第18讲 DNA分子的结构、复制及基因的本质-【大鹏生物】2025年高考生物一轮复习讲义

第18讲　DNA分子的结构、复制及基因的本质 一、DNA分子的结构及相关计算 知识回顾 1．DNA分子的双螺旋结构 （1）DNA分子由两条脱氧核苷酸链组成，这两条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一定与T配对，G一定与C配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫做碱基互补配对原则。 2．DNA分子的结构特性 (1)多样性：具有n个碱基对的DNA具有4n 种碱基对排列顺序。 (2)特异性：每种DNA分子都有其特定的碱基排列顺序。 (3)稳定性：两条主链中磷酸与脱氧核糖交替连接的顺序不变，碱基配对方式不变等。 DNA分子的多样性与其空间结构无关，其多样性的原因是不同DNA分子中碱基排列顺序是千变万化的。 易错判断 (1)DNA分子一条链上的相邻碱基通过“磷酸—脱氧核糖—磷酸”相连(　　) (2)DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基(　　) (3)双链DNA分子同时含有2个游离的磷酸基团，其中嘌呤碱基数等于嘧啶碱基数(　　) (4)DNA分子是由两条核糖核苷酸长链反向平行盘旋成双螺旋结构(　　) (5)某双链DNA分子中一条链上A∶T＝1∶2，则该DNA分子中A∶T＝2∶1(　　) (6)DNA分子中(A＋T)/(C＋G)的值越大，该分子结构稳定性越低(　　) (7)人体内控制β-珠蛋白的基因由1700个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有41700种 (　　) 重点归纳 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（A+T）/（C+G） ＝m，在互补链及整个DNA分子中（A+T）/（C+G）=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分子的一条链中（A+G）/（C+T） ＝a，则在其互补链中（A+G）/（C+T） ＝1/a，而在整个DNA分子中（A+G）/（C+T） ＝1。 考向一　DNA分子结构分析 1．如图为DNA分子结构示意图，对该图的叙述正确的是(　　) A．②和③相间排列，构成了DNA分子的基本骨架 B．④是构成DNA的基本组成单位，名称是胞嘧啶脱氧核苷酸 C．DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息 D．⑤⑥分别代表A、G，一条脱氧核苷酸单链上的相邻两个碱基之间通过⑨连接 2．下列关于DNA分子结构的叙述，正确的是(　　) A．每个核糖上均连接着1个磷酸和1个碱基 B．每个DNA分子中碱基数＝磷酸数＝核糖数 C．T2噬菌体的遗传物质水解产生4种脱氧核苷酸 D．在DNA双螺旋结构中嘧啶数不等于嘌呤数 考向二　DNA分子结构的相关计算 3．已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的35.8%，其中一条链中的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%。则在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的(　　) A．32.9%，17.1% B．31.3%，18.7% C．18.7%，31.3% D．17.1%，32.9% 4．下列有关双链DNA分子的叙述，正确的是(　　) A．若DNA分子一条链中的碱基A所占比例为a，则另一条链的碱基C所占比例为1/（2-a） B．如果一条链上(A＋T)∶(G＋C)＝m，则另一条链上该比值也为m C．如果一条链上的A∶T∶G∶C＝2∶2∶3∶3，则另一条链上该比值为3∶3∶2∶2 D．由50个碱基对组成的DNA分子片段中至少含有氢键的数量为150个 二、DNA分子的复制及基因的概念 知识回顾 1．DNA分子的复制 (1)方式推测：沃森和克里克提出遗传物质自我复制的假说：DNA分子复制方式为半保留复制。 (2)实验证据 ①实验方法：同位素示踪技术和离心技术。 ②实验原理：含15N的双链DNA密度大，含14N的双链DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度居中。 ③实验假设：DNA以半保留的方式复制。 ④实验预期：离心后应出现3条DNA带。重带(密度最大)：两条链都为15N标记的亲代双链DNA；中带(密度居中)：一条链为14N标记，另一条链为15N标记的子代双链DNA；轻带(密度最小)：两条链都为14N标记的子代双链DNA。 1 实验过程 ⑥过程分析 立即取出，提取DNA→离心→全部重带。繁殖一代后取出，提取DNA→离心→全部中带。繁殖两代后取出，提取DNA→离心→1/2轻带1/2中带。 ⑦实验结论：DNA的复制是以半保留的方式进行的。 (3)复制过程 ①概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。 ②时间：细胞有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期。 ④场所：真核生物在细胞核、线粒体和叶绿体；原核生物在拟核和细胞质。 ⑤特点：边解旋边复制。 ⑥方式：半保留复制。 ⑦结果：形成两个完全相同的DNA分子。 ⑧意义：DNA分子通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，从而保持了遗传信息的连续性。 ⑨保障：DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板；通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。 2．基因与DNA的关系 下列为DNA复制的有关图示，A→B→C表示大肠杆菌的DNA复制，D→E→F表示哺乳动物的DNA分子复制。图中黑点表示复制起点，“→”表示复制方向，“⇨”表示时间顺序。 (1)哺乳动物体细胞中的DNA分子展开可达2 m之长，若按A～C图的方式复制，至少需要8 h，而实际上只需约6 h，根据D～F图分析，原因是DNA分子从多个起点(双向)复制。 (2)A～F图均有以下特点：延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA分子复制的特点是边解旋边复制。 (3)若A中含有48 502个碱基对，而子链延伸速率是105个碱基对/min，假设DNA分子从头到尾复制，理论上此DNA分子复制约需30 s，而实际上只需约16 s，根据A→C过程分析，这是因为复制是双向进行的。 (4)C与A相同，F与D相同，C、F能被如此准确地复制出来，是因为DNA分子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DNA分子复制的准确无误。 易错判断 (1)DNA复制时，严格遵循A—T、C—G的碱基互补配对原则，并且新合成的DNA分子中两条链均是新合成的(　　) (2)DNA分子复制时，解旋酶与DNA聚合酶不能同时发挥作用(　　) (3)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(　　) (4)DNA分子复制过程中的解旋在细胞核中进行，复制在细胞质中进行(　　) (5)细胞中组成一个基因的嘌呤碱基与嘧啶碱基数量不一定相等(　　) 重点归纳 “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的培养液中连续复制n次，则： ①子代DNA共2n个： 1.含15N的DNA分子：2个 2.只含15N的DNA分子：0个 3.含14N的DNA分子： 2n 个 4.只含14N的DNA分子： 2n -2个 ②脱氧核苷酸链共2n＋1条： 1.含15N的脱氧核苷酸链：2条 2.含14N的脱氧核苷酸链：2n+1 -2条 (2)DNA分子复制过程中消耗的脱氧核苷酸数 ①若亲代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次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·2n－1。 考向一　DNA分子复制过程及实验证据辨析 5.真核细胞中某生理过程如图所示，下列叙述错误的是(　　) A．a链和b链的方向相反，a链与c链的碱基序列相同 B．酶1可使磷酸二酯键断裂，酶2可催化磷酸二酯键的形成 C．该图表示DNA半保留复制过程，遗传信息传递方向是DNA→DNA D．植物细胞的线粒体和叶绿体中均可发生该过程 6．下图表示DNA复制的过程，结合图示判断，下列有关叙述错误的是(　　) A．DNA复制过程中首先需要解旋酶破坏DNA双链间的氢键，使两条链解开 B．DNA分子的复制具有双向复制的特点，生成的两条子链的方向相反 C．DNA分子的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段 D．DNA的两条子链都是连续合成的 7．1958年，科学家以大肠杆菌为实验材料进行实验(如图所示)，证实了DNA是以半保留方式复制的，②、③、④、⑤试管是模拟可能出现的结果，下列相关推论正确的是(　　) A．该实验运用了同位素标记法，出现④的结果至少需要90分钟 B．③是转入14N培养基中复制一代的结果，②是复制二代的结果 C．对得到DNA以半保留方式复制结论起关键作用的是试管③ D．给试管④中加入解旋酶一段时间后离心出现的结果如试管⑤所示 考向二　DNA分子复制过程的有关计算 8．(安徽合肥高三调研)如图为某DNA分子片段，假设该DNA分子中有5 000对碱基，A＋T占碱基总数的34%，若该DNA分子在含14N的培养基中连续复制2次，下列叙述正确的是(　　) A．复制时作用于③处的酶为DNA聚合酶 B．DNA分子复制2次需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸9900个 C．④处指的是腺嘌呤核糖核苷酸 D．子代中含15N的DNA分子占1/2 9．某DNA分子(两条链均含14N)含有3 000个碱基，腺嘌呤占35%，若该DNA分子用15N同位素标记过的四种游离脱氧核苷酸为原料复制3次。将全部复制产物进行密度梯度离心，得到如图1所示结果；如果将全部复制产物加入解旋酶处理后再离心，则得到如图2所示结果。下列有关分析正确的是(　　) A．X层全部是仅含14N的基因 B．W层中含15N标记的胞嘧啶3 150个 C．X层中含有的氢键数是Y层的1/2 D．W层与Z层的核苷酸数之比为1∶4 考向三　DNA复制与细胞分裂的关系 10．用3H标记蚕豆根尖分生区细胞的DNA分子双链，再将这些细胞转入含秋水仙素但不含3H的普通培养基中培养。若秋水仙素对细胞连续发挥作用，则下列相关叙述不正确的是(　　) A．通过检测DNA链上3H标记出现的情况，不可推测DNA的复制方式 B．细胞中DNA第二次复制完成后，每个细胞都带有3H标记 C．秋水仙素可抑制纺锤体的形成，但不影响着丝点的正常分裂 D．通过对细胞中不含染色单体的染色体计数，即可推测DNA复制的次数 11．将果蝇精原细胞(2n＝8)的DNA分子两条链都用15N标记后，置于含14N的培养基中培养，连续进行两次分裂。下列推断正确的是(　　) A．第二次分裂中期的细胞中有8条染色单体含15N B．第二次分裂后期的细胞中有16条染色体含14N C．两次分裂结束后含14N的子细胞可能有2个或3个或4个 D．两次分裂结束后所有子细胞的染色体均含有15N 重温真题 1．(浙江7月选考)某DNA片段的结构如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．①表示胞嘧啶 B．②表示腺嘌呤 C．③表示葡萄糖 D．④表示氢键 2．(天津，1)用3H标记胸腺嘧啶后合成脱氧核苷酸，注入真核细胞，可用于研究(　　) A．DNA复制的场所 B．mRNA与核糖体的结合 C．分泌蛋白的运输 D．细胞膜脂质的流动 3．(海南，15)现有DNA分子的两条单链均只含有14N(表示为14N14N)的大肠杆菌，若将该大肠杆菌在含有 15N 的培养基中繁殖两代，再转到含有 14N 的培养基中繁殖一代，则理论上DNA分子的组成类型和比例分别是(　　) A．有 15N14N 和 14N14N 两种，其比例为 1∶3 B．有 15N15N 和 14N14N 两种，其比例为 1∶1 C．有 15N15N 和 14N14N 两种，其比例为 3∶1 D．有 15N14N 和 14N14N 两种，其比例为 3∶1 4．(海南，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 5．(全国Ⅱ，2)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(　　) 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 6．(全国Ⅰ，29)在有关DNA分子的研究中，常用32P来标记DNA分子。用α、β和γ表示ATP或dATP(d表示脱氧)上三个磷酸基团所处的位置(A－Pα～Pβ～Pγ或dA－Pα～Pβ～Pγ)。回答下列问题： (1)某种酶可以催化ATP的一个磷酸基团转移到DNA末端上，同时产生ADP。若要用该酶把32P标记到DNA末端上，那么带有32P的磷酸基团应在ATP的___(填“α”“β”或“γ”)位上。 (2)若用带有32P的dATP作为DNA生物合成的原料，将32P标记到新合成的DNA分子上，则带有32P的磷酸基团应在dATP的___(填“α”“β”或“γ”)位上。 (3)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? 学科网（北京）股份有限公司 $$