新高考生物蘇教版一輪學(xué)案-第18講 DNA的結(jié)構(gòu)復(fù)制及基因的本質(zhì)

第18講DNA的結(jié)構(gòu)、復(fù)制及基因的本質(zhì)

［新高考復(fù)習(xí)目標(biāo)］

1.生命觀念：通過掌握DNA分子的結(jié)構(gòu)和功能，理解生命的延續(xù)和發(fā)展。

2.科學(xué)思維：通過DNA分子中的堿基數(shù)量和DNA復(fù)制的計算規(guī)律，培養(yǎng)歸納與概括、

邏輯分析和計算能力。

3.科學(xué)探究：通過DNA復(fù)制方式的探究，培養(yǎng)實驗設(shè)計及結(jié)果分析的能力。

授課提示：對應(yīng)學(xué)生用書第136頁

考點一DNA分子的結(jié)構(gòu)及相關(guān)計算

1.DNA分子的結(jié)構(gòu)

（DDNA雙螺旋模型構(gòu)建者：沃森和克里克。

（2）圖解DNA分子結(jié)構(gòu)

2.DNA分子結(jié)構(gòu)特點

（1）多樣性:若DNA含有n個堿基對，則其可能有4“種堿基對排列順序。

（2）特異性：每個DNA分子都有其特定的堿基對排列順序。

（3）穩(wěn)定性:兩條主鏈磷酸與脫氧核糖交替排列的順序不變，堿基對配對方式不變等。

教材必修2P49"思考與討論”：說出資料中涉及的科學(xué)知識與方法。

提示：主要涉及物理學(xué)（主要是晶體學(xué)）、生物化學(xué)、數(shù)學(xué)和分子生物學(xué)等學(xué)科的知識。涉

及的方法主要有：X射線衍射結(jié)構(gòu)分析方法，其中包括數(shù)學(xué)計算法、建構(gòu)模型的方法等。

1.DNA分子一條鏈上的相鄰堿基通過磷酸一脫氧核糖一磷酸相連。（X）

2.喋吟堿基與喀咤堿基的結(jié)合保證了DNA分子空間結(jié)構(gòu)的相對穩(wěn)定。（J）

3.分子大小相同、堿基含量相同的核酸分子所攜帶的遺傳信息一定相同。（X）

4.含有G、C堿基對比較多的DNA分子熱穩(wěn)定性較差。（X）

5.DNA分子的多樣性和特異性主要與它的空間結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。（X）

1.“三看法”判斷DNA分子結(jié)構(gòu)的正誤g殖J

2.理清DNA分子結(jié)構(gòu)中兩種關(guān)系與兩類化學(xué)鍵皿觀創(chuàng)

每個DNA分子片段中，游離的磷酸

一基團有2個

[a\

⑴A—T堿基對之間有2個氫鍵，G—C堿

國一基對之間有3個氫鍵

一脫氧核糖數(shù)=磷酸數(shù)=含氮堿基數(shù)

單鏈中相鄰堿基通過“脫氧核糖

⑵—磷酸一脫氧核糖”連接

[11]—互補鏈中相鄰堿基通過紙鍵相連

西氫鍵：連接互補鏈中相鄰堿基的化學(xué)鍵

(3)學(xué)一磷酸二酯鍵：連接單鏈中相鄰兩個脫氧

圖1一核甘酸的化學(xué)鍵

3.DNA分子中堿基數(shù)量的計算規(guī)律科學(xué)

(1)堿基互補配對原則

A-■定與T配對，G一定與C配對。

(2)四個計算規(guī)律

①規(guī)律一：一個雙鏈DNA分子中，A=T、C=G,則A+G=C+T,即喋吟堿基總數(shù)等

于喀咤堿基總數(shù)。

②規(guī)律二：在雙鏈DNA分子中，互補的兩堿基之和(如A+T或C+G)占全部堿基的比值

等于其任何一條單鏈中該種堿基比例的比值，且等于其轉(zhuǎn)錄形成的mRNA(T換為U)中該種堿

基比例的比值。

A+CA

③規(guī)律三：在DNA雙鏈中，一條單鏈的〒?的值與其互補單鏈的祟景的值互為倒數(shù)

關(guān)系。但在整個DNA分子中該比值等于1。

A4-TA-|-T

④規(guī)律四：在DNA雙鏈中，一條單鏈的若：的值，與該互補鏈的笠。的值是相等的，

Qj-rCG十C

與整個DNA分子中的的值是相等的。

根據(jù)DNA分子結(jié)構(gòu)圖回答下列問題：

［設(shè)計意圖：考查生命觀念和科學(xué)思維］

(1)每個DNA片段中由_______________________組成，三者之間的數(shù)量關(guān)系為,

含個游離的磷酸基團。

(2)DNA分子中堿基對之間的化學(xué)鍵，可用斷裂，也可斷裂，磷酸二酯

鍵用處理可切割，用處理可連接。

(3)DNA分子中若堿基對數(shù)為小則氫鍵數(shù)為,若〃個堿基對中，A有機個，則

氫鍵數(shù)為.

提示：⑴磷酸、月躥核糖、含氮堿基1：1：12

(2)解旋酶加熱限制酶DNA連接酶

(3)2〃~3〃3〃-m

命題點1DNA分子結(jié)構(gòu)的判斷與分析

I.如圖為一個DNA分子片段的結(jié)構(gòu)示意圖，搭建一個DNA分子模型正確的順序是()

①多核甘酸雙鏈②1條多核昔酸鏈③脫氧核甘酸④雙螺旋結(jié)構(gòu)

A.①@④③B.③②①④

C.③④②①D.④①②③

解析：通過DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)構(gòu)建過程可知，首先將脫氧核糖、磷酸、堿基連接起來,

形成脫氧核昔酸；其次將單個脫氧核糖核甘酸連接起來形成1條多核昔酸鏈，然后再將兩條

脫氧核苦酸鏈連接起來，最后兩條脫氧核昔酸鏈形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，即③②①④。

答案：B

2.如圖為核甘酸鏈結(jié)構(gòu)圖，下列敘述錯誤的是()

A.能構(gòu)成一個完整核甘酸的是圖中的a和b

B.圖中與每個五碳糖直接相連的堿基有1個

C.各核甘酸之間是通過化學(xué)鍵③連接起來的

D.若該鏈為脫氧核甘酸鏈，從堿基組成上看，缺少的堿基是T

解析：核苜酸由1分子磷酸、1分子五碳糖和1分子堿基組成，b中磷酸與脫氧核苗不屬

于一個核甘酸分子；由題圖可知，每個五碳糖都只與1個堿基直接相連；核苗酸之間通過磷

酸二酯鍵相連形成核甘酸鏈，即圖中③；脫氧核糖核苗酸根據(jù)堿基不同分為腺瞟吟脫氧核首

酸、鳥瞟畛脫氧核苗酸、胞喀咤脫氧核甘酸、胸腺嚏陡脫氧核甘酸，因此若該鏈為脫氧核首

酸鏈，從堿基組成上看，缺少的是胸腺口密咤即堿基1

答案：A

(l)DNA分子的多樣性的原因是什么？

提示：不同DNA分子中堿基排列順序是千變?nèi)f化的。

(2)DNA分子的結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性的原因是什么？

提示：夕的脫氧核糖和磷酸交替排列的方式穩(wěn)定不變，內(nèi)側(cè)堿基配對方式穩(wěn)定不變。

命題點2DNA分子結(jié)構(gòu)的相關(guān)計算

3.已知某DNA分子中，G與C之和占全部堿基總數(shù)的35.8%,其中一條鏈的T與C分

別占該鏈堿基總數(shù)的32.9%和17.1%。則在它的互補鏈中，T和C分別占該鏈堿基總數(shù)的()

A.32.9%,17.1%

B.31.3%,18.7%

C.18.7%,31.3%

D.17.1%,32.9%

解析：配對的堿基之和在一條鏈中與在整個DNA分子中的比例是相同的，因此，一條鏈

中A、T、C、G的比例分別為31.3%、32.9%、17.1%和18.7%,根據(jù)堿基互補配對原則,它

的互補鏈中T、C的比例分別為31.3%、18.7%。

答案：B

4.某雙鏈DNA分子中含有200個堿基，一條鏈上A:T：G：C=1：2：3：4,貝ij該DNA

分子（）

A.四種含氮堿基A：T：G：C=4：4：7：7

B.若該DNA中A為p個，占全部堿基的（帆＞2”），則G的個數(shù)為pn?/2”一p

C.堿基排列方式共有4200種

D.含有4個游離的磷酸基團

解析：該DNA分子中A：T：G：C=3：3：7：7；若該DNA分子中A為p個，其占全

部堿基的n/m,則全部堿基數(shù)為pm/n,所以G的個數(shù)為（/〃〃/〃-2P）+2,即pm/2n-p；對于某

種特定的DNA分子其堿基的排列方式是特定的，只有一種；一個DNA分子含有2個游離的

磷酸基團。

答案：B

［技法提煉］

解答有關(guān)堿基計算題的“三步曲”

考點二DNA分子的復(fù)制及基因的概念

1.DNA的復(fù)制

2.染色體、DNA、基因和脫氧核甘酸的關(guān)系

1.教材必修2P53“側(cè)欄思考題”：如何在實驗中區(qū)分親代與子代的DNA分子？

提示：本實驗是根據(jù)半保留復(fù)制原理和DNA密度的變化來設(shè)計的。在本實驗中根據(jù)試管

中DNA帶所在的位置就可以區(qū)分親代與子代的DNA了。

2.教材必修2P56“相關(guān)信息”：如何理解遺傳物質(zhì)是信息分子？

提示：量子物理學(xué)奠基人薛定涔認(rèn)為遺傳是遺傳信息的復(fù)制、傳遞與表達，遺傳物質(zhì)是

一種信息分子。

1.單個脫氧核甘酸在DNA酶的作用下連接合成新的子鏈。（X）

2.DNA復(fù)制時，嚴(yán)格遵循A—U、C—G的堿基互補配對原則。（X）

3.DNA分子復(fù)制時解旋酶與DNA聚合酶不能同時發(fā)揮作用。（X）

4.植物細(xì)胞的線粒體和葉綠體中均可發(fā)生DNA的復(fù)制。（J）

5.DNA分子中每一個片段都是一個基因。（X）

1.DNA分子復(fù)制特點及子代DNA存在位置與去向

(1)復(fù)制特點：半保留復(fù)制即新DNA分子總有一條鏈來自親代DNA(即模板鏈)，另一條鏈

(子鏈)由新鏈構(gòu)建而成。

(2)2個子代DNA位置：當(dāng)1個DNA分子復(fù)制形成2個新DNA分子后，這2個子代DNA

恰位于兩條姐妹染色單體上，且由著絲點連在一起。(如圖所示)

(3)子代DNA去向：在有絲分裂后期或減數(shù)第二次分裂后期，當(dāng)著絲點分裂時，兩條姐妹

染色單體分開，分別移向細(xì)胞兩極，此時子代DNA隨染色單體分開而分開。

2.“圖解法”分析DNA復(fù)制過程中的數(shù)量關(guān)系凝我醺

DNA分子的復(fù)制為半保留復(fù)制，一個DNA分子復(fù)制〃次，則有：

(l)DNA分子數(shù)

①子代DNA分子數(shù)=2”個；

②含有親代DNA鏈的子代DNA分子數(shù)=2個；

③不含親代DNA鏈的子代DNA分子數(shù)=⑵，一2)個。

(2)脫氧核昔酸鏈數(shù)

①子代DNA分子中脫氧核昔酸鏈數(shù)=Z，+i條；

②親代脫氧核甘酸鏈數(shù)=2條；

③新合成的脫氧核昔酸鏈數(shù)=(2.+1—2)條。

(3)消耗的脫氧核甘酸數(shù)

①若一親代DNA分子含有某種脫氧核甘酸m個，經(jīng)過n次復(fù)制需要消耗該脫氧核苜酸數(shù)

為WX(2，L1)個；

②一個DNA分子復(fù)制〃次后，得到的DNA分子數(shù)為2”個，復(fù)制("一1)次后得到的DNA

分子數(shù)為2?-＞個。第"次復(fù)制增加的DNA分子數(shù)為2”一2?7=2，1(個)，需要含該堿基的脫氧

核昔酸數(shù)為〃「2，，I個。

1.如圖是DNA復(fù)制的有關(guān)圖示，A-BfC表示大腸桿菌的DNA復(fù)制。D-G表示哺乳

動物的DNA分子復(fù)制。圖中黑點表示復(fù)制起始點，“?”表示復(fù)制方向：

［設(shè)計意圖：考查生命觀念與科學(xué)思維］

(1)若A中含48502個堿基對，而子鏈延伸速度是105個堿基對/min,則此DNA分子復(fù)制

完成約需30s。而實際上只需約16s。根據(jù)A-C圖分析，是什么原因？

提示：復(fù)制是雙向進行的。

(2)哺乳動物的DNA分子展開可達2m之長，若按A-C的方式復(fù)制，至少8h,而實際上

約6h左右。據(jù)DfG圖分析，是什么原因？

提示：從多個起始點同時進行復(fù)制。

(3)圖C與圖A相同，圖G與圖D相同，C、G能被如此準(zhǔn)確地復(fù)制出來，原因是什么？

提示：DNA分子獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu)為復(fù)制提供精確的模板；DNA分子的堿基互補配對原

則保證了復(fù)制的精確性。

2.通常DNA分子復(fù)制從一個復(fù)制起始點開始，有單向復(fù)制和雙向復(fù)制，如圖所示：

［設(shè)計意圖：考查科學(xué)思維與科學(xué)探究］

放射性越高的3H-胸腺喀咤脫氧核糖核甘（3H-脫氧胸背），在放射自顯影技術(shù)的圖像上，感

光還原的銀顆粒密度越高.請利用放射性自顯影技術(shù)、低放射性3H-脫氧胸昔和高放射性3H-

脫氧胸昔，設(shè)計實驗以確定大腸桿菌DNA復(fù)制的方向，簡要寫出：（1）實驗思路；（2）預(yù)測實

驗結(jié)果和結(jié)論。

提示：⑴實驗思路：復(fù)制開始時，首先用含低放射性3H-脫氧胸昔培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌，

一段時間后轉(zhuǎn)移到含有高放射性田-月兌氧胸苗的培養(yǎng)基中繼續(xù)培養(yǎng)，用放射自顯影技術(shù)觀察復(fù)

制起點和復(fù)制起點兩側(cè)銀顆粒密度情況。

（2）預(yù)測實驗結(jié)果和結(jié)論：若復(fù)制起點處銀顆粒密度低，一側(cè)銀顆粒密度高，則DNA分子

復(fù)制為單向復(fù)制；若復(fù)制起點處銀顆粒密度低，復(fù)制起點的兩側(cè)銀顆粒密度高，則DNA分子

復(fù)制為雙向復(fù)制。

命題點1以DNA復(fù)制為依托考查理解與信息獲取能力

1.如圖所示為某DNA復(fù)制過程的部分圖解，其中rep蛋白具有解旋的功能。下列相關(guān)敘

述錯誤的是（）

A.rep蛋白可破壞A與C、T與G之間形成的氫鍵

B.DNA結(jié)合蛋白可能具有防止DNA單鏈重新形成雙鏈的作用

C.DNA復(fù)制具有邊解旋邊復(fù)制和半保留復(fù)制的特點

D.隨從鏈之間的缺口需要DNA連接酶將其補齊

解析：rep蛋白具有解旋功能，破壞的是A與T、G與C之間的氫鍵；從題圖中可看出有

了DNA結(jié)合蛋白后，堿基對之間不能再形成氫鍵，可以防止DNA單鏈重新形成雙鏈；DNA

連接酶可以將隨從鏈之間的缺口通過磷酸二酯鍵連接，從而形成完整的單鏈。

答案：A

2.大腸桿菌擬核DNA是環(huán)狀DNA分子。將無放射性標(biāo)記的大腸桿菌，置于含3H標(biāo)記

的dTTP的培養(yǎng)液中培養(yǎng)，使新合成的DNA鏈中的脫氧胸背均被3H標(biāo)記。在第二次復(fù)制未

完成時將DNA復(fù)制阻斷，結(jié)果如圖所示。

下列對此實驗的理解錯誤的是（）

A.DNA復(fù)制過程中，雙鏈會局部解旋

B.I所示的DNA鏈被3H標(biāo)記

C.雙鏈DNA復(fù)制僅以一條鏈作為模板

D.DNA復(fù)制方式是半保留復(fù)制

解析:DNA復(fù)制過程中，邊解旋邊復(fù)制，A正確；】所示的DNA鏈?zhǔn)窃诤?H標(biāo)記的dTTP

的培養(yǎng)液中復(fù)制形成的，所以均被3H標(biāo)記，B正確；雙鏈DNA復(fù)制以兩條母鏈作為模板，

分別合成與母鏈互補的兩條子鏈，C錯誤；DNA復(fù)制方式是半保留復(fù)制，每個新合成的DNA

分子都保留一條母鏈，D正確。

答案：C

說出DNA半保留復(fù)制的主要意義。

提示：保持親代細(xì)胞和子代細(xì)胞遺傳信息的連續(xù)性。

命題點2DNA分子復(fù)制過程的有關(guān)計算

3.用isN標(biāo)記含有100個堿基對的DNA分子（其中有腺嗯吟60個）,該DNA分子在含MN

的培養(yǎng)基中連續(xù)復(fù)制4次。下列有關(guān)判斷錯誤的是（）

A.含有15N的DNA分子有兩個

B.含有”N的DNA分子占總數(shù)的7/8

C.第4次復(fù)制消耗胞喀噬脫氧核昔酸320個

D.復(fù)制共產(chǎn)生16個DNA分子

解析：由于DNA分子的復(fù)制是半保留復(fù)制，親代DNA分子的兩條鏈?zhǔn)冀K存在于子代的

兩個DNA分子中，因此含有15N的DNA分子有兩個；該DNA分子是在含"N的培養(yǎng)基中復(fù)

制的，新形成的子鏈均含有HN,故所有DNA分子都含MN；根據(jù)堿基互補配對原則，DNA

分子含有100個堿基對，其中腺瞟吟有60個，則胞口密碇有40個，第4次復(fù)制需消耗胞喀咤

脫氧核昔酸數(shù)=24一1X40=320（個）；1個DNA分子經(jīng)過4次復(fù)制，共產(chǎn)生DNA分子數(shù)=24

=16（個）。

答案：B

4.具有A個堿基對的DNA分子片段，含有機個腺喋吟，該片段完成〃次復(fù)制需要多少

個游離的鳥喋吟脫氧核甘酸（）

A.2〃（A—m）B.（2/1—l）（A~fn）

C.（2fi—l）（A/2—/n）D.2〃（A/2一m）

解析：DNA分子片段中含有4個堿基對，其中含有m個腺瞟吟,因為在DNA分子中瞟

嶺數(shù)等于嚏咤數(shù)等于堿基總數(shù)的一半，故該片段中鳥瞟吟脫氧核苦酸的數(shù)目為A-m,完成n

次復(fù)制形成DNA的數(shù)目為2“個，去掉模板DNA,實際該過程中新合成的DNA數(shù)目為2?-1

個，則該復(fù)制過程需要游離的鳥瞟吟脫氧核甘酸的數(shù)目為(2“-1)X(A-⑺個，即B正確。

答案：B

命題點3DNA分子復(fù)制有關(guān)的實驗探究

5.白斑綜合征病毒嚴(yán)重危害對蝦養(yǎng)殖業(yè)，該病毒經(jīng)由吸附蛋白與細(xì)胞膜上受體蛋白的特

異性結(jié)合而入侵宿主細(xì)胞。科研人員通過引入5-濱尿喀咤(5-BU)誘變劑提高對蝦抗病能力。

5-BU能產(chǎn)生兩種互變異構(gòu)體，一種是普通的酮式，一種是較為稀有的烯醇式。酮式可與A互

補配對，烯醇式可與G互補配對。下列敘述正確的是()

A.5-BU處理組對蝦體細(xì)胞中的堿基數(shù)目會明顯減少

B.5-BU處理組對蝦體細(xì)胞DNA中(A+T)/(C+G)比值可能發(fā)生變化

C.5-BU誘變劑是通過干擾吸附蛋白基因表達來阻斷病毒的吸附

D.宜選用健壯的成體對蝦作為實驗材料進行誘變實驗

解析：根據(jù)題干信息，利用5-BU處理對蝦體細(xì)胞，酮式可與A互補配對，代替T作為

原料，烯醇式可與G互補配對，代替C作為原料，因此細(xì)胞中的堿基數(shù)目不變，但是由于5-BU

能產(chǎn)生兩種互變異構(gòu)體參與比例未知，因此(A+T)/(C+G)的比值可能改變，A錯誤，B正確；

5-BU誘變劑是通過干擾對蝦體細(xì)胞內(nèi)DNA的復(fù)制誘導(dǎo)基因突變，使得對蝦細(xì)胞膜上的受體

蛋白結(jié)構(gòu)改變，來阻斷病毒的吸附，C錯誤；5-BU誘變劑是通過干擾對蝦體細(xì)胞內(nèi)DNA的

復(fù)制誘導(dǎo)基因突變，因此宜選用幼體對蝦作為實驗材料進行誘變實驗，D錯誤。

答案：B

6.DNA的復(fù)制方式，可以通過設(shè)想來進行預(yù)測，可能的情況是全保留復(fù)制、半保留復(fù)制、

分散(彌散)復(fù)制三種。究竟是哪種復(fù)制方式呢？用下面設(shè)計實驗來證明D