第28讲　DNA的结构、复制及基因的本质 高中生物第一轮总复习

第28讲DNA的结构、复制及基因的本质(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分子上。(2)概述DNA分子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。(3)概述DNA分子通过半保留方式进行复制。(4)活动：制作DNA双螺旋结构模型。课标内容1目

录DNA的结构及相关计算23DNA的复制及基因的概念关键·真题必刷基础·精细梳理典例·精心深研考点一DNA的结构及相关计算1.DNA双螺旋结构模型的构建沃森和克里克

脱氧核苷酸TG①一个双链DNA分子具有2个游离的磷酸基团，而环状DNA不存在。②氢键的形成不需要酶，但断裂需解旋酶或加热处理；G—C碱基对比例越大，DNA热稳定性越高。③相邻的碱基在DNA分子的一条单链中通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连接，在DNA的双链之间通过氢键相连接。④不是所有的脱氧核糖都连接着两个磷酸基团，两条链各有一个3′端的脱氧核糖连接着一个磷酸基团。

2.DNA的结构C、H、O、N、P脱氧核苷酸2.DNA的结构磷酸脱氧核糖碱基A与T配对G与C配对3.DNA的结构特点(1)______性：具n个碱基对的DNA可能有4n种碱基对排列顺序。(2)______性：每种DNA分子都有其特定的碱基对排列顺序。并不是碱基配对方式决定的(3)______性：如两条主链磷酸与脱氧核糖交替连接的顺序不变，碱基配对方式不变等。多样特异稳定(1)沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式。(2022·广东卷，5D)(

)提示沃森和克里克以DNA衍射图谱为基础推算出DNA呈螺旋结构。(2)某同学制作DNA双螺旋结构模型，在制作脱氧核苷酸时，需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基。(2022·浙江6月选考，13A)(

)提示在制作脱氧核苷酸时，需在脱氧核糖上连接磷酸和碱基。(3)制作DNA双螺旋结构模型时，鸟嘌呤与胞嘧啶之间用2个氢键连接物相连。(2022·浙江6月选考，13B)(

)提示

G、C之间形成3个氢键。×××(4)DNA每条链的5′端是羟基末端。(2021·辽宁卷，4C)(

)提示

DNA每条链的5′端是磷酸基团末端，3′端是羟基(—OH)末端。(5)与RNA分子相比，DNA分子特有的碱基是U。(2017·浙江4月选考，6改编)(

)提示与RNA分子相比，DNA分子特有的碱基是T。(6)生物体内DNA分子中(A＋T)/(G＋C)的值越大，双链DNA分子的稳定性越高。(2017·海南卷，24B)(

)提示

G＋C含量越高，双链DNA分子越稳定。×××根据下列DNA的两模型思考回答：(1)由图1可知，每个DNA分子片段中，游离磷酸基团含有____个。单链中相邻碱基通过______________________________连接。互补链中相邻碱基通过______连接。(2)图2是图1的简化形式，其中①是___________，②是________。解旋酶作用于________部位，限制性内切核酸酶和DNA连接酶作用于________部位。2—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—氢键磷酸二酯键氢键②①考向

结合DNA结构及相关计算，考查科学思维的能力1.(2022·广东卷，12)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(

)CA.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，决定线性DNA分子两端能够相连，C正确；DNA的两条链是反向平行的，因此自连环化后两条单链方向相反，D错误。D2.(2024·河北唐山检测)某DNA部分片段结构如图所示，下列叙述正确的是(

)A.③为磷酸二酯键，③的形成需要RNA聚合酶催化B.①代表氢键，①的形成与断裂需要ATP提供能量C.片段中碱基②与五碳糖构成的脱氧核苷与ATP中的腺苷相同D.若该DNA一条链中碱基A与T之和占48%，则整个DNA中碱基C占26%解析③为磷酸二酯键，③的形成需要DNA聚合酶催化，A错误；①代表氢键，氢键的形成不需要消耗能量，B错误；构成脱氧核苷的五碳糖是脱氧核糖，而构成腺苷的五碳糖是核糖，C错误；由于DNA分子中碱基互补配对，A＝T，G＝C，所以若该DNA一条链中碱基A与T之和占48%，则整个DNA分子中碱基A与T之和占48%，G和C之和占1－48%＝52%，所以整个DNA中碱基C占26%，D正确。DNA中碱基数量的计算规律DNA中碱基数量的计算规律基础·精细梳理典例·精心深研考点二DNA的复制及基因的概念1.DNA半保留复制的实验证据1.DNA半保留复制的实验证据半保留同位素标记1.DNA半保留复制的实验证据1.DNA半保留复制的实验证据全部重带半保留复制2.DNA复制2.DNA复制 (1)概念、时间、场所间期

细胞核(2)过程解旋

脱氧核苷酸DNA聚合酶碱基互补配对(3)类型多个复制速率单(4)结果一个DNA分子形成了两个__________的DNA分子。(5)DNA准确复制完全相同双螺旋碱基互补配对遗传信息遗传信息3.染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系一个或两个

有遗传效应的DNA片段许多个基因脱氧核苷酸排列顺序(1)DNA分子复制时，子链的合成过程不需要引物参与。(2021·辽宁卷，4B)(

)提示子链的合成过程需要引物。(2)DNA聚合酶的作用是打开DNA双链。(2021·辽宁卷，4D)(

)提示解旋酶的作用是打开DNA双链。(3)烟草花叶病毒的RNA可通过复制将遗传密码传递给子代。(2020·浙江1月选考，21B)(

)提示烟草花叶病毒的RNA可通过复制将遗传信息传递给子代。×××(4)果蝇体细胞中核DNA分子通过转录将遗传信息传递给子代。(2020·浙江1月选考，21C)(

)提示果蝇体细胞中核DNA分子通过复制将遗传信息传递给子代。(5)洋葱根尖细胞中DNA聚合酶主要在G2期通过转录和翻译合成。(2020·浙江1月选考，21D)(

)提示洋葱根尖细胞中DNA聚合酶主要在G1期通过转录和翻译合成。××如图是人类某染色体DNA的片段，含有基因A、基因b和无遗传效应的片段M。请思考：(1)基因A和b的本质区别是什么？提示不同基因的本质区别在于其脱氧核苷酸序列不同。(2)决定mRNA上终止密码子的碱基对是否位于M处？若M中插入若干个脱氧核苷酸对是否可引发基因突变？提示

M为无遗传效应的非基因片段，故其无转录功能，当然不存在决定mRNA上终止密码子的碱基对，M中即使插入若干脱氧核苷酸对也不会引发基因突变。(3)A复制时b是否也复制？A转录时，b是否也转录？其转录的模板链一定相同吗？提示

DNA分子复制为全程复制，故A复制时b也复制，但基因表达却为“选择性表达”，故A转录时，b未必转录，即使都转录，其模板链也未必相同。如图是人类某染色体DNA的片段，含有基因A、基因b和无遗传效应的片段M。请思考：1.图解法分析DNA复制的相关计算一个亲代DNA连续复制n次后，则：(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DNA分子有(2n－2)个(2)子代DNA分子总链数：2n×2＝2n＋1条①无论复制多少次，含15N的链始终是2条②含14N的链数是(2n＋1－2)条(3)消耗的脱氧核苷酸数①若亲代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2.细胞分裂过程中的同位素标记问题(1)DNA分子半保留复制图像及解读(2)有丝分裂中子代DNA(染色体)标记情况分析若只复制一次，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。过程如下图(一般只研究一条染色体)复制一次(母链标记，培养液不含标记同位素)：转至不含标记同位素培养液中再培养一个细胞周期：(3)减数分裂中DNA(染色体)标记情况分析减数分裂没有细胞周期，DNA只复制一次，结果产生的子染色体都带有标记。过程如图(减数分裂一般选取一对同源染色体为研究对象)考向1

结合DNA复制的过程分析，考查科学思维1.(2022·海南卷，11)科学家曾提出DNA复制方式的三种假说：全保留复制、半保留复制和分散复制(图1)。对此假说，科学家以大肠杆菌为实验材料，进行了如下实验(图2)：图1图2D下列有关叙述正确的是(

)A.第一代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带，说明DNA复制方式一定是半保留复制B.第二代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带和1条轻带，说明DNA复制方式一定是全保留复制C.结合第一代和第二代细菌DNA的离心结果，说明DNA复制方式一定是分散复制D.若DNA复制方式是半保留复制，继续培养至第三代，细菌DNA离心后试管中会出现1条中带和1条轻带解析第一代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带，则可以排除全保留复制，但不能确定是半保留复制或分散复制，继续做第二代DNA密度鉴定，若第二代DNA可以分出一条中带和一条轻带，则可以排除分散复制，同时肯定是半保留复制，A、B、C错误；若DNA复制方式是半保留复制，继续培养至第三代，形成的子代DNA只有两条链均为14N，或一条链含有14N、一条链含有15N两种类型，因此细菌DNA离心后试管中只会出现1条中带和1条轻带，D正确。A2.(2024·广东惠州调研)如图为某原核细胞DNA分子的复制方式模式图，图中“→”表示复制方向。下列叙述错误的是(

)A.由图可知，该DNA分子复制方式为多起点双向复制B.除图示酶外，DNA分子复制还需DNA聚合酶等C.DNA分子复制时，子链的延伸方向是相同的D.解旋经过含G—C碱基对较多的区域时，消耗的能量相对较多解析图中DNA只有一个复制起点，不能说明该DNA分子复制方式为多起点双向复制，A错误；图示解旋酶能打开双链间的氢键，使双链DNA解旋，DNA分子复制还需要DNA聚合酶等，B正确；DNA分子两条链是反向平行的，而复制的时候只能从5′端向3′端延伸，所以两条子链合成方向相反，但子链的延伸方向是相同的，C正确；G—C碱基对含有三个氢键，A—T碱基对含有两个氢键，故解旋经过含G—C碱基对较多的区域时，消耗的能量相对较多，D正确。B考向2结合DNA复制过程中的有关计算，考查科学思维3.(2024·广东佛山调研)用15N标记含有100个碱基对的DNA分子(其中有腺嘌呤60个)，该DNA分子在含14N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14N的DNA分子占总数的7/8C.第4次复制消耗胞嘧啶脱氧核苷酸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，A正确；该DNA分子是在含14N的培养基中复制的，新形成的子链均含有14N，故DNA分子都含14N，比例为1，B错误；根据碱基互补配对原则，DNA分子中腺嘌呤有60个，则胞嘧啶有40个，第4次复制需消耗胞嘧啶脱氧核苷酸24－1×40＝320(个)，C正确；1个DNA分子经过4次复制，共产生24＝16(个)DNA分子，D正确。C4.(2024·广东东莞调研)一个15N标记的、含1000个碱基对的DNA分子片段，其中一条中T＋A占30%，若将该DNA分子放在14N的培养基中连续复制3次，相关叙述正确的是(

)A.该DNA分子的另一条链中T＋A占70%B.该DNA分子中含有A的数目为400个C.该DNA分子第3次复制时需要消耗2800个GD.经3次复制后，子代DNA分子中含14N的比例为7/8解析DNA分子片段的一条链中T＋A占一条链的30%，根据碱基互补配对原则，另一条链中T＋A占另一条链的30%，A错误；根据碱基互补配对原则，该DNA分子一条链中T＋A占30%，则整个DNA分子中T＋A占30%，所以DNA分子中A＝T＝1000×2×30%÷2＝300(个)，则鸟嘌呤G＝1000－300＝700(个)，第3次复制时需要消耗G＝22×700＝2800(个)，B错误，C正确；经3次复制后，8个子代DNA中都含14N，故其比例为1，D错误。C考向3围绕DNA半保留复制中标记染色体去向的分析，考查科学思维5.(2024·广东南粤名校联考)一个含有2n条染色体的生物体细胞，其染色体中DNA的两条链都被标记，在不含标记的原料中进行有丝分裂，下列叙述错误的是(

)A.第一次分裂的后期细胞中有4n条带标记的染色体B.第二次分裂的中期每个细胞中有2n条带标记的染色单体C.第二次分裂的后期每个细胞中有4n条带标记的染色体D.第二次分裂结束后有的子细胞中可能不带有标记解析含有2n条染色体的生物体细胞，其染色体中DNA的两条链都被标记，在不含标记的原料中进行有丝分裂，根据DNA的半保留复制原理可知，第一次分裂后期的细胞中有4n条染色体，且均带标记，A正确；第一次分裂结束后，每条染色体的DNA分子中均为一条链带标记而另一条链不带标记，DNA复制后两条姐妹染色单体由一个着丝粒相连，因此第二次分裂中期每个细胞中有2n条带标记的染色单体，B正确；第二次分裂后期着丝粒分裂，姐妹染色单体分离，形成的子染色体随机移向细胞两极，每个细胞中有2n条带标记的染色体，C错误；由于有丝分裂后期含有标记的姐妹染色单体分离形成的子染色体随机移向两极，故第二次分裂结束后有的子细胞中可能不带有标记，D正确。C6.(2024·江苏海门期中)某果蝇精原细胞中8条染色体上的DNA已全部被15N标记，其中一对同源染色体上有基因A和a，现给此精原细胞提供含14N的原料让其连续进行两次分裂，产生四个子细胞，分裂过程中无基因突变和染色体变异发生。下列有关叙述错误的有(

)A.若子细胞中均含4条染色体，则一定有一半子细胞含有a基因B.若子细胞中均含8条染色体，则每个子细胞中均含1个A基因和1个a基因C.若子细胞中的核DNA均含15N，则每个子细胞均含8条染色体D.若子细胞中一半的核DNA含15N，则每个子细胞均含8条染色体解析若四个子细胞中均含4条染色体(染色体数目是体细胞的一半)，则说明精原细胞进行的减数分裂，等位基因会发生分离，形成4个精细胞两两相同，故有一半子细胞含有a基因，A正确；若四个子细胞中均含8条染色体(染色体数目与体细胞相同)，则精原细胞进行的是有丝分裂，子细胞的基因型与体细胞相同，则每个子细胞中均只含有1个A基因和1个a基因，B正确；若四个子细胞中的核DNA均含15N，说明DNA只复制一次，则精原细胞进行的是减数分裂，产生的四个子细胞为精细胞，染色体数目是体细胞的一半，因此每个子细胞均含4条染色体，C错误；若四个子细胞中有一半核DNA含15N，说明DNA不止复制一次，则细胞进行的是有丝分裂，所以每个子细胞均含8条染色体，D正确。关键·真题必刷1.(2022·辽宁卷，4)选用合适的实验材料对生物科学研究至关重要。下表对教材中相关研究的叙述，错误的是(

)B选项实验材料生物学研究A小球藻卡尔文循环B肺炎链球菌DNA半保留复制C枪乌贼动作电位原理DT2噬菌体DNA是遗传物质解析小球藻含有叶绿体，能进行光合作用，所以可用小球藻研究卡尔文循环，A正确；肺炎链球菌可用于格里菲思体内转化实验和艾弗里体外转化实验，研究生物的遗传物质；研究DNA半保留复制一般用大肠杆菌，B错误；科学家以枪乌贼离体神经纤维为实验材料，研究动作电位原理，C正确；赫尔希与蔡斯通过T2噬菌体侵染细菌的实验，证明了DNA是遗传物质，D正确。D2.(2022·重庆卷，4)下列发现中，以DNA双螺旋结构模型为理论基础的是(

) A.遗传因子控制性状

B.基因在染色体上 C.DNA是遗传物质

D.DNA半保留复制

解析

孟德尔利用假说－演绎法提出了生物的性状是由遗传因子控制的，总结出了分离定律，A错误；萨顿根据基因与染色体的平行关系，得出结构模型为理论基础，B错误；艾弗里、赫尔希和蔡斯等科学家，证明了DNA是遗传物质，并未以DNA双螺旋结构模型为理论基础，C错误；沃森和克里克成功构建DNA双螺旋结构模型，并进一步提出了DNA半保留复制的假说，DNA半保留复制以DNA双螺旋结构模型为理论基础，D正确。3.(2022·广东卷，5)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噬菌体的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衍射图谱推算出DNA呈双螺旋结构，D错误。D4.(2021·辽宁卷，4)下列有关细胞内的DNA及其复制过程的叙述，正确的是(

)A.子链延伸时游离的脱氧核苷酸添加到3′端B.子链的合成过程不需要引物参与C.DNA每条链的5′端是羟基末端D.DNA聚合酶的作用是打开DNA双链解析

细胞