2021届高考生物苏教版一轮复习学案：第6单元遗传的分子基础第2讲DNA分子的结构、复制与基因的本质

第2讲　DNA分子的结构、复制与基因的本质

DNA分子的结构和基因的本质

1．DNA分子的结构

2．DNA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。

3．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．沃森和克里克研究DNA分子的结构时，运用了构建物理模型的方法。(√)

2．嘌呤碱基与嘧啶碱基的结合保证了DNA分子空间结构的相对稳定。(√)

3．分子大小相同、碱基含量相同的核酸分子所携带的遗传信息一定相同。(×)

[提示]　核酸分子所携带的遗传信息取决于碱基对排列顺序。

4．DNA分子一条链上的相邻碱基通过磷酸—脱氧核糖—磷酸相连。(×)

[提示]　一条链上相邻的碱基通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖相连。

5．不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值可能相同。(√)

6．DNA分子的多样性和特异性主要与它的空间结构密切相关。(×)

[提示]　DNA的空间结构都是双螺旋结构，与多样性和特异性无关。

7．人体内控制β珠蛋白基因由1 700个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有41700种。(×)

[提示]　β珠蛋白的基因的碱基排列方式是特定的。

8．DNA分子中G和C所占的比例越大，其稳定性越低。(×)

[提示]　G和C之间有三个氢键，A和T之间有两个氢键，因此，DNA分子中G和C所占的比例越大，稳定性越高。

碱基互补配对原则及相关计算

DNA碱基互补配对原则是指在DNA分子形成碱基对时，A一定与T配对，G一定与C配对的一一对应关系。推论如下：

1．双链DNA分子中嘌呤总数与嘧啶总数相等，即A＋G＝T＋C。简记：“DNA分子中两个非互补碱基之和是DNA分子总碱基数的一半”。

2．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⇒A1＋T1＝A2＋T2＝n%，所以A＋T＝A1＋A2＋T1＋T2＝＝n%。

简记为“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等”。

3．双链DNA分子中，非互补碱基之和所占比例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，互补链中＝。

简记为：“DNA两条互补链中，不配对两碱基之和的比值互为倒数，乘积为1”。

4．双链DNA分子中，若＝b%，则＝%。

1．基因是碱基对随机排列成的DNA分子吗？为什么？

[提示]　基因不是碱基对随机排列成的DNA分子。在自然选择过程中，由大部分随机排列的脱氧核苷酸序列控制性状的生物不能成活，被淘汰掉了。

2．根据DNA的下列两模型思考回答：

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①是磷酸二酯键，②是氢键。解旋酶作用于②部位，限制性核酸内切酶和DNA连接酶作用于①部位。

考查DNA分子的结构

1．某双链(α链和β链)DNA分子中有2 000个碱基，其中腺嘌呤占20%。下列有关分析正确的是(　　)

A．α链中A＋T的含量等于β链中C＋G的含量

B．α链和β链中G所占本链的比例之和等于DNA双链中G所占的比例

C．该DNA分子中含有的氢键数目为2 600个

D．以该DNA分子为模板转录出的RNA中A＋U＝800个

C　[α链中A＋T的含量等于β链中T＋A的含量，A错误；α链和β链中G所占本链的比例之和是DNA双链中G所占比例的2倍，B错误；该DNA分子中氢键数目为A的数目×2＋G的数目×3＝400×2＋600×3＝2 600(个)，C正确；一个DNA分子上有多个基因，且有非编码序列，因此无法判断转录出的RNA中A＋U的数目，D错误。]

2．2019年是DNA分子双螺旋结构被发现的第66年。下列关于DNA分子的叙述，错误的是(　　)

A．DNA分子中G和C所占的比例越高，DNA分子的热稳定性越强

B．DNA分子中的磷酸和脱氧核糖交替连接构成DNA分子的基本骨架

C．不同生物的DNA分子中，(A＋T)/(G＋C)的值越接近，亲缘关系越近

D．DNA分子发生碱基对替换后，不会改变DNA分子中嘧啶碱基所占的比例

C　[生物的遗传信息蕴藏在碱基对的排列顺序中，与DNA分子中碱基的比例没有直接关系，C项错误。]

考查基因的本质及与DNA和染色体的关系

3．(2018·潍坊期中)下列有关基因的叙述，正确的是(　　)

A．真核细胞中的基因都以染色体为载体

B．唾液淀粉酶基因在人体所有细胞中都能表达

C．等位基因的根本区别是脱氧核苷酸的排列顺序不同

D．基因是由碱基对随机排列成的DNA片段

C　[真核细胞的细胞核基因以染色体为载体，细胞质基因不是以染色体为载体，A错误；唾液淀粉酶基因只在唾液腺细胞中表达，B错误；等位基因是基因突变产生的，两者的根本区别是脱氧核苷酸的排列顺序不同，C正确；基因是有遗传效应的DNA片段，其中的碱基对具有特定的排列顺序，D错误。]

4．(2019·重庆一模)下列有关基因的叙述，错误的是(　　)

A．摩尔根将孟德尔的“遗传因子”这一名词重新命名为“基因”

B．随着细胞质基因的发现，基因与染色体的关系可概括为染色体是基因的主要载体

C．一个DNA分子上有多个基因，基因是有遗传效应的DNA片段

D．研究表明，基因与性状的关系并不都是简单的线性关系

A　[摩尔根运用假说—演绎法证明基因在染色体上，约翰逊给“遗传因子”起了一个新名字为“基因”，A错误；DNA主要存在于染色体上，少量存在于细胞质中，故染色体是基因的主要载体，B正确；基因是有遗传效应的DNA片段，一个DNA分子上有多个基因，C正确；生物的性状由基因和环境共同决定的，基因与性状的关系并不都是简单的线性关系，D正确。]

DNA分子的复制

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

(1)复制方式为半保留复制。

(2)边解旋边复制。

5．DNA分子精确复制的原因

(1)DNA分子的双螺旋结构提供精确的模板。

(2)碱基互补配对原则保证复制准确进行。

6．意义：使遗传信息从亲代传给子代，保持了遗传信息的连续性。

7．研究DNA复制的常用方法

同位素示踪法和离心法，常用3H、15N标记，通过离心在试管中形成不同位置的DNA条带。

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到DNA单链片段上形成子链。

4．在一个细胞周期中，DNA复制过程中的解旋发生在两条DNA母链之间。(√)

5．在人体内，成熟的红细胞、浆细胞中不发生DNA的复制。(√)

1．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共2n个

2．DNA分子复制过程中消耗的某种脱氧核苷酸数

(1)若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·(2n－1)个。

(2)第n次复制需要该种脱氧核苷酸数为m·2n－1个。

1．归纳各类生物体中DNA分子复制的场所

2．将发生癌变的小肠上皮细胞用含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液培养，一段时间后再移至普通培养液中培养，不同间隔时间取样，检测到被标记的癌细胞比例减少，出现上述结果的原因是什么？

[提示]　依据DNA半保留复制特点，移到普通培养液中的被标记的癌细胞，随着细胞增殖次数的增加，不被标记的癌细胞开始出现并不断增多，故被标记的癌细胞比例减少。

3．通常DNA分子复制从一个复制起始点开始，有单向复制和双向复制，如图所示。

放射性越高的3H­胸腺嘧啶脱氧核糖核苷(3H­脱氧胸苷)，在放射自显影技术的图像上，感光还原的银颗粒密度越高。请利用放射性自显影技术、低放射性3H­脱氧胸苷和高放射性3H­脱氧胸苷，设计实验以确定大肠杆菌DNA复制的方向，简要写出实验思路并预测实验结果和得出结论。

[提示]　(1)实验思路：复制开始时，首先用含低放射性3H­脱氧胸苷培养基培养大肠杆菌，一段时间后转移到含有高放射性3H­脱氧胸苷的培养基中继续培养，用放射自显影技术观察复制起点和复制起点两侧银颗粒密度情况。

(1)预期实验结果和结论：若复制起点处银颗粒密度低，复制起点的一侧银颗粒密度高，则DNA分子复制为单向复制；若复制起点处银颗粒密度低，复制起点的两侧银颗粒密度高，则DNA分子复制为双向复制。

考查DNA分子复制的过程和特点

1．正常情况下，DNA分子在复制时，DNA单链结合蛋白能与解旋后的DNA单链结合，使单链呈伸展状态而有利于复制。如图是大肠杆菌DNA复制过程的示意图，下列有关分析错误的是(　　)

A．在真核细胞中，DNA复制可发生在细胞分裂的间期

B．DNA复制时，两条子链复制的方向是相反的，且都是连续形成的

C．如图所示过程可发生在大肠杆菌的拟核中，酶1和酶2都是在核糖体上合成的

D．DNA单链结合蛋白能防止解旋的DNA单链重新配对

B　[DNA分子的两条链是反向平行的，从图中可以看出，在复制的过程中，子链的形成是由片段连接而成的，B项错误。]

2．如图所示为DNA复制的较为详细的图解，据图分析下列相关叙述错误的是(　　)

A．仅在解旋酶和DNA聚合酶的催化下，DNA复制不能顺利进行

B．在DNA复制的过程中，可能会出现尿嘧啶与腺嘌呤互补配对现象

C．图示DNA复制的特点有边解旋边复制以及半保留复制等

D．复制完成后，前导链和随后链所在单链碱基排列顺序相同

D　[从图示信息可知，DNA复制需要拓扑异构酶Ⅱ、解旋酶、引物合成酶、聚合酶Ⅰ和Ⅲ等多种酶的催化，A正确；在DNA复制过程中，RNA引物能与模板链互补形成杂交链，该杂交链中可能含有碱基对A－U，B正确；从图中信息可知，DNA复制的特点有边解旋边复制和半保留复制等，C正确；从图中信息可知，前导链和随后链都是新合成的子链，而两条子链上的碱基是互补的，D错误。]

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分子在含14N的培养基中连续复制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1/8

D．子代DNA中嘌呤与嘧啶之比是2∶3

A　[在含14N的培养基中连续复制4次，得到24＝16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数为＝40(个)，则复制过程中需消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸数为40×(24－1)＝600(个)，B项错误；每个DNA分子中嘌呤碱基和嘧啶碱基互补，两者之比是1∶1，D项错误。]

4．用15N标记了两条链含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在含14N的培养基中连续复制3次。下列有关说法中错误的是(　　)

A．该DNA分子含有的氢键数目是260个

B．该DNA分子复制3次共需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸160个

C．子代DNA分子中含15N的单链与含14N的单链之比为1∶7

D．子代DNA分子中含15N的DNA分子与含14N的DNA分子之比为1∶4

B　[该DNA分子有100个碱基对，其中胞嘧啶有60个，则C和G各有60个，A和T各有40个，又知C、G之间有3个氢键，A、T之间有2个氢键，因此氢键数目为60×3＋40×2＝260(个)，A项正确；该DNA分子第一次复制需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸(A)40个，第二次复制需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸80个，第三次复制需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸160个，则复制3次共需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸的数目为40＋80＋160＝280(个)，B项错误；该DNA分子复制3次共产生8个DNA分子，16条DNA单链，其中2条链含15N，含15N的单链与含14N的单链之比为2∶14，即1∶7，C项正确；该DNA分子复制3次共产生8个DNA分子，其中2个DNA分子含有15N，8个DNA分子都含有14N，故二者之比为1∶4，D项正确。]

　准确把握DNA复制的相关计算问题

(1)复制次数：“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别：前者包括所有的复制，后者只包括最后一次复制。

(2)碱基数目：碱基的数目单位是“对”还是“个”。

(3)复制模板：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)关键词语：看清是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词。

真题体验| 感悟高考　淬炼考能

1．(2019·天津高考)用3H标记胸腺嘧啶后合成脱氧核苷酸，注入真核细胞，可用于研究(　　)

A．DNA复制的场所

B．mRNA与核糖体的结合

C．分泌蛋白的运输

D．细胞膜脂质的流动

A　[脱氧核苷酸是合成DNA的原料，用3H标记胸腺嘧啶后合成脱氧核苷酸，然后注入真核细胞，可用于研究DNA复制的场所，A项符合题意。]

2．(2018·海南高考)现有DNA分子的两条单链均只含有14N(表示为14N14N)的大肠杆菌，若将该大肠杆菌在含有15N的培养基中繁殖两代，再转到含有14N的培养基中繁殖一代，则理论上DNA分子的组成类型和比例分别是(　　)

A．有15N14N和14N14N两种，其比例为1∶3

B．有15N15N和14N14N两种，其比例为1∶1

C．有15N15N和14N14N两种，其比例为3∶1

D．有15N14N和14N14N两种，其比例为3∶1

D　[一个14N14N的DNA分子利用15N的培养基复制两代，再转到14N的培养基中复制一代共产生8个DNA分子，其中6个DNA分子为15N14N，两个DNA分子为14N14N。]

3．(2018·浙江高考)某研究小组进行“探究DNA的复制过程”的活动，结果如图所示。其中培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl，a、b、c表示离心管编号，条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的分布位置。下列叙述错误的是(　　)

A．本活动运用了同位素示踪和密度梯度离心技术

B．a管的结果表明该管中的大肠杆菌是在含14NH4Cl的培养液中培养的

C．b管的结果表明该管中的大肠杆菌的DNA都是15N­14N­DNA

D．实验结果说明DNA分子的复制是半保留复制

B　[本题考查“探究DNA的复制过程”。本活动中使用14N和15N，即采用了同位素示踪技术，3个离心管中的条带是经密度梯度离心产生的，A正确；a管中只有重带，即15N­15N­DNA，表明该管中的大肠杆菌是在含15NH4Cl的培养液中培养的，B错误；b管中只有中带，即DNA都是15N­14N­DNA，C正确；c管中具有1/2中带(15N­14N­DNA)，1/2轻带(14N­14N­DNA)，综合a、b、c三支管可推测，a管中为亲代DNA：15N­15N­DNA，b管中为在含14N的培养基上复制一代后的子代DNA：15N­14N­DNA，c管中为在含14N的培养基上复制两代后的子代DNA：1/215N­14N—DNA、1/214N­14N­DNA，据实验结果，可说明DNA分子的复制是半保留复制，D正确。]

4．(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(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1

D　[双链DNA分子中A＝T，C＝G，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A＝30，G＝30，C＝30，T＝30，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。]

5．(2016·全国卷Ⅱ)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。]