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2021新高考生物人教版一轮学案：必修部分模块2第2单元第2讲 DNA分子的结构、复制及基因的本质
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第2讲 DNA分子的结构、复制及基因的本质
▌考纲研读备考定位▌
考纲要求
核心素养
1.DNA分子结构的主要特点
2.DNA分子的复制
3.基因的概念
1.生命观念——通过掌握DNA分子的结构和功能，理解生命的延续和发展。
2.理性思维——通过DNA分子中的碱基数量和DNA复制的计算规律，培养归纳与概括、逻辑分析和计算能力
3.科学探究——通过DNA复制方式的探究，培养实验设计与结果分析的能力。
考点一 DNA分子的结构及相关计算
ZI ZHU XUE XI TAN JIU TI SHENG
自主学习·探究提升
1．图解DNA分子结构
巧学妙记：
巧记DNA分子结构的“五·四·三·二·一”
2．DNA分子的特性
易错整合，判断正误。
(1)相对分子质量大小相同、碱基含量相同的核酸分子所携带的遗传信息一定相同( × )
(2)DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基 ( × )
(3)DNA分子一条链上的相邻碱基通过“—磷酸—脱氧核糖—磷酸—”相连( × )
(4)DNA分子的多样性和特异性主要与它的空间结构密切相关( × )
(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)同一生物个体不同细胞中DNA分子的(A＋T)/(C＋G)的值不同( × )
(7)人体内控制β－珠蛋白的基因由1 700个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有41 700种( × )
(8)DNA分子的多样性是指一个DNA分子上有许多个基因( × )
1.
(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。
2．分析DNA分子结构图像
(1)一个双链DNA分子片段中有几个游离的磷酸基团，位置如何？
(2)图中C能表示胞嘧啶脱氧核苷酸吗？
(3)图中碱基之间是如何连接的？一条链上的脱氧核苷酸之间又是如何连接的？
(4)解旋酶作用于图中哪个部位？限制性核酸内切酶和DNA连接酶作用于图中哪个部位？
(5)DNA初步水解的产物和彻底水解的产物分别是什么？
(6)若某双链DNA分子含有200个碱基，一条链上A：T：G：C＝1：2：3：4，则该DNA分子碱基排列方式共有4100种，对吗？
[提示](1)2个，分别位于DNA分子的两端。
(2)不能。
(3)双链DNA中，反向平行的两条链之间的碱基通过氢键连接成碱基对，而同一条链上碱基之间是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连的；一条链上的脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键连接。
(4)解旋酶作用于⑨，限制性核酸内切酶和DNA连接酶作用于⑩
(5)初步水解的产物是4种脱氧核苷酸，彻底水解的产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。
(6)错。
KAO DIAN TU PO POU XI NAN DIAN
考点突破·剖析难点
1．DNA分子结构模式图信息解读
(1)每个DNA片段中，游离的磷酸基团有2个。
(2)一条核苷酸链中相邻两个核苷酸通过磷酸二酯键相连，用限制性核酸内切酶处理可切断，用DNA连接酶处理可连接。
(3)碱基对之间的化学键为氢键，可用解旋酶断裂，也可加热断裂。
(4)每个脱氧核糖(除两端外)连接着2个磷酸，分别在3号、5号碳原子上相连接。
(5)若碱基对为n，则氢键数为2n～3n之间，若已知A有m个，则氢键数为3n－m。
2．“归纳法”求解DNA分子中的碱基数量
(1)在DNA双链中嘌呤总数与嘧啶总数相同，即A＋G＝T＋C。
(2)“互补碱基之和”的比例在任意一条链及整个DNA分子中都相同，即若在一条链中＝m，在互补链及整个DNA分子中＝m，而且由任一条链转录来的mRNA分子中(A＋U)/(G＋C)仍为m(注：不同DNA分子中m值可不同，显示特异性)。
(3)非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数，在整个DNA分子中为1，即若在DNA一条链中＝a，则在其互补链中＝，而在整个DNA分子中＝1(注：不同双链DNA分子中非互补碱基之和的比均为1，无特异性)。
■
(1)脱氧核苷酸聚合形成长链的过程中产生水，即脱氧核苷酸―→DNA＋H2O。
(2)DNA分子结构可简记为5种元素，4种碱基(脱氧核苷酸)，3种小分子，2条长链，1个双螺旋。
(3)DNA分子中，脱氧核苷酸数：脱氧核糖数：磷酸数：含氮碱基数＝1：1：1：1。
(4)DNA分子彻底水解时得到的产物是脱氧核苷酸的基本组分，即脱氧核糖、磷酸、含氮碱基。
(5)对于真核细胞来说，染色体是基因的主要载体；线粒体和叶绿体也是基因的载体。
(6)对于原核细胞来说，拟核中的DNA分子或者质粒DNA均是裸露的，没有与蛋白质一起构成染色体。
(7)位于染色体上的基因随着染色体传递给子代，其遗传遵循孟德尔遗传规律。位于线粒体和叶绿体中的基因随线粒体和叶绿体传给子代，是控制细胞质遗传的基因，特点是母系遗传。
(8)“三看法”判断DNA分子结构的正误
考向一 DNA分子的结构及特点
例1 (不定项选择题)如图表示一个DNA分子的片段，下列有关表述错误的是( ABCD )
A．④代表的物质中贮存了遗传信息
B．不同生物的DNA分子中④的种类有特异性
C．转录时该片段的两条链都可作为模板链
D．解旋酶作用位点在⑤处
[解析] 图中④代表脱氧核苷酸，碱基对的排列顺序代表遗传信息；不同生物的DNA分子中脱氧核苷酸的种类都是四种，无特异性；转录是以DNA分子的一条链为模板的；解旋酶作用于氢键。
技巧点拨
(1)DNA分子的特异性是由碱基对的排列顺序决定的，而不是由配对方式决定的，配对方式只有四种：A—T、C—G、T—A、G—C。
(2)DNA中并不是所有的脱氧核糖都连着两个磷酸基团，两条链各有一个3′端的脱氧核糖连着一个磷酸基团(环状DNA分子除外)。
(3)双螺旋结构并不是固定不变的，复制和转录过程中会发生解旋。
(4)在DNA分子中，A与T分子数相等，G与C分子数相等，但A＋T的量不一定等于G＋C的量，后者恰恰反映了DNA分子的特异性。
(5)并非所有的DNA分子均具“双链”，有的DNA分子为单链。原核细胞及真核细胞细胞器中的DNA分子为“双链环状”。
〔对应训练〕
1．(2019·湖南岳阳高二期末)用卡片构建DNA平面结构模型，所提供的卡片类型和数量如下表所示，以下说法正确的是( B )
卡片类型
脱氧核糖
磷酸
碱基
A
T
G
C
卡片数量
10
10
2
3
3
2
A．最多可构建4种脱氧核苷酸，5个脱氧核苷酸对
B．构成的双链DNA片段最多有10个氢键
C．DNA中每个脱氧核糖均与1分子磷酸相连
D．可构建45种不同碱基序列的DNA
[解析] 双链DNA分子中，碱基之间的配对遵循碱基互补配对原则，即A－T，C－G，且配对的碱基数目彼此相等，结合表中数据可知，这些卡片最多可形成2对A－T碱基对，2对C－G碱基对，即共形成4个脱氧核苷酸对，A错误；A和T之间有2个氢键，C和G之间有3个氢键，因此构成的双链DNA片段最多有10个氢键，B正确；DNA中绝大多数脱氧核糖与2分子磷酸相连，只有末端的脱氧核糖与1分子磷酸相连，C错误；这些卡片可形成2对A－T碱基对，2对C－G碱基对，且碱基对种类和数目确定，因此可构建的DNA种类数少于44种，D错误。
考向二 与DNA分子结构相关的计算
例2 某双链DNA分子中含有200个碱基，一条链上A：T：G：C＝1：2：3：4，则该DNA分子( A )
A．四种含氮碱基A：T：G：C＝3：3：7：7
B．连续复制两次，需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸120个
C．碱基排列方式共有4100种
D．含有4个游离的磷酸基
[解析] 该DNA分子的一条链上A：T：G：C＝1：2：3：4，另一条链上A：T：G：C＝2：1：4：3，整个DNA分子中A：T：G：C＝3：3：7：7，A正确；该DNA分子中A＝T＝30，G＝C＝70，连续复制两次，需要腺嘌呤脱氧核苷酸为30×(22－1)＝90个，B错误；该DNA分子含有100个碱基对，30个A－T碱基对，70个G－C碱基对，碱基排列方式小于4100种，C错误；一个DNA分子由两条DNA链组成，含2个游离的磷酸基，D错误。
技巧点拨
“三步法”解决DNA分子中有关碱基比例的计算
第一步：搞清题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子碱基的比例，还是占DNA分子一条链上碱基的比例。
第二步：画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基。
第三步：根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。
〔对应训练〕
2．(2019·天津模拟)已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的35.8%。其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%，则在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的( B )
A．32.9%和17.1% B．31.3%和18.7%
C．18.7%和31.3% D．17.1%和32.9%
[解析] 由于整个DNA分子中G＋C＝35.8%，则每条链中G＋C＝35.8%，A＋T＝64.2%；由于其中一条链中T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%，由此可以求出该链中，G＝18.7%，A＝31.3%，则其互补链中T和C分别占该链碱基总数的31.3%和18.7%。
3．(2019·济南模拟)20世纪50年代初，查哥夫对多种生物DNA做了碱基定量分析，发现(A＋T)/(C＋G)的比值如表。结合所学知识，你认为能得出的结论是( D )
DNA来源
大肠杆菌
小麦
鼠
猪肝
猪胸腺
猪脾
(A＋T)/ (C＋G)
1.01
1.21
1.21
1.43
1.43
1.43
A．猪的DNA结构比大肠杆菌的DNA结构更稳定一些
B．小麦和鼠的DNA所携带的遗传信息相同
C．小麦DNA中(A＋T)的数量是鼠DNA中(C＋G)数量的1.21倍
D．同一生物不同组织的DNA碱基组成相同
[解析] 猪的DNA结构中的比值比大肠杆菌的DNA大，大肠杆菌的DNA结构更稳定，A错；小麦和鼠的DNA携带的遗传信息不同，B错；比值相同不等于数量相同，C错。
考点二 DNA分子的复制、相关计算及基因的本质
ZI ZHU XUE XI TAN JIU TI SHENG
自主学习·探究提升
1．DNA的复制
2．染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系
易错整合，判断正误。
(1)植物细胞的线粒体和叶绿体中均可发生DNA的复制( √ )
(2)真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶和能量( √ )
(3)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( √ )
(4)多数生物的基因是有遗传效应的DNA片段，有些病毒的基因在RNA分子上( √ )
(5)DNA复制时，两条脱氧核苷酸链均可作为模板( √ )
(6)脱氧核苷酸必须在DNA聚合酶的作用下才能连接形成子链( √ )
(7)DNA分子复制是边解旋边双向复制的( √ )
1．据图回答问题
(1)据图1可知基因与染色体的关系是基因在染色体上呈线性排列。
(2)若图2为染色体组成的概念模型，则图2中的字母分别表示：
a．染色体，b.DNA，c.基因，d.脱氧核苷酸。
(3)染色体主要由DNA和蛋白质构成，一个DNA上有许多个基因，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。
(4)基因的本质是有遗传效应的DNA片段。遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中。
2．学透教材、理清原因、规范答题用语专练
(1)DNA分子精确复制的原因是①DNA分子独特的双螺旋结构能够为复制提供精确的模板，②碱基配对原则保证了复制能够准确进行。
(2)DNA半保留复制的主要意义是保持亲代细胞和子代细胞遗传信息的连续性。
KAO DIAN TU PO POU XI NAN DIAN
考点突破·剖析难点
1．DNA复制方式探究
(1)实验方法
探究DNA复制的方式，采用的是同位素示踪技术和离心处理，根据试管中DNA的分布位置确定复制方式。
(2)实验过程(如下图)
■
(1)子代DNA分子中模板链与另一DNA分子中新合成的子链碱基序列完全相同。
(2)影响细胞呼吸(ATP供给)的所有因素都可能影响DNA复制。
(3)体外也可进行，即PCR扩增技术，除满足上述条件外(不需解旋酶)，还应注意温度、pH的控制及引物的加入。
(4)在特殊情况下，在外界因素和生物内部因素的作用下，可能造成碱基配对发生差错，引发基因突变。
(5)复制可简记为“1个主要场所(细胞核)，2种时期(有丝分裂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)”。
(6)关于DNA分子复制的早期推测
关于DNA分子是如何复制的，在早期的研究中，科学家们提出了三个模型，它们是全保留复制模型、弥散复制模型和半保留复制模型。如图所示。
2．DNA复制的有关计算
DNA复制为半保留复制，若将亲代DNA分子复制n代，其结果分析如下：
(1)子代DNA分子数为2n个
①含有亲代链的DNA分子数为2个；
②不含亲代链的DNA分子数为(2n－2)个；
③含子代链的DNA有2n个。
(2)子代脱氧核苷酸链数为2n＋1条
①亲代脱氧核苷酸链数为2条；
②新合成的脱氧核苷酸链数为(2n＋1－2)条。
(3)消耗的脱氧核苷酸数
①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸数为m·(2n－1)个；
②第n次复制所需该脱氧核苷酸数为m·2n－1个。
■
(1)将15N标记的DNA分子转移到含有14N的培养基中培养，无论复制多少次，含15N的DNA分子始终是2个。若复制n次，则含15N的DNA分子占总DNA分子数的比例为2/2n。 做题时看准是“含”还是“只含”。
(2)子代DNA分子的链中：总链数为2n×2＝2n＋1。含15N的链始终是2条，占总链数的比例为2/2n＋1＝1/2n。做题时应看准是“DNA分子数”还是“链数”。
考向一 DNA复制的过程及特点
例3 (2019·山东省泰安市高三期末)下列关于真核细胞DNA复制的说法，正确的是( D )
A．新的子链由4种脱氧核苷酸聚合而成，核苷酸的聚合过程需要DNA连接酶
B．构成DNA子链的4种脱氧核苷酸聚合时，ATP为降低反应活化能提供能量
C．DNA分子在解旋酶的作用下，先完成解旋后再进行复制
D．DNA复制过程中若出现错误，生物出现的新性状可能适应环境也可能不适应环境
[解析] 新的子链由4种脱氧核苷酸聚合而成，核苷酸的聚合过程需要DNA聚合酶，A错误。构成DNA子链的4种脱氧核苷酸聚合时，ATP为其提供能量，降低反应活化能的为DNA聚合酶，B错误。DNA分子的复制为边解旋边复制，C错误。DNA复制过程中若出现错误，可能发生基因突变，基因突变的方向具有不定向性，出现的新性状可能适应环境也可能不适应环境，D正确。
〔对应训练〕
4．(2019·浙江省高三生物联考)下列有关“探究DNA的复制过程”活动的叙述，正确的是( B )
A．培养过程中，大肠杆菌将利用NH4Cl中的N合成DNA主链的基本骨架
B．将大肠杆菌放在以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养若干代，所获得的大肠杆菌的核糖体中含有15N
C．通过对第二代大肠杆菌DNA的密度梯度离心，得出DNA复制的特点为半保留复制
D．将15N－15N－DNA的大肠杆菌转移到14NH4Cl培养液中繁殖一代后，若将提取的子代大肠杆菌DNA解旋处理后进行密度梯度离心，离心管中将只出现1个条带
[解析] “探究DNA的复制过程”活动时，培养过程中，大肠杆菌将利用NH4Cl中的N合成含氮碱基进而形成DNA两条链之间的碱基对，A错误；核糖体中含有RNA，RNA中含有碱基，将大肠杆菌放在以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养若干代，所获得的大肠杆菌的核糖体中含有15N，B正确；通过对亲代、第一代、第二代大肠杆菌DNA的密度梯度离心，对比分析才可得出DNA复制的特点为半保留复制，C错误；将15N—15N—DNA的大肠杆菌转移到14NH4Cl培养液中繁殖一代后，若将提取的子代大肠杆菌DNA解旋处理后进行密度梯度离心，离心管中将出现轻、重2个条带，D错误。
考向二 与DNA复制相关的计算
例4 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 )
A．含有14N的DNA占100%
B．复制过程中需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
[解析] 在14N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，复制过程中消耗的碱基A＝40×(24－1)＝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1：1，D项错误。
技巧点拨
与DNA复制相关的计算的四个易错点
(1)复制次数：“DNA复制了‘次’和‘第’次复制”的区别：前者包括所有的复制，后者只指最后一次复制。
(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：看清是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词。
〔对应训练〕
5．(2019·鹤壁模拟)某基因(14N)含有3 000个碱基，腺嘌呤占35%。若该DNA分子用15N同位素标记过的四种游离脱氧核苷酸为原料复制3次，将全部复制产物进行密度梯度离心，得到如图中图甲所示结果；如果将全部复制产物加入解旋酶处理后再离心，则得到如图乙所示结果。下列有关分析正确的是( C )
A．X层全部是仅含14N的基因
B．W层中含15N标记的胞嘧啶6 300个
C．X层中含有的氢键数是Y层的1/3
D．W层与Z层的核苷酸数之比为1：4
[解析] 由于DNA分子的复制方式为半保留复制，所以X层全部是含14N和15N的基因，A项错误。由于DNA分子复制了3次，产生了8个DNA分子。在含有3 000个碱基的DNA分子中，腺嘌呤占35%，因此胞嘧啶占15%，共450个。所以W层中含15N标记的胞嘧啶为450×7＝3 150个，B项错误。在DNA分子中，碱基对之间通过氢键相连，DNA分子复制了3次，产生的8个DNA分子中，2个DNA分子含14N和15N,6个DNA分子只含15N，所以X层中含有的氢键数是Y层的1/3，C项正确。由于DNA分子复制了3次，产生了8个DNA分子，含16条脱氧核苷酸链，其中含15N标记的有14条链，所以W层与Z层的核苷酸数之比为14：2＝7：1，D项错误。
考向三 基因的本质
例5 (2019·石家庄模拟)如图为果蝇某一条染色体上的几个基因示意图，下列有关叙述正确的是( B )
A．R基因中的全部脱氧核苷酸序列都能编码蛋白质
B．R、S、N、O互为非等位基因
C．果蝇的每个基因都是由成百上千个核糖核苷酸组成的
D．每个基因中有一个碱基对的替换，都会引起生物性状的改变
〔对应训练〕
6．(2019·南昌调研)下列关于基因、染色体、性状之间的关系的叙述中，正确的是( D )
A．性状与基因之间都存在一一对应的关系
B．真核生物的基因都位于染色体上，呈线性排列
C．每条染色体上有许多个DNA分子，每个DNA分子上有许多基因，每个基因中有许多脱氧核苷酸
D．染色体结构变异可能会使基因的数目或排列顺序发生改变
[解析] 性状与基因之间并不都存在一一对应的线性关系，有的性状受多个基因控制，有的基因同时控制多个性状，A错误；真核生物的基因主要位于细胞核中的染色体上，也有部分基因位于线粒体、叶绿体中的DNA上，B错误；每条染色体含有1个或2个DNA分子，C错误；染色体结构变异可能会使基因的数目或排列顺序发生改变，D正确。
课末总结
1．〔思维导图〕
2．〔简答题常考长句分析〕
1．DNA分子具有多样性的原因是由于不同的DNA分子中碱基排列顺序是千变万化的；DNA分子具有特异性的原因是由于每个DNA分子具有特定的碱基排列顺序。DNA分子的结构具有稳定性的原因是外侧的脱氧核糖和磷酸的相间排列方式稳定不变，内侧碱基配对的方式稳定不变。
2．DNA分子的复制是一个边解旋边复制的过程，复制需要模板、原料、能量和酶等基本条件。
3．保证DNA分子精确复制的原因有：(1)DNA分子独特的双螺旋结构，能够为复制提供精确的模板；(2)通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。
4．分别以不同生物的DNA为模板合成的各个新DNA分子之间(A＋C)：(T＋G)的比值相同的原因是因为所有DNA双链中，A与T的数目相同，C与G的数目相同。分别以不同生物的DNA为模板合成的各个新DNA之间存在差异是碱基的数目、比例和排列顺序不同。
5．每个DNA片段中有两个游离的磷酸基团，分别在两条链的其中一端；DNA双链分子中磷酸、脱氧核糖和碱基之间的数量比为1：1：1。
6．DNA的复制方式是半保留复制，其意义是保持了遗传信息的连续性。
3．〔探究高考·明确考向〕
1．(2017·海南卷，24)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( D )
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
[解析] 由于双链DNA中碱基A数目等于T数目，G数目等于C数目，故(A＋C)/(G＋T)为恒值1，A错。A和T碱基对含2个氢键，C和G碱基对含3个氢键，故(A＋T)/(G＋C)中，(G＋C)数目越多，氢键数越多，双链DNA分子的稳定性越高，B错。(A＋T)/(G＋C)与(A＋C)/(G＋T)两个比值相等，这个DNA分子可能是双链，也可能是单链，C错。经半保留复制得到的DNA分子，是双链DNA，(A＋C)/(G＋T)＝1，D正确。
2．(上海卷)在DNA分子模型的搭建实验中，若仅用订书钉将脱氧核糖、磷酸、碱基连为一体并构建一个含10对碱基(A有6个)的DNA双链片段，那么使用的订书钉个数为( C )
A．58 B．78
C．82 D．88
[解析] 每个脱氧核苷酸的三部分间需2个订书钉，每条链上的10个脱氧核苷酸间需9个订书钉，两条链间的6对A—T和4对G—C间各需12个订书钉，故构建该DNA片段共需订书钉数量为29＋29＋12＋12＝82。
3．(全国卷Ⅰ，29)在有关DNA分子的研究中，常用32P来标记DNA分子。用α、β和γ表示ATP或dATP(d表示脱氧)上三个磷酸基团所处的位置(A－Pα～Pβ～Pγ或dA－Pα～Pβ～Pγ)。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γ(填“α”“β”或“γ”)位上。
(2)若用带有32P标记的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α(填“α”“β”或“γ”)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。
[解析] (1)ATP水解成ADP时，远离A的高能磷酸键断裂，在γ位上的磷酸基团从ATP上脱离下来，再根据题干信息可知，要将32P标记的磷酸基团转移到DNA末端上，需标记ATP γ位上的磷酸基团。(2)dATP与ATP结构相似，不同之处是dATP中的五碳糖是脱氧核糖，而ATP中的五碳糖是核糖，合成DNA的原料是脱氧核苷酸，含有一个磷酸基团，而dATP含有三个磷酸基团，因此，以dATP为原料合成DNA时，若要将32P标记到DNA分子上，32P标记的磷酸基团应在dATP的α位上。(3)一个噬菌体含有一个DNA分子。由于DNA具有半保留复制的特点，因此被32P标记两条链的DNA分子在第一次复制中，两条链都作为模板，形成两个一条链含32P的DNA分子；同理，再分别以这两个DNA分子的两条链为模板合成子代DNA分子，当合成n个DNA分子时，其中只有两个DNA分子被32P标记，其他DNA分子都不被标记，因此含有32P标记的噬菌体所占比例为2/n。
第2讲 DNA分子的结构、复制及基因的本质
▌考纲研读备考定位▌
考纲要求
核心素养
1.DNA分子结构的主要特点
2.DNA分子的复制
3.基因的概念
1.生命观念——通过掌握DNA分子的结构和功能，理解生命的延续和发展。
2.理性思维——通过DNA分子中的碱基数量和DNA复制的计算规律，培养归纳与概括、逻辑分析和计算能力
3.科学探究——通过DNA复制方式的探究，培养实验设计与结果分析的能力。
考点一 DNA分子的结构及相关计算
ZI ZHU XUE XI TAN JIU TI SHENG
自主学习·探究提升
1．图解DNA分子结构
巧学妙记：
巧记DNA分子结构的“五·四·三·二·一”
2．DNA分子的特性
易错整合，判断正误。
(1)相对分子质量大小相同、碱基含量相同的核酸分子所携带的遗传信息一定相同( × )
(2)DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基 ( × )
(3)DNA分子一条链上的相邻碱基通过“—磷酸—脱氧核糖—磷酸—”相连( × )
(4)DNA分子的多样性和特异性主要与它的空间结构密切相关( × )
(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)同一生物个体不同细胞中DNA分子的(A＋T)/(C＋G)的值不同( × )
(7)人体内控制β－珠蛋白的基因由1 700个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有41 700种( × )
(8)DNA分子的多样性是指一个DNA分子上有许多个基因( × )
1.
(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。
2．分析DNA分子结构图像
(1)一个双链DNA分子片段中有几个游离的磷酸基团，位置如何？
(2)图中C能表示胞嘧啶脱氧核苷酸吗？
(3)图中碱基之间是如何连接的？一条链上的脱氧核苷酸之间又是如何连接的？
(4)解旋酶作用于图中哪个部位？限制性核酸内切酶和DNA连接酶作用于图中哪个部位？
(5)DNA初步水解的产物和彻底水解的产物分别是什么？
(6)若某双链DNA分子含有200个碱基，一条链上A：T：G：C＝1：2：3：4，则该DNA分子碱基排列方式共有4100种，对吗？
[提示](1)2个，分别位于DNA分子的两端。
(2)不能。
(3)双链DNA中，反向平行的两条链之间的碱基通过氢键连接成碱基对，而同一条链上碱基之间是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连的；一条链上的脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键连接。
(4)解旋酶作用于⑨，限制性核酸内切酶和DNA连接酶作用于⑩
(5)初步水解的产物是4种脱氧核苷酸，彻底水解的产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。
(6)错。
KAO DIAN TU PO POU XI NAN DIAN
考点突破·剖析难点
1．DNA分子结构模式图信息解读
(1)每个DNA片段中，游离的磷酸基团有2个。
(2)一条核苷酸链中相邻两个核苷酸通过磷酸二酯键相连，用限制性核酸内切酶处理可切断，用DNA连接酶处理可连接。
(3)碱基对之间的化学键为氢键，可用解旋酶断裂，也可加热断裂。
(4)每个脱氧核糖(除两端外)连接着2个磷酸，分别在3号、5号碳原子上相连接。
(5)若碱基对为n，则氢键数为2n～3n之间，若已知A有m个，则氢键数为3n－m。
2．“归纳法”求解DNA分子中的碱基数量
(1)在DNA双链中嘌呤总数与嘧啶总数相同，即A＋G＝T＋C。
(2)“互补碱基之和”的比例在任意一条链及整个DNA分子中都相同，即若在一条链中＝m，在互补链及整个DNA分子中＝m，而且由任一条链转录来的mRNA分子中(A＋U)/(G＋C)仍为m(注：不同DNA分子中m值可不同，显示特异性)。
(3)非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数，在整个DNA分子中为1，即若在DNA一条链中＝a，则在其互补链中＝，而在整个DNA分子中＝1(注：不同双链DNA分子中非互补碱基之和的比均为1，无特异性)。
■
(1)脱氧核苷酸聚合形成长链的过程中产生水，即脱氧核苷酸―→DNA＋H2O。
(2)DNA分子结构可简记为5种元素，4种碱基(脱氧核苷酸)，3种小分子，2条长链，1个双螺旋。
(3)DNA分子中，脱氧核苷酸数：脱氧核糖数：磷酸数：含氮碱基数＝1：1：1：1。
(4)DNA分子彻底水解时得到的产物是脱氧核苷酸的基本组分，即脱氧核糖、磷酸、含氮碱基。
(5)对于真核细胞来说，染色体是基因的主要载体；线粒体和叶绿体也是基因的载体。
(6)对于原核细胞来说，拟核中的DNA分子或者质粒DNA均是裸露的，没有与蛋白质一起构成染色体。
(7)位于染色体上的基因随着染色体传递给子代，其遗传遵循孟德尔遗传规律。位于线粒体和叶绿体中的基因随线粒体和叶绿体传给子代，是控制细胞质遗传的基因，特点是母系遗传。
(8)“三看法”判断DNA分子结构的正误
考向一 DNA分子的结构及特点
例1 (不定项选择题)如图表示一个DNA分子的片段，下列有关表述错误的是( ABCD )
A．④代表的物质中贮存了遗传信息
B．不同生物的DNA分子中④的种类有特异性
C．转录时该片段的两条链都可作为模板链
D．解旋酶作用位点在⑤处
[解析] 图中④代表脱氧核苷酸，碱基对的排列顺序代表遗传信息；不同生物的DNA分子中脱氧核苷酸的种类都是四种，无特异性；转录是以DNA分子的一条链为模板的；解旋酶作用于氢键。
技巧点拨
(1)DNA分子的特异性是由碱基对的排列顺序决定的，而不是由配对方式决定的，配对方式只有四种：A—T、C—G、T—A、G—C。
(2)DNA中并不是所有的脱氧核糖都连着两个磷酸基团，两条链各有一个3′端的脱氧核糖连着一个磷酸基团(环状DNA分子除外)。
(3)双螺旋结构并不是固定不变的，复制和转录过程中会发生解旋。
(4)在DNA分子中，A与T分子数相等，G与C分子数相等，但A＋T的量不一定等于G＋C的量，后者恰恰反映了DNA分子的特异性。
(5)并非所有的DNA分子均具“双链”，有的DNA分子为单链。原核细胞及真核细胞细胞器中的DNA分子为“双链环状”。
〔对应训练〕
1．(2019·湖南岳阳高二期末)用卡片构建DNA平面结构模型，所提供的卡片类型和数量如下表所示，以下说法正确的是( B )
卡片类型
脱氧核糖
磷酸
碱基
A
T
G
C
卡片数量
10
10
2
3
3
2
A．最多可构建4种脱氧核苷酸，5个脱氧核苷酸对
B．构成的双链DNA片段最多有10个氢键
C．DNA中每个脱氧核糖均与1分子磷酸相连
D．可构建45种不同碱基序列的DNA
[解析] 双链DNA分子中，碱基之间的配对遵循碱基互补配对原则，即A－T，C－G，且配对的碱基数目彼此相等，结合表中数据可知，这些卡片最多可形成2对A－T碱基对，2对C－G碱基对，即共形成4个脱氧核苷酸对，A错误；A和T之间有2个氢键，C和G之间有3个氢键，因此构成的双链DNA片段最多有10个氢键，B正确；DNA中绝大多数脱氧核糖与2分子磷酸相连，只有末端的脱氧核糖与1分子磷酸相连，C错误；这些卡片可形成2对A－T碱基对，2对C－G碱基对，且碱基对种类和数目确定，因此可构建的DNA种类数少于44种，D错误。
考向二 与DNA分子结构相关的计算
例2 某双链DNA分子中含有200个碱基，一条链上A：T：G：C＝1：2：3：4，则该DNA分子( A )
A．四种含氮碱基A：T：G：C＝3：3：7：7
B．连续复制两次，需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸120个
C．碱基排列方式共有4100种
D．含有4个游离的磷酸基
[解析] 该DNA分子的一条链上A：T：G：C＝1：2：3：4，另一条链上A：T：G：C＝2：1：4：3，整个DNA分子中A：T：G：C＝3：3：7：7，A正确；该DNA分子中A＝T＝30，G＝C＝70，连续复制两次，需要腺嘌呤脱氧核苷酸为30×(22－1)＝90个，B错误；该DNA分子含有100个碱基对，30个A－T碱基对，70个G－C碱基对，碱基排列方式小于4100种，C错误；一个DNA分子由两条DNA链组成，含2个游离的磷酸基，D错误。
技巧点拨
“三步法”解决DNA分子中有关碱基比例的计算
第一步：搞清题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子碱基的比例，还是占DNA分子一条链上碱基的比例。
第二步：画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基。
第三步：根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。
〔对应训练〕
2．(2019·天津模拟)已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的35.8%。其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%，则在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的( B )
A．32.9%和17.1% B．31.3%和18.7%
C．18.7%和31.3% D．17.1%和32.9%
[解析] 由于整个DNA分子中G＋C＝35.8%，则每条链中G＋C＝35.8%，A＋T＝64.2%；由于其中一条链中T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%，由此可以求出该链中，G＝18.7%，A＝31.3%，则其互补链中T和C分别占该链碱基总数的31.3%和18.7%。
3．(2019·济南模拟)20世纪50年代初，查哥夫对多种生物DNA做了碱基定量分析，发现(A＋T)/(C＋G)的比值如表。结合所学知识，你认为能得出的结论是( D )
DNA来源
大肠杆菌
小麦
鼠
猪肝
猪胸腺
猪脾
(A＋T)/ (C＋G)
1.01
1.21
1.21
1.43
1.43
1.43
A．猪的DNA结构比大肠杆菌的DNA结构更稳定一些
B．小麦和鼠的DNA所携带的遗传信息相同
C．小麦DNA中(A＋T)的数量是鼠DNA中(C＋G)数量的1.21倍
D．同一生物不同组织的DNA碱基组成相同
[解析] 猪的DNA结构中的比值比大肠杆菌的DNA大，大肠杆菌的DNA结构更稳定，A错；小麦和鼠的DNA携带的遗传信息不同，B错；比值相同不等于数量相同，C错。
考点二 DNA分子的复制、相关计算及基因的本质
ZI ZHU XUE XI TAN JIU TI SHENG
自主学习·探究提升
1．DNA的复制
2．染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系
易错整合，判断正误。
(1)植物细胞的线粒体和叶绿体中均可发生DNA的复制( √ )
(2)真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶和能量( √ )
(3)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( √ )
(4)多数生物的基因是有遗传效应的DNA片段，有些病毒的基因在RNA分子上( √ )
(5)DNA复制时，两条脱氧核苷酸链均可作为模板( √ )
(6)脱氧核苷酸必须在DNA聚合酶的作用下才能连接形成子链( √ )
(7)DNA分子复制是边解旋边双向复制的( √ )
1．据图回答问题
(1)据图1可知基因与染色体的关系是基因在染色体上呈线性排列。
(2)若图2为染色体组成的概念模型，则图2中的字母分别表示：
a．染色体，b.DNA，c.基因，d.脱氧核苷酸。
(3)染色体主要由DNA和蛋白质构成，一个DNA上有许多个基因，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。
(4)基因的本质是有遗传效应的DNA片段。遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中。
2．学透教材、理清原因、规范答题用语专练
(1)DNA分子精确复制的原因是①DNA分子独特的双螺旋结构能够为复制提供精确的模板，②碱基配对原则保证了复制能够准确进行。
(2)DNA半保留复制的主要意义是保持亲代细胞和子代细胞遗传信息的连续性。
KAO DIAN TU PO POU XI NAN DIAN
考点突破·剖析难点
1．DNA复制方式探究
(1)实验方法
探究DNA复制的方式，采用的是同位素示踪技术和离心处理，根据试管中DNA的分布位置确定复制方式。
(2)实验过程(如下图)
■
(1)子代DNA分子中模板链与另一DNA分子中新合成的子链碱基序列完全相同。
(2)影响细胞呼吸(ATP供给)的所有因素都可能影响DNA复制。
(3)体外也可进行，即PCR扩增技术，除满足上述条件外(不需解旋酶)，还应注意温度、pH的控制及引物的加入。
(4)在特殊情况下，在外界因素和生物内部因素的作用下，可能造成碱基配对发生差错，引发基因突变。
(5)复制可简记为“1个主要场所(细胞核)，2种时期(有丝分裂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)”。
(6)关于DNA分子复制的早期推测
关于DNA分子是如何复制的，在早期的研究中，科学家们提出了三个模型，它们是全保留复制模型、弥散复制模型和半保留复制模型。如图所示。
2．DNA复制的有关计算
DNA复制为半保留复制，若将亲代DNA分子复制n代，其结果分析如下：
(1)子代DNA分子数为2n个
①含有亲代链的DNA分子数为2个；
②不含亲代链的DNA分子数为(2n－2)个；
③含子代链的DNA有2n个。
(2)子代脱氧核苷酸链数为2n＋1条
①亲代脱氧核苷酸链数为2条；
②新合成的脱氧核苷酸链数为(2n＋1－2)条。
(3)消耗的脱氧核苷酸数
①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸数为m·(2n－1)个；
②第n次复制所需该脱氧核苷酸数为m·2n－1个。
■
(1)将15N标记的DNA分子转移到含有14N的培养基中培养，无论复制多少次，含15N的DNA分子始终是2个。若复制n次，则含15N的DNA分子占总DNA分子数的比例为2/2n。 做题时看准是“含”还是“只含”。
(2)子代DNA分子的链中：总链数为2n×2＝2n＋1。含15N的链始终是2条，占总链数的比例为2/2n＋1＝1/2n。做题时应看准是“DNA分子数”还是“链数”。
考向一 DNA复制的过程及特点
例3 (2019·山东省泰安市高三期末)下列关于真核细胞DNA复制的说法，正确的是( D )
A．新的子链由4种脱氧核苷酸聚合而成，核苷酸的聚合过程需要DNA连接酶
B．构成DNA子链的4种脱氧核苷酸聚合时，ATP为降低反应活化能提供能量
C．DNA分子在解旋酶的作用下，先完成解旋后再进行复制
D．DNA复制过程中若出现错误，生物出现的新性状可能适应环境也可能不适应环境
[解析] 新的子链由4种脱氧核苷酸聚合而成，核苷酸的聚合过程需要DNA聚合酶，A错误。构成DNA子链的4种脱氧核苷酸聚合时，ATP为其提供能量，降低反应活化能的为DNA聚合酶，B错误。DNA分子的复制为边解旋边复制，C错误。DNA复制过程中若出现错误，可能发生基因突变，基因突变的方向具有不定向性，出现的新性状可能适应环境也可能不适应环境，D正确。
〔对应训练〕
4．(2019·浙江省高三生物联考)下列有关“探究DNA的复制过程”活动的叙述，正确的是( B )
A．培养过程中，大肠杆菌将利用NH4Cl中的N合成DNA主链的基本骨架
B．将大肠杆菌放在以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养若干代，所获得的大肠杆菌的核糖体中含有15N
C．通过对第二代大肠杆菌DNA的密度梯度离心，得出DNA复制的特点为半保留复制
D．将15N－15N－DNA的大肠杆菌转移到14NH4Cl培养液中繁殖一代后，若将提取的子代大肠杆菌DNA解旋处理后进行密度梯度离心，离心管中将只出现1个条带
[解析] “探究DNA的复制过程”活动时，培养过程中，大肠杆菌将利用NH4Cl中的N合成含氮碱基进而形成DNA两条链之间的碱基对，A错误；核糖体中含有RNA，RNA中含有碱基，将大肠杆菌放在以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养若干代，所获得的大肠杆菌的核糖体中含有15N，B正确；通过对亲代、第一代、第二代大肠杆菌DNA的密度梯度离心，对比分析才可得出DNA复制的特点为半保留复制，C错误；将15N—15N—DNA的大肠杆菌转移到14NH4Cl培养液中繁殖一代后，若将提取的子代大肠杆菌DNA解旋处理后进行密度梯度离心，离心管中将出现轻、重2个条带，D错误。
考向二 与DNA复制相关的计算
例4 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 )
A．含有14N的DNA占100%
B．复制过程中需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
[解析] 在14N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，复制过程中消耗的碱基A＝40×(24－1)＝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1：1，D项错误。
技巧点拨
与DNA复制相关的计算的四个易错点
(1)复制次数：“DNA复制了‘次’和‘第’次复制”的区别：前者包括所有的复制，后者只指最后一次复制。
(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：看清是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词。
〔对应训练〕
5．(2019·鹤壁模拟)某基因(14N)含有3 000个碱基，腺嘌呤占35%。若该DNA分子用15N同位素标记过的四种游离脱氧核苷酸为原料复制3次，将全部复制产物进行密度梯度离心，得到如图中图甲所示结果；如果将全部复制产物加入解旋酶处理后再离心，则得到如图乙所示结果。下列有关分析正确的是( C )
A．X层全部是仅含14N的基因
B．W层中含15N标记的胞嘧啶6 300个
C．X层中含有的氢键数是Y层的1/3
D．W层与Z层的核苷酸数之比为1：4
[解析] 由于DNA分子的复制方式为半保留复制，所以X层全部是含14N和15N的基因，A项错误。由于DNA分子复制了3次，产生了8个DNA分子。在含有3 000个碱基的DNA分子中，腺嘌呤占35%，因此胞嘧啶占15%，共450个。所以W层中含15N标记的胞嘧啶为450×7＝3 150个，B项错误。在DNA分子中，碱基对之间通过氢键相连，DNA分子复制了3次，产生的8个DNA分子中，2个DNA分子含14N和15N,6个DNA分子只含15N，所以X层中含有的氢键数是Y层的1/3，C项正确。由于DNA分子复制了3次，产生了8个DNA分子，含16条脱氧核苷酸链，其中含15N标记的有14条链，所以W层与Z层的核苷酸数之比为14：2＝7：1，D项错误。
考向三 基因的本质
例5 (2019·石家庄模拟)如图为果蝇某一条染色体上的几个基因示意图，下列有关叙述正确的是( B )
A．R基因中的全部脱氧核苷酸序列都能编码蛋白质
B．R、S、N、O互为非等位基因
C．果蝇的每个基因都是由成百上千个核糖核苷酸组成的
D．每个基因中有一个碱基对的替换，都会引起生物性状的改变
〔对应训练〕
6．(2019·南昌调研)下列关于基因、染色体、性状之间的关系的叙述中，正确的是( D )
A．性状与基因之间都存在一一对应的关系
B．真核生物的基因都位于染色体上，呈线性排列
C．每条染色体上有许多个DNA分子，每个DNA分子上有许多基因，每个基因中有许多脱氧核苷酸
D．染色体结构变异可能会使基因的数目或排列顺序发生改变
[解析] 性状与基因之间并不都存在一一对应的线性关系，有的性状受多个基因控制，有的基因同时控制多个性状，A错误；真核生物的基因主要位于细胞核中的染色体上，也有部分基因位于线粒体、叶绿体中的DNA上，B错误；每条染色体含有1个或2个DNA分子，C错误；染色体结构变异可能会使基因的数目或排列顺序发生改变，D正确。
课末总结
1．〔思维导图〕
2．〔简答题常考长句分析〕
1．DNA分子具有多样性的原因是由于不同的DNA分子中碱基排列顺序是千变万化的；DNA分子具有特异性的原因是由于每个DNA分子具有特定的碱基排列顺序。DNA分子的结构具有稳定性的原因是外侧的脱氧核糖和磷酸的相间排列方式稳定不变，内侧碱基配对的方式稳定不变。
2．DNA分子的复制是一个边解旋边复制的过程，复制需要模板、原料、能量和酶等基本条件。
3．保证DNA分子精确复制的原因有：(1)DNA分子独特的双螺旋结构，能够为复制提供精确的模板；(2)通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。
4．分别以不同生物的DNA为模板合成的各个新DNA分子之间(A＋C)：(T＋G)的比值相同的原因是因为所有DNA双链中，A与T的数目相同，C与G的数目相同。分别以不同生物的DNA为模板合成的各个新DNA之间存在差异是碱基的数目、比例和排列顺序不同。
5．每个DNA片段中有两个游离的磷酸基团，分别在两条链的其中一端；DNA双链分子中磷酸、脱氧核糖和碱基之间的数量比为1：1：1。
6．DNA的复制方式是半保留复制，其意义是保持了遗传信息的连续性。
3．〔探究高考·明确考向〕
1．(2017·海南卷，24)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( D )
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
[解析] 由于双链DNA中碱基A数目等于T数目，G数目等于C数目，故(A＋C)/(G＋T)为恒值1，A错。A和T碱基对含2个氢键，C和G碱基对含3个氢键，故(A＋T)/(G＋C)中，(G＋C)数目越多，氢键数越多，双链DNA分子的稳定性越高，B错。(A＋T)/(G＋C)与(A＋C)/(G＋T)两个比值相等，这个DNA分子可能是双链，也可能是单链，C错。经半保留复制得到的DNA分子，是双链DNA，(A＋C)/(G＋T)＝1，D正确。
2．(上海卷)在DNA分子模型的搭建实验中，若仅用订书钉将脱氧核糖、磷酸、碱基连为一体并构建一个含10对碱基(A有6个)的DNA双链片段，那么使用的订书钉个数为( C )
A．58 B．78
C．82 D．88
[解析] 每个脱氧核苷酸的三部分间需2个订书钉，每条链上的10个脱氧核苷酸间需9个订书钉，两条链间的6对A—T和4对G—C间各需12个订书钉，故构建该DNA片段共需订书钉数量为29＋29＋12＋12＝82。
3．(全国卷Ⅰ，29)在有关DNA分子的研究中，常用32P来标记DNA分子。用α、β和γ表示ATP或dATP(d表示脱氧)上三个磷酸基团所处的位置(A－Pα～Pβ～Pγ或dA－Pα～Pβ～Pγ)。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γ(填“α”“β”或“γ”)位上。
(2)若用带有32P标记的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α(填“α”“β”或“γ”)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。
[解析] (1)ATP水解成ADP时，远离A的高能磷酸键断裂，在γ位上的磷酸基团从ATP上脱离下来，再根据题干信息可知，要将32P标记的磷酸基团转移到DNA末端上，需标记ATP γ位上的磷酸基团。(2)dATP与ATP结构相似，不同之处是dATP中的五碳糖是脱氧核糖，而ATP中的五碳糖是核糖，合成DNA的原料是脱氧核苷酸，含有一个磷酸基团，而dATP含有三个磷酸基团，因此，以dATP为原料合成DNA时，若要将32P标记到DNA分子上，32P标记的磷酸基团应在dATP的α位上。(3)一个噬菌体含有一个DNA分子。由于DNA具有半保留复制的特点，因此被32P标记两条链的DNA分子在第一次复制中，两条链都作为模板，形成两个一条链含32P的DNA分子；同理，再分别以这两个DNA分子的两条链为模板合成子代DNA分子，当合成n个DNA分子时，其中只有两个DNA分子被32P标记，其他DNA分子都不被标记，因此含有32P标记的噬菌体所占比例为2/n。
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