2019人教版高三生物大一轮总复习：第19讲DNA的结构、复制和基因的本质精品教育 doc

考点一　DNA分子的结构和相关计算　　　　　　　　　　　　　　

1．DNA分子的结构

(1)元素组成：C、H、O、N、P。

(2)基本单位：

(3)平面结构

①基本骨架：磷酸、脱氧核糖交替连接而成的反向平行长链。

②碱基对：

(4)空间结构：规则的双螺旋结构。

2．DNA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分子的特定的碱基对排列顺序，代表了特定的遗传信息。

(1)DNA分子中存在几种化学键，这些化学键分别是如何形成和断开的？

提示：①

②磷酸二酯键

(2)如何根据碱基的种类和比例确定核酸的类型？

提示：根据碱基的种类确定是DNA还是RNA，若含有碱基U则是RNA，若含有碱基T而不含有碱基U，则是DNA；根据碱基的比例确定是单链还是双链，若嘌呤数/嘧啶数＝1，则一般是双链，若嘌呤数/嘧啶数≠1，则是单链。

1．DNA分子的结构分析

(1)图解核酸的结构层次

(2)准确辨析DNA分子的两种关系和两种化学键

①

②

③

2．碱基互补配对原则及相关计算

DNA碱基互补配对原则是指在DNA分子形成碱基对时，A一定与T配对，G一定与C配对的一一对应关系。

推论如下：

(1)双链DNA分子中嘌呤总数与嘧啶总数相等，即A＋G＝T＋C。简记：“DNA分子中两个非互补碱基之和是DNA分子总碱基数的一半”。

(2)在双链DNA分子中，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。

设在双链DNA分子中的一条链上A1＋T1＝n%，则⇒A1＋T1＝A2＋T2＝n%，所以A＋T＝A1＋A2＋T1＋T2＝＝n%。

简记为“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等”。

(3)双链DNA分子中，非互补碱基之和所占比例在两条互补链中互为倒数。

设双链DNA分子中，一条链上，＝m，

则＝＝m，互补链中＝。

简记为：“DNA两条互补链中，不配对两碱基之和的比值乘积为1”。

(4)双链DNA分子中，若＝b%，

则＝%。

【误区警示】

(1)DNA初步水解产物是4种脱氧核苷酸，彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。

(2)如果已知A占双链的比例为c%，则A1/单链的比例无法确定，但是可以求出其最大值为2c%，最小值为0。

(3)不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值不同，即(A＋T)/(C＋G)的值不同。

1．(2019·上海高考)在DNA分子模型的搭建实验中，若仅用订书钉将脱氧核糖、磷酸、碱基连为一体并构建一个含10对碱基(A有6个)的DNA双链片段，那么使用的订书钉个数为(　　)

A．58　　　　B．78　　　　C．82　　　　D．88

(1)关键知识：脱氧核糖、磷酸、碱基的连接方式，碱基对的连接方式。

(2)隐含信息：A—T对含2个氢键，G—C对含3个氢键。

【解析】　构成一个脱氧核苷酸需要2个订书钉，20个脱氧核苷酸总共需要40个订书钉；一条DNA单链需要9个订书钉连接10个脱氧核苷酸，两条链共需要18个订书钉；A—T之间有2个氢键，G—C之间有3个氢键，已知A有6个，则可知有6个A—T,4个G—C，双链间的氢键数共有6×2＋4×3＝24个。总共需要订书钉40＋18＋24＝82个。

【答案】　C

高考母题变式　

变式1　碱基数目计算

上题中DNA片段，鸟嘌呤占DNA单链的最大比例是40%。

变式2　DNA稳定性分析

DNA分子中G—C碱基对含量越高，结构稳定性越大的原因是什么？

A和T之间有2个氢键，C和G之间有3个氢键，所以DNA分子中G—C碱基对含量越高，其结构稳定性相对越大。

2．(2019·济南模拟)如图为DNA分子部分结构示意图，以下叙述正确的是(　　)

A．DNA的稳定性与⑤有关，生物体内DNA解旋酶、RNA聚合酶、DNA聚合酶、逆转录酶等可以断开⑤

B．④是一个胞嘧啶脱氧核苷酸

C．DNA连接酶可催化⑥或⑦键形成

D．A链、B链的方向相反，骨架是磷酸和脱氧核糖

解答本题应关注两个方面：

(1)正确识别DNA的平面结构。

(2)明确DNA结构中一个完整脱氧核苷酸的组成，如图中的②③和其下方的磷酸基团组成一个完整脱氧核苷酸，而不是与①组成一个完整脱氧核苷酸。

【解析】　结构图中①②③分别表示磷酸、脱氧核糖、胞嘧啶。磷酸和脱氧核糖的相间排列构成了DNA分子的基本骨架，A链、B链方向相反。图中①②③不是同一个脱氧核苷酸分子的组成成分，其中①是上面一个脱氧核苷酸的组成成分。⑤是氢键，生物体内的解旋酶和RNA聚合酶可将其断开，并且RNA聚合酶和DNA聚合酶及逆转录酶分别将核糖核苷酸、脱氧核苷酸、脱氧核苷酸连接成核苷酸链。

【答案】　D

3．(2019·山东理综)某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成，根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图，下列正确的是(　　)

【解析】　根据DNA分子的结构特点可知，若DNA分子双链中(A＋T)/(C＋G)的比值均为m，则每条链中(A＋T)/(C＋G)比值为m，由此可判断C正确、D错误；DNA分子中(A＋C)/(T＋G)＝1，而每条链中的(A＋C)/(T＋G)不能确定，但两条链中(A＋C)/(T＋G)的比值互为倒数，故A、B错误。

【答案】　C

【解题归纳】

DNA分子结构的分析思路

(1)明确DNA分子中基本组成单位的连接：在DNA分子单链中，两个基本组成单位之间是通过磷酸二酯键相连的，该键也是限制酶、DNA连接酶和DNA聚合酶的作用部位，如题组2C项中DNA连接酶只能催化⑦的形成。

(2)明确DNA分子中磷酸、脱氧核糖和碱基的数目：在整个DNA分子中，磷酸、脱氧核糖和碱基三者的数目相同，并且每个DNA分子片段中含有2个游离的磷酸，且分别存在于脱氧核苷酸链的一端。

考点二　DNA分子的复制　

1．概念

以DNA两条链为模板，合成子代DNA的过程。

2．时间

有丝分裂间期、减数第一次分裂前的间期。

3．过程

4．特点

(1)复制方式为半保留复制。

(2)边解旋边复制。

5．意义

使遗传信息从亲代传给子代，保持了遗传信息的连续性。

(1)所有的细胞都存在核DNA分子复制吗？复制后的两个子DNA将在细胞分裂的何时分开？

提示：不一定。如哺乳动物成熟的红细胞因为无细胞核和各种细胞器而不能进行核DNA分子复制；不分裂的细胞不存在DNA分子复制。复制后的两个子DNA分子将在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝点分裂时，随两单体分离而分开，分别进入两个子细胞中。

(2)不同生物中DNA分子复制的场所都相同吗？

提示：不都相同。真核生物中，DNA分子复制的场所有细胞核、线粒体、叶绿体；原核生物中，DNA分子复制的场所有拟核、细胞质。

1．相关计算

DNA复制为半保留复制，若将亲代DNA分子复制n代，其结果分析如下：

(1)子代DNA分子数为2n个。

①含有亲代链的DNA分子数为2个。

②不含亲代链的DNA分子数为2n－2个。

③含子代链的DNA分子数为2n个。

(2)子代脱氧核苷酸链数为2n＋1条。

①亲代脱氧核苷酸链数为2条。

②新合成的脱氧核苷酸链数为2n＋1－2条。

(3)消耗的脱氧核苷酸数。

①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·(2n－1)个。

②第n次复制所需该脱氧核苷酸数为m·2n－1个。

2．利用图示法理解细胞分裂与DNA复制相结合的知识

最后形成的4个子细胞有三种情况：

第一种情况：4个细胞都是；

　 第二种情况：2个细胞是,1个细胞是,1个细胞是；

第三种情况：2个细胞是,2个细胞是。

【误区警示】

(1)由于染色体着丝点分裂后形成的两子染色体移向哪一极是“随机”的，故移向同一极的染色体其双链DNA所带的放射性状况应由每条染色体两单体如何移动决定，决不可将所有染色体的单体移动“统一”看待。

(2)性原细胞进行减数分裂时DNA只进行一次复制，复制后的子代DNA在减数第二次分裂后期分开，分别进入两个精细胞(或一个卵细胞和极体或两个极体)中。

4．(2019·新课标全国卷Ⅱ)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

【解析】　因为该物质可使DNA双链不能解开，DNA复制时需要解旋，所以若在细胞培养液中加入该物质，会导致细胞中DNA复制发生障碍，A正确；由于RNA是在细胞核中以DNA一条链为模板合成的，因此，RNA转录前需要DNA解旋，B正确；因为该物质使DNA复制不能完成，所以可将细胞周期阻断在分裂间期，C错误；该物质能抑制DNA复制，因此，可抑制癌细胞增殖，D正确。

【答案】　C

5．用15N标记含有100个碱基对的双链DNA分子，其中有胞嘧啶60个。该DNA分子在含有14N的培养基中连续复制4次，其结果不可能是(　　)

A．含有15N的DNA分子占1/8

B．复制过程中需要腺嘌呤脱氧核苷酸600个

C．含有14N的DNA分子占7/8

D．复制结果共产生16个DNA分子

解答本题的关键是明确以下两点：

(1)用15N标记的DNA作模板，含14N的培养基为原料。

(2)该DNA分子中含有100个碱基对，即200个碱基。

【解析】　DNA连续复制4次，形成16个DNA分子，其中有2个含15N，所有的DNA分子都含14N；最初的DNA分子中含腺嘌呤脱氧核苷酸为(2×100－2×60)÷2＝40个，复制4次，共需40×15＝600个腺嘌呤脱氧核苷酸。

【答案】　C

6．某高等动物的一个细胞中DNA分子的双链均被32P标记(不考虑细胞质DNA)，将其放在含31P的细胞培养液中培养，正确的是(　　)

A．若该细胞进行有丝分裂，则完成一个细胞周期后产生的子细胞100%具有放射性

B．若该细胞进行无丝分裂，则产生的子细胞均不具有放射性

C．若该细胞是精原细胞，则其进行减数分裂产生的子细胞50%具有放射性

D．若该细胞为精细胞，则其增殖产生的子细胞具有放射性

【解析】　依据DNA分子的半保留复制，细胞进行一次有丝分裂后，子细胞内所有染色体均具有放射性；细胞进行无丝分裂时DNA分子也进行复制，子细胞内也会出现放射性；精原细胞中DNA分子经半保留复制后，产生的精细胞全部具有放射性；高等动物的精细胞一般不分裂。

【答案】　A

7．下图为真核细胞内某基因(15N标记)的结构示意图，该基因全部碱基中A占20%。下列说法正确的是(　　)

A．该基因一定存在于细胞核内的染色体DNA上

B．该基因的一条核苷酸链中(C＋G)/(A＋T)为3 2

C．DNA解旋酶只作于①部位，限制性核酸内切酶只作用于②部位

D．将该基因置于14N培养液中复制3次后，含15N的DNA分子占1/8

【解析】　真核细胞中的DNA主要存在于细胞核内的染色体中，少量存在于线粒体、叶绿体中；由双链DNA中A(腺嘌呤)占20%，且DNA中A＝T、C＝G可知，C＋G＝100%－(A＋T)＝60%，故该基因中(C＋G)/(A＋T)＝3 2＝该基因一条核苷酸链中(C＋G)/(A＋T)；DNA解旋酶破坏的是碱基对之间的氢键(即②)，而限制性核酸内切酶以及DNA连接酶作用于DNA分子中磷酸与脱氧核糖之间的共价键；15N标记的DNA在14N培养液中培养，复制3次后，含15N的DNA占2/23＝1/4。

【答案】　B

8．将全部DNA分子双链经32P标记的雄性动物细胞(染色体数为2N)置于不含32P的培养基中培养。经过连续3次细胞分裂后产生8个子细胞，检测子细胞中的情况。下列推断正确的是(　　)

A．若只进行有丝分裂，则含32P染色体的子细胞比例一定为1/2

B．若进行一次有丝分裂再进行一次减数分裂，则含32P染色体的子细胞比例至少占1/2

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都不含32P，则一定进行减数分裂

【解析】　若该生物细胞内含一对染色体，且只进行有丝分裂，分裂三次形成8个细胞，则含放射性DNA的细胞最多有4个，占1/2；若该生物只有一对染色体，其进行一次有丝分裂再进行一次减数分裂，共产生8个细胞，含32P染色体的子细胞占1/2，若该生物有两对染色体，则占的比例会更高；若该生物含有多对染色体，则不管是有丝分裂还是减数分裂，子细胞都有可能含放射性；D选项所述的情况不可能出现。

【答案】　B

【解题归纳】

(1)有丝分裂的过程图解与规律总结：

①过程图解(一般只研究一条染色体)：

复制一次(母链标记，培养液不含同位素标记)：

转至不含放射性培养液中再培养一个细胞周期：

②规律总结：若只复制一次，产生的子染色体都带有标记；若复制两次，产生的子染色体只有一半带有标记。

(2)减数分裂与DNA复制：

①过程图解：减数分裂一般选取一对同源染色体为研究对象，如图：

②规律总结：由于减数分裂没有细胞周期，DNA只复制一次，因此产生的子染色体都带有标记。

考点三　基因是有遗传效应的DNA片段

染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系

(必修2 P55“本节聚焦”)

(1)DNA分子是如何携带遗传信息的？

提示：遗传信息蕴藏在DNA的碱基排列顺序中。

(2)DNA分子为什么能够携带丰富的遗传信息？

提示：碱基的种类有四种，数量较多，排列顺序多变。

9．据图回答问题：

(1)据图1可知基因与染色体的关系是基因在染色体上呈________排列。

(2)图2中的字母分别为：

a．染色体，b.________，c.基因，d.________。

(3)基因的本质：具有______________。

【答案】　(1)线性　(2)DNA　脱氧核苷酸　(3)遗传效应的DNA片段

10．(2019·天水模拟)以下关于基因、染色体和性状的说法正确的是(　　)

A．非等位基因都位于非同源染色体上

B．位于X或Y染色体上的基因，其相应的性状表现与性别相关联

C．基因与性状之间是一一对应的关系

D．基因突变一定能够改变生物体的表现型

【解析】　同源染色体上也可出现非等位基因；位于X或Y染色体上的基因，其相应的性状表现与性别相关联；性状可能由多个基因控制；基因突变不一定改变生物体的表现型，如突变产生的新基因为隐性基因。

【答案】　B

模拟母题变式　

变式　生物体内的基因是否都存在于染色体上？解释原因。

否。真核生物的核基因都存在于染色体上，细胞质基因存在于叶绿体或线粒体上，原核生物的基因存在于拟核或质粒上，病毒的基因存在于其核酸分子中。

[构建知识网络]

[必背答题语句]

1．DNA分子复制的时期：细胞有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期。

2．DNA复制需要的基本条件有：模板、原料、能量和酶等。

3．DNA分子复制的特点是：半保留复制；边解旋边复制。

4．DNA分子复制的意义是：DNA分子通过复制，将遗传信息从亲代传给子代，从而保持了遗传信息的连续性。

5．遗传信息是指：DNA中碱基的排列顺序。

6．基因的本质描述是：基因是有遗传效应的DNA片段。　　　

练真题[感悟高考　展示规律]

一、选择题

1．(2019·上海单科)在DNA分子模型搭建实验中，如果用一种长度的塑料片代表A和G，用另一长度的塑料片代表C和T，那么由此搭建而成的DNA双螺旋的整条模型(　　)

A．粗细相同，因为嘌呤环必定与嘧啶环互补

B．粗细相同，因为嘌呤环与嘧啶环的空间尺寸相似

C．粗细不同，因为嘌呤环不一定与嘧啶环互补

D．粗细不同，因为嘌呤环与嘧啶环的空间尺寸不同

解析：DNA分子由两条反向平行的长链盘旋成规则的双螺旋结构，两条单链之间由嘌呤和嘧啶组成的碱基对相连，遵循互补配对原则。由此可知：DNA分子双螺旋模型粗细相同，且由嘌呤环和嘧啶环构成的碱基对的空间尺寸相似。A项符合题意。

答案：A

2．(2019·课标Ⅱ卷)关于DNA和RNA的叙述，正确的是(　　)

A．DNA有氢键，RNA没有氢键

B．一种病毒同时含有DNA和RNA

C．原核细胞中既有DNA，也有RNA

D．叶绿体、线粒体和核糖体都含有DNA

解析：本题主要考查DNA和RNA的相关知识。DNA一般为双链结构，其碱基对间为氢键，RNA虽然一般为单链，但tRNA形成的“三叶草”结构中，也存在碱基互补配对现象，也存在氢键；DNA病毒只含DNA，RNA病毒只含RNA，一种病毒不可能同时含有DNA和RNA；原核细胞与真核细胞一样，既有DNA，也有RNA；叶绿体和线粒体均含有DNA和RNA，而核糖体只含有RNA。

答案：C

二、非选择题

3．(2019·新课标全国卷Ⅰ)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_______________________。

解析：(1)由题意知，该酶可催化ATP水解产生ADP，此过程中断裂的应是远离“A”的那个高能磷酸键，从而使ATP中γ位上的磷酸基团脱离，此磷酸基团可在该酶的作用下转移到DNA末端上。(2)脱氧核苷酸中的磷酸应对应于dATP的α位上的磷酸基团，若用dATP作为DNA生物合成的原料，则dATP需脱去β位和γ位上的磷酸基团形成脱氧核苷酸，所以参与DNA分子组成的脱氧核苷酸中只有α位上的磷酸基团。(3)1个噬菌体含有1个双链DNA分子，用DNA分子被32P标记的噬菌体感染大肠杆菌，由于DNA分子复制为半保留复制，即亲代DNA分子的两条链在复制中保留下来，且分别进入不同的DNA分子中，所以理论上不管增殖多少代，子代噬菌体中只有2个噬菌体含有32P。

答案：(1)γ　(2)α　(3)一个含有32P标记的噬菌体双链DNA分子经半保留复制后，标记的两条单链只能分配到两个噬菌体的双链DNA分子中，因此在得到的n个噬菌体中只有2个带有标记

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/a6ecc6d4bf1e650e52ea551810a6f524cdbfcbd2.html