内容正文:
遗传的分子基础
第六单元
1.概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成,通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构,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
课标要求
第2课时 DNA的结构、复制及基因的本质
考情分析
1.DNA分子的结构与基因的本质 2024·浙江6月卷,9 2024·湖北卷,7
2.DNA复制过程及计算 2025·北京卷,5 2025·湖北卷,14 2025·山东卷,5 2025·湖北卷,19
2024·河北卷,4 2024·黑吉辽卷,9
内容索引
NEIRONGSUOYIN
演练感悟
考点二
真题
DNA分子的结构与基因的本质
考点一
DNA复制过程及计算
DNA分子的结构与基因的本质
考点一
梳理 必备知识
1.DNA双螺旋结构模型的构建
(1)构建者:_________________。
(2)构建过程
沃森和克里克
脱氧核苷酸
A=T,G=C
T
C
相反的
2.DNA的结构
(1)DNA分子的结构层次
梳理 必备知识
C、H、O、N、P
磷酸
碱基
A与T配对,G与C配对
梳理 必备知识
拾遗•挖掘
(必修2 P50图3-8)DNA的一条单链具有两个末端,一端有一个游离的磷酸基团,这一端称作5'端,另一端有一个羟基(—OH),称作3'端,两条单链走向相反,一条单链是从5'端到3'端的,另一条单链是从3'端到5'端的。
(2)DNA结构特点
梳理 必备知识
磷酸和脱氧核糖
碱基互补配对
4n
排列顺序
碱基
3.基因及其与DNA、染色体的关系
(1)基因的本质:基因通常是有 。有些病毒的遗传物质是RNA,对于这些病毒而言,基因就是 。
(2)基因与染色体、DNA、核苷酸的关系
梳理 必备知识
遗传效应的DNA片段
有遗传效应的RNA片段
一个或两个
有遗传
效应的DNA片段
核苷酸排列
顺序
1.(2022·广东卷)沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式。 ( )
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。 ( )
3.DNA每条链的5'端连接羟基。 ( )
4.DNA分子一条链上的相邻碱基通过“—磷酸—脱氧核糖—磷酸—”相连。
( )
5.DNA分子中每个脱氧核糖上均连接着一个磷酸和一个碱基。 ( )
6.(2024·浙江6月卷)双链DNA中T占比越高,DNA热变性温度越高。 ( )
7.基因一定是有遗传效应的DNA片段。 ( )
×
×
×
×
×
错漏诊断
×
×
精练 迁移应用
考向1 DNA结构与特性的分析
1.(2026·河南漯河模拟)如图为DNA的部分结构示意图,下列叙述正确的是 ( )
A.甲为二硫键
B.乙为DNA结构中的核糖
C.丙可为鸟嘌呤
D.丁是同种分子间形成的引力
C
解析:DNA分子中不存在二硫键,图中“甲”是碱基对之间的氢键,A错误;图中“乙”是DNA中的五碳糖,应为脱氧核糖,B错误;DNA中碱基遵循互补配对原则,腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶(T)通过2个氢键配对,鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)通过3个氢键配对,结合图示中碱基对之间的氢键数目,“丙”可表示鸟嘌呤,C正确;“丁”是氢键,氢键是DNA分子中不同碱基之间形成的相互作用,并非同种分子间的引力,D错误。
2.(2026·湖北宜昌模拟)微卫星DNA(STR)是真核细胞基因组中含有高度重复序列的DNA,富含A—T碱基对,不同个体的STR具有明显的差异。下列有关STR的说法,错误的是 ( )
A.不同生物STR序列不同,体现了DNA具有多样性
B.STR序列彻底水解产物是磷酸、核糖和四种碱基
C.相对于其他DNA序列,STR序列结构的稳定性可能较差
D.STR序列可作为遗传标记基因用于个体鉴定
B
解析:不同生物STR序列不同体现了DNA具有多样性,A正确; STR是DNA 分子,彻底水解后可以得到六种小分子物质,即四种碱基、磷酸和脱氧核糖,B错误;STR的A—T碱基对所占的比例较高,A与T之间形成两个氢键,G与C之间形成三个氢键,相对于其他同长度DNA氢键的数目较少,所以STR的稳定性可能较差,C正确; 由于不同个体的STR具有明显的差异,STR序列可作为遗传标记基因用于个体鉴定,D正确。
考向2 DNA分子中碱基数量相关计算
3.(2026·山东泰安模拟)某同学利用相关材料制作DNA双螺旋结构模型,已知该模型包含10个碱基对,其中有4个腺嘌呤。下列叙述错误的是 ( )
A.模型中胸腺嘧啶与胞嘧啶之和等于10
B.模型的每个脱氧核糖上都连接着两个磷酸基团
C.模型中共有26个氢键和18个连接脱氧核苷酸的化学键
D.该同学不可能制作出410种DNA双螺旋结构模型
B
解析:已知DNA含10对碱基,A=4,则T=4,剩余碱基对为C—G,共6对,即C=6,因此T+C=4+6=10,故模型中胸腺嘧啶(T)与胞嘧啶(C)之和等于10,A正确;DNA链中,中间的脱氧核糖通过磷酸二酯键连接两个磷酸基团,但5'端的脱氧核糖仅连接一个磷酸基团,模型中包含两条链,有两个脱氧核糖仅连接一个磷酸基团,B错误;A—T碱基对含2个氢键,C—G碱基对含3个氢键,4对A—T碱基对共含8个氢键,6对C—G碱基对共含18个氢键,总计26个氢键,每条链有10个脱氧核苷酸,磷酸二酯键数为10-1=9,两条链共18个,C正确;如果不考虑碱基比例限制,10个碱基对可能形成410种DNA结构,但本题中碱基比例已确定(A有4个),所以能制作出的DNA双螺旋结构模型数量远少于410种,D正确。
4.(双选)(2026·河北石家庄模拟)某双链(α链和β链)DNA分子中鸟嘌呤与胞嘧啶的数量之和占全部碱基总数的56%,α链中腺嘌呤占28%。下列关于该DNA分子的叙述,正确的是 ( )
A.β链中腺嘌呤与胸腺嘧啶的数量之和占该链碱基总数的44%
B.α链中(G+C)/(A+T)=11/14,β链中(G+C)/(A+T)=14/11
C.α链中胸腺嘧啶所占的比例是16%,占双链DNA分子的8%
D.(A+T)/(G+C)的值可体现不同生物DNA分子的特异性
ACD
解析:DNA分子中G与C的数量之和占全部碱基总数的56%,则A与T的数量之和占全部碱基总数的44%,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,因此β链中A与T的数量之和也占该链碱基总数的44%,A正确;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,因此α链和β链中(G+C)/(A+T)相等,都是56%/44%=14/11,B错误;α链中胸腺嘧啶所占的比例是1-56%-28%=16%,占双链DNA分子的比例是16%÷2=8%,C正确;不同生物的DNA分子中互补碱基之和的比值一般不同,即(A+T)/(C+G)的值可体现不同生物DNA分子的特异性,D正确。
DNA中碱基数量的计算规律
题后归纳
DNA复制过程及计算
考点二
梳理 必备知识
1.DNA半保留复制的实验证据
半保留
同位素标记
全部重带
半保留复制
2.DNA的复制
(1)概念、时间、场所
梳理 必备知识
间期
线粒体
叶绿体
(2)过程(特点:______________;半保留复制)
梳理 必备知识
边解旋边复制
解旋
脱氧核苷酸
DNA聚合酶
碱基互补配对
(3)结果:一个DNA分子形成了两个____________的DNA分子。
(4)DNA准确复制的原因和意义
梳理 必备知识
完全相同
双螺旋
碱基互补配对
遗传信息
遗传信息
1.DNA复制时,严格遵循A—T、C—G的碱基互补配对原则。 ( )
2.单个脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下连接合成新的子链。 ( )
3.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,其结果也可以确定DNA复制的方式是全保留复制还是半保留复制。 ( )
4.DNA聚合酶的作用是打开DNA双链。 ( )
5.(2024·河北卷)DNA复制时,脱氧核苷酸通过氢键连接成子链。 ( )
√
√
×
×
×
错漏诊断
探究1 日本学者冈崎等人发现在DNA复制过程中,滞后链是由酶X催化合成的不连续、相对较短的DNA片段通过酶Y连接而成的长链,这些不连续、相对较短的DNA片段称为冈崎片段。请分析并回答下列问题。
(1)由此图可知DNA复制的特点是什么?
提示:
(2)酶X、Z分别为 、 。
边解旋边复制,复制方式是半保留方式。
DNA聚合酶
解旋酶
深研 重难问题
探究1 日本学者冈崎等人发现在DNA复制过程中,滞后链是由酶X催化合成的不连续、相对较短的DNA片段通过酶Y连接而成的长链,这些不连续、相对较短的DNA片段称为冈崎片段。请分析并回答下列问题。
(3)图中的a链是滞后链,冈崎片段延伸的方向是 ,判断的依据是_____________
______________________________________________________________________。
5'→3'
DNA聚合酶只能在5'→3'方向上合成新的DNA链,因此冈崎片段延伸的方向是5'→3'
深研 重难问题
探究2 图1为真核生物染色体上部分DNA分子复制过程示意图,图2为拟核或质粒复制过程示意图。据图回答下列问题。
(1)在DNA复制过程中,DNA解旋酶的作用是什么?
提示:
(2)图1生物的DNA复制方式的意义是什么?
提示:
打开DNA分子碱基对之间的氢键,形成两条单链。
提高复制速率。
深研 重难问题
探究2 图1为真核生物染色体上部分DNA分子复制过程示意图,图2为拟核或质粒复制过程示意图。据图回答下列问题。
(3)将不含放射性的拟核放在含有3H胸腺嘧啶的培养基中培养,如果第一次复制时,图2中1、2处的放射性强度相同,证明DNA复制方式很可能是什么?
提示:
半保留复制。
深研 重难问题
1.图解DNA复制与“冈崎片段”
归纳提升
2.真核生物与原核生物复制的类型
精练 迁移应用
考向1 DNA复制的实验探究
1.(2022·海南卷,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,进行了实验(图2):
下列有关叙述正确的是 ( )
精练 迁移应用
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,说明DNA复制方式一定不是全保留复制,可能为半保留复制或分散复制,A错误;若DNA复制方式为全保留复制,则第二代细菌DNA离心后,4个子代DNA分子中,1个为15N15N,3个为14N14N,会在试管中出现1条重带和1条轻带,与题图信息不符,B错误;若第一代和第二代细菌DNA离心后,试管中只出现1条中带,则可说明DNA复制方式为分散复制,与题图信息不符,C错误;若DNA复制方式为半保留复制,继续培养至第三代,得到的8个子代DNA分子中,2个为15N14N,6个为14N14N,细菌DNA离心后试管中会出现1条中带
和1条轻带,D正确。
溯源教材
(必修2 P54“思考·讨论”)(1)15N和14N是氮元素的两种稳定同位素,这两种同位素的相对原子质量不同,含15N的DNA比含14N的DNA密度大,因此,利用离心技术可以在试管中分离开含有不同氮元素的DNA。
(2)示意图
2.(2026·陕西西安模拟)大肠杆菌在环境适宜的条件下,每20分钟就能分裂一次。科学家运用DNA紫外光吸收光谱的方法对其DNA复制方式进行研究,具体操作:将DNA双链均被15N标记的大肠杆菌放入普通培养基中培养20分钟,提取大肠杆菌DNA并进行密度梯度离心,再测定溶液的紫外光吸收光谱(如图甲所示);若培养时间为40分钟,则所得结果可能对应图乙中部分曲线。下列相关叙述正确的是 ( )
注:紫外光吸收光谱的峰值位置即离心管中DNA的主要分布位置,峰值越大,表明该位置的DNA数量越多。
A.DNA是大肠杆菌的主要遗传物质,条件适宜时每20分钟即可复制一次
B.大肠杆菌拟核的DNA分子中,并非每个脱氧核糖都连接两个磷酸基团
C.若DNA通过半保留方式复制,则40分钟后所得结果对应图乙中的e、f
D.大肠杆菌DNA复制过程中以4种游离的核糖核苷酸为原材料
答案:C
解析:大肠杆菌是细胞生物,细胞生物的遗传物质是DNA,A错误;大肠杆菌拟核的DNA分子是环状的,在环状DNA分子中,每个脱氧核糖都连接两个磷酸基团,B错误;若大肠杆菌DNA通过半保留方式复制,40分钟后进行了两次复制,亲代DNA两条链均被15N标记,复制一次后得到的两个DNA分子都是一条链含15N、一条链含14N,再复制一次,得到的DNA分子中,有两个DNA分子是一条链含15N、一条链含14N,另外两个DNA分子两条链都含14N,对应图乙中的e、f,C正确;大肠杆菌DNA复制过程中以4种游离的脱氧核苷酸为材料,D错误。
考向2 DNA复制的过程分析
3.一段DNA的两条链分别记为Ⅰ、Ⅱ,通过复制新合成子链a、b、c,其中c比b先合成。下列叙述错误的是 ( )
A.合成子链a、b、c时,都需要引物
B.子链a的合成方向是从右端向左端延伸
C.合成子链a、b、c时需要DNA聚合酶
D.子链a、b、c合成后,Ⅰ链与Ⅱ链重新形成双链结构
D
解析:DNA复制过程中,DNA聚合酶需要引物来启动新链的合成,引物通常是一段短核酸序列,为DNA聚合酶提供3'-OH末端,以便开始延伸,A正确;Ⅰ的右边为3'端,子链与模板链方向相反,DNA复制时,子链沿5'→3'方向延伸,题图中子链a的合成方向是从右端向左端延伸,B正确;新链合成均需DNA聚合酶催化,C正确;DNA复制是半保留复制,两条模板链不会重新形成双链结构,而是各自与其新合成子链配对形成新的双链结构,D错误。
4.(2026·辽宁高三阶段练习)大肠杆菌可以在快生长和慢生长之间切换(如图),在营养丰富的条件下可进行快生长。大肠杆菌的基因组DNA约为4.6×106 bp,DNA的复制叉移动速度大约为每分钟5×104 bp。下列相关叙述和推断错误的是 ( )
A.慢生长时,DNA复制为单起点双向复制
B.慢生长时,DNA完成复制需要大约46分钟
C.快生长时,1个DNA分子经过2轮复制后得到8个DNA分子
D.快生长情况下,细菌在上一次复制未结束时DNA已经开始新一轮复制
C
解析:由题图可知,大肠杆菌慢生长时,DNA复制为单起点双向复制,A正确;DNA 的复制叉移动速度大约为每分钟5×104 bp,且为双向复制,完成时间为4.6×106÷(5×104×2)=46分钟,B正确;快生长时,1个DNA分子复制1次得到2个DNA,则经过2轮复制后得到4个DNA,C错误;由题图可知,快生长情况下,细菌在上一次复制未结束时DNA已经开始新一轮复制,
D正确。
考向3 DNA复制过程中的有关计算
5.(2026·广东佛山模拟)用15N标记含有100个碱基对的DNA分子(其中有腺嘌呤60个),该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次。下列有关判断错误的是 ( )
A.含有15N的DNA分子有两个
B.含有14N的DNA分子占总数的7/8
C.第4次复制消耗胞嘧啶脱氧核苷酸320个
D.复制共产生16个DNA分子
B
解析:由于DNA分子的复制是半保留复制,不管复制几次,最终子代DNA有两个保留亲代DNA的2条母链,故最终有两个子代含15N,A正确;该DNA分子是在含14N的培养基中复制的,新形成的子链均含有14N,故DNA分子都含14N,比例为1,B错误;根据碱基互补配对原则,DNA分子中腺嘌呤有60个,则胞嘧啶有40个,第4次复制需消耗胞嘧啶脱氧核苷酸24-1×40=320(个),C正确;1个DNA分子经过4次复制,共产生24=16(个)DNA分子,D正确。
6.(多选)将某种细菌培养在含有3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基上一段时间,检测发现细菌的拟核中含有两种类型的DNA分子
(如图所示),虚线表示含放射性的脱氧核苷酸链。下列说法正确的是 ( )
A.细菌拟核DNA第一次复制后产生的DNA分子为乙类型
B.细菌拟核DNA第三次复制后产生的DNA分子为甲、乙
两种类型,比例为1∶3
C.细菌拟核DNA复制n次产生的含有放射性脱氧核苷酸链的数目为(-2)条
D.若该细菌拟核DNA含有的碱基数目为m,其中胸腺嘧啶的数目为a,则第n次复制需要鸟嘌呤脱氧核苷酸的数目为[(2n-1)×(m-2a)]/2个
BC
解析:根据题意可知,细菌拟核DNA第一次复制后产生的DNA分子为甲类型,A错误;细菌拟核DNA第三次复制后产生的DNA分子有8个,其中有2个为甲类型,因此甲、乙两种类型的比例为1∶3,B正确;细菌拟核DNA复制n次产生的含有放射性脱氧核苷酸链的数目为2n×2-2=(-2)条,C正确;若该细菌拟核DNA含有的碱基数目为m,其中胸腺嘧啶的数目为a,则第n次复制需要鸟嘌呤脱氧核苷酸的数目为×[(m-2a)/2]个,D错误。
“数学模型法”分析DNA复制的数量关系
题后归纳
一个亲代DNA连续复制n次后,则:
(1)子代DNA分子数:2n个
①无论复制多少次,含15N的DNA分子始终是2个。
②含14N的DNA分子有2n个,只含14N的DNA分子有(2n-2)个。
(2)子代DNA分子总链数:2n×2=2n+1条
①无论复制多少次,含15N的链始终是2条。
②含14N的链数是(2n+1-2)条。
(3)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,则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸数为m×(2n-1)个。
②若进行第n次复制,则需消耗游离的该脱氧核苷酸数为m×2n-1个。
真题 演练感悟
2
3
1
1.(2025·贵州卷,5)如图为核酸的部分结构及遗传信息传递过程的示意图。下列叙述正确的是 ( )
A.图中箭头所指碳原子上连接的基团是—OH
B.甲链中相邻两个五碳糖通过磷酸二酯键连接
C.若图中序列编码一个氨基酸,则其密码子为UAC
D.遗传信息可以从甲链流向乙链,但不能从乙链流
向甲链
B
4
2
3
1
解析:题图中含有尿嘧啶和胸腺嘧啶,应该代表的是转录(或逆转录)过程,图中箭头所指碳原子为脱氧核糖的2号碳原子,其上连接的基团是—H,A错误;甲链中相邻两个五碳糖通过磷酸二酯键连接,B正确;若题图中序列编码一个氨基酸,即图示过程为转录过程,则其密码子为5'-CAU-3'(密码子读取的方向是5'→3'),C错误;遗传信息通过转录过程从甲链流向乙链,还可通过逆转录过程从乙链流向甲链,D错误。
4
2
3
1
2.(2025·北京卷,5)1958年,Meselson和Stahl通过15N标记DNA的实验,证明了DNA的半保留复制。关于这一经典实验的叙述,正确的是 ( )
A.因为15N有放射性,所以能够区分DNA的母链和子链
B.得到的DNA带的位置有三个,证明了DNA的半保留复制
C.将DNA变成单链后再进行离心也能得到相同的实验结果
D.选择大肠杆菌作为实验材料是因为它有环状质粒DNA
B
4
2
3
1
解析:15N没有放射性,与14N是氮元素的两种稳定同位素,这两种同位素的相对原子质量不同,可通过离心技术区分含不同氮元素的DNA,进而区分DNA的母链和子链,A错误;在15N标记 DNA 的实验中,得到的 DNA 带的位置有轻带(两条链都含14N)、中带(一条链含14N,一条链含15N)、重带(两条链都含15N)三个,根据不同代DNA在离心后出现的这些带的位置和比例,证明了 DNA 的半保留复制,B正确;若将DNA解链为单链后离心,无论是全保留还是半保留复制,都是只有两条条带,不能证明DNA的半保留复制,C错误;选择大肠杆菌作为实验材料是因为大肠杆菌繁殖快,容易培养,能在短时间内获得大量的子代,便于观察实验结果,而不是因为它有环状质粒DNA,D错误。
4
2
3
1
3.(2023·山东卷,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
D
4
2
3
1
解析:据题图分析,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,若②比①长的部分不含碱基A和T,则①中A、T之和与②中A、T之和相等,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,即丙时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时,①的5'端指向解旋方向,那么另一条母链合成子链时,②的3'端指向解旋方向,其模板链5'端指向解旋方向,D错误。
4
2
3
1
4.(2023·海南卷,13)噬菌体ΦX174的遗传物质为单链环状DNA分子,部分序列如图。
下列有关叙述正确的是 ( )
A.D基因包含456个碱基,编码
152个氨基酸
B.E基因中编码第2个和第3个氨基酸的碱基序列,其互补DNA序列是5'-GCGTAC-3'
C.噬菌体ΦX174的DNA复制需要DNA聚合酶和4种核糖核苷酸
D.E基因和D基因的编码区序列存在部分重叠,且重叠序列编码的氨基酸序列相同
4
B
2
3
1
解析:根据题图可知,D基因编码152个氨基酸,但D基因还包含终止密码子对应序列,故D基因包含459个碱基,A错误;E基因中编码第2个和第3个氨基酸的碱基序列为5'-GTACGC-3',则其互补DNA序列是5'-GCGTAC-3',B正确;DNA的基本单位是脱氧核糖核苷酸,噬菌体ΦX174的DNA复制需要DNA聚合酶和4种脱氧核糖核苷酸,C错误;E基因和D基因的编码区序列存在部分重叠,但重叠序列编码的氨基酸序列不相同,D错误。
4
$