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第18讲DNA分子的结构、复制及基因的本质考试说明 1.DNA分子结构的主要特点()。2.DNA分子的复制()。3.基因的概念()。考点一DNA分子的结构及相关计算 1.图解DNA分子结构图6-18-1 2.DNA分子的特性(1)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,两条链互补的碱基之间通过相连。(2)性:遗传信息蕴藏在中。碱基排列顺序千变万化,如某DNA分子中有n个碱基对,则排列顺序有种(其中n代表碱基对数)。(3)性:每种DNA分子都有。理性思维模型与建模 如图6-18-2为某同学在学习了DNA分子的结构后画的含有两个碱基对的DNA分子片段(其中“”代表磷酸基团),找出图中物质和结构上的错误?图示属于模型。图6-18-2正误辨析1.双链DNA分子中一条链上磷酸和核糖是通过氢键连接的。()2.DNA有氢键,RNA没有氢键。()3.大肠杆菌的拟核DNA分子和质粒DNA分子都为双链环状。()4.沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型的一个重要意义在于“发现DNA如何贮存遗传信息”。()5.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。() 1.解读两种DNA结构模型图6-18-3(1)由图甲可解读以下信息:(2)图乙是图甲的简化形式,其中是磷酸二酯键,是氢键。解旋酶作用于部位,限制酶和DNA连接酶作用于部位。 2.碱基互补配对原则及相关计算(1)碱基互补配对原则:AT,GC,如图6-18-4所示:图6-18-4(2)有关推论嘌呤总数与嘧啶总数相等,即A+G=T+C。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A1+T1=n%,则A+T=A1+A2+T1+T2=(n%+n%)/2=n%。简记为“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等”。双链DNA分子中,非互补碱基之和的比值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,所以互补链上=。简记为“DNA两互补链中,不配对两碱基和的比值乘积为1”。角度1考查DNA分子的结构及特性1.下列关于DNA分子结构的叙述,正确的是()A.DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的单链结构B.DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基C.DNA分子两条链之间总是嘌呤与嘧啶形成碱基对D.DNA分子一条链上的相邻碱基通过磷酸脱氧核糖磷酸相连2.2017江苏启东中学模拟 如图6-18-5为DNA分子部分结构示意图,以下叙述正确的是()图6-18-5A.解旋酶可以断开键,因此DNA的稳定性与无关B.是一个鸟嘌呤脱氧核苷酸C.DNA连接酶可催化或键形成D.A链、B链的方向相反,磷酸和脱氧核糖交替连接构成基本骨架易错提醒(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的,配对方式只有两种:AT、CG。(2)并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。(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。(4)在DNA分子中,A与T分子数相等,G与C分子数相等,但A+T的量不一定等于G+C的量,的值恰恰反映了DNA分子的特异性。角度2考查DNA分子结构中碱基的相关计算3.2017广东江门模拟 在一个DNA分子中,腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基数目的46%,其中一条链中鸟嘌呤与胸腺嘧啶分别占该链碱基总数的22%和28%,则由该链转录的信使RNA中鸟嘌呤与胞嘧啶分别占碱基总数的()A.24%,22% B.32%,22%C.26%,24% D.22%,28%4.2018山西太原金河中学模拟 某双链DNA分子中含有200个碱基,一条链上ATGC=1234,则该DNA分子中()A.四种含氮碱基ATGC=4477B.若该DNA中A为p个,占全部碱基的(m2n),则G的个数为-pC.碱基排列方式共有4200种D.含有4个游离的磷酸5.互为同源染色体的DNA分子之间最可能相同的是()A.碱基对的排列顺序B.磷酸二酯键的数目C.的值D.脱氧核苷酸的种类技法提炼解答有关碱基计算的“三步曲”考点二DNA的复制及基因的本质 1.DNA分子复制的过程(1)概念:以亲代DNA为模板,合成子代DNA的过程。(2)时间:。(3)过程图6-18-6(4)特点:(过程上)、(结果上)。(5)精确复制的原因:为复制提供了精确的模板。保证了复制的精确进行。(6)意义:将从亲代传给子代,保持了的连续性。 2.基因的本质(1)本质:基因是具有的片段。(2)基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸的关系图6-18-7(3)基因的基本功能:遗传信息的和。正误辨析1.DNA分子全部解旋后才开始进行DNA复制。()2.DNA必须在DNA酶的作用下才能连接形成子链。() 3.DNA聚合酶催化两个游离的脱氧核苷酸之间的连接。()4.植物细胞的线粒体和叶绿体中均可发生DNA的复制。()5.DNA复制就是基因表达的过程。()理性思维1.归纳与概括 将一个某种噬菌体DNA分子的两条链用32P进行标记,并使其感染大肠杆菌,在不含有32P的培养基中培养一段时间。若得到的所有噬菌体双链DNA分子都装配成噬菌体(n个)并释放,则其中含有32P的噬菌体所占比例为2/n,原因是。2.归纳与概括 蛙的红细胞和哺乳动物成熟红细胞,是否都能进行DNA分子的复制? 1.DNA复制方式的探究实验材料:大肠杆菌实验方法:同位素标记法和密度梯度离心法(亲代DNA分子与子代DNA分子的区分方法)实验假设:DNA分子以半保留的方式复制实验结果:与预期结果一致实验结论:DNA分子以半保留的方式复制 2.DNA复制的有关计算DNA复制为半保留复制,若将亲代DNA分子复制n代,其结果分析如下:图6-18-8(1)子代DNA分子数为2n个。其中:含有亲代链的DNA分子数为2个。不含亲代链的DNA分子数为2n-2个。含子代链的DNA分子有2n个。(2)子代脱氧核苷酸链数为2n+1条。其中:亲代脱氧核苷酸链数为2条。新合成的脱氧核苷酸链数为2n+1-2条。(3)消耗的脱氧核苷酸数若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸数为m(2n-1)个。第n次复制所需该脱氧核苷酸数为m2n-1个。 3.DNA半保留复制应用于细胞分裂过程的分析(1)有丝分裂中染色体标记情况分析过程图解(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):图6-18-9转至不含放射性培养液中再培养一个细胞周期:图6-18-10规律总结: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。(2)减数分裂中染色体标记情况分析过程图解:减数分裂一般选取一对同源染色体为研究对象,如图6-18-11:图6-18-11规律总结:由于减数分裂没有细胞周期,DNA只复制一次,因此产生的子染色体都带有标记。角度1考查DNA复制的过程及相关计算1.2017浙江四市联考 下列关于DNA复制的说法,错误的是()A.通过DNA复制,遗传信息在亲子代细胞间始终保持不变B.将亲代DNA分子的两条链分别作为模板进行复制C.复制过程中,始终按照碱基互补配对原则进行D.形成子链时,相邻脱氧核苷酸的脱氧核糖和磷酸间可形成磷酸二酯键2.2017江苏徐州调研 一个双链均被32P标记的DNA分子由5000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。下列叙述错误的是()A.该DNA分子的特异性与碱基对的排列顺序有关B.复制过程需要2.4104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的单链数目之比为17D.子代DNA分子中含32P的DNA分子数目与只含31P的DNA分子数目之比为13易错提醒DNA复制相关计算的4个易错点(1)“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别,前者包括所有的复制,但后者只包括最后一次复制。(2)碱基的数目单位是“对”还是“个”。(3)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)另外,还要看清是“DNA分子数”还是“链数”,“含”还是“只含”等关键词,以免掉进陷阱。 角度2综合考查DNA复制与细胞分裂3.BrdU 是一种嘧啶类似物,能替代胸腺嘧啶与腺嘌呤配对。将植物根尖分生组织放在含有 BrdU 的培养基中培养到第二个细胞周期的中期,其染色体的情况是()A.每条染色体的两条染色单体都含有 BrdUB.每条染色体的两条染色单体都不含有 BrdUC.每条染色体中都只有一条染色单体含有 BrdUD.只有半数的染色体中一条染色单体含有 BrdU4.将某一经3H充分标记DNA的雄性动物细胞(染色体数为2N)置于不含3H的培养基中培养,该细胞经过两次连续分裂后形成4个大小相等的子细胞。下列有关的说法正确的是()A.若子细胞中染色体数为2N,则其中含3H的染色体数一定为NB.若子细胞中染色体数为N,则其中含3H的DNA分子数为C.若子细胞中染色体都含3H,则细胞分裂过程中会发生基因重组D.若子细胞中有的染色体不含3H,则原因是同源染色体分离角度3考查基因的本质5.2017福州联考 下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法,不正确的是()A.在DNA分子结构中,与脱氧核糖直接相连的一般是一个磷酸基团和一个碱基B.基因一般是具有遗传效应的DNA片段,一个DNA分子上可含有成百上千个基因C.一个基因含有许多个脱氧核苷酸,基因的特异性是由脱氧核苷酸的排列顺序决定的D.染色体是DNA的主要载体,一条染色体上含有1个或2个DNA分子6.2017郑州质检 如图6-18-12为某植物细胞一个DNA分子中a、b、c三个基因的分布状况,图中、为无遗传效应的序列。有关叙述正确的是()图6-18-12A.在植物的每个细胞中,a、b、c基因都会表达出相应蛋白质B.a、b互为非等位基因,在亲子代间传递时可自由组合C.b中碱基对若发生了增添、缺失或替换,则发生了基因突变,但性状不一定改变D.基因在染色体上呈线性排列,基因一定位于染色体上易错提醒(1)对于真核细胞来说,染色体是基因(遗传物质DNA)的主要载体;线粒体和叶绿体也是基因的载体。(2)遗传效应是指基因能够转录成mRNA,进而翻译成蛋白质,能够控制一定的性状。(3)DNA分子中还存在着不具有遗传效应的片段,在真核细胞中这部分片段所占比例很大,但这些片段不是基因。(4)通常的基因是指双链DNA片段,而RNA病毒的基因是指具有遗传效应的RNA片段。历年真题明考向1.2017海南卷 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(A+T)/(G+C)与(A+C)/(G+T)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12.2016上海卷 在DNA分子模型的搭建实验中,若仅用订书钉将脱氧核糖、磷酸、碱基连为一体并构建一个含 10对碱基(A有6个)的DNA双链片段,那么使用的订书钉个数为()A.58B.78C.82D.883.2014福建卷 STR是DNA分子上以26个核苷酸为单元重复排列而成的片段,单元的重复次数在不同个体间存在差异。现已筛选出一系列不同位点的STR用作亲子鉴定,如7号染色体有一个STR位点以“GATA”为单元,重复714次;X染色体有一个STR位点以“ATAG”为单元,重复1115次。某女性7号染色体和X染色体DNA的上述STR位点如图6-18-13所示。下列叙述错误的是()图6-18-13A.筛选出用于亲子鉴定的STR应具有不易发生变异的特点B.为保证亲子鉴定的准确率,应选择足够数量不同位点的STR进行检测C.有丝分裂时,图中(GATA)8和(GATA)14分别分配到两个子细胞D.该女性的儿子X染色体含有图中(ATAG)13的概率是1/24.2014山东卷 某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成,根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图,下列正确的是()ABCD图6-18-14第18讲DNA分子的结构、复制及基因的本质考点一【知识梳理】1.C、H、O、N、P脱氧核苷酸脱氧核糖与磷酸氢键AT、GC反向平行2.(1)氢键(2)多样4种碱基的排列顺序4n (3)特异特定的碱基排列顺序 理性思维图中的错误有:五碳糖应为脱氧核糖,碱基不能含尿嘧啶(U),磷酸与磷酸之间无化学键的连接,磷酸应与脱氧核糖交替连接。物理正误辨析1.2.3.4.5.解析 1.DNA分子中所含五碳糖是脱氧核糖,一条脱氧核苷酸链中磷酸和脱氧核糖之间通过磷酸二酯键连接。2.DNA为双链,两条链间以氢键连接,RNA为单链,但也有双链区域,如tRNA三叶草构象,双链区域也含氢键。5.由于碱基互补配对,则DNA双螺旋结构中嘧啶数等于嘌呤数。【命题角度】1.C解析 DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的双链结构,A错误;DNA分子中的绝大多数磷酸连接着两个脱氧核糖,且磷酸不与碱基直接相连,B错误;DNA分子一条链上的相邻碱基通过脱氧核糖磷酸脱氧核糖相连,D错误。2.D解析 DNA分子的氢键越多,DNA的稳定性越高,A错误;不能表示一个脱氧核苷酸,B错误;DNA连接酶连接的是两脱氧核糖核苷酸之间的磷酸二酯键,C错误;DNA分子的两条链反向平行构成双螺旋结构,磷酸和脱氧核糖交替连接构成基本骨架,D正确。3.B解析 在DNA分子中A+T=46%,C+G=54%,可知A1+T1=46%,G1=22%,T1=28%,可知C1=32%,C1=mRNA中的G=32%,G1=mRNA中的C=22%。4.B解析 该DNA分子的一条链上ATGC=1234,另一条链上ATGC=2143,整个DNA分子中ATGC=3377。若该DNA中A为p个,占全部碱基的,则碱基总数为个,则G=-p。该DNA分子含有100个碱基对,其中30个AT碱基对,70个GC碱基对,碱基排列方式应少于4100种。一个DNA分子由两条脱氧核苷酸链组成,含2个游离的磷酸。5.D解析 一般情况下,互为同源染色体的DNA分子分别来自父方和母方,因此,同源染色体上的DNA分子之间的碱基对的排列顺序、氢键的数目、(A+T)/(G+C)的值一般都不相同,但同源染色体上的DNA分子中脱氧核苷酸的种类相同,且只有4种。考点二【知识梳理】1.(2)有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期(3)能量解旋DNA双链母链脱氧核苷酸DNA聚合酶碱基互补配对母链双螺旋(4)边解旋边复制半保留复制(5)DNA独特的双螺旋结构碱基互补配对原则(6)遗传信息遗传信息2.(1)遗传效应DNA(2)染色体一个或两个有遗传效应线性遗传信息(3)传递表达正误辨析1.2.3.4.5.解析 1.体内DNA分子的复制是边解旋边复制的。2.DNA酶是催化DNA水解,而不是催化其解旋。3.DNA聚合酶是在有模板的条件下催化单个游离的脱氧核苷酸与脱氧核苷酸链的片段连接。5.基因的表达包括转录、翻译,DNA复制不属于基因的表达。理性思维1.一个含有32P标记的噬菌体双链DNA分子经半保留复制后,被标记的两条单链只能分配到两个子代噬菌体的双链DNA分子中,因此在得到的n个噬菌体中只有2个带有标记。2.蛙的红细胞进行无丝分裂,可进行DNA分子的复制;哺乳动物成熟的红细胞已丧失细胞核,也无各种细胞器,不能进行DNA分子的复制。【命题角度】1.A解析 通过DNA复制,将遗传信息从亲代传给子代,从而保持了遗传信息的连续性,若复制出现差错,则会导致遗传信息在亲子代细胞间发生改变,A项错误;在DNA复制过程中,以解开的亲代DNA分子的两条链为模板,以周围环境中的四种脱氧核苷酸为原料,按照碱基互补配对原则,在DNA聚合酶的作用下,各自合成与母链互补的子链,B、C项正确;在形成子链时,相邻脱氧核苷酸的脱氧核糖和磷酸间通过磷酸二酯键相连接,D项正确。2.B解析 由题意可知,该DNA分子中胞嘧啶占30%,则该DNA分子复制时需要消耗游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为10 00030%(23-1)=2.1104,B错误。3.A解析 到第二个细胞周期中期,相当于经过两次复制,这时细胞内每条染色体有两条姐妹染色单体,每条染色单体含有一个DNA分子,每个DNA分子上都有BrdU,所以每条染色体的两条染色单体都含有BrdU。4.C解析 该动物细胞经过3H标记后,放在不含3H的培养基中培养,经过两次有丝分裂后形成的4个细胞,含3H的染色体数可能是02N,A错误。如果该细胞发生的是减数分裂,则子细胞中含3H的DNA分子数为N,B错误。如果子细胞中染色体都含有3H,该细胞发生的是减数分裂,能发生基因重组,C正确。如果子细胞中有的染色体不含3H,则该细胞发生的是有丝分裂,不可能发生同源染色体分离,D错误。5.A解析 在DNA分子结构中,与脱氧核糖直接相连的一般是两个磷酸基团和一个碱基,A错误。6.C解析 在植物的不同细胞中a、b、c基因可能选择性表达,A项错误;a、b两个基因为一条染色体上的非等位基因,在亲子代间传递时不能进行自由组合,B项错误;若该植物为显性纯合子,b基因突变为隐性基因,则该植物的性状不发生改变,C项正确;染色体是基因的主要载体,线粒体、叶绿体中也有少量DNA,D项错误。历年真题明考向1.D解析 由于A与T互补,C与G互补,故(A+C)/(T+G)=1,A项错误。A和T间有2个氢键,G和C间有3个氢键,(A+T)/(G+C)的值大,说明A和T数目多,双链DNA分子的稳定性低,B项错误。两个比值相同时,这个DNA也可能是单链,C项错误。经半保留复制得到的DNA分子,A与T、C与G分别互补且数目相等,D项正确。2.C解析 构建1个脱氧核苷酸需要2个订书钉,构建20个脱氧核苷酸共需要40个订书钉;构建其中一条DNA单链需要9个订书钉充当磷酸二酯键,两条链共需要18个订书钉;10对碱基中A有6个,则双链间氢键共有62+43=24(个),故构建该DNA分子模型总共需要订书钉40+18+24=82(个)。3.C解析 根据题意“STR 是DNA 分子上以26 个核苷酸为单元重复排列而成的片段,单元的重复次数在不同个体间存在差异”,所以能利用STR进行亲子鉴定,只有筛选出一系列不同位点的STR并且用于亲子鉴定的STR具有稳定性,才能保证亲子鉴定的准确率;有丝分裂后期的特点是每条染色体的着丝点分裂,姐妹染色单体分开,所以图中(GATA)8 和(GATA)14每个子细胞中都有;该女性在进行减数分裂形成卵细胞时,两条X同源染色体彼此分开,所以儿子的X染色体来自于(GATA)11的X染色体和(GATA)13的X染色体的概率各占1/2。4.C解析 由碱基互补配对原则可知,不同双链DNA分子中,一条单链中的值与DNA分子双链中的值总是相等;一条单链中的值是不确定的,而DNA分子双链中的值都为1,故C项正确。1.分析一个DNA分子,发现其中30%的脱氧核苷酸为腺嘌呤,由此可知,该DNA分子一条链上鸟嘌呤含量的最大值可占此链碱基总数的()A.20% B.30% C.40% D.70%解析 C由腺嘌呤占整个DNA分子的30%,可知鸟嘌呤占整个DNA分子的20%。一条链上鸟嘌呤含量达到最大值时DNA中所有鸟嘌呤都位于同一条链上,占该链碱基总数的40%。2.某高等生物体细胞内的染色体数是8条,若染色体中的DNA全部用3H标记,将该体细胞放入普通的培养液中连续培养2代,在第二次有丝分裂中期,每个细胞中被标记的染色体数为()A.2条B.4条C.8条D.16条解析 C根据DNA分子半保留复制的特点,在第二次有丝分裂中期,一条染色体包括两条姐妹染色单体,其中一条染色单体上含有同位素标记,另一条上没有。3.在一对等位基因中,一定相同的是()A.氢键数目 B.碱基数目 C.遗传信息 D.基本骨架解析 D等位基因是通过基因突变形成的,基因中碱基对数目和排列次序可能不同,氢键数目也可能不相同,所携带遗传信息不同。等位基因都是具有遗传效应的DNA片段,都以磷酸、脱氧核糖交替连接排列形成基本骨架,D项正确。4.用32P标记了玉米体细胞(含20条染色体)的DNA分子双链。再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养,在第二次细胞分裂完成后每个细胞中被32P标记的染色体条数是()A.0条B.20条C.大于0小于20条D.以上都有可能解析 D第一次细胞分裂完成后形成的细胞中,DNA双链均是一条链含有32P,另一条链不含32P,第二次细胞分裂的间期,染色体复制后每条染色体上都是一条染色单体含32P,一条染色单体不含32P,有丝分裂后期,姐妹染色单体分离,如果含32P的20条染色体同时移向细胞的一极,不含32P的20条染色体同时移向细胞的另一极,则产生的子细胞中被32P标记的染色体条数分别是20条和0条;如果移向细胞两极的20条染色体中既有含32P的,也有不含32P的,则形成的子细胞中被32P标记的染色体条数大于0小于20条。5.以下关于基因、染色体和性状的说法中,正确的是()A.非等位基因都位于非同源染色体上B.位于X或Y染色体上的基因,其相应的性状表现与性别相关联C.基因与性状之间是一一对应的关系D.基因突变一定能够改变生物体的表现型解析 B同源染色体上也可出现非等位基因。一种性状可能由多个基因控制。基因突变不一定改变生物体的表现型。6.将大肠杆菌放在含有15N的培养基中培育若干代后,大肠杆菌DNA中的所有氮均为15N,它比14N分子密度大。然后将DNA被15N标记的大肠杆菌再移到14N培养基中培养,每隔4 h(相当于分裂繁殖一代的时间)取样一次,测定不同世代大肠杆菌DNA分子的密度。DNA分子的密度梯度离心实验结果如图所示。(1)中带含有的氮元素是。(2)如果测定第4代DNA分子密度,含15N的DNA分子所占比例为。(3)如果将第1代(全中)DNA中的氢键断裂后再测定密度,它的四条DNA单链在试管中的分布位置应为。(4)上述实验表明,DNA分子复制的方式是。答案 (1)14N、15N(2)1/8(3)1/2重带、1/2轻带(4)半保留复制解析 明确DNA分子中氮原子的组成与密度梯度离心结果的关系是正确解题的关键。两条DNA单链均被15N标记的DNA分子为全重DNA分子,在离心管的最下边;含全重DNA分子的大肠杆菌转入含14N的培养基中培养后,第1代全部为一条链含15N、另一条链含14N的DNA分子,在离心管的中间;第2代为1/2中带DNA分子,1/2轻带DNA分子;第4代为2/24中带DNA分子,(24-2)/24轻带DNA分子。根据这一实验结果可以证明:DNA分子复制的方式是半保留复制。
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