届一轮复习人教版DNA分子的结构复制与基因的本质学案.docx
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届一轮复习人教版DNA分子的结构复制与基因的本质学案
第二讲
DNA分子的结构、复制与基因的本质
(一)DNA分子的结构
1.依据DNA分子结构示意图回答下列问题
(1)图中各数字代表的名称是①胞嘧啶,②脱氧核糖,③磷酸,④胞嘧啶脱氧核苷酸。
(2)DNA由两条脱氧核苷酸链组成,这些链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
(3)外侧:
脱氧核糖和磷酸交替连接构成主链基本骨架。
(4)内侧:
两链上碱基通过氢键连接成碱基对。
碱基互补配对遵循以下原则:
A===T(两个氢键)、G≡C(三个氢键)。
2.判断下列有关DNA结构叙述的正误
(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)双链DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数(√)
(3)双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的(×)
(4)DNA分子中两条脱氧核苷酸链之间的碱基一定是通过氢键连接的(√)
(5)每个双链DNA分子中,含2个游离的磷酸基团(√)
(6)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(×)
(7)含有G、C碱基对比较多的DNA分子热稳定性较差(×)
1.图解核酸的结构层次
2.准确辨析DNA分子的两种关系和两种化学键
(二)DNA分子的复制
3.判断有关DNA复制叙述的正误
(1)植物细胞的线粒体和叶绿体中均可发生DNA的复制(√)
(2)在人体内成熟的红细胞、浆细胞中不发生DNA的复制(√)
(3)真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶和能量(√)
(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)DNA复制就是基因表达的过程(×)
(6)DNA复制时,严格遵循A-U、C-G的碱基互补配对原则(×)
(7)DNA复制时,两条脱氧核苷酸链均可作为模板(√)
(8)DNA分子全部解旋后才开始进行DNA复制(×)
(9)脱氧核苷酸必须在DNA酶的作用下才能连接形成子链(×)
(10)复制后产生的两个子代DNA分子中共含4个游离的磷酸基团(√)
(11)真核细胞染色体DNA的复制发生在有丝分裂前期(×)
(12)DNA分子复制是边解旋边双向复制的(√)
3.从五个角度掌握DNA分子的复制
(三)基因的本质
|
具有遗传效应的DNA片段
4.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)图2中的字母分别为:
a.染色体,b.DNA,_c.基因,d.脱氧核苷酸。
(3)基因的本质:
具有遗传效应的DNA片段。
4.明辨染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系
DNA分子的结构及相关计算
命题点1 DNA分子的结构及特点
1.(2017·江西师大附中考试)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( )
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.最多可构建44种不同碱基序列的DNA
解析:
选B 根据表格数据可知,代表脱氧核糖、磷酸和含氮碱基的卡片数分别都是10,所以最多可构建10个脱氧核苷酸,根据碱基种类可推知最多构建4种脱氧核苷酸,4个脱氧核苷酸对;构成的双链DNA片段中可含2个A—T碱基对和2个G—C碱基对,故最多可含有氢键数=2×2+2×3=10(个);DNA分子结构中,与脱氧核糖直接连接的一般是2个磷酸,但最末端的脱氧核糖只连接1个磷酸;碱基序列要达到44种,每种碱基对的数量至少要有4个。
2.(2017·福州一模)如图所示为双链DNA分子的平面结构模式图。
下列叙述正确的是( )
A.图示DNA片段中有15个氢键
B.沃森和克里克利用构建数学模型的方法,提出DNA的双螺旋结构
C.只有在解旋酶的作用下图示双链才能解开
D.在双链DNA分子中,每个磷酸基团连接1个脱氧核糖
解析:
选A 图示的DNA片段共6个碱基对,A—T有3对、G—C有3对;因A—T之间有2个氢键,G—C之间有3个氢键,共15个氢键;沃森和克里克构建的是物理模型;要使DNA双链解开,不仅可以用DNA解旋酶,还可以用高温加热解旋;在双链DNA分子中,每条链中间的每个磷酸基团都分别连接2个脱氧核糖,每条链两端的磷酸基团只连接1个脱氧核糖。
拓展·归纳|归纳DNA分子结构的三个特点
多样性
若一段DNA分子由n个碱基对组成,每一位置都有A、T、C、G四种可能性,则共有4n种碱基排列顺序
特异性
每个DNA分子都有其特定的碱基排列顺序,蕴藏着特定的遗传信息
稳定性
①DNA分子中磷酸与脱氧核糖交替连接方式不变
②两条链间碱基互补配对方式不变
命题点2 双链DNA分子的碱基计算
3.(2014·山东高考)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,下列正确的是( )
解析:
选C DNA分子中
应始终等于1;一条单链中
与其互补链中
互为倒数,一条单链中
=0.5时,互补链中
=2;一条单链中
与其互补链中
及DNA分子中
都相等。
4.(2016·泉州模拟)7乙基鸟嘌呤不与胞嘧啶(C)配对而与胸腺嘧啶(T)配对。
某DNA分子中腺嘌呤(A)占碱基总数的30%,其中的鸟嘌呤(G)全部被7乙基化,该DNA分子正常复制产生两个DNA分子,其中一个DNA分子中胸腺嘧啶(T)占碱基总数的45%,另一个DNA分子中鸟嘌呤(G)所占比例为( )
A.10% B.20%
C.30%D.45%
解析:
选B 据DNA分子中的A占30%,可知T占30%,C占20%,G占20%,当其中的G全部被7乙基化后,新复制的两个DNA分子中如果一个DNA分子中的T占总数的45%,则另一个DNA分子中的T占35%;由于DNA分子中C的比例不变,所以G的比例也不变。
方法·规律|“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。
(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。
DNA分子的复制及相关计算
命题点1 DNA复制的过程及特点
1.(2017·德州重点中学联考)真核细胞中DNA复制如下图所示,下列表述错误的是( )
A.多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成
B.每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代
C.复制过程中氢键的破坏和形成都需要DNA聚合酶的催化
D.DNA分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则
解析:
选C DNA复制过程中氢键的破坏需要解旋酶的催化,氢键的形成不需要酶的催化。
2.(2017·江西重点中学联考)细菌在含15N的培养基中繁殖数代后,细菌DNA的含氮碱基均含有15N,然后再将其移入含14N的培养基中培养,提取亲代及子代的DNA,离心分离,如图①~⑤为可能的结果,下列叙述错误的是( )
A.子一代DNA应为②B.子二代DNA应为①
C.子三代DNA应为④D.亲代的DNA应为⑤
解析:
选C 由题意可知,子一代的DNA应为全中14N/15N,即图②;子二代DNA应为1/2中14N/15N、1/2轻14N/14N,即图①;子三代DNA应为1/4中14N/15N、3/4轻14N/14N,即图③,而不是全轻14N/14N;亲代的DNA应为全重15N/15N,即图⑤。
迷点·误点|关注有关DNA复制的三个易错点
(1)DNA复制的场所并非只在细胞核,线粒体、叶绿体中也进行DNA复制。
(2)并非所有细胞都进行DNA复制,只有分裂的细胞才能进行DNA复制。
(3)DNA复制并非单向进行的,而是双向多起点复制,且各个复制起点并不是同时开始的。
命题点2 与DNA分子复制相关的计算
3.(2016·浙江高考)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。
下列关于该DNA分子的叙述,错误的是( )
A.共有140个鸟嘌呤脱氧核苷酸
B.4种碱基的比例为A∶T∶G∶C=3∶3∶7∶7
C.若该DNA分子中的这些碱基随机排列,可能的排列方式共有4200种
D.若连续复制两次,则需180个游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸
解析:
选C 双链DNA分子含有200个碱基对,说明每条链含有200个碱基。
其中一条链上A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,则该链中A、T、G、C分别为20、40、60、80个。
依碱基互补配对原则,在该DNA分子中,C=G=140,A=T=60。
故该DNA分子共有140个鸟嘌呤脱氧核苷酸;该DNA分子中4种碱基的比例为A∶T∶G∶C=60∶60∶140∶140=3∶3∶7∶7;该DNA分子碱基可能的排列方式小于4200种;若连续复制两次,则需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为(22-1)×60=180个。
4.用15N标记含有100个碱基对的DNA分子(其中有腺嘌呤60个),该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次。
下列有关判断错误的是( )
A.含有15N的DNA分子有两个
B.含有14N的DNA分子占总数的7/8
C.第四次复制消耗胞嘧啶脱氧核苷酸320个
D.复制共产生16个DNA分子
解析:
选B 由于DNA分子的复制是半保留复制,亲代DNA分子的两条链始终存在于子代的两个DNA分子中,因此含有15N的DNA分子有两个;该DNA分子是在含14N的培养基中复制的,新形成的子链均含有14N,故16个DNA分子都含14N,比例为100%;根据碱基互补配对原则,DNA分子中腺嘌呤有60个,则胞嘧啶有40个,第四次复制需消耗胞嘧啶脱氧核苷酸数=24-1×40=320(个);1个DNA分子经过4次复制,共产生24=16个DNA分子。
方法·规律|“图解法”掌握DNA复制的相关计算
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分子数:
2n个。
①无论复制多少次,含15N的DNA分子始终是2个。
②含14N的有2n个,只含14N的有(2n-2)个,做题时应看准是“含”还是“只含”。
(2)子代DNA分子的总链数:
2n×2=2n+1条。
①无论复制多少次,含15N的链始终是2条。
做题时应看准是“DNA分子数”还是“链数”。
②含14N的链数是(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,则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸为m×(2n-1)个。
②若进行第n次复制,则需消耗该脱氧核苷酸数为m×2n-1个。
难点专攻之(六)——巧用图解,突破DNA复制与细胞分裂中染色体标记问题
[要点指津]
解答此类问题的关键是构建细胞分裂过程模型图,并完成染色体与DNA的转换。
具体如下:
第一步
画出含一条染色体的细胞图,下方画出该条染色体上的1个DNA分子,用竖实线表示含同位素标记
第二步
画出复制一次,分裂一次的子细胞染色体图,下方画出染色体上的DNA链,未被标记的新链用竖虚线表示
第三步
再画出第二次复制(分裂)后的细胞的染色体组成和DNA链的情况
第四步
若继续推测后期情况,可想象着丝点分裂,染色单体(a与a′)分开的局面,并进而推测子细胞染色体情况
题型一 有丝分裂中染色体标记情况分析
[例1] 果蝇的体细胞含有8条染色体。
现有一个果蝇体细胞,它的每条染色体的DNA双链都被32P标记。
如果把该细胞放在不含32P的培养基中培养,使其连续分裂,那么将会在第几次细胞分裂中出现每个细胞的中期和后期都有8条染色体被32P标记( )
A.第1次 B.第2次
C.第3次D.第4次
[解析] 由于被标记的是DNA分子的双链,所以本题关键是要弄清染色体上DNA的变化,由于DNA的复制是半保留复制,所以在第一次有丝分裂结束后果蝇的体细胞中均含有8条染色体,8个DNA,每个DNA的2条链中均含1条标记链和一条非标记链。
在第二次有丝分裂时,间期复制完成时会有16个DNA,但是这16个DNA中,有8个DNA均是含1条标记链和一条非标记链,另外8个DNA均含非标记链;中期由于着丝点没有分裂,所以每条染色体上有2个DNA,一个DNA含1条标记链和一条非标记链,另一个只含非标记链,所以在中期会有8条染色体有标记;后期着丝点分裂,每条染色体上的DNA随着姐妹染色单体的分开而分开,在后期形成16条染色体,其中只有8条含有标记,这8条染色体中的DNA含1条标记链和一条非标记链。
[答案] B
方法·规律|有丝分裂中子染色体标记情况分析
(1)过程图解(一般只研究一条染色体):
复制一次(母链标记,培养液不含标记同位素):
转至不含放射性培养液中再培养一个细胞周期:
(2)规律总结:
若只复制一次,产生的子染色体都带有标记;若复制两次,产生的子染色体只有一半带有标记。
题型二 减数分裂中染色体标记情况分析
[例2] 某高等动物的一个细胞中DNA分子的双链均被32P标记(不考虑细胞质DNA),将其放在含31P的细胞培养液中培养,正确的是( )
A.若该细胞进行有丝分裂,则完成一个细胞周期后产生的子细胞100%含有32P
B.若该细胞进行无丝分裂,则产生的子细胞均不含32P
C.若该细胞是精原细胞,则其进行减数分裂产生的子细胞50%含有32P
D.若该细胞为精细胞,则其增殖产生的子细胞含32P
[解析] 依据DNA分子的半保留复制,细胞进行一次有丝分裂后,子细胞内所有染色体均含有32P;细胞进行无丝分裂时DNA分子也进行复制,子细胞内也会含32P;精原细胞中DNA分子经半保留复制后,产生的精细胞全部含有32P;高等动物的精细胞一般不分裂。
[答案] A
方法·规律|减数分裂中子染色体标记情况分析
(1)过程图解:
减数分裂一般选取一对同源染色体为研究对象,如下图:
(2)规律总结:
由于减数分裂没有细胞周期,DNA只复制一次,因此产生的子染色体都带有标记。
题型三 分裂产生子细胞中染色体的标记情况
[例3] 用32P标记玉米体细胞(含20条染色体)的DNA分子双链,再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养,在第二次细胞分裂中期、后期及所产生的子细胞中被32P标记的染色体数分别为( )
A.20、40、20B.20、20、20
C.20、20、0~20D.20、40、0~20
[解析] 玉米体细胞两次有丝分裂过程中染色体和DNA的标记情况可用下图进行解析。
由此可见在第二次分裂中期,玉米细胞的20条染色体全含32P,第二次分裂后期40条染色体中有20条含32P,第二次分裂所产生的子细胞所含20条染色体中,带32P的为0~20条。
[答案] C
方法·规律|利用模型分析子细胞中染色体标记情况
此类问题可通过构建模型图解答,如下图:
这样来看,最后形成的4个子细胞有三种情况:
第一种情况是4个细胞都是
;第二种情况是2个细胞是
,1个细胞是
,1个细胞是
;第三种情况是2个细胞是
,另外2个细胞是
。
[演练冲关]
1.如果把人的精原细胞中的46个DNA分子用15N标记,此细胞在不含标记的环境中依次经过一次有丝分裂和一次减数分裂,则相关描述正确的是( )
A.在有丝分裂后期,含有15N的染色体有46条
B.在减数第一次分裂后期,一个初级精母细胞中含有15N的DNA有46个
C.在减数第二次分裂后期,每对同源染色体中有1条染色体含有15N
D.形成的8个精细胞中,含有15N的细胞最少占25%
解析:
选B 含15N标记的DNA分子的精原细胞在不含标记的环境中先经过一次有丝分裂,在有丝分裂间期,DNA分子复制一次,复制后每条染色单体中的DNA都是一条链含15N,另一条链不含15N。
由于体细胞中有46条染色体,所以有丝分裂后期着丝点分裂后,染色体变为92条,每条染色体的DNA中都有一条链含15N,所以有丝分裂后期含有15N的染色体有92条。
有丝分裂后再进行减数分裂,在减数第一次分裂前的间期,DNA再复制一次,复制后的每条染色体的两条染色单体中只有一条染色单体中的DNA的一条链含有15N,减数第一次分裂后期,同源染色体分开,但还未分到两个子细胞中,此时一个初级精母细胞中有46条染色体含有15N,含有15N的DNA也有46个。
减数第二次分裂后期的细胞中无同源染色体存在。
处于减数第二次分裂后期的次级精母细胞中的46条染色体中有23条含有15N,这些具有15N的染色体随机进入两个子细胞中,因此,形成的8个精细胞中,至少有一半含有15N标记,最多可以达到100%。
2.取1个含有1对同源染色体的精原细胞,用15N标记细胞核中的DNA,然后放在含14N的培养基中培养,让其连续进行两次有丝分裂,形成4个细胞,这4个细胞中含15N的细胞个数可能是( )
A.2B.3
C.4D.前三项都对
解析:
选D 利用图示法理解细胞分裂与DNA复制相结合的知识。
具体分析见题型三“方法·规律”。
3.将全部DNA分子双链经32P标记的雄性动物细胞(染色体数为2N)置于不含32P的培养基中培养。
经过连续3次细胞分裂后产生8个子细胞,检测子细胞中的情况。
下列推断正确的是( )
A.若只进行有丝分裂,则含32P染色体的子细胞比例一定为1/2
B.若进行一次有丝分裂再进行一次减数分裂,则含32P染色体的子细胞比例至少占1/2
C.若子细胞中的染色体都含32P,则一定进行有丝分裂
D.若子细胞中的染色体都不含32P,则一定进行减数分裂
解析:
选B 若该生物细胞内含一对染色体,且只进行有丝分裂,分裂三次形成8个细胞,则含放射性DNA的细胞最多有4个,占1/2;若该生物只有一对染色体,其进行一次有丝分裂再进行一次减数分裂,共产生8个细胞,含32P染色体的子细胞占1/2,若该生物有两对染色体,则占的比例会更高;若该生物含有多对染色体,则不管是有丝分裂还是减数分裂,子细胞都有可能含放射性;D选项所述的情况不可能出现。
[高考真题集中研究——找规律]
1.(2016·上海高考)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( )
A.58 B.78
C.82D.88
解析:
选C 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。
2.(2013·广东高考)1953年Watson和Crick构建了DNA双螺旋结构模型,其重要意义在于( )
①证明DNA是主要的遗传物质 ②确定DNA是染色体的组成成分 ③发现DNA如何储存遗传信息 ④为DNA复制机制的阐明奠定基础
A.①③B.②③
C.②④D.③④
解析:
选D DNA分子双螺旋结构模型中,碱基排列在内侧,碱基对的排列顺序代表遗传信息,③正确;DNA复制的特点是边解旋边复制和半保留复制,DNA分子双螺旋结构模型为DNA复制机制的阐明奠定基础,④正确。
3.(2012·山东高考)假设一个双链均被32P标记的噬菌体DNA由5000个碱基对组成,其中腺嘌呤占全部碱基的20%。
用这个噬菌体侵染只含31P的大肠杆菌,共释放出100个子代噬菌体。
下列叙述正确的是( )
A.该过程至少需要3×105个鸟嘌呤脱氧核苷酸
B.噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶等
C.含32P与只含31P的子代噬菌体的比例为1∶49
D.该DNA发生突变,其控制的性状即发生改变
解析:
选C 该DNA分子中含有鸟嘌呤个数为5000×2×(50%-20%)=3000(个),产生100个子代噬菌体至少需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸为3×103×99=2.97×105(个);噬菌体以自身的DNA分子作为模板进行增殖;子代噬菌体中含32P的有2个,只含31P的有98个,其比例为1∶49;DNA分子发生突变,改变的密码子所对应的氨基酸可能不变,其性状不发生改变。
4.(2012·福建高考)双脱氧核苷酸常用于DNA测序,其结构与脱氧核苷酸相似,能参与DNA的合成,且遵循碱基互补配对原则。
DNA合成时,在DNA聚合酶作用下,若连接上的是双脱氧核苷酸,子链延伸终止;若连接上的是脱氧核苷酸,子链延伸继续。
在人工合成体系中,有适量的序列为GTACATACATG的单链模板、胸腺嘧啶双脱氧核苷酸和4种脱氧核苷酸。
则以该单链为模板合成出的不同长度的子链最多有( )
A.2种 B.3种
C.4种D.5种
解析:
选D 由题干分析可知,题中所给的单链模板中含有4个“A”,其中每个“A”均可能与胸腺嘧啶双脱氧核苷酸配对,当单链模板上的“A”与胸腺嘧啶双脱氧核苷酸配对时子链延伸终止,因此当单链模板上的“A”与胸腺嘧啶双脱氧核苷酸配对会有4种不同长度的子链;若单链模板上的“A”只与脱氧核苷酸结合,以该单链为模板合成出的子链只有1种,综上所述,以该单链为模板合成的不同长度的子链最多有5种。
5.(2016·全国乙卷)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_______________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案:
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
[调研试题重点研究——明趋势]
一、选择题
1.(2016·哈尔滨二模)下列有关DNA的说法,错误的是( )
A.格里菲思的肺炎双球菌转化实验证明了DNA是遗传物质
B.1个DNA分子连续复制3次,子代中有2个DNA分子含有亲代链
C.豌豆细胞中既有DNA也有RNA,但DNA是豌豆的遗传物质
D.DNA分子一条链上相邻的两个碱基通过“脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖”相连
解析:
选A 格里菲思的肺炎双球菌体内转化实验证明了加热杀死
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