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第2讲DNA分子的结构、复制与基因的本质李仕才考纲要求全国卷五年考情1.DNA分子结构的主要特点()2013卷T12.基因的概念()无考题3.DNA分子的复制()2016卷T2,2016卷T29,2013卷T2考点一| DNA分子的结构及基因的本质(对应学生用书第118页)识记基础梳理1DNA双螺旋结构的形成2DNA的双螺旋结构(1)DNA由两条脱氧核苷酸链组成，这些链按反向平行的方式盘旋成双螺旋结构。(2)外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接构成主链基本骨架。(3)内侧：两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。碱基互补配对遵循以下原则：A=T(两个氢键)、GC(三个氢键)。巧记利用数字“五、四、三、二、一”巧记DNA分子结构3DNA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。4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。1判断正误(1)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。()【提示】由于碱基互补配对，则DNA双螺旋结构中嘧啶数等于嘌呤数。(2)DNA单链中相邻碱基以氢键相连。()【提示】DNA单链中相邻碱基以脱氧核糖磷酸脱氧核糖相连。(3)T2噬菌体的遗传物质水解产生4种脱氧核苷酸。()(4)每个DNA分子中碱基数磷酸数核糖数。()【提示】DNA分子中的五碳糖应为脱氧核糖。(5)染色体是肺炎双球菌细胞中DNA的主要载体。()【提示】肺炎双球菌为原核生物，无染色体。(6)基因中碱基对或脱氧核苷酸的排列顺序均可代表遗传信息。()(7)基因突变等同于DNA分子内部碱基对的替换、增添或缺失。()【提示】DNA分子中只有属于基因中的碱基对替换、增添或缺失，属于基因突变。2据图思考图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。理解深化探究碱基互补配对原则及相关计算规律探究1碱基互补配对原则：A一定与T配对，G一定与C配对。2四个计算规律。(1)规律一：一个双链DNA分子中，AT、CG，则AGCT，即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。(2)规律二：在双链DNA分子中，互补的两碱基之和(如AT或CG)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mRNA(T换为U)中该种碱基比例的比值。(3)规律三：在DNA双链中，一条单链的的值与其互补单链的的值互为倒数关系。提醒：在整个DNA分子中该比值等于1。(4)规律四：在DNA双链中，一条单链的的值，与该互补链的的值是相等的，与整个DNA分子中的的值是相等的。提醒：综合规律三、四可简记为“补则等，不补则倒”。运用考向对练考向1考查DNA分子的结构及特点1如图为某同学在学习DNA的结构后画的含有两个碱基对的DNA片段(“”代表磷酸基团)，下列为几位同学对此图的评价，其中正确的是()A甲说：“物质组成和结构上没有错误”B乙说：“只有一处错误，就是U应改为T”C丙说：“至少有三处错误，其中核糖应改为脱氧核糖”D丁说：“如果说他画的是RNA双链则该图应是正确的”C图中有三处错误：五碳糖应为脱氧核糖，而不是核糖；DNA不含碱基U，而是含碱基T；两个相邻核苷酸之间的磷酸二酯键连接不正确，应是前一个核苷酸的脱氧核糖与后一个核苷酸的磷酸基团连接形成磷酸二酯键，A、B错误；由A、B选项可知，图中至少有三处错误，C正确；如果图中画的是RNA双链，则两个相邻核苷酸之间的磷酸二酯键连接不正确，D错误。2下列有关DNA分子结构的叙述，错误的是()ADNA分子的多样性取决于碱基对的数目和排列顺序BDNA单链上相邻的碱基A与T之间通过2个氢键连接CDNA双链上嘌呤碱基与嘧啶碱基通过氢键相连保证DNA空间结构的 稳定DDNA分子的两条链在方向上表现为反向平行，碱基关系上表现出互补 配对BDNA单链上相邻的碱基A与T之间通过脱氧核糖磷酸脱氧核糖相连接，不通过氢键相连接。考向2考查DNA分子结构的相关计算3(2018江西南昌二中月考)下列关于双链DNA分子结构的叙述，正确的是()A某DNA分子含有500个碱基，可能的排列方式有4500种B若质粒含有2 000个碱基，则该分子同时含有2个游离的磷酸基团C某DNA分子内胞嘧啶占25%，则每条单链上的胞嘧啶占25%50%D某DNA分子上有胸腺嘧啶312个，占总碱基比例为26%，则该DNA分 子上有鸟嘌呤288个D某DNA分子含有500个碱基，该DNA分子中碱基比例已确定，可能的排列方式小于4250种，A错误；质粒是环状DNA分子，其中不含游离的磷酸基团，B错误；某DNA分子内胞嘧啶占25%，则每条单链上的胞嘧啶占0%50%，C错误；某DNA分子上有胸腺嘧啶312个，占总碱基比例为26%，则该DNA分子上碱基总数为31226%1 200个，根据碱基互补配对原则，该DNA分子中有鸟嘌呤1 200(50%26%)288个，D正确。4在一个双链DNA分子中，碱基总数为m，腺嘌呤碱基数为n，G与C之间形成3个氢键，A与T之间形成2个氢键。下列有关叙述正确的是()脱氧核苷酸数磷酸数碱基总数m碱基之间的氢键数为(3m2n)/2一条链中AT的数量为nG的数量为mnABCDD每个脱氧核苷酸中含一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基，故中的等量关系正确；对于，因G与C之间形成3个氢键，A与T之间形成2个氢键，故该DNA分子中，碱基之间的氢键数为2n3(m2n)/2(3m2n)/2；因两条链中AT的数量为2n，故一条链中AT的数量应为n；中计算的G的数量有误，应为(m2n)/2(m/2)n。技法总结关于碱基含量计算的简便方法“两点两法”“两点”为两个基本点：一是A与T配对(RNA为A与U配对)，G与C配对(ATGC)；二是双链DNA分子中，嘌呤总数嘧啶总数1/2碱基总数(AGTC)。“两法”为双链法和设定系数法：用两条直线表示DNA分子的双链结构即为双链法；设定系数法即是设定一个系数来表示碱基的总数或某碱基的数目。例如：已知双链DNA分子中G与C占全部碱基的40%或一条单链中(AG)/(TC)0.4，可设双链DNA分子中碱基总数为200x，则一条链碱基数目为100x，GC的数目为200x40%80x(或设AG的数目为4x，则TC10x)。考向3考查基因的本质及与DNA、染色体的关系5(2018临沂市期中)关于基因、DNA和染色体的叙述，错误的是() 【导学号：67110052】A基因在DNA上呈线性排列，在体细胞中一般成对存在B染色体是DNA的主要载体，一般每条染色体含有1或2个DNA分子C同源染色体同一位置上的两个基因称作等位基因，控制着相对性状D染色体中某一片段缺失会导致染色体的结构改变，引起染色体变异C基因在DNA上呈线性排列，在体细胞中染色体是成对的，基因也是成对的，A项正确；染色体没有复制时，一条染色体上含有1个DNA分子。染色体复制之后，一条染色体上含有2个DNA分子，B项正确；同源染色体上同一位置上的两个基因可能是相同的基因，C项错误；染色体的某一片段缺失，引起染色体变异，D项正确。6下列有关染色体、DNA、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B基因在染色体上呈线性排列C四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1个或2个DNA分子A基因是具有遗传效应的DNA片段，DNA不一定位于染色体上，因此基因不一定位于染色体上，A错误。考点二| DNA复制及相关计算(对应学生用书第120页)识记基础梳理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：边解旋边复制。5方式：半保留复制。6结果：形成两个完全相同的DNA分子。7意义：将遗传信息从亲代传给子代，保持了遗传信息的连续性。巧记利用数字“1,2,3,4”巧记DNA的复制1个主要场所(细胞核)，2种时期(有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期)，3个步骤(解旋、合成新链、形成子代DNA)，4个条件(模板、酶、原料和能量)。1判断正误(1)DNA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。(2)DNA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形成子链。(4)洋葱根尖分生区细胞在减数第一次分裂前的间期进行DNA复制。()【提示】洋葱根尖分生区细胞不进行减数分裂。2据图思考如图为真核细胞DNA复制过程的模式图(1)由图示得知，DNA分子复制的方式具有半保留复制的特点。(2)图示中的解旋酶的作用是使氢键打开，DNA双链发生解旋；DNA聚合酶的作用是催化形成新的子链。(3)两条子链的合成的方向相反。理解深化探究1列举生物体中DNA分子复制的场所2探究DNA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：(1)子代DNA分子数：2n个。无论复制多少次，含15N的DNA分子始终是2个。含14N的有2n个，只含14N的有(2n2)个，做题时应看准是“含”还是“只含”。(2)子代DNA分子的总链数：2n22n1条。无论复制多少次，含15N的链始终是2条。做题时应看准是“DNA分子数”还是“链数”。含14N的链数是(2n12)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，则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸为m(2n1)个。若进行第n次复制，则需消耗该脱氧核苷酸数为m2n1个。运用考向对练考向1考查DNA复制的过程和特点1(2018莱芜市高三期末)下图表示DNA复制的过程。由图不能得到的信息是()ADNA复制是半保留复制BDNA复制具有双向复制的特点CDNA复制生成的两条子代链的方向相反DDNA复制时需要解旋酶将氢键断裂D读图无法得到这样的信息“DNA复制时需要解旋酶将氢键断裂”，D项错误。2(2018德州重点中学月考)真核细胞中DNA复制如下图所示，下列表述错误的是()A多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成B每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代C复制过程中氢键的破坏和形成都需要DNA聚合酶的催化DDNA分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则CDNA复制过程中氢键的破坏需要解旋酶的催化，但氢键的形成不需要酶的催化，C错误。考向2考查DNA复制的相关计算3用15N标记含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个。该DNA分子在14N培养基中连续复制4次，其结果可能是()A含有14N的DNA分子占100%B复制过程中需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸640个C含15N的链占1/8D子代DNA中嘌呤与嘧啶之比是23A在14N培养基中连续复制4次，得到2416个DNA分子，32条链，其中含14N的DNA分子占100%，含15N的链有2条，占1/16，A项正确、C项错误；根据已知条件，每个DNA分子中腺嘌呤脱氧核苷酸有40(个)，复制过程中消耗A40(241)600(个)，B项错误；每个DNA分子中嘌呤和嘧啶互补相等，两者之比是11，D项错误。4(2018泰安期中)下列关于DNA的相关计算中，正确的是()A具有1 000个碱基对的DNA，腺嘌呤有600个，则每一条链上都具有胞 嘧啶200个B具有m个胸腺嘧啶的DNA片段，复制n次后共需要2nm个胸腺嘧啶C具有m个胸腺嘧啶的DNA片段，第n次复制需要2n1m个胸腺嘧啶D无论是双链DNA还是单链DNA，AG所占的比例均是C根据碱基互补配对原则，具有1 000个碱基对的DNA，ATCG2 000个，AT600个，CG400个，但在该DNA分子的每一条链上，所具有的胞嘧啶不一定是200个，A项错误；具有m个胸腺嘧啶的DNA片段，复制n次后共需要(2n1)m个胸腺嘧啶，B项错误；具有m个胸腺嘧啶的DNA片段，第n次复制共需要(2n1)m(2n11)m2n1m个胸腺嘧啶，C项正确；在双链DNA分子中，AG所占的比例是，在单链DNA分子中，AG所占的比例不一定是，D项错误。技法总结巧借模式图解答与DNA复制有关的问题学会画DNA分子半保留复制图解有助于理解DNA的相关计算规律，如下图所示：考向3DNA半保留复制与细胞分裂的综合考查5若用32P标记人的“类胚胎干细胞”的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养液中培养，在第二次细胞分裂的中期、后期，一个细胞中的染色体总条数和被32P标记的染色体条数分别是() 【导学号：67110053】A中期是46和46、后期是92和46B中期是46和46、后期是92和92C中期是46和23、后期是92和23D中期是46和23、后期是46和23A有丝分裂中期、后期染色体条数的分析：“类胚胎干细胞”来自人体，人体的一个正常细胞中含有染色体条数为46，有丝分裂中期染色体条数与体细胞相同(46)，后期染色体条数加倍(92)，故无论经过几次分裂，在有丝分裂中期染色体条数都是46，后期染色体条数都是92。有丝分裂中期、后期被32P标记的染色体条数的分析：以1个DNA分子为例，双链被32P标记，转入不含32P的培养液中培养，由于DNA具有半保留复制的特点，第一次有丝分裂完成时，每个DNA分子中都有1条链被32P标记；第二次有丝分裂完成时，只有1/2的DNA分子被32标记。有丝分裂中期时，染色单体没有分开，而这2条没有分开的染色单体中，1条被32P标记，导致整条染色体也被32P标记。6(2018唐山、保定调研)BrdU能替代T与A配对而渗入新合成的DNA链，植物根尖分生组织放在含有BrdU的培养基中分别培养到第一、第二个细胞周期的中期。下列有关说法中，不正确的是()A1个染色体形成2条染色单体的同时，DNA也完成了复制B1个DNA复制2次所产生的DNA分别位于4条染色单体上C第一个细胞周期的中期，每条染色体均有1个DNA的2条脱氧核苷酸链 都含BrdUD第二个细胞周期的中期，每条染色体均有1个DNA的1条脱氧核苷酸链 含BrdUC1条染色体形成2条染色单体的同时，DNA也完成了复制，A正确；1个DNA复制2次所产生的DNA分别位于4条染色单体上，B正确；第一个细胞周期的中期，DNA分子只复制一次，根据DNA分子半保留复制特点，每条染色体均有1个DNA的1条脱氧核苷酸链含BrdU，C错误；第二个细胞周期的中期，DNA分子进行了2次半保留复制，每条染色体均有1个DNA的1条脱氧核苷酸链含BrdU，D正确。第一步画出含一条染色体的细胞图，下方画出该条染色体上的1个DNA分子，用竖实线表示含同位素标记第二步画出复制一次，分裂一次的子细胞染色体图，下方画出染色体上的DNA链，未被标记的新链用竖虚线表示第三步再画出第二次复制(分裂)后的细胞的染色体组成和DNA链的情况第四步若继续推测后期情况，可想象着丝点分裂，染色单体分开的局面，并进而推测子细胞染色体的情况(2018邵阳一模)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，经过连续两次正常细胞分裂后，下列有关说法不正确的是()A若进行有丝分裂，则子细胞含3H的核DNA分子数可能为NB若进行减数分裂，则子细胞含3H的染色体数为NC第一次分裂结束时，子细胞中染色体都含3HD若子细胞中有的染色体不含3H，则原因是同源染色体彼此分离D将某一经3H充分标记核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，若进行有丝分裂，则细胞分裂两次，DNA复制两次，在第二次有丝分裂后期，所有染色体一半被标记，一半未被标记，由于分裂成两个子细胞时，染色体分配是随机的，所以子细胞含3H的染色体数即核DNA分子数可能为N，A正确；若进行减数分裂，因为DNA只复制1次，所以子细胞的N条染色体都被标记，B正确；第一次分裂结束时，因为DNA只复制1次，所以子细胞中染色体都含3H，C正确；若子细胞中有的染色体不含3H，则该细胞进行的是有丝分裂，则不可能是同源染色体彼此分离，D错误。真题验收| 感悟高考淬炼考能 (对应学生用书第122页)1(2017海南高考)下列关于真核生物遗传物质和性状的叙述，正确的是()A细胞中染色体的数目始终等于DNA的数目B有丝分裂有利于保持亲代细胞和子代细胞间遗传性状的稳定C细胞中DNA分子的碱基对数等于所有基因的碱基对数之和D生物体中，一个基因决定一种性状，一种性状由一个基因决定B基因在染色体上呈线性排列，一条染色体上有很多个基因，基因是具有遗传性状的DNA片段，构成DNA的碱基数远大于构成基因的碱基数，性状由基因和环境共同决定，一种性状可由多个基因控制，故C、D错误；在细胞分裂的过程中染色体的数目可以不等于DNA的数目，A错误；有丝分裂有利于保持亲代细胞和子代细胞间遗传性状的稳定，B正确。2(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。3(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。4(2014山东高考)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()C双链DNA分子中，(AC)/(TG)一定等于1，A错误；当一条链中存在(A1C1)/(T1G1)1时，其互补链中存在(A2C2)/(T2G2)(T1G1)/(A1C1)1，B错误；在DNA分子中，存在(A1T1)/(G1C1)(A2T2)/(G2C2)(AT)/(GC)，C正确、D错误。5(2016全国卷)在有关DNA分子的研究中，常用32P来标记DNA分子。用、和表示ATP或dATP(d表示脱氧)上三个磷酸基团所处的位置(APPP或dAPPP)。回答下列问题：(1)某种酶可以催化ATP的一个磷酸基团转移到DNA末端上，同时产生ADP。若要用该酶把32P标记到DNA末端上，那么带有32P的磷酸基团应在ATP的_(填“”“”或“”)位上。(2)若用带有32P的dATP作为DNA生物合成的原料，将32P标记到新合成的DNA分子上，则带有32P的磷酸基团应在dATP的_(填“”“”或“”)位上。(3)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_。解析(1)根据题干信息可知，该酶能将ATP水解成ADP和磷酸基团(即P)，同时将P基团转移到DNA末端上。因此需用32P标记到ATP的位上。(2)DNA生物合成的原料为脱氧核苷酸。将dATP两个高能磷酸键都水解后产物为dAP(腺嘌呤脱氧核苷酸)，为合成DNA的原料。因此需用32P标记到dATP的位上。(3)一个含有32P标记的噬菌体双链DNA分子经半保留复制后，标记的两条单链只能分配到两个噬菌体的双链DNA分子中，因此在得到的n个噬菌体中只有2个带有标记。答案(1)(2)(3)一个含有32P标记的噬菌体双链DNA分子经半保留复制后，标记的两条单链只能分配到两个噬菌体的双链DNA分子中，因此在得到的n个噬菌体中只有2个带有标记1DNA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分子中脱氧核苷酸碱基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聚合酶的参与。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。
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