DNA的结构、复制和基因的本质【知识专讲精研】 高考生物一轮复习 （新高考专用）

第17讲DNA的结构、复制和基因的本质第六单元基因的本质和表达课标要求1.概述DNA由四种脱氧核苷酸构成，通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构，碱基的排列顺序编码了遗传信息2.概述DNA通过半保留方式进行复制3.概述多数生物的基因是DNA的功能片段，有些病毒的基因在RNA分子上

新旧内容比较内容要求1.概述DNA分子的结构及主要特点2.概述DNA分子通过半保留方式进行复制3.概述基因的概念与旧教材对比增:①DNA的结构模式图中标明了五碳糖的碳原子位数及DNA两条链的方向；②DNA全保留复制的观点。改:①DNA半保留复制的实验证据不再是选学内容；②基因的概念。删:

小鼠肥胖与基因相关的实例。考点一

DNA双螺旋结构模型的构建1.模型构建者1953年，美国生物学家沃森和英国物理学家克里克。2.模型构建过程DNA是以4种

为单位连接而成的长链,这4种脱氧核苷酸分别含有

4种碱基脱氧核苷酸A、T、G、C威尔金斯和富兰克林获得了DNAX射线的衍射图谱双螺旋和三螺旋结构模型构建模型1否定(碱基位于螺旋的外部,骨架在内部)双螺旋结构模型(磷酸—脱氧核糖骨架在外部,碱基在内部，且相同碱基进行配对)构建模型2否定查哥夫提出DNA分子碱基数量关系:

。A=T,G=C双螺旋结构模型(A与T配对,G与C配对,DNA分子稳定)构建模型3

1962年，沃森、克里克和威尔金斯三人因这一研究成果共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。左一:威尔金斯左三:

克里克左五:

沃森【检测】(2020·广东卷)DNA双螺旋结构模型的提出是二十世纪自然科学的伟大成就之一。下列研究成果中，为该模型构建提供主要依据的是(

)①赫尔希和蔡斯证明DNA是遗传物质的实验②富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱③查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等④沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制A.①② B.②③

C.③④

D.①④B考点二

DNA的结构1.DNA双螺旋模型构建者:

。2.DNA双螺旋结构的形成沃森和克里克脱氧核糖胸腺嘧啶23(2)DNA分子中

交替排列在

侧，构成基本骨架，

排列在内侧。(3)DNA分子两条链上的碱基通过

连成碱基对，并遵循碱基互补配对原则。(1)DNA分子由

条链组成，它们按

方式盘旋成

结构。(规则的_______结构)由4种脱氧核苷酸聚合而成的2条脱氧核苷酸链构成磷酸、脱氧核糖外反向平行

碱基

两双螺旋空间结构3.平面结构双螺旋

氢键

5'3'5'3'5'3'5'3'4.DNA的方向性(1)脱氧核糖上与________相连的碳称作1′C，与____________相连的碳称作5′C。(2)DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，这一端称作5′端，另一端有一个羟基(—OH)，称作3′端。(3)DNA的两条单链走向________，从双链的一端起始，一条单链是从5′端到3′端的，另一条单链则是从3′端到5′端的。碱基磷酸基团相反5.图解各部分的含义:①磷酸基团:

DNA分子中（除两端外）绝大多数脱氧核糖都连接

个磷酸基团,分别在3号和5号碳原子上；1个DNA分子中只有

个游离的磷酸基团。②磷酸二酯键:

两个脱氧核苷酸相连的化学键。可用

切断,可用

或

连接。③在DNA双链中相邻的碱基通过

连接，而在DNA单链中相邻的碱基通过

连接。22氢键脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖5'3'5'3'限制酶DNA连接酶DNA聚合酶④氢键:配对的碱基之间通过氢键相连,可用

酶断裂,也可用

断裂。碱基A和T之间有

个氢键,G和C之间有

个氢键。如:假设DNA分子中有n个碱基对，其中A有m个，则DNA分子中有氢键数为

个。解旋高温233n-m⑤DNA的初步水解的产物是

，彻底水解产物是

。DNA分子的热稳定性与氢键数目或(G＋C)%的关系？脱氧核苷酸磷酸、脱氧核糖和含氮碱基呈正相关⑦脱氧核苷酸链:两条反向平行的脱氧核苷酸链盘绕成双螺旋结构,组成DNA。⑧DNA的内侧:由碱基对按不同的顺序排列而成,决定了DNA的

和

。⑨DNA的外侧:由

连接而成,构成了DNA的基本骨架。脱氧核糖和磷酸交替特异性6.DNA分子结构特点(1)

性:具n个碱基对的DNA具有

种碱基对排列顺序。(2)

性:如每种DNA分子都有其

。(3)

性:如两条主链磷酸与脱氧核糖交替连接的顺序不变，碱基对构成方式不变等。多样特异稳定多样性4n特定的碱基对排列顺序(必2P59)【检测】下图表示DNA分子结构的片段，下列叙述错误的是(

)A.②③交替连接构成DNA分子的基本骨架，

使其具有较强的特异性B.正常情况下，该DNA分子中的嘌呤数与

嘧啶数相等C.该片段中共包含了4种脱氧核苷酸，4种碱基D.若该DNA分子中G、C碱基对的比例较高，

则热稳定性较高ADNA分子中特定的碱基排列顺序使其具有较强的特异性考点三

DNA分子结构的相关计算三步解决DNA分子中有关碱基比例计算第一步: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例。第二步:画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基。第三步:根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。碱基互补配对及相关计算规律①基本规则(碱基互补配对)②推理1:③推理2:A1=T2，T1=A2，G1=C2，C1=G2A=T，G=C

DNA双链中任意两个不互补碱基之和相等,并占碱基总数的50%DNA两条链间不互补碱基和之比互为倒数

④推理3:⑤推理4:两条链中互补碱基之和与两条链碱基总数之比，与任意一条链的这种比值相等某碱基占双链DNA碱基总数的比例等于相应碱基占相应单链比值和的一半

【检测】(2015年山东高考题)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()ABCD

【检测】(2015年山东高考题)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()CABCD21【检测】一个DNA分子的一条链上，腺嘌呤与鸟嘌呤数目之比为2:1，两者之和占DNA分子碱基总数的24%，则该DNA分子的另一条链上，胸腺嘧啶占该链碱基数目的()A.32%B.24% C.14%D.28%A解析:已知DNA分子的一条链上，A∶G＝2∶1，且A＋G之和占DNA分子碱基总数的24%，依据碱基互补配对原则，该链的碱基总数占DNA分子碱基总数的1/2，所以该链中A＋G之和占该链碱基总数的48%，从而推出该链中A占该链碱基总数的32%，另一条链上的T和该链中的A相等，即另一条链上的胸腺嘧啶占该链碱基总数目的32%。综上所述，A项正确。

【检测】在搭建DNA分子模型的实验中，若有4种碱基塑料片共20个，其中4个C，6个G，3个A，7个T，脱氧核糖和磷酸之间的连接物14个，脱氧核糖塑料片40个，磷酸塑料片100个，代表氢键的连接物若干，脱氧核糖和碱基之间的连接物若干，则下列叙述正确的是()

A.能搭建出20个脱氧核苷酸B.所搭建的DNA分子片段最长为7碱基对C.能搭建出410种不同的DNA分子模型D.能搭建出一个4碱基对的DNA分子片段D小于44种考点三

DNA的复制1.对DNA复制的推测(1)沃森和克里克的半保留复制假说氢键碱基互补配对氢键(2)遗传物质自我复制的其他假说全保留复制是指DNA复制以__________为模板,子代DNA的双链都是新合成的。DNA双链半保留复制2.DNA半保留复制的实验证据(1)实验者:美国生物学家__________和__________。(2)研究方法:(3)实验材料:(4)实验技术:(5)实验原理:梅塞尔森斯塔尔假说—演绎法大肠杆菌同位素标记法和密度梯度离心法含15N的双链DNA密度大，含14N的双链DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度居中。轻带中带重带(6)DNA复制方式的探究①若为半保留复制，离心后的DNA分布位置如下:(6)DNA复制方式的探究②若为全保留复制，离心后的DNA分布位置如下:(6)DNA复制方式的探究③若为分散复制，离心后的DNA分布位置如下:(7)实验验证实验结果与半保留推理结果相同。(8)得出结论:DNA复制方式为半保留复制。如果子代Ⅰ只有一条中密度带，则可以排除全保留复制，但不能肯定是半保留复制或分散复制。如果子代Ⅰ只有一条中密度带，再继续做子代ⅡDNA密度鉴定若子代Ⅱ可以分出一条中密度带和一条轻密度带，则可以排除分散复制，同时肯定半保留复制；如果子代Ⅱ不能分出中、轻密度两条带，则排除半保留复制，同时确定为分散复制。探究DNA的复制方式【检测】早期，科学家对DNA分子复制方式的预测如图甲所示。1958年，科学家以大肠杆菌为实验材料，设计了一个巧妙的实验（如图乙所示），试管②③④⑤是模拟实验中可能出现的结果。下列相关叙述正确的是()甲乙A.图乙实验运用的主要技术包括荧光标记和密度梯度离心B.图乙中Ⅰ的目的是标记DNA,至少需要60min才会出现试管④的结果C.若培养30min后离心得到试管③的结果，则可以确定DNA复制的方式是半保留复制D.若为全保留复制，则复制n代后15N/15N-DNA所占比例为1/2n，离心呈现结果②同位素标记和密度梯度离心若培养30min后离心得到试管③的结果，则可以排除DNA复制的方式是全保留，但还不能确定DNA复制的方式是分散复制还是半保留复制若为全保留复制，则复制n代后只有1个15N/15N-DNA，其余全为14N/14N-DNA，故15N/15N-DNA所占比例为1/2n，离心呈现结果为最上边和最下边两种条带，不是结果②，D错误。B间期减数第一次分裂前细胞核3.DNA复制的过程(1)概念、时间、场所、实质(2)过程能量解旋两条螺旋的双链脱氧核苷酸DNA聚合酶双螺旋结构②半保留复制①边解旋边复制③多起点双向复制①模板:②原料:

③能量:

④酶:⑤一对引物:小结:细胞内DNA分子复制的条件:(3)复制特点:亲代DNA的两条母链游离的4种脱氧核苷酸ATP解旋酶,DNA聚合酶,DNA连接酶等RNA片段一个复制泡代表一个起点，多个复制泡说明DNA复制有多个起点。(4)方式:

。(5)结果:(6)意义:将

从亲代传给子代，保持了

的连续性。半保留复制遗传信息遗传信息形成两个完全相同的DNA分子。(7)DNA能精确复制原因:①独特的_______________提供模板②_______________原则双螺旋结构碱基互补配对考点四

DNA复制的相关计算(1)子代DNA分子数为

个。①含有亲代链的DNA分子数为

个。②不含亲代链的DNA分子数为

个。③含子代链的DNA有

个。(2)子代脱氧核苷酸链数为

条。①亲代脱氧核苷酸链数为

条。②新合成的脱氧核苷酸链数为

条。DNA复制为半保留复制,若将一个亲代DNA分子复制n代,则:22n-22n22n+1-2①②①③2n2n+1(3)DNA复制时消耗脱氧核苷酸数的计算方法运用DNA分子的半保留复制特点解决消耗某种脱氧核苷酸数量的问题时,

应注意亲代DNA分子的两条链被保留下来,不需消耗原料。具体计算方法归纳如下:①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

个②第n次复制所需该脱氧核苷酸数为

个m·(2n-1)m·2n-1【高考警示】DNA分子复制计算问题的提醒将含有15N的1个DNA分子放在含有14N的培养基中培养,复制n次。

(1)做题时看准是“含”,还是“只含”含14N的DNA分子有

个,只含14N的DNA分子有

个。

(2)做题时应看准是“DNA分子数”,还是“链数”子代DNA分子中,总链数为

条。模板链始终是

条。2n2n-22n×2=2n+12【检测】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四次。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.消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个

D.产生了16个DNA分子Bm·(2n-1)m·2n-1考点五

细胞分裂过程中的染色体和DNA标记问题1.有丝分裂过程中染色体标记情况分析(1)过程图解(以一条染色体为例)

复制一次(母链标记,培养液不含标记同位素):转至不含放射性培养液中再培养一个细胞周期: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。(2)规律总结:2.减数分裂过程中染色体标记情况分析(1)过程图解:减数分裂(以一对同源染色体为例),如下图(母链标记,培养液不含标记同位素):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。(2)规律总结:【检测】小鼠的睾丸中一个精原细胞在含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，其染色体的放射性标记分布情况是()A.初级精母细胞中每条染色体的两条单体都被标记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.产生的四个精细胞中的全部染色体，被标记数与未被标记数相等D画两对同源染色体考点五

细胞分裂过程中的染色体和DNA标记问题A项:每条染色体中只有1条染色体单体被标记B项:后期着丝点分裂,单体分离,子染色体只有一半被标记C项:有2或3或4个细胞带上标记D项:细胞中的染色体一半有标记，一半没有标记考点六

基因通常是有遗传效应的DNA片段一个或两个许多有遗传效应线性许多脱氧核苷酸排列顺序1.染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系基因通常是具有遗传效应的DNA片段深挖教材1.生物体内DNA分子数与基因数的关系:生物体的DNA分子数_______基因数。生物体内所有基因的碱基总数_______DNA分子的碱基总数。这说明基因是DNA的片段,基因___________分布在DNA上的,而是由碱基序列将其分隔开的。小于小于不是连续DNA＝基因＋非基因片段生物越高等DNA中存在的非基因片段的比例越高。A.R基因中全部脱氧核苷酸序列都能编码蛋白质B.位于该染色体上的R、S、N、O基因互为非等位基因C.每个基因是由成百上千个核糖核苷酸组成的D.上述基因中有一个碱基对的替换必会引起生物性状的改变E.在DNA分子结构中，与脱氧核糖直接相连的一般是一个磷酸基团和一个碱基【检测】下