第2讲　DNA的结构 DNA的复制 基因通常是有遗传效应的DNA片段

(本讲对应学生用书P136)第2讲DNA的结构DNA的复制基因通常是有遗传效应的DNA片段课标考情——知考向核心素养——提考能课标要求1.概述多数生物的基因是DNA分子的功能片段，有些病毒的基因在RNA上2.概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成的，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3.概述DNA分子通过半保留方式进行复制生命观念DNA的结构决定其功能科学思维制作DNA分子双螺旋结构模型阐明DNA复制过程科学探究探究DNA的半保留复制目录1自主学习·巩固基础2重难探究·素养达标3典题演练·破解高考课后提能演练4［自主学习］1.DNA双螺旋模型构建者：沃森和克里克DNA分子的结构2.DNA的分子组成C、H、O、N、P脱氧核苷酸磷酸脱氧核糖碱基A与T配对，C与G配对3.DNA分子的结构特点（1）

性：如n个碱基对构成的DNA具有4n种碱基对排列顺序。

（2）

性：如每个DNA分子都有其特定的碱基排列顺序。

（3）

性：如两条主链中磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变，碱基对构成方式不变等。

多样特异稳定［自主检测］1.深挖教材。沃森和克里克在构建模型过程中，利用他人的经验和成果有：①组成DNA分子的单位是

；DNA分子是由含

种碱基的____________________构成的；②英国科学家威尔金斯和富兰克林提供的

；③奥地利著名生物化学家

的研究成果：在DNA中，腺嘌呤（A）的量总是等于胸腺嘧啶（T）的量，鸟嘌呤（G）的量总是等于胞嘧啶（C）的量。

脱氧核苷酸4脱氧核苷酸长链DNA的X射线衍射图谱查哥夫2.热图导析：分析DNA分子结构图像。（1）图中④能表示胞嘧啶脱氧核苷酸吗？

。

（2）解旋酶作用于图中哪个部位？限制性内切核酸酶和DNA连接酶作用于图中哪个部位？

。

提示：不能。①表示的磷酸不属于胞嘧啶脱氧核苷酸提示：解旋酶作用于⑨，限制性内切核酸酶和DNA连接酶作用于⑩（3）DNA初步水解的产物和彻底水解的产物分别是什么？

。

（4）若某双链DNA分子含有200个碱基，一条链上A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4，则该DNA分子的碱基排列方式共有4100种，对吗？

。

提示：DNA初步水解的产物是4种脱氧核苷酸，DNA彻底水解的产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基提示：不对。具体到一个DNA分子且碱基比例固定，其中的碱基排列方式少于4100种［自主学习］DNA的复制间期间期半保留复制能量解旋两条螺旋的双链母链脱氧核苷酸DNA聚合酶碱基互补配对模板链双螺旋结构DNA分子的复制的“二、二、三、四”［自主检测］热图导析：分析DNA复制过程。（1）图示中的解旋酶和DNA聚合酶各有什么作用？

。

（2）蛙的红细胞和哺乳动物成熟的红细胞，是否都能进行图示过程呢？

。

提示：前者使氢键打开，DNA双链解旋；后者催化形成磷酸二酯键，从而形成新的子链提示：蛙的红细胞进行无丝分裂，可进行DNA的复制；哺乳动物成熟的红细胞无细胞核和各种细胞器，不能进行DNA的复制（3）如图所示DNA复制过程若发生在细胞核内，形成的两个子代DNA位置如何？其上面对应片段中基因是否相同？两个子代DNA将于何时分开？

。

提示：染色体复制后形成两条姐妹染色单体，刚复制产生的两个子代DNA分子分别位于两条姐妹染色单体上，由着丝粒相连；其对应片段所含基因在无基因突变等特殊变异情况下应完全相同；两个子代DNA分子将于有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝粒分裂时，随两条姐妹染色单体的分离而分开［自主学习］基因通常是有遗传效应的DNA片段遗传效应线

特定脱氧核苷酸序列 1个或2个多4［深度讲解］1.对DNA分子结构的解读DNA分子的结构及相关计算2.双链DNA分子中碱基的计算规律

［考向预测］（一）DNA分子的结构（素养目标：生命观念）1.如图表示双链DNA分子的结构，有关叙述正确的是（）A.①表示胸腺嘧啶脱氧核苷酸B.每个磷酸均连接着两个脱氧核糖C.DNA复制时，解旋酶断裂的是③处的化学键D.该片段中，碱基C和G的比例越大，该DNA热稳定性越高D【解析】①由一个脱氧核苷酸的脱氧核糖、胸腺嘧啶与另一个脱氧核苷酸的磷酸构成，不能表示胸腺嘧啶脱氧核苷酸，A错误；位于每条链首端的磷酸只连接着一个脱氧核糖，B错误；DNA复制时，解旋酶断裂的是②处的氢键，C错误。“三看法”判断DNA分子结构的正误（二）DNA分子中有关碱基含量的分析与计算

（素养目标：科学思维）2.某双链DNA分子中，一条单链中（A+T）/（C+G）=a，且（A+C）占该链的比例为b，则其互补链中（A+T）/（C+G）的值及（A+C）占该互补链的比例分别是（）A.a，b B.1/a，bC.1/a，1-b D.a，1-bD【解析】某双链DNA分子中，一条单链设为1链，其互补链设为2链。已知1链中（A1+T1）/（C1+G1）=a，根据碱基互补配对原则，A1=T2，C1=G2，T1=A2，G1=C2，故2链中（A2+T2）/（C2+G2）=（T1+A1）/（G1+C1）=a。

已知1链中（A1+C1）占1链的比例为b，由于T1=A2，G1=C2，故2链中（A2+C2）占2链的比例等于1链中（T1+G1）占1链的比例，即1-b。A、B、C错误，D正确。［深度讲解］1.DNA分子连续复制两次的图像及解读DNA分子的复制2.DNA分子复制的有关计算DNA分子复制为半保留复制，若将一个双链均被15N标记的DNA分子转移到含14N的培养基中复制n次，其结果分析如下：（1）子代DNA分子数：2n个。①无论复制多少次，含15N的DNA分子始终是2个。②含14N的DNA分子有2n个，只含14N的有（2n-2）个，解题时应看准是“含”还是“只含”。（2）子代DNA分子的总链数：2n×2=2n+1条。①无论复制多少次，含15N的链始终是2条。解题时应看准是“DNA分子数”还是“链数”。②含14N的链数是（2n+1-2）条。（3）消耗的脱氧核苷酸数。①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数为m×（2n-1）个。②若进行第n次复制，则需消耗游离的该脱氧核苷酸数为m×2n-1个。［考向预测］（一）DNA复制的过程、条件和特点（素养目标：生命观念）1.如图所示为DNA复制的较为详细的图解，据图分析，下列相关叙述错误的是

（）A.仅在解旋酶和DNA聚合酶的催化下，DNA复制不能顺利进行B.在DNA复制的过程中，可能会出现尿嘧啶与腺嘌呤互补配对的现象C.图示DNA复制的特点有边解旋边复制以及半保留复制等D.复制完成后，前导链和随后链所在单链碱基排列顺序相同D【解析】由图示信息可知，DNA复制需要拓扑异构酶Ⅱ、解旋酶、引物合成酶、聚合酶Ⅰ、聚合酶Ⅲ等多种酶的催化，A正确；在DNA复制过程中，RNA引物能与模板链互补形成杂交链，该杂交链中可能含有碱基对A—U，B正确；由图中信息可知，DNA复制的特点有边解旋边复制和半保留复制等，C正确；由图中信息可知，前导链和随后链都是新合成的子链，而两条子链上的碱基是互补的，D错误。（二）与DNA复制相关的碱基数量计算（素养目标：科学思维）2.某DNA分子片段中共含有2000个碱基，其中腺嘌呤占30%。现用15N标记的四种游离脱氧核苷酸为原料复制该DNA分子3次，将全部复制产物进行密度梯度离心，得到图甲结果；再将全部复制产物高温变性解旋为单链后，再进行密度梯度离心，得到图乙结果。下列叙述错误的是

（）B

A.第二次复制结束时，含14N的DNA单链占总单链数的1/4B.X层与Y层中DNA分子质量之比等于1∶3C.Y层中含15N标记的鸟嘌呤有2400个D.W层与Z层的核苷酸数之比是7∶1【解析】第二次复制结束时，一共有4个DNA分子，其中2个含有14N和15N，2个只含15N，因此含14N的DNA单链占总单链数的2/（4×2）=1/4，A正确；X层（2个DNA含有14N和15N）与Y层（6个DNA只含15N）中DNA分子质量比小于1∶3，B错误；1个DNA中鸟嘌呤G有2

000×（50%-30%）=400个，Y层（6个DNA只含15N）中含15N标记的鸟嘌呤有6×400=2

400个，C正确；W层（14个含有15N的DNA单链）与Z层（2个含有14N的DNA单链）的核苷酸数之比是14∶2=7∶1，D正确。

CA.上述实验依次采用了假说—演绎法、密度梯度离心法、放射性同位素标记法B.进行步骤①的主要目的是使醋酸杆菌DNA中的五碳糖几乎都被15N标记C.若醋酸杆菌的DNA复制方式是半保留复制，子一代则不会出现图2中乙所示结果D.若醋酸杆菌的DNA复制方式是分散复制，子一代则会出现图2中丁所示结果【解析】实验时，采用了假说-演绎法和放射性同位素标记法研究DNA的复制方式，随后用密度梯度离心技术，将相对分子质量不同的DNA分离开来，A错误；根据题意，步骤①在只含15N的培养液中培养醋酸杆菌若干代，提取DNA并离心，经过多代培养后使醋酸杆菌的DNA几乎都被15N标记，脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子的脱氧核糖和一分子的碱基构成，其中碱基中含有氮元素，因此15N存在于醋酸杆菌DNA的碱基中，B错误；亲代DNA为全重，即图2中的甲，若醋酸杆菌的DNA复制方式是半保留复制，则子一代细菌DNA离心后，试管中只出现1条中带，因此不会出现图2中乙所示结果，C正确；若醋酸杆菌的DNA复制方式是分散复制，则子一代细菌DNA离心后，试管中也只会出现1条中带，即图中的丙所示结果，D错误。

1.（2024年河北卷）某病毒具有蛋白质外壳，其遗传物质的碱基含量如表所示，下列叙述正确的是

（）A.该病毒复制合成的互补链中G+C含量为51.2%B.病毒的遗传物质可能会引起宿主DNA变异C.病毒增殖需要的蛋白质在自身核糖体合成D.病毒基因的遗传符合分离定律碱基种类ACGTU含量/%31.220.828.0020.0B

【解析】由表可知，该病毒遗传物质中含有U，不含T，即该病毒为RNA病毒，根据碱基互补配对原则可知，该病毒复制合成的互补链中G+C含量与原RNA中含量一致，为48.8%，A错误；逆转录病毒经逆转录得到的DNA可能整合到宿主细胞的DNA上，引起宿主DNA变异，B正确；病毒增殖需要的蛋白质在宿主细胞的核糖体上合成，C错误；进行有性生殖的真核生物的细胞核基因遗传才遵循基因的分离定律，病毒基因的遗传不符合分离定律，D错误。2.（2024年浙江卷）大肠杆菌在含有3H-脱氧核苷培养液中培养，3H-脱氧核苷掺入到新合成的DNA链中，经特殊方法显色，可观察到双链都掺入3H-脱氧核苷的DNA区段显深色，仅单链掺入的显浅色，未掺入的不显色。掺入培养中，大肠杆菌拟核DNA第2次复制时，局部示意图如图。DNA双链区段①、②、③对应的显色情况可能是

（）A.深色、浅色、浅色

B.浅色、深色、浅色C.浅色、浅色、深色

D.深色、浅色、深色B

【解析】大肠杆菌在含有3H-脱氧核苷培养液中培养，DNA的复制方式为半保留复制，大肠杆菌拟核

DNA

第1次复制后产生的子代DNA的两条链一条被3H标记，另一条未被标记，大肠杆菌拟核

DNA

第2

次复制时，以两条链中一条被3H标记，另一条未被标记的DNA分子为模板，结合题干显色情况，DNA

双链区段①为浅色，②中两条链均含有3H显深色，③中一条链含有3H一条链不含3H显浅色，B正确。3.（2023年山东卷）将一个双链DNA分子的一端固定于载玻片上，置于含有荧光标记的脱氧核苷酸的体系中进行复制。甲、乙和丙分别为复制过程中3个时间点的图像，①和②表示新合成的单链，①的5'端指向解旋方向，丙为复制结束时的图像。该DNA复制过程中可观察到单链延伸暂停现象，但延伸进行时2条链延伸速率相等。已知复制过程中严格遵守碱基互补配对原则，下列说法错误的是

（）A.据图分析，①和②延伸时均存在暂停现象B.甲时①中A、T之和与②中A、T之和可能相等C.丙时①中A、T之和与②中A、T之和一定相等D.②延伸方向为5'端至3'端，其模板链3'端指向解旋方向D【解析】甲时新合成的单链①比②短，乙时①比②长，因此可以说明①和②延伸时均存在暂停现象，A正确；①和②两条链中碱基是互补的，甲时新合成的单链①比②短，但②中多出的部分可能不含有A、T，因此①中A、T之和与②中A、T之和可能相等，B正确；①和②两条链中碱基是互补的，丙为复制结束时的图像，新合成的单链①与②等长，丙时①中A、T之和与②中A、T之和一定相等，C正确；①和②两条单链由一个双链DNA分子复制而来，其中一条母链合成子链①时的5'端指向解旋方向，那么另一条母链合成子链②时延伸方向为5'端至3'端，其模板链5'端指向解旋方向，D错误。4.（2022年广东卷）下列关于遗传学史上重要探究活动的叙述，错误的是

（）A.孟德尔用统计学方法分析实验结果发现了遗传规律B.摩尔根等基于性状与性别的关联证明基因在染色体上C.赫尔希和蔡斯用对比实验证明DNA是遗传物质D.沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式D

【解析】孟德尔用统计学方法分析杂合子自交子代的表型及比例，发现了遗传规律，A正确；摩尔根等基于果蝇眼色与性别的关联，证明了基因在染色体上，B正确；赫尔希和蔡斯分别用32P和35S标记T2噬菌体DNA和蛋白质，通过对比两组实验结果，证明了DNA是遗传物质，C正确；沃森和克里克用DNA衍射图谱得出了DNA的螺旋结构，D错误。5.（2022年广东卷）λ噬菌体的线性双链DNA两端各有一段单链序列。这种噬菌体在侵染大肠杆菌后其DNA会自连环化（如图），该线性分子两端能够相连的主要原因是

（）A.单链序列脱氧核苷酸数量相等B.分子骨架同为脱氧核糖与磷酸C.单链序列的碱基能够互补配对D.自连环化后两条单链方向相同C【解析】单链序列脱氧核苷酸数量相等、分子骨架同为脱氧核糖与磷酸交替连接，不能决定该线性DNA分子两端能够相连，A、B错误；据图可知，单链序列的碱基能够互补配对，决定该线性DNA分子两端能够相连，C正确；DNA的两条链是反向的，因此自连环化后两条单链方向相反，D错误。（本讲对应学生用书P365~367）A组基础巩固练1.在DNA分子的一条链中，连接两个相邻碱基A和T的化学结构是（）A.脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖B.核糖-磷酸-核糖C.磷酸-脱氧核糖-磷酸D.氢键A2.关于DNA分子结构的叙述错误的是（）A.脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架B.两条链上的碱基通过磷酸二酯键连接成碱基对C.两条脱氧核苷酸链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构D.某双链DNA分子片段含50个腺嘌呤，则同时含50个胸腺嘧啶B

【解析】DNA分子的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接形成的，A正确；DNA两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，B错误；DNA的2条脱氧核苷酸链按照反向平行的方式盘旋形成双螺旋结构，C正确；DNA分子中，腺嘌呤与胸腺嘧啶配对，因此若某双链DNA分子片段含50个腺嘌呤，则同时含50个胸腺嘧啶，D正确。3.研究发现绝大多数原核生物的DNA呈环状，环状DNA分子往往可以再次螺旋化，从而形成致密的超螺旋结构。下图为细胞内某环状DNA的结构示意图，下列有关说法错误的是（）A.该DNA分子任意一个脱氧核糖均和两个磷酸基团相连B.互补的碱基通过氢键结合在一起构成了该DNA分子的基本骨架C.该DNA分子的两条链上（A+C）/（T+G）的值互为倒数D.不同DNA分子中（A+T）/（C+G）的值一般不同B【解析】图示DNA分子为双链环状DNA，该DNA分子任意一个脱氧核糖均和两个磷酸基团相连，A正确；DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接构成其基本骨架，B错误；在双链DNA分子中，两条互补链中，A1=T2，T1=A2，C1=G2，G1=C2，A1+C1=T2+G2，T1+G1=A2+C2，（A1+C1）/（T1+G1）=（T2+G2）/（A2+C2），因此两条链上（A+C）/（T+G）的值互为倒数，C正确；在双链DNA分子中，A=T，C=G，不同DNA分子中（A+T）/（C+G）的值一般不同，D正确。4.（2024年辽宁大连期中）甲生物的核酸中有5种碱基，其中嘌呤占60%、嘧啶占40%；乙生物遗传物质的碱基比例为嘌呤占40%、嘧啶占60%，则甲、乙两种生物分别可能是

（）A.大肠杆菌、烟草花叶病毒B.肺炎链球菌、T2噬菌体C.烟草花叶病毒、蓝细菌D.T2噬菌体、大肠杆菌A

【解析】甲生物的核酸中有5种碱基，其中嘌呤占60%、嘧啶占40%，说明甲生物既含DNA又含RNA，属于细胞结构生物；乙生物遗传物质的碱基比例为嘌呤占40%、嘧啶占60%，说明乙的遗传物质是RNA，属于RNA病毒，大肠杆菌是细胞结构生物，烟草花叶病毒是RNA病毒，A符合题意。肺炎链球菌是细胞结构生物，T2噬菌体是DNA病毒，B不符合题意。烟草花叶病毒是RNA病毒，蓝细菌是细胞结构生物，C不符合题意。T2噬菌体是DNA病毒，大肠杆菌是细胞结构生物，D不符合题意。

B

6.下列对果蝇X染色体上红眼基因的叙述，正确的是（）A.该基因在复制时，具有全保留复制的特点B.脱氧核苷酸单链中，相邻的A、T碱基以氢键相连接C.该基因全部碱基中，若C占比为n，则A占比为50%-nD.该基因与其等位基因（白眼基因）在X染色体上呈线性排列C【解析】基因复制时是半保留复制，A错误；脱氧核苷酸单链中，相邻的A、T碱基以脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖相连接，B错误；根据碱基互补配对原则，C=G=n，则A=T=50%-n，C正确；位于一条染色体上呈线性排列的都是非等位基因，等位基因位于同源染色体上，D错误。7.下列关于DNA的叙述，正确的是（）A.DNA的基本骨架由C、H、O、N、P等元素组成B.连接磷酸与五碳糖的化学键可在解旋酶的作用下断裂C.DNA的片段都有遗传效应，可控制生物的性状D.DNA的复制和转录都能在细胞质中进行D

【解析】DNA的基本骨架由脱氧核糖和磷酸交替排列构成，有C、H、O、P，无N，A错误；连接磷酸与五碳糖的为磷酸二酯键，可在限制酶的作用下断开，B错误；DNA分子中既有有遗传效应的片段，也有无遗传效应的片段，C错误；DNA的复制和转录可在线粒体、叶绿体中进行，D正确。8.如图为一个DNA分子片段，下列有关叙述正确的是（）A.DNA分子中的每个五碳糖都同时连接2个磷酸基团B.图中有4种核苷酸，烟草花叶病毒的核酸中只含其中3种核苷酸C.DNA发生初步水解的过程中，发生断裂的链是②④D.DNA分子中的氮元素，分布在其基本骨架上C【解析】每条DNA单链的末端各有一个五碳糖只连接了1个磷酸基团，A错误；图中有4种脱氧核苷酸，烟草花叶病毒的核酸是RNA，含有的是核糖核苷酸，B错误；DNA初步水解得到单个脱氧核苷酸，连接2个核苷酸之间的磷酸二酯键②和两条链之间的氢键④断裂，C正确；磷酸和脱氧核糖交替连接，构成DNA分子的基本骨架，氮元素分布在含氮碱基中，D错误。9.如图甲是DNA分子局部组成示意图，图乙表示DNA分子复制的过程。请回答有关DNA分子的问题：（1）沃森和克里克构建了如图甲的DNA双螺旋结构模型，该模型用

解释DNA分子的多样性。

（2）若已知DNA一条单链的碱基组成是ATGCCAT，则与它互补的另一条链的碱基组成为

；若DNA分子的2条链分别为m链和n链，若m链中的（A+G）/（T+C）=0.8时，在n链中，这种比例是

。

碱基排列顺序的多样性TACGGTA1.25

（3）图乙的DNA复制过程中除了需要模板和酶外，还需要____________

等条件；由图乙可知延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA分子复制是

。

（4）DNA分子的

为复制提供了精确的模板，通过

保证了复制能够准确地进行。

原料、能量边解旋边复制独特的双螺旋结构碱基互补配对原则B组能力提升练10.已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的35.8%，其中一条链中的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%B【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%，B正确。11.研究人员将1个含14N⁃DNA的大肠杆菌转移到15N⁃DNA培养液中，培养24h后提取子代大肠杆菌的DNA。将DNA加热处理，即解开双螺旋，变成单链；然后进行密度梯度离心，试管中出现的两种条带含量如下图所示。下列说法正确的是（）A.子代DNA分子共有8个，其中1个DNA分子含有14NB.该实验可用来探究DNA的半保留复制方式和细胞周期持续时间C.解开DNA双螺旋的实质是破坏核苷酸之间的磷酸二酯键D.若直接将子代DNA分子进行密度梯度离心，则相应的条带含量比为1∶3D

12.（2024年山东德州二模）DNA分子的碱基具有吸收260nm波长光的特性。当DNA两条链碱基紧密连接时，吸光度偏低；两条链分离时，吸光度升高，因此DNA变性可通过DNA溶液对260nm波长光的吸光度来检测。肺炎链球菌DNA的变性曲线如图所示，吸光度达到最大值的50%时的温度称为熔解温度（Tm）。下列说法正确的是

（）A.加热会破坏脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键使DNA变性B.A、T碱基对所占比例越高的DNA，变性曲线中Tm值越高C.加热至约70℃时DNA两条链从一端向另一端逐渐分离D.利用PCR技术检测目的基因时需要先将DNA变性D【解析】加热是使DNA分子互补碱基对之间的氢键断裂，使DNA分子双螺旋结构疏散，双链裂解变成单链，进行解链反应，使DNA变性，A错误；A、T碱基对有两个氢键，C、G碱基对有三个氢键，A、T碱基对所占比例越高的DNA变性时需要的温度越低，即变性曲线中Tm值越低，B

错误；加热至约70

℃时DNA两条链同时分离，C错误；利用PCR技术检测目的基因时，需要先将DNA变性，使DNA双链打开，D正确。13.如图是某DNA分子的局部结构示意图。请据图分析回答：（1）写出图中序号代表的结构的中文名称：①

，⑦

，⑧

，⑨

。

（2）图中DNA片段中碱基对有

对，该DNA分子应有

个游离的磷酸基团。

（3）从主链上看，两条单链的方向

，从碱基关系看，2条单链

。