必修2遺傳與進化第六單元遺傳的分子基礎第2講DNA分子的結構、復制與基因的本質考點一考點二課標要求核心素養1.概述多數生物的基因是DNA分子的功能片段，有些病毒的基因在RNA分子上。2．概述DNA分子是由四種脫氧核苷酸構成，通常有兩條堿基互補配對的反向平行長鏈形成雙螺旋結構，堿基的排列順序編碼了遺傳信息。3．概述DNA分子通過半保留方式進行復制。1.構建DNA分子雙螺旋結構模型，闡明DNA分子作為遺傳物質所具有的結構特點，闡明DNA分子通過復制傳遞遺傳信息。(生命觀念)2．掌握DNA復制過程，歸納DNA復制過程中相關數量計算，提高邏輯分析和計算能力；分析相關資料，得出基因通常是有遺傳效應的DNA片段。(科學思維)3．運用假說—演繹法探究DNA分子的復制方式為半保留復制。(科學探究)考點一DNA的結構和基因的本質1．DNA分子的雙螺旋結構(1)DNA分子由___條脫氧核苷酸鏈組成，這兩條鏈按____________的方式盤旋成雙螺旋結構。(2)外側：____________和______交替連接，構成基本骨架。(3)內側：兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成_________。堿基互補配對遵循以下原則：A一定與T配對，G一定與C配對。兩反向平行脫氧核糖磷酸堿基對2．DNA分子的特性(1)多樣性：不同的DNA分子中脫氧核苷酸數目不同，____________多種多樣。若某DNA分子中有n個堿基對，則其堿基對排列順序最多有___種。

(2)特異性：每種DNA分子都有區別于其他DNA的特定的_____________________，代表了特定的遺傳信息。(3)______性：兩條鏈中磷酸與脫氧核糖交替排列的順序不變，堿基之間有氫鍵相連，使DNA分子具有穩定性。排列順序4n堿基對排列順序穩定3．基因的本質(1)染色體、DNA、基因和脫氧核苷酸的關系(2)基因與堿基的關系遺傳信息蘊藏在____________的排列順序中，構成基因的堿基數______(填“大于”“小于”或“等于”)DNA分子的堿基總數。4種堿基小于易錯整合，判斷正誤。(1)DNA分子一條鏈上的相鄰堿基通過“—磷酸—脫氧核糖—磷酸—”相連。(

)(2)DNA分子中的每個磷酸均連接著一個脫氧核糖和一個堿基。(

)(3)雙鏈DNA分子同時含有2個游離的磷酸基團，其中嘌呤堿基數等于嘧啶堿基數。(

)(4)DNA分子中每一個片段都是一個基因。(

)(5)基因只位于染色體上，所以染色體是基因的載體。(

)××√××1．DNA分子是否都是由兩條鏈構成的？提示：不是。大部分DNA以雙螺旋結構存在，但一經熱或堿處理就會變為單鏈狀態。在某些種類的DNA病毒中存在單鏈環狀或單鏈線狀的DNA分子，如圓環病毒科、細小病毒科的病毒。2．分析DNA兩條鏈反向平行的原因。提示：脫氧核糖上與堿基相連的碳叫作1′－C，與磷酸基團相連的碳叫作5′－C。DNA的一條單鏈具有兩個末端，一端有一個游離的磷酸基團，這一端稱作5′－端，另一端有一個羥基(—OH)，稱作3′－端。DNA的兩條單鏈走向相反，從雙鏈的一端起始，一條單鏈是從5′－端到3′－端的，另一條單鏈則是從3′－端到5′－端的。3．在現代刑偵領域中，DNA指紋技術發揮著越來越重要的作用。只需要一滴血、精液或是一根頭發等樣品，刑偵人員就可以進行DNA指紋鑒定。此外，DNA指紋技術還可以用于親子鑒定、死者遺骸的鑒定等。下圖是DNA指紋圖譜，根據下面的DNA指紋圖譜判斷，下列懷疑對象中誰是犯罪嫌疑人？提示：3號是犯罪嫌疑人。1．明確DNA結構的兩種關系和兩種化學鍵(1)2．DNA分子中堿基數量的計算規律考向

結合DNA分子的結構及特點，考查結構與功能觀例1

(2022·漳州一模)如圖為某雙鏈DNA(由甲鏈和乙鏈組成)的局部結構簡圖，圖中數字①～⑥表示不同物質或化學鍵。下列敘述正確的是(

)例

1CA．圖中⑤為氫鍵，且③與④可為A—T堿基對或G—C堿基對B．圖中①為腺嘌呤，②為胸腺嘧啶，①②通過氫鍵連接C．圖中⑥為磷酸基團，此DNA片段中含有2個游離的磷酸基團D．圖中甲鏈與乙鏈方向相反，但兩條鏈堿基排列順序相同解析：圖中⑤為氫鍵，③與④之間有3個氫鍵，只能為G—C堿基對，A錯誤；圖中①為腺嘌呤，②為胸腺嘧啶，①②通過“—脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖—”連接，B錯誤；圖中⑥為磷酸基團，此DNA片段中含有2個游離的磷酸基團，C正確；圖中甲鏈與乙鏈方向相反，兩條鏈堿基排列順序不相同，D錯誤。〔變式訓練〕1．(2022·寧波二模)幾個學生充分利用下表提供的材料正確搭建出DNA分子結構模型，但制作的DNA分子片段不盡相同，原因可能是(

)塑料片類別堿基G堿基C堿基A堿基T磷酸/脫氧核糖數量(個)3355充足B①每條脫氧核苷酸單鏈上的堿基數量不同②每條脫氧核苷酸單鏈上堿基種類不同③DNA片段上的堿基對的排列順序不同④DNA片段上的堿基配對方式不同A．①②

B．②③

C．③④

D．①④解析：①表格中給出了堿基G和C各3個，A和T各5個，幾個學生充分利用表格提供的材料搭建出DNA分子結構模型，每條鏈上的堿基數目都應該是8個；②每條脫氧核苷酸單鏈上堿基種類不同，構成的DNA分子不同；③堿基序列不同，構成的DNA分子不同；④每個DNA分子都遵循相同的堿基配對原則，即A與T配對，G與C配對，故選B。考向

考查基因的本質例2

(2023·遼寧模擬)基因是有遺傳效應的DNA片段，眼色基因(紅眼基因R、白眼基因r)位于果蠅的X染色體上，下列敘述正確的是(

)A．雌雄果蠅細胞內的基因都是隨染色體的復制而復制的B．同一DNA分子上不可能同時含有兩個控制眼色的基因C．果蠅正常的卵原細胞有絲分裂時紅眼基因最多有4個D．白眼基因的兩側也都是基因，其中只有一條鏈可以轉錄血紅蛋白基因例

2C解析：果蠅屬于真核生物，其基因主要位于染色體上，但細胞質中也有分布，故果蠅細胞內的基因不都是隨染色體的復制而復制的，A錯誤；一個DNA分子上有多個基因，同一DNA分子上可能同時含有兩個控制眼色的基因，如朱紅眼和深紅眼，B錯誤；雌果蠅的基因型可能為XRXR，則該個體在有絲分裂間期復制后可能含有四個XR基因，即紅眼基因最多有4個，C正確；基因是有遺傳效應的DNA片段，一般而言白眼基因的兩側為非基因片段，且由于基因的選擇性表達，控制白眼的基因不能轉錄出血紅蛋白，D錯誤。┃┃拓展延伸?真、原核細胞基因的結構和表達(1)基因的結構(2)基因表達遺傳信息①原核生物基因②真核生物基因〔變式訓練〕2．(2023·江津區模擬)圖甲為摩爾根等人研究并繪出的果蠅X染色體上幾個基因的相對位置圖，圖乙為利用熒光標記各個基因，得到的基因在染色體上的位置圖，由圖分析，正確的是(

)AA．圖甲和圖乙都能說明一條染色體上有多個基因，且呈線性排列B．圖甲中朱紅眼基因和深紅眼基因的遺傳遵循自由組合定律C．圖乙中方框內的四個熒光點所在的基因所含遺傳信息一定不同D．圖乙中從熒光點的分布來看，圖中是兩條含有染色單體的非同源染色體解析：據圖甲可知，一條染色體上有多個基因，基因在染色體上呈線性排列；據圖乙不同熒光點的位置分布可以說明基因在染色體上呈線性排列，A正確；圖甲中朱紅眼基因和深紅眼基因位于同一條染色體上，其遺傳不遵循自由組合定律，B錯誤；圖乙中方框內的四個熒光點位置相同，說明這四個基因可能是相同基因(遺傳信息相同)，也可能是等位基因(遺傳信息不同)，因此，方框內的四個熒光點所在的基因所含遺傳信息可能相同，C錯誤；由圖乙可知，圖示為兩條染色體，二者形態大小相似、基因位點相同，是一對同源染色體，同時，每條染色體的同一位置有兩個基因(熒光點)，據此可推測染色體中有染色單體，因此圖乙是一對含有染色單體的同源染色體，D錯誤。考向

DNA結構的相關計算例3

(2023·福建龍巖高三質檢)若生物體內DNA分子中(G＋C)/(A＋T)＝a，(A＋C)/(G＋T)＝b，則下列有關兩個比值的敘述，不正確的是(

)A．a值越大，雙鏈DNA分子的穩定性越高B．DNA分子一條單鏈及其互補鏈中，a值相同C．堿基序列不同的雙鏈DNA分子，b值不同D．經半保留復制得到的DNA分子，b值等于1例

3C解析：G與C之間通過三個氫鍵相連，A與T之間通過兩個氫鍵相連，a值越大，(G＋C)所占比例越大，雙鏈DNA分子的穩定性越高，A正確；DNA分子中互補堿基之和的比值即(G＋C)/(A＋T)＝a，則在每條單鏈中(G＋C)/(A＋T)＝a，B正確；DNA分子中非互補堿基之和的比值等于1，即(A＋C)/(G＋T)＝b＝1，即堿基序列不同的雙鏈DNA分子，其b值相同，C錯誤，D正確。┃┃歸納提示?解答有關堿基計算題的“三步曲”〔變式訓練〕3．(2023·山東淄博高三月考)下列關于雙鏈DNA分子結構的敘述，正確的是(

)A．某DNA分子含有500個堿基，可能的排列方式有4500種B．若質粒含有2000個堿基，則該分子同時含有2個游離的磷酸基團C．某DNA分子內胞嘧啶占25%，則每條單鏈上的胞嘧啶占25%～50%D．某DNA分子上有胸腺嘧啶312個，占總堿基的26%，則該DNA分子上有鳥嘌呤288個D解析：某DNA分子含有500個堿基，則可能的排列方式有4250種，A錯誤；質粒是環狀DNA分子，其不含游離的磷酸基團，B錯誤；某DNA分子內胞嘧啶占25%，則每條單鏈上的胞嘧啶占0%～50%，C錯誤；某DNA分子上有胸腺嘧啶312個，占總堿基的26%，則該DNA分子上堿基總數為312÷26%＝1200(個)，根據堿基互補配對原則，該DNA分子中有鳥嘌呤1200×(50%－26%)＝288(個)，D正確。考點二DNA分子的復制及相關計算1．DNA分子復制的研究(1)方式推測：沃森和克里克提出遺傳物質自我復制的假說：DNA分子復制方式為_______________。(2)實驗證據①實驗方法：____________________________________。半保留復制同位素示蹤技術和離心技術②實驗原理：含15N的雙鏈DNA密度大，含14N的雙鏈DNA密度小，一條鏈含14N、一條鏈含15N的雙鏈DNA密度居中。③實驗假設：____________________________________。④實驗預期：離心后應出現3條DNA帶。重帶(密度最大)：兩條鏈都為15N標記的親代雙鏈DNA；中帶(密度居中)：一條鏈為14N標記，另一條鏈為15N標記的子代雙鏈DNA；輕帶(密度最小)：兩條鏈都為14N標記的子代雙鏈DNA。DNA以半保留的方式復制⑤實驗過程⑦實驗結論：____________________________________。全部重帶全部中帶DNA的復制是以半保留方式進行的2．復制過程(1)概念：以_______________為模板合成_____________的過程。(2)時間：細胞有絲分裂的間期和減數分裂Ⅰ前的間期。親代DNA子代DNA(3)圖解(4)場所：真核生物在_________、_________和_________；原核生物在______和細胞質。(5)特點：__________________。(6)方式：_______________。(7)結果：形成__________________的DNA分子。細胞核線粒體葉綠體擬核邊解旋邊復制半保留復制兩個完全相同3．DNA分子精確復制的原因(1)DNA分子的_________結構提供精確的模板。(2)_____________________保證復制準確進行。4．DNA分子復制的意義使____________從親代傳給子代，保持了遺傳信息的_______。雙螺旋堿基互補配對原則遺傳信息連續性易錯整合，判斷正誤。(1)植物細胞的線粒體和葉綠體中均可發生DNA的復制。(

)(2)真核生物DNA分子的復制過程需要解旋酶和能量。(

)(3)在一個細胞周期中，DNA復制過程中的解旋發生在兩條DNA母鏈之間。(

)(4)DNA復制時，兩條脫氧核苷酸鏈均可作為模板。(

)√√√√1．在細胞內，DNA的兩條鏈都能作為模板，由于DNA分子的兩條鏈是反向平行的，每條鏈都通過磷酸和脫氧核糖的3′、5′碳原子相連而成，因此每條鏈的兩端是不同的，其中，一端是3′－端(3′羥基)，另一端是5′－端(5′磷酸基團)。在DNA復制中，DNA聚合酶催化合成的方向是5′→3′，而不是3′→5′。DNA復制又是邊解旋邊復制。請推測DNA聚合酶是如何催化DNA復制的？提示：DNA復制時，一條模板鏈是3′→5′走向，其互補鏈在5′→3′方向上連續合成，并稱為前導鏈；另一條模板鏈是5′→3′走向，其互補鏈也是沿5′→3′方向合成，但是與前導鏈的合成方向正好相反，隨著復制的進行會形成許多不連續的片段，最后不連續片段連成一條完整的DNA單鏈，稱為后隨鏈。如圖所示：2．分析DNA復制過程(1)圖示中的解旋酶和DNA聚合酶各有什么作用？提示：前者使氫鍵打開，DNA雙鏈解旋；后者催化形成磷酸二酯鍵，從而形成新的子鏈。(2)蛙的紅細胞和哺乳動物成熟的紅細胞，是否都能進行圖示過程？提示：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。(3)上圖所示DNA復制過程若發生在細胞核內，形成的兩個子DNA位置如何？其上面對應片段中基因是否相同？兩個子DNA將于何時分開？提示：染色體復制后形成兩條姐妹染色單體，剛復制產生的兩個子DNA分子分別位于兩條姐妹染色單體上，由著絲粒相連；其對應片段所含基因在無基因突變等特殊變異情況下應完全相同；兩個子DNA分子將于有絲分裂后期或減數分裂Ⅱ后期著絲粒分裂時，隨兩條姐妹染色單體的分離而分開，分別進入兩個子細胞中。1．歸納概括DNA復制的五個問題(1)復制的場所：主要場所是細胞核，但在擬核、線粒體、葉綠體、細胞質基質(如質粒)中也可進行DNA復制。(2)外界條件對DNA復制的影響：在DNA復制的過程中，需要酶的催化和ATP供能，凡是影響酶活性的因素和影響細胞呼吸的因素，都會影響DNA的復制。(3)復制方式：半保留復制。新合成的每個DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的一條鏈(模板鏈)。(4)過程特點：邊解旋邊復制；多起點解旋和復制。(5)DNA復制的準確性①一般情況下，DNA分子能準確地進行復制。原因是DNA具有獨特的雙螺旋結構，能為復制提供精確的模板；通過堿基互補配對，保證了復制能夠準確地進行。②特殊情況下，在外界因素和生物內部因素的作用下，可能造成堿基配對發生差錯，引發基因突變。2．“圖解法”分析DNA復制相關計算(1)將含有15N的DNA分子放在含有14N的培養基中連續復制n次(如上圖)，則：

①子代DNA(2)DNA分子復制過程中消耗的脫氧核苷酸數①若親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，經過n次復制需要消耗該種脫氧核苷酸數為m·(2n－1)個。②第n次復制需要該種脫氧核苷酸數為m·2n－1個。考向

DNA復制的過程及特點例4

(2022·山東日照高三一模)研究人員將1個含14N－DNA的大腸桿菌轉移到以15NH4Cl為唯一氮源的培養液中，培養1h后提取子代大腸桿菌的DNA。將DNA解開雙螺旋，變成單鏈；然后進行密度梯度離心，試管中出現兩種條帶(如下圖)。下列說法正確的是(

)例

4DA．由結果可推知該大腸桿菌的繁殖周期大約為15minB．根據條帶的數目和位置可以確定DNA的復制方式C．解開DNA雙螺旋的實質是破壞核苷酸之間的磷酸二酯鍵D．若直接將子代DNA進行密度梯度離心也能得到兩條條帶解析：14N單鏈：15N單鏈＝1:7，說明DNA復制了3次，因此可推知該細菌的繁殖周期大約為20min，A錯誤；由于DNA經過熱變性后解開了雙螺旋，變成單鏈，因此根據條帶的數目和位置只能判斷DNA單鏈的標記情況，但無法判斷DNA的復制方式，B錯誤；解開DNA雙螺旋的實質是破壞核苷酸之間的氫鍵，C錯誤；DNA復制3次，有1/4的DNA含15N和14N，為中帶，3/4是只含15N的DNA，為重帶，所以若直接將子代DNA進行密度梯度離心也能得到兩條條帶，D正確。〔變式訓練〕4．下圖中圖1是DNA的某一片段，圖2是DNA復制過程示意圖。下列相關敘述中，錯誤的是(

)DA．圖1中所示的DNA片段有兩個游離的磷酸基團B．圖1中④的名稱是胞嘧啶脫氧核苷酸C．據圖2可知DNA的復制過程需要消耗ATPD．圖2中DNA聚合酶的作用是催化堿基對間氫鍵的形成解析：圖1中每條脫氧核苷酸鏈的5′端有一個游離的磷酸基團，所以圖1中含有兩個游離的磷酸基團，A正確；由于圖1中①是胞嘧啶，所以④的名稱是胞嘧啶脫氧核苷酸，B正確；由圖2可知，DNA的復制過程需要消耗ATP，C正確；DNA聚合酶的作用是催化相鄰脫氧核苷酸間磷酸二酯鍵的形成，而不是氫鍵的形成，D錯誤。考向

考查DNA分子復制的相關計算例5

(2023·臨沂模擬)現有DNA分子的兩條單鏈均只含有14N(表示為14N/14N)的大腸桿菌，若將該大腸桿菌在含有15N的培養基中繁殖兩代，再轉到含有14N的培養基中繁殖一代，則理論上DNA分子的組成類型和比例分別是(

)A．有15N/14N和14N/14N兩種，其比例為1:3B．有15N/15N和14N/14N兩種，其比例為1:1C．有15N/15N和14N/14N兩種，其比例為3:1D．有15N/14N和14N/14N兩種，其比例為3:1例

5D解析：將只含有14N的大腸桿菌置于含有15N的培養基中繁殖兩代后，由于DNA的半保留復制，得到的子代DNA為2個15N/15N－DNA和2個15N/14N－DNA，再將其轉到含有14N的培養基中繁殖一代，會得到6個15N/14N－DNA和2個14N/14N－DNA，比例為3:1，故選D。┃┃易錯提醒?有關DNA復制和計算的4點“注意”(1)DNA中氫鍵可由解旋酶催化斷裂，同時需要ATP供能，也可加熱斷裂(體外)；而氫鍵是自動形成的，不需要酶和能量。(2)注意“DNA復制了n次”和“第n次復制”的區別，前者包括所有的復制，后者只包括第n次的復制。(3)DNA復制計算時看清題中所給出的堿基的單位是“對”還是“個”；所問的是“DNA分子數”還是“鏈數”，是“含”還是“只含”。(4)在真核生物中，DNA復制一般是多起點復制；在原核生物中，DNA復制一般是一個起點。無論是真核生物還是原核生物，DNA復制大多數都是雙向進行的。〔變式訓練〕5．(2023·濱州模擬)用15N標記兩條鏈含有100個堿基對的DNA分子，其中胞嘧啶有60個，該DNA分子在含14N的培養基中連續復制3次。下列有關說法不正確的是(

)A．該DNA分子含有的氫鍵數目是260個B．該DNA分子復制3次共需要游離的腺嘌呤脫氧核苷酸320個C．子代DNA分子中含15N的單鏈與含14N的單鏈之比為1:7D．子代DNA分子中含15N的DNA分子與含14N的DNA分子之比為1:4B解析：該DNA分子有100個堿基對，其中胞嘧啶有60個，則G有60個，A和T各有40個，又知C、G之間有3個氫鍵，A、T之間有2個氫鍵，因此氫鍵數目為60×3＋40×2＝260(個)，A正確；該DNA分子含有腺嘌呤脫氧核苷酸(A)40個，則復制3次共需要游離的腺嘌呤脫氧核苷酸的數目為(23－1)×40＝280(個)，B錯誤；該DNA分子復制3次共產生8個DNA分子、16條DNA單鏈，其中2條鏈含15N，故含15N的單鏈與含14N的單鏈之比為2:14，即1:7，C正確；該DNA分子復制3次共產生8個DNA分子，其中2個DNA分子含有15N,8個DNA分子都含有14N，故二者之比為1:4，D正確。1．(2022·海南卷)科學家曾提出DNA復制方式的三種假說：全保留復制、半保留復制和分散復制(圖1)。對此假說，科學家以大腸桿菌為實驗材料，進行了如下實驗(圖2)：下列有關敘述正確的是(

)A．第一代細菌DNA離心后，試管中出現1條中帶，說明DNA復制方式一定是半保留復制B．第二代細菌DNA離心后，試管中出現1條中帶和1條輕帶，說明DNA復制方式一定是全保留復制C．結合第一代和第二代細菌DNA的離心結果，說明DNA復制方式一定是分散復制D．若DNA復制方式是半保留復制，繼續培養至第三代，細菌DNA離心后試管中會出現1條中帶和1條輕帶D解析：第一代細菌DNA離心后，試管中出現1條中帶，則可以排除全保留復制，但不能肯定是半保留復制或分散復制，繼續做子代ⅡDNA密度鑒定，若子代Ⅱ可以分出一條中密度帶和一條輕密度帶，則可以排除分散復制，同時肯定是半保留復制，ABC錯誤；若DNA復制方式是半保留復制，繼續培養至第三代，形成的子代DNA只有兩條鏈均為14N，或一條鏈含有14N一條鏈含有15N兩種類型，