江苏专用版高考生物大一轮复习第6单元遗传的分子基础第18讲DNA的结构复制及基因的本质学案Word文档格式.docx
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(2)图中的碱基对5和6是G—C、A—T还是A—U?
你的判断理由是什么?
_______________________________________________________________。
(3)每个DNA片段中有几个游离的磷酸基团?
____________________________。
(4)图中a处为________键,用________酶可将其断裂,b处为________键,该键形成时需________酶参与,其断裂时需用________酶。
提示
(1)脱氧核糖 胞嘧啶脱氧核苷酸或鸟嘌呤脱氧核苷酸
(2)A—T 5与6间有2个氢键,应为A—T对,而不是G—C对,而且DNA分子中无“U”
(3)2个
(4)氢 解旋 磷酸二酯 DNA聚合酶或DNA连接 限制性核酸内切
DNA分子的结构及特点
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( )
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 在双链DNA分子中,A、T之间形成2个氢键构成碱基对,G、C之间形成3个氢键构成碱基对,所以G、C对相对越多,DNA分子越稳定,B错误;
又因A=T、G=C,所以只要是双链DNA分子(A+C)/(G+T)都恒等于1,A错误,D正确;
单链DNA中,两个比值也可能相同,C错误。
答案 D
2.(2017·
山东部分重点中学联考)下列有关DNA分子的叙述,正确的是( )
A.“噬菌体侵染细菌实验”证明DNA是主要的遗传物质
B.一个含n个碱基的DNA分子,转录出的mRNA分子的碱基数量是n/2
C.DNA的一条单链上相邻的碱基A与T之间通过氢键连接
D.DNA分子互补配对的两条链中碱基序列一定不同
解析 “噬菌体侵染细菌实验”只证明了DNA是遗传物质,A错误;
一个含n个碱基的DNA分子,由于DNA中存在非编码区,故转录出的mRNA分子的碱基数量肯定小于n/2,B错误;
DNA的一条单链上相邻的碱基A与T之间通过脱氧核糖一磷酸一脱氧核糖连接,C错误;
DNA分子互补配对的两条链中,碱基序列肯定不同,D正确。
(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”。
DNA分子结构相关计算
【典例】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( )
[慧眼识图 获取信息]
答案 C
“归纳法”求解DNA分子中的碱基数量的计算规律
(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)
【方法体验】
1.下列关于双链DNA分子结构的叙述,正确的是( )
A.某DNA分子有胸腺嘧啶312个,占总碱基比为26%,则该DNA上有鸟嘌呤288个
B.若质粒含有2000个碱基,则该分子同时含有2个游离的磷酸基团
C.某DNA分子含有500个碱基,可能的排列方式有4500种
D.某DNA分子内胞嘧啶占25%,则每条单链上的胞嘧啶占25%~50%
解析 DNA分子上有胸腺嘧啶312个,则总碱基数为312/26%=1200,可推出该DNA分子上有鸟嘌呤(1200-312×
2)/2=288,A正确;
质粒是环状的DNA分子,不含游离的磷酸基团,B错误;
含有500个碱基的DNA,可能的排列方式有4250种,C错误;
某DNA分子内胞嘧啶占25%,则每条单链上的胞嘧啶占0%~50%,D错。
答案 A
镇江一模)在搭建DNA分子模型的实验中,若有4种碱基塑料片共20个,其中4个C,6个G,3个A,7个T,脱氧核糖和磷酸之间的连接物14个,脱氧核糖塑料片40个,磷酸塑料片100个,代表氢键的连接物若干,脱氧核糖和碱基之间的连接物若干,则所搭建的DNA分子片段最长为多少碱基对( )
A.4B.5
C.6D.7
解析 设能搭建的DNA分子含有n个碱基对,则每条链需要脱氧核糖和磷酸之间的连接物的数目为2n-1,共需(2n-1)×
2个,已知脱氧核糖和磷酸之间的连接物有14个,则n=4,所以只能搭建出一个4碱基对的DNA分子片段。
3.(2017·
南京多校联考)DNA分子经过诱变,某位点上的一个正常碱基(设为X)变成了尿嘧啶,该DNA连续复制两次,得到的4个子代DNA分子相应位点上的碱基对分别为U-A、A-T、G-C、C-G,推测“X”可能是( )
A.胸腺嘧啶B.胞嘧啶
C.腺嘌呤D.胸腺嘧啶或腺嘌呤
解析 DNA分子的复制方式是半保留复制,即亲代双链分离后,每条单链均作为新链合成的模板.因此,复制完成时将有两个子代DNA分子,每个分子的核苷酸序列均与亲代分子相同,且每个子代DNA分子中,一条链来自亲代,另一条链为新合成的链。
由4个子代DNA分子的碱基对可知该DNA分子经过诱变处理后,其中1条链上的碱基发生了突变,另一条链是正常的,所以得到的4个子代DNA分子中正常的DNA分子和异常的DNA分子各占
,因此含有G与C、C与G的2个DNA分子是未发生突变的,这两个正常的DNA分子和亲代DNA分子的碱基组成是一致的,即亲代DNA分子中的碱基组成是G-C或C-G,因此X可能是G或C。
答案 B
考点二 DNA分子的复制及基因的概念(5年13考)
1.DNA分子的复制
(1)概念、时间、场所
(2)过程
(3)特点
①过程:
边解旋边复制
②方式:
半保留复制
(4)准确复制的原因和意义
①原因:
DNA具有独特的双螺旋结构,为复制提供精确的模板,碱基互补配对原则,保证了复制能准确进行。
②意义:
DNA分子通过复制,将遗传信息从亲代传给了子代,保持了复制信息的连续性。
巧记DNA分子的复制的“二、二、三、四”
2.观察下面的基因关系图,完善相关内容
1.下列有关DNA结构及复制的叙述正确的是( )
A.DNA分子复制总是精确无误的,不会出现差错
B.PCR与细胞中DNA分子复制所需要的条件完全一致
C.DNA分子一条链中相邻碱基通过脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖连接
D.每个DNA分子中只有一个启动子,启动子是DNA复制的起点
解析 由于内外种种原因,DNA复制,会出现差错,A错误;
PCR扩增DNA时需要耐高温的DNA聚合酶,需要加热到90~95℃变性,冷却到55~60℃退火,升温到70~75℃延伸,与体内复制所需温度不同,B错误;
DNA分子一条链中相邻碱基通过脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖连接,C正确;
启动子是RNA聚合酶结合点,是转录的起点,每个DNA有多个基因,每个DNA有多个启动子,D错误。
盐城龙岗中学)某双链DNA分子中,G与C之和占全部碱基总数的34%,其一条链中的T与C分别占该链碱基总数的32%和18%,则在它的互补链中,T和C分别占该链碱基总数的比为( )
A.34%和16%B.34%和18%
C.16%和34%D.32%和18%
解析 由“双链DNA分子中,G与C之和占全部碱基总数的34%”可知,一条链上G与C之和占该链碱基总数的34%,则A与T之和占该链碱基总数的66%,又已知“T与C分别占该链碱基总数的32%和18%”,则该链上A占34%、G占16%,故互补链上T和C分别占该链碱基总数的34%、16%。
1.DNA复制的类型:
在真核生物中,DNA复制一般是多起点复制。
在原核生物中,DNA复制一般是一个起点。
无论是真核生物还是原核生物,DNA复制大多数都是双向进行的。
如图所示为真核生物DNA的多起点、双向复制:
图中显示多起点复制,但多起点并非同时进行,其意义在于提高复制速率。
2.DNA分子复制中的相关计算
DNA分子的复制为半保留复制,一个DNA分子复制n次,则有:
(1)DNA分子数
①子代DNA分子数=2n个;
②含有亲代DNA链的子代DNA分子数=2个;
③不含亲代DNA链的子代DNA分子数=(2n-2)个。
(2)脱氧核苷酸链数
①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数=2n+1条;
②亲代脱氧核苷酸链数=2条;
③新合成的脱氧核苷酸链数=(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次复制需该脱氧核苷酸数=m·
(2n-2n-1)=m·
2n-1个。
【即学即练】
扬州高邮中学10月检测)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分子占1/8
B.含有14N的DNA分子占7/8
C.复制过程需腺嘌呤脱氧核苷酸600个
D.复制结果共产生16个DNA分子
解析 1个被15N标记的DNA分子在14N的培养基中连续复制4次,共得到24=16个DNA分子。
根据DNA半保留复制特点可知:
这16个DNA分子中有2个DNA分子的一条链是15N,另一条链是14N,其余14个DNA分子的两条链都是14N。
由此可见,16个DNA分子都含14N(比例是100%),含有15N的DNA分子数为2(占1/8)。
根据有关公式可求出该DNA分子中含40个A,复制4次需A的数量=(24-1)×
40=600个。
2.在DNA复制开始时,将大肠杆菌放在含低剂量3H标记的脱氧胸苷(3H-dT)的培养基中,3H-dT可掺入正在复制的DNA分子中,使其带有放射性标记。
几分钟后,将大肠杆菌转移到含高剂量3H-dT的培养基中培养一段时间。
收集、裂解细胞,抽取其中的DNA进行放射性自显影检测,结果如图所示。
据图可以作出的推测是( )
A.复制起始区在高放射性区域
B.DNA复制为半保留复制
C.DNA复制从起始点向两个方向延伸
D.DNA复制方向为a→c
解析 根据放射性自显影结果可知,中间低放射性区域是复制开始时在含低剂量3H标记的脱氧胸苷(3H-dT)的培养基中进行复制的结果,A错误;
该实验不能证明DNA复制为半保留复制,B错误;
两侧高放射性区域是将大肠杆菌转移到含高剂量3H-dT的培养基中进行复制的结果,因此可判断DNA复制从起始点(中间)向两个方向延伸,C正确,D错误。
3.右图
为真核细胞DNA复制过程。
下列有关叙述错误的是( )
A.由图示得知,DNA分子复制的方式是半保留复制
B.DNA解旋酶能使DNA双链解旋,且需要消耗ATP
C.从图中可以看出合成两条子链的方向相反
D.DNA在复制过程中先完成解旋,再复制
解析 DNA的复制特点是边解旋边复制。
易错·
防范清零
[易错清零]
易错点1 误认为DNA分子中“嘌呤一定等于嘧啶”
点拨 DNA分子一般为“双螺旋结构”,双链DNA中嘌呤等于嘧啶,但注意一条链中嘌呤不一定等于嘧啶,单链DNA分子中嘌呤也不一定等于嘧啶。
易错点2 误认为DNA复制“只发生于”细胞核中
点拨 细胞生物中凡存在DNA分子的场所均可进行DNA分子的复制,其场所除细胞核外,还包括叶绿体、线粒体、原核细胞的拟核及质粒。
易错点3 混淆DNA复制、“剪切”与“水解”中的四种酶
点拨
(1)DNA聚合酶:
需借助母链模板,依据碱基互补配对原则,将单个脱氧核苷酸连接成“链”;
(2)DNA连接酶:
将多个复制起点所复制出的“DNA片段”“缝合”起来形成磷酸二酯键,即连接“片段”;
(3)限制性核酸内切酶:
用于切断DNA双链中主链上的“3,5-磷酸二酯键”;
(4)DNA水解酶:
用于将DNA分子水解为脱氧核苷酸。
易错点4 DNA结构与复制解题时的5个“注意”
点拨
(1)注意不要将DNA分子中碱基对之间氢键的形成与断裂条件混淆,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。
(2)注意“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别,前者包括所有的复制,但后者只包括第n次的复制。
(3)注意碱基的单位是“对”还是“个”。
(4)注意在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。
(5)注意看清试题中问的是“DNA分子数”还是“链数”,是“含”还是“只含”等关键词,以免掉进陷阱。
[纠错小练]
1.下列关于DNA分子结构的叙述正确的是( )
A.DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的单链结构
B.DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基
C.DNA分子两条链之间总是嘌呤与嘧啶形成碱基对
D.DNA分子一条链上的相邻碱基通过磷酸—脱氧核糖—磷酸相连
解析 绝大多数DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的双链结构,A错误;
DNA分子中的绝大多数磷酸连接着两个脱氧核糖,且磷酸不与碱基直接相连,B错误;
DNA分子中,碱基之间的配对遵循碱基互补配对原则,因此两条链之间总是嘌呤与嘧啶形成碱基对,C正确;
DNA分子一条链上的相邻碱基通过脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖相连,D错误。
2.(多选)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.在解旋酶和DNA聚合酶的催化下,DNA复制可顺利进行
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
解析 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错误;
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,而两条子链上碱基是互补的,D错误。
答案 AD
3.将一
个不含放射性同位素32P标记的大肠杆菌(拟核DNA呈环状,共含有m个碱基,其中有a个胸腺嘧啶)放在含有32P标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中培养一段时间,检测到如图Ⅰ、Ⅱ两种类型的DNA(虚线表示含有放射性的脱氧核苷酸链)。
下列有关该实验的结果预测与分析,正确的是( )
A.DNA第二次复制产生的子代DNA有Ⅰ、Ⅱ两种类型,比例为1∶3
B.DNA复制后分配到两个子细胞时,其上的基因遵循基因分离定律
C.复制n次需要胞嘧啶的数目是(2n-1)
D.复制n次形成的放射性脱氧核苷酸单链数为2(n+1)-2
解析 DNA分子具有半保留复制的特点,将一个不含放射性同位素32P标记的大肠杆菌放在含有32P标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中培养,复制两次后,会形成4个DNA分子,Ⅰ、Ⅱ两种类型各2个,比例为1∶1,A错误;
真核生物在进行有性生殖时,核基因遵循基因的分离定律,原核生物大肠杆菌的基因在二分裂过程中,不遵循基因的分离定律,B错误;
DNA共含有m个碱基,其中有a个胸腺嘧啶,则1个DNA分子含有胞嘧啶的数目是(m-2a)/2,复制n次需要胞嘧啶的数目是(2n-1)×
(m-2a)/2,C错误;
该大肠杆菌复制n次,共形成2n个DNA分子,放射性脱氧核苷酸单链数为2(n+1)-2,D正确。
课堂小结
思维导图
晨读必背
1.DNA分子两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构,脱氧核糖和磷酸交替连接,排在外侧,构成基本骨架,碱基排列在内侧。
2.科学家运用同位素标记技术,采用假说一演绎法,证实了DNA以半保留方式复制。
3.DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序代表了遗传信息。
4.DNA复制具有边解旋边复制、半保留复制的特点,主要发生在细胞核中,需要有模板、原料、酶和能量。
5.DNA复制需要解旋酶和DNA聚合酶参与。
6.基因是有遗传效应的DNA片段,其主要载体是染色体,线粒体和叶绿体中也存在基因。
随堂·
真题演练
1.(2012·
江苏卷,12)如下图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图,有关叙述错误的是( )
A.图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的
B.图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的
C.真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶
D.真核生物的这种复制方式提高了复制速率
解析 从图中能看出有多个复制起点,但不能看出是同时的,A错误;
图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的;
真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶、DNA聚合酶等参与。
2.(2016·
江苏卷,18)近年诞生的具有划时代意义的CRISPR/Cas9基因编辑技术可简单、准确地进行基因定点编辑。
其原理是由一条单链向导RNA引导核酸内切酶Cas9到一个特定的基因位点进行切割。
通过设计向导RNA中20个碱基的识别序列,可人为选择DNA上的目标位点进行切割(如图)。
下列相关叙述错误的是( )
A.Cas9蛋白由相应基因指导在核糖体中合成
B.向导RNA中的双链区遵循碱基配对原则
C.向导RNA可在逆转录酶催化下合成
D.若α链剪切点附近序列为……TCCACAATC……
则相应的识别序列为……UCCACAAUC……
解析 蛋白质由相应基因指导在核糖体中合成,A正确;
向导RNA中双链间遵循碱基互补配对原则,B正确;
向导RNA可通过转录形成,逆转录酶以RNA为模板合成DNA,C错误;
由于α链与识别序列的互补序列互补,故两链碱基相同,只是其中T与U互换,D正确。
3.(2015·
江苏卷,33)荧光原位杂交可用荧光标记的特异DNA片段为探针,与染色体上对应的DNA片段结合,从而将特定的基因在染色体上定位。
请回答下列问题:
(1)DNA荧光探针的制备过程如图1所示,DNA酶Ⅰ随机切开了核苷酸之间的________键从而产生切口,随后在
DNA聚合酶Ⅰ作用下,以荧光标记的________为原料,合成荧光标记的DNA探针。
(2)图2表示探针与待测基因结合的原理。
先将探针与染色体共同煮沸,使DNA双链中________键断裂,形成单链。
随后在降温复性过程中,探针的碱基按照________________________原则,与染色体上的特定基因序列形成较稳定的杂交分子。
图中两条姐妹染色单体中最多可有________条荧光标记的DNA片段。
(3)A、B、C分别代表不同来源的一个染色体组,已知AA和BB中各有一对同源染色体可被荧光探针标记。
若植物甲(AABB)与植物乙(AACC)杂交,则其F1有丝分裂中期的细胞中可观察到________个荧光点;
在减数第一次分裂形成的两个子细胞中分别可观察到______个荧光点。
解析
(1)由图1所知,DNA酶Ⅰ使DNA链断裂,即作用于相邻脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键;
DNA探针的本质是荧光标记的DNA片段,合成原料为脱氧核苷酸。
(2)通过热变性,使DNA碱基对之间的氢键断裂,复性时能重新形成氢键,并且遵循碱基互补配对原则,形成杂交DNA分子。
两条姐妹染色单体,含有四条模板链,可与四个被标记的DNA探针结合形成4个荧光标记的杂交DNA分子。
(3)植物甲(AABB)形成的配子染色体组成为AB与植物乙(AACC)的配子AC,受精后合子染色体组成为AABC,又由于AA和BB中各有一对同源染色体可被荧光探针标记,则AABC将会有3条染色体被标记,6条染色单体,可以观察到6个荧光点。
AABC减数分裂时,AA两个染色体组可以正常联会,并且同源染色体分离,减数第一次分裂形成的两个子细胞分别获得一个A染色体组,而B染色体组内的没有同源染色体存在,B中的染色体随机进入两个子细胞中,因此其中一个子细胞含有A和B染色体组内2条能被标记的染色体,标记4条染色单体,可以看到4个荧光点;
另一子细胞只含有A中1条能被标记的染色体,2条染色单体,可以观察到2个荧光点。
答案
(1)磷酸二酯 脱氧核苷酸
(2)氢 碱基互补配对 4 (3)6 2和4
课后作业
(时间:
30分钟 满分:
100分)
一、单项选择题
1.将一个不含有放射性同位素标记的大肠杆菌(其拟核DNA呈环状,共含有m个碱基,其中有a个胸腺嘧啶)放在含有32P标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液中,培养一段时间后,检测到如下图Ⅰ、Ⅱ两种类型的DNA(虚线表示含有放射性的脱氧核苷酸链)。
下列有关该实验结果的分析正确的是( )
A.该拟核DNA分子中每个脱氧核糖都与2分子磷酸基团相连
B.第二次复制产生的子代DNA分子中Ⅰ、Ⅱ两种类型的比例为1∶3
C.复制n次需要胞嘧啶的数目是(2n-1)·
(m-a)/2
D.复制n次形成的含放射性脱氧核苷酸单链数为2n-2
解析 由于拟核DNA分子是环状的,所以每个脱氧核糖
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