第18講PART18DNA分子的結構、復制及基因的本質考點互動探究│教師備用習題考試說明1.DNA分子結構的主要特點(Ⅱ)。2.DNA分子的復制(Ⅱ)。3.基因的概念(Ⅱ)。考點互動探究知識梳理1.圖解DNA分子結構考點一DNA分子的結構及相關計算C、H、O、N、P脫氧核苷酸考點互動探究脫氧核糖與磷酸氫鍵A—T、G—C反向平行2.DNA分子的特性(1)穩定性:磷酸和脫氧核糖交替連接,排列在外側構成基本骨架,兩條鏈互補的堿基之間通過

相連。

(2)

性:遺傳信息蘊藏在

中。堿基排列順序千變萬化,如某DNA分子中有n個堿基對,則排列順序有

種(其中n代表堿基對數)。

(3)

性:每種DNA分子都有

。

考點互動探究氫鍵多樣4種堿基的排列順序4n特異特定的堿基排列順序

理性思維[模型與建模]

如圖6-18-2為某同學在學習了DNA分子的結構后畫的含有兩個堿基對的DNA分子片段(其中“○”代表磷酸基團),找出圖中物質和結構上的錯誤?圖示屬于

模型。

考點互動探究圖6-18-2

[答案]圖中的錯誤有:五碳糖應為脫氧核糖,堿基不能含尿嘧啶(U),磷酸與磷酸之間無化學鍵的連接,磷酸應與脫氧核糖交替連接。物理正誤辨析1.雙鏈DNA分子中一條鏈上磷酸和核糖是通過氫鍵連接的。 (

)2.DNA有氫鍵,RNA沒有氫鍵。 (

)3.大腸桿菌的擬核DNA分子和質粒DNA分子都為雙鏈環狀。 (

)4.沃森和克里克構建DNA雙螺旋結構模型的一個重要意義在于“發現DNA如何貯存遺傳信息”。 (

)5.沃森和克里克提出在DNA雙螺旋結構中嘧啶數不等于嘌呤數。 (

)考點互動探究[答案]1.×

2.×

3.√

4.√

5.×考點互動探究[解析]1.DNA分子中所含五碳糖是脫氧核糖,一條脫氧核苷酸鏈中磷酸和脫氧核糖之間通過磷酸二酯鍵連接。2.DNA為雙鏈,兩條鏈間以氫鍵連接,RNA為單鏈,但也有雙鏈區域,如tRNA三葉草構象,雙鏈區域也含氫鍵。5.由于堿基互補配對,則DNA雙螺旋結構中嘧啶數等于嘌呤數。1.解讀兩種DNA結構模型考點互動探究

核心講解圖6-18-3(1)由圖甲可解讀以下信息:①

②

③考點互動探究

(2)圖乙是圖甲的簡化形式,其中①是磷酸二酯鍵,③是氫鍵。解旋酶作用于③部位,限制酶和DNA連接酶作用于①部位。2.堿基互補配對原則及相關計算(1)堿基互補配對原則:A—T,G—C,如圖6-18-4所示:(2)有關推論①嘌呤總數與嘧啶總數相等,即A+G=T+C。②在雙鏈DNA分子中,互補堿基之和所占比例在任意一條鏈及整個DNA分子中都相等。設在雙鏈DNA分子中的一條鏈上A1+T1=n%,則A+T=A1+A2+T1+T2=(n%+n%)/2=n%。考點互動探究

圖6-18-4

考點互動探究

角度1考查DNA分子的結構及特性1.下列關于DNA分子結構的敘述,正確的是(

)A.DNA分子是以4種脫氧核苷酸為單位連接而成的單鏈結構B.DNA分子中的每個磷酸均連接著一個脫氧核糖和一個堿基C.DNA分子兩條鏈之間總是嘌呤與嘧啶形成堿基對D.DNA分子一條鏈上的相鄰堿基通過磷酸—脫氧核糖—磷酸相連考點互動探究命題角度[答案]C[解析]DNA分子是以4種脫氧核苷酸為單位連接而成的雙鏈結構,A錯誤;DNA分子中的絕大多數磷酸連接著兩個脫氧核糖,且磷酸不與堿基直接相連,B錯誤;DNA分子一條鏈上的相鄰堿基通過脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖相連,D錯誤。2.[2017·江蘇啟東中學模擬]

如圖6-18-5為DNA分子部分結構示意圖,以下敘述正確的是 (

)A.解旋酶可以斷開⑤鍵,因此DNA的穩定性與⑤無關B.④是一個鳥嘌呤脫氧核苷酸C.DNA連接酶可催化⑥或⑦鍵形成D.A鏈、B鏈的方向相反,磷酸和脫氧核糖交替連接構成基本骨架考點互動探究圖6-18-5

[答案]D考點互動探究[解析]DNA分子的氫鍵越多,DNA的穩定性越高,A錯誤;④不能表示一個脫氧核苷酸,B錯誤;DNA連接酶連接的是兩脫氧核糖核苷酸之間的磷酸二酯鍵,C錯誤;DNA分子的兩條鏈反向平行構成雙螺旋結構,磷酸和脫氧核糖交替連接構成基本骨架,D正確。考點互動探究角度2考查DNA分子結構中堿基的相關計算3.[2017·廣東江門模擬]

在一個DNA分子中,腺嘌呤與胸腺嘧啶之和占全部堿基數目的46%,其中一條鏈中鳥嘌呤與胸腺嘧啶分別占該鏈堿基總數的22%和28%,則由該鏈轉錄的信使RNA中鳥嘌呤與胞嘧啶分別占堿基總數的 (

)A.24%,22%B.32%,22%C.26%,24%D.22%,28%考點互動探究[答案]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%。考點互動探究[答案]B考點互動探究考點互動探究[答案]D[解析]一般情況下,互為同源染色體的DNA分子分別來自父方和母方,因此,同源染色體上的DNA分子之間的堿基對的排列順序、氫鍵的數目、(A+T)/(G+C)的值一般都不相同,但同源染色體上的DNA分子中脫氧核苷酸的種類相同,且只有4種。技法提煉解答有關堿基計算的“三步曲”考點互動探究1.DNA分子復制的過程(1)概念:以親代DNA為模板,合成子代DNA的過程。(2)時間:

。

考點互動探究知識梳理考點二

DNA的復制及基因的本質有絲分裂的間期和減數第一次分裂前的間期考點互動探究(3)過程圖6-18-6能量解旋DNA雙鏈母鏈脫氧核苷酸DNA聚合酶堿基互補配對母鏈雙螺旋(4)特點:

(過程上)、

(結果上)。

(5)精確復制的原因:①

為復制提供了精確的模板。

②

保證了復制的精確進行。

(6)意義:將

從親代傳給子代,保持了

的連續性。

2.基因的本質(1)本質:基因是具有

的

片段。

考點互動探究邊解旋邊復制半保留復制DNA獨特的雙螺旋結構堿基互補配對原則遺傳信息遺傳信息遺傳效應DNA(2)基因與染色體、DNA、脫氧核苷酸的關系(3)基因的基本功能:遺傳信息的

和

。考點互動探究圖6-18-7

染色體一個或兩個有遺傳效應線性遺傳信息傳遞表達正誤辨析1.DNA分子全部解旋后才開始進行DNA復制。 (

)2.DNA必須在DNA酶的作用下才能連接形成子鏈。 (

)3.DNA聚合酶催化兩個游離的脫氧核苷酸之間的連接。 (

)4.植物細胞的線粒體和葉綠體中均可發生DNA的復制。 (

)5.DNA復制就是基因表達的過程。 (

)考點互動探究[答案]1.×

2.×

3.×

4.√

5.×考點互動探究[解析]1.體內DNA分子的復制是邊解旋邊復制的。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條件下催化單個游離的脫氧核苷酸與脫氧核苷酸鏈的片段連接。5.基因的表達包括轉錄、翻譯,DNA復制不屬于基因的表達。理性思維1.[歸納與概括]

將一個某種噬菌體DNA分子的兩條鏈用32P進行標記,并使其感染大腸桿菌,在不含有32P的培養基中培養一段時間。若得到的所有噬菌體雙鏈DNA分子都裝配成噬菌體(n個)并釋放,則其中含有32P的噬菌體所占比例為2/n,原因是

。

考點互動探究[答案]一個含有32P標記的噬菌體雙鏈DNA分子經半保留復制后,被標記的兩條單鏈只能分配到兩個子代噬菌體的雙鏈DNA分子中,因此在得到的n個噬菌體中只有2個帶有標記。2.[歸納與概括]

蛙的紅細胞和哺乳動物成熟紅細胞,是否都能進行DNA分子的復制?考點互動探究[答案]蛙的紅細胞進行無絲分裂,可進行DNA分子的復制;哺乳動物成熟的紅細胞已喪失細胞核,也無各種細胞器,不能進行DNA分子的復制。1.DNA復制方式的探究實驗材料:大腸桿菌

↓實驗方法:同位素標記法和密度梯度離心法(親代DNA分子與子代DNA分子的區分方法)

↓實驗假設:DNA分子以半保留的方式復制

↓考點互動探究

核心講解考點互動探究

↓實驗結果:與預期結果一致

↓實驗結論:DNA分子以半保留的方式復制2.DNA復制的有關計算DNA復制為半保留復制,若將親代DNA分子復制n代,其結果分析如下:考點互動探究

圖6-18-8

(1)子代DNA分子數為2n個。其中:①含有親代鏈的DNA分子數為2個。②不含親代鏈的DNA分子數為2n-2個。③含子代鏈的DNA分子有2n個。(2)子代脫氧核苷酸鏈數為2n+1條。其中:①親代脫氧核苷酸鏈數為2條。②新合成的脫氧核苷酸鏈數為2n+1-2條。(3)消耗的脫氧核苷酸數①若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個,經過n次復制需要消耗游離的該脫氧核苷酸數為m·(2n-1)個。②第n次復制所需該脫氧核苷酸數為m·2n-1個。考點互動探究

3.DNA半保留復制應用于細胞分裂過程的分析(1)有絲分裂中染色體標記情況分析①過程圖解(一般只研究一條染色體):復制一次(母鏈標記,培養液不含標記同位素):考點互動探究

圖6-18-9

轉至不含放射性培養液中再培養一個細胞周期:圖6-18-10②規律總結:若只復制一次,產生的子染色體都帶有標記;若復制兩次,產生的子染色體只有一半帶有標記。考點互動探究

(2)減數分裂中染色體標記情況分析①過程圖解:減數分裂一般選取一對同源染色體為研究對象,如圖6-18-11:②規律總結:由于減數分裂沒有細胞周期,DNA只復制一次,因此產生的子染色體都帶有標記。考點互動探究

圖6-18-11角度1考查DNA復制的過程及相關計算1.[2017·浙江四市聯考]

下列關于DNA復制的說法,錯誤的是 (

)A.通過DNA復制,遺傳信息在親子代細胞間始終保持不變B.將親代DNA分子的兩條鏈分別作為模板進行復制C.復制過程中,始終按照堿基互補配對原則進行D.形成子鏈時,相鄰脫氧核苷酸的脫氧核糖和磷酸間可形成磷酸二酯鍵考點互動探究

命題角度[答案]A[解析]通過DNA復制,將遺傳信息從親代傳給子代,從而保持了遺傳信息的連續性,若復制出現差錯,則會導致遺傳信息在親子代細胞間發生改變,A項錯誤;1.[2017·浙江四市聯考]

下列關于DNA復制的說法,錯誤的是 (

)A.通過DNA復制,遺傳信息在親子代細胞間始終保持不變B.將親代DNA分子的兩條鏈分別作為模板進行復制C.復制過程中,始終按照堿基互補配對原則進行D.形成子鏈時,相鄰脫氧核苷酸的脫氧核糖和磷酸間可形成磷酸二酯鍵考點互動探究

在DNA復制過程中,以解開的親代DNA分子的兩條鏈為模板,以周圍環境中的四種脫氧核苷酸為原料,按照堿基互補配對原則,在DNA聚合酶的作用下,各自合成與母鏈互補的子鏈,B、C項正確;在形成子鏈時,相鄰脫氧核苷酸的脫氧核糖和磷酸間通過磷酸二酯鍵相連接,D項正確。2.[2017·江蘇徐州調研]

一個雙鏈均被32P標記的DNA分子由5000個堿基對組成,其中腺嘌呤占20%,將其置于只含31P的環境中復制3次。下列敘述錯誤的是(

)A.該DNA分子的特異性與堿基對的排列順序有關B.復制過程需要2.4×104個游離的胞嘧啶脫氧核苷酸C.子代DNA分子中含32P的單鏈與含31P的單鏈數目之比為1∶7D.子代DNA分子中含32P的DNA分子數目與只含31P的DNA分子數目之比為1∶3考點互動探究

[答案]B[解析]由題意可知,該DNA分子中胞嘧啶占30%,則該DNA分子復制時需要消耗游離的胞嘧啶脫氧核苷酸數為10000×30%×(23-1)=2.1×104,B錯誤。易錯提醒

DNA復制相關計算的4個易錯點(1)“DNA復制了n次”和“第n次復制”的區別,前者包括所有的復制,但后者只包括最后一次復制。(2)堿基的數目單位是“對”還是“個”。(3)在DNA復制過程中,無論復制了幾次,含有親代脫氧核苷酸單鏈的DNA分子都只有兩個。(4)另外,還要看清是“DNA分子數”還是“鏈數”,“含”還是“只含”等關鍵詞,以免掉進陷阱。

考點互動探究角度2綜合考查DNA復制與細胞分裂3.BrdU是一種嘧啶類似物,能替代胸腺嘧啶與腺嘌呤配對。將植物根尖分生組織放在含有BrdU的培養基中培養到第二個細胞周期的中期,其染色體的情況是(

)A.每條染色體的兩條染色單體都含有BrdUB.每條染色體的兩條染色單體都不含有BrdUC.每條染色體中都只有一條染色單體含有BrdUD.只有半數的染色體中一條染色單體含有BrdU考點互動探究[答案]A[解析]到第二個細胞周期中期,相當于經過兩次復制,這時細胞內每條染色體有兩條姐妹染色單體,每條染色單體含有一個DNA分子,每個DNA分子上都有BrdU,所以每條染色體的兩條染色單體都含有BrdU。考點互動探究考點互動探究[答案]C[解析]該動物細胞經過3H標記后,放在不含3H的培養基中培養,經過兩次有絲分裂后形成的4個細胞,含3H的染色體數可能是0~2N,A錯誤。如果該細胞發生的是減數分裂,則子細胞中含3H的DNA分子數為N,B錯誤。如果子細胞中染色體都含有3H,該細胞發生的是減數分裂,能發生基因重組,C正確。如果子細胞中有的染色體不含3H,則該細胞發生的是有絲分裂,不可能發生同源染色體分離,D錯誤。角度3考查基因的本質5.[2017·福州聯考]

下列有關染色體、DNA、基因、脫氧核苷酸的說法,不正確的是 (

)A.在DNA分子結構中,與脫氧核糖直接相連的一般是一個磷酸基團和一個堿基B.基因一般是具有遺傳效應的DNA片段,一個DNA分子上可含有成百上千個基因C.一個基因含有許多個脫氧核苷酸,基因的特異性是由脫氧核苷酸的排列順序決定的D.染色體是DNA的主要載體,一條染色體上含有1個或2個DNA分子考點互動探究考點互動探究[答案]A[解析]在DNA分子結構中,與脫氧核糖直接相連的一般是兩個磷酸基團和一個堿基,A錯誤。6.[2017·鄭州質檢]

如圖6-18-12為某植物細胞一個DNA分子中a、b、c三個基因的分布狀況,圖中Ⅰ、Ⅱ為無遺傳效應的序列。有關敘述正確的是 (

)A.在植物的每個細胞中,a、b、c基因都會表達出相應蛋白質B.a、b互為非等位基因,在親子代間傳遞時可自由組合C.b中堿基對若發生了增添、缺失或替換,則發生了基因突變,但性狀不一定改變D.基因在染色體上呈線性排列,基因一定位于染色體上考點互動探究圖6-18-12

考點互動探究[答案]C[解析]在植物的不同細胞中a、b、c基因可能選擇性表達,A項錯誤;a、b兩個基因為一條染色體上的非等位基因,在親子代間傳遞時不能進行自由組合,B項錯誤;若該植物為顯性純合子,b基因突變為隱性基因,則該植物的性狀不發生改變,C項正確;染色體是基因的主要載體,線粒體、葉綠體中也有少量DNA,D項錯誤。易錯提醒(1)對于真核細胞來說,染色體是基因(遺傳物質DNA)的主要載體;線粒體和葉綠體也是基因的載體。(2)遺傳效應是指基因能夠轉錄成mRNA,進而翻譯成蛋白質,能夠控制一定的性狀。(3)DNA分子中還存在著不具有遺傳效應的片段,在真核細胞中這部分片段所占比例很大,但這些片段不是基因。(4)通常的基因是指雙鏈DNA片段,而RNA病毒的基因是指具有遺傳效應的RNA片段。考點互動探究考點互動探究1.[2017·海南卷]DNA分子的穩定性與堿基對之間的氫鍵數目有關。下列關于生物體內DNA分子中(A+T)/(G+C)與(A+C)/(G+T)兩個比值的敘述,正確的是(

)A.堿基序列不同的雙鏈DNA分子,后一比值不同B.前一個比值越大,雙鏈DNA分子的穩定性越高C.當兩個比值相同時,可判斷這個DNA分子是雙鏈D.經半保留復制得到的DNA分子,后一比值等于1

歷年真題明考向[答案]D[解析]由于A與T互補,C與G互補,故(A+C)/(T+G)=1,A項錯誤。A和T間有2個氫鍵,G和C間有3個氫鍵,(A+T)/(G+C)的值大,說明A和T數目多,雙鏈DNA分子的穩定性低,B項錯誤。兩個比值相同時,這個DNA也可能是單鏈,C項錯誤。經半保留復制得到的DNA分子,A與T、C與G分別互補且數目相等,D項正確。考點互動探究2.[2016·上海卷]

在DNA分子模型的搭建實驗中,若僅用訂書釘將脫氧核糖、磷酸、堿基連為一體并構建一個含10對堿基(A有6個)的DNA雙鏈片段,那么使用的訂書釘個數為 (

)A.58 B.78C.82 D.88[解析]構建1個脫氧核苷酸需要2個訂書釘,構建20個脫氧核苷酸共需要40個訂書釘;構建其中一條DNA單鏈需要9個訂書釘充當磷酸二酯鍵,兩條鏈共需要18個訂書釘;10對堿基中A有6個,則雙鏈間氫鍵共有6×2+4×3=24(個),故構建該DNA分子模型總共需要訂書釘40+18+24=82(個)。[答案]C考點互動探究3.[2014·福建卷]STR是DNA分子上以2~6個核苷酸為單元重復排列而成的片段,單元的重復次數在不同個體間存在差異。現已篩選出一系列不同位點的STR用作親子鑒定,如7號染色體有一個STR位點以“GATA”為單元,重復7~14次;X染色體有一個STR位點以“ATAG”為單元,重復11~15次。某女性7號染色體和X染色體DNA的上述STR位點如圖6-18-13所示。下列敘述錯誤的是(

)圖6-18-13

考點互動探究A.篩選出用于親子鑒定的STR應具有不易發生變異的特點B.為保證親子鑒定的準確率,應選擇足夠數量不同位點的STR進行檢測C.有絲分裂時,圖中(GATA)8和(GATA)14分別分配到兩個子細胞D.該女性的兒子X染色體含有圖中(ATAG)13的概率是1/2[答案]C考點互動探究[解析]根據題意“STR是DNA分子上以2~6個核苷酸為單元重復排列而成的片段,單元的重復次數在不同個體間存在差異”,所以能利用STR進行親子鑒定,只有篩選出一系列不同位點的STR并且用于親子鑒定的STR具有穩定性,才能保證親子鑒定的準確率;有絲分裂后期的特點是每條染色體的著絲點分裂,姐妹染色單體分開,所以圖中(GATA)8

和(GATA)14每個子細胞中都有;該女性在進行減數分裂形成卵細胞時,兩條X同源染色體彼此分開,所以兒子的X染色體來自于(GATA)11的X染色體和(GATA)13的X染色體的概率各占1/2。考點互動探究4.[2014·山東卷]

某研究小組測定了多個不同雙鏈DNA分子的堿基組成,根據測定結果繪制了DNA分子的一條單鏈與其互補鏈、一條單鏈與其所在DNA分子中堿基數目比值的關系圖,下列正確的是 (

)A

BCD圖6-18-14考點互動探究[答案]C考點互動探究知識小體系1.分析一個DNA分子,發現其中30%的脫氧核苷酸為腺嘌呤,由此可知,該DNA分子一條鏈上鳥嘌呤含量的最大值可占此鏈堿基總數的 (

)A.20% B.30% C.40% D.70%教師備用習題[答案]C[解析]由腺嘌呤占整個DNA分子的30%,可知鳥嘌呤占整個DNA分子的20%。一條鏈上鳥嘌呤含量達到最大值時DNA中所有鳥嘌呤都位于同一條鏈上,占該鏈堿基總數的40%。2.某高等生物體細胞內的染色體數是8條,若染色體中的DNA全部用3H標記,將該體細胞放入普通的培養液中連續培養2代,在第二次有絲分裂中期,每個細胞中被標記的染色體數為 (

)A.2條 B.4條 C.8條 D.16條教師備用習題[答案]C[解析]根據DNA分子半保留復制的特點,在第二次有絲分裂中期,一條染色體包括兩條姐妹染色單體,其中一條染色單體上含有同位素標記,另一條上沒有。3.在一對等位基因中,一定相同的是 (

)A.氫鍵數目 B.堿基數目

C.遺傳信息 D.基本骨架教師備用習題[答案]D[解析]等位基因是通過基因突變形成的,基因中堿基對數目和排列次序可能不同,氫鍵數目也可能不相同,所攜帶遺傳信息不同。等位基因都是具有遺傳效應的DNA片段,都以磷酸、脫氧核糖交替連接排列形成基本骨架,D項正確。4.用32P標記了玉米體細胞(含20條染色體)的DNA分子雙鏈。再將這些細胞轉入不含32P的培養基中培養,在第二次細胞分裂完成后每個細胞中被32P標記的染色體條數是(

)A.0條 B.20條C.大于0小于20條

D.以上都有可能教師備用習題[答案]D[解析]第一次細胞分裂完成后形成的細胞中,DNA雙鏈均是一條鏈含有32P,另一條鏈不含32P,第二次細胞分