高考生物一轮总复习学案：第6单元 遗传的分子基础 第2讲 DNA分子的结构和复制

第2讲　DNA分子的结构和复制

考纲考情

知识整合

一、基因是有遗传效应的DNA片段

1．一个DNA上有________个基因。构成基因的碱基数________(选填“大于”、“小于”或“等于”)DNA分子的碱基总数。

2．基因是有________的DNA片段。

3．遗传信息蕴藏在________________之中。

4．DNA分子具有________和________，这是生物体多样性和特异性的物质基础。

5．染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的关系

基本组成单位

二、DNA分子的结构

1．DNA分子的化学组成

(1)基本组成元素：________。

(2)基本单位

2．DNA分子的结构

(1)主要特点

①两条脱氧核苷酸长链________平行盘旋而成。

②________________交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。

③两条链上的碱基通过________连接成碱基对，即：

遵循________________原则。

(2)空间结构：规则的________结构。

三、DNA的复制

1．概念：以________为模板，合成子代DNA的过程。

2．时间：有丝分裂________和减数第一次分裂的________。

3．过程：边解旋边复制。

(1)解旋：在________的作用下，把两条螺旋的双链解开。

(2)以解开的________为模板，按碱基互补配对原则合成子链。

(3)每一条子链与对应的母链盘旋成双螺旋结构，形成两个新DNA分子。

4．场所：细胞核、叶绿体、线粒体等。

5．特点：半保留复制，即新合成的DNA分子中，保留了________________。

6．条件：(1)________；(2)________；(3)________；

(4)________。

7．结果：一个DNA分子形成两个完全相同的DNA分子。

8．基础：①DNA分子的双螺旋结构为复制提供精确模板。

②碱基互补配对能保证复制准确进行。

9．复制后存在位置：位于两条姐妹染色单体上。

10．复制后分开时间：________分裂时，即有丝分裂后期或减数第二次分裂后期(以真核生物为例)。

11．意义：使遗传信息从亲代传递给子代，保持了________的连续性。

考点突破

考点1　DNA分子的结构

1．结构层次

5种元素：C、H、O、N、P组成,Ｆ3种化合物；脱氧核糖、磷酸、4种含氮碱基(A、G、C、T)组成,Ｆ4种基本单位；与含氮碱基A、G、C、T相对应的四种脱氧核苷酸构成,ＦDNA分子的一级结构；两条脱氧核苷酸聚合链构成,Ｆ一定形式的空间结构；规则的双螺旋(右旋)结构→DNA分子。如图

2．DNA分子结构模型解读

(1)DNA分子中磷酸、脱氧核糖、碱基、脱氧核苷酸之间的数量比为1∶1∶1∶1。

(2)使碱基对中氢键打开的方法有：用解旋酶断裂，加热断裂。

(3)除DNA末端的两个脱氧核糖外，其余每个脱氧核糖连接着2个磷酸。每个DNA片段中，游离的磷酸基团有2个。

(4)在DNA分子的一条单链中相邻的碱基A与T通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连接。

(5)若碱基对为n，则氢键数为2n～3n；若已知A有m个，则氢键数为3n－m。

(6)DNA初步水解产物是脱氧核苷酸，彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和含氮碱基。

3．DNA分子的特性

(1)相对稳定性：DNA分子中磷酸和脱氧核糖交替连接的方式不变；两条链间碱基互补配对的方式不变。

(2)多样性：若不同生物DNA分子中碱基对的数目相同，则其碱基对的排列顺序是千变万化的，例如某DNA分子中有100个碱基对，则其排列顺序有4100种。另外，不同的DNA分子中碱基对的数目一般不同，其排列顺序就更加多种多样。

(3)特异性：每种DNA分子都有区别于其他DNA的特定的碱基对排列顺序，代表了特定的遗传信息。

例1　如图表示一个DNA分子的片段，下列有关表述正确的是(　　)

  A．④代表的物质中储存着遗传信息

  B．不同生物的DNA分子中④的种类无特异性

  C．转录时该片段的两条链都可作为模板链

  D．DNA分子中A与T碱基对含量越高，其结构越稳定

1．下列能正确表示DNA片段的示意图是(　　)

A

　　B

C

　　D

考点2　DNA分子中的碱基计算的常用方法

解题时先画出类似下面的简画，根据碱基互补配对原则，推知计算规律。

(1)互补的两个碱基数量相等，即A＝T，C＝G。

(2)任意两个不互补的碱基数量之和占总碱基数的50%，即嘌呤之和＝嘧啶之和＝总碱基数×50%，A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G＝(A＋T＋C＋G)×50%，＝＝1。

(3)一条链中互补的两种碱基的和等于另一条链中这两种碱基的和，即A1＋T1＝A2＋T2，G1＋C1＝G2＋C2(1、2分别代表DNA分子的两条链，下同)。

(4)一条链中互补的两种碱基之和占该单链碱基数的比例等于DNA分子两条链中这两种碱基数量之和占总碱基数的比例，即

＝＝

，

＝＝

。

(5)一条链中两种不互补碱基之和的比值，与另一条链中该比值互为倒数，即若一条链中(或)＝K，则另一条链中(或)＝。

1．把握DNA结构的3个常考点

2．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三步进行：

(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2　下列是一组有关双链DNA分子中含氮碱基的问题，请回答：

(1)若A占20%，则G占________。

(2)若双链DNA中A占20%，且一条链中的A占20%，则此链中C所占比例的最大值是________。

(3)一条链中(A＋C)/(T＋G)＝0.4，互补链中的此值是________。

(4)一条链中(A＋T)/(C＋G)＝0.4，互补链中的此值是________。

(5)若A有P个，占全部碱基数的20%，则该DNA分子中的G有________个。

2．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

考点3　DNA分子的复制及相关计算

1．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：真核生物DNA分子复制时间为有丝分裂的间期或减数第一次分裂的间期。

(3)场所：真核生物DNA分子复制的场所：细胞核(主要场所)、线粒体、叶绿体；原核生物DNA分子复制的场所：拟核、细胞质(如质粒DNA的复制)；病毒DNA分子复制场所为宿主细胞。

(4)真核生物DNA分子复制过程需要的条件是模板、原料、酶和能量等。

(5)过程

(6)特点：边解旋边复制。

(7)方式：半保留复制。

(8)结果：形成两个完全相同的DNA分子。

(9)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。

2．DNA复制过程中的数量关系

DNA复制为半保留复制，若将亲代DNA分子复制n代，其结构分析如下：

(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分子数为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．将含有15N标记的1个DNA分子放在含有14N的培养基中培养，复制n次。

(1)含14N的DNA分子有2n个，只含14N的DNA分子有(2n－2)个，做题时看准是“含”还是“只含”。

(2)子代DNA分子中，总链数为2n×2＝2n＋1条，模板链始终是2条，做题时应看准是“DNA分子数”，还是“链数”。

2．利用图示法理解细胞分裂与DNA复制的相互关系

此类问题可通过构建模型图解答，如图：

这样来看，最后形成的4个子细胞有3种情况：第一种情况是4个细胞都是；第2种情况是2个细胞是，1个细胞是，1个细胞是；第3种情况是2个细胞是，另外2个细胞是。

例3　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：

a．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)。

b．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)。

c．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，不同相对分子质量的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________带和一条________带，则可以排除________________________________________。

(2)如果子Ⅰ代只有一条中密度带，则可以排除________________，但不能肯定是________________________________________________________________________。

(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__________________和________________，则可以排除分散复制，同时肯定半保留复制；如果子Ⅱ代不能分出________密度两条带，则排除________，同时确定为________。

3．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。

请分析并回答：

(1)要得到DNA中的N全部被放射性标记的大肠杆菌B，必须经过________代培养，且培养液中的________是唯一氮源。

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

(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________，据此可判断DNA分子的复制方式不是________复制。

②若将B的子Ⅰ代DNA双链分开后再离心，其结果________(选填“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________，放射性强度发生变化的是________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________。

请根据下列关键词的提示，归纳构建本课时知识体系

基因的概念　基因的本质　DNA分子的结构　DNA分子的复制　半保留复制　边解旋边复制随堂演练

1．某亲本DNA分子双链均以白色表示，以灰色表示第一次复制出的DNA子链，以黑色表示第二次复制出的DNA子链，该亲本双链DNA连续复制两次后的产物是(　　)

2．(2016·上海高考)在DNA分子模型的搭建实验中，若仅有订书钉将脱氧核糖、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．82  D．88

3．STR是DNA分子上以2～6个核苷酸为单元重复排列而成的片段，单元的重复次数在不同个体间存在差异。现已筛选出一系列不同位点的STR用作亲子鉴定，如7号染色体有一个STR位点以“GATA”为单元，重复7～14次；X染色体有一个STR位点以“ATAG”为单元，重复11～15次。某女性7号染色体和X染色体DNA的上述STR位点如图所示。下列叙述错误的是(　　)

第3题图

  A．筛选出用于亲子鉴定的STR应具有不易发生变异的特点

  B．为保证亲子鉴定的准确率，应选择足够数量不同位点的STR进行检测

  C．有丝分裂时，图中(GATA)8和(GATA)14分别分配到两个子细胞中

  D．该女性的儿子X染色体含有图中(ATAG)13的概率是1/2

4．一个双链均被32P标记的DNA由5 000个碱基对组成，其中腺嘌呤占20%，将其置于只含31P的环境中复制3次。下列叙述不正确的是(　　)

  A．该DNA分子中含有氢键的数目为1.3×104个

  B．复制过程需要2.4×104个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸

  C．子代DNA分子中含32P的单链与含31P的单链之比为1∶7

  D．子代DNA分子中含32P与只含31P的分子数之比为1∶3

5．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．以DNA两条脱氧核苷酸链为模板链合成子链时，4种碱基交替排列在分子内侧

  D．DNA复制过程中若出现错误，生物出现的新性状既可能适应环境又可能不适应环境

6．(多选)如图为细胞内某基因(15N标记)的结构示意图，A占全部碱基的20%。下列说法错误的是 (　　)

第6题图

  A．维持该基因结构稳定的主要化学键有磷酸二酯键和氢键

  B．在无变异条件下，该基因的碱基(C＋G)/(A＋T)的比值为5/2

  C．限制性核酸内切酶作用于①部位，DNA解旋酶作用于②部位

  D．将该基因置于14N培养液中复制3次后，含15N的脱氧核苷酸链占1/4

7．如图是某DNA分子的局部结构示意图，请据图回答问题。

第7题图

(1)写出下列序号代表的结构的中文名称：①________________；⑥________________；⑦__________________；⑧________________________。

(2)图中DNA片段中碱基对有________对，该DNA分子应有________个游离的磷酸基。

(3)从主链上看，两条单链方向________________，从碱基关系看，两条单链________。

(4)如果将14N标记的细胞培养在含15N标记的脱氧核苷酸的培养液中，此图所示的________________(填图中序号)中可测到15N。若细胞在该培养液中分裂四次，该DNA分子也复制四次，则得到的子代DNA分子中含14N的和只含15N的比例为________。

(5)若该DNA分子共有a个碱基，其中腺嘌呤有m个，则该DNA分子复制4次，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸为________个。