内容正文:
假期作业14 DNA分子的结构和复制
生命
观念
结构与功能观:认识DNA的结构决
定DNA的功能.
科学
思维
建立模型:建立DNA分子双螺旋结
构模型,阐明DNA复制过程.
科学
探究
实验设计与结果分析:验证DNA分
子通过半保留方式进行复制.
1.DNA的双螺旋结构特点:
(1)两条链按反向 平 行 方 式 盘 旋 成 双 螺 旋
结构.
(2)脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构
成基本骨架.
(3)碱基通过氢键连接成碱基对,排列在内侧.
2.双链DNA中,嘌呤数=嘧啶数,即A+G=
T+C.
3.互补碱基之和的比值在DNA的任何一条
链及整个DNA中都相等.
4.DNA的复制是以半保留的方式进行的.
5.DNA复制需要模板、原料、能量和酶等基本
条件.
6.DNA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.
◆[知识点1] DNA分子的结构
1.下面对DNA结构的叙述中,错误的一项是
( )
A.DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连
接,排列在外侧
B.DNA分子中的两条链反向平行
C.DNA分子中只有4种碱基,所以实际上
只能构成44 种DNA
D.DNA分子中碱基之间一一对应配对的
关系是碱基互补配对原则
2.下列各图中,图形 分别代表磷酸、脱
氧核糖和碱基,在形成脱氧核苷酸时,连接
正确的是 ( )
3.DNA双螺旋模型的建立,开启了分子生物学
时代,使遗传的研究深入到分子层次,下列不
是DNA双螺旋模型建立的依据是 ( )
A.威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射
图谱
B.DNA分子中碱基排列顺序可能蕴含着遗
传信息
C.腺嘌呤的量总是等于胸腺密啶的量,鸟
嘌呤的量总是等于胞密啶的量
D.DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连
接而成的长链
4.某双链DNA分子含有200个碱基对,其中
一条链上A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,则有
关该DNA分子的叙述,正确的是 ( )
A.含有4个游离的磷酸基团
B.含有腺嘌呤脱氧核苷酸30个
C.碱基排列方式共有4100种
D.4种含氮碱基A∶T∶G∶C=3∶3∶7∶7
14
5.DNA指纹技术在案件侦破工作中有重要的
用途.刑侦人员从收集到的血液、头发等样
品中提取DNA,与犯罪嫌疑人的DNA进行
比较,为案件的侦破提供证据.下列相关叙
述错误的是 ( )
A.人体细胞中的 DNA 主要分布在细胞
核中
B.不同人DNA中所含遗传信息一般具有
差异性
C.人体遗传物质中含有8种核苷酸、5种含
氮碱基
D.DNA由两条脱氧核苷酸链构成,元素组
成为C、H、O、N、P
◆[知识点2] DNA分子的复制
6.下列关于真核细胞中DNA分子复制的叙
述,错误的是 ( )
A.以DNA分子的一条链为模板
B.主要在细胞核中完成
C.DNA分子边解旋边复制
D.是一种半保留复制
7.科学家将被15N标记了DNA的大肠杆菌转
移到含14N的培养液中培养,来研究 DNA
的复制,下列关于DNA复制的叙述不正确
的是 ( )
A.复 制 3 次 后,子 代 中 含14N 的 DNA
占75%
B.DNA复制时以4种游离的脱氧核苷酸为
原料
C.DNA分子的复制方式是半保留复制
D.DNA复制过程需要消耗能量
8.DNA的两条链是互补的.如图为DNA半
保留复制示意图,①~④表示DNA单链.
下列说法错误的是 ( )
A.①和②互补 B.①和③互补
C.②和④互补 D.②和③互补
◆[知识点3] 基因的概念
9.下列关于基因的叙述中,正确的是 ( )
A.基因通常是有遗传效应的DNA片段
B.基因的化学本质为蛋白质
C.基因的基本组成单位是葡萄糖
D.基因有催化作用
10.已知一个完全标记上15N的DNA分子含
100个碱基对,其中有腺嘌呤40个.在不
含15N的培养液中经过n次复制后,不含15N
的DNA分子总数与含15N的DNA分子总
数之比为7∶1.若需游离的胞嘧啶为 m
个,则n,m 分别是 ( )
A.3,900 B.3,420
C.4,420 D.4,900
11.(备选不定项)某同学准备了足够的相关材
料,制作由30个脱氧核苷酸构成的DNA双
螺旋结构模型.下列说法正确的是 ( )
A.制作模型时,每个脱氧核糖上都要连接
2个磷酸基团和1个碱基
B.制作模型时,腺嘌呤和胸腺嘧啶之间用
2个氢键连接物相连
C.制成的模型中,磷酸和脱氧核糖交替连
接排列在内侧,构成基本骨架
D.制成的模型中,如果有腺嘌呤8个,则
模型中有胞嘧啶7个
12.如图所示DNA分子片段中一条链含15N,
另一条链含14N.下列有关说法错误的是
( )
24
A.解旋酶作用于③处,DNA聚合酶催化
形成①处的化学键
B.该 DNA 分子含有2个游离的磷酸基
团,除此之外其余磷酸基团均与2个脱
氧核糖相连
C.若该DNA分子中一条链上G+C占该
链碱基总数的56%,则无法确定整个
DNA分子中T的含量
D.把此DNA放在含14N的培养液中复制
三代,子代中含15N的DNA占1/8
探究DNA复制机制
科学家曾对DNA的复制提出两种假说:全
保留复制和半保留复制.以下是运用密度
梯度离心等方法探究DNA复制机制的两
个实验,请分析并回答下列问题.
实验一:从含15N的大肠杆菌和含14N的大
肠杆菌中分别提取亲代DNA,混合后放在
100℃条件下进行热变性处理,即解开双螺
旋,变成单链,然后进行密度梯度离心,再测
定离心管中混合的DNA单链含量,结果如
图a所示.
实 验 二:将 含15N 的 大 肠 杆 菌 转 移 到
14NH4Cl培养液中,繁殖一代后提取子代大
肠杆菌的DNA(F1DNA).将F1DNA热变
性处理后进行密度梯度离心,离心管中出现
的两个条带对应图b中的两个峰.
(1)DNA分子虽然只含有4种脱氧核苷酸,
但却储存了大量的遗传信息,请你解释这一
现象: .
热变性处理破坏了DNA分子中的
(填化学键的名称).
(2)根据图a、图b中条带的数目和位置,能
否判断DNA的复制方式是“全保留复制”
还是“半保留复制”? ,原因是
.
(3)研 究 人 员 发 现,若 实 验 二 中 提 取 的
F1DNA不做热变性处理,将其直接进行密
度梯度离心,则离心管中只出现一个条带,
据此分析DNA的复制方式是 .
(4)研究人员继续研究发现,将含15N的大
肠杆菌转移到14NH4Cl培养液中,培养24h
后提取子代大肠杆菌的DNA,经实验二的
相关处理后,离心管中出现的14N 条带与
15N条带峰值的相对比值为7∶1,则大肠杆
菌的分裂周期为 h.
喜爱侦探故 事 的 同 学 对 李 昌 钰 这 个 名
字应该不会感到陌生,他是一 名 美 籍 华 人,
他通过 孜 孜 不 倦 的 学 习 和 努 力,凭 借 自 身
高超的 侦 破 案 件 的 能 力,成 为 了 世 界 知 名
的刑事 鉴 识 专 家,现 任 美 国 康 涅 狄 格 州 科
学咨询 中 心 的 名 誉 主 席,并 且 是 纽 黑 文 大
学法医学的全职教授.他 还 协 助 该 大 学 设
立了“李 昌 钰 法 医 学 研 究 所”.在 此 之 前,
他曾担 任 康 涅 狄 格 州 公 共 安 全 委 员、康 涅
狄格州法医实验室 主 任 和1979年 到2000
年的首席犯罪学专家.他 鉴 识 过 几 个 重 大
案 件:如“OJ 辛 普 森 杀 妻 案”“九 一 一 恐
怖袭击事件”以及台湾的“白晓燕命案”“桃
园县县长刘邦 友 血 案”等.在他侦破案件的
过程中,为了寻找案件线索,往往会分别从犯
罪嫌疑人及现场遗留物(如一根头发、一点血
渍)上提取DNA,从而断定谁是罪犯.
34
荚膜多糖等物质区分开,分别感染 R型菌,各组别之间相互
对照;赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌实验中,分别用32P
和35S的噬菌体侵染大肠杆菌,两者相互对照,两个实验的设
计思路都是把 DNA 与蛋白质分开,研究各自作用,C错误,
D正确.]
6.D [细胞核和细胞质中的遗传物质都是 DNA,A 错误;真
核生物和原核生物的遗传物质都是 DNA,B错误;所有细胞
生物的遗传物质是 DNA ,非细胞生物的遗传物质是 RNA
或 DNA,C错误;绝大多数生物遗传物质是 DNA,少数生物
(RNA病毒)的遗传物质是 RNA,因此说 DNA 是主要遗传
物质,D正确.]
7.B [细菌有细胞结构,其遗传物质是 DNA,A 正确;病毒的
遗传物质是 RNA 或 DNA,DNA 病毒的遗传物质为 DNA,
RNA病毒的遗传物质为 RNA,B错误;线粒体和叶绿体中
也含有少量的 DNA,能指导合成少量蛋白质,C正确;真核
细胞的 RNA 主要分布在细胞质中,DNA 主要分布在细胞
核中,D正确.]
8.D [孟 德 尔 的 豌 豆 杂 交 实 验 发 现 了 遗 传 定 律,不 能 证 明
DNA是遗传物质,A错误;烟草花叶病毒侵染烟草的实验证
明了 RNA 是遗传物质,B错误;肺炎链球菌活体转化实验
证明了存在转化因子,不能证明 DNA 是遗传物质,C错误;
T2噬 菌 体 侵 染 细 菌 实 验 证 明 了 DNA 是 遗 传 物 质,
D正确.]
9.D [含 有 RNA 的 生 物 不 一 定 含 有 DNA,如 RNA 病 毒,
A错误;含有 DNA的生物不一定含有 RNA,如 DNA 病毒,
B错误;含 RNA的生物不一定以 RNA 为遗传物质,细胞类
生物的 细 胞 中 含 有 DNA 和 RNA 两 种 核 酸,遗 传 物 质 为
DNA,C 错 误;含 DNA 的 生 物 一 定 以 DNA 为 遗 传 物 质,
D正确.]
综合提升
10.D [1号试管中加入的 RNA 酶不会将 DNA 水解,S型细
菌的 DNA是转化因子,能将 R型细菌转化为S型细菌,因
此1号试管中有S型细菌和 R型细菌;2号试管中加入的
DNA酶能将 DNA水解,S型细菌的 DNA 是转化因子,能
将 R型细菌转化为S型细菌,因此2号试管中不会有S型
细菌,只 有 R 型 细 菌;3 号 试 管 中 加 入 的 蛋 白 酶 不 会 将
DNA 水解,S型细菌的DNA是转化因子,能将 R型细菌转
化为S型细菌,因此3号试管中有 S型细菌和 R 型细菌;
4号试管中加入的酯酶不会将 DNA水解,由于S型细菌的
DNA是转化因子,能将 R 型细菌转化为 S型细菌,因此4
号试管中有S型细菌和 R 型细菌,综上分析,四个试管均
含 R型细菌,即 D正确,ABC错误.]
11.BCD [蛋白质是由多种氨基酸连接而成的生物大分子.
各种氨基酸可以按照不同的顺序排列,形成不同的蛋白质.
氨基酸多种多样的排列顺序,可能蕴含着遗传信息,因此,
当时大多数科学家认为,蛋白质是生物体的遗传物质,A 正
确;在艾弗里的肺炎链球菌转化实验中,每个实验组加入相
应的酶特异性地去除了一种物质,从而鉴定出 DNA 是遗
传物质,就利用了“减法原理”,B错误;证据2的实验中以
T2噬菌体为实验材料,利用放射性同位素标记技术完成了
实验,根据噬菌体的蛋白质和 DNA 的组成元素的差异,该
实验中选择32P、35S分别标记噬菌体的 DNA 和蛋白质,C
错误;“主张 DNA 是主要的遗传物质”是通过不完全归纳
法得出的,D错误.]
12.B [格里菲思提出 S型细菌体内有“转化因子”的实验推
论,理由是加热杀死的S型细菌与 R型细菌混合后出现了
活的S型细菌,A错误;艾弗里进行肺炎链球菌的体外转化
实验时利用减法原理(认为什么是“转化因子”就用相应的
酶水解 该 物 质,应 用 的 是 减 法 原 理),依 据 实 验 中 “只 有
DNA才能使 R型细菌转化为S型细菌”得出 DNA 是遗传
物质的结论,B正确;赫尔希和蔡斯以 T2噬菌体和大肠杆
菌为实验 材 料,采 用 同 位 素 标 记 法 和 对 比 实 验 法,证 明
DNA是遗传 物 质,但 是 没 有 证 明 DNA 是 主 要 的 遗 传 物
质,C错误;科学家从烟草花叶病毒中提取出来的 RNA 能
使烟草感染 病 毒,只 能 证 明 烟 草 花 叶 病 毒 的 遗 传 物 质 是
RNA,不能说明所有病毒的遗传物质是 RNA,即表明有的
生物的遗传物质是 RNA,进而总结出 DNA 是主要的遗传
物质,D错误.]
情景培优
解析:(1)赫尔希和蔡斯用同位素标记法,即分别用32P和35S
标记噬 菌 体 的 DNA 和 蛋 白 质,最 终 证 明 了 DNA 是 遗 传
物质.
(2)图中锥形瓶内的培养液是用来培养大肠杆菌,由于噬菌
体的成分被放射性同位素标记,因此培养细菌的培养液(锥
形瓶)内不能含有放射性,否则将无法区分.
(3)噬菌体的 DNA 侵入细菌后,可以控制合成子代噬菌体
的蛋白质外壳,合成子代噬菌体的蛋白质外壳需要噬菌体
的 DNA为模 板 和 细 菌 的 氨 基 酸 为 原 料.故 C 选 项 符 合
题意.
(4)噬菌体侵染细菌的实验中,经过短时间保温后,用搅拌器
搅拌、离心,其中搅拌的目的是让噬菌体的蛋白质外壳与细
菌分离.
(5)噬菌体侵染大肠杆菌实验与肺炎链球菌转化实验的实验
方法不同,但最关键的实验设计思路却有共同之处,就是将
DNA与蛋白质分开,单独的直接的观察二者的作用.
答案:(1)同位素标记
(2)大肠杆菌 否
(3)C
(4)让噬菌体的蛋白质外壳与细菌分离
(5)将 DNA与蛋白质分开,单独的直接的观察二者的作用
假期作业14
素能提升
1.C [DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,
构成 DNA的基本骨架,A 正确;DNA 分子中的两条链反向
平行,中间以氢键连接,B正确;DNA 中碱基有 A、T、C、G4
种,碱基间的配对方式有 A—T、T—A、C—G、G—C4种,假
设 DNA分子中含有n对碱基,则最多可形成4n 种碱基的排
列顺序,C错误;碱基互补配对原则是指DNA分子中碱基之
间的一一对应关系,A—T、T—A、C—G、G—C,即 D正确.]
2.C [组成脱氧核苷酸的磷酸和含氮碱基连接在脱氧 核 糖
上,且两者连接位点之间相隔脱氧核糖的5′碳原子和环上
的一个氧原子,C正确.]
3.B [DNA双螺旋模型建立过程中,沃森和克里克主要以威
尔金斯和他的同事富兰克林提供的 DNA 衍射图谱为基础,
推算出 DNA呈螺旋结构,A 不符合题意;DNA 分子中碱基
排列顺序可能蕴含着遗传信息,并不是 DNA 双螺旋模型建
立的依据,B符合题意;DNA 双螺旋模型建立过程中,沃森
09
和克里克从查哥夫那里得知了一条重要信息:在 DNA 中,
腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量,鸟嘌呤(G)的
量总是等于胞嘧啶(C)的量,C不符合题意;DNA 双螺旋模
型建立过程中,当时科学界已经认识到 DNA 是以4种脱氧
核苷酸为单位连接而成的长链,这4种脱氧核苷酸分别含有
A、T、G、C4种碱基,但是,人们并不清楚这4种脱氧核苷酸
是如何构成 DNA,D不符合题意.]
4.D [DNA分子中每一条链的一端有1个游离的磷酸基团,
因此该双链 DNA分子含有2个游离的磷酸基团,A 错误;
由题意分析可知,该 DNA 分子含有腺嘌呤脱氧核苷酸60
个,B错误;该双链 DNA 分子含有200对碱基,且比例已经
确定,因此其碱基排列方式小于4100种,C错误;该 DNA 分
子中 A=T=60个,C=G=140个,则 四 种 含 氮 碱 基 A∶
T∶G∶C=3∶3∶7∶7,D正确.]
5.C [人体细胞中的 DNA 主要分布在细胞核中,A 正确;不
同人的 DNA不同,DNA的碱基排列顺序不同,不同人 DNA
中所含遗传信息一般具有差异性,B正确;人体遗传物质是
DNA,DNA中含有4种脱氧核苷酸、4种含氮碱基(A、T、G、
C),C错误;DNA由两条脱氧核苷酸链构成,元素组成为 C、
H、O、N、P,D正确.]
6.A [DNA 分子复制以 DNA 的两条链分别为模板,A 错误;
DNA主要分布在细胞核中,所以复制主要在细胞核中完成,
B正确;DNA分子复制的过程是边解旋边复制,C正确;DNA分
子复制方式为半保留复制,D正确.]
7.A [DNA的复制方式为半保留复制,连续复制3次后,会
形成8个 DNA 分子,其中有6个 DNA 分子的两条脱氧核
苷酸链被14N标记,还有2个 DNA 分子的一条脱氧核苷酸
链被14N标记,另一条脱氧核苷酸链被15N 标记,子代中含
14N的 DNA占100%,A 错误;DNA 复制时,以解开的每一
段母链为模板,在 DNA聚合酶等酶的作用下,利用游离的4
种脱氧核苷酸为原料,按照碱基互补配对原则,合成与母链
互补的子链,复制方式是半保留复制,BC正确;DNA 复制需
要解旋酶和 DNA聚合酶等多种酶的协同作用,同时需要消
耗 ATP,D正确.]
8.D [该过程的模板是亲代 DNA 的两条链,即①和②链,所
以①和②互补,A正确;因为①和③是新合成的子链,所以①
和③互补,B正确;因为②和④互补是新合成的子链,所以②
和④互补,C正确;因为①和②互补,①和③互补,所以②和
③不互补,D错误.]
9.A [基因通常是有遗传效应的 DNA片段,是行使遗传功能
的基本结构单位,A正确;根据基因的定义可知,基因的化学
本质是核酸,B错误;基因的基本 组 成 单 位 是 核 苷 酸,C 错
误;基因是遗传物质,无催化作用,D错误.]
综合提升
10.D [一个用15N 标记的 DNA 分子,在不含15N 的培养基中
经过n次 复 制 后,含 有15 N 的 DNA 有 2 个,不 含15N 的
DNA有2n-2个,又因为不含15N 的 DNA 分子总数与含
15N的 DNA分子总数之比为7∶1,所以解得n=4,即 DNA
复制了4次;由于 DNA分子含100个碱基对,其中腺嘌呤
40个,根据碱基互补配对原则(A=T,G=C),可知胞嘧啶
的个数是100-40=60个,复制4次,复制过程需要的游离
的胞嘧啶m=60×(24-1)=900个,D正确.]
11.BD [制作模型时,每条链的3′末端的脱氧核糖上都连接1
个磷酸基团和1个碱基,A 错误;制作模型时,腺嘌呤和胸
腺嘧啶之间用2个氢键连接物相连,B正确;制成的模型
中,磷酸和脱氧核糖交替连接排列在外侧,构成基本骨架,
C错误;DNA 的两条链之间遵循碱基互补配对原则,即 A
=T、C=G,腺嘌呤与鸟嘌呤之和等于胞嘧啶和胸腺嘧啶
之和,30个 脱 氧 核 苷 酸 构 成 的 DNA 双 螺 旋 结 构 模 型 中
A+C=15,若腺嘌呤8个,则模型中有胞嘧啶7个,D正确.]
12.C [解旋酶作用于氢键,对应图中的③,DNA 聚合酶催化
形成①处的化学键磷酸二酯键,A 正确;该 DNA 分子为双
链 DNA分子,含有2个游离的磷酸基团,除此之外其余磷
酸基团均与2个脱氧核糖相连,B正确;若该 DNA 分子中
一条链上 G+C=56%,根据碱基互补配对原则,C=G=
28%,则 A=T=50%-28%=22%,C错误;该 DNA 分子
片段中一条链含15N,另一条链含14N,把此DNA放在含14N
的培养液中复制三代,得到8个 DNA 分子,根据 DNA 的
半保留复制特点,子代中含15N的 DNA占1/8,D正确.]
情景培优
解析:(1)脱氧核苷酸是 DNA 的基本组成单位,遗传信息就
储存在脱氧核苷酸的排列顺序中,脱氧核苷酸排列顺序多
种多样,因而能储存大量遗传信息;热变性处理导致 DNA
分子中碱基对之间的氢键发生断裂,形成两条 DNA单链.
(2)无论是 DNA 全保留复制还是半保留复制,经热变性后
都会在离心管中得到两条14N链和两条15N 链,即都会得到
两个条带,一个为14N 条带,另一个为15N 条带,无法区分复
制方式.
(3)将 DNA被15N标记的大肠杆菌移到14N 培养基中培养,
因合成 DNA 的原 料 中 含14N,所 以 新 合 成 的 DNA 链 均 含
14N.根据半保留复制的特点,第一代的2个DNA(F1DNA)
分子都应一条链含15N,一条链含14N.若为全保留复制,则
双链的F1DNA,1个 DNA分子是两条链都含14N,1个 DNA
分子 是 两 条 链 都 含15N,密 度 梯 度 离 心 结 果 有 2 个 条 带,
1个14N条带,1个15N条带,而本实验双链的 F1DNA 密度梯
度离心结果只有一个条带,排除“全保留复制”.故 DNA 的
复制方式是半保留复制.
(4)由题可知经实验二的相关处理后,离心管中出现的14N
条带与15N条带峰值的相对比值为7∶1,说明离心管中含14N
的链有14条,含15N的链有2条,则24h内得到了8个子代
DNA分子,说明大肠杆菌繁殖三代,故大肠杆菌的分裂周期
为8h.
答案:(1)4种脱氧核苷酸的排列顺序是千变万化的 氢键
(2)不能 因为无论是 DNA 全保留复制还是半保留复制,
经热变性处理变成单链后都能得到相同的实验结果
(3)半保留复制
(4)8
假期作业15
素能提升
1.B [DNA通常是双链结构,但也有单链 DNA,A 错误;双链
DNA分子中,根据碱基互补配对可知,A=T、G=C,则 A+G=
T+C,即嘌呤数等于嘧啶数,B正确;单链 RNA 分子可以含
有氢键,如tRNA呈三叶草型,含有氢键,C错误;RNA 通常
为单链结构,其中嘌呤数与嘧啶数不一定相等,但也有可能
相同,D错误.]
2.A [图示为以 DNA的一条链为模板合成 RNA 的过程,为
转录过程,转录主要发生在细胞核内,A 正确,B错误;据图
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