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1、 第 19 讲 DNA 的分子结构和特点、遗传信息的传递 考试标准 知识内容 必考要求 加试要求 DNA 的分子结构和特点(1)核酸分子的组成(2)DNA 分子的结构和特点(3)活动：制作 DNA 双螺旋结构模型 a b b a b b 遗传信息的传递(1)DNA 分子的复制(2)活动：探究 DNA 的复制过程 b c b c 考点一 DNA 分子的结构及相关计算 1DNA 分子的化学组成(1)基本组成元素：C、H、O、N、P。(2)基本单位 2DNA 分子的结构(1)主要特点 两条脱氧核苷酸长链反向平行盘旋而成。脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。两条链上的碱基
2、通过氢键连接成碱基对，例如：AT或TAGC或CG遵循碱基互补配对原则(2)空间结构：规则的双螺旋结构。3DNA 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：不同的 DNA 分子中脱氧核苷酸数目不同，排列顺序多种多样。若某 DNA 分子中有 n 个碱基对，则排列顺序有 4n种。(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。诊断与思考 1判断下列叙述的正误(1)沃森和克里克研究 DNA 分子的结构时，运用了构建物理模型的方法()(2)富兰克林和威尔金斯对 DNA 双
3、螺旋结构模型的建立也作出了巨大的贡献()(3)双链 DNA 分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的()(4)嘌呤碱基与嘧啶碱基的结合保证了 DNA 分子空间结构的相对稳定()(5)DNA 分子中两条脱氧核苷酸链之间的碱基一定是通过氢键连接的()(6)含有 G、C 碱基对比较多的 DNA 分子热稳定性较差()(7)分子大小相同、碱基含量相同的核酸分子所携带的遗传信息一定相同()2据图回答相关问题：(1)基本结构 由磷酸、脱氧核糖、含氮碱基组成，三者之间的数量关系为 111。磷酸：每个 DNA 片段中，游离的磷酸基团有 2 个。(2)水解产物 DNA 的初步水解产物是脱氧核苷酸，彻底水解产物是
4、磷酸、脱氧核糖和含氮碱基。(3)DNA 分子中存在的化学键 氢键：碱基对之间的化学键，可用解旋酶断裂，也可加热断裂，A 与 T 之间有两个氢键，G 与 C 之间有三个氢键。磷酸二酯键：磷酸和脱氧核糖之间的化学键，用限制性核酸内切酶处理可切断，用 DNA连接酶处理可连接。(4)碱基对数与氢键数的关系 若碱基对数为 n，则氢键数为 2n3n，若已知 A 有 m 个，则氢键数为 3nm。3据图分析 DNA 分子结构中的碱基计算 (1)在双链 DNA 分子中，互补碱基两两相等，AT，CG，AGCT，即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。(2)在双链 DNA 分子中，互补的两碱基之和(如 AT 或 CG)占全
5、部碱基的比例等于其任何一条单链中这两种碱基之和占该单链中碱基数的比例。(3)DNA 分子一条链中(AG)(CT)的比值的倒数等于互补链中该种碱基的比值，在整个DNA 分子中该比值等于 1。(不配对的碱基之和的比值在两条单链中互为倒数)(4)DNA 分子一条链中(AT)(CG)的比值等于其互补链和整个 DNA 分子中该种比例的比值。(配对的碱基之和的比值在两条单链和双链中比值都相等)(5)不同生物的 DNA 分子中互补配对的碱基之和的比值不同，即(AT)(CG)的值不同。该比值体现了不同生物 DNA 分子的特异性。(6)若已知 A 占双链的比例为 c%，则 A1单链的比例无法确定，但最大值可求出
6、为 2c%，最小值为 0。题组一 DNA 分子的结构分析 11953 年 Watson 和 Crick 构建了 DNA 双螺旋结构模型，其重要意义在于()证明 DNA 是主要的遗传物质 确定 DNA 是染色体的组成成分 发现 DNA 如何贮存遗传信息 为 DNA 复制机制的阐明奠定基础 A B C D 答案 D 解析 沃森和克里克提出的 DNA 双螺旋结构模型的特点是：(1)DNA 分子由两条链组成，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构；(2)两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对有一定的规律：A 一定与 T 配对，G 一定与 C 配对。DNA 中碱基对排列顺序可以千变万化，这为解
7、释 DNA 如何贮存遗传信息提供了依据；一个 DNA 分子之所以能形成两个完全相同的 DNA 分子，其原因是 DNA 分子的双螺旋结构为复制提供了精确的模板，碱基互补配对原则保证复制精确完成，所以 DNA 双螺旋结构模型的构建为人们后来阐明 DNA 复制的机理奠定了基础。2如图表示一个 DNA 分子的片段，下列有关表述正确的是()A代表的物质中贮存着遗传信息 B不同生物的 DNA 分子中的种类无特异性 C转录时该片段的两条链都可作为模板链 DDNA 分子中 A 与 T 碱基对含量越高，其结构越稳定 答案 B 解析 遗传信息蕴藏在 4 种脱氧核苷酸的排列顺序之中，单个核苷酸则不能贮存遗传信息，A
8、 项错误；不同生物的 DNA 均由 4 种脱氧核苷酸(包括)组成，B 项正确；转录时以其中的一条链为模板，C 项错误；由于 CG 碱基对含 3 个氢键，所以 CG 碱基对含量越高，DNA越稳定，D 项错误。题组二 DNA 分子结构中的碱基计算 3某双链 DNA 分子中含有 200 个碱基，一条链上 ATGC1234，则该 DNA分子()A四种含氮碱基 ATGC4477 B若该 DNA 中 A 为 p 个，占全部碱基的nm(m2n)，则 G 的个数为pm2np C碱基排列方式共有 4200种 D含有 4 个游离的磷酸 答案 B 解析 该 DNA 分子的一条链上 ATGC1234，另一条链上 AT
9、GC2143，整个 DNA 分子中 ATGC3377；若该 DNA 中 A 为 p 个，占全 部碱基的nm，则碱基总数为pmn个，则 G碱基总数2p2pmn2p2pm2np；该 DNA 分子含有 100 个碱基对，30 个 AT 碱基对，70 个 GC 碱基对，碱基排列方式少于 4100种；一个DNA 分子由两条 DNA 链组成，含 2 个游离的磷酸。4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(AC)(TG)0.4，
10、互补链中的此值是_。(4)一条链中(AT)(CG)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。答案(1)30%(2)60%(3)2.5(4)0.4(5)1.5P 解析(1)由双链 DNA 分子的嘌呤碱基数占总碱基数的一半可知：AG50%，因而 G 占30%。(2)由双链 DNA 分子 A 占 20%可知：该 DNA 分子中(AT)占 40%，(CG)占 60%，对任意一条链而言，某种碱基所占比例的最大值即该对碱基所占的比例，因而，C 最多占该链的 60%。(3)由双链 DNA 中，一条链中的(AC)(TG)与另一条链中的该比
11、值互为倒数可知：其互补链中的(AC)(TG)10.42.5。(4)由于双链 DNA 及任意一条链中的(AT)(CG)为一定值，可知其互 补链中的(AT)(CG)0.4。(5)若 A 有 P 个，占全部碱基数的 20%，则 DNA 分子的总碱基数为 P20%5P(个)，而由双链 DNA 分子的嘌呤碱基数占总碱基数的一半可知：G 占总碱基数的 50%20%30%，则 G 有 5P30%1.5P(个)。1把握 DNA 结构的 3 个常考点(1)数量关系 每个DNA分子片段中，游离磷酸基团有2个AT对间有二个氢键，GC对间有三个氢键脱氧核糖数磷酸数含氮碱基数 2DNA 分子中有关碱基比例计算的解题步骤
12、 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。考点二 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：有丝分裂的间期或减数第一次分裂前的间期。3过程 4特点：边解旋边复制。5方式：半保留复制。6结果：形成两个完全相同的 DNA 分子。7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。诊断与思考 1判断下列叙述的正误(1)D
13、NA 复制遵循碱基互补配对原则，新合成的 DNA 分子中两条链均是新合成的()(2)DNA 双螺旋结构全部解旋后，开始 DNA 的复制()(3)单个脱氧核苷酸在 DNA 酶的作用下连接合成新的子链()(4)DNA 复制时，严格遵循 AU、CG 的碱基互补配对原则()2如图为真核细胞 DNA 复制过程的模式图，据图回答相关问题：(1)由图示得知，DNA 分子复制的方式具有什么特点？提示 半保留复制。(2)图示中的解旋酶和 DNA 聚合酶各有什么作用？提示 前者使氢键打开，DNA 双链发生解旋；后者催化形成新的子链。3DNA 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
14、制 n 代，其结构分析如下：(1)子代 DNA 分子数为 2n个。含有亲代链的 DNA 分子数为 2 个。不含亲代链的 DNA 分子数为(2n2)个。含子代链的 DNA 分子数为 2n个。(2)子代脱氧核苷酸链数为 2n1条。亲代脱氧核苷酸链数为 2 条。新合成的脱氧核苷酸链数为(2n12)条。(3)消耗脱氧核苷酸数 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(2n1)个。第 n 次复制所需该脱氧核苷酸数为 m2n1个。题组一 DNA 复制过程的分析 1下图为真核生物染色体上 DNA 分子复制过程示意图，有关叙述错误的是()A图中 DNA 分子
15、复制是从多个起点同时开始的 B图中 DNA 分子复制是边解旋边双向复制的 C真核生物 DNA 分子复制过程需要解旋酶 D真核生物的这种复制方式提高了复制速率 答案 A 解析 从图中能看出有多个复制起点，但并不是同时开始，所以 A 错误。图中 DNA 分子复制是边解旋边双向复制的，真核生物 DNA 分子复制过程需要解旋酶、DNA 聚合酶等酶的参与。这种半保留复制的模式不仅保持前后代的稳定性，同时每次复制都可产生两个 DNA 分子，提高了复制速率。2 在 DNA 复制开始时，将大肠杆菌放在含低剂量3H 标记的脱氧胸苷(3HdT)的培养基中，3HdT 可掺入正在复制的 DNA 分子中，使其带有放射性
16、标记。几分钟后，将大肠杆菌转移到含高剂量3HdT 的培养基中培养一段时间。收集、裂解细胞，抽取其中的 DNA 进行放射性自显影检测，结果如图所示。据图可以作出的推测是()A复制起始区在高放射性区域 BDNA 复制为半保留复制 CDNA 复制从起始点向两个方向延伸 DDNA 复制方向为 ac 答案 C 解析 根据放射性自显影结果可知，中间低放射性区域是复制开始时在含低剂量3H 标记的脱氧胸苷(3HdT)的培养基中进行复制的结果，A 项错误；两侧高放射性区域是将大肠杆菌转移到含高剂量3HdT 的培养基中进行复制的结果，因此可判断 DNA 复制从起始点(中间)向两个方向延伸，C 项正确，D 项错误；
17、该实验不能证明 DNA 复制为半保留复制，B 项错误。题组二 DNA 复制的相关计算 3用15N 标记含有 100 个碱基对的 DNA 分子，其中有胞嘧啶 60 个。该 DNA 分子在含14N的培养基中连续复制 4 次，其结果可能是()A含有14N 的 DNA 占 100%B复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸 640 个 C含15N 的链占 18 D子代 DNA 中嘌呤与嘧啶之比是 23 答案 A 解析 在14N 培养基中连续复制 4 次，得到 2416 个 DNA 分子，32 条链，其中含14N 的DNA 占 100%，含15N 的链有 2 条，占 116，A 项正确，C 项错误；根据已知条
18、件，每个 DNA 分子中腺嘌呤脱氧核苷酸有1002602240 个，复制过程中消耗 A40(241)600个，B 项错误；每个 DNA 分子中嘌呤和嘧啶碱基互补配对，两者之比是 11，D 项错误。4假设一个双链均被32P 标记的噬菌体 DNA 由 5000 个碱基对组成，其中腺嘌呤占全部碱基的 20%。用这个噬菌体侵染只含31P 的大肠杆菌，共释放出 100 个子代噬菌体。下列叙述正确的是()A该过程至少需要 3105个鸟嘌呤脱氧核苷酸 B噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶等 C含32P 与只含31P 的子代噬菌体的比例为 149 D该 DNA 发生突变，其控制的性状即发生改变 答案 C 解
19、析 由题干可得，噬菌体的 DNA 含有 10000 个碱基，那么 AT2000，GC3000。在噬菌体增殖的过程中，DNA 进行半保留复制，100 个子代噬菌体含有 100 个 DNA，相当于新合成了 99 个 DNA，至少需要鸟嘌呤(G)脱氧核苷酸数为 993000297000，A 项错误；噬菌体增殖的过程中需要自身的 DNA 作为模板，而原料和酶由细菌提供，B 项错误；根据半保留复制方式，在 100 个子代噬菌体的 DNA 中，同时含32P 和31P 的有 2 个，只含31P 的有 98 个，C 项正确；DNA 发生突变，控制的性状不一定改变，如 AA 突变为 Aa 或者发生密码子的简并性
20、等，D 项错误。题组三 DNA 复制与细胞分裂的关系 5取小鼠睾丸中的一个精原细胞，在含3H 标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续完成减数分裂过程。下列有关叙述正确的是()A初级精母细胞中每条染色体的两条染色单体都被标记 B次级精母细胞中每条染色体都被标记 C只有半数精细胞中有被标记的染色体 D所有精细胞的全部染色体中，被标记的染色体数与未被标记的染色体数相等 答案 D 解析 一个精原细胞在含3H 标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期后，形成的子细胞中每条染色体的 DNA 分子中都只有一条单链被标记。将该子细胞放在不含放射性标记的培养
21、基中完成减数分裂过程中，初级精母细胞中每条染色体上只有一条染色单体被 标记；在减数第二次分裂后期，次级精母细胞中只有一半染色体被标记；由于在减数第二次分裂后期着丝粒分裂后，被标记的染色体和未被标记的染色体进行随机结合后移向细胞两极，因此，含被标记的染色体的精细胞占全部精细胞的比例不能确定，但所有精细胞的全部染色体中有一半染色体是被标记的。6用32P 标记了玉米体细胞(含 20 条染色体)的 DNA 分子双链。再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养，在第二次细胞分裂完成后每个细胞中被32P 标记的染色体条数是()A0 条 B20 条 C大于 0 小于 20 条 D以上都有可能 答案 D 解析
22、第一次细胞分裂完成后形成的细胞中，DNA 双链均是一条链含有32P，另一条链不含32P，第二次细胞分裂的间期，染色体复制后每条染色体上都是一条染色单体含32P，一条染色单体不含32P，有丝分裂后期，姐妹染色单体分离，如果含32P 的 20 条染色体同时移向细胞的一极，不含32P 的 20 条染色体同时移向细胞的另一极，则产生的子细胞中被32P 标记的染色体条数分别是 20 条和 0 条；如果移向细胞两极的 20 条染色体中既有含32P 的，也有不含32P 的，则形成的子细胞中被32P 标记的染色体条数大于 0 小于 20 条。1将含有15N 标记的 1 个 DNA 分子放在含有14N 的培养基
23、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(2n2)个，做题时看准是“含”还是“只含”。(2)子代 DNA 分子中，总链数为 2n22n1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，如下图：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。考点三(活动)探究 DNA 的复制过程 1实验材料：大
24、肠杆菌。2实验方法：放射性同位素标记技术和离心技术。3实验假设：DNA 分子以半保留的方式复制。4实验过程：如图所示。(1)大肠杆菌在含15N 标记的 NH4Cl 培养基中增殖多代，使 DNA 双链充分被15N 标记。(2)将15N 标记的大肠杆菌转移到含14N 的培养基中培养。(3)在不同时刻收集大肠杆菌并提取 DNA(间隔的时间为大肠杆菌增殖一代所需的时间)。(4)将提取的 DNA 进行离心，记录离心后试管中 DNA 的位置。5实验预期：离心后应出现 3 种类型的 DNA 带。(1)重带(密度最大)：两条链都被15N 标记的亲代双链 DNA(15N15N)。(2)中带(密度居中)：一条链被
25、15N 标记，另一条链被14N 标记的子代双链 DNA(15N14N)。(3)轻带(密度最小)：两条子链都被14N 标记的子代双链 DNA(14N14N)。6实验结果：与预期的相符(如图)。(1)立即取出，提取 DNA离心全部重带(15N15N)。(2)增殖一代后取出，提取 DNA离心全部中带(14N15N)。(3)增殖两代后取出，提取 DNA离心12 轻带、12 中带。7实验结论：DNA 的复制是以半保留方式进行的。题组 DNA 复制方式的实验探究 1DNA 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
26、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14NDNA(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15NDNA(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(和)，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(14N14N)相比，子代能分辨出两条 DNA 带：一条_带和一条_带，则可以排除_。(2)如果子代只有一条中密度带，则可以排除 _，但不能肯定是_ _。(3)如果子代只有一条中密度带，再继续做子代 DNA 密度
27、鉴定：若子代可以分出_和_，则可以排除分散复制，同时肯定半保留复制；如果子代不能分出 _密度 两条带，则排除 _，同时确定为_。答案(1)轻(14N14N)重(15N15N)半保留复制和分散复制(2)全保留复制 半保留复制或分散复制(3)一条中密度带 一条轻密度带 中、轻 半保留复制 分散复制 解析 从题目中的图示可知，深色为亲代 DNA 的脱氧核苷酸链(母链)，浅色为新形成的子代DNA 的脱氧核苷酸链(子链)。因此全保留复制后得到的两个 DNA 分子，一个是原来的两条母链重新形成的 DNA 分子，一个是两条子链形成的 DNA 分子；半保留复制后得到的每个子代 DNA 分子的一条链为母链，一条
28、链为子链；分散复制后得到的每个子代 DNA 分子的单链都是由母链片段和子链片段间隔连接而成的。2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。组别 1 组 2 组 3 组 4 组 培养液中 唯一氮源 14NH4Cl 15NH4Cl 14NH4Cl 14NH4Cl 繁殖代数 多代 多代 一代 两代 培养产物 A B B 的子代 B 的子代 操作 提取 DNA 并离心 离心 结果 仅为轻带(14N14N)仅为重带(15N15N)仅为中带(15N14N)12 轻带(14N14N)12 中带(15N14N)请分析并回答：(1)
29、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：若 B 的子代 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。若将 B 的子代 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。若在同等条件下将 B 的子代继续培养，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。若某次实验的结果中，B 的子代 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_。答案(1)多 15N(15NH4Cl)(2)3 1 2 半保留复制(3)B 半保留 不能 没有变化 轻 15N 解析 在探究 DNA 分子的复制方式为半保留复制的实验中，“重带”应为两条单链均被15N标记，“轻带”为两条单链均被14N 标记，“中带”为一条单链被14N 标记，另一条单链被15N 标记。