2020版《赢在微点》高考生物人教版一轮复习讲义：第六单元第02讲DNA的结构

第02讲　DNA的结构、复制及基因的本质

考点一　DNA分子的结构

1．DNA双螺旋模型构建者：沃森和克里克。

2．DNA双螺旋结构的形成

3．DNA的双螺旋结构

(1)DNA由两条脱氧核苷酸链组成，这些链按反向平行的方式盘旋成双螺旋结构。

(2)外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接构成主链基本骨架。

(3)内侧：两条链上的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)。

助学巧记　利用数字“五、四、三、二、一”巧记DNA分子结构

4．DNA分子结构特点

(1)多样性：具n个碱基对的DNA具有4n种碱基对排列顺序。

(2)特异性：如每种DNA分子都有其特定的碱基对排列顺序。

(3)稳定性：如两条主链磷酸与脱氧核糖交替连接的顺序不变，碱基对构成方式不变等。

　诊断辨析

(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)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。(√)

(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分子的X光衍射照片属于物理模型。(×)

(5)DNA分子中的核糖和磷酸交替连接，排列在外侧构成基本骨架。(×)

(6)DNA分子的多样性和特异性主要与它的空间结构密切相关。(×)

(7)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。(√)

(8)同一生物个体不同细胞中DNA分子的(A＋T)/(C＋G)的值不同。(×)

(9)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。(×)

(10)DNA分子的多样性是指一个DNA分子上有许多个基因。(×)

(11)生物的DNA都是双链环状。(×)

提示　①并非所有的DNA分子均具“双链”，有的DNA分子为单链；②原核细胞及真核细胞细胞器中的DNA分子为“双链环状”。

　热图解读

　解读两种DNA结构模型

(1)图乙是图甲的简化形式，其中________是磷酸二酯键，③是氢键。解旋酶作用于________部位，限制性核酸内切酶和DNA连接酶作用于________部位。

(2)图甲中两个相邻的碱基是怎样连接的？

提示　(1)①　③　①

(2)①氢键；②脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖。

考向一  DNA分子的结构

1．如图为DNA分子结构示意图，下列有关该图的描述，正确的是(　　)

A．②和③相间排列，构成了DNA分子的基本骨架

B．④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸

C．当DNA复制时，⑨的形成需要连接酶

D．DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息

解析　①为磷酸，②为脱氧核糖，③为含氮碱基(胞嘧啶)，其中①与②交替连接，构成了DNA分子的基本骨架，A项错误；①②③组成的④实际上包含了上一个核苷酸的磷酸基团、下一个核苷酸的脱氧核糖和碱基，因此，④并非一个完整的脱氧核苷酸，B项错误；当DNA复制时，⑨的形成不需要连接酶，可由碱基互补配对直接形成，C项错误。

答案　D

2．下列能正确表示DNA片段的示意图是(　　)

解析　DNA通常为双链结构，由含有A、T、C、G四种碱基的脱氧核苷酸组成。A与T配对，之间有两个氢键；G与C配对，之间有三个氢键。DNA分子的两条链反向平行。

答案　D

考向二   有关DNA分子结构的相关计算

3.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．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　由题干可知该DNA分子的另一链上A∶T∶G∶C＝2∶1∶4∶3，所以整个DNA分子中，两条链上A∶T∶G∶C＝3∶3∶7∶7，A项错误；由B项所给信息，该DNA分子总的碱基数是，A和T的个数都是p，则G的个数为，B项正确；C、D项中碱基的排列方式应少于4100种，含有2个游离的磷酸。

答案　B

4．已知某DNA分子中的一条单链中(A＋C)/(T＋G)＝m，则(　　)

A．它的互补链中的这个比值也是m

B．以它为模板转录出的信使RNA上(A＋C)/(U＋G)＝1/m

C．该DNA分子中的(A＋C)/(T＋G)＝m

D．当m＝1时，这条单链中的A＝C＝T＝G

解析　根据碱基互补配对原则可知，在双链DNA分子中，A＝T，C＝G，因此这条单链的互补链中(A＋C)/(T＋G)＝1/m，整个双链DNA分子中(A＋C)/(T＋G)＝1，以它为模板转录出的信使RNA上(A＋C)/(U＋G)＝1/m，故A、C两项错误，B项正确；当m＝1时，只能说明A＋C＝T＋G，并不能说明这条单链上的4种碱基的数量相等，D项错误。

答案　B

关于碱基互补配对的四大规律总结

规律一：DNA双链中的A＝T，G＝C，两条互补链的碱基总数相等，任意两个不互补的碱基之和恒等，占碱基总数的50%，即A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G。

规律二：非互补碱基之和的比例在整个DNA分子中为1，在两条互补链中互为倒数。如在一条链中＝a，则在互补链中＝，而在整个DNA分子中＝1。

规律三：互补碱基之和的比例在整个DNA分子中以及任何一条链中都相等。如在一条链中＝m，则在互补链及整个DNA分子中＝m。

规律四：在双链DNA及其转录的RNA之间有下列关系，设双链DNA中a链的碱基为A1、T1、C1、G1，b链的碱基为A2、T2、C2、G2，则A1＋T1＝A2＋T2＝RNA分子中(A＋U)＝(1/2)×DNA双链中的(A＋T)；G1＋C1＝G2＋C2＝RNA分子中(G＋C)＝(1/2)×DNA双链中的(G＋C)。

注　由2n个脱氧核苷酸形成双链DNA分子过程中，可产生H2O分子数为(n－1)＋(n－1)＝2n－2。

考点二　基因的概念及DNA分子的复制

1．基因、DNA与染色体的关系

观察下面的基因关系图，完善相关内容：

2．DNA分子的复制

(1)概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。

(2)时间：有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期。

(5)方式：半保留复制。

(6)特点：边解旋边复制。

(7)意义：将遗传信息从亲代传给子代，保持了遗传信息的连续性。

助学巧记　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)。”

　诊断辨析

(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双螺旋结构全部解旋后，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)真核细胞的基因只存在于细胞核中，而核酸并非仅存在细胞核中。(×)

(6)DNA分子中每一个片段都是一个基因。(×)

(7)非等位基因都位于非同源染色体上。(×)

(8)真核细胞基因中核糖核苷酸的排列顺序代表遗传信息。(×)

(9)基因只位于染色体上，所以染色体是基因的载体。(×)

　热图解读

　染色体上DNA分子的复制过程填空

提示　细胞核　解旋酶　脱氧核苷酸　碱基互补配对　模板链　双螺旋结构　着丝点

【真题考情】　(2018·浙江高考)某研究小组进行“探究DNA的复制过程”的活动，结果如图所示。其中培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl，a、b、c表示离心管编号，条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的分布位置。下列叙述错误的是(　　)

A．本活动运用了同位素示踪和密度梯度离心技术

B．a管的结果表明该管中的大肠杆菌是在含14NH4Cl的培养液中培养的

C．b管的结果表明该管中的大肠杆菌的DNA都是15N－14N－DNA

D．实验结果说明DNA分子的复制是半保留复制的

教材命题

本题以必修2 P53知识为背景，考查DNA复制实验探究过程，体现了学科素养中“实验探究及科学思维”的高考要求。

微解导思　本活动中使用了14N 和15N，即采用了同位素示踪技术，3个离心管中的条带是经密度梯度离心产生的，A项正确。a管中只有重(中/重/轻)带，即15N－15N－DNA，表明该管中的大肠杆菌是在含15NH4Cl的培养液中培养的，B项错误。b管中只有中(中/重/轻)带，即DNA都是15N－14N－DNA，C项正确。c管中具有1/2中带(15N－14N－DNA)，1/2轻带(14N－14N－DNA)，综合a、b、c三支管可推测，a管中为亲代DNA：15N－15N－DNA，b管中为在含14N的培养基上复制一代后的子代DNA：15N－14N－DNA，c管中为在含14N的培养基上复制两代后的子代DNA：1/215N－14N－DNA、1/214N－14N－DNA，实验结果可说明DNA分子的复制是半保留复制，D项正确。

答案　B

考向一  基因与染色体的关系

1．下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法，不正确的是(　　)

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．四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

解析　基因是具有遗传效应的DNA片段，DNA不一定位于染色体上，因此基因不一定位于染色体上，A项错误。

答案　A

2．(2019·大连模拟)如图为果蝇X染色体的部分基因图，下列对此X染色体的叙述，错误的是(　　)

A．基因在染色体上呈线性排列

B．l、w、f和m为非等位基因

C．说明了各基因在染色体上的绝对位置

D．雄性X染色体上的基因来自其雌性亲本

解析　基因位于染色体上，且呈线性排列，A项正确；等位基因是位于同源染色体上同一位置控制相对性状的基因，而l、w、f和m在同一条染色体的不同位置，为非等位基因，B项正确；变异会导致基因的排列顺序发生改变，故基因在染色体上的位置不是绝对的，C项错误；雄性果蝇的X染色体来自母本，因此雄性X染色体上的基因来自雌性亲本，D项正确。

答案　C

考向二  DNA复制中的相关计算

3.(2019·咸宁联考)一个含500个碱基对的DNA分子片段，其中一条链中T＋A占40%。若将该DNA分子放在含15N的培养基中连续复制3次，下列相关叙述正确的是(　　)

A．该DNA分子的另一条链中T＋A占60%

B．该DNA分子中含有A的数目为400个

C．该DNA分子第3次复制时需要消耗1 200个G

D．经3次复制后，子代DNA中含15N的单链占1/8

解析　该DNA分子的一条链中T＋A占40%，据碱基互补配对原则，另一条链中T＋A所占的比例也为40%，A项错误；一个含500个碱基对的DNA分子片段，其中一条链中T＋A占40%，则整个DNA中T＋A也等于40%，又A＝T，即A占20%，故该DNA分子含有的A为500×2×20%＝200(个)，B项错误；该DNA分子的C＝(500×2－200－200)/2＝300(个)，第3次复制时，需要G＝300×23－1＝1 200(个)，C项正确；经3次复制后，共有8个DNA，共16条链，其中2条是原DNA的，14条是新合成的含15N的链，占7/8，D项错误。

答案　C

4．某DNA分子含m对碱基，其中腺嘌呤有A个。下列有关此DNA在连续复制时所需的胞嘧啶脱氧核苷酸数目的叙述中，错误的是(　　)

A．在第一次复制时，需要(m－A)个

B．在第二次复制时，需要2(m－A)个

C．在第n次复制时，需要2n－1(m－A)个

D．在n次复制过程中，总共需要2n(m－A)个

解析　计算时注意分清“n次复制”与“第n次复制”的区别。

答案　D

“图解法”分析DNA复制相关计算

(1)将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基中培养，复制n次，则

子代DNA共2n个

(2)DNA复制中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次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·(2n－1)。

②第n次复制所需该种脱氧核苷酸数为m·2n－1。

1．答题术语填空

(1)DNA分子复制的时期：__________________________。

(2)DNA复制需要的基本条件有_____________________。

(3)基因的本质描述是______________________。

(4)DNA分子复制的意义是_____________________。

答案　(1)细胞有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期

(2)模板、原料、能量和酶等

(3)基因是有遗传效应的DNA片段

(4)DNA分子通过复制，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

2．(2019·衡阳月考)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(　　)

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　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能构建4种脱氧核苷酸，4个脱氧核苷酸对，A项错误；构成的双链DNA片段中最多包含2个A—T碱基对和2个G—C碱基对，所以最多可含有氢键2×2＋2×3＝10(个)，B项正确；DNA分子结构中，与脱氧核糖直接相连的一般是2个磷酸，但是两端各有一个脱氧核糖只连接一个磷酸，C项错误；碱基序列要达到44种，每种碱基对的数量至少要有4对，D项错误。

答案　B

3．(2018·泰安期末)下列关于真核细胞DNA复制的说法，正确的是(　　)

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　脱氧核苷酸的聚合需要DNA聚合酶的催化，A项错误；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项错误；DNA分子的复制为边解旋边复制，C项错误；DNA复制过程中若出现错误，则出现的新性状可能适应环境也可能不适应环境，D项正确。

答案　D

4．(2019·山西月考)某种病理性近视(相关基因为H、h)与基因HLA有关，若该基因位于常染色体且含有3 000个碱基，其中胸腺嘧啶900个，下列说法错误的是(　　)

A．女性携带者进行正常减数分裂，H和H基因分离发生在减数第二次分裂

B．HLA基因复制两次则需要消耗腺嘌呤脱氧核苷酸1 200个

C．HLA基因利用标记的核苷酸复制n次，则不含放射性的DNA分子为0

D．该病在男性和女性群体中的发病率相同

解析　女性携带者基因型为Hh，正常情况下，减数分裂过程中H和H基因位于姐妹染色单体上，其分离发生在减数第二次分裂，A项正确；该基因中，A＝T、C＝G，故HLA基因含有A＝T＝900(个)，其复制两次，需要消耗腺嘌呤脱氧核苷酸900×(22－1)＝2 700(个)，B项错误；利用标记的核苷酸复制n次，所有子代DNA均含标记的核苷酸，不含放射性的DNA分子为0，C项正确；基因位于常染色体的疾病在男性和女性群体中的发病率相同，D项正确。

答案　B

5．(2018·安阳二模)如图为真核细胞内DNA复制过程的模式图，据图分析，下列相关叙述错误的是(　　)

A．DNA分子两条子链的合成方向都是5′→3′

B．解旋酶能使DNA分子解开双螺旋，同时需要消耗ATP

C．DNA聚合酶的作用是催化相邻的核糖核苷酸连接成子链

D．由图示可知，DNA分子复制的方式是半保留复制

解析　由图知，DNA复制时只能是5′→3′延伸，即DNA分子两条子链的合成方向都是5′→3′，A项正确；题图显示，解旋酶解开DNA双链过程中伴随ATP的水解，即需要消耗ATP，B项正确；合成DNA的原料是脱氧核苷酸，DNA聚合酶的作用是催化单个脱氧核苷酸聚合到DNA片段上形成脱氧核苷酸链，C项错误；新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此DNA分子复制的方式是半保留复制，D项正确。

答案　C