶或限制性核酸内切酶。氢键：配对的碱基之间形成的化学键，氢键形成不需要酶，而氢键断裂需解旋酶或加热处理。A与T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键，一般来说，氢键含量越多，DNA结构越稳定，越适应高温条件。(3)DNA分子片段链状DNA中除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。若在环状DNA中，则每个脱氧核糖都连接着2个磷酸，不存在游离的磷酸基团。在DNA分子的一条单链中相邻的碱基通过“脱氧核糖磷酸脱氧核糖”相连。,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%，则ATA1A2T1T2(n%n%)/2n%。简记为“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等”。,3.碱基互补配对原则及相关计算,(1)碱基互补配对原则：AT，GC，图示如下：(2)有关推论嘌呤总数与嘧啶总数相等，即AGTC。,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(A1G1)/(T1C1)m，则(A1G1)/(T1C1)(T2C2)/(A2G2)m，所以互补链上(A2G2)/(T2C2)1/m。简记为“DNA两互补链中，不配对两碱基和的比值乘积为1。”,考向1DNA分子的结构1图6188为DNA分子部分结构示意图，以下叙述正确的是()A解旋酶可以断开，因此DNA的稳定性与无关B是一个鸟嘌呤脱氧核苷酸CDNA连接酶可催化或形成DA链、B链的方向相反，磷酸和脱氧核糖交替连接构成基本骨架,典例追踪,答案D,解析DNA分子中氢键越多，DNA的稳定性越高，A项错误。不能表示一个脱氧核苷酸，B项错误。DNA连接酶连接的是一条链上相邻核苷酸之间的磷酸二酯键，C项错误。DNA分子的两条链反向平行构成双螺旋结构，磷酸和脱氧核糖交替连接构成基本骨架，D项正确。,图6188,2下列有关DNA分子结构的叙述，错误的是()ADNA分子的多样性取决于碱基对的数目和排列顺序BDNA单链上相邻的碱基A与T之间通过2个氢键连接CDNA双链上嘌呤碱基与嘧啶碱基通过氢键相连保证DNA空间结构的稳定DDNA分子的两条链在方向上表现为反向平行，碱基关系上表现出互补配对,答案B,解析DNA上碱基对的数目和排列顺序多种多样，构成了DNA分子的多样性，A项正确；两条DNA单链间配对的碱基通过氢键相连，如A与T之间形成2个氢键，C与G之间形成3个氢键，但DNA单链上相邻的碱基之间不通过氢键连接，B项错误，C项正确；DNA的两条单链反向平行，碱基互补配对，D项正确。,典例追踪,易错提醒(1)DNA分子的特异性是由碱基对的排列顺序决定的，而不是由配对方式决定的，配对方式只有四种：AT、CG、TA、GC。(2)DNA中并不是所有的脱氧核糖都连着两个磷酸基团，两条链各有一个3端的脱氧核糖连着一个磷酸基团(环状DNA分子除外)。(3)双螺旋结构并不是固定不变的，复制和转录过程中会发生解旋。(4)在DNA分子中，A与T分子数相等，G与C分子数相等，但AT的量不一定等于GC的量，后者恰恰反映了DNA分子的特异性。,3某双链DNA分子中含有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,答案B,典例追踪,解析该DNA分子的一条链上ATGC1234，另一条链上ATGC2143，整个DNA分子中ATGC3377；若该DNA中A为p个，占全部碱基的n/m，则碱基总数为pm/n个，则；该DNA分子含有100个碱基对，30个AT碱基对，70个GC碱基对，碱基排列方式应少于4100种；一个DNA分子由两条DNA链组成，含2个游离的磷酸。,4分析某生物的双链DNA，发现腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基的64%，其中一条链上的腺嘌呤占该链全部碱基的30%，则其互补链中腺嘌呤占整个DNA分子碱基的比例是()A17%B32%C34%D50%,答案B,解析双链DNA分子中AT64%，一条链上A130%，双链DNA分子中互补配对碱基之和所占比例与任一条链上该比例相等，因此一条链上的A1T164%，所以另一条链上A2T164%30%34%，该链中A占整个DNA分子碱基的比例为1/234%17%。,典例追踪,考点二DNA分子的复制,(4)DNA复制的准确性一般情况下，DNA分子能准确地进行复制。原因：DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板；通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。在特殊情况下，在外界因素和生物内部因素的作用下，可能造成碱基配对发生差错，引发基因突变。,(1)子代DNA分子数为2n个。其中：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分子有2n个。(1)子代DNA分子数为2n个。其中：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分子有2n个。,(2)子代脱氧核苷酸链数为2n1条。其中：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次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸数为m(2n1)个。第n次复制所需该脱氧核苷酸数为m2n1个。,典例追踪,答案D,解析酶是解旋酶，能使DNA双链的配对碱基之间的氢键断开；图中可体现出半保留复制的特点；通过复制，将亲代DNA的遗传信息传递给子代DNA；复制形成的两条子链方向相反，碱基序列不相同，而是彼此互补。,2图61812为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图，有关叙述错误的是()A图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的B图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的C真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶D真核生物的这种复制方式提高了复制速率,答案A,解析从图中能看出DNA复制有多个复制起点，但并不是同时开始的。图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的。真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶、DNA聚合酶等酶的参与。真核生物的这种复制模式提高了复制速率。,典例追踪,图61812,考向2DNA复制的有关计算3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，其结果可能是()A含有14N的DNA占100%B复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸640个C含15N的链占1/8D子代DNA中嘌呤与嘧啶之比是23,典例追踪,答案A,解析该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次，得到2416(个)DNA分子、32条链，其中含14N的DNA占100%，含15N的链有2条，占1/16，A项正确，C项错误；根据已知条件，每个DNA分子中腺嘌呤脱氧核苷酸有(1002-602)/240个，复制过程中消耗A40(241)600(个)，B项错误；子代DNA分子中嘌呤和嘧啶互补配对，两者之比是11，D项错误。,4已知一条完全被15N标记的DNA分子在只含14N的培养基中复制n次后，仅含14N的DNA分子总数与含15N的DNA分子总数之比为71，则n是()A2B3C4D5,典例追踪,答案C,解析该DNA分子经过n次复制后得到的DNA分子数为2n个，其中有2个DNA分子中各有一条链有15N标记，故仅含14N的DNA分子总数与含15N的DNA分子总数之比为(2n2)271，解得n4。,易错提醒DNA复制相关计算的4个易错点(1)“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)注意碱基的数目单位是“对”还是“个”。(3)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)另外，还要看清是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词，以免掉进陷阱。,考向3DNA复制与细胞分裂的联系5BrdU是一种嘧啶类似物，能替代胸腺嘧啶与腺嘌呤配对。将植物根尖分生组织放在含有BrdU的培养基中培养到第二个细胞周期的中期，其染色体的情况是()A每条染色体的两条单体都含有BrdUB每条染色体的两条单体都不含有BrdUC每条染色体中都只有一条单体含有BrdUD只有半数的染色体中一条单体含有BrdU,典例追踪,答案A,解析BrdU相当于一种标记物，到第二个细胞周期的中期，相当于经过两次复制，这时细胞内每条染色体有两条姐妹染色单体，每条染色单体含有一个DNA分子，每个DNA分子上都有BrdU，所以每条染色体的两条单体都含有BrdU。,6某高等动物的一个细胞中DNA分子的双链均被3H标记(不考虑细胞质DNA)，将其放在不含3H的细胞培养液中培养，下列叙述正确的是()A若该细胞进行有丝分裂，则完成一个细胞周期后产生的子细胞都含有3HB若该细胞进行无丝分裂，则产生的子细胞均不含3HC若该细胞是精原细胞，则其进行减数分裂产生的子细胞50%含有3HD若该细胞为精细胞，则其增殖产生的子细胞含3H,答案A,解析依据DNA分子的半保留复制，细胞进行一次有丝分裂后，子细胞内所有染色体均含有3H；细胞进行无丝分裂时DNA分子也进行复制，子细胞内也会含3H；精原细胞中DNA分子进行半保留复制，减数分裂后产生的精细胞全部含有3H；高等动物的精细胞一般不分裂。,典例追踪,转至不含放射性标记的培养液中再培养一个细胞周期：,图61814,(2)规律总结：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。,(3)有丝分裂产生子细胞的标记情况此类问题可通过构建模型图解答，如图61815所示：,图61815,这样来看，最后形成的4个子细胞有三种情况：第一种情况是4个细胞都是；第二种情况是2个细胞是，1个细胞是，1个细胞是；第三种情况是2个细胞是，另外2个细胞是。,2减数分裂中染色体标记情况分析(1)过程图解：减数分裂一般选取一对同源染色体为研究对象，如图61816所示：,图61816,(2)规律总结：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。,考点三基因的本质,1基因是具有遗传效应的DNA片段(1)遗传效应是指基因能够转录成mRNA，进而翻译成蛋白质，能够控制一定的性状。(2)DNA分子中还存在着不具有遗传效应的片段，在真核细胞中这部分片段所占比例很大，这些片段不是基因。(3)通常的基因是指双链DNA片段，而RNA病毒的基因是指具有遗传效应的RNA片段。,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。在基因、DNA与染色体关系上，明确基因是DNA的一部分，DNA是染色体的组成部分，DNA是主要的遗传物质，全部基因的集合不是所有的DNA。,2.基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸的关系图解,图61817,1下列关于基因的叙述不正确的是()A确认两个基因是相同基因的依据是两者具有相同的碱基排列顺序B真核生物细胞和原核生物细胞中都有基因存在，病毒没有细胞结构，也有基因C基因是有遗传效应的DNA片段，绿色植物的根尖细胞中，基因存在于染色体、线粒体、叶绿体中D豌豆中控制高茎的基因和控制矮茎的基因位于同源染色体上，基因的基本组成单位是脱氧核苷酸,典例追踪,答案C,解析确认两个基因是相同的基因主要看二者的碱基排列顺序是否相同，故A项正确。真核生物细胞和原核生物细胞中都有基因，在病毒中也有控制性状的基因，故B项正确。基因是具有遗传效应的DNA片段，绿色植物的根尖细胞中没有叶绿体，故C项错误。豌豆中控制高茎的基因和控制矮茎的基因是一对等位基因，位于同源染色体上，基因的基本组成单位是脱氧核苷酸，故D项正确。,2下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法，不正确的是()A基因一定位于染色体上B基因在染色体上呈线性排列C四种脱氧核苷酸的数目和排列顺序决定了基因的多样性和特异性D一条染色体上含有1个或2个DNA分子,典例追踪,答案A,解析基因是具有遗传效应的DNA片段，DNA不一定位于染色体上，因此基因不一定位于染色体上，A错误。,12016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,答案C,解析DNA是边解旋边复制或边转录的，该物质插入DNA分子中后DNA双链不能解开，会导致DNA的复制和转录过程发生障碍，A、B项正确。DNA的复制发生在分裂间期，故该物质可将细胞周期阻断在分裂间期，C项错误。该物质可阻断细胞周期，因此对癌细胞的增殖有抑制作用，D项正确。,22014福建卷STR是DNA分子上以26个核苷酸为单元重复排列而成的片段，单元的重复次数在不同个体间存在差异。现已筛选出一系列不同位点的STR用作亲子鉴定，如7号染色体有一个STR位点以“GATA”为单元，重复714次；X染色体有一个STR位点以“ATAG”为单元，重复1115次。某女性7号染色体和X染色体DNA的上述STR位点如图6-1818所示。下列叙述错误的是(),图6-1818,A筛选出用于亲子鉴定的STR应具有不易发生变异的特点B为保证亲子鉴定的准确率，应选择足够数量不同位点的STR进行检测C有丝分裂时，图中(GATA)8和(GATA)14分别分配到两个子细胞D该女性的儿子X染色体含有图中(ATAG)13的概率是1/2,答案C,解析根据题意“STR是DNA分子上以26个核苷酸为单元重复排列而成的片段，单元的重复次数在不同个体间存在差异”，所以能利用STR进行亲子鉴定，只有筛选出一系列不同位点的STR并且用于亲子鉴定的STR具有稳定性，才能保证亲子鉴定的准确率；有丝分裂后期的特点是每条染色体的着丝点分裂，姐妹染色单体分开，所以图中(GATA)8和(GATA)14每个子细胞中都有；该女性在进行减数分裂形成卵细胞时，两条X同源染色体彼此分开，所以儿子的X染色体来自于(GATA)11的X染色体和(GATA)13的X染色体的概率各占1/2。,32014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(),A,D,C,B,图6-1819,解析由碱基互补配对原则可知，不同双链DNA分子中，一条单链中(AT)/(GC)的值与DNA分子双链中(AT)/(GC)的值总是相等；一条单链中(AC)/(TG)的值是不确定的，而DNA分子双链中(AC)/(TG)的值都为1，故C项正确。,答案C,42016全国卷在有关DNA分子的研究中，常用32P来标记DNA分子。用、和表示ATP或dATP(d表示脱氧)上三个磷酸基团所处的位置(APPP或dAPPP)。回答下列问题：(1)某种酶可以催化ATP的一个磷酸基团转移到DNA末端上，同时生产ADP。若要用该酶把32P标记到DNA末端上，那么带有32P的磷酸基团应在ATP的_(填“”“”或“”)位上。(2)若用带有32P的dATP作为DNA生物合成的原料，将32P标记到新合成的DNA分子上，则带有32P的磷酸基团应在dATP的_(填“”“”或“”)位上。(3)将一个某种噬菌体DNA分子的两条链用32P进行标记，并使其感染大肠杆菌，在不含有32P的培养基中培养一段时间。若得到的所有噬菌体双链DNA分子都装配成噬菌体(n个)并释放，则其中含有32P的噬菌体所占比例为2/n，原因是_。,解析本题考查ATP的水解及其与DNA在结构上的联系和DNA的半保留复制等相关知识，主要考查学生的灵活应用能力。(1)ATP中远离腺苷(A)的高能磷酸键容易断裂，产生ADP和一个磷酸基团。(2)DNA的基本组成单位为脱氧核苷酸，即dATP脱去两个磷酸基团，产生的脱氧核苷酸可用于合成DNA，所以32P标记的磷酸基团应在dATP的位上。(3)由于DNA分子是半保留复制，亲代DNA的两条含32P的单链分别进入两个子代DNA分子中，所以n个噬菌体中只有2个带有标记。,答案(1)(2)(3)一个含有32P标记的噬菌体双链DNA分子经半保留复制后，标记的两条单链只能分配到两个噬菌体的双链DNA分子中，因此在得到的n个噬菌体中只有2个带有标记,1关于DNA分子结构与复制的叙述，正确的是()ADNA分子中含有四种核糖核苷酸B在双链DNA分子中A/T的值不等于G/C的值CDNA复制不仅需要以氨基酸为原料，还需要ATP供能DDNA复制不仅发生在细胞核中，也发生于线粒体、叶绿体中,解析DDNA分子的基本单位是脱氧核苷酸而不是核糖核苷酸；DNA复制不需要以氨基酸为原料，而需要以脱氧核苷酸为原料。在双链DNA分子中A/TG/C1。,2某高等生物体细胞内的染色体数是8条，若染色体中的DNA全部用3H标记，将该体细胞放入普通的培养液中连续培养2代，在第二次有丝分裂中期，每个细胞中被标记的染色体数为()A2条B4条C8条D16条,解析C根据DNA分子半保留复制的特点，在第二次有丝分裂中期，细胞中每条染色体包括两条姐妹染色单体，其中一条染色单体上含有同位素标记，另一条上没有。,3在一对等位基因中，一定相同的是()A氢键数目B碱基数目C遗传信息D基本骨架,解析D等位基因是通过基因突变形成的，一对等位基因中碱基对的数目和排列次序可能不同，氢键数目也可能不相同，所携带遗传信息不同A、B、C项错误。等位基因都是有遗传效应的DNA片段，都以磷酸、脱氧核糖交替排列形成基本骨架，D项正确。,4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，在第二次细胞分裂完成后每个细胞中被32P标记的染色体条数是()A0条B20条C大于0条小于20条D以上都有可能,解析D第一次细胞分裂完成后形成的细胞中，DNA双链均是一条链含有32P，另一条链不含32P，第二次细胞分裂的间期，染色体复制后每条染色体上都是一条染色单体含3