届一轮复习人教版DNA分子的结构复制学案.docx

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届一轮复习人教版DNA分子的结构复制学案

第23讲　DNA分子的结构、复制

基因是有遗传效应的DNA片段

考纲要求

考情分析

命题趋势

1.DNA分子结构的主要特点（Ⅱ）

2．DNA分子的复制（Ⅱ）

3．基因的概念（Ⅱ）

2017，海南卷，24T

2016，全国卷Ⅱ，2T

2016，上海卷，28T

2016，全国卷Ⅰ，29T

DNA分子结构考查的内容主要包括对DNA分子结构特点的分析、双链DNA分子中碱基之间的数量关系等

DNA分子复制在高考的选择题和非选择题中都有可能出现，可以和细胞分裂、基因突变等结合在一起进行考查。

考查的内容主要包括DNA复制方式的探究、DNA分子复制的过程和特点的分析以及DNA复制过程中的相关计算等

分值：

2～10分

考点一　DNA分子的结构及碱基比率计算

1．DNA的结构

DNA结构的3个常考点

1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

（1）每个DNA分子中碱基数＝磷酸数＝核糖数。

（　×　）

（2）含有G、C碱基对比较多的DNA分子热稳定性较差。

（　×　）

（3）富兰克林和威尔金斯对DNA双螺旋结构模型的建立也作出了巨大的贡献。

（　√　）

（4）双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的。

　（　×　）

（5）沃森和克里克提出在DNA双螺旋结构中嘧啶数不等于嘌呤数。

（　×　）

2．如图为DNA分子部分结构示意图，以下叙述正确的是（　D　）

A．DNA的稳定性与⑤有关，生物体内解旋酶、RNA聚合酶、DNA聚合酶、逆转录酶等可以断开⑤

B．④是一个胞嘧啶脱氧核苷酸

C．DNA连接酶可催化⑥或⑦键形成

D．A链、B链的方向相反，骨架是磷酸和脱氧核糖

解析　DNA的稳定性与⑤氢键有关，生物体内DNA解旋酶可以断开⑤键；④中的脱氧核糖、磷酸和胞嘧啶不位于同一个脱氧核苷酸上；DNA连接酶可催化⑦磷酸二酯键形成，但不能催化⑥形成；DNA的A链和B链的方向相反，磷酸和脱氧核糖交替连接形成基本骨架。

3．DNA双螺旋结构是1953年沃森和克里克发现的，现已经基因M含有碱基共N个，腺嘌呤n个，具有类似如图的平面结构，下列说法正确的是（　D　）

A．基因M共有氢键（1.5N＋n）个

B．图中a可以代表基因M，基因M的等位基因m可以用b表示；a链含有腺嘌呤的比例最多为

C．基因M的双螺旋结构中脱氧核糖和磷脂交替排列在外侧，构成基本骨架

D．基因M和它的等位基因m含有的碱基数可以不相等

解析　基因M的氢键数为（1.5N－n）个，故A项错误；基因是由两条脱氧核苷酸链组成的，图中a和b共同组成基因M，故B项错误；双螺旋结构中脱氧核糖和磷酸交替连接排列在外侧，构成基本骨架，故C项错误；等位基因是基因突变产生的，基因突变是指基因中碱基对的增添、缺失或替换，基因M和它的等位基因m的碱基数或排列顺序可以不同，故D项正确。

必须关注的DNA分子结构的5个关键点

（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，配对方式只有两种A—T、C—G。

（2）并不是所有的脱氧核糖都连两个磷酸基团，两条链各有一个3′端的脱氧核糖连一个磷酸基团。

（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）每条脱氧核苷酸链上都只有一个游离的磷酸基，因此DNA分子中含有2个游离的磷酸基。

（5）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。

一　DNA分子的结构分析

1．磷酸基团：

每个DNA片段中，游离的磷酸基团有2个，分别位于DNA分子的两端。

2．氢键

（1）碱基对之间的化学键为氢键，可用解旋酶使其断裂，也可加热使其断裂。

（2）A与T之间靠两个氢键连接，G与C之间靠三个氢键连接。

3．DNA分子的特性

（1）相对稳定性：

磷酸和脱氧核糖交替连接，排列在外侧，构成基本骨架。

（2）多样性：

碱基对多种多样的排列顺序。

（3）特异性：

每种DNA分子都有特定的碱基排列顺序，代表了特定的遗传信息。

[例1]（经典高考题）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（　D　）

A．能搭建出20个脱氧核苷酸

B．所搭建的DNA分子片段最长为7个碱基对

C．能搭建出410种不同的DNA分子模型

D．能搭建出一个4个碱基对的DNA分子片段

解析　要搭建20个脱氧核苷酸，需要脱氧核糖和磷酸之间的连接物的数量为20，A项错误；要搭建7个碱基对的DNA分子，至少需要脱氧核糖和磷酸之间的连接物（核苷酸内部和核苷酸之间）26个，B项错误；脱氧核糖和磷酸之间的连接物14个，磷酸塑料片8个，能搭建一个4个碱基对的DNA分子片段，C项错误，D项正确。

二　DNA分子结构中的碱基计算

1．碱基互补配对原则：

A一定与T配对，G一定与C配对。

2．三个计算规律

（1）规律一：

一个双链DNA分子中，A＝T、C＝G，则A＋G＝T＋C，即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。

（2）规律二：

在双链DNA分子中，互补的两碱基之和（如A＋T或C＋G）占全部碱基的比值等于其任何一条单链中该种碱基比例的比值，且等于其转录形成的mRNA（T换为U）中该种碱基比例的比值。

（3）规律三：

在DNA双链中，一条单链的

的值与其互补单链的

的值互为倒数关系，在整个DNA分子中该比值等于1。

（即不配对的碱基之和比例在两条单链中互为倒数）

[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（　B　）

A．四种含氮碱基A∶T∶G∶C＝4∶4∶7∶7

B．若该DNA中A为p个，占全部碱基的

（m>2n），则G的个数为

－p

C．碱基排列方式共有4200种

D．含有4个游离的磷酸

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；若该DNA中A为p个，占全部碱基的

，则碱基总数为

个，则G＝

＝

＝

－p；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，碱基排列方式少于4100种；一个DNA分子由两条DNA链组成，含2个游离的磷酸。

DNA分子中有关碱基比例计算的解题步骤

解DNA分子中有关碱基比例计算的试题时要分3步进行：

（1）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。

（2）画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知和所求的碱基。

（3）根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。

[例1]（2014·山东卷）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（　　）

[答题送检]来自阅卷名师报告

错误

致错原因

扣分

A

因双链DNA中A与T、G与C配对，故双链DNA分子中

＝1，其单链中

可为任意值

－6

B

考生未明白DNA双链的一条链中

值在互补链中是其倒数

－6

D

在DNA的两条链中比值相等

－6

[解析]因DNA双链间存在A与T、G与C配对规则，故一条链上的A等于另一条链上的T，一条链上的T等于另一条链上的A，G、C也同样。

A项中横纵坐标意义不变的情况下，应为D项中的曲线，即一条链中

在不同的DNA分子中可以不同，但不同的DNA分子中

＝1，A项错误。

B项讨论的是一条链与其互补链上

的比值，二者应互为倒数关系，B项错误。

一条单链中

的值也等于其互补链上该项值，也等于整个双链DNA分子中该项比值，C项正确，D项错误。

[规范答题]C（6分）

1．在一定温度下，DNA双链会解旋成单链，即发生DNA变性。

Tm是DNA的双螺旋有一半发生热变性时对应的温度。

下图表示DNA分子中的G—C含量与DNA的Tm之间的关系曲线（EDTA对DNA分子具有保护作用）。

下列叙述不正确的是（　C　）

A．DNA的Tm值受到G—G含量的影响

B．DNA的Tm值受到离子浓度的影响

C．双链DNA热变性与解旋酶的催化作用有关

D．双链DNA热变性后不改变其中的遗传信息

解析　由图可知，G—C相对含量会影响DNA的Tm值；NaCl溶液的浓度也会影响DNA的Tm值；在一定温度下，DNA双链会解旋成单链，这与解旋酶无关；DNA双链解旋成单链后，碱基的排列顺序不变，遗传信息不会改变。

考点二　DNA分子的复制及基因的本质

一、DNA的复制

1.

2．过程

概念

以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程

时期

__有丝分裂的间期__和减数第一次分裂前的间期

流程

解旋→以母链为模板按碱基互补配对原则合成子链→子链延伸→亲子链复旋

条件

①模板：

亲代DNA的每一条链

②原料：

4种游离的__脱氧核苷酸__

③能量：

ATP

④酶：

解旋酶和DNA聚合酶等

结果

1个DNA复制形成2个__完全相同__的DNA

特点

边__解旋__边复制，半保留复制

精确复制

①独特的双螺旋结构提供模板

②__碱基互补配对__原则

意义

将__遗传信息__从亲代传给子代，从而保持了__遗传信息__的连续性

二、基因是有遗传效应的DNA片段

1．基因的实质：

基因是有__遗传效应__的DNA片段。

2．基因与DNA的关系：

一个DNA分子上有许多基因。

构成基因的碱基数小于DNA分子的碱基总数。

3．基因与遗传信息：

基因中脱氧核苷酸的__排列顺序__称为遗传信息；DNA分子能够储存足够量的__遗传信息__。

4．基因与染色体的关系：

基因在染色体上呈__线性__排列。

5．生物体多样性和特异性的物质基础：

__DNA__分子的多样性和特异性。

1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

（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。

（　×　）

（2）DNA双螺旋结构全部解开后，开始DNA的复制。

（　×　）

（3）单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链。

（　×　）

（4）DNA复制时，严格遵循A—U、C—G的碱基互补配对原则。

（　×　）

（5）染色体是基因的唯一载体。

（　×　）

（6）DNA分子中脱氧核糖和磷酸的排列方式代表了遗传信息。

（　×　）

2．下图为真核生物染色体DNA的复制过程示意图，有关叙述错误的是（　A　）

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，但并不是同时开始，A项错误。

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，复制过程中需消耗40×（24－1）＝600个，B项错误；每个DNA分子中嘌呤和嘧啶互补，数量相等，两者之比是1∶1，D项错误。

一　DNA复制方式的探究

探究DNA复制是半保留复制还是全保留复制，可用同位素标记技术和离心处理技术，根据复制后DNA分子在试管中的位置即可确定复制方式。

1．实验材料：

大肠杆菌。

2．实验方法：

放射性同位素标记技术和离心技术。

3．实验假设：

DNA以半保留的方式复制。

4．实验过程：

（见图）

（1）大肠杆菌在含15N标记的NH4Cl培养基中繁殖几代，使DNA双链充分标记15N。

（2）将含15N的大肠杆菌转移到14N标记的普通培养基中培养。

（3）在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA（间隔的时间为大肠杆菌繁殖一代所需时间）。

（4）将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA位置。

5．实验预期：

离心后应出现3条DNA带。

（见图）

（1）重带（密度最大）：

15N标记的亲代双链DNA。

（15N/15N）

（2）中带（密度居中）：

一条链为15N，另一条链为14N标记的子代双链DNA。

（15N/14N）

（3）轻带（密度最小）：

两条链都为14N标记的子代双链DNA。

（14N/14N）

6．实验结果：

与预期的相符。

[例1]科学家以大肠杆菌为实验对象，运用同位素示踪技术及密度梯度离心方法进行了DNA复制方式的探索实验，实验内容及结果见下表。

组别

1组

2组

3组

4组

培养液中唯一氮源

14NH4Cl

15NH4Cl

14NH4Cl

14NH4Cl

繁殖代数

多代

多代

一代

两代

培养产物

A

B

B的子Ⅰ代

B的子Ⅱ代

操作

提取DNA并离心

离心结果

仅为轻带（14N/14N）

仅为重带

（15N/15N）

仅为中带

（15N/14N）

1/2轻带（14N/14N）

1/2中带（15N/14N）

请分析并回答：

（1）要得到DNA中的N全部被15N标记的大肠杆菌B，必须经过__多__代培养，且培养液中的__15N（15NH4Cl）__是唯一氮源。

（2）综合分析本实验的DNA离心结果，第__3__组结果对得到结论起到了关键作用，但需把它与第__1__组和第__2__组的结果进行比较，才能说明DNA分子的复制方式是__半保留复制__。

（3）分析讨论：

①若B的子Ⅰ代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带，则“重带”DNA来自于__B__，据此可判断DNA分子的复制方式不是__半保留__复制。

②若将B的子Ⅰ代DNA双链分开后再离心，其结果__不能__（填“能”或“不能”）判断DNA的复制方式。

③若在同等条件下将B的子Ⅱ代继续培养，子n代DNA离心的结果是：

密度带的数量和位置__没有变化__，密度带内所含DNA分子数更多的是__轻__带。

④若某次实验的结果中，B的子Ⅰ代DNA的“中带”比以往实验结果的“中带”略宽，可能的原因是新合成DNA单链中的N中有少部分含__15N__。

解析　在探究DNA分子的复制方式为半保留复制的实验中，“重带”应为两条单链均被15N标记，“轻带”为两条单链均被14N标记，“中带”为一条单链被14N标记，另一条单链被15N标记。

二　DNA复制的有关计算

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DNA分子有2n个，只含14N的DNA分子有（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。

[例2]某含1000个碱基对的DNA分子双链均被标记，其中腺嘌呤400个，将该DNA分子置于不带标记的培养基中连续复制3次，则下列叙述错误的是（　D　）

A．子代DNA分子中带放射性标记的占总数的1/4

B．带放射性标记的DNA分子只有一条链被标记

C．该过程中需要消耗鸟嘌呤4200个

D．子代DNA分子中带标记的脱氧核苷酸链占1/4

解析　子代DNA分子中带标记的脱氧核苷酸链占2/23＋1＝1/8。

三　基因的本质

染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系　

[例3]下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法，不正确的是（　A　）

A．基因一定位于染色体上

B．基因在染色体上呈线性排列

C．4种脱氧核苷酸的数目和排列顺序决定了基因的多样性和特异性

D．一条染色体上含有1个或2个DNA分子

基因及其载体辨析

（1）对于真核细胞来说，染色体是基因的主要载体，因为线粒体和叶绿体中也有基因。

（2）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，并不与蛋白质一起构成染色体。

（3）基因、DNA与染色体的关系

[例1]科学家在研究DNA分子复制方式时进行了如下的实验研究（已知培养用的细菌大约每20min分裂一次产生子代，实验结果见相关图示）：

实验三：

（1）实验一、实验二的作用是__________。

（2）从结果C、D看，DNA复制具有__________________的特点。

根据这一特点，理论上结果E中含14N的DNA分子所占比例为__________。

（3）复制过程除需要模板DNA、脱氧核苷酸外，还需要______________等。

（4）若对结果C中的DNA分子先用解旋酶处理，然后再离心，结果为F，请在图中表示出来。

（5）如果实验C、D、E的结果都为右图（结果G）所示，据此可判断DNA分子的复制方式__________（填“是”或“不是”）半保留复制。

[答题送检]来自阅卷名师报告

错误

致错原因

扣分

（1）

考生不能准确解读实验过程

－2

（2）

考生不理解结果C和结果D的差异

－2

考生没有注意题中的关键词“DNA分子”，误计算为含14N的DNA单链的比例

－2

（3）

考生对DNA复制所需的条件识记不全面或不准确

－2

（4）

考生画图不准确或没注明DNA链的类型

－2

[解析]

（1）实验一和实验二分别表示14N和15N标记的DNA的离心结果，其作用是与后面的实验结果形成对照。

（2）从结果C、D看，新形成的DNA保留了原来DNA的两条链，DNA复制具有半保留复制的特点；经过60min后，DNA复制了3次，共形成8个DNA分子，其中有2个DNA分子是15N/14N，其余6个DNA分子为14N/14N，均含14N。

（3）DNA复制过程需要模板DNA、原料（四种脱氧核苷酸）、DNA聚合酶和能量等条件。

（4）结果C中的DNA分子为15N/14N，解旋后形成的单链为一条重链15N和一条轻链14N。

（5）结果G表明原来被15N标记的DNA的两条链没有分开，因此可判断DNA分子的复制方式不是半保留复制。

[规范答题]（每分2分）

（1）对照

（2）半保留复制　1

（3）DNA聚合酶、能量

（4）如图所示（见右侧）

（5）不是

1．DNA的复制方式可以通过设想来进行预测，可能的情况是全保留复制、半保留复制、分散（弥散）复制三种。

究竟是哪种复制方式呢？

下面设计实验来证明DNA的复制方式。

实验步骤：

①在氮源为14N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14N－DNA（对照）。

②在氮源为15N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为15N－DNA（亲代）。

③将亲代15N大肠杆菌转移到氮源为14N的培养基中，再连续繁殖两代（Ⅰ和Ⅱ），用密度梯度离心法分离，相对分子质量不同的DNA分子将分布在试管中的不同位置上。

实验预测：

（1）如果与对照（14N/14N）相比，子Ⅰ代能分辨出两条DNA带：

一条__轻（14N/14N）__带和一条__重（15N/15N）__带，则可以排除__半保留复制和分散复制__。

（2）如果子Ⅰ代只有一条中密度带，则可以排除__全保留复制__，但不能肯定是__半保留复制或分散复制__。

（3）如果子Ⅰ代只有一条中密度带，再继续做子Ⅱ代DNA密度鉴定：

若子Ⅱ代可以分出__一条中密度带__和__一条轻密度带__，则可以排除分散复制，同时肯定为半保留复制；如果子Ⅱ代不能分出__中、轻__密度两条带，则排除__半保留复制__，同时确定为__分散复制__。

解析　从题目中的图示可知，深色为亲代DNA的脱氧核苷酸链（母链），浅色为新形成的子代DNA的脱氧核苷酸链（子链）。

因此全保留复制后得到的两个DNA分子，一个是原来的两条母链重新形成的DNA分子，一个是两条子链形成的DNA分子；半保留复制后得到的每个子代DNA分子的一条链为母链，一条链为子链；分散复制后得到的每个子代DNA分子的单链都是由母链片段和子链片段间隔连接而成的。

1．（2017·海南卷）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）两个比例的叙述，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．经半得留复制得到的DNA分子，后一比值等于1

解析　对于双链DNA，不同的DNA分子（A＋T）/（G＋C）的比值不同，而（A＋C）/（G＋T）的比值相同，均为1。

在双链DNA分子中G＋C占的比例越大，则DNA分子越稳定。

2．（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（　C　）

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

解析　因为该物质可使DNA双链不能解开，DNA复制时需要解旋，所以若在细胞培养液中加入该物质，会导致细胞中DNA复制发生障碍，A项正确；由于RNA是在细胞核中是以DNA一条链为模板合成的，因此，RNA转录前需要DNA解旋，B项正确；因为该物质使DNA复制不能完成，所以可将细胞周期阻断在分裂间期，C项错误；该物质能抑制DNA复制，因此，可抑制癌细胞增殖，D项正确。

3．（2016·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．58B．78

C．82D．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2×20＋2×9＋12＋12＝82。

课时达标　第23讲

1．1953年，沃森和克里克建立了DNA分子的结构模型。

关于DNA分子双螺旋结构的特点，下列叙述错误的是（　C　）

A．DNA分子由两条反向平行的链组成

B．脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧

C．碱基对构成DNA分子的基本骨架

D．两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对

2．下图为DNA分子的片段，下列相关叙述正确的是（　B　）

A．构成DNA分子的基本单位是⑦

B．解旋酶可以切断⑤

C．复制时D