DNA分子的结构、复制及基因是有遗传效应的DNA片段
考点一、DNA分子的结构与特性
一、考点概述：
1.此考点主要包括以下内容：
DNA分子的结构
DNA分子的特性
2.在高考试题中，以选择题或填空题的形式出现。
二、具体考点分析：
1．DNA分子的结构
(1)图示：见本课时第一部分。
(2)考点集锦
①每个DNA片段中，游离的磷酸基团有2个。
②○，，?之间的数量关系是1∶1∶1。
③○和之间的化学键为磷酸二酯键，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碱基对之间的化学键为氢键，可用解旋酶断裂，也可加热断裂。
⑤每个脱氧核糖连接着2个磷酸，分别在3号、5号碳原子上相连接。
⑥若碱基对为n，则氢键数为2n～3n之间，若已知A有m个，则氢键数为3n－m。
⑦每个脱氧核苷酸中，脱氧核糖中1号碳与碱基相连接，5号碳与磷酸相
连接，3号碳与下一个脱氧核苷酸的磷酸相连接，如图。
2．DNA分子的特性
(1)稳定性：磷酸和脱氧核糖交替连接，排列在外侧构成基本骨架。
(2)多样性：碱基对多种多样的排列次序。
(3)特异性：每种DNA分子都有特定的碱基对排列顺序，代表了特定的遗传信息。
三、典例精析：
1．下图为DNA分子某片段的结构示意图，对该图的正确描述是 ( )
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．当DNA复制时，⑨的形成需要DNA连接酶
D．DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息
解析 ②和①相间排列，构成了DNA分子的基本骨架，A错误；由于每个DNA分子都是由两条反向平行排列的脱氧核苷酸单链构成，故④中的①不是这个胞嘧啶脱氧核苷酸的磷酸基团，④中②下方的磷酸基团与②③共同构成这个胞嘧啶脱氧核苷酸的结构，B错误；⑨是氢键，当DNA复制时，遵循碱基互补配对原则，⑨的形成不需要DNA连接酶，C错误。
答案 D
2．在DNA分子的一条单链中相邻的碱基A与T的连接是通过 ( )
A．肽键
B．—磷酸—脱氧核糖—磷酸—
C．氢键
D．—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—
答案 D 解析 DNA分子单链上相邻碱基A与T 的连接方式如图：由此可知是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接起来的。
考点二、DNA碱基互补配对原则的有关计算
一、考点概述：
1.此考点主要包括以下内容：
具体计算规律
具体计算方法
2.在高考试题中，以选择题或填空题的形式出现。
二、具体考点分析：
1.解题时先画出简图，根据碱基互补配对原则推知规律
规律1：在双链DNA分子中，互补碱基两两相等，A＝T，C＝G，A＋G＝C＋T，即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。
规律2：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。(单双链转化公式)
规律3：DNA分子一条链中(A＋G)/(C＋T)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。(不配对的碱基之和比例在两条单链中互为倒数)
规律4：DNA分子一条链中(A＋T)/(C＋G)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)
规律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(A＋T)/(C＋G)的值不同。该比值体现了不同生物DNA分子的特异性。
规律6：若＝b%，则＝%。
规律7：若已知A占双链的比例＝c%，则A1/单链的比例无法确定，但最大值可求出为2c%，最小值为0。
三、典例精析：
1．一个DNA分子的一条链上，腺嘌呤比鸟嘌呤多40%，两者之和占DNA分子碱基总数的24%，则这个DNA分子的另一条链上，胸腺嘧啶占该链碱基数目的 ( )
A．44% B．24% C．14% D．28%
解析 ⑴A＋G/双链＝24%? A＋G/单链＝48% ⑵A＝G×(1＋40%)＝1.4G ⑶ 1.4G＋G/单链＝48%?G＝20% ⑷ A＋G/单链＝48%?A＝28% ⑸该链的A＝对应链中的T 答案 D
2．(2010·上海卷，4)细胞内某一DNA片段中有30%的碱基为A，则该片段中 ( )
A．G的含量为30% B．U的含量为30%
C．嘌呤含量为50% D．嘧啶含量为40%
答案 C
解析 根据DNA双螺旋结构中A＝T、C＝G可知，嘌呤之和等于嘧啶之和，故C正确。其他碱基的含量分别为T＝A＝30%、C＝G＝[1－(30%＋30%)]/2＝20%。
3．在一个DNA分子中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基数目的54%，其中一条链中鸟嘌呤、胸腺嘧啶分别占该链碱基总数的22%和28%，则由该链转录的信使RNA中鸟嘌呤占碱基总数的 ( )
A．24% B．22% C．26% D．23%
答案 A 解析 若计算信使RNA中鸟嘌呤所占比例，应该先计算DNA分子的模板链中C所占比例。根据规律2可知，在模板链中A＋T所占比例也为54%，又因为该链中G＝22%，所以C＝1－(54%＋22%)＝24%。
考点三、DNA复制的研究方法和条件
一、考点概述：
1.此考点主要包括以下内容：
研究DNA复制的常用方法
DNA复制的条件
DNA分子复制中相关计算
DNA半保留复制的原理和相关计算
2.在高考试题中，以选择题或填空题的形式出现。
二、具体考点分析：
1．研究DNA复制的常用方法
同位素标记法和离心法，常标记3H、15N、32P，通过离心在试管中形成不同位置。
2．DNA复制的条件
模板
原料
能量
酶
解旋后的两条链
四种游离的脱氧核苷酸
ATP
解旋酶、DNA聚合酶
3．DNA分子复制中相关计算
DNA的复制为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则：
(1)DNA分子数：①子代DNA分子数＝2n个；②含有亲代DNA链的子代DNA分子数＝2个；③不含亲代链的子代DNA分子数＝(2n－2)个。
(2)脱氧核苷酸链数：①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝2n＋1条；②亲代脱氧核苷酸链数＝2条；③新合成的脱氧核苷酸链数＝(2n＋1－2)条。
4．DNA半保留复制的原理和相关计算
关于DNA复制方式的探究，充分体现了假说—演绎法，即在克里克假说的基础上，通过演绎推理，最终通过实验得以验证。
（1）实验材料：大肠杆菌。
（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以半保留的方式复制。
（4）实验过程(如图)
a.大肠杆菌在含15N标记的NH4Cl培养基中繁殖几代，使DNA双链充分标记15N。
b.将含15N的大肠杆菌转移到14N标记的普通培养基中培养。
c.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繁殖一代所需时间)。
d.将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA位置。
5．实验预期：离心后应出现3条DNA带。(如上图)
(1)重带(密度最大)：15N标记的亲代双链DNA(15N/15N)。
(2)中带(密度居中)：一条链为15N，另一条链为14N标记的子代双链DNA(15N/14N)。
(3)轻带(密度最小)：两条链都为14N标记的子代双链DNA(14N/14N)。
6．实验结果：与预期的相符。
三、典例精析：
1．用32P标记一个T2噬菌体的双链DNA分子，它侵染一个含31P的细菌后释放出了200个后代，则后代中含32P的噬菌体最多占总数的 ( )
A．2% B．1% C．0.5% D．50%
答案 B 解析 一个噬菌体中只有一个DNA分子，当它侵染含31P的细菌后就以被32P标记的DNA为模板进行复制，不过利用的酶、原料、ATP等均是由细菌提供的。DNA分子的复制方式为半保留复制，故在最终形成的200个噬菌体的DNA中，最多只有2个DNA分子含32P，即在200个噬菌体中含32P的噬菌体最多占1%。
2．(2011·上海卷，16)在一个细胞周期中，DNA复制过程中的解旋发生在 ( )
A．两条DNA母链之间
B．DNA子链与其互补的母链之间
C．两条DNA子链之间
D．DNA子链与其非互补母链之间
答案 A
解析 DNA复制第一步是在解旋酶的作用下打开氢键将两条母链解旋，都作模板指导子链的形成。
3．(2010·山东理综，1)下列实例与基因的作用无关的是 ( )
A．细胞分裂素延迟植物衰老
B．极端低温导致细胞膜破裂
C．过量紫外线辐射导致皮肤癌
D．细菌感染导致B细胞形成浆细胞
答案 B 解析 细胞分裂素是促进细胞分裂的物质，能维持蛋白质和核酸的合成，而蛋白质和核酸的合成与基因有关；极端低温导致细胞膜破裂的原因是细胞中的自由水形成冰，导致细胞体积增大，从而使细胞膜破裂，这与基因的作用无关；过量紫外线辐射导致皮肤细胞中的基因发生突变，从而引发皮肤癌，这也与基因的作用有关；细菌感染导致B细胞增殖和分化形成浆细胞，而细胞分化是基因选择性表达的结果，也与基因的作用有关。
4．DNA分子经过诱变，某位点上的一个正常碱基(设为P)变成了尿嘧啶。该DNA连续复制两次，得到的4个子代DNA分子相应位点上的碱基对分别为U—A、A—T、G—C、C—G。推测“P”可能是 ( )
A．胸腺嘧啶
B．腺嘌呤
C．胸腺嘧啶或腺嘌呤
D．胞嘧啶
答案 D
解析 根据半保留复制的特点，DNA分子经过两次复制后，突变链形成的两个DNA分子中含有U—A、A—T碱基对，而另一条正常链形成的两个DNA分子中含有G—C、C—G碱基对，因此替换的可能是G，也可能是C。
5．下列有关DNA分子复制的叙述，正确的是 ( )
A．DNA分子在解旋酶的作用下水解成脱氧核苷酸
B．在复制过程中，解旋和复制是同时进行的
C．解旋后以一条母链为模板合成两条新的子链
D．两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA分子
答案 B 解析 解旋酶破坏氢键形成2条单链，DNA水解酶水解形成脱氧核苷酸；C、D项结合半保留复制特点可判断出错误。
6. (2010·北京理综，30)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Ⅰ代
B的子Ⅱ代
操作
提取DNA并离心
离心结果
仅为轻带(14N/14N)
仅为重带(15N/15N)
仅为中带(15N/14N)
1/2轻带(14N/14N)
1/2中带(15N/14N)
请分析并回答：
(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来自于________，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________(选填“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：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 15N(15NH4Cl) (2)3 1 2 半保留复制 (3)①B 半保留 ②不能 ③没有变化 轻 ④15N
7.(2012·南京调研)图1表示细胞生物遗传信息传递的某过程，图2表示DNA结构片段。请回答下列问题：
(1)图1所示的遗传信息传递过程是________，其中不同于图2的碱基互补配对方式是________。
(2)科学家在探究DNA复制特点时运用的主要技术是________。若把图2所示DNA放在含15N的培养液中复制3代，子代中含14N的DNA所占比例为________。在DNA复制过程中作用于b点的酶是________。
(3)若通过PCR技术共得到32个图2中的DNA片段则至少要向试管中加入________个腺嘌呤脱氧核苷酸。
解析 图中所示DNA中只有1条含14N的链，因此子代DNA中含14N的DNA也只有1个，而复制3代后总的DNA数为8个，故复制3代后，子代中含14N的DNA所占比例为1/8。图2所示DNA片段中含腺嘌呤脱氧核苷酸4个，则32个DNA片段中含腺嘌呤脱氧核苷酸128个，复制时需要腺嘌呤脱氧核苷酸＝128－4(原亲代中的个数)＝124个。
答案 (1)转录 A－U (2)放射性同位素示踪技术 1/8 解旋酶 (3)124
8.正常情况下，细胞内完全可以自主合成组成核酸的核糖和脱氧核糖。现在细胞系由于发生基因突变而不能自主合成核糖和脱氧核糖，必须从培养基中摄取。为验证DNA分子复制的原料是脱氧核苷酸，而不是核糖核苷酸，现提供如下实验材料，请你完成实验方案。
(1)实验目的：验证DNA分子复制的原料是脱氧核苷酸，而不是核糖核苷酸。
(2)实验材料：突变细胞系、基本培养基、核糖核苷酸、14C—核糖核苷酸、脱氧核苷酸、14C—脱氧核苷酸、放射性探测显微仪等。
(3)实验原理
DNA主要分布在________，其基本组成单位是________；RNA主要分布在________，其基本组成单位是____________________________________________________________________。
(4)实验步骤
分组编号
培养基甲
培养基乙
设置对
照实验
加入适量的核糖核苷酸和14C—脱氧核苷酸
____________
培养
分别接种等量的________，在相同的适宜条件下培养
观察
分别选取培养基甲和培基基乙中的细胞，用放射性探测显微仪观察____________________
(5)预期结果
①培养基甲中细胞的放射性部位主要在___________________________________________；
②培养基乙中_________________________________________________________________。
(6)实验结论：_________________________________________________________________。
解析 DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸，主要存在于细胞核中，RNA的基本组成单位是核糖核苷酸，主要存在于细胞质中。要验证DNA分子复制的原料是脱氧核苷酸，而不是核糖核苷酸，可以根据被标记的脱氧核苷酸在细胞中的分布情况判断。
答案 (3)细胞核 脱氧核苷酸 细胞质 核糖核苷酸
(4)加入等量的14C—核糖核苷酸和脱氧核苷酸 突变细胞系 细胞核和细胞质的放射性强弱
(5)①细胞核 ②细胞的放射性部位主要在细胞质
(6)DNA分子复制的原料是脱氧核苷酸而不是核糖核苷酸
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