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2025届高考 一轮复习 人教版 DNA的结构、复制和基因的本质 课件(多选版)
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这是一份2025届高考 一轮复习 人教版 DNA的结构、复制和基因的本质 课件(多选版)，共60页。PPT课件主要包含了考点一DNA的结构，脱氧核糖，磷酸基团，脱氧核，考点二DNA的复制，半保留，同位素，密度梯度离心，完全相同，双螺旋等内容，欢迎下载使用。
【精梳·攻教材】一、DNA双螺旋结构模型的构建
二、DNA分子的结构1.DNA分子的结构层次:
【名师点睛】 生物中的基本骨架或支架(1)有机大分子基本骨架:碳链。(2)细胞骨架:蛋白质纤维。(3)细胞膜基本支架:磷脂双分子层。(4)DNA双螺旋结构基本骨架:脱氧核糖和磷酸。
3.DNA的方向解读:(1)脱氧核糖上与______相连的碳称作1'-C,与__________相连的碳叫作5'-C。(2)DNA的一条单链具有两个末端,一端有一个游离的磷酸基团,这一端称作5'-端,另一端有一个羟基(—OH),称作3'-端。(3)DNA的两条单链走向______,从双链的一端起始,一条单链是从5'-端到3'-端的,另一条单链则是从3'-端到5'-端的。
【辨·清易错】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.每个DNA分子中碱基数=磷酸数=核糖数。( )分析:DNA分子中无核糖。3.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。( )4.生物体内DNA分子中(A+T)/(G+C)的值越大,双链DNA分子的稳定性越高。( )分析:G+C含量越高,双链DNA分子越稳定。5.DNA中每个磷酸均连接一个脱氧核糖和一个碱基。( )分析:DNA分子除了每条单链一端的磷酸只连接着一个脱氧核糖,其他磷酸均连接着2个脱氧核糖。
【写·练表达】1.(必修2 P50图3-8)DNA初步水解的产物和彻底水解的产物分别是4种_____________,磷酸、__________、4种含氮碱基。2.(必修2 P51“探究·实践”讨论T1)DNA能够储存足够量的遗传信息的原因:_________________________________________________________________________________________。
DNA虽然只含有4种脱氧核苷酸,但是碱基的排列顺序却是千变万化的,使
DNA储存了大量的遗传信息
【精研·破疑难】【命题研究】【典例】(2022·浙江6月选考)某同学欲制作DNA双螺旋结构模型,已准备了足够的相关材料。下列叙述正确的是( )A.在制作脱氧核苷酸时,需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基B.制作模型时,鸟嘌呤与胞嘧啶之间用2个氢键连接物相连C.制成的模型中,腺嘌呤与胞嘧啶之和等于鸟嘌呤与胸腺嘧啶之和D.制成的模型中,磷酸和脱氧核糖交替连接位于主链的内侧聚焦考查点:DNA分子的结构特点及相关计算。
【解析】选C。在制作脱氧核苷酸时,需在脱氧核糖上连接磷酸和碱基,A错误。制作模型时,鸟嘌呤与胞嘧啶之间用3个氢键连接物相连,B错误。由碱基互补配对原则可知,制成的模型中,腺嘌呤与胞嘧啶之和等于鸟嘌呤与胸腺嘧啶之和,C正确。制成的模型中,磷酸和脱氧核糖交替连接位于主链的外侧,D错误。
【破解策略】DNA结构与相关计算1.DNA分子双螺旋结构的特点:
【易错提醒】DNA分子结构中两个认识误区误区一:误认为DNA分子中嘌呤等于嘧啶时一定为双链:DNA分子一般为“双螺旋结构”,但也有些DNA分子呈“单链”结构,在此类DNA分子中嘌呤与嘧啶可能相等也可能不相等。误区二:误认为DNA分子中碱基对之间氢键的形成与断裂条件相同:氢键可由解旋酶催化断裂,同时需要ATP供能,也可加热断裂(体外);而氢键是自动形成的,不需要酶和能量。
【精练·提能力】1.如图为DNA分子部分片段的示意图,下列有关叙述正确的是( )A.①位于3'端,⑥位于5'端B.解旋酶作用于④,DNA聚合酶作用于⑤C.该分子复制时,⑩与尿嘧啶配对D.若该分子中G—C碱基对比例高,则热稳定性较高
【解析】选D。DNA的每条链都具有两个末端,一端有一个游离的磷酸基团,这一端称作5'端,另一端有一个羟基(—OH),称作3'端,故①⑥皆位于5'端,A错误;解旋酶作用于⑤氢键,DNA聚合酶作用于④磷酸二酯键,B错误;DNA分子复制时,⑩胸腺嘧啶与腺嘌呤配对,C错误;C和G之间有3个氢键,A与T之间有2个氢键,因此G—C碱基对比例高的DNA分子结构更稳定,D正确。
2.某双链DNA分子含有200个碱基对,其中一条链上A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,则有关该DNA分子的叙述,正确的是( )A.含有4个游离的磷酸基团B.含有腺嘌呤脱氧核苷酸30个C.4种含氮碱基A∶T∶G∶C=3∶3∶7∶7D.碱基排列方式共有4100种【解题指南】(1)关键知识:DNA双链中碱基互补配对,即A1=T2。(2)解题思路:A1∶T1∶G1∶C1=1∶2∶3∶4→T2∶A2∶C2∶G2=1∶2∶3∶4→A∶T∶G∶C=3∶3∶7∶7。
【解析】选C。一个双链DNA分子中含有2个游离的磷酸基团,A错误;由一条链上A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,计算得一条链上200个碱基中含A、T、G、C依次是20、40、60、80,另一条链上含A、T、G、C则依次是40、20、80、60,故该DNA中含腺嘌呤脱氧核苷酸数为20+40=60(个),B错误;四种含氮碱基的比例是A∶T∶G∶C=(20+40)∶(40+20)∶(60+80)∶(80+60)=3∶3∶7∶7,C正确;含200个碱基对的DNA不考虑每种碱基比例关系的情况下,可能的碱基排列方式共有4200种,但因碱基数量比例已确定,故碱基排列方式肯定少于4200种,且一个DNA分子只有一种特定的碱基排列顺序,D错误。
【加固训练】1.科学家在人体快速分裂的活细胞(如癌细胞)中发现了DNA的四螺旋结构,形成该结构的DNA单链中富含G,每4个G之间通过氢键等形成一个正方形的“G-4平面”,继而形成立体的“G-四联体螺旋结构”(如图)。下列叙述错误的是( )A.1个G-四联体螺旋结构中相邻碱基之间通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖连接,也可能通过氢键连接B.组成该结构的基本单位为A、T、C、GC.DNA单链的(A+T)/(G+C)的值与双链相等D.对该结构的研究将有助于为癌症治疗找到新的方法
【解析】选B。根据题意及题图可知,1个G-四联体螺旋结构中相邻碱基之间通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖连接,也可能通过氢键连接,A正确;组成该结构的基本单位为4种脱氧核苷酸,B错误;根据碱基互补配对原则可知,A一定与T配对,G一定与C配对,在DNA的一条链中的A+T等于互补链的A+T,同样,在DNA的一条链中的G+C也等于互补链的G+C,故DNA单链的(A+T)/(G+C)的值与双链相等,C正确;根据题意此“G-四联体螺旋结构”在人体快速分裂的活细胞(如癌细胞)中出现,因此对该结构的研究将有助于为癌症治疗找到新的方法,D正确。
2.在一个DNA分子中,腺嘌呤和胸腺嘧啶之和占全部碱基的42%,若其中一条链的胞嘧啶占该链碱基总数的24%,胸腺嘧啶占30%,则在其互补链上,胞嘧啶和胸腺嘧啶分别占( )A.12%和34%B.21%和24%C.34%和12%D.58%和30%【解析】选C。因为A+T占全部碱基总数的42%,所以G+C占全部碱基总数的58%;因为两种互补碱基之和在DNA分子中与在单链上的含量相等,所以在两条链中A+T、G+C均分别占42%、58%;设链1上C1占24%,则链1上G1占34%,其互补链2上C2占34%;设链1上T1占30%,则链1上A1占12%,其互补链2上T2占12%,故选C。
3.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,下列叙述正确的是( )
【解析】选C。根据DNA分子的结构特点可知,DNA分子中(A+C)/(T+G)=1,而每条链中的(A+C)/(T+G)不能确定,但两条链中(A+C)/(T+G)的值互为倒数,故A、B错误。若DNA分子双链中(A+T)/(C+G)的值均为m,则每条链中(A+T)/(C+G)的值为m,由此可判断C正确、D错误。
【精梳·攻教材】一、DNA复制的假说与证据1.DNA复制的假说:(1)提出者:沃森和克里克。(2)假说内容:________复制。2.实验材料及方法:(1)材料:大肠杆菌。(2)方法:________标记法、______________技术。
3.演绎推理和实验过程及结果:
结果分析:(1)立即取出:提取DNA→离心→______重带。(2)细胞分裂一次(即细菌繁殖一代)取出:提取DNA→离心→______中带。(3)细胞再分裂一次(即细菌繁殖两代)取出:提取DNA→离心→____轻带、____中带。4.结论:DNA的复制是以________的方式进行的。
二、DNA的复制1.概念、时间、场所:
【辨·清易错】1.DNA双螺旋结构全部解旋后,开始DNA的复制。( )分析:DNA的复制是边解旋边复制。2.脱氧核苷酸必须在DNA酶的作用下才能连接形成子链。( )分析:脱氧核苷酸必须在DNA聚合酶(或逆转录酶)的作用下才能连接形成子链。3.原核生物质粒的复制是单起点的,而真核生物DNA复制是多起点的。( )4.在人体内成熟的红细胞、浆细胞中不发生DNA的复制。( )5.DNA分子复制过程中的解旋在细胞核中进行,复制在细胞质中进行。( )分析:DNA分子复制时是边解旋边复制,对于真核细胞而言,整个过程都在细胞核中进行。
【写·练表达】1.(必修2 P53“问题探讨”讨论1改编)碱基互补配对原则与DNA复制机制的关系:碱基互补配对原则是指两条链的碱基之间有准确的一一对应关系,暗示DNA的复制可能需要先________________________,然后通过碱基互补配对合成互补链。2.(必修2 P56“拓展应用2”延伸)果蝇DNA形成多个复制泡的原因:说明果蝇的DNA有多个__________,可同时从不同起点开始DNA的复制,由此加快_________________,为细胞分裂做好物质准备。
解开DNA双螺旋的两条链
【精研·破疑难】【命题研究】【典例】如图1、2分别为DNA分子结构及复制示意图。请据图回答下列问题:(1)1953年沃森和克里克提出了DNA双螺旋结构模型。该模型认为:DNA分子中的 交替连接,排列在外侧,构成基本骨架;碱基排列在内侧。图1中由①②③构成的④称为 。 (2)从图2可以看出,DNA复制有多个起点,其意义在于 ;图中所示的A酶为 酶,作用于DNA结构中的氢键。DNA复制所需基本条件主要包括 (至少答出两点)等。从图2还可以看出DNA复制时,一条子链是连续合成的,而另一条子链是 ,即先形成短链片段再通过 酶相互连接。
【解析】(1)DNA分子中的脱氧核糖与磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架。图1中由①②③构成的④称为鸟嘌呤脱氧核苷酸,是DNA的基本组成单位之一。(2)DNA复制从多个起点开始,能提高复制速率。图中所示的A酶为解旋酶,作用于碱基之间的氢键,使DNA双螺旋结构打开。DNA复制所需基本条件主要包括模板、酶、原料和能量等。由图2可知,DNA复制时,一条子链是连续合成的,而另一条子链是不连续合成的,即先形成短链片段再通过DNA连接酶相互连接。
【破解策略】“数学模型法”分析DNA复制的数量关系
(1)将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养液中连续复制n次,则:①DNA分子数分析:
②脱氧核苷酸链数分析:
【精练·提能力】1.(2023·盐城模拟)正常情况下,DNA分子在细胞内复制时,双螺旋解开后会产生一段单链区,DNA结合蛋白(SSB)能很快地与单链结合,防止解旋的单链重新配对,而使DNA呈伸展状态,SSB在复制过程中可以重复利用,下列有关推理不合理的是( )A.SSB是一种解开DNA双螺旋的解旋酶B.SSB与单链的结合有利于DNA复制C.SSB与DNA单链既可结合也可分开D.SSB与单链的结合不遵循碱基互补配对原则
【解析】选A。根据题干中“双螺旋解开后会产生一段单链区,DNA结合蛋白(SSB)能很快地与单链结合”,说明SSB不是一种解开DNA双螺旋的解旋酶,A错误;SSB与单链的结合可防止单链DNA重新配对,有利于DNA复制,B正确;由题干“SSB在复制过程中可以重复利用”可知,SSB与DNA单链既可结合也可分开,C正确;SSB是一种DNA结合蛋白,故与单链的结合不遵循碱基互补配对原则,D正确。
2.一个双链均被32P标记的DNA由5 000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.DNA复制是一个边解旋边复制的过程B.第三次复制需要2.1×104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的单链之比为1∶7D.子代DNA分子中含32P与含31P的分子数之比为1∶4【解题指南】(1)解题思路:第n次复制需要游离的脱氧核苷酸个数的计算公式:(2n-1)×某核苷酸个数-(2 n-1-1)×某核苷酸个数。(2)代入公式:(23-1)×3 000-(22-1)×3 000。
【解析】选B。DNA复制是一个边解旋边复制的过程,A正确;DNA分子中共有10 000个碱基,其中胞嘧啶3 000个,DNA第三次复制需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为(23-1)×3 000-(22-1)×3 000=1.2×104(个),B错误;含32P的单链只有两条,所有的链数=23×2=16,所以子代DNA分子中含32P的单链与含31P的单链之比为2∶14=1∶7,C正确;含32P的DNA有两个,所有DNA都含31P,所以子代DNA分子中含32P与含31P的分子数之比为1∶4,D正确。
【易错警示】关于DNA复制的两个易错点(1)在做DNA复制的计算题时,应看准是“含”还是“只含”,是“DNA数”还是“链数”。(2)在分析细胞分裂问题时,常以染色体或DNA为研究对象,而在分析DNA复制问题时,一定要从DNA 2条单链的角度考虑,所以复制后的1条染色体上的2个DNA分子中都含有原来的单链。
3.(多选)(2023·烟台模拟)下列关于DNA结构特点和复制特点的具体应用,叙述正确的是( )A.双链DNA分子中,G占碱基总数38%,若一条链中的T占该DNA分子碱基总数的5%,则另一条链中T占该DNA分子碱基总数的7%B.32P标记的双链DNA在不含32P的环境中连续复制n次,子代有标记的DNA占1/2n-1C.含a个腺嘌呤的DNA分子第n次复制需要消耗腺嘌呤脱氧核苷酸a·(2n-1)个D.一个DNA分子复制时,若子一代DNA分子的一条单链出现差错,则子二代DNA分子中,差错DNA分子占1/4
【解析】选A、B、D。某双链DNA分子中,G占碱基总数的38%,则该DNA分子T占碱基总数的12%,根据碱基互补配对原则,T=(T1+T2)÷2,其中一条链中的T占该DNA分子全部碱基总数的5%,则占该链的比例为10%,那么另一条链中T占该链的比例为14%,占DNA分子全部碱基总数的比例为7%,A正确;1个DNA双链被32P标记后,复制n次,得到2n个DNA分子,子代有标记的DNA占2/2n=1/2n-1,B正确;含有a个腺嘌呤的DNA分子第n次复制需要消耗腺嘌呤脱氧核苷酸(2n-2n-1)×a=2n-1×a 个,C错误;一个DNA 分子复制,DNA的复制方式为半保留复制,即新形成的DNA分子都含有一条链是母链,已知子一代DNA的一条单链出现差错,所以以该链为模板复制形成的DNA分子的两条链均有差错,即子二代的4个DNA分子中,差错DNA单链占2/8=1/4,D正确。
【加固训练】1.DNA复制时子链从5'端到3'端延伸,合成的两条链分别称为前导链和后随链,复制过程如图所示,下列相关叙述正确的是( )A.DNA聚合酶作用的部位是氢键,DNA连接酶作用的部位是磷酸二酯键B.DNA聚合酶沿母链的3'端到5'端移动,两条子链都是由左向右合成C.DNA复制过程中解旋酶将两条链完全解旋后进行复制,可以减少复制所需时间D.引物在前导链的合成过程中引发一次,后连续合成,而后随链需多个引物参与
【解析】选D。DNA聚合酶和DNA连接酶作用的部位都是磷酸二酯键,A错误;据题干信息可知,子链的延伸方向为5'→3',则DNA聚合酶是从母链的3'→5'方向移动,两条子链合成的方向相反,B错误;DNA复制为边解旋边复制,C错误;从图中分析可知,前导链的合成过程中需要一个引物参与,然后连续合成,而后随链则需要多个引物参与,合成的是DNA片段,D正确。
2.1958年,科学家运用同位素标记技术设计了DNA复制的实验,实验的培养条件与方法:①在含15N的培养基中培养若干代,使DNA均被15N标记,离心结果如图中的甲;②转至14N的培养基培养,每20分钟繁殖一代;③取出每代大肠杆菌的DNA样本,离心。图中的乙、丙、丁是某学生画的结果示意图。下列有关推论,正确的是( )A.出现丁的结果需要60分钟B.乙是转入14N培养基中繁殖一代的结果C.转入培养基中繁殖三代后含有14N的DNA占3/4D.丙结果出现后,将此时的DNA热变性后离心分析可得出半保留复制的结论
【解析】选D。根据DNA半保留复制的特点,转入14N培养基中繁殖两代后所得DNA分子中,有一半DNA分子只含14N,另一半DNA分子是一条链含有15N,一条链含有14N,离心后出现中带和轻带,即丁所示结果,即出现丁的结果至少要复制两次,而大肠杆菌每20分钟繁殖一代,因此至少需要40分钟,A错误;根据DNA半保留复制特点,转入14N培养基中繁殖一代后所得DNA分子都是一条链含有15N,另一条链含有14N,离心后只出现中带,即丙所示结果,B错误;因实验中DNA复制的原料均含14N,故转入培养基中繁殖三代后,所有的DNA都含有14N,C错误;丙是转入14N培养基中繁殖一代的结果,DNA分子都是一条链含有15N,另一条链含有14N,因此将此时的DNA热变性后离心分析可得出半保留复制的结论,D正确。
3.如图所示为DNA分子进行半保留复制的部分过程示意图,甲、乙、丙、丁是4条脱氧核苷酸链,DNA聚合酶只能将游离的脱氧核苷酸连接到核苷酸链的3'端,不能将脱氧核苷酸片段进行连接,下列说法不正确的是( )A.据图分析可知,DNA复制过程需要引物、DNA连接酶B.若图中脱氧核苷酸甲链中(A+G)/(T+C)=m,则丙链中(T+C)/(A+G)=1/mC.图示过程可以体现DNA复制具有边解旋边复制、半保留复制的特点D.T2噬菌体、肺炎链球菌体内可进行图示过程和转录、翻译过程
【解析】选D。由图可知,DNA复制时需要引物,另外DNA复制时其中一条子链形成时需要先形成脱氧核苷酸链的片段,然后在DNA连接酶的催化下再将其进行连接,A正确;由图可知,丙链与丁链互补,甲链与丁链互补,故甲链与丙链中碱基序列相同,若甲链中(A+G)/(T+C)=m,则丙链中(T+C)/(A+G)=1/m,B正确;由图可知,DNA复制过程中解旋未完成,DNA复制已经开始,形成的子代DNA分子含有一条母链和一条子链,体现了DNA复制具有边解旋边复制、半保留复制的特点,C正确;肺炎链球菌体内除图示过程外,还可进行转录、翻译过程,T2噬菌体的DNA复制、转录、翻译过程都发生在宿主细胞内,不发生在噬菌体体内,D错误。
考点三 DNA复制与细胞分裂中染色体的同位素标记
【精研·破疑难】【命题研究】【典例】某雄性动物细胞(染色体数为46条)的DNA双链均被15N标记,将该细胞置于含14N的培养基中培养,经两次连续分裂后形成4个大小相等的子细胞。下列有关说法正确的是( )A.若子细胞中染色体数都为46条,则这46条染色体的DNA双链一定为14N/14NB.若子细胞中染色体数都为23条,则这23条染色体的DNA双链一定为15N/14NC.若子细胞中染色体数都为46条,则这46条染色体的DNA双链一定为15N/14ND.若子细胞中染色体数都为23条,则这23条染色体的DNA双链一定为14N/14N聚焦考查点:细胞分裂中染色体的同位素标记情况。
【解析】选B。若子细胞中染色体数为46条,则这两次分裂进行的是有丝分裂。由于DNA分子的复制方式为半保留复制,因此第一次有丝分裂形成的两个子细胞中的46个核DNA分子的双链均为15N/14N。经过第二次有丝分裂前的间期复制后,细胞中的每条染色体含有的两个染色单体中的DNA分子一个双链是15N/14N,一个双链是14N/14N;到第二次有丝分裂后期,经过着丝粒分裂后的细胞中含有的92条染色体中只有46个DNA分子双链为15N/14N,另外的46条染色体上的DNA分子双链为14N/14N。再加上有丝分裂后期分开的染色体随机进入不同的细胞中,因此经过第二次有丝分裂形成的4个子细胞中含有的46条染色体上的DNA分子双链不一定都为14N/14N,而是这46条染色体含有的DNA分子中表现为双链14N/14N的数目可能为0～46,A、C错误。若子细胞中染色体数为23条,则经过的这两次分裂为减数分裂,由于该过程中DNA分子只复制了一次,根据DNA分子半保留复制的特点,这23条染色体的DNA双链一定都为15N/14N,B正确,D错误。
【破解策略】DNA复制与细胞分裂中染色体的同位素标记的变化规律1.有丝分裂中核DNA标记情况分析:过程图解(一般只研究2条染色体):复制一次(母链标记,培养液不含标记同位素):
转至不含放射性的培养液中再培养一个细胞周期:
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(母链标记,培养液不含标记同位素):
【精练·提能力】1.将马蛔虫(2n=4)的甲、乙两个精原细胞核DNA双链用32P标记,接着置于不含32P的培养液中培养,在特定的条件下甲细胞进行两次连续的有丝分裂,乙细胞进行减数分裂。下列相关叙述正确的是( )A.甲在第一个细胞周期后,含32P的细胞数为2,且每个细胞中含有32P的染色体数为0～4B.甲在第二个细胞周期后,含32P的细胞数为2～4,且每个细胞含有32P的染色体数为0～4C.乙在减数分裂Ⅰ后,含32P的细胞数为2,且每个细胞中含有32P的染色体数为0～2D.乙在减数分裂Ⅱ后,含32P的细胞数为2～4,且每个细胞中含有32P的染色体数为0～2
【解析】选B。一个细胞周期中DNA分子只进行一次半保留复制,因此甲在第一个细胞周期后,全部细胞均含32P,且每个细胞中的每条染色体都含有32P,即每个细胞中含有32P的染色体数为4,A错误。第一个细胞周期结束形成的2个子细胞的每个DNA分子都有一条链含有32P,另一条链含有31P。在第二个细胞周期中,DNA分子又进行了一次半保留复制,则形成的8个DNA分子中,有4个DNA分子是一条链含有32P,另一条链含有31P,另外4个DNA分子都只含31P,而在有丝分裂后期,姐妹染色单体分开后形成的子染色体随机移向两极,因此甲在第二个细胞周期后,有2个或3个或4个细胞含32P,且每个细胞含有32P的染色体数为0～4,B正确。减数分裂前的间期,DNA分子只进行一次半保留复制,因此乙经过减数分裂Ⅰ后,形成的2个细胞均含32P,且每个细胞中的每条染色体都含有32P,在减数分裂Ⅱ前期和中期,有2条染色体含有32P,在减数分裂Ⅱ后期和末期,有4条染色体含有32P,即每个细胞中含有32P的染色体数为2或4,C错误。乙在减数分裂Ⅱ后,将形成4个精细胞,每条染色体含有32P,故4个细胞均含32P,每个细胞中含有32P的染色体数为2,D错误。
2.(2024·石家庄模拟)科学家将大肠杆菌置于含15N的培养液中培养若干代,使其DNA双链均被15N标记后,转至含14N的培养液中培养,每30min繁殖一代,下列有关叙述错误的是( )A.若DNA是全保留复制,90 min后含15N标记的DNA占1/8B.若DNA是半保留复制,90 min后含15N标记的DNA占1/4C.大肠杆菌的DNA复制过程需要DNA聚合酶、脱氧核苷酸等物质参与D.大肠杆菌的拟核DNA中有两个游离的磷酸基团,且嘌呤数等于嘧啶数
【解析】选D。DNA的复制方式为半保留复制。亲代DNA为重带(15N/15N),繁殖一代DNA均处于中带(14N/15N),繁殖二代DNA一半处于轻带,一半处于中带。90 min DNA复制3次,产生的DNA分子共23=8个,若DNA全保留复制,则被标记的DNA只有1个,所以90 min后含15N标记的DNA占1/8,A正确;90 min DNA复制3次,产生的DNA分子共23=8个,若DNA是半保留复制,则被标记的DNA有2个,90 min后含15N标记的DNA占1/4,B正确;DNA复制条件:模板(DNA的双链)、能量(ATP水解提供)、酶(解旋酶和DNA聚合酶等)、原料(游离的脱氧核苷酸),C正确;大肠杆菌的拟核DNA是环状DNA分子,没有游离的磷酸基团,根据碱基互补配对原则,嘌呤数等于嘧啶数,D错误。
【加固训练】1.将某二倍体动物精原细胞的一个核DNA两条链用32P进行标记,放入没有放射性的培养液中进行两次连续有丝分裂或减数分裂。将第一次分裂产生的两个细胞记为子一代,把第二次分裂产生的四个细胞记为子二代。下列对这两次连续分裂的叙述(不考虑互换和突变),正确的是( )A.若子一代细胞与子二代细胞的核DNA数目相同,一定为有丝分裂B.若子一代细胞与子二代细胞的染色体的数目相同,一定为减数分裂C.若子一代中有细胞含有2个32P标记的核DNA,一定为有丝分裂D.若子二代中有一半的细胞含32P标记的染色体,一定为减数分裂
【解析】选A。若子一代细胞与子二代细胞的核DNA数目相同,说明都与亲代细胞相等,则一定为有丝分裂,A正确。子一代细胞与子二代细胞的染色体的数目相同时,若和亲本染色体数相同,则为有丝分裂,若染色体数只是亲本细胞的一半,则为减数分裂,B错误。有丝分裂过程中被标记的DNA分子复制后,会随着姐妹染色单体分开后形成的子染色体进入两个子细胞,所以有丝分裂的子代细胞中只有1个32P标记的核DNA,C错误。根据半保留复制可知,有丝分裂子一代细胞中全部含有1个一条链被标记的核DNA,子二代4个细胞中有一半的细胞含32P标记的染色体;减数分裂的子二代细胞中也会出现一半细胞被标记的情况,D错误。
2.用3H标记蚕豆根尖分生区细胞的DNA分子双链,再将这些细胞转入含秋水仙素但不含3H的普通培养基中培养。若秋水仙素对细胞连续发挥作用,则下列相关叙述不正确的是( )A.通过检测DNA链上3H标记出现的情况,不可推测DNA的复制方式B.细胞中DNA第二次复制完成后,每个细胞都带有3H标记C.秋水仙素可抑制纺锤体的形成,但不影响着丝粒的正常分裂D.通过对细胞中不含染色单体的染色体计数,即可推测DNA复制的次数
【解析】选A。通过检测DNA链上3H标记出现的情况,可推测DNA的复制方式是半保留复制,A错误;细胞中DNA第二次复制完成后,每条染色体中都有一条染色单体中的DNA带有3H标记,所以每个细胞都带有3H标记,B正确;秋水仙素可抑制纺锤体的形成,但不影响着丝粒的正常分裂,所以能使细胞内染色体数加倍,C正确;1个DNA分子复制n次,形成的DNA分子数是2n,不含染色单体时一条染色体上含有一个DNA分子,因此通过对细胞中不含染色单体的染色体计数,即可推测DNA复制的次数,D正确。
考点四 基因通常是有遗传效应的DNA片段
【精梳·攻教材】一、基因的概念的理解1.从物质组成上看:基因是由四种____________按一定顺序排列而成的。2.从结构上看:(1)基因是DNA上特定的片段,但DNA上的片段________(填“一定”或“不一定”)就是基因。(2)基因也具有________结构。(3)每个基因上脱氧核苷酸的________________是特定的。
3.从功能上看:基因具有__________,即基因能控制生物的性状,基因是控制生物______的基本单位,特定的基因决定特定的性状。4.从位置上看:基因在染色体上有特定的位置,呈______排列。5.从遗传信息的关系上看:基因中碱基的__________代表遗传信息。
【名师点睛】 对“基因通常是有遗传效应的DNA片段”的理解(1)基因不一定都是DNA片段,对于RNA病毒来说,基因也可以是有遗传效应的RNA片段。(2)基因可以是一段DNA,但一段DNA不一定是基因。
二、DNA分子的结构特点1.多样性:具n个碱基对的DNA具有___种碱基对排列顺序。2.特异性:如每种DNA分子都有其____________排列顺序。3.稳定性:如两条主链________________交替连接的顺序不变,碱基对构成方式不变等。
【辨·清易错】1.DNA分子中脱氧核糖和磷酸的排列方式代表了遗传信息。( )分析:脱氧核苷酸(碱基对)的排列顺序代表了遗传信息。2.染色体是基因的唯一载体。( )分析:除染色体外,真核细胞的线粒体、叶绿体也是基因的载体,原核细胞的拟核和质粒也是基因的载体。3.真核细胞的基因不只存在于细胞核中,而核酸也并非仅存在于细胞核中。( )4.DNA分子中每一个片段都是一个基因。( )分析:DNA分子中具有遗传效应的片段才是基因。
【写·练表达】1.(必修2 P57“问题探讨”)转基因鲤鱼生长速度更快的原因:外源生长激素基因整合到转基因鲤鱼的DNA中,并发挥了促进__________合成的功能,而生长激素可使鲤鱼的生长速度加快。2.(必修2 P59“拓展应用”2延伸)人脸识别技术具有可行性的原因是:___________________________,而这些都是由基因决定的,这说明了基因的特异性。
【精练·提能力】1.基因通常是有遗传效应的DNA片段。下列有关判断正确的是( )A.水稻、玉米等真核生物的基因就是有遗传效应的DNA片段B.禽流感病毒、新型冠状病毒的RNA片段就是控制性状的基因C.原核生物的基因既可以是DNA也可以是RNA,但通常是DNAD.基因也具有多样性和特异性,这和基因的核苷酸连接方式有关
【解析】选A。真核生物的基因是有遗传效应的DNA片段,水稻、玉米均为真核生物,A正确;禽流感病毒、新型冠状病毒的基因是有遗传效应的RNA片段,而不是任意的RNA片段,B错误;原核生物的遗传物质是DNA,其基因是有遗传效应的DNA片段,C错误;不同基因核苷酸的连接方式是相同的,基因的多样性与特异性与基因中核苷酸的连接方式无关,D错误。
2.(多选)研究人员将某实验动物的第5号染色体上的一段DNA敲除,结果发现培育出的实验动物血浆中甘油三酯含量极高,具有动脉硬化的倾向,并可以遗传给后代。下列有关叙述正确的是( )A.敲除的DNA片段具有遗传效应B.动脉硬化的产生可能与细胞内遗传物质的变异有关C.控制甘油三酯合成的基因位于第5号染色体上D.利用DNA片段的敲除技术可以研究相关基因功能
【解析】选A、B、D。敲除该DNA片段后出现相应的症状,说明敲除的DNA片段具有遗传效应,A正确;敲除该DNA片段后具有动脉硬化的倾向,而敲除DNA片段属于染色体变异,因此动脉硬化的产生与细胞内遗传物质的变异有关,B正确;甘油三酯不是蛋白质,不是基因控制合成的,C错误;利用DNA片段的敲除技术可以研究相关基因功能,D正确。
【从教材走向高考】3.(必修2 P52“科学·技术·社会”改编)在刑侦领域中,DNA指纹技术发挥着越来越重要的作用,我国公安在开展打击拐卖妇女儿童的专项斗争中,应用DNA指纹技术进行亲子鉴定。请回答:(1)“DNA指纹”实际上是指DNA中的 ,DNA指纹技术依据的主要原理是DNA双链之间的 原则。 (2)每个人的DNA指纹图是独一无二的,是因为每个人的DNA中_________________________ 不同,这体现了DNA结构具有 的特点。 (3)检测时,主要比对被检测个体的DNA链之间的吻合度。如图为某小孩与其母亲和四位男性的DNA比对结果,则该小孩的生物学父亲是 (填字母)。
碱基排列顺序(或遗传信息)
【解析】(1)人的遗传信息主要分布于染色体上的DNA中。两个随机个体具有相同DNA序列的可能性微乎其微,因此,DNA可以像指纹一样用来识别身份,这种方法就是DNA指纹技术。“DNA指纹”实际上是指DNA中的碱基序列,即其中包含的遗传信息,DNA指纹技术依据的主要原理是DNA双链之间的碱基互补配对原则。(2)虽然每个人的DNA均由4种脱氧核苷酸组成,但每个人的DNA中碱基排列顺序(或遗传信息)不同,所以每个人的DNA指纹图是独一无二的,这体现了DNA结构具有特异性的特点。(3)小孩的遗传物质来自其母亲和父亲,检测时,主要比对被检测个体的DNA链之间的吻合度。小孩的两条条带其中一条与母亲其中一条相同,另一条与B图其中一条相同,所以B是小孩的生物学父亲。
【加固训练】1.如图所示为刑事侦查人员为侦破案件,搜集获得的DNA指纹图。下列相关叙述错误的是( )A.怀疑对象中1号最可能是犯罪分子B.DNA指纹技术可识别身份,源于DNA分子的特异性C.可从精液、血液、毛发等样品中提取DNAD.若为双胞胎,则两人的指纹相同,DNA指纹也相同
【解析】选D。据图可知,怀疑对象1的DNA指纹图与从受害者体内分离的精液样品高度吻合,故最可能是犯罪分子,A正确;DNA指纹技术可识别身份,源于DNA分子的特异性,B正确;只要有细胞核的样本都可以作DNA鉴定样本,包括血液、口腔黏膜、带毛囊的毛发、精液等,C正确;同卵双胞胎基因和染色体非常接近,但是指纹并不一样,异卵双胞胎的指纹和DNA指纹一般都不相同,D错误。
2.图中的字母A1、A2、A3分别是控制果蝇朱红眼、深红眼和棒眼的基因,在核DNA上的分布状况如图,其中数字Ⅰ、Ⅱ为无遗传效应的DNA片段,下列说法正确的是( )A.基因A1、A2与A3在染色体上呈线性排列B.基因A1、A2与A3只存在于果蝇眼细胞中C.该DNA片段应含有3个起始密码子和3个终止密码子D.基因A1、A2与A3之间属于等位基因
【解析】选A。基因位于染色体上且在染色体上呈线性排列,因此A1、A2与A3在染色体上呈线性排列,A正确;果蝇所有细胞中都存在基因A1、A2与A3,但只在果蝇眼细胞中表达,B错误;密码子位于mRNA上,而不是位于基因中,C错误;基因A1、A2与A3存在于同一条染色体上,不属于等位基因,D错误。
3.人类基因组计划测定了24条染色体上DNA的碱基序列。每条染色体上有1个DNA分子。这24个DNA分子大约含有31.6亿个碱基对,其中构成基因的碱基数占碱基总数的比例不超过2%。下列说法正确的是( )A.人类基因组计划需要测定22条常染色体和X、Y染色体上的碱基序列B.生物体的DNA分子数目和基因数目相同,基因的碱基总数小于DNA分子的碱基总数C.基因的碱基数目虽然所占比例较小,但基因在DNA分子上是连续分布的D.每个基因的碱基都包括A、T、G、C、U 5种
【解析】选A。人类基因组计划需要测定22条常染色体和X、Y染色体上的碱基序列,A正确;基因通常是有遗传效应的DNA片段,因此生物体的DNA分子的数目和基因数目不相同,基因的碱基总数小于DNA分子的碱基总数,B错误;基因在DNA分子上不是连续分布的,C错误;每个基因的碱基都包括A、T、G、C 4种,没有U,D错误。
【感悟高考】1.(2021·北京等级考)酵母菌的DNA中碱基A约占32%,关于酵母菌核酸的叙述错误的是( )A.DNA复制后A约占32%B.DNA中C约占18%C.DNA中(A+G)/(T+C)=1D.RNA中U约占32%
【解析】选D。酵母菌DNA是双链结构,进行半保留复制,所以复制后A约占32%,A正确;DNA中A约占32%,根据碱基互补配对原则,C约占(1-2×32%)×1/2=18%,B正确;酵母菌DNA是双链结构,在双链DNA中(A+G)/(T+C)=1,C正确;酵母菌RNA中A、C、G所占比例未知,U所占比例也不能确定,D错误。
2.(2023·山东等级考)将一个双链DNA分子的一端固定于载玻片上,置于含有荧光标记的脱氧核苷酸的体系中进行复制。甲、乙和丙分别为复制过程中3个时间点的图像,①和②表示新合成的单链,①的5'端指向解旋方向,丙为复制结束时的图像。该DNA复制过程中可观察到单链延伸暂停现象,但延伸进行时2条链延伸速率相等。已知复制过程中严格遵守碱基互补配对原则,下列说法错误的是( )A.据图分析,①和②延伸时均存在暂停现象B.甲时①中A、T之和与②中A、T之和可能相等C.丙时①中A、T之和与②中A、T之和一定相等D.②延伸方向为5'端至3'端,其模板链3'端指向解旋方向
【解析】选D。本题主要考查DNA的半保留复制的过程。据图分析,图甲时新合成的单链①比②短,图乙时①比②长,图丙时①和②一样长,可以说明①和②延伸时均存在暂停现象,A正确。由于①和②表示新合成的单链,所以①和②两条链中碱基是互补的。图甲时新合成的单链①比②短,但②中多出的部分可能不含有A、T,因此①中A、T之和与②中A、T之和可能相等,B正确。①和②两条链中碱基是互补的,丙为复制结束时的图像,新合成的单链①和②等长,因此丙时①中A、T之和与②中A、T之和一定相等,C正确。DNA分子复制时,延伸方向都是由子链的5'端→3'端,所以②延伸方向为5'端至3'端。①和②两条单链由一个双链DNA分子复制而来,其中一条母链合成子链①时,子链①的5'端指向解旋方向,那么另一条母链合成子链②时,其模板链5'端指向解旋方向,D错误。
3.(多选)(2021·河北选择考)许多抗肿瘤药物通过干扰DNA合成及功能抑制肿瘤细胞增殖。如表为三种抗肿瘤药物的主要作用机理。下列叙述正确的是( )A.羟基脲处理后,肿瘤细胞中DNA复制和转录过程都出现原料匮乏B.放线菌素D处理后,肿瘤细胞中DNA复制和转录过程都受到抑制C.阿糖胞苷处理后,肿瘤细胞DNA复制过程中子链无法正常延伸D.将三种药物精准导入肿瘤细胞的技术可减弱它们对正常细胞的不利影响
【解析】选B、C、D。本题主要考查的是遗传信息的传递和表达。脱氧核糖核苷酸是合成DNA的原料,核糖核苷酸是合成RNA的原料,根据表格信息羟基脲能够阻止脱氧核糖核苷酸的合成,可以判断用其处理后,肿瘤细胞中只有DNA复制过程出现原料匮乏,A错误;DNA复制和转录过程均需要模板,故用放线菌素D处理后,肿瘤细胞中DNA复制和转录过程都会受到抑制,B正确;DNA聚合酶的作用是催化DNA的复制,故用阿糖胞苷处理后,肿瘤细胞DNA复制过程中子链无法正常延伸,C正确;正常细胞中DNA复制和转录的过程与肿瘤细胞的相同,如果三种药物接触到正常细胞,也会对正常细胞起作用,故将三种药物精准导入肿瘤细胞的技术可减弱它们对正常细胞的不利影响,D正确。
4.(2021·浙江6月选考)在DNA复制时,5-溴尿嘧啶脱氧核苷(BrdU)可作为原料,与腺嘌呤配对,掺入新合成的子链。用Giemsa染料对复制后的染色体进行染色,DNA分子的双链都含有BrdU的染色单体呈浅蓝色,只有一条链含有BrdU的染色单体呈深蓝色。现将植物根尖放在含有BrdU的培养液中培养,取根尖用Giemsa染料染色后,观察分生区细胞分裂中期染色体的着色情况。下列推测错误的是( )A.第一个细胞周期的每条染色体的两条染色单体都呈深蓝色B.第二个细胞周期的每条染色体的两条染色单体着色都不同C.第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体均为1/4D.根尖分生区细胞经过若干个细胞周期后,还能观察到深蓝色的染色单体
【解析】选C。第一个细胞周期每条染色体的两条染色单体的DNA分子中只有一条链含有BrdU,都呈深蓝色,A正确;第二个细胞周期每条染色体的两条染色单体的DNA分子,一个有一条链含有BrdU,另一个两条链都含有BrdU,着色都不同,B正确;第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体数不确定,C错误;根尖分生区细胞经过若干个细胞周期后,仍存在DNA分子只有一条链含有BrdU的染色单体,呈深蓝色,D正确。
【预测高考】锁定新情境:冈崎片段 科学家冈崎提出了DNA的半不连续复制模型,即DNA复制时一条子链是连续合成的,而另外一条子链是先合成短的DNA片段(称为冈崎片段),再连接形成较长DNA分子。端粒是位于染色体末端的一段特殊序列的DNA—蛋白质复合体,后来科学研究发现端粒的缩短可能与DNA的这种复制方式密切相关。如图展示了某DNA部分片段及复制过程:基于核心素养的新考向:1.(结构与功能观)DNA分子复制的方式是 ,DNA子链的延伸方向是 (填“5'→3'”或“3'→5'”)。
【解析】1.DNA的复制方式是半保留复制,即保留一条母链,合成一条新链;由于DNA聚合酶只能与模板链的3'端结合,因此DNA子链的延伸方向是5'→3'。
锁定新情境:冈崎片段 科学家冈崎提出了DNA的半不连续复制模型,即DNA复制时一条子链是连续合成的,而另外一条子链是先合成短的DNA片段(称为冈崎片段),再连接形成较长DNA分子。端粒是位于染色体末端的一段特殊序列的DNA—蛋白质复合体,后来科学研究发现端粒的缩短可能与DNA的这种复制方式密切相关。如图展示了某DNA部分片段及复制过程:基于核心素养的新考向:2.(分析与综合)图1中④的名称为 。DNA分子在加热的条件下可以解开双链,研究表明对于相同长度的DNA分子,G—C的含量越高,需要的解链温度也会越高,原因是_________________________________________________________________________________________________________________。
A—T碱基对之间有两个氢键,G—C碱基对之间有三个氢键,相同长度的DNA分子G—C碱基对的含量越高,所含氢键越多,所需解链温度越高
【解析】2.④与A配对,因此是胸腺嘧啶脱氧核苷酸;由于A—T碱基对之间有两个氢键,G—C碱基对之间有三个氢键,所以相同长度的DNA分子G—C碱基对的含量越高,所含氢键越多,所需解链温度越高。
锁定新情境:冈崎片段 科学家冈崎提出了DNA的半不连续复制模型,即DNA复制时一条子链是连续合成的,而另外一条子链是先合成短的DNA片段(称为冈崎片段),再连接形成较长DNA分子。端粒是位于染色体末端的一段特殊序列的DNA—蛋白质复合体,后来科学研究发现端粒的缩短可能与DNA的这种复制方式密切相关。如图展示了某DNA部分片段及复制过程:基于核心素养的新考向:3.(模型与建模)若图1中该段DNA分子控制合成一段含有120个氨基酸的多肽链,则该DNA分子上至少有 个碱基对。若α链中(A+G)/(T+C)=0.4,则在β链中(A+G)/(T+C))的值为 。
【解析】3.该段DNA分子控制合成一段含有120个氨基酸的多肽链,则mRNA上至少有120个密码子,转录该mRNA的DNA上有360个碱基对。α链中A+G的数量等于β链中T+C的数量,反之亦然,所以α链中(A+G)/(T+C)的值与β链中该值互为倒数,α链中为0.4,β链中为2.5。
锁定新情境:冈崎片段 科学家冈崎提出了DNA的半不连续复制模型,即DNA复制时一条子链是连续合成的,而另外一条子链是先合成短的DNA片段(称为冈崎片段),再连接形成较长DNA分子。端粒是位于染色体末端的一段特殊序列的DNA—蛋白质复合体,后来科学研究发现端粒的缩短可能与DNA的这种复制方式密切相关。如图展示了某DNA部分片段及复制过程:基于核心素养的新考向:4.(推理)根据图2分析,DNA半不连续复制的原因是__________________________________________________________________________________。在复制过程中,引物最终会被酶切除,引物切除后的部分“空白”区域,可以通过新链合成修复。但子链最末端引物被切除后的“空白”区域无法修复,根据以上信息推测,端粒缩短的原因可能是_______________________________________________________________________________________。
DNA在复制时边解旋边复制,并且DNA聚合酶只能从5'→3'催化子链的形成
最末端的引物被切除后形成的“空白”区域无法修复,从而造成端粒DNA序列的缩短,进而导致端粒的缩短
【精梳·攻教材】一、DNA双螺旋结构模型的构建
二、DNA分子的结构1.DNA分子的结构层次:
【名师点睛】 生物中的基本骨架或支架(1)有机大分子基本骨架:碳链。(2)细胞骨架:蛋白质纤维。(3)细胞膜基本支架:磷脂双分子层。(4)DNA双螺旋结构基本骨架:脱氧核糖和磷酸。
3.DNA的方向解读:(1)脱氧核糖上与______相连的碳称作1'-C,与__________相连的碳叫作5'-C。(2)DNA的一条单链具有两个末端,一端有一个游离的磷酸基团,这一端称作5'-端,另一端有一个羟基(—OH),称作3'-端。(3)DNA的两条单链走向______,从双链的一端起始,一条单链是从5'-端到3'-端的,另一条单链则是从3'-端到5'-端的。
【辨·清易错】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.每个DNA分子中碱基数=磷酸数=核糖数。( )分析:DNA分子中无核糖。3.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。( )4.生物体内DNA分子中(A+T)/(G+C)的值越大,双链DNA分子的稳定性越高。( )分析:G+C含量越高,双链DNA分子越稳定。5.DNA中每个磷酸均连接一个脱氧核糖和一个碱基。( )分析:DNA分子除了每条单链一端的磷酸只连接着一个脱氧核糖,其他磷酸均连接着2个脱氧核糖。
【写·练表达】1.(必修2 P50图3-8)DNA初步水解的产物和彻底水解的产物分别是4种_____________,磷酸、__________、4种含氮碱基。2.(必修2 P51“探究·实践”讨论T1)DNA能够储存足够量的遗传信息的原因:_________________________________________________________________________________________。
DNA虽然只含有4种脱氧核苷酸,但是碱基的排列顺序却是千变万化的,使
DNA储存了大量的遗传信息
【精研·破疑难】【命题研究】【典例】(2022·浙江6月选考)某同学欲制作DNA双螺旋结构模型,已准备了足够的相关材料。下列叙述正确的是( )A.在制作脱氧核苷酸时,需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基B.制作模型时,鸟嘌呤与胞嘧啶之间用2个氢键连接物相连C.制成的模型中,腺嘌呤与胞嘧啶之和等于鸟嘌呤与胸腺嘧啶之和D.制成的模型中,磷酸和脱氧核糖交替连接位于主链的内侧聚焦考查点:DNA分子的结构特点及相关计算。
【解析】选C。在制作脱氧核苷酸时,需在脱氧核糖上连接磷酸和碱基,A错误。制作模型时,鸟嘌呤与胞嘧啶之间用3个氢键连接物相连,B错误。由碱基互补配对原则可知,制成的模型中,腺嘌呤与胞嘧啶之和等于鸟嘌呤与胸腺嘧啶之和,C正确。制成的模型中,磷酸和脱氧核糖交替连接位于主链的外侧,D错误。
【破解策略】DNA结构与相关计算1.DNA分子双螺旋结构的特点:
【易错提醒】DNA分子结构中两个认识误区误区一:误认为DNA分子中嘌呤等于嘧啶时一定为双链:DNA分子一般为“双螺旋结构”,但也有些DNA分子呈“单链”结构,在此类DNA分子中嘌呤与嘧啶可能相等也可能不相等。误区二:误认为DNA分子中碱基对之间氢键的形成与断裂条件相同:氢键可由解旋酶催化断裂,同时需要ATP供能,也可加热断裂(体外);而氢键是自动形成的,不需要酶和能量。
【精练·提能力】1.如图为DNA分子部分片段的示意图,下列有关叙述正确的是( )A.①位于3'端,⑥位于5'端B.解旋酶作用于④,DNA聚合酶作用于⑤C.该分子复制时,⑩与尿嘧啶配对D.若该分子中G—C碱基对比例高,则热稳定性较高
【解析】选D。DNA的每条链都具有两个末端,一端有一个游离的磷酸基团,这一端称作5'端,另一端有一个羟基(—OH),称作3'端,故①⑥皆位于5'端,A错误;解旋酶作用于⑤氢键,DNA聚合酶作用于④磷酸二酯键,B错误;DNA分子复制时,⑩胸腺嘧啶与腺嘌呤配对,C错误;C和G之间有3个氢键,A与T之间有2个氢键,因此G—C碱基对比例高的DNA分子结构更稳定,D正确。
2.某双链DNA分子含有200个碱基对,其中一条链上A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,则有关该DNA分子的叙述,正确的是( )A.含有4个游离的磷酸基团B.含有腺嘌呤脱氧核苷酸30个C.4种含氮碱基A∶T∶G∶C=3∶3∶7∶7D.碱基排列方式共有4100种【解题指南】(1)关键知识:DNA双链中碱基互补配对,即A1=T2。(2)解题思路:A1∶T1∶G1∶C1=1∶2∶3∶4→T2∶A2∶C2∶G2=1∶2∶3∶4→A∶T∶G∶C=3∶3∶7∶7。
【解析】选C。一个双链DNA分子中含有2个游离的磷酸基团,A错误;由一条链上A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,计算得一条链上200个碱基中含A、T、G、C依次是20、40、60、80,另一条链上含A、T、G、C则依次是40、20、80、60,故该DNA中含腺嘌呤脱氧核苷酸数为20+40=60(个),B错误;四种含氮碱基的比例是A∶T∶G∶C=(20+40)∶(40+20)∶(60+80)∶(80+60)=3∶3∶7∶7,C正确;含200个碱基对的DNA不考虑每种碱基比例关系的情况下,可能的碱基排列方式共有4200种,但因碱基数量比例已确定,故碱基排列方式肯定少于4200种,且一个DNA分子只有一种特定的碱基排列顺序,D错误。
【加固训练】1.科学家在人体快速分裂的活细胞(如癌细胞)中发现了DNA的四螺旋结构,形成该结构的DNA单链中富含G,每4个G之间通过氢键等形成一个正方形的“G-4平面”,继而形成立体的“G-四联体螺旋结构”(如图)。下列叙述错误的是( )A.1个G-四联体螺旋结构中相邻碱基之间通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖连接,也可能通过氢键连接B.组成该结构的基本单位为A、T、C、GC.DNA单链的(A+T)/(G+C)的值与双链相等D.对该结构的研究将有助于为癌症治疗找到新的方法
【解析】选B。根据题意及题图可知,1个G-四联体螺旋结构中相邻碱基之间通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖连接,也可能通过氢键连接,A正确;组成该结构的基本单位为4种脱氧核苷酸,B错误;根据碱基互补配对原则可知,A一定与T配对,G一定与C配对,在DNA的一条链中的A+T等于互补链的A+T,同样,在DNA的一条链中的G+C也等于互补链的G+C,故DNA单链的(A+T)/(G+C)的值与双链相等,C正确;根据题意此“G-四联体螺旋结构”在人体快速分裂的活细胞(如癌细胞)中出现,因此对该结构的研究将有助于为癌症治疗找到新的方法,D正确。
2.在一个DNA分子中,腺嘌呤和胸腺嘧啶之和占全部碱基的42%,若其中一条链的胞嘧啶占该链碱基总数的24%,胸腺嘧啶占30%,则在其互补链上,胞嘧啶和胸腺嘧啶分别占( )A.12%和34%B.21%和24%C.34%和12%D.58%和30%【解析】选C。因为A+T占全部碱基总数的42%,所以G+C占全部碱基总数的58%;因为两种互补碱基之和在DNA分子中与在单链上的含量相等,所以在两条链中A+T、G+C均分别占42%、58%;设链1上C1占24%,则链1上G1占34%,其互补链2上C2占34%;设链1上T1占30%,则链1上A1占12%,其互补链2上T2占12%,故选C。
3.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,下列叙述正确的是( )
【解析】选C。根据DNA分子的结构特点可知,DNA分子中(A+C)/(T+G)=1,而每条链中的(A+C)/(T+G)不能确定,但两条链中(A+C)/(T+G)的值互为倒数,故A、B错误。若DNA分子双链中(A+T)/(C+G)的值均为m,则每条链中(A+T)/(C+G)的值为m,由此可判断C正确、D错误。
【精梳·攻教材】一、DNA复制的假说与证据1.DNA复制的假说:(1)提出者:沃森和克里克。(2)假说内容:________复制。2.实验材料及方法:(1)材料:大肠杆菌。(2)方法:________标记法、______________技术。
3.演绎推理和实验过程及结果:
结果分析:(1)立即取出:提取DNA→离心→______重带。(2)细胞分裂一次(即细菌繁殖一代)取出:提取DNA→离心→______中带。(3)细胞再分裂一次(即细菌繁殖两代)取出:提取DNA→离心→____轻带、____中带。4.结论:DNA的复制是以________的方式进行的。
二、DNA的复制1.概念、时间、场所:
【辨·清易错】1.DNA双螺旋结构全部解旋后,开始DNA的复制。( )分析:DNA的复制是边解旋边复制。2.脱氧核苷酸必须在DNA酶的作用下才能连接形成子链。( )分析:脱氧核苷酸必须在DNA聚合酶(或逆转录酶)的作用下才能连接形成子链。3.原核生物质粒的复制是单起点的,而真核生物DNA复制是多起点的。( )4.在人体内成熟的红细胞、浆细胞中不发生DNA的复制。( )5.DNA分子复制过程中的解旋在细胞核中进行,复制在细胞质中进行。( )分析:DNA分子复制时是边解旋边复制,对于真核细胞而言,整个过程都在细胞核中进行。
【写·练表达】1.(必修2 P53“问题探讨”讨论1改编)碱基互补配对原则与DNA复制机制的关系:碱基互补配对原则是指两条链的碱基之间有准确的一一对应关系,暗示DNA的复制可能需要先________________________,然后通过碱基互补配对合成互补链。2.(必修2 P56“拓展应用2”延伸)果蝇DNA形成多个复制泡的原因:说明果蝇的DNA有多个__________,可同时从不同起点开始DNA的复制,由此加快_________________,为细胞分裂做好物质准备。
解开DNA双螺旋的两条链
【精研·破疑难】【命题研究】【典例】如图1、2分别为DNA分子结构及复制示意图。请据图回答下列问题:(1)1953年沃森和克里克提出了DNA双螺旋结构模型。该模型认为:DNA分子中的 交替连接,排列在外侧,构成基本骨架;碱基排列在内侧。图1中由①②③构成的④称为 。 (2)从图2可以看出,DNA复制有多个起点,其意义在于 ;图中所示的A酶为 酶,作用于DNA结构中的氢键。DNA复制所需基本条件主要包括 (至少答出两点)等。从图2还可以看出DNA复制时,一条子链是连续合成的,而另一条子链是 ,即先形成短链片段再通过 酶相互连接。
【解析】(1)DNA分子中的脱氧核糖与磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架。图1中由①②③构成的④称为鸟嘌呤脱氧核苷酸,是DNA的基本组成单位之一。(2)DNA复制从多个起点开始,能提高复制速率。图中所示的A酶为解旋酶,作用于碱基之间的氢键,使DNA双螺旋结构打开。DNA复制所需基本条件主要包括模板、酶、原料和能量等。由图2可知,DNA复制时,一条子链是连续合成的,而另一条子链是不连续合成的,即先形成短链片段再通过DNA连接酶相互连接。
【破解策略】“数学模型法”分析DNA复制的数量关系
(1)将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养液中连续复制n次,则:①DNA分子数分析:
②脱氧核苷酸链数分析:
【精练·提能力】1.(2023·盐城模拟)正常情况下,DNA分子在细胞内复制时,双螺旋解开后会产生一段单链区,DNA结合蛋白(SSB)能很快地与单链结合,防止解旋的单链重新配对,而使DNA呈伸展状态,SSB在复制过程中可以重复利用,下列有关推理不合理的是( )A.SSB是一种解开DNA双螺旋的解旋酶B.SSB与单链的结合有利于DNA复制C.SSB与DNA单链既可结合也可分开D.SSB与单链的结合不遵循碱基互补配对原则
【解析】选A。根据题干中“双螺旋解开后会产生一段单链区,DNA结合蛋白(SSB)能很快地与单链结合”,说明SSB不是一种解开DNA双螺旋的解旋酶,A错误;SSB与单链的结合可防止单链DNA重新配对,有利于DNA复制,B正确;由题干“SSB在复制过程中可以重复利用”可知,SSB与DNA单链既可结合也可分开,C正确;SSB是一种DNA结合蛋白,故与单链的结合不遵循碱基互补配对原则,D正确。
2.一个双链均被32P标记的DNA由5 000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.DNA复制是一个边解旋边复制的过程B.第三次复制需要2.1×104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的单链之比为1∶7D.子代DNA分子中含32P与含31P的分子数之比为1∶4【解题指南】(1)解题思路:第n次复制需要游离的脱氧核苷酸个数的计算公式:(2n-1)×某核苷酸个数-(2 n-1-1)×某核苷酸个数。(2)代入公式:(23-1)×3 000-(22-1)×3 000。
【解析】选B。DNA复制是一个边解旋边复制的过程,A正确;DNA分子中共有10 000个碱基,其中胞嘧啶3 000个,DNA第三次复制需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为(23-1)×3 000-(22-1)×3 000=1.2×104(个),B错误;含32P的单链只有两条,所有的链数=23×2=16,所以子代DNA分子中含32P的单链与含31P的单链之比为2∶14=1∶7,C正确;含32P的DNA有两个,所有DNA都含31P,所以子代DNA分子中含32P与含31P的分子数之比为1∶4,D正确。
【易错警示】关于DNA复制的两个易错点(1)在做DNA复制的计算题时,应看准是“含”还是“只含”,是“DNA数”还是“链数”。(2)在分析细胞分裂问题时,常以染色体或DNA为研究对象,而在分析DNA复制问题时,一定要从DNA 2条单链的角度考虑,所以复制后的1条染色体上的2个DNA分子中都含有原来的单链。
3.(多选)(2023·烟台模拟)下列关于DNA结构特点和复制特点的具体应用,叙述正确的是( )A.双链DNA分子中,G占碱基总数38%,若一条链中的T占该DNA分子碱基总数的5%,则另一条链中T占该DNA分子碱基总数的7%B.32P标记的双链DNA在不含32P的环境中连续复制n次,子代有标记的DNA占1/2n-1C.含a个腺嘌呤的DNA分子第n次复制需要消耗腺嘌呤脱氧核苷酸a·(2n-1)个D.一个DNA分子复制时,若子一代DNA分子的一条单链出现差错,则子二代DNA分子中,差错DNA分子占1/4
【解析】选A、B、D。某双链DNA分子中,G占碱基总数的38%,则该DNA分子T占碱基总数的12%,根据碱基互补配对原则,T=(T1+T2)÷2,其中一条链中的T占该DNA分子全部碱基总数的5%,则占该链的比例为10%,那么另一条链中T占该链的比例为14%,占DNA分子全部碱基总数的比例为7%,A正确;1个DNA双链被32P标记后,复制n次,得到2n个DNA分子,子代有标记的DNA占2/2n=1/2n-1,B正确;含有a个腺嘌呤的DNA分子第n次复制需要消耗腺嘌呤脱氧核苷酸(2n-2n-1)×a=2n-1×a 个,C错误;一个DNA 分子复制,DNA的复制方式为半保留复制,即新形成的DNA分子都含有一条链是母链,已知子一代DNA的一条单链出现差错,所以以该链为模板复制形成的DNA分子的两条链均有差错,即子二代的4个DNA分子中,差错DNA单链占2/8=1/4,D正确。
【加固训练】1.DNA复制时子链从5'端到3'端延伸,合成的两条链分别称为前导链和后随链,复制过程如图所示,下列相关叙述正确的是( )A.DNA聚合酶作用的部位是氢键,DNA连接酶作用的部位是磷酸二酯键B.DNA聚合酶沿母链的3'端到5'端移动,两条子链都是由左向右合成C.DNA复制过程中解旋酶将两条链完全解旋后进行复制,可以减少复制所需时间D.引物在前导链的合成过程中引发一次,后连续合成,而后随链需多个引物参与
【解析】选D。DNA聚合酶和DNA连接酶作用的部位都是磷酸二酯键,A错误;据题干信息可知,子链的延伸方向为5'→3',则DNA聚合酶是从母链的3'→5'方向移动,两条子链合成的方向相反,B错误;DNA复制为边解旋边复制,C错误;从图中分析可知,前导链的合成过程中需要一个引物参与,然后连续合成,而后随链则需要多个引物参与,合成的是DNA片段,D正确。
2.1958年,科学家运用同位素标记技术设计了DNA复制的实验,实验的培养条件与方法:①在含15N的培养基中培养若干代,使DNA均被15N标记,离心结果如图中的甲;②转至14N的培养基培养,每20分钟繁殖一代;③取出每代大肠杆菌的DNA样本,离心。图中的乙、丙、丁是某学生画的结果示意图。下列有关推论,正确的是( )A.出现丁的结果需要60分钟B.乙是转入14N培养基中繁殖一代的结果C.转入培养基中繁殖三代后含有14N的DNA占3/4D.丙结果出现后,将此时的DNA热变性后离心分析可得出半保留复制的结论
【解析】选D。根据DNA半保留复制的特点,转入14N培养基中繁殖两代后所得DNA分子中,有一半DNA分子只含14N,另一半DNA分子是一条链含有15N,一条链含有14N,离心后出现中带和轻带,即丁所示结果,即出现丁的结果至少要复制两次,而大肠杆菌每20分钟繁殖一代,因此至少需要40分钟,A错误;根据DNA半保留复制特点,转入14N培养基中繁殖一代后所得DNA分子都是一条链含有15N,另一条链含有14N,离心后只出现中带,即丙所示结果,B错误;因实验中DNA复制的原料均含14N,故转入培养基中繁殖三代后,所有的DNA都含有14N,C错误;丙是转入14N培养基中繁殖一代的结果,DNA分子都是一条链含有15N,另一条链含有14N,因此将此时的DNA热变性后离心分析可得出半保留复制的结论,D正确。
3.如图所示为DNA分子进行半保留复制的部分过程示意图,甲、乙、丙、丁是4条脱氧核苷酸链,DNA聚合酶只能将游离的脱氧核苷酸连接到核苷酸链的3'端,不能将脱氧核苷酸片段进行连接,下列说法不正确的是( )A.据图分析可知,DNA复制过程需要引物、DNA连接酶B.若图中脱氧核苷酸甲链中(A+G)/(T+C)=m,则丙链中(T+C)/(A+G)=1/mC.图示过程可以体现DNA复制具有边解旋边复制、半保留复制的特点D.T2噬菌体、肺炎链球菌体内可进行图示过程和转录、翻译过程
【解析】选D。由图可知,DNA复制时需要引物,另外DNA复制时其中一条子链形成时需要先形成脱氧核苷酸链的片段,然后在DNA连接酶的催化下再将其进行连接,A正确;由图可知,丙链与丁链互补,甲链与丁链互补,故甲链与丙链中碱基序列相同,若甲链中(A+G)/(T+C)=m,则丙链中(T+C)/(A+G)=1/m,B正确;由图可知,DNA复制过程中解旋未完成,DNA复制已经开始,形成的子代DNA分子含有一条母链和一条子链,体现了DNA复制具有边解旋边复制、半保留复制的特点,C正确;肺炎链球菌体内除图示过程外,还可进行转录、翻译过程,T2噬菌体的DNA复制、转录、翻译过程都发生在宿主细胞内,不发生在噬菌体体内,D错误。
考点三 DNA复制与细胞分裂中染色体的同位素标记
【精研·破疑难】【命题研究】【典例】某雄性动物细胞(染色体数为46条)的DNA双链均被15N标记,将该细胞置于含14N的培养基中培养,经两次连续分裂后形成4个大小相等的子细胞。下列有关说法正确的是( )A.若子细胞中染色体数都为46条,则这46条染色体的DNA双链一定为14N/14NB.若子细胞中染色体数都为23条,则这23条染色体的DNA双链一定为15N/14NC.若子细胞中染色体数都为46条,则这46条染色体的DNA双链一定为15N/14ND.若子细胞中染色体数都为23条,则这23条染色体的DNA双链一定为14N/14N聚焦考查点:细胞分裂中染色体的同位素标记情况。
【解析】选B。若子细胞中染色体数为46条,则这两次分裂进行的是有丝分裂。由于DNA分子的复制方式为半保留复制,因此第一次有丝分裂形成的两个子细胞中的46个核DNA分子的双链均为15N/14N。经过第二次有丝分裂前的间期复制后,细胞中的每条染色体含有的两个染色单体中的DNA分子一个双链是15N/14N,一个双链是14N/14N;到第二次有丝分裂后期,经过着丝粒分裂后的细胞中含有的92条染色体中只有46个DNA分子双链为15N/14N,另外的46条染色体上的DNA分子双链为14N/14N。再加上有丝分裂后期分开的染色体随机进入不同的细胞中,因此经过第二次有丝分裂形成的4个子细胞中含有的46条染色体上的DNA分子双链不一定都为14N/14N,而是这46条染色体含有的DNA分子中表现为双链14N/14N的数目可能为0～46,A、C错误。若子细胞中染色体数为23条,则经过的这两次分裂为减数分裂,由于该过程中DNA分子只复制了一次,根据DNA分子半保留复制的特点,这23条染色体的DNA双链一定都为15N/14N,B正确,D错误。
【破解策略】DNA复制与细胞分裂中染色体的同位素标记的变化规律1.有丝分裂中核DNA标记情况分析:过程图解(一般只研究2条染色体):复制一次(母链标记,培养液不含标记同位素):
转至不含放射性的培养液中再培养一个细胞周期:
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(母链标记,培养液不含标记同位素):
【精练·提能力】1.将马蛔虫(2n=4)的甲、乙两个精原细胞核DNA双链用32P标记,接着置于不含32P的培养液中培养,在特定的条件下甲细胞进行两次连续的有丝分裂,乙细胞进行减数分裂。下列相关叙述正确的是( )A.甲在第一个细胞周期后,含32P的细胞数为2,且每个细胞中含有32P的染色体数为0～4B.甲在第二个细胞周期后,含32P的细胞数为2～4,且每个细胞含有32P的染色体数为0～4C.乙在减数分裂Ⅰ后,含32P的细胞数为2,且每个细胞中含有32P的染色体数为0～2D.乙在减数分裂Ⅱ后,含32P的细胞数为2～4,且每个细胞中含有32P的染色体数为0～2
【解析】选B。一个细胞周期中DNA分子只进行一次半保留复制,因此甲在第一个细胞周期后,全部细胞均含32P,且每个细胞中的每条染色体都含有32P,即每个细胞中含有32P的染色体数为4,A错误。第一个细胞周期结束形成的2个子细胞的每个DNA分子都有一条链含有32P,另一条链含有31P。在第二个细胞周期中,DNA分子又进行了一次半保留复制,则形成的8个DNA分子中,有4个DNA分子是一条链含有32P,另一条链含有31P,另外4个DNA分子都只含31P,而在有丝分裂后期,姐妹染色单体分开后形成的子染色体随机移向两极,因此甲在第二个细胞周期后,有2个或3个或4个细胞含32P,且每个细胞含有32P的染色体数为0～4,B正确。减数分裂前的间期,DNA分子只进行一次半保留复制,因此乙经过减数分裂Ⅰ后,形成的2个细胞均含32P,且每个细胞中的每条染色体都含有32P,在减数分裂Ⅱ前期和中期,有2条染色体含有32P,在减数分裂Ⅱ后期和末期,有4条染色体含有32P,即每个细胞中含有32P的染色体数为2或4,C错误。乙在减数分裂Ⅱ后,将形成4个精细胞,每条染色体含有32P,故4个细胞均含32P,每个细胞中含有32P的染色体数为2,D错误。
2.(2024·石家庄模拟)科学家将大肠杆菌置于含15N的培养液中培养若干代,使其DNA双链均被15N标记后,转至含14N的培养液中培养,每30min繁殖一代,下列有关叙述错误的是( )A.若DNA是全保留复制,90 min后含15N标记的DNA占1/8B.若DNA是半保留复制,90 min后含15N标记的DNA占1/4C.大肠杆菌的DNA复制过程需要DNA聚合酶、脱氧核苷酸等物质参与D.大肠杆菌的拟核DNA中有两个游离的磷酸基团,且嘌呤数等于嘧啶数
【解析】选D。DNA的复制方式为半保留复制。亲代DNA为重带(15N/15N),繁殖一代DNA均处于中带(14N/15N),繁殖二代DNA一半处于轻带,一半处于中带。90 min DNA复制3次,产生的DNA分子共23=8个,若DNA全保留复制,则被标记的DNA只有1个,所以90 min后含15N标记的DNA占1/8,A正确;90 min DNA复制3次,产生的DNA分子共23=8个,若DNA是半保留复制,则被标记的DNA有2个,90 min后含15N标记的DNA占1/4,B正确;DNA复制条件:模板(DNA的双链)、能量(ATP水解提供)、酶(解旋酶和DNA聚合酶等)、原料(游离的脱氧核苷酸),C正确;大肠杆菌的拟核DNA是环状DNA分子,没有游离的磷酸基团,根据碱基互补配对原则,嘌呤数等于嘧啶数,D错误。
【加固训练】1.将某二倍体动物精原细胞的一个核DNA两条链用32P进行标记,放入没有放射性的培养液中进行两次连续有丝分裂或减数分裂。将第一次分裂产生的两个细胞记为子一代,把第二次分裂产生的四个细胞记为子二代。下列对这两次连续分裂的叙述(不考虑互换和突变),正确的是( )A.若子一代细胞与子二代细胞的核DNA数目相同,一定为有丝分裂B.若子一代细胞与子二代细胞的染色体的数目相同,一定为减数分裂C.若子一代中有细胞含有2个32P标记的核DNA,一定为有丝分裂D.若子二代中有一半的细胞含32P标记的染色体,一定为减数分裂
【解析】选A。若子一代细胞与子二代细胞的核DNA数目相同,说明都与亲代细胞相等,则一定为有丝分裂,A正确。子一代细胞与子二代细胞的染色体的数目相同时,若和亲本染色体数相同,则为有丝分裂,若染色体数只是亲本细胞的一半,则为减数分裂,B错误。有丝分裂过程中被标记的DNA分子复制后,会随着姐妹染色单体分开后形成的子染色体进入两个子细胞,所以有丝分裂的子代细胞中只有1个32P标记的核DNA,C错误。根据半保留复制可知,有丝分裂子一代细胞中全部含有1个一条链被标记的核DNA,子二代4个细胞中有一半的细胞含32P标记的染色体;减数分裂的子二代细胞中也会出现一半细胞被标记的情况,D错误。
2.用3H标记蚕豆根尖分生区细胞的DNA分子双链,再将这些细胞转入含秋水仙素但不含3H的普通培养基中培养。若秋水仙素对细胞连续发挥作用,则下列相关叙述不正确的是( )A.通过检测DNA链上3H标记出现的情况,不可推测DNA的复制方式B.细胞中DNA第二次复制完成后,每个细胞都带有3H标记C.秋水仙素可抑制纺锤体的形成,但不影响着丝粒的正常分裂D.通过对细胞中不含染色单体的染色体计数,即可推测DNA复制的次数
【解析】选A。通过检测DNA链上3H标记出现的情况,可推测DNA的复制方式是半保留复制,A错误;细胞中DNA第二次复制完成后,每条染色体中都有一条染色单体中的DNA带有3H标记,所以每个细胞都带有3H标记,B正确;秋水仙素可抑制纺锤体的形成,但不影响着丝粒的正常分裂,所以能使细胞内染色体数加倍,C正确;1个DNA分子复制n次,形成的DNA分子数是2n,不含染色单体时一条染色体上含有一个DNA分子,因此通过对细胞中不含染色单体的染色体计数,即可推测DNA复制的次数,D正确。
考点四 基因通常是有遗传效应的DNA片段
【精梳·攻教材】一、基因的概念的理解1.从物质组成上看:基因是由四种____________按一定顺序排列而成的。2.从结构上看:(1)基因是DNA上特定的片段,但DNA上的片段________(填“一定”或“不一定”)就是基因。(2)基因也具有________结构。(3)每个基因上脱氧核苷酸的________________是特定的。
3.从功能上看:基因具有__________,即基因能控制生物的性状,基因是控制生物______的基本单位,特定的基因决定特定的性状。4.从位置上看:基因在染色体上有特定的位置,呈______排列。5.从遗传信息的关系上看:基因中碱基的__________代表遗传信息。
【名师点睛】 对“基因通常是有遗传效应的DNA片段”的理解(1)基因不一定都是DNA片段,对于RNA病毒来说,基因也可以是有遗传效应的RNA片段。(2)基因可以是一段DNA,但一段DNA不一定是基因。
二、DNA分子的结构特点1.多样性:具n个碱基对的DNA具有___种碱基对排列顺序。2.特异性:如每种DNA分子都有其____________排列顺序。3.稳定性:如两条主链________________交替连接的顺序不变,碱基对构成方式不变等。
【辨·清易错】1.DNA分子中脱氧核糖和磷酸的排列方式代表了遗传信息。( )分析:脱氧核苷酸(碱基对)的排列顺序代表了遗传信息。2.染色体是基因的唯一载体。( )分析:除染色体外,真核细胞的线粒体、叶绿体也是基因的载体,原核细胞的拟核和质粒也是基因的载体。3.真核细胞的基因不只存在于细胞核中,而核酸也并非仅存在于细胞核中。( )4.DNA分子中每一个片段都是一个基因。( )分析:DNA分子中具有遗传效应的片段才是基因。
【写·练表达】1.(必修2 P57“问题探讨”)转基因鲤鱼生长速度更快的原因:外源生长激素基因整合到转基因鲤鱼的DNA中,并发挥了促进__________合成的功能,而生长激素可使鲤鱼的生长速度加快。2.(必修2 P59“拓展应用”2延伸)人脸识别技术具有可行性的原因是:___________________________,而这些都是由基因决定的,这说明了基因的特异性。
【精练·提能力】1.基因通常是有遗传效应的DNA片段。下列有关判断正确的是( )A.水稻、玉米等真核生物的基因就是有遗传效应的DNA片段B.禽流感病毒、新型冠状病毒的RNA片段就是控制性状的基因C.原核生物的基因既可以是DNA也可以是RNA,但通常是DNAD.基因也具有多样性和特异性,这和基因的核苷酸连接方式有关
【解析】选A。真核生物的基因是有遗传效应的DNA片段,水稻、玉米均为真核生物,A正确;禽流感病毒、新型冠状病毒的基因是有遗传效应的RNA片段,而不是任意的RNA片段,B错误;原核生物的遗传物质是DNA,其基因是有遗传效应的DNA片段,C错误;不同基因核苷酸的连接方式是相同的,基因的多样性与特异性与基因中核苷酸的连接方式无关,D错误。
2.(多选)研究人员将某实验动物的第5号染色体上的一段DNA敲除,结果发现培育出的实验动物血浆中甘油三酯含量极高,具有动脉硬化的倾向,并可以遗传给后代。下列有关叙述正确的是( )A.敲除的DNA片段具有遗传效应B.动脉硬化的产生可能与细胞内遗传物质的变异有关C.控制甘油三酯合成的基因位于第5号染色体上D.利用DNA片段的敲除技术可以研究相关基因功能
【解析】选A、B、D。敲除该DNA片段后出现相应的症状,说明敲除的DNA片段具有遗传效应,A正确;敲除该DNA片段后具有动脉硬化的倾向,而敲除DNA片段属于染色体变异,因此动脉硬化的产生与细胞内遗传物质的变异有关,B正确;甘油三酯不是蛋白质,不是基因控制合成的,C错误;利用DNA片段的敲除技术可以研究相关基因功能,D正确。
【从教材走向高考】3.(必修2 P52“科学·技术·社会”改编)在刑侦领域中,DNA指纹技术发挥着越来越重要的作用,我国公安在开展打击拐卖妇女儿童的专项斗争中,应用DNA指纹技术进行亲子鉴定。请回答:(1)“DNA指纹”实际上是指DNA中的 ,DNA指纹技术依据的主要原理是DNA双链之间的 原则。 (2)每个人的DNA指纹图是独一无二的,是因为每个人的DNA中_________________________ 不同,这体现了DNA结构具有 的特点。 (3)检测时,主要比对被检测个体的DNA链之间的吻合度。如图为某小孩与其母亲和四位男性的DNA比对结果,则该小孩的生物学父亲是 (填字母)。
碱基排列顺序(或遗传信息)
【解析】(1)人的遗传信息主要分布于染色体上的DNA中。两个随机个体具有相同DNA序列的可能性微乎其微,因此,DNA可以像指纹一样用来识别身份,这种方法就是DNA指纹技术。“DNA指纹”实际上是指DNA中的碱基序列,即其中包含的遗传信息,DNA指纹技术依据的主要原理是DNA双链之间的碱基互补配对原则。(2)虽然每个人的DNA均由4种脱氧核苷酸组成,但每个人的DNA中碱基排列顺序(或遗传信息)不同,所以每个人的DNA指纹图是独一无二的,这体现了DNA结构具有特异性的特点。(3)小孩的遗传物质来自其母亲和父亲,检测时,主要比对被检测个体的DNA链之间的吻合度。小孩的两条条带其中一条与母亲其中一条相同,另一条与B图其中一条相同,所以B是小孩的生物学父亲。
【加固训练】1.如图所示为刑事侦查人员为侦破案件,搜集获得的DNA指纹图。下列相关叙述错误的是( )A.怀疑对象中1号最可能是犯罪分子B.DNA指纹技术可识别身份,源于DNA分子的特异性C.可从精液、血液、毛发等样品中提取DNAD.若为双胞胎,则两人的指纹相同,DNA指纹也相同
【解析】选D。据图可知,怀疑对象1的DNA指纹图与从受害者体内分离的精液样品高度吻合,故最可能是犯罪分子,A正确;DNA指纹技术可识别身份,源于DNA分子的特异性,B正确;只要有细胞核的样本都可以作DNA鉴定样本,包括血液、口腔黏膜、带毛囊的毛发、精液等,C正确;同卵双胞胎基因和染色体非常接近,但是指纹并不一样,异卵双胞胎的指纹和DNA指纹一般都不相同,D错误。
2.图中的字母A1、A2、A3分别是控制果蝇朱红眼、深红眼和棒眼的基因,在核DNA上的分布状况如图,其中数字Ⅰ、Ⅱ为无遗传效应的DNA片段,下列说法正确的是( )A.基因A1、A2与A3在染色体上呈线性排列B.基因A1、A2与A3只存在于果蝇眼细胞中C.该DNA片段应含有3个起始密码子和3个终止密码子D.基因A1、A2与A3之间属于等位基因
【解析】选A。基因位于染色体上且在染色体上呈线性排列,因此A1、A2与A3在染色体上呈线性排列,A正确;果蝇所有细胞中都存在基因A1、A2与A3,但只在果蝇眼细胞中表达,B错误;密码子位于mRNA上,而不是位于基因中,C错误;基因A1、A2与A3存在于同一条染色体上,不属于等位基因,D错误。
3.人类基因组计划测定了24条染色体上DNA的碱基序列。每条染色体上有1个DNA分子。这24个DNA分子大约含有31.6亿个碱基对,其中构成基因的碱基数占碱基总数的比例不超过2%。下列说法正确的是( )A.人类基因组计划需要测定22条常染色体和X、Y染色体上的碱基序列B.生物体的DNA分子数目和基因数目相同,基因的碱基总数小于DNA分子的碱基总数C.基因的碱基数目虽然所占比例较小,但基因在DNA分子上是连续分布的D.每个基因的碱基都包括A、T、G、C、U 5种
【解析】选A。人类基因组计划需要测定22条常染色体和X、Y染色体上的碱基序列,A正确;基因通常是有遗传效应的DNA片段,因此生物体的DNA分子的数目和基因数目不相同,基因的碱基总数小于DNA分子的碱基总数,B错误;基因在DNA分子上不是连续分布的,C错误;每个基因的碱基都包括A、T、G、C 4种,没有U,D错误。
【感悟高考】1.(2021·北京等级考)酵母菌的DNA中碱基A约占32%,关于酵母菌核酸的叙述错误的是( )A.DNA复制后A约占32%B.DNA中C约占18%C.DNA中(A+G)/(T+C)=1D.RNA中U约占32%
【解析】选D。酵母菌DNA是双链结构,进行半保留复制,所以复制后A约占32%,A正确;DNA中A约占32%,根据碱基互补配对原则,C约占(1-2×32%)×1/2=18%,B正确;酵母菌DNA是双链结构,在双链DNA中(A+G)/(T+C)=1,C正确;酵母菌RNA中A、C、G所占比例未知,U所占比例也不能确定,D错误。
2.(2023·山东等级考)将一个双链DNA分子的一端固定于载玻片上,置于含有荧光标记的脱氧核苷酸的体系中进行复制。甲、乙和丙分别为复制过程中3个时间点的图像,①和②表示新合成的单链,①的5'端指向解旋方向,丙为复制结束时的图像。该DNA复制过程中可观察到单链延伸暂停现象,但延伸进行时2条链延伸速率相等。已知复制过程中严格遵守碱基互补配对原则,下列说法错误的是( )A.据图分析,①和②延伸时均存在暂停现象B.甲时①中A、T之和与②中A、T之和可能相等C.丙时①中A、T之和与②中A、T之和一定相等D.②延伸方向为5'端至3'端,其模板链3'端指向解旋方向
【解析】选D。本题主要考查DNA的半保留复制的过程。据图分析,图甲时新合成的单链①比②短,图乙时①比②长,图丙时①和②一样长,可以说明①和②延伸时均存在暂停现象,A正确。由于①和②表示新合成的单链,所以①和②两条链中碱基是互补的。图甲时新合成的单链①比②短,但②中多出的部分可能不含有A、T,因此①中A、T之和与②中A、T之和可能相等,B正确。①和②两条链中碱基是互补的,丙为复制结束时的图像,新合成的单链①和②等长,因此丙时①中A、T之和与②中A、T之和一定相等,C正确。DNA分子复制时,延伸方向都是由子链的5'端→3'端,所以②延伸方向为5'端至3'端。①和②两条单链由一个双链DNA分子复制而来,其中一条母链合成子链①时,子链①的5'端指向解旋方向,那么另一条母链合成子链②时,其模板链5'端指向解旋方向,D错误。
3.(多选)(2021·河北选择考)许多抗肿瘤药物通过干扰DNA合成及功能抑制肿瘤细胞增殖。如表为三种抗肿瘤药物的主要作用机理。下列叙述正确的是( )A.羟基脲处理后,肿瘤细胞中DNA复制和转录过程都出现原料匮乏B.放线菌素D处理后,肿瘤细胞中DNA复制和转录过程都受到抑制C.阿糖胞苷处理后,肿瘤细胞DNA复制过程中子链无法正常延伸D.将三种药物精准导入肿瘤细胞的技术可减弱它们对正常细胞的不利影响
【解析】选B、C、D。本题主要考查的是遗传信息的传递和表达。脱氧核糖核苷酸是合成DNA的原料,核糖核苷酸是合成RNA的原料,根据表格信息羟基脲能够阻止脱氧核糖核苷酸的合成,可以判断用其处理后,肿瘤细胞中只有DNA复制过程出现原料匮乏,A错误;DNA复制和转录过程均需要模板,故用放线菌素D处理后,肿瘤细胞中DNA复制和转录过程都会受到抑制,B正确;DNA聚合酶的作用是催化DNA的复制,故用阿糖胞苷处理后,肿瘤细胞DNA复制过程中子链无法正常延伸,C正确;正常细胞中DNA复制和转录的过程与肿瘤细胞的相同,如果三种药物接触到正常细胞,也会对正常细胞起作用,故将三种药物精准导入肿瘤细胞的技术可减弱它们对正常细胞的不利影响,D正确。
4.(2021·浙江6月选考)在DNA复制时,5-溴尿嘧啶脱氧核苷(BrdU)可作为原料,与腺嘌呤配对,掺入新合成的子链。用Giemsa染料对复制后的染色体进行染色,DNA分子的双链都含有BrdU的染色单体呈浅蓝色,只有一条链含有BrdU的染色单体呈深蓝色。现将植物根尖放在含有BrdU的培养液中培养,取根尖用Giemsa染料染色后,观察分生区细胞分裂中期染色体的着色情况。下列推测错误的是( )A.第一个细胞周期的每条染色体的两条染色单体都呈深蓝色B.第二个细胞周期的每条染色体的两条染色单体着色都不同C.第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体均为1/4D.根尖分生区细胞经过若干个细胞周期后,还能观察到深蓝色的染色单体
【解析】选C。第一个细胞周期每条染色体的两条染色单体的DNA分子中只有一条链含有BrdU,都呈深蓝色,A正确;第二个细胞周期每条染色体的两条染色单体的DNA分子,一个有一条链含有BrdU,另一个两条链都含有BrdU,着色都不同,B正确;第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体数不确定,C错误;根尖分生区细胞经过若干个细胞周期后,仍存在DNA分子只有一条链含有BrdU的染色单体,呈深蓝色,D正确。
【预测高考】锁定新情境:冈崎片段 科学家冈崎提出了DNA的半不连续复制模型,即DNA复制时一条子链是连续合成的,而另外一条子链是先合成短的DNA片段(称为冈崎片段),再连接形成较长DNA分子。端粒是位于染色体末端的一段特殊序列的DNA—蛋白质复合体,后来科学研究发现端粒的缩短可能与DNA的这种复制方式密切相关。如图展示了某DNA部分片段及复制过程:基于核心素养的新考向:1.(结构与功能观)DNA分子复制的方式是 ,DNA子链的延伸方向是 (填“5'→3'”或“3'→5'”)。
【解析】1.DNA的复制方式是半保留复制,即保留一条母链,合成一条新链;由于DNA聚合酶只能与模板链的3'端结合,因此DNA子链的延伸方向是5'→3'。
锁定新情境:冈崎片段 科学家冈崎提出了DNA的半不连续复制模型,即DNA复制时一条子链是连续合成的,而另外一条子链是先合成短的DNA片段(称为冈崎片段),再连接形成较长DNA分子。端粒是位于染色体末端的一段特殊序列的DNA—蛋白质复合体,后来科学研究发现端粒的缩短可能与DNA的这种复制方式密切相关。如图展示了某DNA部分片段及复制过程:基于核心素养的新考向:2.(分析与综合)图1中④的名称为 。DNA分子在加热的条件下可以解开双链,研究表明对于相同长度的DNA分子,G—C的含量越高,需要的解链温度也会越高,原因是_________________________________________________________________________________________________________________。
A—T碱基对之间有两个氢键,G—C碱基对之间有三个氢键,相同长度的DNA分子G—C碱基对的含量越高,所含氢键越多,所需解链温度越高
【解析】2.④与A配对,因此是胸腺嘧啶脱氧核苷酸;由于A—T碱基对之间有两个氢键,G—C碱基对之间有三个氢键,所以相同长度的DNA分子G—C碱基对的含量越高,所含氢键越多,所需解链温度越高。
锁定新情境:冈崎片段 科学家冈崎提出了DNA的半不连续复制模型,即DNA复制时一条子链是连续合成的,而另外一条子链是先合成短的DNA片段(称为冈崎片段),再连接形成较长DNA分子。端粒是位于染色体末端的一段特殊序列的DNA—蛋白质复合体,后来科学研究发现端粒的缩短可能与DNA的这种复制方式密切相关。如图展示了某DNA部分片段及复制过程:基于核心素养的新考向:3.(模型与建模)若图1中该段DNA分子控制合成一段含有120个氨基酸的多肽链,则该DNA分子上至少有 个碱基对。若α链中(A+G)/(T+C)=0.4,则在β链中(A+G)/(T+C))的值为 。
【解析】3.该段DNA分子控制合成一段含有120个氨基酸的多肽链,则mRNA上至少有120个密码子,转录该mRNA的DNA上有360个碱基对。α链中A+G的数量等于β链中T+C的数量,反之亦然,所以α链中(A+G)/(T+C)的值与β链中该值互为倒数,α链中为0.4,β链中为2.5。
锁定新情境:冈崎片段 科学家冈崎提出了DNA的半不连续复制模型,即DNA复制时一条子链是连续合成的,而另外一条子链是先合成短的DNA片段(称为冈崎片段),再连接形成较长DNA分子。端粒是位于染色体末端的一段特殊序列的DNA—蛋白质复合体,后来科学研究发现端粒的缩短可能与DNA的这种复制方式密切相关。如图展示了某DNA部分片段及复制过程:基于核心素养的新考向:4.(推理)根据图2分析,DNA半不连续复制的原因是__________________________________________________________________________________。在复制过程中,引物最终会被酶切除,引物切除后的部分“空白”区域,可以通过新链合成修复。但子链最末端引物被切除后的“空白”区域无法修复,根据以上信息推测,端粒缩短的原因可能是_______________________________________________________________________________________。
DNA在复制时边解旋边复制,并且DNA聚合酶只能从5'→3'催化子链的形成
最末端的引物被切除后形成的“空白”区域无法修复,从而造成端粒DNA序列的缩短,进而导致端粒的缩短
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