2018高三生物一轮复习练习必修2 第6单元 第2讲 DNA分

第2讲 DNA 分子的结构、复制与基因的本质
考点一| DNA 分子的结构
1．DNA 分子的组成
(1)元素组成：C 、H 、O 、N 、P
(2)基本单位：脱氧核苷酸⎩⎨⎧ 脱氧核糖
含氮碱基：A 、T 、C 、G
磷酸
2．DNA 分子结构
(1)双螺旋模型构建者：沃森和克里克。

(2)DNA 的双螺旋结构内容 ①DNA 由两条脱氧核苷酸链组成，这些链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。

②外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接构成主链基本骨架。

③内侧：两链上碱基通过氢键连接成碱基对。

碱基互补配对遵循以下原则：A===T(两个氢键)、GC(三个氢键)。

3．DNA 分子结构特点
(1)多样性，具n 个碱基对的DNA 具有4n 种碱基对排列顺序。

(2)特异性，如每个DNA 分子都有其特定的碱基对排列顺序。

(3)稳定性，如两条主链磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变，碱基对构成方式不变等。

1．判断DNA 分子结构的说法的正误。

(1)沃森和克里克构建DNA 双螺旋结构模型的一个重要意义在于“发现DNA 如何储存遗传信息”。

(√)
(2)沃森和克里克提出在DNA 双螺旋结构中嘧啶数不等于嘌呤数。

(×)
【提示】 由于碱基互补配对，则DNA 双螺旋结构中嘧啶数等于嘌呤数。

(3)富兰克琳和威尔金斯对DNA 双螺旋结构模型的建立也作出了巨大的贡献。

(√)
(4)双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的。

(×)
【提示】DNA分子中所含五碳糖是脱氧核糖，一条脱氧核苷酸链中磷酸和脱氧核糖之间通过磷酸二酯键连接起来。

(5)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。

(√)
(6)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。

(√)
(7)含有G、C碱基对比较多的DNA分子热稳定性较差。

(×)
【提示】G与C之间通过三个氢键相连，A与T之间通过两个氢键相连，因此含有G、C碱基对较多的DNA分子热稳定性较高。

(8)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。

(×)
【提示】分子大小相同，碱基含量相同的核酸分子中碱基排列顺序可能不同，其所携带的遗传信息可能不同。

2.据图回答：
(1)DNA的基本组成单位是4种脱氧核苷酸。

图示的[③]胞嘧啶脱氧核苷酸就是其中一种。

(2)DNA分子中的[①]磷酸和[②]脱氧核糖交替连接，排列在外侧，构成DNA 分子的基本骨架。

(3)DNA分子的两条链通过氢键连接，按反向平行方式盘旋成规则的⑤双螺旋结构。

图示的④为脱氧核苷酸链。

(4)配对的碱基，A与T之间形成2个氢键，G与C之间形成3个氢键。

C—G 比例越大，DNA结构越稳定。

若图示中DNA左链中的G发生突变，则不一定(填“一定”或“不一定”)引起该生物的性状改变。

1．理解DNA 分子结构的模式图
(1)磷酸基团：每个DNA 片段中，游离的磷酸基团有2个，分别位于DNA 分子的两端。

(2)氢键 ①碱基对之间的化学键为氢键，可用解旋酶使其断裂，也可加热使其断裂。

②A 与T 之间靠两个氢键连接，G 与C 之间靠三个氢键连接。

(3)磷酸二酯键：两个脱氧核苷酸相连的化学键。

可用限制酶切断，可用DNA 连接酶或DNA 聚合酶连接。

(4)脱氧核糖：脱氧核苷酸的组成部分。

(5)碱基：共有4种，分别是A(腺嘌呤)、T(胸腺嘧啶)、G(鸟嘌呤)、C(胞嘧啶)。

(6)碱基对：A 与T 、G 与C 分别配对，遵循碱基互补配对原则。

2．双链DNA 分子中碱基的计算规律
(1)原理：碱基互补配对原则，即A 一定与T 配对，G 一定与C 配对。

(2)计算规律
①嘌呤总数与嘧啶总数相等，即A ＋G ＝T ＋C 。

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，A 1＋T 1＝n%，则
⎭
⎬⎫A 1＝T 2A 2＝T 1⇒A 1＋T 1＝A 2＋T 2＝n%，所以A ＋T ＝A 1＋A 2＋T 1＋T 2＝n%＋n%2＝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：A1＋G1
T1＋C1
＝m，
则：A1＋G1
T1＋C1
＝
T2＋C2
A2＋C2
＝m，互补链上
A2＋G2
T2＋C2
＝
1
m。

简记为：“DNA两互补链中，不配对两碱基之和的比值乘积为1。

”
巧记DNA分子结构
视角1 DNA分子结构
1．下列有关DNA分子结构的说法，正确的是()
A．相邻的碱基被相邻的两个核糖连在一起
B．每个磷酸基团上都连着两个五碳糖
C．碱基对排列顺序的千变万化构成了DNA分子的特异性
D．只有嘌呤与嘧啶配对，才能保证DNA两条长链之间的距离不变
D[DNA分子中一条链上相邻的碱基被“－脱氧核糖－磷酸－脱氧核糖”连在一起，两条链上相邻的碱基被氢键连在一起；DNA链末端的磷酸基团上连着一个五碳糖；碱基对排列顺序的千变万化构成了DNA分子的多样性。

] 2．下图为DNA分子结构示意图，对该图叙述正确的是()
A ．②和③相间排列，构成了DNA 分子的基本骨架
B ．④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸
C ．DNA 聚合酶用于⑨的形成
D ．DNA 分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息
D [由图示可知，①表示磷酸，②表示脱氧核糖，③表示胞嘧啶，②和①相间排列构成了DNA 分子的基本骨架；④中的①应属于上面那个脱氧核苷酸的磷酸基团；⑨的形成依靠碱基互补配对原则，不需DNA 聚合酶，DNA 聚合酶是将游离的脱氧核苷酸聚合成脱氧核苷酸链。

]
把握DNA 结构的3个常考点
视角2 DNA 分子中碱基含量(或比例)的分析与计算
3．某双链DNA 分子中含有200个碱基，一条链上A ∶T ∶G ∶C ＝1∶2∶3∶4，则该DNA 分子( )
A ．四种含氮碱基A ∶T ∶G ∶C ＝4∶4∶7∶7
B ．若该DNA 中A 为p 个，占全部碱基的n m (m >2n )，则G 的个数为pm 2n －p
C ．碱基排列方式共有4200种
D ．含有4个游离的磷酸
B [该DNA 分子的一条链上A ∶T ∶G ∶
C ＝1∶2∶3∶4，另一条链上A ∶
T∶G∶C＝2∶1∶4∶3，整个DNA分子中A∶T∶G∶C＝3∶3∶7∶7；若该
DNA中A为p个，占全部碱基的n
m，则碱基总数为
pm
n个，则G＝
碱基总数－2p
2＝
pm
n－2p 2＝pm
2n－p；该DNA分子含有100个碱基对，30个A—T碱基对，70个G—C
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．已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的35.8%，其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%。

则在它的互补链中，T和C 分别占该链碱基总数的()
A．32.9%,17.1% B.31.3%,18.7%
C．18.7%,31.3% D．17.1%,32.9%
B[配对的碱基之和在一条链中与在整个DNA分子中的比例是相同的，因此，一条链中A、T、C、G的比例分别为31.3%、32.9%、17.1%和18.7%，根据碱基互补配对原则，它的互补链中T、C的比例分别为31.3%、18.7%。

]
有关碱基比例计算的解题步骤
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复制和基因的本质
1．DNA复制
(1)概念、时间和场所
(2)过程
(3)特点
①过程：边解旋边复制。

②方式：半保留复制。

(4)结果：形成两个完全相同的DNA分子。

(5)意义：将遗传信息由亲代传给子代，保持了遗传信息的连续性。

2．基因的本质
基因是有遗传效应的DNA片段。

1．判断有关DNA复制的说法的正误。

(1)DNA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。

(×)
【提示】DNA复制时新合成的DNA分子是由一条子链与其对应的母链缠绕成双螺旋结构。

(2)植物细胞的线粒体和叶绿体中均可发生DNA 的复制而DNA 复制需要消耗能量。

(√)
(3)有丝分裂间期DNA 复制的过程需要解旋酶参与。

(√)
(4)DNA 双螺旋结构全部解旋后，开始DNA 的复制。

(×)
【提示】 DNA 复制是边解旋边复制的。

(5)单个脱氧核苷酸在DNA 酶的作用下连接合成新的子链。

(×)
【提示】 单个脱氧核苷酸在DNA 聚合酶的作用下连接合成新的子链。

(6)DNA 复制时，严格遵循A —U 、C —G 的碱基互补配对原则。

(×)
【提示】 DNA 有A 、T 、C 、G 四种碱基，复制时严格遵循A —T 、C —G 的碱基互补配对原则。

2．据图回答：
(1)由图示得知，DNA 分子复制的方式具有的特点是半保留复制。

(2)图示中解旋酶和DNA 聚合酶的作用分别是前者使氢键打开，DNA 双链发生解旋；后者催化脱氧核苷酸合成脱氧核苷酸链。

(3)图示过程在蛙的红细胞中也能发生，原因是蛙的红细胞进行无丝分裂，可进行DNA 复制。

1．DNA 分子复制的场所和外界影响条件
(1)生物体内DNA 分子复制的场所
⎩⎨⎧ 真核生物：细胞核(主要场所)、叶绿体、线粒体
原核生物：拟核、细胞质(如质粒中DNA 的复制)
DNA 病毒：宿主细胞内
(2)影响DNA 复制的外界条件
2．“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 的培养基上培养，复制n 次则
子代DNA 共2n 个⎩⎨⎧ 含15N 的DNA 分子：2个只含15N 的DNA 分子：0个含14N 的DNA 分子：2n 个只含14N 的DNA 分子：(2n －2)个
脱氧核苷酸链共2n ＋1条⎩⎨⎧
含15N 的脱氧核苷酸链：2条含14N 的脱氧核苷酸链：(2n ＋1－2)条 (2)DNA 复制中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 次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m ·(2n －1)。

②第n 次复制所需该种脱氧核苷酸数为m ·2n －1。

1．巧记DNA 复制的“一、二、三、四”
2．基因、DNA 、染色体的关系
1．针对遗传物质为DNA的生物而言，基因是指“有遗传效应的DNA片段”，但就RNA病毒而言，其基因为“有遗传效应的RNA片段”。

2．并非所有DNA片段都是基因，基因不是连续分布在DNA上的，而是由
碱基序列将不同的基因分割开的。

1．关于DNA分子结构与复制的叙述，正确的是()
A．DNA分子中含有四种核糖核苷酸
B．DNA分子中每个脱氧核糖上均连着两个磷酸和一个碱基
C．DNA复制不仅需要氨基酸做原料，还需要ATP供能
D．DNA复制不仅发生在细胞核中，也发生于线粒体、叶绿体
D[DNA分子的基本单位是脱氧核糖核苷酸而不是核糖核苷酸；DNA复制
不需要氨基酸做原料，而是需要脱氧核糖核苷酸做原料。

]
2．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
A[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。

真核细胞的DNA分子具有多个复制起点，这种复制方式加速了复制过程，提高了复制速率。

]
视角2 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。

下列结果不可能的是() A．含有14N的DNA分子占7/8
B．含有15N的脱氧核苷酸链占1/16
C．复制过程中需游离腺嘌呤脱氧核苷酸600个
D．复制后共产生16个DNA分子
A[DNA进行的是半保留复制，又因所用培养基含14N，所以后代含14N的DNA分子占100%，A错误；1个DNA分子连续复制4次会得到16个DNA分子，32条脱氧核苷酸链，其中有2条脱氧核苷酸链为母链(含15N)，位于两个子代DNA分子中，故含15N的脱氧核苷酸链占1/16，B、D正确；DNA分子中不相配对的两种碱基之和等于碱基总数的一半，C与A不配对，故该DNA中A有200×1/2－60＝40个，而该DNA分子连续复制4次会得到16个DNA，相当于新合成15个DNA分子，故需要游离腺嘌呤脱氧核苷酸15×40＝600(个)，C正确。

]
4．(2017·洛阳模拟)某DNA分子有500个碱基对，其中含有鸟嘌呤300个。

该DNA进行连续复制，经测定，最后一次复制消耗了周围环境中3 200个腺嘌呤脱氧核苷酸，则该DNA分子共复制了多少次()
A．3次 B.4次
C．5次 D.6次
C[由题干分析知，DNA分子中有500个碱基对，G＝C＝300，则A＝T ＝200，由于最后一次复制消耗了3 200个，则有2n－1×200＝3 200，解得n＝5，所以该DNA分子共复制了5次。

]
DNA分子复制的计算的三审试题
DNA分子复制是典型的半保留复制，解题时一定要注意先三审试题
一审DNA分子碱基数：看准是碱基数还是碱基对数；
二审结果要求：看准是“含”还是“只含”，是“DNA分子数”还是“链数”；
三审复制代数：看准是“复制n代”还是“第n代复制”。

视角3 DNA分子复制方式的探究
5．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。

(1)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：
①若子Ⅰ代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带，则“重带”DNA来自________，据此可判断DNA分子的复制方式不是________复制。

②若将子Ⅰ代DNA双链分开后再离心，其结果________(填“能”或“不能”)判断DNA的复制方式。

③若在同等条件下将子Ⅱ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。

④若某次实验的结果中，子Ⅰ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尚有少部分为________。

【解析】本题主要考查DNA分子复制的相关知识，意在考查学生对同位素示踪技术与密度梯度离心方法的掌握情况。

经过一代培养后，只能是标记DNA 分子的一条单链，所以要想对所有的DNA分子全部标记，要进行多代培养；在探究DNA分子的复制方式为半保留复制的实验中，“重带”为两个单链均被15N 标记，“轻带”为两个单链均被14N标记，“中带”为一个单链被14N标记，另一个单链被15N标记。

【答案】(1)多15NH4Cl(2)312半保留复制(3)①B半保留②不能③没有变化轻④15N
视角4 DNA复制与细胞分裂的关系
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()
A．0条 B.20条
C．大于0小于20条D．以上都有可能
D[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。

]
7．果蝇一个精原细胞中的一个核DNA分子用15N标记，在正常情况下，其减数分裂形成的精子中，含有15N的精子数占()
A．1/16 B.1/8
C．1/4 D.1/2
D[减数分裂过程中，同源染色体要发生联会和分离现象，因此要体现减数分裂过程中染色体中DNA的变化，至少要画出一对同源染色体。

果蝇一个精原细胞中的一个核DNA分子用15N标记，即果蝇4对同源染色体中有3对未标记(画图时可略去)，另一对同源染色体中有一条染色体上的DNA分子用15N标记，则
该精原细胞进行正常减数分裂形成精细胞时，染色体和DNA的标记情况可用下图进行解析。

精原细胞减数分裂过程中染色体和DNA的标记示意图结合上图分析，观察产生的4个精细胞，答案选D。

]
DNA分子复制和细胞分裂图示
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，另外2个细胞是。

真题验收| 感悟高考淬炼考能
1．(2016·全国甲卷)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
C[在DNA分子的复制过程中，DNA分子需要先经过解旋，即DNA双链解开，加入该物质后DNA分子双链不能解开，故细胞中DNA的复制会发生障
碍，A项正确。

DNA分子转录产生RNA的过程中，DNA分子也需要在RNA聚合酶作用下先将双链解开，再以DNA的一条链为模板进行转录，加入该物质后DNA分子双链不能解开，故细胞中的RNA转录会发生障碍，B项正确。

因DNA 复制发生在细胞分裂间期，故该物质阻断的是分裂间期DNA分子的复制过程，从而将细胞周期阻断在分裂间期，C项错误。

癌细胞的增殖方式是有丝分裂，其分裂过程中可发生DNA复制和转录，加入该物质会阻碍这两个过程，从而抑制癌细胞的增殖，D项正确。

]
2．(2016·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
C[每个脱氧核苷酸的三部分间需2个订书钉，每条链上的10个脱氧核苷酸间需9个订书钉，两条链间的6对A—T和4对G—C间各需12个订书钉，故构建该DNA片段共需订书钉数量为29＋29＋12＋12＝82。

]
3．(2014·山东高考)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()
C[双链DNA分子中，(A＋C)/(T＋G)一定等于1，A曲线应为水平，A项错误；当一条链中存在(A1＋C1)/(T1＋G1)＝1时，其互补链中存在(A2＋C2)/(T2＋
G2)：(T1＋G1)/(A1＋C1)＝1，B项错误；在DNA分子中，存在(A1＋T1)/(G1＋C1)＝(A2＋T2)/(G2＋C2)＝(A＋T)/(G＋C)，C项正确、D项错误。

]
4．(2014·上海高考)某亲本DNA分子双链均以白色表示，以灰色表示第一次复制出的DNA子链，以黑色表示第二次复制出的DNA子链，该亲本双链DNA 分子连续复制两次后的产物是()
D[DNA的复制方式为半保留复制，复制后不存在亲代的DNA分子(双链均为白色)，排除A、B项；第二次复制后得到的4个DNA分子中，每个DNA 分子各有1条链是第二次复制形成的(黑色)，排除C项；进一步分析可知D项符合题意。

]
5．(2016·全国乙卷)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)根据题干信息可知，该酶能将ATP水解成ADP和磷酸基团(即
Pγ)，同时将Pγ基团转移到DNA末端上。

因此需用32P标记到ATP的γ位上。

(2)DNA生物合成的原料为脱氧核苷酸。

将dATP两个高能磷酸键都水解后产物为dA—Pα(腺嘌呤脱氧核苷酸)，为合成DNA的原料。

因此需用32P标记到dATP 的α位上。

(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。

【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
1．沃森和克里克通过物理模型构建了DNA双螺旋结构。

2．DNA的两条脱氧核苷酸链反向平行盘旋成规则的双螺旋结构。

其基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成的。

3．DNA上的碱基对严格遵循碱基互补配对原则，通过氢键连接。

4．DNA分子中脱氧核苷酸的排列排序代表了遗传信息。

5．科学家运用同位素标记技术，采用假说—演绎法，证实了DNA以半保留方式复制。

6．DNA复制具有边解旋边复制、半保留复制的特点。

7．DNA复制需要解旋酶和DNA聚合酶参与。

8．基因是具有遗传效应的DNA片段。