生物第23讲 DNA分子的结构、复制优选

遗传的物质基础第第 6 6 章章第第2323讲讲DNADNA分子的结构、复制分子的结构、复制基因是有遗传效应的基因是有遗传效应的DNADNA片段片段考纲要求考纲要求考情分析考情分析命题趋势命题趋势1.DNA分子分子结构的主要结构的主要特点特点()2DNA分子分子的复制的复制()3基因的概基因的概念念()2017，海南卷，海南卷，24T2016，全国卷，全国卷，2T2016，上海卷，上海卷，28T2016，全国卷，全国卷，29TDNA分子结构考查的内容主要包括对分子结构考查的内容主要包括对DNA分子结构特点的分析、双链分子结构特点的分析、双链DNA分子中碱基分子中碱基之间的数量关系等之间的数量关系等DNA分子复制在高考的选择题和非选择题中分子复制在高考的选择题和非选择题中都有可能出现，可以和细胞分裂、基因突变都有可能出现，可以和细胞分裂、基因突变等结合在一起进行考查。考查的内容主要包等结合在一起进行考查。考查的内容主要包括括DNA复制方式的探究、复制方式的探究、DNA分子复制的分子复制的过程和特点的分析以及过程和特点的分析以及DNA复制过程中的相复制过程中的相关计算等关计算等分值：分值：210分分考考 点点 一一考考 点点 二二栏目导航1DNA的结构的结构考点一考点一DNA分子的结构及碱基比率计算分子的结构及碱基比率计算1判断正误，正确的画判断正误，正确的画“”，错误的画，错误的画“”。(1)每个每个DNA分子中碱基数磷酸数核糖数。分子中碱基数磷酸数核糖数。()(2)含有含有G、C碱基对比较多的碱基对比较多的DNA分子热稳定性较差。分子热稳定性较差。()(3)富兰克林和威尔金斯对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。双螺旋结构模型的建立也作出了巨大的贡献。()(4)双链双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的。分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的。()(5)沃森和克里克提出在沃森和克里克提出在DNA双螺旋结构中嘧啶数不等于嘌呤数。双螺旋结构中嘧啶数不等于嘌呤数。()2如图为如图为DNA分子部分结构示意图，以下叙述正分子部分结构示意图，以下叙述正确的是确的是()ADNA的稳定性与的稳定性与有关，生物体内解旋酶、有关，生物体内解旋酶、RNA聚合酶、聚合酶、DNA聚合酶、逆转录酶等可以断开聚合酶、逆转录酶等可以断开B是一个胞嘧啶脱氧核苷酸是一个胞嘧啶脱氧核苷酸CDNA连接酶可催化连接酶可催化或或键形成键形成DA链、链、B链的方向相反，骨架是磷酸和脱氧核糖链的方向相反，骨架是磷酸和脱氧核糖D解析解析DNA的稳定性与的稳定性与氢键有关，生物体内氢键有关，生物体内DNA解旋酶可以断开解旋酶可以断开键；键；中的脱氧核糖、磷酸和胞嘧啶不位于同一个脱氧核苷酸上；中的脱氧核糖、磷酸和胞嘧啶不位于同一个脱氧核苷酸上；DNA连接酶可催化连接酶可催化磷磷酸二酯键形成，但不能催化酸二酯键形成，但不能催化形成；形成；DNA的的A链和链和B链的方向相反，磷酸和脱氧核链的方向相反，磷酸和脱氧核糖交替连接形成基本骨架。糖交替连接形成基本骨架。3DNA双螺旋结构是双螺旋结构是1953年沃森和克里克发现的，现已经基因年沃森和克里克发现的，现已经基因M含含有碱基共有碱基共N个，腺嘌呤个，腺嘌呤n个，具有类似如图的平面结构，下列说法正确的个，具有类似如图的平面结构，下列说法正确的是是()A基因基因M共有氢键共有氢键(1.5Nn)个个D解析解析基因基因M的氢键数为的氢键数为(1.5Nn)个，故个，故A项错误；基因是由两条脱氧核苷酸项错误；基因是由两条脱氧核苷酸链组成的，图中链组成的，图中a和和b共同组成基因共同组成基因M，故，故B项错误；双螺旋结构中脱氧核糖和磷酸项错误；双螺旋结构中脱氧核糖和磷酸交替连接排列在外侧，构成基本骨架，故交替连接排列在外侧，构成基本骨架，故C项错误；等位基因是基因突变产生的，项错误；等位基因是基因突变产生的，基因突变是指基因中碱基对的增添、缺失或替换，基因基因突变是指基因中碱基对的增添、缺失或替换，基因M和它的等位基因和它的等位基因m的碱基的碱基数或排列顺序可以不同，故数或排列顺序可以不同，故D项正确。项正确。必须关注的必须关注的DNA分子结构的分子结构的5个关键点个关键点(1)DNA分子的特异性是由碱基对的排列顺序决定的，而不是由配对方式决定分子的特异性是由碱基对的排列顺序决定的，而不是由配对方式决定的，配对方式只有两种的，配对方式只有两种AT、CG。(2)并不是所有的脱氧核糖都连两个磷酸基团，两条链各有一个并不是所有的脱氧核糖都连两个磷酸基团，两条链各有一个3端的脱氧核糖端的脱氧核糖连一个磷酸基团。连一个磷酸基团。(3)双螺旋结构并不是固定不变的，复制和转录过程中会发生解旋。双螺旋结构并不是固定不变的，复制和转录过程中会发生解旋。(4)每条脱氧核苷酸链上都只有一个游离的磷酸基，因此每条脱氧核苷酸链上都只有一个游离的磷酸基，因此DNA分子中含有分子中含有2个游个游离的磷酸基。离的磷酸基。(5)在在DNA分子中，分子中，A与与T分子数相等，分子数相等，G与与C分子数相等，但分子数相等，但AT的量不一定的量不一定等于等于GC的量，后者恰恰反映了的量，后者恰恰反映了DNA分子的特异性。分子的特异性。一一DNA分子的结构分析分子的结构分析1磷酸基团：磷酸基团：每个每个DNA片段中，游离的磷酸基团有片段中，游离的磷酸基团有2个，分别位于个，分别位于DNA分子分子的两端。的两端。2氢键氢键(1)碱基对之间的化学键为氢键，可用解旋酶使其断裂，也可加热使其断裂。碱基对之间的化学键为氢键，可用解旋酶使其断裂，也可加热使其断裂。(2)A与与T之间靠两个氢键连接，之间靠两个氢键连接，G与与C之间靠三个氢键连接。之间靠三个氢键连接。3DNA分子的特性分子的特性(1)相对稳定性：磷酸和脱氧核糖交替连接，排列在外侧，构成基本骨架。相对稳定性：磷酸和脱氧核糖交替连接，排列在外侧，构成基本骨架。(2)多样性：碱基对多种多样的排列顺序。多样性：碱基对多种多样的排列顺序。(3)特异性：每种特异性：每种DNA分子都有特定的碱基排列顺序，代表了特定的遗传信分子都有特定的碱基排列顺序，代表了特定的遗传信息。息。例例1(经典高考题经典高考题)在搭建在搭建DNA分子模型的实验中，若有分子模型的实验中，若有4种碱基塑料片共种碱基塑料片共20个，其中个，其中4个个C,6个个G,3个个A,7个个T，脱氧核糖和磷酸之间的连接物，脱氧核糖和磷酸之间的连接物14个，脱氧核糖塑个，脱氧核糖塑料片料片40个，磷酸塑料片个，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，则接物若干，则()A能搭建出能搭建出20个脱氧核苷酸个脱氧核苷酸B所搭建的所搭建的DNA分子片段最长为分子片段最长为7个碱基对个碱基对C能搭建出能搭建出410种不同的种不同的DNA分子模型分子模型D能搭建出一个能搭建出一个4个碱基对的个碱基对的DNA分子片段分子片段D解析解析要搭建要搭建20个脱氧核苷酸，需要脱氧核糖和磷酸之间的连接物的数量为个脱氧核苷酸，需要脱氧核糖和磷酸之间的连接物的数量为20，A项错误；要搭建项错误；要搭建7个碱基对的个碱基对的DNA分子，至少需要脱氧核糖和磷酸之间的连分子，至少需要脱氧核糖和磷酸之间的连接物接物(核苷酸内部和核苷酸之间核苷酸内部和核苷酸之间)26个，个，B项错误；脱氧核糖和磷酸之间的连接物项错误；脱氧核糖和磷酸之间的连接物14个，磷酸塑料片个，磷酸塑料片8个，能搭建一个个，能搭建一个4个碱基对的个碱基对的DNA分子片段，分子片段，C项错误，项错误，D项正项正确。确。1碱基互补配对原则：碱基互补配对原则：A一定与一定与T配对，配对，G一定与一定与C配对。配对。2三个计算规律三个计算规律(1)规律一：一个双链规律一：一个双链DNA分子中，分子中，AT、CG，则，则AGTC，即嘌呤碱，即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。基总数等于嘧啶碱基总数。(2)规律二：在双链规律二：在双链DNA分子中，互补的两碱基之和分子中，互补的两碱基之和(如如AT或或CG)占全部碱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换为换为U)中该种碱基比例的比值。中该种碱基比例的比值。二二DNA分子结构中的碱基计算分子结构中的碱基计算B DNA分子中有关碱基比例计算的解题步骤分子中有关碱基比例计算的解题步骤解解DNA分子中有关碱基比例计算的试题时要分分子中有关碱基比例计算的试题时要分3步进行：步进行：(1)搞清题中已知的和所求的碱基比例是占整个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，还是占分子碱基的比例，还是占DNA分子一条链上碱基的比例。分子一条链上碱基的比例。(2)画一个画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知和所求的碱基。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。根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。例例1(2014山东卷山东卷)某研究小组测定了多个不同双链某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成，根分子的碱基组成，根据测定结果绘制了据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中分子中碱基数目比值的关系图，下列正确的是碱基数目比值的关系图，下列正确的是()答题送检答题送检 来自阅卷名师报告来自阅卷名师报告1在一定温度下，在一定温度下，DNA双链会解旋成单链，即发生双链会解旋成单链，即发生DNA变性。变性。Tm是是DNA的双的双螺旋有一半发生热变性时对应的温度。下图表示螺旋有一半发生热变性时对应的温度。下图表示DNA分子中的分子中的GC含量与含量与DNA的的Tm之间的关系曲线之间的关系曲线(EDTA对对DNA分子具有保护作用分子具有保护作用)。下列叙述不正确的是。下列叙述不正确的是()CADNA的的Tm值受到值受到GG含量的影响含量的影响BDNA的的Tm值受到离子浓度的影响值受到离子浓度的影响C双链双链DNA热变性与解旋酶的催化作用有关热变性与解旋酶的催化作用有关D双链双链DNA热变性后不改变其中的遗传信息热变性后不改变其中的遗传信息解析解析由图可知，由图可知，GC相对含量会影响相对含量会影响DNA的的Tm值；值；NaCl溶液的浓度也会影溶液的浓度也会影响响DNA的的Tm值；在一定温度下，值；在一定温度下，DNA双链会解旋成单链，这与解旋酶无关；双链会解旋成单链，这与解旋酶无关；DNA双链解旋成单链后，碱基的排列顺序不变，遗传信息不会改变。双链解旋成单链后，碱基的排列顺序不变，遗传信息不会改变。一、一、DNA的复制的复制考点二考点二DNA分子的复制及基因的本质分子的复制及基因的本质半保留半保留 2过程过程概念概念 以亲代以亲代DNA为模板合成子代为模板合成子代DNA的过程的过程时期时期 _和减数第一次分裂前的间期和减数第一次分裂前的间期流程流程 解旋解旋以母链为模板按碱基互补配对原则合成子链以母链为模板按碱基互补配对原则合成子链子链延伸子链延伸亲子链复旋亲子链复旋条件条件模板：亲代模板：亲代DNA的每一条链的每一条链原料：原料：4种游离的种游离的_能量：能量：ATP酶：解旋酶和酶：解旋酶和DNA聚合酶等聚合酶等结果结果 1个个DNA复制形成复制形成2个个_的的DNA特点特点 边边_边复制，半保留复制边复制，半保留复制精确精确复制复制独特的双螺旋结构提供模板独特的双螺旋结构提供模板_原则原则意义意义 将将_从亲代传给子代，从而保持了从亲代传给子代，从而保持了_的连续性的连续性有丝分裂的间期有丝分裂的间期 脱氧核苷酸脱氧核苷酸完全相同完全相同 解旋解旋 碱基互补配对碱基互补配对 遗传信息遗传信息 遗传信息遗传信息 二、基因是有遗传效应的二、基因是有遗传效应的DNA片段片段1基因的实质：基因的实质：基因是有基因是有_的的DNA片段。片段。2基因与基因与DNA的关系：的关系：一个一个DNA分子上有许多基因。构成基因的碱基数小于分子上有许多基因。构成基因的碱基数小于DNA分子的碱基总数。分子的碱基总数。3基因与遗传信息：基因与遗传信息：基因中脱氧核苷酸的基因中脱氧核苷酸的_称为遗传信息；称为遗传信息；DNA分分子能够储存足够量的子能够储存足够量的_。4基因与染色体的关系：基因与染色体的关系：基因在染色体上呈基因在染色体上呈_排列。排列。5生物体多样性和特异性的物质基础：生物体多样性和特异性的物质基础：_分子的多样性和特异性。分子的多样性和特异性。遗传效应遗传效应 排列顺序排列顺序 遗传信息遗传信息 线性线性 DNA 1判断正误，正确的画判断正误，正确的画“”，错误的画，错误的画“”。(1)DNA复制遵循碱基互补配对原则，新合成的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分子中两条链均是新合成的。的。()(2)DNA双螺旋结构全部解开后，开始双螺旋结构全部解开后，开始DNA的复制。的复制。()(3)单个脱氧核苷酸在单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链。酶的作用下连接合成新的子链。()(4)DNA复制时，严格遵循复制时，严格遵循AU、CG的碱基互补配对原则。的碱基互补配对原则。()(5)染色体是基因的唯一载体。染色体是基因的唯一载体。()(6)DNA分子中脱氧核糖和磷酸的排列方式代表了遗传信息。分子中脱氧核糖和磷酸的排列方式代表了遗传信息。()2下图为真核生物染色体下图为真核生物染色体DNA的复制过程示意图，有关叙述错误的是的复制过程示意图，有关叙述错误的是()A图中图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的分子复制是从多个起点同时开始的B图中图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的分子复制是边解旋边双向复制的C真核生物真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶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真核生物的这种复制方式提高了复制速率解析解析从图中能看出有多个复制起点，但并不是同时开始，从图中能看出有多个复制起点，但并不是同时开始，A项错误。项错误。A3用用15N标记含有标记含有100个碱基对的个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶分子，其中有胞嘧啶60个。该个。该DNA分子分子在在14N培养基中连续复制培养基中连续复制4次，其结果可能是次，其结果可能是()A含有含有14N的的DNA占占100%B复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸640个个C含含15N的链占的链占1/8D子代子代DNA中嘌呤与嘧啶之比是中嘌呤与嘧啶之比是2 3A探究探究DNA复制是半保留复制还是全保留复制，可用同位素标记技术和离心处理复制是半保留复制还是全保留复制，可用同位素标记技术和离心处理技术，根据复制后技术，根据复制后DNA分子在试管中的位置即可确定复制方式。分子在试管中的位置即可确定复制方式。1实验材料：实验材料：大肠杆菌。大肠杆菌。2实验方法：实验方法：放射性同位素标记技术和离心技术。放射性同位素标记技术和离心技术。3实验假设：实验假设：DNA以半保留的方式复制。以半保留的方式复制。一一DNA复制方式的探究复制方式的探究4实验过程：实验过程：(见图见图)(1)大肠杆菌在含大肠杆菌在含15N标记的标记的NH4Cl培养基中繁培养基中繁殖几代，使殖几代，使DNA双链充分标记双链充分标记15N。(2)将含将含15N的大肠杆菌转移到的大肠杆菌转移到14N标记的普通培标记的普通培养基中培养。养基中培养。(3)在不同时刻收集大肠杆菌并提取在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA(间隔间隔的时间为大肠杆菌繁殖一代所需时间的时间为大肠杆菌繁殖一代所需时间)。(4)将提取的将提取的DNA进行离心，记录离心后试管进行离心，记录离心后试管中中DNA位置。位置。5实验预期：实验预期：离心后应出现离心后应出现3条条DNA带。带。(见图见图)(1)重带重带(密度最大密度最大)：15N标记的亲代双链标记的亲代双链DNA。(15N/15N)(2)中带中带(密度居中密度居中)：一条链为：一条链为15N，另一条链为，另一条链为14N标记的子代双链标记的子代双链DNA。(15N/14N)(3)轻带轻带(密度最小密度最小)：两条链都为：两条链都为14N标记的子代双链标记的子代双链DNA。(14N/14N)6实验结果：实验结果：与预期的相符。与预期的相符。例例1 科学家以大肠杆菌为实验对象，运用同位素示踪技术及密度梯度离心方科学家以大肠杆菌为实验对象，运用同位素示踪技术及密度梯度离心方法进行了法进行了DNA复制方式的探索实验，实验内容及结果见下表。复制方式的探索实验，实验内容及结果见下表。组别组别1组组2组组3组组4组组培养液中唯一氮源培养液中唯一氮源14NH4Cl15NH4Cl14NH4Cl14NH4Cl繁殖代数繁殖代数多代多代多代多代一代一代两代两代培养产物培养产物ABB的子的子代代B的子的子代代操作操作提取提取DNA并离心并离心离心结果离心结果仅为轻带仅为轻带(14N/14N)仅为重带仅为重带(15N/15N)仅为中带仅为中带(15N/14N)1/2轻带轻带(14N/14N)1/2中带中带(15N/14N)请分析并回答：请分析并回答：(1)要得到要得到DNA中的中的N全部被全部被15N标记的大肠杆菌标记的大肠杆菌B，必须经过，必须经过_代培养，且代培养，且培养液中的培养液中的_是唯一氮源。是唯一氮源。(2)综合分析本实验的综合分析本实验的DNA离心结果，第离心结果，第_组结果对得到结论起到了关键组结果对得到结论起到了关键作用，但需把它与第作用，但需把它与第_组和第组和第_组的结果进行比较，才能说明组的结果进行比较，才能说明DNA分子分子的复制方式是的复制方式是_。(3)分析讨论：分析讨论：若若B的子的子代代DNA的离心结果为的离心结果为“轻轻”和和“重重”两条密度带，则两条密度带，则“重重带带”DNA来自于来自于_，据此可判断，据此可判断DNA分子的复制方式不是分子的复制方式不是_复制。复制。多多15N(15NH4Cl)312半保留复制半保留复制 B半保留半保留 若将若将B的子的子代代DNA双链分开后再离心，其结果双链分开后再离心，其结果_(填填“能能”或或“不不能能”)判断判断DNA的复制方式。的复制方式。若在同等条件下将若在同等条件下将B的子的子代继续培养，子代继续培养，子n代代DNA离心的结果是：密度带离心的结果是：密度带的数量和位置的数量和位置_，密度带内所含，密度带内所含DNA分子数更多的是分子数更多的是_带。带。若某次实验的结果中，若某次实验的结果中，B的子的子代代DNA的的“中带中带”比以往实验结果的比以往实验结果的“中中带带”略宽，可能的原因是新合成略宽，可能的原因是新合成DNA单链中的单链中的N中有少部分含中有少部分含_。解析解析在探究在探究DNA分子的复制方式为半保留复制的实验中，分子的复制方式为半保留复制的实验中，“重带重带”应为两条应为两条单链均被单链均被15N标记，标记，“轻带轻带”为两条单链均被为两条单链均被14N 标记，标记，“中带中带”为一条单链被为一条单链被14N标记，另一条单链被标记，另一条单链被15N标记。标记。不能不能 没有变化没有变化 轻轻15N DNA分子复制为半保留复制，若将一个被分子复制为半保留复制，若将一个被15N标记的标记的DNA转移到含转移到含14N的培养基中培养的培养基中培养(复制复制)若干代，其结果若干代，其结果分析如下：分析如下：1子代子代DNA分子数：分子数：2n个。个。(1)无论复制多少次，含无论复制多少次，含15N的的DNA分子始终是分子始终是2个。个。(2)含含14N的的DNA分子有分子有2n个，只含个，只含14N的的DNA分子有分子有(2n2)个，做题时应看准是个，做题时应看准是“含含”还是还是“只含只含”。二二DNA复制的有关计算复制的有关计算2子代子代DNA分子的总链数：分子的总链数：2n22n1条。条。(1)无论复制多少次，含无论复制多少次，含15N的链始终是的链始终是2条。做题时应看准是条。做题时应看准是“DNA分子数分子数”还还是是“链数链数”。(2)含含14N的链数是的链数是(2n12)条。条。3消耗的脱氧核苷酸数消耗的脱氧核苷酸数(1)若一亲代若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸分子含有某种脱氧核苷酸m个，则经过个，则经过n次复制需要消耗游离次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸为的该脱氧核苷酸为m(2n1)个。个。(2)若进行第若进行第n次复制，则需消耗该脱氧核苷酸数为次复制，则需消耗该脱氧核苷酸数为m2n1个。个。例例2 某含某含1 000个碱基对的个碱基对的DNA分子双链均被标记，其中腺嘌呤分子双链均被标记，其中腺嘌呤400个，将该个，将该DNA分子置于不带标记的培养基中连续复制分子置于不带标记的培养基中连续复制3次，则下列叙述错误的是次，则下列叙述错误的是()A子代子代DNA分子中带放射性标记的占总数的分子中带放射性标记的占总数的1/4B带放射性标记的带放射性标记的DNA分子只有一条链被标记分子只有一条链被标记C该过程中需要消耗鸟嘌呤该过程中需要消耗鸟嘌呤4 200个个D子代子代DNA分子中带标记的脱氧核苷酸链占分子中带标记的脱氧核苷酸链占1/4解析解析子代子代DNA分子中带标记的脱氧核苷酸链占分子中带标记的脱氧核苷酸链占 2/2311/8。D染色体、染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系、基因和脱氧核苷酸的关系三基因的本质三基因的本质例例3 下列有关染色体、下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法，不正确的是、基因、脱氧核苷酸的说法，不正确的是()A基因一定位于染色体上基因一定位于染色体上B基因在染色体上呈线性排列基因在染色体上呈线性排列C4种脱氧核苷酸的数目和排列顺序决定了基因的多样性和特异性种脱氧核苷酸的数目和排列顺序决定了基因的多样性和特异性D一条染色体上含有一条染色体上含有1个或个或2个个DNA分子分子A基因及其载体辨析基因及其载体辨析(1)对于真核细胞来说，染色体是基因的主要载体，因为线粒体和叶绿体中也有对于真核细胞来说，染色体是基因的主要载体，因为线粒体和叶绿体中也有基因。基因。(2)对于原核细胞来说，拟核中的对于原核细胞来说，拟核中的DNA分子或者质粒分子或者质粒DNA均是裸露的，并不与均是裸露的，并不与蛋白质一起构成染色体。蛋白质一起构成染色体。(3)基因、基因、DNA与染色体的关系与染色体的关系例例1 科学家在研究科学家在研究DNA分子复制方式时进行了如下的实验研究分子复制方式时进行了如下的实验研究(已知培养用的已知培养用的细菌大约每细菌大约每20 min分裂一次产生子代，实验结果见相关图示分裂一次产生子代，实验结果见相关图示)：实验三：实验三：(1)实验一、实验二的作用是实验一、实验二的作用是_。(2)从结果从结果C、D看，看，DNA复制具有复制具有_的特点。的特点。根据这一特点，理论上结果根据这一特点，理论上结果E中含中含14N的的DNA分子所占比例为分子所占比例为_。(3)复制过程除需要模板复制过程除需要模板DNA、脱氧核苷酸外，还需要、脱氧核苷酸外，还需要_等。等。(4)若对结果若对结果C中的中的DNA分子先用解旋酶处理，然后再离心，结果为分子先用解旋酶处理，然后再离心，结果为F，请在图，请在图中表示出来。中表示出来。(5)如果实验如果实验C、D、E的结果都为右图的结果都为右图(结果结果G)所示，据此可判断所示，据此可判断DNA分子的复制方式分子的复制方式_(填填“是是”或或“不是不是”)半保留复制。半保留复制。答题送检答题送检 来自阅卷名师报告来自阅卷名师报告错误错误致错原因致错原因扣分扣分(1)考生不能准确解读实验过程考生不能准确解读实验过程2(2)考生不理解结果考生不理解结果C和结果和结果D的差异的差异2考生没有注意题中的关键词考生没有注意题中的关键词“DNA分子分子”，误计算为含，误计算为含14N的的DNA单链的比例单链的比例2(3)考生对考生对DNA复制所需的条件识记不全面或不准确复制所需的条件识记不全面或不准确2(4)考生画图不准确或没注明考生画图不准确或没注明DNA链的类型链的类型2解析解析(1)实验一和实验二分别表示实验一和实验二分别表示14N和和15N标记的标记的DNA的离心结果，其作用是的离心结果，其作用是与后面的实验结果形成对照。与后面的实验结果形成对照。(2)从结果从结果C、D看，新形成的看，新形成的DNA保留了原来保留了原来DNA的的两条链，两条链，DNA复制具有半保留复制的特点；经过复制具有半保留复制的特点；经过60 min后，后，DNA复制了复制了3次，共形次，共形成成8个个DNA分子，其中有分子，其中有2个个DNA分子是分子是15N/14N，其余，其余6个个DNA分子为分子为14N/14N，均含，均含14N。(3)DNA复制过程需要模板复制过程需要模板DNA、原料、原料(四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸)、DNA聚合酶和能量聚合酶和能量等条件。等条件。(4)结果结果C中的中的DNA分子为分子为15N/14N，解旋后形成的单链为一条重链，解旋后形成的单链为一条重链15N和一和一条轻链条轻链14N。(5)结果结果G表明原来被表明原来被15N标记的标记的DNA的两条链没有分开，因此可判断的两条链没有分开，因此可判断DNA分子的复制方式不是半保留复制。分子的复制方式不是半保留复制。规范答题规范答题(每分每分2分分)(1)对照对照(2)半保留复制半保留复制1(3)DNA聚合酶、能量聚合酶、能量(4)如图所示如图所示(见右侧见右侧)(5)不是不是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、分散保留复制、分散(弥散弥散)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。的复制方式。实验步骤：实验步骤：在氮源为在氮源为14N的培养基中生长的大肠杆菌，其的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为分子均为14NDNA(对照对照)。在氮源为在氮源为15N的培养基中生长的大肠杆菌，其的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为分子均为15NDNA(亲代亲代)。将亲代将亲代15N大肠杆菌转移到氮源为大肠杆菌转移到氮源为14N的培养基中，再连续繁殖两代的培养基中，再连续繁殖两代(和和)，用密度梯度离心法分离，相对分子质量不同的用密度梯度离心法分离，相对分子质量不同的DNA分子将分布在试管中的不同位置分子将分布在试管中的不同位置上。上。实验预测：实验预测：(1)如果与对照如果与对照(14N/14N)相比，子相比，子代能分辨出两条代能分辨出两条DNA带：一条带：一条_带和一条带和一条_带，则可以排除带，则可以排除_。轻轻(14N/14N)重重(15N/15N)半保留复制和分散复制半保留复制和分散复制(2)如果子如果子代只有一条中密度带，则可以排除代只有一条中密度带，则可以排除_，但不能肯定是，但不能肯定是_。(3)如果子如果子代只有一条中密度带，再继续做子代只有一条中密度带，再继续做子代代DNA密度鉴定：若子密度鉴定：若子代可代可以分出以分出_和和_，则可以排除分散复制，同时肯定为半保，则可以排除分散复制，同时肯定为半保留复制；如果子留复制；如果子代不能分出代不能分出_密度两条带，则排除密度两条带，则排除_，同，同时确定为时确定为_。解析解析从题目中的图示可知，深色为亲代从题目中的图示可知，深色为亲代DNA的脱氧核苷酸链的脱氧核苷酸链(母链母链)，浅色为新，浅色为新形成的子代形成的子代DNA的脱氧核苷酸链的脱氧核苷酸链(子链子链)。因此全保留复制后得到的两个。因此全保留复制后得到的两个DNA分子，分子，一个是原来的两条母链重新形成的一个是原来的两条母链重新形成的DNA分子，一个是两条子链形成的分子，一个是两条子链形成的DNA分子；半分子；半保留复制后得到的每个子代保留复制后得到的每个子代DNA分子的一条链为母链，一条链为子链；分散复制后分子的一条链为母链，一条链为子链；分散复制后得到的每个子代得到的每个子代DNA分子的单链都是由母链片段和子链片段间隔连接而成的。分子的单链都是由母链片段和子链片段间隔连接而成的。全保留复制全保留复制 半保留复制或分散复制半保留复制或分散复制 一条中密度带一条中密度带 一条轻密度带一条轻密度带 中、轻中、轻 半保留复制半保留复制 分散复制分散复制