2021高考人教版生物一轮复习讲义：必修2 第6单元 第2讲 DNA分子的结构、复制与基因的本质

第2讲 DNA 分子的构造、复制与基因的本
质
考点一| DNA 分子的构造及基因的本质
1．DNA 分子的化学组成
(1)元素组成：C 、H 、O 、N 、P 。

(2)根本单位：
2．DNA 分子的构造
(1)平面构造：
①根本骨架：磷酸、脱氧核糖交替连接而成的反向平行长链。

②内侧：碱基对
⎩⎨⎧⎭
⎬⎫A ＝T 〔或T ＝A 〕G ≡C 〔或C ≡G 〕遵循碱基互补配对原那么。

(2)空间构造：规那么的双螺旋构造。

3．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。

假设某DNA 分子中有n 个碱基对，那么排列顺序有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。

4．基因的本质
(1)染色体、DNA 、基因和脱氧核苷酸的关系
(2)基因与碱基的关系
遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序中，构成基因的碱基数小于(填“大于〞“小于〞或“等于〞)DNA分子的碱基总数。

1．判断有关DNA构造表达的正误。

(1)沃森和克里克提出在DNA双螺旋构造中嘧啶数不等于嘌呤数。

(×)
【提示】由于碱基互补配对，那么DNA双螺旋构造中嘧啶数等于嘌呤数。

(2)DNA单链中相邻碱基以氢键相连。

(×)
【提示】DNA单链中相邻碱基以脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖相连。

(3)T2噬菌体的遗传物质水解产生4种脱氧核苷酸。

(√)
(4)每个DNA分子中碱基数＝磷酸数＝核糖数。

(×)
【提示】DNA分子中的五碳糖应为脱氧核糖。

2．判断有关基因本质的正误。

(1)染色体是肺炎双球菌细胞中DNA的主要载体。

(×)
【提示】肺炎双球菌为原核生物，无染色体。

(2)基因中碱基对或脱氧核苷酸的排列顺序均可代表遗传信息。

(√)
(3)基因突变等同于DNA分子内部碱基对的替换、增添或缺失。

(×)
【提示】DNA分子中只有基因局部的碱基对替换、增添或缺失，属于基因突变。

3．图示为两种DNA构造模型，请分析：
图1图2
(1)由图1可知，每个DNA分子片段中，游离磷酸基团含有2个。

单链中相
邻碱基通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖连接。

互补链中相邻碱基通过氢键连接。

(2)图2是图1的简化形式，其中①是磷酸二酯键，②是氢键。

解旋酶作用于②部位，限制性内切酶和DNA连接酶作用于①部位。

碱基互补配对原那么及相关计算规律
1．碱基互补配对原那么：A一定与T配对，G一定与C配对。

2．四个计算规律。

(1)规律一：一个双链DNA分子中，A＝T、C＝G，那么A＋G＝C＋T，即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。

(2)规律二：在双链DNA分子中，互补的两碱基之和(如A＋T或C＋G)占全部碱基的比值等于其任何一条单链中该种碱基比例的比值，且等于其转录形成的mRNA(T换为U)中该种碱基比例的比值。

(3)规律三：在DNA双链中，一条单链的A1＋G1
T1＋C1
的值与其互补单链的
A2＋G2
T2＋C2
的值互为倒数关系。

提醒：在整个DNA分子中该比值等于1。

(4)规律四：在DNA双链中，一条单链的A＋T
G＋C 的值，与该互补链的
A＋T
G＋C
的
值是相等的，与整个DNA分子中的A＋T
G＋C
的值是相等的。

提醒：综合规律三、四可简记为“补那么等，不补那么倒〞。

视角 1 考察DNA分子的构造及特点
1．(2021·江西师范大学附中期末)以下有关双链DNA的构造和复制的表达正确的选项是()
A．DNA双螺旋构造以及碱基间的氢键使DNA分子具有较强的特异性
B．DNA分子双链间的碱基通过脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖连接
C．DNA聚合酶催化两个游离的脱氧核苷酸之间的连接
D．复制后产生的两个子代DNA分子共含有4个游离的磷酸基团
D[DNA分子的特定碱基排列顺序使其具有较强的特异性，A项错误；DNA
分子双链间的碱基通过氢键连接，B项错误；DNA聚合酶催化游离的脱氧核苷酸与DNA链上的脱氧核苷酸之间的连接，C项错误；每个DNA分子的两条链各有1个游离的磷酸，因此1个DNA复制的两个DNA分子共有4个游离的磷酸基团，D项正确。

]
2．(2021·淄博市高三检测)用卡片构建DNA平面构造模型，所提供的卡片类型和数量如下表所示，以下说法正确的选项是()
碱基
卡片类型脱氧核糖磷酸
A T G C
卡片数量10 10 2 3 3 2 ，5个脱氧核苷酸对
B．构成的双链DNA片段最多有10个氢键
C．DNA中每个脱氧核糖均与1分子磷酸相连
D．可构建45种不同碱基序列的DNA
B[由表中给定的碱基A为2个，C为2个，并结合碱基互补配对原那么可知最多可构建4个脱氧核苷酸对，A项错误；构成的双链DNA片段中A与T 间的氢键共有4个，G与C共有6个，即最多有10个氢键，B项正确；DNA中位于一端的脱氧核糖分子均与1分子磷酸相连，位于内部的脱氧核糖分子均与2分子磷酸相连，C项错误；可构建44种不同碱基序列的DNA，D项错误。

] [巧学助记]
DNA分子构造的“五、四、三、二、一〞
视角 2 DNA分子中碱基含量(或比例)的分析与计算
3．(2021·济南2月调研)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%。

那么在它的互补链中，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分子中的比例是一样的，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那么，它的互补链中T、C的比例分别为31.3%、18.7%。

] 4．以下有关计算结果，错误的选项是()
A．DNA分子上的某个基因片段含有600个碱基对，由它控制合成的蛋白质分子最多含有的氨基酸数为200个
B．将一个被15N标记的噬菌体(含一个双链DNA分子)去侵染含14N的细菌，噬菌体复制3次后，那么含有15N标记的噬菌体占总数的1/8
C．某双链DNA分子的所有碱基中，鸟嘌呤的分子数占26%，那么腺嘌呤的分子数占24%
D．，
B[DNA分子上的某个基因片段含有600个碱基对，那么相应的mRNA最多含有600个碱基，600个碱基含有200个密码子，200个密码子最多对应200个氨基酸；DNA进展半保存复制，将一个被15N标记的噬菌体(含一个双链DNA 分子)去侵染含14N的细菌，噬菌体复制3次后，那么含有15N标记的噬菌体占总数的1/4；某双链DNA分子的所有碱基中，鸟嘌呤的分子数占26%，那么胞嘧啶分子数比例也为26%，腺嘌呤的分子数百分比＝胸腺嘧啶分子数百分比＝24%。

由碱基互补配对原那么可知，DNA分子一条单链中(A＋T)/(G＋C)与互补链中该碱基比例相等。

]
关于碱基含量计算的简便方法“两点两法〞
“两点〞为两个根本点：一是A与T配对(RNA为A与U配对)，G与C配对(A＝T G＝C)；二是双链DNA分子中，嘌呤总数＝嘧啶总数＝1/2碱基总数(A＋G＝T＋C)。

“两法〞为双链法和设定系数法：用两条直线表示DNA分子的双链构造即为双链法；设定系数法即是设定一个系数来表示碱基的总数或某碱基的数目。

例如：双链DNA分子中G与C占全部碱基的40%[或一条单链中(A＋G)/(T＋C)＝0.4]，可设双链DNA分子中碱基总数为200x，那么一条链碱基数目为100x，G＋C的数目为200x×40%＝80x(或设A＋G的数目为4x，那么T＋C ＝10x)。

考点二| DNA复制及相关计算
1．概念 以DNA 分子为模板合成子代DNA 的过程。

2．时间 有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期。

3．条件⎩⎨⎧模板：解旋后两条母链
原料：细胞中游离的4种脱氧核苷酸能量：ATP 酶：解旋酶、DNA 聚合酶等
4．过程
DNA ――→解旋酶两条母链――→DNA 聚合酶
形成子链→新DNA 分子。

5．特点
(1)过程：边解旋边复制。

(2)方式：半保存复制。

6．结果：形成两个完全一样的DNA 分子。

7．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。

1．判断有关DNA 复制表达的正误。

(1)DNA 复制时以DNA 分子的一条链作为模板。

(×)
【提示】 DNA 复制的模板为解旋后的每一段母链。

(2)洋葱根尖分生区细胞在减数第一次分裂前间期进展DNA 复制。

(×)
【提示】 洋葱根尖分生区细胞不进展减数分裂。

(3)DNA 复制时先解旋后复制。

(×)
【提示】 DNA 复制时边解旋边复制。

(4)DNA 复制就是基因表达的过程。

(×)
【提示】 基因的表达包括转录、翻译，DNA 复制不属于基因的表达。

(5)蓝藻细胞的拟核及叶绿体中均可发生DNA 复制。

(×)
【提示】 蓝藻为原核生物，无叶绿体。

2．以下图是DNA 复制的有关图示，A →B →C 表示大肠杆菌的DNA 复制。

D →G 表示哺乳动物的DNA 分子复制。

图中黑点表示复制起始点，“→〞表示复制方向。

(1)假设A 中含48 502个碱基对，而子链延伸速度是105个碱基对/分，那么此DNA 分子复制完成约需30 s 。

而实际上只需约16 s 。

根据A →C 图分析，是因为复制是双向进展的。

(2)哺乳动物的DNA 分子展开可达2 m 之长，假设按A →C 的方式复制，至少8 h ，而实际上约6 h 左右。

据D →G 图分析，是因为从多个起始点同时进展复制。

(3)A →G 均有以下特点：延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA 分子复制是边解旋边复制的。

(4)C 与A 一样，G 与D 一样，C 、G 能被如此准确地复制出来，是因为DNA 分子独特的双螺旋构造为复制提供准确的模板；DNA 分子的碱基互补配对保证了DNA 分子复制准确无误地完成。

1．生物体中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．DNA 分子复制中相关计算的规律方法
DNA 分子复制为半保存复制，假设将一个被15N 标记的DNA 转移到含14N 的培养基中培养(复制)假设干代，其结果分析如下：
(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的有2n个，只含14N的有(2n－2)个，做题时应看准是“含〞还是“只含〞。

(2)子代DNA分子的总链数：2n×2＝2n＋1条。

①无论复制多少次，含15N的链始终是2条。

做题时应看准是“DNA分子数〞还是“链数〞。

②含14N的链数是(2n＋1－2)条。

(3)消耗的脱氧核苷酸数。

①假设一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，那么经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸为m×(2n－1)个。

②假设进展第n次复制，那么需消耗该脱氧核苷酸数为m×2n－1个。

视角 1 考察DNA复制的过程及特点
1．如图表示大肠杆菌的DNA复制示意图。

如果是单起点单向复制，按正常的子链延伸速度，此DNA分子复制约需30 s，而实际上复制从开场到完毕只需约16 s。

据图分析，以下说法不正确的选项是()
A．此DNA分子复制为半保存复制
B．该DNA分子从两个起点进展双向复制
C．将甲置于含15N的培养液中复制3次，子代DNA都含15N
D．甲分子中碱基A占20%，那么其子代DNA中鸟嘌呤占30%
B[从图中可知，DNA分子为半保存复制，A项正确；此DNA分子应该是
从1个起点双向复制，B项错误；由于新合成的子链都含有15N，所以子代DNA 分子都含有15N，C项正确；根据碱基互补配对原那么，可知子代DNA中鸟嘌呤占30%，D项正确。

]
2.如图为真核细胞DNA复制过程示意。

据图分析，以下相关表达中错误的选项是()
A．由图示得知，子链是沿着一定方向延伸的
B．合成两条子链时，DNA聚合酶移动的方向是相反的
C．细胞内的DNA复制场所有细胞核、叶绿体、线粒体
D．解旋需解旋酶及DNA聚合酶的催化，且需要消耗ATP
D[由题图可知，A、B正确；细胞内的DNA分布在细胞核、线粒体和叶绿体中，这三个构造都可以进展DNA复制；解旋不需要DNA聚合酶参与。

] 视角 2 考察DNA复制的相关计算
3．将一个没有放射性同位素32P标记的大肠杆菌(拟核DNA呈环状，共含有m个碱基，其中有a个胸腺嘧啶)放在含有32P－胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中培养一段时间，检测到如以下图Ⅰ、Ⅱ两种类型的DNA(虚线表示含有放射性的脱氧核苷酸链)。

以下有关该实验的结果预测与分析，正确的选项是()
A．DNA第二次复制产生的子代DNA有Ⅰ、Ⅱ两种类型，比例为1∶3 B．DNA复制后分配到两个子细胞时，其上的基因遵循基因别离定律
C．复制n次需要胞嘧啶的数目是(2n－1)(m－a)/2
D．复制n次形成的放射性脱氧核苷酸单链为2n＋1－2
D[DNA第二次复制产生的子代DNA共4个，有Ⅰ、Ⅱ两种类型，比例为1∶1，A错误；大肠杆菌属于原核生物，无同源染色体，不遵循孟德尔的别
离定律，B错误；复制n次需要胞嘧啶的数目是m－2a
2·(2
n－1)，C错误；DNA
分子是双链构造，一个不含放射性同位素32P标记的大肠杆菌拟核DNA共2条链，所以复制n次形成的放射性脱氧核苷酸单链为2n＋1－2，D正确。

]
巧借模式图解答与DNA复制有关问题
学会画DNA分子半保存复制图解有助于理解DNA的相关计算规律，如以
下图所示：
真题验收| 感悟高考淬炼考能
1．(2021·全国卷Ⅱ)关于DNA和RNA的表达，正确的选项是()
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
C[DNA为双链，两条链间以氢键连接，RNA为单链，但也有双链区域，如tRNA三叶草构象，双链区域也含氢键，A错误；病毒是非细胞生物，只含有DNA或者RNA一种核酸，B错误；细胞生物都含有DNA和RNA，C正确；线粒体、叶绿体为半自主性细胞器，具有DNA，核糖体含rRNA和蛋白质，D错误。

]
2．(2021·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，以下正确的选项是()
C[双链DNA分子中，(A＋C)/(T＋G)一定等于1，A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错误；在DNA分子中，存在(A1＋T1)/(G1＋C1)＝(A2＋T2)/(G2＋C2)＝(A＋T)/(G＋C)，C正确、D错误。

]
3．(2021 ·上海高考)假设N个双链DNA分子在第i轮复制完毕后，某一复制产物分子一条链上的某个C突变为T，这样在随后的一轮复制完毕时，突变位点为AT碱基对的双链DNA分子数与总DNA分子数的比例始终为()
A.
1
N×2i－1
B.
1
N×2i
C.
1
N×2i＋1
D.
1
N×2i＋2
C[N个双链DNA分子在第i轮复制后形成N×2i个DNA分子中，某DNA 分子的一条链上某个C突变为T，那么在随后的一轮复制完毕时，有1个DNA
分子中突变位点为AT碱基对，占双链DNA分子数的比例为
1
N×2i＋1
；在随后的
两轮复制完毕时，突变位点为A－T碱基对的双链DNA分子数的比例应为
2/(N×2i＋2)＝
1
N×2i＋1。

]
1．DNA的两条脱氧核苷酸链反向平行盘旋成规那么的双螺旋构造。

2．DNA双螺旋构造的根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那么，通过氢键连接。

4．DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序代表了遗传信息。

5．DNA复制具有边解旋边复制、半保存复制的特点。

6．DNA复制需要解旋酶和DNA聚合酶参与。

7．基因是具有遗传效应的DNA片段。

8．染色体是基因的主要载体，线粒体、叶绿体中也存在基因。

专项突破
DNA复制与细胞分裂中染色体标记情况分析
1．DNA分子复制特点及子DNA存在位置与去向
(1)复制特点：半保存复制即新DNA分子总有一条链来自亲代DNA(即模板链)，另一条链(子链)由新原料构建而成。

(2)2个子DNA位置：当一个DNA分子复制形成两个新DNA分子后，此两个DNA恰位于两姐妹染色单体上，且由着丝点连在一起，即
(3)子DNA去向：在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期，当着丝点分裂时，两姐妹染色单体分开，分别移向细胞两极，此时子DNA随染色单体分开而分开。

2．DNA分子连续复制两次的图像及解读
(2021·佛山市二模)用32P标记某动物精原细胞的全部核DNA，然后将细胞置于31P标记的培养液中培养，使其进展一次有丝分裂或减数分裂(MⅠ、MⅡ)，以下有关表达正确的选项是()
A．有丝分裂前期与MⅠ前期细胞中，32P标记的DNA分子数一样、染色体数不同
B．有丝分裂后期与MⅠ后期细胞中，32P标记的DNA分子数不同、染色体数不同
C．有丝分裂中期与MⅡ中期细胞中，32P标记的DNA分子数不同、染色体数不同
D．有丝分裂后期与MⅡ后期细胞中，32P标记的DNA分子数不同、染色体数一样
【解析】由题干信息并结合DNA的半保存复制以及细胞分裂过程中染色体数目、DNA变化规律可知：有丝分裂前期与MⅠ前期细胞中，32P标记的DNA 分子数目一样，染色体数也一样，A项错误；有丝分裂后期与MⅠ后期细胞中32P标记DNA分子数目一样，前者的染色体数目是后者的2倍，B项错误；有丝分裂中期与MⅡ中期细胞中，前者被32P标记的DNA分子数目、染色体数均为后者的2倍，C项正确；有丝分裂后期与MⅡ后期细胞中，前者被32P标记的DNA分子数目、染色体数均为后者的2倍，D项错误。

【答案】 C
模型法巧解细胞分裂染色体标记题
解答此类问题的关键是构建细胞分裂过程模型图，并完成染色体与DNA的转换。

具体如下：
第一步画出含一条染色体的细胞图，下方画出该条染色体上的1个DNA分子，用竖实线表示含同位素标记
第二步画出复制一次，分裂一次的子细胞染色体图，下方画出染色体上的DNA链，未被标记的新链用竖虚线表示
第三步再画出第二次复制(分裂)后的细胞的染色体组成和DNA链的
情况
第四步假设继续推测后期情况，可想象着丝点分裂，染色单体(a与a′)分开的局面，并进而推测子细胞染色体情况
[跟踪练习]
1．将DNA分子双链用3H标记的某动物精原细胞(2n＝8)移入适宜培养条件(不含放射性元素)下，让细胞连续进展两次有丝分裂，再进展一次减数分裂。

根据如下图判断在减数第二次分裂中期，细胞中染色体的标记情况依次是()
A. 2个b，6个c
B. b＋c＝8个，但b和c数目不确定
C. 4个b，4个c
D. b＋c＝4个，但b和c数目不确定
D[让该精原细胞连续进展两次有丝分裂，再进展一次减数分裂，该过程中DNA共复制3次。

根据DNA分子半保存复制特点，第一次有丝分裂形成的两个子细胞中均含有8条染色体，8个DNA分子，且这8个DNA分子都只有一条链含有3H标记；第二次有丝分裂形成的两个子细胞中共有8条染色体，这8条染色体中只有局部被3H标记，且具体数目不确定；减数第二次分裂中期，细胞中同有4条染色体，有局部染色体的一条染色单体被标记，即图中b，还有局部染色体没有被标记，即图中c，那么b＋c＝4个，但b和c数目不确定。

] 2．将染色体上全部DNA分子双链经32P标记的雄性哺乳动物细胞(染色体数为20)置于不含32P的培养基中培养。

以下推断中，正确的选项是() A．假设减数分裂完毕，那么产生的子细胞中有5对同源染色体，每条都含32P
B．假设完成一次有丝分裂，那么产生的子细胞中含20条染色体，其中10条含32P
C．假设进展减数分裂，那么每个减Ⅱ后期细胞中均含2个Y染色体且都含
32P
D．假设进展一次有丝分裂，那么分裂中期细胞的染色体上共有40个DNA 分子且都含32P
D[减数分裂完毕，同源染色体别离，因此子细胞中不存在同源染色体，A 错误；假设完成一次有丝分裂，那么产生的子细胞中含20条染色体，20条染色体上的DNA分子均有一条脱氧核苷酸链被标记，即20条染色体含有标记，B 错误；在减数第一分裂后期，由于X染色体和Y染色体别离，因此每个减数第二次分裂后期细胞中可能含有2个Y染色体或2个X染色体，C错误；假设进展一次有丝分裂，那么分裂中期细胞的染色体上共有40个DNA分子，且每个DNA分子均有一条脱氧核苷酸链被标记，D正确。

]。