新2017版高考生物一轮复习 第五单元 遗传的分子基础 第19讲 DNA的分子结构和特点、遗传信息的传递讲义 浙科版

1、第19讲 DNA的分子结构和特点、遗传信息的传递 考试标准知识内容必考要求加试要求DNA的分子结构和特点(1)核酸分子的组成(2)DNA分子的结构和特点(3)活动：制作DNA双螺旋结构模型abbabb遗传信息的传递(1)DNA分子的复制(2)活动：探究DNA的复制过程b cb c考点一DNA分子的结构及相关计算1DNA分子的化学组成(1)基本组成元素：C、H、O、N、P。(2)基本单位2DNA分子的结构(1)主要特点两条脱氧核苷酸长链反向平行盘旋而成。脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，例如：遵循碱基互补配对原则(2)空间结构：

2、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。诊断与思考1判断下列叙述的正误(1)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()(2)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)双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的(×)(4)

3、嘌呤碱基与嘧啶碱基的结合保证了DNA分子空间结构的相对稳定()(5)DNA分子中两条脱氧核苷酸链之间的碱基一定是通过氢键连接的()(6)含有G、C碱基对比较多的DNA分子热稳定性较差(×)(7)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(×)2据图回答相关问题：(1)基本结构由磷酸、脱氧核糖、含氮碱基组成，三者之间的数量关系为111。磷酸：每个DNA片段中，游离的磷酸基团有2个。(2)水解产物DNA的初步水解产物是脱氧核苷酸，彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和含氮碱基。(3)DNA分子中存在的化学键氢键：碱基对之间的化学键，可用解旋酶断裂，也可加热断裂，A与T

4、之间有两个氢键，G与C之间有三个氢键。磷酸二酯键：磷酸和脱氧核糖之间的化学键，用限制性核酸内切酶处理可切断，用DNA连接酶处理可连接。(4)碱基对数与氢键数的关系若碱基对数为n，则氢键数为2n3n，若已知A有m个，则氢键数为3nm。3据图分析DNA分子结构中的碱基计算(1)在双链DNA分子中，互补碱基两两相等，AT，CG，AGCT，即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。(2)在双链DNA分子中，互补的两碱基之和(如AT或CG)占全部碱基的比例等于其任何一条单链中这两种碱基之和占该单链中碱基数的比例。(3)DNA分子一条链中(AG)/(CT)的比值的倒数等于互补链中该种碱基的比值，在整个DNA分子中该

5、比值等于1。(不配对的碱基之和的比值在两条单链中互为倒数)(4)DNA分子一条链中(AT)/(CG)的比值等于其互补链和整个DNA分子中该种比例的比值。(配对的碱基之和的比值在两条单链和双链中比值都相等)(5)不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值不同，即(AT)/(CG)的值不同。该比值体现了不同生物DNA分子的特异性。(6)若已知A占双链的比例为c%，则A1/单链的比例无法确定，但最大值可求出为2c%，最小值为0。题组一DNA分子的结构分析11953年Watson和Crick构建了DNA双螺旋结构模型，其重要意义在于()证明DNA是主要的遗传物质确定DNA是染色体的组成成分发现DN

6、A如何贮存遗传信息为DNA复制机制的阐明奠定基础ABCD答案D解析沃森和克里克提出的DNA双螺旋结构模型的特点是：(1)DNA分子由两条链组成，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构；(2)两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对有一定的规律：A一定与T配对，G一定与C配对。DNA中碱基对排列顺序可以千变万化，这为解释DNA如何贮存遗传信息提供了依据；一个DNA分子之所以能形成两个完全相同的DNA分子，其原因是DNA分子的双螺旋结构为复制提供了精确的模板，碱基互补配对原则保证复制精确完成，所以DNA双螺旋结构模型的构建为人们后来阐明DNA复制的机理奠定了基础。2如图表示一个DNA分子的

7、片段，下列有关表述正确的是()A代表的物质中贮存着遗传信息B不同生物的DNA分子中的种类无特异性C转录时该片段的两条链都可作为模板链DDNA分子中A与T碱基对含量越高，其结构越稳定答案B解析遗传信息蕴藏在4种脱氧核苷酸的排列顺序之中，单个核苷酸则不能贮存遗传信息，A项错误；不同生物的DNA均由4种脱氧核苷酸(包括)组成，B项正确；转录时以其中的一条链为模板，C项错误；由于CG碱基对含3个氢键，所以CG碱基对含量越高，DNA越稳定，D项错误。题组二DNA分子结构中的碱基计算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

8、中A为p个，占全部碱基的(m>2n)，则G的个数为pC碱基排列方式共有4200种D含有4个游离的磷酸答案B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，则碱基总数为个，则Gp；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下列是一组有关双链DNA分子中含氮碱基的问题，请回答：(1)若A占20%，则G占_。(2)若双链DNA中A占20%，且一条链中的A占20%，则此链中C所占比例的最大值是_。

9、(3)一条链中(AC)/(TG)0.4，互补链中的此值是_。(4)一条链中(AT)/(CG)0.4，互补链中的此值是_。(5)若A有P个，占全部碱基数的20%，则该DNA分子中的G有_个。答案(1)30%(2)60%(3)2.5(4)0.4(5)1.5P解析(1)由双链DNA分子的嘌呤碱基数占总碱基数的一半可知：AG50%，因而G占30%。(2)由双链DNA分子A占20%可知：该DNA分子中(AT)占40%，(CG)占60%，对任意一条链而言，某种碱基所占比例的最大值即该对碱基所占的比例，因而，C最多占该链的60%。(3)由双链DNA中，一条链中的(AC)/(TG)与另一条链中的该比值互为倒数

10、可知：其互补链中的(AC)/(TG)1/0.42.5。(4)由于双链DNA及任意一条链中的(AT)/(CG)为一定值，可知其互补链中的(AT)/(CG)0.4。(5)若A有P个，占全部碱基数的20%，则DNA分子的总碱基数为P/20%5P(个)，而由双链DNA分子的嘌呤碱基数占总碱基数的一半可知：G占总碱基数的50%20%30%，则G有5P×30%1.5P(个)。1把握DNA结构的3个常考点(1)2DNA分子中有关碱基比例计算的解题步骤解DNA分子中有关碱基比例计算的试题时要分三步进行：(1)搞清题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子碱基的比例，还是占DNA分子一条链上碱基的比

11、例。(2)画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知和所求的碱基。(3)根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。考点二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时间：有丝分裂的间期或减数第一次分裂前的间期。3过程4特点：边解旋边复制。5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：将遗传信息从亲代传给子代，保持了遗传信息的连续性。诊断与思考1判断下列叙述的正误(1)DNA复制遵循碱基互补配对原则，新合成的DNA分子中两条链均是新合成的(×)(2)DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制(×)(3)单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连

12、接合成新的子链(×)(4)DNA复制时，严格遵循AU、CG的碱基互补配对原则(×)2如图为真核细胞DNA复制过程的模式图，据图回答相关问题：(1)由图示得知，DNA分子复制的方式具有什么特点？提示半保留复制。(2)图示中的解旋酶和DNA聚合酶各有什么作用？提示前者使氢键打开，DNA双链发生解旋；后者催化形成新的子链。3DNA复制过程中的数量关系DNA复制为半保留复制，若将亲代DNA分子复制n代，其结构分析如下：(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分子数为2n个。(2)子代脱氧核苷酸链数为2n

13、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(2n12)条。(3)消耗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次复制所需该脱氧核苷酸数为m·2n1个。题组一DNA复制过程的分析1下图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解析从图中能看出有多个复制起点，但并不是同时开始，所以A错误。图中DNA分子复制是边解

14、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。这种半保留复制的模式不仅保持前后代的稳定性，同时每次复制都可产生两个DNA分子，提高了复制速率。2在DNA复制开始时，将大肠杆菌放在含低剂量3H标记的脱氧胸苷(3HdT)的培养基中，3HdT可掺入正在复制的DNA分子中，使其带有放射性标记。几分钟后，将大肠杆菌转移到含高剂量3HdT的培养基中培养一段时间。收集、裂解细胞，抽取其中的DNA进行放射性自显影检测，结果如图所示。据图可以作出的推测是()A复制起始区在高放射性区域BDNA复制为半保留复制CDNA复制从起始点向两个方向延伸DDNA复制方向为ac答案C解析根据放射

15、性自显影结果可知，中间低放射性区域是复制开始时在含低剂量3H标记的脱氧胸苷(3HdT)的培养基中进行复制的结果，A项错误；两侧高放射性区域是将大肠杆菌转移到含高剂量3HdT的培养基中进行复制的结果，因此可判断DNA复制从起始点(中间)向两个方向延伸，C项正确，D项错误；该实验不能证明DNA复制为半保留复制，B项错误。题组二DNA复制的相关计算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2

16、3答案A解析在14N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40个，复制过程中消耗A40×(241)600个，B项错误；每个DNA分子中嘌呤和嘧啶碱基互补配对，两者之比是11，D项错误。4假设一个双链均被32P标记的噬菌体DNA由5000个碱基对组成，其中腺嘌呤占全部碱基的20%。用这个噬菌体侵染只含31P的大肠杆菌，共释放出100个子代噬菌体。下列叙述正确的是()A该过程至少需要3×105个鸟嘌呤脱氧核苷酸B噬菌体增殖需要细

17、菌提供模板、原料和酶等C含32P与只含31P的子代噬菌体的比例为149D该DNA发生突变，其控制的性状即发生改变答案C解析由题干可得，噬菌体的DNA含有10000个碱基，那么AT2000，GC3000。在噬菌体增殖的过程中，DNA进行半保留复制，100个子代噬菌体含有100个DNA，相当于新合成了99个DNA，至少需要鸟嘌呤(G)脱氧核苷酸数为99×3000297000，A项错误；噬菌体增殖的过程中需要自身的DNA作为模板，而原料和酶由细菌提供，B项错误；根据半保留复制方式，在100个子代噬菌体的DNA中，同时含32P和31P的有2个，只含31P的有98个，C项正确；DNA发生突变，

18、控制的性状不一定改变，如AA突变为Aa或者发生密码子的简并性等，D项错误。题组三DNA复制与细胞分裂的关系5取小鼠睾丸中的一个精原细胞，在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续完成减数分裂过程。下列有关叙述正确的是()A初级精母细胞中每条染色体的两条染色单体都被标记B次级精母细胞中每条染色体都被标记C只有半数精细胞中有被标记的染色体D所有精细胞的全部染色体中，被标记的染色体数与未被标记的染色体数相等答案D解析一个精原细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期后，形成的子细胞中每条染色体的DNA分子中都只有一条单链被标记。将该

19、子细胞放在不含放射性标记的培养基中完成减数分裂过程中，初级精母细胞中每条染色体上只有一条染色单体被标记；在减数第二次分裂后期，次级精母细胞中只有一半染色体被标记；由于在减数第二次分裂后期着丝粒分裂后，被标记的染色体和未被标记的染色体进行随机结合后移向细胞两极，因此，含被标记的染色体的精细胞占全部精细胞的比例不能确定，但所有精细胞的全部染色体中有一半染色体是被标记的。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小于20条D以上都有可能答案D解析第一次细胞

20、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32P，一条染色单体不含32P，有丝分裂后期，姐妹染色单体分离，如果含32P的20条染色体同时移向细胞的一极，不含32P的20条染色体同时移向细胞的另一极，则产生的子细胞中被32P标记的染色体条数分别是20条和0条；如果移向细胞两极的20条染色体中既有含32P的，也有不含32P的，则形成的子细胞中被32P标记的染色体条数大于0小于20条。1将含有15N标记的1个DNA分子放在含有14N的培养基中培养，复制n次。(1)含14N的DNA分子有2n个，只含14N

21、的DNA分子有(2n2)个，做题时看准是“含”还是“只含”。(2)子代DNA分子中，总链数为2n×22n1条，模板链始终是2条，做题时应看准是“DNA分子数”，还是“链数”。2利用图示法理解细胞分裂与DNA复制的相互关系此类问题可通过构建模型图解答，如下图：这样来看，最后形成的4个子细胞有3种情况：第一种情况是4个细胞都是；第2种情况是2个细胞是，1个细胞是，1个细胞是；第3种情况是2个细胞是，另外2个细胞是。考点三(活动)探究DNA的复制过程1实验材料：大肠杆菌。2实验方法：放射性同位素标记技术和离心技术。3实验假设：DNA分子以半保留的方式复制。4实验过程：如图所示。(1)大肠杆

22、菌在含15N标记的NH4Cl培养基中增殖多代，使DNA双链充分被15N标记。(2)将15N标记的大肠杆菌转移到含14N的培养基中培养。(3)在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA(间隔的时间为大肠杆菌增殖一代所需的时间)。(4)将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA的位置。5实验预期：离心后应出现3种类型的DNA带。(1)重带(密度最大)：两条链都被15N标记的亲代双链DNA(15N/15N)。(2)中带(密度居中)：一条链被15N标记，另一条链被14N标记的子代双链DNA(15N/14N)。(3)轻带(密度最小)：两条子链都被14N标记的子代双链DNA(14N/14N)。6实验结果：与预

23、期的相符(如图)。(1)立即取出，提取DNA离心全部重带(15N/15N)。(2)增殖一代后取出，提取DNA离心全部中带(14N/15N)。(3)增殖两代后取出，提取DNA离心1/2轻带、1/2中带。7实验结论：DNA的复制是以半保留方式进行的。题组DNA复制方式的实验探究1DNA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(弥散)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)

24、。c将亲代15N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或分散复制(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从题目中的图示可知，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