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第 2、3、4 节 DNA 分子的结构和复制、基因是有遗传效应的 DNA 片段一、DNA 的结构1DNA 的化学组成：DNA 分子属于 ，它们是由一个个 连接起来的长链大分子。每个脱氧核苷酸是由三个“一分子”组成，即一分子 、一分子 、一分子 。2DNA 的空间结构：由两条平行的脱氧核苷酸长链盘旋成规则的 结构。DNA 分子双螺旋结构特点如下：高分子化合物脱氧核苷酸磷酸脱氧核糖含氮碱基双螺旋(1)DNA 分子是由 链组成的。这两条链按 方式盘旋成双螺旋结构。(2)DNA 分子中的脱氧核糖和磷酸 连接，排列在外侧，构成 ；碱基排列在内侧。(3)两条链上的碱基通过 连接成碱基对，A(腺嘌呤)与 T( )配对，G(鸟嘌呤)与 C( )配对。碱基之间的这种一一对应关系，叫做碱基互补配对原则。3DNA 的特性(1)DNA 分子结构的稳定性：是指其 构相对稳定。两条反向平行交替基本骨架氢键胸腺嘧啶胞嘧啶双螺旋结(2)DNA 分子的多样性：DNA 分子由于碱基对的数量不同，碱基对的 千变万化，因而构成了 DNA 分子的多样性。(3)DNA 分子的特异性：是指控制特定性状的特定 DNA 分子的碱基排列顺序是 的。这种特定的顺序包含着特定的 ，从而使 DNA 分子具有特异性。排列顺序稳定不变稳定不变遗传信息概念 以亲代 DNA 分子为模板合成 的过程时间体细胞为有丝分裂间期，原始生殖细胞为 间期条件模板亲代 DNA 分子的 条脱氧核苷酸链分别做模板；原料4 种脱氧核苷酸；能量ATP 供能；酶 等 。(另外，还需相对稳定的细胞内部条件：一定的 等)二、DNA 的复制子代 DNA 减数第一次分裂DNA 聚合酶温度、pH 2解旋酶、过程DNA 的解旋，以 链为模板，以 为单位，通过 合成子链、子链与相应的母链盘绕成 分子特点边 (不是 2 条母链完全解开后才合成新的子链)，为 (新合成的每个 DNA 分子中，都保留了原来 DNA 分子中的一条链)结果 1 个 DNA 分子形成了 2 个完全相同的 DNA 分子意义保持了 的连续性(使遗传信息从亲代传给了子代)续表亲代 DNA 分子的两条脱氧核苷酸碱基互补配对子代 DNA复制半保留复制遗传信息解旋边解旋边三、基因是有遗传效应的 DNA 片段1基因与 DNA 的关系(1)基因是有 的 DNA 片段。(2)每个 DNA 分子含有 基因，DNA 分子中也存在不是基因的片段。2遗传信息DNA 分子中四种碱基的排列顺序千变万化，遗传信息蕴藏在四种碱基的排列顺序中，DNA 分子能够储存足够量的 。3基因的本质遗传效应许多遗传信息基因是有遗传效应的 DNA 片段。4生物多样性和特异性的物质基础 分子的多样性和特异性。5基因与性状的关系基因是控制 的基本单位。6基因与染色体的关系基因在染色体上呈 排列。DNA 分子结构的主要特点及特性DNA 生物性状线性1结构的主要特点(1)DNA 分子是由两条链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。(“反向”：一条链是 53，另一条链是 35)。(2)DNA 分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在 DNA 分子的外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。(3)碱基互补配对原则两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，且碱基配对有一定的规律：AT、GC(A 一定与 T 配对，G 一定与 C 配对)。A与 T 之间通过两个氢键连接，G 与 C 之间通过三个氢键连接。一般说来，G、C 含量越多，DNA 分子结构越稳定，因此处于炎热地区的生物的 DNA 分子中，G、C 含量较多。(4)DNA 分子中，脱氧核苷酸数 脱氧核糖数 磷酸数 含氮碱基数1 1 1 1。(5)DNA 分子彻底水解时得到的产物是脱氧核苷酸的基本组分，即脱氧核糖、磷酸、含氮碱基。2核酸的种类的判断：由核酸所含碱基种类及比例可以分析判断核酸的种类。(1)若有 U 无 T，则该核酸为 RNA。(2)若有 T 无 U，且 AT、GC，则该核酸一般为双链 DNA。(3)若有 T 无 U，且 AT、GC，则该核酸为单链 DNA。3DNA 分子结构特性(1)稳定性DNA 分子双螺旋结构具有相对稳定性决定因素：DNA 分子由两条脱氧核苷酸长链盘旋成粗细均匀、螺距相等的规则双螺旋结构。DNA 分子中脱氧核糖和磷酸交替排列的顺序稳定不变。DNA 分子双螺旋结构的中间为碱基对，碱基之间形成氢键，从而维持双螺旋结构的稳定。DNA 分子之间对应的碱基严格按照碱基互补配对原则进行配对。每个特定的 DNA 分子中，碱基对的数量和排列顺序稳定不变。(2)多样性：构成 DNA 分子的碱基只有 4 种，配对方式只有2 种，但是碱基对的数目却可以成千上万。设某 DNA 分子有 n对碱基，在 DNA 分子上的一个碱基对可能是 AT 或 TA 或 GC 或 CG，即每一个碱基对有 4 种类型的可能性，故 n 个碱基对的排列顺序是 4n，从而构成了 DNA 分子的多样性，也决定了遗传信息的多样性。(3)特异性：每个特定的 DNA 分子中都具有特定的碱基对排列顺序，而特定的碱基对排列顺序中有遗传效应的片段代表遗传信息，所以每个特定的 DNA 分子中都储存着特定的遗传信息，这种特定的碱基对排列顺序就构成了 DNA 分子的特异性。【易错易混】DNA 分子具有特异性，而其基本单位脱氧核苷酸没有特异性【突破题 1】下面关于 DNA 分子结构的叙述中，正确的是()ADNA 分子的任一条链中 AT，GCB每个碱基分子上均连接着一个磷酸和一个脱氧核糖C每个磷酸分子都直接和两个脱氧核糖相连DDNA 分子的两条链上的 A 与 T 通过氢键连接【解题指导】在双链 DNA 分子中，碱基遵循互补配对原则，即 AT、GC。但是任一条单链不一定会出现 AT、GC 的情况；DNA 分子中与碱基相连的是脱氧核糖，磷酸不与碱基连接；DNA 分子的每条链分别有一个游离的磷酸基，这个磷酸基只与一个脱氧核糖相连，其余的磷酸都与两个脱氧核糖直接相连。【答案】DDNA 分子的复制1DNA 分子复制(半保留复制)续表2.DNA 半保留复制的实验证据(1)方法：同位素示踪技术及密度梯度离心法。(2)实验过程：以含 15NH4Cl 的培养液来培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖几代，再将大肠杆菌转移到 14N 的普通培养液中。然后，在不同时刻收集大肠杆菌并提取 DNA，进行密度梯度离心，记录不同质量的 DNA 在离心管中的位置及比例。大肠杆菌在离心管中的位置比例DNA 分子亲代下层15N15N第1代中层15N14N第 2 代1 中层 1 上层中层 15N14N，上层 14N14N第 3 代1 中层 3 上层中层 15N14N，上层 14N14N第 4 代1 中层 7 上层中层 15N14N，上层 14N14N(3)结论：DNA 分子复制为半保留复制。【易错易混】DNA 复制需要解旋酶和 DNA 聚合酶，还需要 RNA 聚合酶，因为 DNA 聚合酶只能将单个的核苷酸连接到已存在的 DNA 链，不能从头开始，所以必须先由 RNA 聚合酶合成一段 RNA 引物，再由 DNA 聚合酶合成新的 DNA 链。【突破题 2】(2010 年惠州二模)(双选)关于图 321 的)DNA 分子片段的说法中，正确的是(图 321ADNA 限制酶、DNA 连接酶、DNA 聚合酶均可作用于处，而 DNA 解旋酶可作用于处B真核生物的遗传物质可能是 DNA 或 RNA，其细胞内含有4 种核苷酸C该 DNA 的特异性表现在碱基种类和(AG)/(CT)的比例上D把此 DNA 放在含 14N 的培养液中复制 n 代，子代中含 15N的 DNA 占 1/2n【解题指导】处是磷酸二酯键，DNA 限制酶、DNA 连接酶、DNA 聚合酶均可作用于磷酸二酯键；真核生物的遗传物质是 DNA，细胞内含有 8 种核苷酸；双链 DNA 中，(AG)/(CT)的比例等于 1，DNA 的特异性表现在(AT)(CG)所占的比例；复制 n 代后，只有一个 DNA 分子含有 15N，占总数的 1/2n。【答案】AD基因与染色体、DNA、性状、遗传信息之间的关系1对基因的理解：基因是具有遗传效应的 DNA 片段，是决定生物性状的遗传物质的基本单位；基因中脱氧核苷酸的排列顺序代表生物的遗传信息；遗传效应是指基因具有复制、转录、翻译、重组和突变以及调控等功能。2对基因、DNA、染色体、性状、遗传信息之间关系的理解(1)DNA 的主要载体是染色体，也存在于线粒体和叶绿体(原核细胞存在于拟核和质粒中)。DNA 的复制导致染色体的复制，DNA 复制结果出现了染色单体。(2)染色质(体)主要由 DNA 和蛋白质组成；染色体与染色质是同一物质在不同时期的两种状态，在研究细胞分裂中的染色体行为时才将两个概念加以区分，而计算数目时两者没有区别。(3)DNA 作为遗传物质，是通过基因来控制生物性状，基因通过控制蛋白质的结构(直接)和酶的合成(间接)来控制生物性状。(4)遗传性状是作为表现型显示出来的各种遗传性质，即生物的形态特征或生理特性，其主要体现者是蛋白质。(5)基因的表达反映在生物的个体发育中，个体发育过程受遗传物质的控制，发育过程是细胞内基因选择性表达的结果。(6)遗传信息是基因(或 DNA)中碱基(脱氧核苷酸)的排列顺序，并不是 DNA 分子上所有的脱氧核苷酸的排列顺序。【突破题 3】下列关于生物体内基因、DNA 与染色体的说法中，正确的是()A基因只有在染色体上才能指导蛋白质合成B生物体内的基因都分布在细胞核染色体的 DNA 上C人类基因组计划测定的是 24 条染色体上基因的碱基序列D细胞核基因与染色体在减数分裂过程中的行为是平行的【解题指导】基因是通过转录为信使 RNA，并在细胞质中指导蛋白质的合成，除了细胞核染色体上有基因，细胞质的线粒体、叶绿体也有基因存在。人类基因组计划测定的是 24 条染色体上 DNA 分子的全部碱基的序列。【答案】D一、DNA 分子中碱基的计算方法与规律1方法、规律总结利用碱基互补配对原则计算碱基比例、碱基数量等相关知识是高考的重要考点，应用的计算公式就是 AT、GC，有关的方法、规律如下：(1)在双链 DNA 分子中AT，GC；AGTC；(AG)/(TC)1，即嘌呤总数嘧啶总数；AGTCACTG；(AG)/(TC)(AC)/(TG)1，即 DNA 分子中任一非互补碱基之和相等，且占 DNA 碱基总数的 50%。上述在不同物种中无种的特异性。(2)在 DNA 两互补链之间(A1G1)/(T1C1)(T2C2)/(A2G2)，即一条链的(AG)/(TC)与另一条链的比值互为倒数。(A1 T1)/(G1 C1)(A2T2)/(G2C2)(A 总T总)/(G 总C 总)，即互补碱基之和在一条链上、在互补链上、在整个 DNA 分子中所占比例相同。此比例在不同 DNA 分子中，可有特异性。A 总%1/2(A1%A2%)，同理 C、G、T 都有同样规律。2实例(1)已知双链 DNA 分子碱基的对数或某碱基的个数，求 4 种碱基的比例。【演绎题 1】一个 DNA 分子的一条链上，腺嘌呤比鸟嘌呤多40%，两者之和占 DNA 分子碱基总数的 24%，则该 DNA 分子的另一条链上，胸腺嘧啶占该链碱基数目的()A44% B24%C14% D28%【解题指导】画出 DNA 简图。(如图 322 所示)图 322依题意，列出等量关系：A1G140%A11.4G1G1而A1G124%A1G148200联立得：A128依“等量代换”有：T2A128，即该 DNA 分子的另一条链上的胸腺嘧啶占该链碱基数目的 28%。【答案】D【演绎题 2】含有 2 000 个碱基的 DNA，每条单链上的碱基排列方式有()A42000 个 B41000 个C22000 个 D21000 个 【解题指导】每条单链上有 1 000 个碱基，即相当于有 1 000个位置，而每个位置上可以是 A、T、G、C 四种碱基，所以每条单链上的碱基排列方式为 41000 个，用 4n(n 为碱基数)计算。(2)已知双链 DNA 中 GC 占的比例和一条链 A 占的比例，求另一条链 A 占的比例。 【答案】B【演绎题 3】从某种生物组织中提取 DNA 进行分析，其四种碱基数的比例是鸟嘌呤和胞嘧啶之和占全部碱基数的 46%，又知该 DNA 的一条链(H 链)所含的碱基中 28%是腺嘌呤，问与 H 链相对应的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的()A26% B24% C14% D11%【解题指导】由整个 DNA 分子的 GC46%，可得出 GC占对应链碱基总数的百分比也为 46%，则 AT54%，由 H 链中A28%，得出 T 占对应链碱基总数的百分比为 28%，则对应链中的 A54%28%26%。(3)已知双链 DNA 分子中 AT 占一定比例，其中一条链上 C占该链一定比例，求另一条链上的 C 占另一条链的比例。【答案】A【演绎题 4】某 DNA 分子中 AT 占整个 DNA 分子碱基总数的 34%，其中一条链上的 C 占该链碱基总数的 28%，那么，对应的另一条互补链上的 C 占该链碱基总数的比例是()A33% B5% C38%D35%【解题指导】根据规律，AT 之和占整个 DNA 分子碱基总数的 34%，则在每条单链中 AT 之和仍为 34%，故已知链中的 GC66%，G66%28%38%，则互补链中的 C 占该链碱基总数也是 38%。(4)求双链 DNA 中四种碱基的比例【答案】C【演绎题 5】下列哪项对双链 DNA 分子的叙述是正确的？()A若一条链 A 和 T 的数目相等，则另一条链 A 和 T 的数目不相等B若一条链 G 的数目为 C 的 2 倍，则另一条链 G 的数目为C的2倍C若一条链的 A T G C1 2 3 4，则另一条链相应的碱基比为 2 1 4 3D若一条链的 A T G C1 2 3 4，则另一条链相应的碱基比为 1 2 3 4【解题指导】DNA 双链碱基遵循碱基互补配对原则，即 A与 T 配对，G 与 C 配对。若 DNA 的一条链中 AT，那么其互补链中必定是 TA；若一条链中 G2C，由于其互补链中 C 与 G分别等于已知链中的 G 与 C，因此互补链中的 G1/2C；若已知链中的 A T G C1 2 3 4，根据碱基互补配对原则，其互补链中相对应的碱基应是已知链中的 T A C G，碱基比为2 1 4 3。(5)求双链 DNA 分子中某一碱基的最大值【答案】C【演绎题 6】分析一个 DNA 分子时，发现 30%的脱氧核苷酸含有腺嘌呤，由此可知，该分子中一条链上的鸟嘌呤含量的最大值可占此链碱基总数的()A20% B30% C40% D70% 【解题指导】双链 DNA 分子中 A30%，T 也占 30%，AT60%，则 GC40%，推知每一单链中的 GC 占单链的 40%，其中一条单链的 G 最多占 40%。 【答案】C二、DNA 半保留复制的有关计算1如果对亲代 DNA 分子用 15N 标记，然后在不含 15N 的环境中让其复制：不管复制多少次，总有两个 DNA 分子含有 15N，总有两条链含有 15N。续表2.与 DNA 复制有关的碱基计算(1)DNA 复制与有丝分裂【演绎题 7】现将含有两对同源染色体且核 DNA 都已用 32P标记的一个细胞，放在不含 32P 的培养基中培养，若该细胞连续进行 4 次有丝分裂，则含 32P 的子细胞数量最少和最多分别是(不考虑交叉互换)()A2,16 B2,8 C4,8 D4,16【解题指导】 4 条被 32P 标记的 DNA，经复制 4 次后产生64 条子代 DNA，其中有 8 条 DNA 被 32P 标记；按染色体的随机组合，8 条 DNA 可以全部分到 2 个细胞中，也可分到 8 个细胞中。【答案】B(2)DNA 分子复制后某种碱基数量的计算若某 DNA 分子含某碱基 a 个，则该 DNA 分子进行 n 次复制，需提供含该碱基的脱氧核苷酸分子数互补的碱基的脱氧核苷酸分子数a(2n1)个。连续复制 n 次，所需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为a(2n1)。第 n 次复制时所需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为 a2n1。A7(am) B8(am)C7(a/2m) D8(2am)【解题指导】第一步计算出该 DNA 分子中胸腺嘧啶脱氧核苷酸数目：CT a/2 ，Cm，所以 Ta/2m；第二步计算出连续复制 3 次所需的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目：(231)(a/2m)7(a/2m)。【答案】C为() 【演绎题 8】某 DNA 分子共有 a 个碱基，其中含胞嘧啶 m个，则该 DNA 分子复制 3 次需要游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数三、根据 DNA 指纹图谱，判断基因位于什么染色体上DNA 指纹图谱法是通过用限制性内切酶切割和与特异的核心探针杂交取得不同大小的 DNA 片段的多点区带图谱，并经与另一个体的 DNA 图谱比较以评价其相似性的技术。这种技术已广泛地应用于法医和亲子鉴定。通过 DNA 指纹图谱，也可分析判断基因位于什么染色体上。【演绎题 9】下表是一对夫妇和几个子女的简化 DNA 指纹图谱，据此判断，下列选项不正确的是()基因标记母亲父亲女儿 1女儿 2儿子A.基因和基因可能位于同源染色体上B基因与基因可能位于同一条染色体上C基因可能位于 X 染色体上D基因可能位于 Y 染色体上【解题指导】父亲具有基因，但儿子不具有基因，所以基因不可能位于 Y 染色体上，而女儿 1 具有基因，女儿 2不具有基因，说明基因可能位于常染色体上。【答案】D1.(2011 年佛山质检)下列有关 DNA 的叙述中，正确的是()A碱基序列的多样性构成了 DNA 分子结构的多样性BDNA 是蛋白质合成的直接模板C双链 DNA 分子的任意一条链中碱基 A 的数量一定与T 相等D细胞内 DNA 双链必须完全解旋后才进行复制【解析】蛋白质合成的直接模板是 mRNA；DNA 复制是边解旋边复制。【答案】A2(2011 届惠州三模)对绿色植物细胞某细胞器组成成分进行分析，发现 A、T、C、G、U 五种碱基的相对含量分别约为 35%、0、30%、20%、15%，则该细胞器能完成的生理活动是()A吸收氧气，进行有氧呼吸B发出星射线，形成纺锤体C结合 mRNA，合成蛋白质D吸收并转换光能，完成光合作用 【解析】在 A、T、C、G、U 五种碱基的相对含量中，T 的相对含量为 0，即该细胞器中，不含有 DNA，只含有 RNA，所以它是核糖体。 【答案】C本章知识整合高中课本中有关同位素的具体应用归纳科学实验标记元素实验结果 研究分泌蛋白的分泌 过程3H 标记的亮氨酸 核糖体内质网高 尔基体细胞膜 探究光合作用释放的 氧全部来自水 18O 分别标记 H2O 和 CO2 光合作用产生的氧来 自水探究 CO2 中的碳在光合作用中的转化途径 14C 标记 CO2CO2C3(CH2O)噬菌体侵染细菌实验用 32P 和 35S 分别标记噬菌体的 DNA 分子和蛋白质外壳DNA 是遗传物质研究 DNA 的复制过程用 15N 标记的 NH4Cl 培养液培养大肠杆菌，再转移到14N 的培养液中培养 半保留复制科学实验标记元素实验结果续表【例题】用同位素标记法探明了许多化学反应的详细过程。下列说法正确的是()A用 15N 标记核苷酸探明了分裂期染色体形态和数目的变化规律B用 18O 标记 H2O 和 CO2 有力地证明了 CO2 是光合作用的原料C用 14C 标记 CO2 探明了 CO2 中碳元素在光合作用中的转移途径D用 35S 标记噬菌体的 DNA 并侵染细菌，证明了 DNA 是噬菌体的遗传物质【综合考点】包括分泌蛋白的形成、光合作用、噬菌体侵染细菌、DNA 复制等内容。【解析】A 项是用光学显微镜直接观察染色体的形态和数目；B 项中用 18O 标记 H2O，用 14C 标记 14CO2；D 项是用 35S标记噬菌体的蛋白质，用 32P 标记噬菌体的 DNA。【答案】C【考题预测】(双选)下列关于同位素标记法的说法中，不正确的是()A用 H218O 浇灌植物一段时间后，在 H2O、CO2、O2、(CH2O)等物质中可检测到放射性B用3H 标记的尿苷提供给植物，一段时间后，只有分生区可检测到放射性C用15N 标记某精原细胞的全部 DNA，放入含14N 的培养液中让其完成一次减数分裂，则形成的精细胞中有50%是有放射性的D用32P 标记噬菌体的DNA，并以此侵染细菌，证明了DNA是遗传物质【解析】尿苷是合成 RNA 的原料，在植物的活细胞中都有；由于 DNA 的半保留复制，新形成的 DNA 分子双链中有一半是 15N标记的，因此所有精细胞中都有放射性。【考题预测】BC同位素标记法的综合性强，是综合题目的一种重要形式。【预测理由】
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