2021高三生物人教版一轮教师用书：必修2 第6单元 第2讲　DNA分子的结构、复制与基因的本质 Word版含解析

第2讲DNA分子的结构、复制与基因的本质1.DNA分子结构的主要特点()2.基因的概念()3.DNA分子的复制()1.DNA的结构决定DNA的功能(生命观念)2.建立DNA分子双螺旋结构模型(科学思维)3.验证DNA分子通过半保留方式进行复制(科学探究) DNA分子的结构和基因的本质1DNA分子的结构2DNA分子的特性(1)相对稳定性：DNA分子中磷酸和脱氧核糖交替连接的方式不变，两条链间碱基互补配对的方式不变。(2)多样性：不同的DNA分子中脱氧核苷酸数目不同，排列顺序多种多样。若某DNA分子中有n个碱基对，则排列顺序有4n种。(3)特异性：每种DNA分子都有区别于其他DNA的特定的碱基对排列顺序，代表了特定的遗传信息。3基因的本质(1)染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系(2)基因与碱基的关系遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序中，构成基因的碱基数小于(填“大于”“小于”或“等于”)DNA分子的碱基总数。(人教版必修2 P58“科学技术社会”)如何获得DNA指纹图谱？该技术有哪些应用？提示：(1)应用DNA指纹技术，首先需要用合适的酶将待检测的样品DNA切成片段，然后用电泳的方法将这些片段按大小分开，再经过一系列步骤，最后形成DNA指纹图；(2)由于每个人的DNA指纹图是独一无二的，所以我们可以根据分析指纹图的吻合程度来帮助确认身份。因而此技术被广泛应用于刑侦领域、亲子鉴定、遗骸鉴定等。1沃森和克里克研究DNA分子的结构时，运用了构建物理模型的方法。()2嘌呤碱基与嘧啶碱基的结合保证了DNA分子空间结构的相对稳定。()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。()提示：核酸分子所携带的遗传信息取决于碱基对排列顺序。4DNA分子一条链上的相邻碱基通过磷酸脱氧核糖磷酸相连。()提示：一条链上相邻的碱基通过脱氧核糖磷酸脱氧核糖相连。5不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值可能相同。()6DNA分子的多样性和特异性主要与它的空间结构密切相关。()提示：DNA的空间结构都是双螺旋结构，与多样性和特异性无关。7人体内控制-珠蛋白基因由1700个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有41700种。()提示：-珠蛋白的基因的碱基排列方式是特定的。8DNA分子中G和C所占的比例越大，其稳定性越低。()提示：G和C之间有三个氢键，A和T之间有两个氢键，因此，DNA分子中G和C所占的比例越大，稳定性越高。碱基互补配对原则及相关计算DNA碱基互补配对原则是指在DNA分子形成碱基对时，A一定与T配对，G一定与C配对的一一对应关系。推论如下：1双链DNA分子中嘌呤总数与嘧啶总数相等，即AGTC。简记：“DNA分子中两个非互补碱基之和是DNA分子总碱基数的一半”。2在双链DNA分子中，互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等。设在双链DNA分子中的一条链上A1T1n%，则A1T1A2T2n%，所以ATA1A2T1T2n%。简记为“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等”。3双链DNA分子中，非互补碱基之和所占比例在两条互补链中互为倒数。设双链DNA分子中一条链上，m，则m，互补链中。简记为：“DNA两条互补链中，不配对两碱基之和的比值互为倒数，乘积为1”。4双链DNA分子中，若b%，则%。1基因是碱基对随机排列成的DNA分子吗？为什么？提示：基因不是碱基对随机排列成的DNA分子。在自然选择过程中，由大部分随机排列的脱氧核苷酸序列控制性状的生物不能成活，被淘汰掉了。2根据DNA的下列两模型思考回答：图1图2(1)由图1可知，每个DNA分子片段中，游离磷酸基团含有2个。单链中相邻碱基通过脱氧核糖磷酸脱氧核糖连接。互补链中相邻碱基通过氢键连接。(2)图2是图1的简化形式，其中是磷酸二酯键，是氢键。解旋酶作用于部位，限制性核酸内切酶和DNA连接酶作用于部位。考查DNA分子的结构1(2019潍坊期中)下列关于DNA分子结构的叙述，正确的是()ADNA分子中碱基对的排列顺序代表遗传信息B1个双链DNA分子片段中有1个游离的磷酸C嘌呤与嘌呤之间、嘧啶与嘧啶之间通过氢键相连DDNA分子的基本骨架由磷酸和含氮碱基交替连接构成ADNA分子中碱基对的排列顺序代表遗传信息，A项正确；1个双链DNA分子片段中有2个游离的磷酸，B项错误；嘌呤与嘧啶之间通过氢键相连，C项错误；DNA分子的基本骨架由磷酸和脱氧核糖交替连接构成，D项错误。22019年是DNA分子双螺旋结构被发现的第66年。下列关于DNA分子的叙述，错误的是()ADNA分子中G和C所占的比例越高，DNA分子的热稳定性越强BDNA分子中的磷酸和脱氧核糖交替连接构成DNA分子的基本骨架C不同生物的DNA分子中，(AT)/(GC)的值越接近，亲缘关系越近DDNA分子发生碱基对替换后，不会改变DNA分子中嘧啶碱基所占的比例C生物的遗传信息蕴藏在碱基对的排列顺序中，与DNA分子中碱基的比例没有直接关系，C项错误。考查基因的本质及与DNA和染色体的关系3(2018潍坊期中)下列有关基因的叙述，正确的是()A真核细胞中的基因都以染色体为载体B唾液淀粉酶基因在人体所有细胞中都能表达C等位基因的根本区别是脱氧核苷酸的排列顺序不同D基因是由碱基对随机排列成的DNA片段C真核细胞的细胞核基因以染色体为载体，细胞质基因不是以染色体为载体，A错误；唾液淀粉酶基因只在唾液腺细胞中表达，B错误；等位基因是基因突变产生的，两者的根本区别是脱氧核苷酸的排列顺序不同，C正确；基因是有遗传效应的DNA片段，其中的碱基对具有特定的排列顺序，D错误。4(2019重庆一模)下列有关基因的叙述，错误的是()A摩尔根将孟德尔的“遗传因子”这一名词重新命名为“基因”B随着细胞质基因的发现，基因与染色体的关系可概括为染色体是基因的主要载体C一个DNA分子上有多个基因，基因是有遗传效应的DNA片段D研究表明，基因与性状的关系并不都是简单的线性关系A摩尔根运用假说演绎法证明基因在染色体上，约翰逊给“遗传因子”起了一个新名字为“基因”，A错误；DNA主要存在于染色体上，少量存在于细胞质中，故染色体是基因的主要载体，B正确；基因是有遗传效应的DNA片段，一个DNA分子上有多个基因，C正确；生物的性状由基因和环境共同决定的，基因与性状的关系并不都是简单的线性关系，D正确。 DNA分子的复制1概念：以亲代DNA为模板，合成子代DNA的过程。2时间：有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期。3过程4特点(1)复制方式为半保留复制。(2)边解旋边复制。5DNA分子精确复制的原因(1)DNA分子的双螺旋结构提供精确的模板。(2)碱基互补配对原则保证复制准确进行。6意义：使遗传信息从亲代传给子代，保持了遗传信息的连续性。7研究DNA复制的常用方法同位素示踪法和离心法，常用3H、15N标记，通过离心在试管中形成不同位置的DNA条带。1DNA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的。()提示：新合成的DNA分子的两条链有一条链是新合成的。2DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制。()提示：DNA复制时边解旋边复制。3单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链。()提示：在DNA聚合酶的作用下，单个脱氧核苷酸连接到DNA单链片段上形成子链。4在一个细胞周期中，DNA复制过程中的解旋发生在两条DNA母链之间。()5在人体内，成熟的红细胞、浆细胞中不发生DNA的复制。()1DNA分子复制中相关计算的规律DNA分子复制为半保留复制，若将一个被15N标记的DNA转移到含14N的培养基中培养(复制)若干代，其结果分析如下：2DNA分子复制过程中消耗的某种脱氧核苷酸数(1)若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m(2n1)个。(2)第n次复制需要该种脱氧核苷酸数为m2n1个。1将发生癌变的小肠上皮细胞用含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液培养，一段时间后再移至普通培养液中培养，不同间隔时间取样，检测到被标记的癌细胞比例减少，出现上述结果的原因是什么？提示：依据DNA半保留复制特点，移到普通培养液中的被标记的癌细胞，随着细胞增殖次数的增加，不被标记的癌细胞开始出现并不断增多，故被标记的癌细胞比例减少。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。放射性越高的3H胸腺嘧啶脱氧核糖核苷(3H脱氧胸苷)，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脱氧胸苷和高放射性3H脱氧胸苷，设计实验以确定大肠杆菌DNA复制的方向，简要写出实验思路并预测实验结果和得出结论。提示：(1)实验思路：复制开始时，首先用含低放射性3H脱氧胸苷培养基培养大肠杆菌，一段时间后转移到含有高放射性3H脱氧胸苷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。(1)预期实验结果和结论：若复制起点处银颗粒密度低，复制起点的一侧银颗粒密度高，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。考查DNA分子复制的过程和特点1正常情况下，DNA分子在复制时，DNA单链结合蛋白能与解旋后的DNA单链结合，使单链呈伸展状态而有利于复制。如图是大肠杆菌DNA复制过程的示意图，下列有关分析错误的是()A在真核细胞中，DNA复制可发生在细胞分裂的间期BDNA复制时，两条子链复制的方向是相反的，且都是连续形成的C如图所示过程可发生在大肠杆菌的拟核中，酶1和酶2都是在核糖体上合成的DDNA单链结合蛋白能防止解旋的DNA单链重新配对BDNA分子的两条链是反向平行的，从图中可以看出，在复制的过程中，子链的形成是由片段连接而成的，B项错误。2(2019哈尔滨模拟)细菌在含15N的培养基中繁殖数代后，细菌DNA的含氮碱基均含有15N，然后再将其移入含14N的培养基中培养，提取亲代及子代的DNA并离心，如图为可能的结果。下列叙述错误的是 ()A子一代DNA应为B子二代DNA应为C子三代DNA应为 D亲代的DNA应为CDNA的复制方式是半保留复制，亲代DNA为15N/15N，在含14N的培养基中培养，子一代的DNA应全为14N/15N，即如图中，A项正确；子二代DNA中1/2为14N/15N、1/2为14N/14N，即如图中，B项正确；子三代DNA中1/4为14N/15N、3/4为14N/14N，即如图中，C项错误；亲代的DNA应为15N/15N，即如图中，D项正确。考查DNA复制的相关计算3一个双链均被32P标记的DNA由5 000个碱基对组成，其中腺嘌呤占20%，将其置于只含31P的环境中复制3次。下列叙述不正确的是()ADNA复制是一个边解旋边复制的过程B第三次复制需要2.1104个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸C子代DNA分子中含32P的单链与含31P的单链之比为17D子代DNA 分子中含32P与含31P的分子数之比为 14BDNA分子中共有10 000个碱基，其中胞嘧啶有3 000个，则DNA第三次复制需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为(231)3000(221)30001.2104(个)，B项错误。4用15N标记了两条链含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在含14N的培养基中连续复制3次。下列有关说法中错误的是()A该DNA分子含有的氢键数目是260个B该DNA分子复制3次共需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸160个C子代DNA分子中含15N的单链与含14N的单链之比为17D子代DNA分子中含15N的DNA分子与含14N的DNA分子之比为14B该DNA分子有100个碱基对，其中胞嘧啶有60个，则C和G各有60个，A和T各有40个，又知C、G之间有3个氢键，A、T之间有2个氢键，因此氢键数目为603402260(个)，A项正确；该DNA分子第一次复制需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸(A)40个，第二次复制需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸80个，第三次复制需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸160个，则复制3次共需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸的数目为4080160280(个)，B项错误；该DNA分子复制3次共产生8个DNA分子，16条DNA单链，其中2条链含15N，含15N的单链与含14N的单链之比为214，即17，C项正确；该DNA分子复制3次共产生8个DNA分子，其中2个DNA分子含有15N,8个DNA分子都含有14N，故二者之比为14，D项正确。准确把握DNA复制的相关计算问题(1)复制次数：“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别：前者包括所有的复制，后者只包括最后一次复制。(2)碱基数目：碱基的数目单位是“对”还是“个”。(3)复制模板：在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两个。(4)关键词语：看清是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词。1.DNA中并不是所有的脱氧核糖都连着两个磷酸基团，两条链各有一个3端的脱氧核糖连着一个磷酸基团。2并非所有DNA片段都是基因，基因是有遗传效应的DNA片段，不是连续分布在DNA上的，而是由碱基序列将不同的基因分割开的。3细胞生物中凡存在DNA分子的场所均可进行DNA分子的复制，其场所除细胞核外，还包括叶绿体、线粒体、原核细胞的拟核及质粒。4DNA中氢键可由解旋酶催化断裂，同时需要ATP供能，也可加热断裂(体外)；而氢键是自动形成的，不需要酶和能量。1.DNA的两条脱氧核苷酸链反向平行盘旋成规则的双螺旋结构。2DNA双螺旋结构的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成的。3DNA上的碱基对严格遵循碱基互补配对原则，通过氢键连接。4DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序代表了遗传信息。5DNA复制具有边解旋边复制、半保留复制的特点。6DNA复制需要解旋酶和DNA聚合酶参与。7基因是具有遗传效应的DNA片段。8染色体是基因的主要载体，线粒体、叶绿体中也存在基因。真题体验| 感悟高考淬炼考能1(2019天津高考)用3H标记胸腺嘧啶后合成脱氧核苷酸，注入真核细胞，可用于研究()ADNA复制的场所BmRNA与核糖体的结合C分泌蛋白的运输D细胞膜脂质的流动A脱氧核苷酸是合成DNA的原料，用3H标记胸腺嘧啶后合成脱氧核苷酸，然后注入真核细胞，可用于研究DNA复制的场所，A项符合题意。2(2018海南高考)现有DNA分子的两条单链均只含有14N(表示为14N14N)的大肠杆菌，若将该大肠杆菌在含有15N的培养基中繁殖两代，再转到含有14N的培养基中繁殖一代，则理论上DNA分子的组成类型和比例分别是()A有15N14N和14N14N两种，其比例为13B有15N15N和14N14N两种，其比例为11C有15N15N和14N14N两种，其比例为31D有15N14N和14N14N两种，其比例为31D一个14N14N的DNA分子利用15N的培养基复制两代，再转到14N的培养基中复制一代共产生8个DNA分子，其中6个DNA分子为15N14N，两个DNA分子为14N14N。3(2018浙江高考)某研究小组进行“探究DNA的复制过程”的活动，结果如图所示。其中培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl，a、b、c表示离心管编号，条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的分布位置。下列叙述错误的是()A本活动运用了同位素示踪和密度梯度离心技术Ba管的结果表明该管中的大肠杆菌是在含14NH4Cl的培养液中培养的Cb管的结果表明该管中的大肠杆菌的DNA都是15N14NDNAD实验结果说明DNA分子的复制是半保留复制B本题考查“探究DNA的复制过程”。本活动中使用14N和15N，即采用了同位素示踪技术，3个离心管中的条带是经密度梯度离心产生的，A正确；a管中只有重带，即15N15NDNA，表明该管中的大肠杆菌是在含15NH4Cl的培养液中培养的，B错误；b管中只有中带，即DNA都是15N14NDNA，C正确；c管中具有1/2中带(15N14NDNA)，1/2轻带(14N14NDNA)，综合a、b、c三支管可推测，a管中为亲代DNA：15N15NDNA，b管中为在含14N的培养基上复制一代后的子代DNA：15N14NDNA，c管中为在含14N的培养基上复制两代后的子代DNA：1/215N14NDNA、1/214N14NDNA，据实验结果，可说明DNA分子的复制是半保留复制，D正确。4(2017海南高考)DNA分子的稳定性与碱基对之间的氢键数目有关。下列关于生物体内DNA分子中(AT)/(GC)与(AC)/(GT)两个比值的叙述，正确的是()A碱基序列不同的双链DNA分子，后一比值不同B前一个比值越大，双链DNA分子的稳定性越高C当两个比值相同时， 可判断这个DNA分子是双链D经半保留复制得到的DNA分子，后一比值等于1D双链DNA分子中AT，CG，前者之间是两个氢键，后者之间是三个氢键；碱基序列不同的双链DNA分子，前一比值不同，后一比值相同，A错误；前一个比值越小，双链DNA分子的稳定性越高，B错误；当两个比值相同时，不能判断这个DNA分子是双链，因为假设A30，G30，C30，T30，这条链可能是单链也有可能是双链，C错误；双链DNA的复制方式为半保留复制，经半保留复制得到的DNA分子仍为双链，后一比值等于1，D正确。5(2016全国卷)某种物质可插入DNA分子两条链的碱基对之间，使DNA双链不能解开。若在细胞正常生长的培养液中加入适量的该物质，下列相关叙述错误的是()A随后细胞中的DNA复制发生障碍B随后细胞中的RNA转录发生障碍C该物质可将细胞周期阻断在分裂中期D可推测该物质对癌细胞的增殖有抑制作用C在DNA分子的复制过程中，DNA分子需要先经过解旋，即DNA双链解开，加入该物质后DNA分子双链不能解开，故细胞中DNA的复制会发生障碍，A项正确。DNA分子转录产生RNA的过程中，DNA分子也需要在RNA聚合酶作用下先将双链解开，再以DNA的一条链为模板进行转录，加入该物质后DNA分子双链不能解开，故细胞中的RNA转录会发生障碍，B项正确。因DNA复制发生在细胞分裂间期，故该物质阻断的是分裂间期DNA分子的复制过程，从而将细胞周期阻断在分裂间期，C项错误。癌细胞的增殖方式是有丝分裂，其分裂过程中可发生DNA复制和转录，加入该物质会阻碍这两个过程，从而抑制癌细胞的增殖，D项正确。