第六单元 第30课时 DNA分子的结构和复制（教师用书word）-【步步高】2025年高考生物大一轮复习讲义（苏教版 江苏专用）

第30课时　DNA分子的结构和复制 课标要求 1.概述DNA分子是由4种脱氧核苷酸构成的，通常由两条碱基互补配对的反向平行长链盘旋成双螺旋结构，碱基的排列顺序编码了遗传信息。2.概述DNA分子通过半保留方式进行复制。 考情分析 1.DNA结构模型的构建 2022·重庆·T4　2022·河北·T8　2022·浙江6月选考·T13 2021·广东·T5 2.DNA结构、特点与计算 2023·海南·T13　2022·广东·T12　2021·北京·T4　2020·浙江7月选考·T3 3.DNA复制过程及计算 2023·山东·T5　2022·海南·T11　2021·山东·T5　2021·浙江6月选考·T14 2021·海南·T6　2021·辽宁·T4 4.DNA复制与细胞分裂 2021·浙江6月选考·T22　2019·浙江4月选考·T25 考点一　DNA分子的结构 1．DNA双螺旋结构模型的构建者：沃森和克里克。 2．DNA的结构 3．遗传信息与DNA的特性 (1)遗传信息：储存在碱基对的排列顺序中。 (2)DNA的特性 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。 归纳总结　DNA双螺旋结构的热考点 4．DNA中的碱基数量的计算规律 设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1。 (1)A1＋A2＝T1＋T2；G1＋G2＝C1＋C2。 即：双链中A＝T，G＝C，A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G＝(A＋G＋T＋C)。 规律一：双链DNA中嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，任意两个不互补碱基之和为碱基总数的一半。 (2)A1＋T1＝A2＋T2；G1＋C1＝G2＋C2。 ＝＝(N为相应的碱基总数)，＝＝。 规律二：互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等，简记为“补则等”。 (3)与的关系是互为倒数。 规律三：非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数，简记为“不补则倒”。 (4)若＝a，＝b，则＝(a＋b)。 规律四：某种碱基在双链中所占的比例等于它在每一条单链中所占比例和的一半。 判断正误 (1)沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式(　×　) 提示　沃森和克里克以DNA衍射图谱为基础推算出DNA呈螺旋结构。 (2)某同学制作DNA双螺旋结构模型，在制作脱氧核苷酸时，需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基(　×　) 提示　在制作脱氧核苷酸时，需在脱氧核糖上连接磷酸和碱基。 (3)DNA分子中每个脱氧核糖上均连接着一个磷酸和一个碱基(　×　) 提示　DNA的每条脱氧核苷酸链除了3′端的脱氧核糖外，其余的脱氧核糖都是连接着两个磷酸。 (4)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(　×　) 提示　该DNA分子为双链，其中A与T互补配对，即A＝T，则该DNA分子中A∶T＝1∶1。 (5)人体内控制β－珠蛋白合成的基因由1 700个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有41 700种(　×　) 提示　人体内控制β－珠蛋白合成的基因由1 700个碱基对组成，其碱基对的排列顺序是特定的。 (6)DNA分子的碱基对总数与所含有的基因的碱基对总数相等(　×　) 提示　基因通常是有遗传效应的DNA片段，所以DNA分子的碱基对总数大于所含有的基因的碱基对总数。 考向一　DNA的结构分析 1．(2022·广东，12)λ噬菌体的线性双链DNA两端各有一段单链序列。这种噬菌体在侵染大肠杆菌后其DNA会自连环化(如图)，该线性分子两端能够相连的主要原因是(　　) A．单链序列脱氧核苷酸数量相等 B．分子骨架同为脱氧核糖与磷酸 C．单链序列的碱基能够互补配对 D．自连环化后两条单链方向相同 答案　C 解析　单链序列脱氧核苷酸数量相等、分子骨架同为脱氧核糖与磷酸交替连接，不能决定线性DNA分子两端能够相连，A、B不符合题意；据图可知，单链序列的碱基能够互补配对，决定该线性DNA分子两端能够相连，C符合题意；DNA的两条链是反向的，因此自连环化后两条单链方向相反，D不符合题意。 2．(2024·连云港高三期末)如图是某学生在“制作DNA双螺旋结构模型”活动中制作的一个模型，①②③④分别代表四种不同的碱基模型(①③代表嘌呤碱基，②④代表嘧啶碱基)。下列叙述正确的是(　　) A．该模型可代表一个双链脱氧核糖核酸分子 B．该模型表明每个脱氧核糖都与一个磷酸相连 C．①②③④位于DNA双螺旋结构的外侧 D．若要将此链和其互补链连接，则需要10个连接物代表氢键 答案　D 解析　该模型只有一条单链，不可代表一个双链脱氧核糖核酸分子，A错误；该模型中有三个脱氧核糖都与两个磷酸相连，有一个脱氧核糖与一个磷酸相连，B错误；①②③④是碱基，位于DNA双螺旋结构的内侧，磷酸和脱氧核糖交替连接，排列在外侧，C错误；若要将此链和其互补链连接，其中的A－T之间有2个氢键，C－G之间有3个氢键，图中A－T碱基对有2个，C－G碱基对有2个，则需要2×2＋2×3＝10(个)连接物代表氢键，D正确。 考向二　DNA结构的相关计算 3．(2023·泰州高三联考)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，则另一条链中的碱基A所占比例也一定为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 答案　B 解析　若DNA分子一条链中的碱基A所占比例为a，据此无法计算出另一条链的碱基A所占比例，A错误；如果一条链上(A＋T)∶(G＋C)＝m，根据碱基互补配对原则，则另一条链上该比值也为m，B正确；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2∶2∶3∶3，C错误；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50×2＝100(个)，最多含有氢键的数量为50×3＝150(个)，D错误。 4. 如图表示不同DNA分子中各种碱基的比例关系，下列说法正确的是(　　) A．若甲表示不同DNA分子一条单链中碱基G的比例变化，则乙可表示其互补链中C的比例变化 B．若甲表示不同DNA分子一条单链中嘌呤碱基的比例，则乙可以表示其互补链中嘌呤碱基的比例 C．若甲表示不同DNA分子一条单链中A＋T的比例，则乙可以表示其互补链中A＋T的比例 D．若甲表示不同DNA分子一条单链中(A＋G)/(T＋C)，则乙可以表示其互补链中(A＋G)/(T＋C) 答案　B 解析　DNA分子两条链中的G与C互补，二者含量相同，若甲表示不同DNA分子一条单链中碱基G的比例变化，则甲也可表示其互补链中C的比例变化，A错误；DNA分子单链中，嘌呤比例＋嘧啶比例＝1，若甲表示不同DNA分子一条单链中嘌呤碱基的比例，则乙可以表示其互补链中嘌呤碱基的比例，B正确；DNA分子中，一条链中的A＋T与另一条链中的T＋A相等，若甲表示不同DNA分子一条单链中A＋T的比例，则甲也可表示其互补链中A＋T的比例，C错误；非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数，若甲表示不同DNA分子一条单链中(A＋G)/(T＋C)，则乙可以表示其互补链中(T＋C)/(A＋G)，D错误。 归纳提升　三步解决DNA分子中有关碱基比例的计算 第一步：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。 第二步：画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基。 第三步：根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。 考点二　DNA分子的复制 1．DNA复制方式的实验证据 (1)实验者：美国科学家米西尔森和斯塔尔。 (2)实验材料：细菌。 (3)实验技术：同位素标记技术和离心技术。 (4)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。 (5)实验过程及分析 ①实验的基本步骤 a．用含14N的普通培养基培养细菌，一段时间后取样并提取DNA(作为对照)。 b．用含15N的培养基连续培养细菌。 c．将细菌转移到含14N的普通培养基中培养。 d．在不同时刻取样并提取DNA分子，放入盛有氯化铯溶液的试管中离心处理，记录试管中DNA的位置。 ②实验分析 a．提取对照组DNA→离心→全部轻链带。 b．提取亲代DNA→离心→全部重链带。 c．子一代细菌提取DNA→离心→全部杂合链带。 d．子二代细菌提取DNA→离心→轻链带、杂合链带。 (6)结论 DNA分子半保留复制：在新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链。 2．DNA的复制 (1)概念、时间和场所 (2)过程 (3)结果：一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子。 (4)特点 (5)DNA准确复制的原因 DNA具有独特的双螺旋结构，为复制提供精确的模板，碱基互补配对原则，保证了复制能准确地进行。 (6)DNA复制的意义：DNA通过复制，确保了遗传信息代代传递的连续性。 热图分析　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。 ②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。 ③A～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。 ④哺乳动物成熟的红细胞能否进行上述过程？不能。 3．“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 ②脱氧核苷酸链共2n＋1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。 4．细胞分裂中标记染色体去向的分析 (1)有丝分裂中染色体的标记情况 用15N标记细胞的DNA分子，然后将其放到含14N的培养液中进行两次有丝分裂，情况如图所示(以一对同源染色体为例)： 若该生物的正常体细胞的核DNA为2n,1个细胞经两次有丝分裂产生的4个子细胞中有2或3或4个细胞含有15N标记的染色体；每个子细胞含15N标记的染色体为0～2n条。 (2)减数分裂中染色体的标记情况 用15N标记细胞的DNA分子，然后将其放到含14N的培养液中进行正常减数分裂，情况如图所示(以一对同源染色体为例)： 由图可以看出，子细胞中的所有染色体都含15N。 (3)先进行一次有丝分裂再进行一次减数分裂细胞中染色体的标记情况 用15N标记细胞的DNA分子，然后将其放到含14N的培养液中进行一次有丝分裂，再继续在含14N的培养液中进行正常减数分裂，情况如图所示(以一对同源染色体为例)： 若该生物的正常体细胞的核DNA为2n，则经上述过程形成的子细胞中含15N标记DNA的个数为0～n个。 判断正误 (1)在DNA复制方式的探究实验中，若通过对第一代DNA解旋获得的DNA单链进行离心，其结果也可确定DNA复制的方式是全保留复制还是半保留复制(　×　) 提示　因为两种复制方式得到的第一代DNA分子解旋后再离心所得的条带一样，无法区分其复制方式。 (2)DNA中氢键全部断裂后，以两条母链为模板各合成一条子链(　×　) 提示　DNA复制是一个边解旋边复制的过程，而非完全解开后再复制。 (3)生物体内的DNA常与蛋白质结合，以DNA－蛋白质复合物的形式存在。若复合物中的某蛋白质参与DNA复制，则该蛋白质一定是DNA聚合酶(　×　) 提示　该蛋白质也有可能是解旋酶。 (4)蛙的红细胞和哺乳动物成熟的红细胞中都可以发生DNA复制过程(　×　) 提示　蛙的红细胞进行无丝分裂，可进行DNA分子的复制；哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核，也无各种细胞器，不能进行DNA分子的复制。 (5)DNA双链被32P标记后，复制n次，子代DNA中有标记的占1/2n(　×　) 提示　子代DNA中有标记的只有2个，占1/2n－1。 (6)一个含有m个腺嘌呤的DNA分子经过n次复制，共需要消耗腺嘌呤脱氧核苷酸2n－1×m个(　×　) 提示　n次复制共需要消耗腺嘌呤脱氧核苷酸(2n－1)×m个。 据图分析DNA复制过程： (1)图示中的解旋酶和DNA聚合酶各有什么作用？ 提示　解旋酶使氢键打开，将DNA双螺旋的两条链解开；DNA聚合酶催化形成磷酸二酯键，将单个游离的脱氧核苷酸加到DNA链上，从而形成新的子链。 (2)据图思考：DNA聚合酶不能从头合成DNA，而只能从3′端以5′端→3′端方向催化延伸聚合子代DNA链(因此DNA复制需要引物，为DNA聚合酶提供3′端)，但是DNA的两条链是反向平行的，那么DNA的两条链是如何同时作为模板合成其互补链的呢？DNA复制还需要什么酶？ 提示　DNA复制过程中，当以a 链为模板时，DNA聚合酶可以沿5′端→3′端方向连续合成新的互补链(称为前导链)；以b 链为模板时，DNA聚合酶也是沿5′端→3′端方向合成新链片段，但是与前导链的合成方向相反，最终合成的互补链(称为后随链)实际上是由许多沿5′端→3′端方向合成的DNA片段连接起来的。DNA复制还需要解旋酶等的参与。 (3)通常DNA分子复制从一个复制起始点开始，有单向复制和双向复制，如图所示。放射性越高的3H－胸腺嘧啶脱氧核糖核苷(3H－脱氧胸苷)，在放射自显影技术的图像上，感光还原的银颗粒密度越高。 ①请利用放射性自显影技术、低放射性3H－脱氧胸苷和高放射性3H－脱氧胸苷，设计实验以确定大肠杆菌DNA复制的方向。 提示　复制开始时，首先用含低放射性3H－脱氧胸苷培养基培养大肠杆菌，一段时间后转移到含有高放射性3H－脱氧胸苷的培养基中继续培养，用放射自显影技术观察复制起点和复制起点两侧银颗粒密度情况。 ②预测实验结果并得出结论。 提示　若复制起点处银颗粒密度低，复制起点的一侧银颗粒密度高，则DNA分子复制为单向复制；若复制起点处银颗粒密度低，复制起点的两侧银颗粒密度高，则DNA分子复制为双向复制。 (4)将发生癌变的小肠上皮细胞用含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液培养，一段时间后再移至普通培养液中培养，不同间隔时间取样，检测到被标记的癌细胞比例减少，解释出现上述结果的原因。 提示　依据DNA半保留复制的特点，移到普通培养液中的被标记的癌细胞，随着细胞增殖次数的增加，不被标记的癌细胞开始出现并不断增多，故被标记的癌细胞比例减少。 (5)不进行细胞分裂的细胞中，还会发生DNA的复制吗？ 提示　会发生DNA的复制。叶绿体和线粒体之中也含有DNA，它们自我复制增殖时会进行DNA的自我复制，但细胞此时不一定处于分裂状态。 考向三　DNA复制过程及实验证据辨析 5. (2023·山东，5)将一个双链DNA分子的一端固定于载玻片上，置于含有荧光标记的脱氧核苷酸的体系中进行复制。甲、乙和丙分别为复制过程中3个时间点的图像，①和②表示新合成的单链，①的5′端指向解旋方向，丙为复制结束时的图像。该DNA复制过程中可观察到单链延伸暂停现象，但延伸进行时2条链延伸速率相等。已知复制过程中严格遵守碱基互补配对原则，下列说法错误的是(　　) A．据图分析，①和②延伸时均存在暂停现象 B．甲时①中A、T之和与②中A、T之和可能相等 C．丙时①中A、T之和与②中A、T之和一定相等 D．②延伸方向为5′端至3′端，其模板链3′端指向解旋方向 答案　D 解析　据图分析，甲时新合成的单链①比②短，乙时①比②长，因此可以说明①和②延伸时均存在暂停现象，A正确；①和②两条链中碱基是互补的，甲时新合成的单链①比②短，但②中多出的部分可能不含有A、T，因此①中A、T之和与②中A、T之和可能相等，B正确；①和②两条链中碱基是互补的，丙为复制结束时的图像，新合成的单链①与②等长，丙时①中A、T之和与②中A、T之和一定相等，C正确；①和②两条单链由一个双链DNA分子复制而来，其中一条母链合成子链①时，①的5′端指向解旋方向，则另一条母链合成子链②时，②的延伸方向为5′端至3′端，其模板链5′端指向解旋方向，D错误。 6．(2022·海南，11)科学家曾提出DNA复制方式的三种假说：全保留复制、半保留复制和分散复制(图1)。对此假说，科学家以大肠杆菌为实验材料，进行了如下实验(图2)。 下列有关叙述正确的是(　　) A．第一代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带，说明DNA复制方式一定是半保留复制 B．第二代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带和1条轻带，说明DNA复制方式一定是全保留复制 C．结合第一代和第二代细菌DNA的离心结果，说明DNA复制方式一定是分散复制 D．若DNA复制方式是半保留复制，继续培养至第三代，细菌DNA离心后试管中会出现1条中带和1条轻带 答案　D 解析　第一代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带，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，继续做子二代DNA密度鉴定，若子二代可以分出一条中带和一条轻带，则可以排除分散复制，同时肯定是半保留复制，A、B、C错误；若DNA复制方式是半保留复制，继续培养至第三代，形成的子代DNA有两条链均为14N，或一条链为14N、一条链为15N两种类型，因此细菌DNA离心后试管中会出现1条中带和1条轻带，D正确。 考向四　DNA复制过程的有关计算 7．(多选)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，下列叙述不正确的是(　　) 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9 900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 答案　ACD 解析　复制时作用于③(氢键)处的酶为解旋酶而不是DNA聚合酶，A错误；由题干信息可知，G＋C＝1－34%＝66%，则G＝C＝3 300(个)，则复制2次需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸为3 300×(22－1)＝9 900(个)，B正确；DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸，所以④处指的是腺嘌呤脱氧核苷酸，C错误；图示DNA分子只有一条链含15N，根据DNA的半保留复制特点，连续复制2次后，形成的4个DNA分子，只有1个DNA分子含有15N，因此子代中含15N的DNA分子占1/4，D错误。 8．(2021·浙江6月选考，14)含有100个碱基对的一个DNA分子片段，其中一条链的A＋T占40%，它的互补链中G与T分别占22%和18%，如果连续复制2 次，则需游离的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸数量为(　　) A．240个 B．180个 C．114个 D．90个 答案　B 解析　分析题意可知，该DNA片段含有100个碱基对，即每条链含有100个碱基，其中一条链(设为1链)的A＋T占40%，即A1＋T1＝40(个)，则C1＋G1＝60(个)；互补链(设为2链)中G与T分别占22%和18%，即G2＝22，T2＝18，可知C1＝22，则G1＝60－22＝38＝C2，故该DNA片段中C＝22＋38＝60(个)。已知DNA复制了2次，则DNA分子的个数为22＝4(个)，4个DNA分子中共有胞嘧啶脱氧核糖核苷酸的数量为4×60＝240(个)，原DNA片段中有60个胞嘧啶脱氧核糖核苷酸，则需要游离的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸数量为240－60＝180(个)，B符合题意。 考向五　DNA复制与细胞分裂的关系 9．(2019·浙江4月选考，25)在含有BrdU的培养液中进行DNA复制时，BrdU会取代胸苷掺入到新合成的链中，形成BrdU标记链。当用某种荧光染料对复制后的染色体进行染色，发现含半标记DNA(一条链被标记)的染色单体发出明亮荧光，含全标记DNA(两条链均被标记)的染色单体荧光被抑制(无明亮荧光)。若将一个细胞置于含BrdU的培养液中，培养到第三个细胞周期的中期进行染色并观察(以一条模板DNA观察)。下列推测错误的是(　　) A．1/2的染色体荧光被抑制 B．1/4的染色单体发出明亮荧光 C．全部DNA分子被BrdU标记 D．3/4的DNA单链被BrdU标记 答案　D 解析　第一个细胞周期结束，每条染色体DNA都是一条链为旧链，一条链为新链，发荧光；第二个细胞周期结束时，有一半染色体的DNA两条链都是新链，荧光被抑制(记作甲类型)，有一半染色体DNA一条链是旧链、一条链是新链，发荧光(记作乙类型)；这样的染色体再次进入下一个细胞周期，在中期时，甲类型的染色体上有一条染色单体发荧光，一条应该被抑制；乙类型的染色体上两条染色单体都是荧光被抑制，所以有一半的染色体荧光被抑制，A正确；染色单体发出明亮荧光比例为1/2×1/2＝1/4，B正确；所有DNA分子都含有新合成的DNA链，所以全部DNA分子被BrdU标记，C 正确；亲本单链占的比例为1/8，所以新合成单链被BrdU标记比例为1－1/8＝7/8，D错误。 10．将某雄性动物细胞的全部DNA分子的两条链经32P标记(染色体数为2n)后，置于不含32P的培养基中培养。经过连续两次细胞分裂后产生4个子细胞，检测子细胞中的放射性情况。下列推断正确的是(　　) A．若进行有丝分裂，则含32P染色体的子细胞比例一定为1/2 B．若进行减数分裂，则含32P染色体的子细胞比例一定为1 C．若子细胞中的染色体都含32P，则一定进行有丝分裂 D．若子细胞中的染色体不都含32P，则一定进行减数分裂 答案　B 解析　若子细胞中的染色体都含32P，说明DNA只复制一次，则一定进行减数分裂，C错误；若子细胞中的染色体不都含32P，则一定进行的是有丝分裂，D错误。 1．(必修2 P51)DNA是一种生物大分子。它的基本组成单位是脱氧核苷酸(脱氧核糖核苷酸)，许多脱氧核苷酸聚合成为脱氧核苷酸链。组成脱氧核苷酸的碱基有四种：腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)。 2．(必修2 P51)沃森和克里克认为：DNA分子的立体结构由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链按照反向平行的方式盘旋成双螺旋结构；DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在双螺旋结构的外侧，构成DNA分子的基本骨架；DNA分子两条链上的碱基，通过氢键连接成碱基对，排列在双螺旋结构的内侧。DNA分子中碱基配对有一定的规律：A与T配对，G与C配对。碱基之间的这种一一对应关系，称为碱基互补配对原则。在碱基对中，A和T之间形成两个氢键，G和C之间形成三个氢键。 3．(必修2 P51)DNA只有4种脱氧核苷酸，能够储存足够量遗传信息的原因是构成DNA的4种脱氧核苷酸的数目成千上万，脱氧核苷酸的排列顺序千变万化。 4．一个DNA连续复制n次后，DNA分子总数为2n。第n代的DNA分子中，含原DNA母链的有2个，占1/2n－1。若某DNA分子中含碱基T为a，则连续复制 n次，所需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为a×(2n－1)；第n次复制时所需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为a×2n－1。 5．果蝇DNA形成多个复制泡的原因：果蝇的DNA有多个复制起点，可从不同起点开始DNA的复制，由此加快了DNA复制的速率，为细胞分裂做好准备。 6．研究表明，在DNA分子加热解链时，DNA分子中G＋C的比例越高，解链需要的温度越高，原因是DNA分子中G＋C的比例越高，氢键数越多，DNA分子结构越稳定。 7．将一个带有某种噬菌体DNA分子的两条链用32P进行标记，并使其侵染大肠杆菌，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，原因是一个含32P标记的噬菌体双链DNA分子经半保留复制后，标记的两条单链分配到2个噬菌体的双链DNA分子中，因此得到的n个噬菌体中，只有2个带标记。 8．用一段由放射性同位素标记的DNA片段可以确定基因在染色体上的位置。某研究人员使用放射性同位素32P标记的脱氧腺苷三磷酸(dATP，dA－Pα～Pβ～Pγ)等材料制备了DNA片段甲(单链)，对W基因在染色体上的位置进行了研究，实验流程的示意图如下，则： (1)该研究人员在制备32P标记的DNA片段甲时，所用dATP的α位磷酸基团中的磷必须是32P，原因是dATP分子中的两个特殊的化学键断裂后形成的dA－P是组成DNA的基本单位之一，所以α位磷酸基团中的磷是32P，才能使DNA具有32P的放射性。 (2)该研究人员以细胞为材料制备了染色体样品，在混合操作之前去除了样品中的RNA分子，去除RNA分子的目的是防止RNA分子与DNA分子碱基互补配对结合，从而影响DNA与染色体对应位点的DNA结合。 课时精练 一、单项选择题 1．(2021·广东，5)DNA双螺旋结构模型的提出是二十世纪自然科学的伟大成就之一。下列研究成果中，为该模型构建提供主要依据的是(　　) ①赫尔希和蔡斯证明DNA是遗传物质的实验 ②富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱 ③查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等 ④沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制 A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 答案　B 解析　赫尔希和蔡斯通过噬菌体侵染大肠杆菌的实验，证明了DNA是遗传物质，与构建DNA双螺旋结构模型无关；沃森和克里克根据富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱，推算出DNA分子呈螺旋结构；查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等，沃森和克里克据此推出碱基的配对方式；DNA半保留复制机制是在DNA双螺旋结构模型建立之后提出的。 2．某同学利用塑料片、曲别针、扭扭棒、牙签、橡皮泥、铁丝等材料制作DNA双螺旋结构模型，以加深对DNA结构特点的认识和理解。下列操作或分析错误的是(　　) A．一条链上相邻的两个碱基通过“脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖”连接在一起 B．制成的模型上下粗细相同，是因为A—T碱基对与G—C碱基对的形状和直径相同 C．在构建的不同长度DNA分子中，碱基G和C的数量越多化学结构越稳定 D．观察所构建模型中只连接一个五碳糖的磷酸基团位置，可看出DNA两条链方向相反 答案　C 解析　一条链上相邻的两个碱基通过“脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖”连接在一起，A正确；A—T碱基对与G—C碱基对具有相同的形状和直径，制成的模型上下粗细相同，B正确；在构建的相同长度DNA分子中，碱基G和C的数量越多，形成的氢键越多，化学结构越稳定，C错误；DNA的两条链反向平行，具有方向性，具有游离磷酸基团的一端为该脱氧核苷酸链的5′端，所以当观察所构建模型中只连接一个五碳糖的磷酸基团位置，可看出DNA两条链方向相反，D正确。 3．(2024·江苏盐城中学高三模拟)某双链DNA分子中，一条单链中(A＋T)/(C＋G)＝a，且(A＋C)占该链的比例为b，则其互补链中(A＋T)/(C＋G)的值及(A＋C)占该互补链的比例分别是(　　) A．a，b B．1/a，b C．1/a,1－b D．a,1－b 答案　D 解析　某双链DNA分子中，一条单链(设为1链)，一条互补链(设为2链)。已知1链中(A1＋T1)/(C1＋G1)＝a，根据碱基互补配对原则，A1＝T2，C1＝G2，T1＝A2，G1＝C2，故2链中(A2＋T2)/(C2＋G2)＝(T1＋A1)/(G1＋C1)＝a。已知1链中(A1＋C1)占1链的比例为b，由于T1＝A2，G1＝C2，故2链中(A2＋C2)占2链的比例等于1链中(T1＋G1)占1链的比例，为1－b，D符合题意。 4．某DNA部分片段结构如图所示，下列叙述正确的是(　　) A．③为磷酸二酯键，③的形成需要RNA聚合酶催化 B．①代表氢键，①的形成与断裂需要ATP提供能量 C．片段中碱基②与五碳糖构成的脱氧核苷与ATP中的腺苷相同 D．若该DNA一条链中碱基A与T之和占48%，则整个DNA中碱基C占26% 答案　D 解析　③为磷酸二酯键，③的形成需要DNA聚合酶催化，A错误；①代表氢键，氢键的形成不需要消耗能量，B错误；构成脱氧核苷酸的五碳糖是脱氧核糖，而构成腺苷的五碳糖是核糖，C错误；由于DNA分子中碱基互补配对，A＝T、G＝C，所以若该DNA一条链中碱基A与T之和占48%，则整个DNA分子中碱基A与T之和占48%，G和C之和占1－48%＝52%，所以整个DNA中碱基C占26%，D正确。 5．(2023·常州高三联考)DNA的复制方式有三种假说：全保留复制、半保留复制、弥散复制(子代DNA的每条链都由亲本链的片段与新合成的片段随机拼接而成)。科研小组同学以细菌为材料，进行了如下两组实验探究DNA的复制方式。下列叙述错误的是(　　) 实验一：将14N细菌置于15N培养基中培养一代并离心。 实验二：将15N细菌置于14N培养基中连续培养两代并离心。 A．若实验一离心结果为重带和轻带，则DNA的复制方式为全保留复制 B．若实验一离心结果为中带，可确定DNA的复制方式是半保留复制 C．若实验二离心结果为中带和轻带，则DNA的复制方式不是全保留复制 D．若实验二改为连续培养三代并离心，结果只出现一个条带，则可能为弥散复制 答案　B 解析　若实验一离心结果为重带(两条链均为15N)和轻带(两条链均为14N)，则DNA的复制方式为全保留复制，A正确；若实验一离心结果为中带(一条链为15N，一条链为14N或者两条链上均含有15N和14N)，可确定DNA的复制方式是半保留复制或弥散复制，B错误；若实验二离心结果为中带和轻带，则DNA的复制方式不可能为全保留复制，若为全保留复制，则一定有重带，C正确；若DNA复制方式为弥散复制，无论复制几次，离心后的条带只有一条密度带。若实验二改为连续培养三代并离心，结果只出现一个条带，则可能为弥散复制，D正确。 6．研究人员将1个含14N－DNA的大肠杆菌转移到以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中，培养24 h后提取子代大肠杆菌的DNA。将DNA双螺旋解开，变成单链；然后进行密度梯度离心，试管中出现两种条带(如图)。下列说法正确的是(　　) A．由结果可推知，该大肠杆菌的细胞周期大约为6 h B．根据条带的数目和位置可以确定DNA的复制方式 C．解开DNA双螺旋的实质是破坏核苷酸之间的磷酸二酯键 D．若直接将子代DNA进行密度梯度离心也能得到两条条带 答案　D 解析　据图分析可知，由于14N单链∶15N单链＝1∶7，说明DNA复制了3次，可推知该大肠杆菌的细胞周期大约为24/3＝8(h)，A错误；由于DNA经过热变性后解开了双螺旋，变成单链，所以根据条带的数目和位置只能判断DNA单链的标记情况，无法判断 DNA的复制方式，B错误；解开DNA双螺旋的实质是破坏碱基对之间的氢键，C错误；DNA复制3次，由于DNA的半保留复制，有2个DNA链是15N/14N，离心后在中带；有6个DNA链都是15N/15N，离心后在重带，即直接将子代DNA进行密度梯度离心也能得到两条条带，D正确。 7．(2024·镇江高三联考)左氧氟沙星的作用机制是通过特异性抑制细菌DNA旋转酶的活性，阻止细菌DNA的复制而导致细菌死亡。迄今为止，只在原核生物中发现了DNA旋转酶。下列相关叙述正确的是(　　) A．左氧氟沙星可抑制DNA聚合酶从而抑制人体细胞的DNA复制，故毒副作用很大 B．DNA复制时以每条单链为模板，DNA聚合酶沿模板链的5′端向3′端方向移动 C．沃森和克里克通过实验证明了DNA的半保留复制 D．一个DNA在体外复制n次所得的DNA分子中，含有亲代母链的DNA分子占1/2n－1 答案　D 解析　由题意可知，左氧氟沙星特异性地抑制细菌DNA旋转酶的活性，而迄今为止只在原核生物中发现了DNA旋转酶，所以左氧氟沙星不会抑制DNA聚合酶的活性从而抑制人体细胞的DNA复制，A错误；DNA复制时以每条单链为模板，DNA聚合酶只能沿模板链的3′端→5′端方向移动，子链延伸方向是5′端→3′端，B错误；梅塞尔森和斯塔尔通过实验证明了DNA的半保留复制，C错误；一个DNA复制n次后形成2n个DNA分子，其中含有亲代母链的DNA分子有2个，占1/2n－1，D正确。 8．中国南瓜曲叶病毒的遗传物质是单链环状DNA分子，如图为该病毒DNA的复制过程。下列相关叙述错误的是(　　) A．中国南瓜曲叶病毒的遗传物质中嘌呤数与嘧啶数不一定相等 B．过程①②产生复制型DNA需要DNA聚合酶、DNA连接酶等参与 C．过程③滚动复制需要RNA聚合酶催化形成的引物引导子链延伸 D．滚动复制的结果是产生一个双链DNA和一个单链DNA 答案　C 解析　过程③滚动复制不需要引物，C错误。 9．(2024·淮安高三模拟)哺乳动物的线粒体 DNA是双链闭合环状分子，外环为 H链，内环为L链，如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．线粒体 DNA分子中含有两个游离的磷酸基团 B．子链中新形成的磷酸二酯键数目和脱氧核苷酸数目相同 C．子链1的延伸方向是 3′端→5′端，需要 DNA聚合酶的催化 D．若该线粒体 DNA放在含15N的培养液中复制3次，含15N的 DNA有 6个 答案　B 解析　线粒体DNA分子为环状DNA，其中不含游离的磷酸基团，A错误；由于形成的DNA分子是环状的，因此子链中新形成的磷酸二酯键数目和脱氧核苷酸数目相同，B正确；图示表明，子链1的延伸方向是 5′端→3′端，子链合成过程需要 DNA 聚合酶的催化，C错误；若该线粒体DNA放在含15N的培养液中复制 3 次，由于DNA进行半保留复制，故每个DNA分子都含有新合成的子链，新合成的子链中均含有15N，即含15N的DNA有23＝8(个)，D错误。 10．羟胺可使胞嘧啶转化为羟化胞嘧啶从而与腺嘌呤配对。一个精原细胞在进行DNA复制时，一个DNA分子中有两个胞嘧啶发生了羟化。下列叙述正确的是(　　) A．该细胞进行两次有丝分裂后，有一个或两个子细胞中含有羟化胞嘧啶 B．该细胞产生的初级精母细胞中四条姐妹染色单体含有羟化胞嘧啶 C．可以通过光学显微镜检测突变位点的位置 D．胞嘧啶发生羟化的DNA分子中，嘌呤与嘧啶的含量不相等 答案　A 解析　一个DNA分子中有两个胞嘧啶发生羟化，若这两个发生羟化的胞嘧啶位于DNA分子的一条链上，则进行两次有丝分裂后，只有一个子细胞中含有羟化胞嘧啶；若这两个发生羟化的胞嘧啶位于DNA分子的两条链上，则进行两次有丝分裂后，有两个子细胞中含有羟化胞嘧啶，A正确；一个精原细胞形成的初级精母细胞中可能有一条或两条姐妹染色单体含有羟化胞嘧啶，但不可能有四条姐妹染色单体含有羟化胞嘧啶，B错误；基因突变在光学显微镜下观察不到，C错误；由于羟化胞嘧啶依然是与嘌呤配对，因此胞嘧啶发生羟化的DNA分子中嘌呤与嘧啶的含量仍相等，D错误。 11．(2024·镇江高三模拟)某果蝇精原细胞中8条染色体上的DNA已全部被15N标记，其中一对同源染色体上有基因A和a，现给此精原细胞提供含14N的原料让其连续进行两次分裂，产生四个子细胞，分裂过程中无基因突变和染色体变异发生。下列叙述正确的是(　　) A．若四个子细胞中均含4条染色体，则一定有一半子细胞含有a基因 B．若四个子细胞中均含8条染色体，则每个子细胞中均含2个A基因 C．若四个子细胞中的核DNA均含15N，则每个子细胞均含8条染色体 D．若四个子细胞中有一半核DNA含15N，则每个子细胞均含4条染色体 答案　A 解析　若四个子细胞中均含4条染色体(染色体数目是体细胞的一半)，则细胞进行的是减数分裂，等位基因会发生分离，形成的4个精细胞两两相同，故有一半子细胞含有a基因，A正确；若四个子细胞中均含8条染色体(染色体数目与体细胞相同)，则细胞进行的是有丝分裂，子细胞的基因型与体细胞相同，则每个子细胞中均只含有1个A基因和1个a基因，B错误；若四个子细胞中的核DNA均含15N，则DNA只复制一次，细胞进行的是减数分裂，四个子细胞为精细胞，染色体数目是体细胞的一半，因此四个子细胞中均含4条染色体，C错误；若四个子细胞中有一半核DNA含15N，说明DNA不止复制一次，则细胞进行的是有丝分裂，所以每个子细胞均含8条染色体，D错误。 12．(2024·江苏徐州二中高三模拟)亲代链分开及新生DNA开始复制处称为复制子，真核生物的核DNA中包含多个复制子，每个复制子都有自己的起始点(图中1～6)，每个起始点均富含AT序列。通常每个复制子从起始点开始双向复制形成复制泡，在复制泡的相遇处，新生DNA融合成完整的子代DNA。下列叙述不正确的是(　　) A．DNA上不同复制子起始复制的时间不同，据图可知，6号起始点是最晚解旋的 B．每个起始点均富含AT序列，与A和T间的氢键数比G和C间少有关 C．复制泡中两个新生DNA中的子代链的碱基序列相同 D．核DNA中包含多个复制子，可以提高DNA复制的效率 答案　C 解析　子链和母链之间遵循碱基互补配对原则，两条母链的碱基互补配对，复制泡中两个新生DNA中的子代链的碱基序列也互补，C错误。 二、多项选择题 13．DNA在复制过程中会发生错配，细胞能够根据“保存母链，修正子链”的原则，通过准确的错配修复系统识别新合成链中的错配碱基并加以校正，该系统中的甲基化酶能使母链在错配位点的两侧被甲基化，具体修复过程如图所示。下列说法错误的是(　　) A．DNA母链的甲基化有利于子链的精准切割 B．蛋白复合物能识别错配位点并在错配位点切割子链 C．DNA错配修复过程主要发生在细胞分裂前的间期 D．DNA聚合酶从缺口处子链的5′端连接脱氧核苷酸即可完成修复 答案　BD 解析　甲基化酶能使母链在错配位点的两侧被甲基化，且DNA为半保留复制，所以能精准确定子链的错配位点，A正确；蛋白复合物只能参与ATP的水解，B错误；DNA复制主要发生在细胞分裂前的间期，所以错配修复也主要发生在细胞分裂前的间期，C正确；DNA聚合酶从缺口处子链的3′端连接脱氧核苷酸，还需要DNA连接酶将两个片段连接上才能完成修复，D错误。 14．(2021·山东，5改编)利用农杆菌转化法，将含有基因修饰系统的T－DNA插入到水稻细胞M的某条染色体上，在该修饰系统的作用下，一个DNA分子单链上的一个C脱去氨基变为U，脱氨基过程在细胞M中只发生一次。将细胞M培育成植株N。下列说法正确的是(　　) A．N的每一个细胞中都含有T－DNA B．N自交，子一代中含T－DNA的植株占3/4 C．M经n(n≥1)次有丝分裂后，脱氨基位点为A－U的细胞占1/2n D．M经3次有丝分裂后，含T－DNA且脱氨基位点为A－T的细胞占1/2 答案　ABC 解析　如果M 经3次有丝分裂后，形成的子细胞有8个，由于M细胞DNA分子单链上的一个C脱去氨基变为U，是G和U配对，所以复制3次后，有4个细胞脱氨基位点为C－G,3个细胞脱氨基位点为A－T，1个细胞脱氨基位点为U－A，因此含T－DNA且脱氨基位点为 A－T 的细胞占 3/8，D错误。 15．(2024·常州第三中学高三模拟)双链DNA分子的复制是半不连续的：连续合成的新链叫作前导链，主要由DNA聚合酶ε催化合成；随着解旋的推进，不连续合成的链叫后随链，先由聚合酶α催化合成一个小片段，然后由聚合酶δ催化继续往后延伸，如图1。当聚合酶缺乏时，DNA合成将会出现部分单链(五角星处)，如图2～4。单链区的胞嘧啶会被催化变为尿嘧啶。下列说法错误的是(　　) A．半不连续复制的原因是DNA聚合酶只能从5′－端往3′－端合成新DNA链 B．α缺乏引起的单链区域，相对于δ缺乏所引起的单链区，前者更加分散 C．图示情况说明，前导链能否正常进行复制将会影响后随链的复制 D．经过多轮复制后，DNA聚合酶的缺乏容易引起C－G碱基对突变为U－A 答案　BD 解析　五角星处表示聚合酶缺乏时出现的部分单链，再结合图示可知，α缺乏引起的单链区域，相对于δ 缺乏所引起的单链区，后者更加分散，B错误；DNA聚合酶的缺乏容易引起单链区的胞嘧啶C被催化变为尿嘧啶U，U与A配对，结果使C－G碱基对突变为T－A，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $