新高考生物苏教版一轮学案-第18讲 DNA的结构复制及基因的本质

第18讲DNA的结构、复制及基因的本质

［新高考复习目标］

1.生命观念：通过掌握DNA分子的结构和功能，理解生命的延续和发展。

2.科学思维：通过DNA分子中的碱基数量和DNA复制的计算规律，培养归纳与概括、

逻辑分析和计算能力。

3.科学探究：通过DNA复制方式的探究，培养实验设计及结果分析的能力。

授课提示：对应学生用书第136页

考点一DNA分子的结构及相关计算

1.DNA分子的结构

（DDNA双螺旋模型构建者：沃森和克里克。

（2）图解DNA分子结构

2.DNA分子结构特点

（1）多样性:若DNA含有n个碱基对，则其可能有4“种碱基对排列顺序。

（2）特异性：每个DNA分子都有其特定的碱基对排列顺序。

（3）稳定性:两条主链磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变，碱基对配对方式不变等。

教材必修2P49"思考与讨论”：说出资料中涉及的科学知识与方法。

提示：主要涉及物理学（主要是晶体学）、生物化学、数学和分子生物学等学科的知识。涉

及的方法主要有：X射线衍射结构分析方法，其中包括数学计算法、建构模型的方法等。

1.DNA分子一条链上的相邻碱基通过磷酸一脱氧核糖一磷酸相连。（X）

2.喋吟碱基与喀咤碱基的结合保证了DNA分子空间结构的相对稳定。（J）

3.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。（X）

4.含有G、C碱基对比较多的DNA分子热稳定性较差。（X）

5.DNA分子的多样性和特异性主要与它的空间结构密切相关。（X）

1.“三看法”判断DNA分子结构的正误g殖J

2.理清DNA分子结构中两种关系与两类化学键皿观创

每个DNA分子片段中，游离的磷酸

一基团有2个

[a\

⑴A—T碱基对之间有2个氢键，G—C碱

国一基对之间有3个氢键

一脱氧核糖数=磷酸数=含氮碱基数

单链中相邻碱基通过“脱氧核糖

⑵—磷酸一脱氧核糖”连接

[11]—互补链中相邻碱基通过纸键相连

西氢键：连接互补链中相邻碱基的化学键

(3)学一磷酸二酯键：连接单链中相邻两个脱氧

图1一核甘酸的化学键

3.DNA分子中碱基数量的计算规律科学

(1)碱基互补配对原则

A-■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，A=T、C=G,则A+G=C+T,即喋吟碱基总数等

于喀咤碱基总数。

②规律二：在双链DNA分子中，互补的两碱基之和(如A+T或C+G)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。

A+CA

③规律三：在DNA双链中，一条单链的〒♦的值与其互补单链的祟景的值互为倒数

关系。但在整个DNA分子中该比值等于1。

A4-TA-|-T

④规律四：在DNA双链中，一条单链的若：的值，与该互补链的笠。的值是相等的，

Qj-rCG十C

与整个DNA分子中的的值是相等的。

根据DNA分子结构图回答下列问题：

［设计意图：考查生命观念和科学思维］

(1)每个DNA片段中由_______________________组成，三者之间的数量关系为,

含个游离的磷酸基团。

(2)DNA分子中碱基对之间的化学键，可用断裂，也可断裂，磷酸二酯

键用处理可切割，用处理可连接。

(3)DNA分子中若碱基对数为小则氢键数为,若〃个碱基对中，A有机个，则

氢键数为.

提示：⑴磷酸、月蹿核糖、含氮碱基1：1：12

(2)解旋酶加热限制酶DNA连接酶

(3)2〃~3〃3〃-m

命题点1DNA分子结构的判断与分析

I.如图为一个DNA分子片段的结构示意图，搭建一个DNA分子模型正确的顺序是()

①多核甘酸双链②1条多核昔酸链③脱氧核甘酸④双螺旋结构

A.①@④③B.③②①④

C.③④②①D.④①②③

解析：通过DNA分子双螺旋结构构建过程可知，首先将脱氧核糖、磷酸、碱基连接起来,

形成脱氧核昔酸；其次将单个脱氧核糖核甘酸连接起来形成1条多核昔酸链，然后再将两条

脱氧核苦酸链连接起来，最后两条脱氧核昔酸链形成双螺旋结构，即③②①④。

答案：B

2.如图为核甘酸链结构图，下列叙述错误的是()

A.能构成一个完整核甘酸的是图中的a和b

B.图中与每个五碳糖直接相连的碱基有1个

C.各核甘酸之间是通过化学键③连接起来的

D.若该链为脱氧核甘酸链，从碱基组成上看，缺少的碱基是T

解析：核苜酸由1分子磷酸、1分子五碳糖和1分子碱基组成，b中磷酸与脱氧核苗不属

于一个核甘酸分子；由题图可知，每个五碳糖都只与1个碱基直接相连；核苗酸之间通过磷

酸二酯键相连形成核甘酸链，即图中③；脱氧核糖核苗酸根据碱基不同分为腺瞟吟脱氧核首

酸、鸟瞟畛脱氧核苗酸、胞喀咤脱氧核甘酸、胸腺嚏陡脱氧核甘酸，因此若该链为脱氧核首

酸链，从碱基组成上看，缺少的是胸腺口密咤即碱基1

答案：A

(l)DNA分子的多样性的原因是什么？

提示：不同DNA分子中碱基排列顺序是千变万化的。

(2)DNA分子的结构具有稳定性的原因是什么？

提示：夕的脱氧核糖和磷酸交替排列的方式稳定不变，内侧碱基配对方式稳定不变。

命题点2DNA分子结构的相关计算

3.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()

A.32.9%,17.1%

B.31.3%,18.7%

C.18.7%,31.3%

D.17.1%,32.9%

解析：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%。

答案：B

4.某双链DNA分子中含有200个碱基，一条链上A:T：G：C=1：2：3：4,贝ij该DNA

分子（）

A.四种含氮碱基A：T：G：C=4：4：7：7

B.若该DNA中A为p个，占全部碱基的（帆＞2”），则G的个数为pn?/2”一p

C.碱基排列方式共有4200种

D.含有4个游离的磷酸基团

解析：该DNA分子中A：T：G：C=3：3：7：7；若该DNA分子中A为p个，其占全

部碱基的n/m,则全部碱基数为pm/n,所以G的个数为（/〃〃/〃-2P）+2,即pm/2n-p；对于某

种特定的DNA分子其碱基的排列方式是特定的，只有一种；一个DNA分子含有2个游离的

磷酸基团。

答案：B

［技法提炼］

解答有关碱基计算题的“三步曲”

考点二DNA分子的复制及基因的概念

1.DNA的复制

2.染色体、DNA、基因和脱氧核甘酸的关系

1.教材必修2P53“侧栏思考题”：如何在实验中区分亲代与子代的DNA分子？

提示：本实验是根据半保留复制原理和DNA密度的变化来设计的。在本实验中根据试管

中DNA带所在的位置就可以区分亲代与子代的DNA了。

2.教材必修2P56“相关信息”：如何理解遗传物质是信息分子？

提示：量子物理学奠基人薛定涔认为遗传是遗传信息的复制、传递与表达，遗传物质是

一种信息分子。

1.单个脱氧核甘酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链。（X）

2.DNA复制时，严格遵循A—U、C—G的碱基互补配对原则。（X）

3.DNA分子复制时解旋酶与DNA聚合酶不能同时发挥作用。（X）

4.植物细胞的线粒体和叶绿体中均可发生DNA的复制。（J）

5.DNA分子中每一个片段都是一个基因。（X）

1.DNA分子复制特点及子代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)由新链构建而成。

(2)2个子代DNA位置：当1个DNA分子复制形成2个新DNA分子后，这2个子代DNA

恰位于两条姐妹染色单体上，且由着丝点连在一起。(如图所示)

(3)子代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，两条姐妹

染色单体分开，分别移向细胞两极，此时子代DNA随染色单体分开而分开。

2.“图解法”分析DNA复制过程中的数量关系凝我醺

DNA分子的复制为半保留复制，一个DNA分子复制〃次，则有：

(l)DNA分子数

①子代DNA分子数=2”个；

②含有亲代DNA链的子代DNA分子数=2个；

③不含亲代DNA链的子代DNA分子数=⑵，一2)个。

(2)脱氧核昔酸链数

①子代DNA分子中脱氧核昔酸链数=Z，+i条；

②亲代脱氧核甘酸链数=2条；

③新合成的脱氧核昔酸链数=(2.+1—2)条。

(3)消耗的脱氧核甘酸数

①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核甘酸m个，经过n次复制需要消耗该脱氧核苜酸数

为WX(2，L1)个；

②一个DNA分子复制〃次后，得到的DNA分子数为2”个，复制("一1)次后得到的DNA

分子数为2«-＞个。第"次复制增加的DNA分子数为2”一2«7=2，1(个)，需要含该碱基的脱氧

核昔酸数为〃「2，，I个。

1.如图是DNA复制的有关图示，A-BfC表示大肠杆菌的DNA复制。D-G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：

［设计意图：考查生命观念与科学思维］

(1)若A中含48502个碱基对，而子链延伸速度是105个碱基对/min,则此DNA分子复制

完成约需30s。而实际上只需约16s。根据A-C图分析，是什么原因？

提示：复制是双向进行的。

(2)哺乳动物的DNA分子展开可达2m之长，若按A-C的方式复制，至少8h,而实际上

约6h左右。据DfG图分析，是什么原因？

提示：从多个起始点同时进行复制。

(3)图C与图A相同，图G与图D相同，C、G能被如此准确地复制出来，原因是什么？

提示：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原

则保证了复制的精确性。

2.通常DNA分子复制从一个复制起始点开始，有单向复制和双向复制，如图所示：

［设计意图：考查科学思维与科学探究］

放射性越高的3H-胸腺喀咤脱氧核糖核甘（3H-脱氧胸背），在放射自显影技术的图像上，感

光还原的银颗粒密度越高.请利用放射性自显影技术、低放射性3H-脱氧胸昔和高放射性3H-

脱氧胸昔，设计实验以确定大肠杆菌DNA复制的方向，简要写出：（1）实验思路；（2）预测实

验结果和结论。

提示：⑴实验思路：复制开始时，首先用含低放射性3H-脱氧胸昔培养基培养大肠杆菌，

一段时间后转移到含有高放射性田-月兑氧胸苗的培养基中继续培养，用放射自显影技术观察复

制起点和复制起点两侧银颗粒密度情况。

（2）预测实验结果和结论：若复制起点处银颗粒密度低，一侧银颗粒密度高，则DNA分子

复制为单向复制；若复制起点处银颗粒密度低，复制起点的两侧银颗粒密度高，则DNA分子

复制为双向复制。

命题点1以DNA复制为依托考查理解与信息获取能力

1.如图所示为某DNA复制过程的部分图解，其中rep蛋白具有解旋的功能。下列相关叙

述错误的是（）

A.rep蛋白可破坏A与C、T与G之间形成的氢键

B.DNA结合蛋白可能具有防止DNA单链重新形成双链的作用

C.DNA复制具有边解旋边复制和半保留复制的特点

D.随从链之间的缺口需要DNA连接酶将其补齐

解析：rep蛋白具有解旋功能，破坏的是A与T、G与C之间的氢键；从题图中可看出有

了DNA结合蛋白后，碱基对之间不能再形成氢键，可以防止DNA单链重新形成双链；DNA

连接酶可以将随从链之间的缺口通过磷酸二酯键连接，从而形成完整的单链。

答案：A

2.大肠杆菌拟核DNA是环状DNA分子。将无放射性标记的大肠杆菌，置于含3H标记

的dTTP的培养液中培养，使新合成的DNA链中的脱氧胸背均被3H标记。在第二次复制未

完成时将DNA复制阻断，结果如图所示。

下列对此实验的理解错误的是（）

A.DNA复制过程中，双链会局部解旋

B.I所示的DNA链被3H标记

C.双链DNA复制仅以一条链作为模板

D.DNA复制方式是半保留复制

解析:DNA复制过程中，边解旋边复制，A正确；】所示的DNA链是在含3H标记的dTTP

的培养液中复制形成的，所以均被3H标记，B正确；双链DNA复制以两条母链作为模板，

分别合成与母链互补的两条子链，C错误；DNA复制方式是半保留复制，每个新合成的DNA

分子都保留一条母链，D正确。

答案：C

说出DNA半保留复制的主要意义。

提示：保持亲代细胞和子代细胞遗传信息的连续性。

命题点2DNA分子复制过程的有关计算

3.用isN标记含有100个碱基对的DNA分子（其中有腺嗯吟60个）,该DNA分子在含MN

的培养基中连续复制4次。下列有关判断错误的是（）

A.含有15N的DNA分子有两个

B.含有”N的DNA分子占总数的7/8

C.第4次复制消耗胞喀噬脱氧核昔酸320个

D.复制共产生16个DNA分子

解析：由于DNA分子的复制是半保留复制，亲代DNA分子的两条链始终存在于子代的

两个DNA分子中，因此含有15N的DNA分子有两个；该DNA分子是在含"N的培养基中复

制的，新形成的子链均含有HN,故所有DNA分子都含MN；根据碱基互补配对原则，DNA

分子含有100个碱基对，其中腺瞟吟有60个，则胞口密碇有40个，第4次复制需消耗胞喀咤

脱氧核昔酸数=24一1X40=320（个）；1个DNA分子经过4次复制，共产生DNA分子数=24

=16（个）。

答案：B

4.具有A个碱基对的DNA分子片段，含有机个腺喋吟，该片段完成〃次复制需要多少

个游离的鸟喋吟脱氧核甘酸（）

A.2〃（A—m）B.（2/1—l）（A~fn）

C.（2fi—l）（A/2—/n）D.2〃（A/2一m）

解析：DNA分子片段中含有4个碱基对，其中含有m个腺瞟吟,因为在DNA分子中瞟

岭数等于嚏咤数等于碱基总数的一半，故该片段中鸟瞟吟脱氧核苦酸的数目为A-m,完成n

次复制形成DNA的数目为2“个，去掉模板DNA,实际该过程中新合成的DNA数目为2„-1

个，则该复制过程需要游离的鸟瞟吟脱氧核甘酸的数目为(2“-1)X(A-⑺个，即B正确。

答案：B

命题点3DNA分子复制有关的实验探究

5.白斑综合征病毒严重危害对虾养殖业，该病毒经由吸附蛋白与细胞膜上受体蛋白的特

异性结合而入侵宿主细胞。科研人员通过引入5-滨尿喀咤(5-BU)诱变剂提高对虾抗病能力。

5-BU能产生两种互变异构体，一种是普通的酮式，一种是较为稀有的烯醇式。酮式可与A互

补配对，烯醇式可与G互补配对。下列叙述正确的是()

A.5-BU处理组对虾体细胞中的碱基数目会明显减少

B.5-BU处理组对虾体细胞DNA中(A+T)/(C+G)比值可能发生变化

C.5-BU诱变剂是通过干扰吸附蛋白基因表达来阻断病毒的吸附

D.宜选用健壮的成体对虾作为实验材料进行诱变实验

解析：根据题干信息，利用5-BU处理对虾体细胞，酮式可与A互补配对，代替T作为

原料，烯醇式可与G互补配对，代替C作为原料，因此细胞中的碱基数目不变，但是由于5-BU

能产生两种互变异构体参与比例未知，因此(A+T)/(C+G)的比值可能改变，A错误，B正确；

5-BU诱变剂是通过干扰对虾体细胞内DNA的复制诱导基因突变，使得对虾细胞膜上的受体

蛋白结构改变，来阻断病毒的吸附，C错误；5-BU诱变剂是通过干扰对虾体细胞内DNA的

复制诱导基因突变，因此宜选用幼体对虾作为实验材料进行诱变实验，D错误。

答案：B

6.DNA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？用下面设计实验来证明D