(新高考)高考生物一轮复习学案第18讲DNA分子的结构、复制及基因的本质(含解析)

第18讲　DNA分子的结构、复制及基因的本质 考点1　DNA分子的结构 1．DNA分子的结构层次 [助学巧记]　利用数字“五、四、三、二、一”巧记DNA分子的结构 2．DNA分子的结构特点 (必修2 P58 “科学·技术·社会”、P60“思维拓展”改编)DNA指纹图谱法的基本操作：从生物样品中提出DNA(DNA一般都有部分的降解)，可运用________扩增出DNA片段或完整的基因组DNA，然后将扩增出的DNA用合适的________切割成DNA片段，利用电泳技术将这些片段按大小分开后，转移至尼龙滤膜上，然后将已标记的DNA探针与膜上具有________序列的DNA片段杂交，用放射自显影便可获得DNA指纹图谱。 答案：PCR技术　限制酶　互补碱基 【真题例证·体验】 (2017·高考海南卷)DNA分子的稳定性与碱基对之间的氢键数目有关。下列关于生物体内DNA分子中(A＋T)/(G＋C)与(A＋C)/(G＋T)两个比值的叙述，正确的是(　　) A．碱基序列不同的双链DNA分子，后一比值不同 B．前一个比值越大，双链DNA分子的稳定性越高 C．当两个比值相同时，可判断这个DNA分子是双链 D．经半保留复制得到的DNA分子，后一比值等于1 解析：选D。由于双链DNA分子中碱基A的数目等于T的数目，G的数目等于C的数目，故(A＋C)/(G＋T)为恒值1，A错误；碱基对A和T含2个氢键，C和G含3个氢键，(G＋C)数目越多，氢键数越多，双链DNA分子的稳定性越高，B错误；(A＋T)/(G＋C)与(A＋C)/(G＋T)两个比值相等，这个DNA分子可能是双链，也可能是单链，C错误；经半保留复制得到的DNA分子，是双链DNA，故(A＋C)/(G＋T)＝1，D正确。 【考法纵览·诊断】 (1)细胞中DNA分子的碱基对数等于所有基因的碱基对数之和　　　　　　　　 [2017·海南卷，23C](×) (2)双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的 [2014·全国卷Ⅱ，T5C](×) (3)DNA有氢键，RNA没有氢键 [2013·全国卷Ⅱ，T1A](×) 【长句应答·特训】 根据DNA分子的结构图，回答下列问题： (1)基本单位：________________。 ①由磷酸、脱氧核糖、含氮碱基组成，三者之间的数量关系为________。 ②每个DNA片段中，含________个游离的磷酸基团。 (2)水解产物：DNA的初步水解产物是________，彻底水解产物是___________。 (3)DNA分子中存在的化学键： ①氢键：碱基对之间的化学键，可用________断裂，也可加热断裂。 ②磷酸二酯键：磷酸和脱氧核糖之间的化学键，用________________处理可切割，用________________处理可连接。 (4)碱基对数与氢键数的关系： ①若碱基对数为n，则氢键数为________。 ②若n个碱基对中，A有m个，则氢键数为________。 (5)DNA分子的多样性与其空间结构________(填“有关”或“无关”)，其多样性的原因是____________________________________________________________。 (6)DNA分子的结构具有稳定性的原因是____________________________________。 答案：(1)脱氧核苷酸　①1∶1∶1　②2 (2)脱氧核苷酸　磷酸、脱氧核糖和含氮碱基 (3)①解旋酶　②限制性核酸内切酶　DNA连接酶 (4)①2n～3n　②3n－m (5)无关　不同DNA分子中碱基的排列顺序是千变万化的 (6)外侧的脱氧核糖和磷酸交替排列的方式稳定不变，内侧碱基配对方式稳定不变 1．DNA分子结构的三个热考点 (1)DNA在DNA酶作用下能够水解生成4种脱氧核苷酸；脱氧核苷酸彻底水解的产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。 (2)相邻的碱基在DNA分子的一条单链中通过—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—相连接，在DNA的双链之间通过氢键相连接。 (3)不是所有的脱氧核糖都连接着两个磷酸基团，两条链各有一个3′端的脱氧核糖连接着一个磷酸基团；DNA分子链的方向是从磷酸基到脱氧核糖，两条链反向平行。 2．“归纳法”求解DNA分子中的碱基数量 (1)在DNA双链中嘌呤总数与嘧啶总数相同，即A＋G＝T＋C。 (2)“互补碱基之和”的比例在任意一条链及整个DNA分子中都相同，即若在一条链中＝m，在互补链及整个DNA分子中＝m(注：不同DNA分子中m值可不同，显示特异性)。 (3)非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数，在整个DNA分子中为1，即若在DNA一条链中＝a，则在其互补链中＝，而在整个DNA分子中＝1(注：不同双链DNA分子中非互补碱基之和的比均为1，无特异性)。 DNA分子的结构及特点 生命观念 1．(2020·河北定州中学开学考试)下图表示一个DNA分子的片段，下列有关叙述正确的是(　　) A．④代表的物质中储存着遗传信息 B．不同生物的DNA分子中④的种类无特异性 C．转录时该片段的两条链都可作为模板链 D．DNA分子中A与T碱基对的含量越高，其结构越稳定 答案：B 2．(2020·陕西西安高三月考)20世纪50年代初，查哥夫对多种生物的DNA做了碱基定量分析，发现(A＋T)/(C＋G)的值如下表。结合所学知识，你认为能得出的结论是(　　) DNA来源 大肠杆菌 小麦 鼠 猪肝 猪胸腺 猪脾 (A＋T)/(C＋G) 1.01 1.21 1.21 1.43 1.43 1.43 A．猪的DNA结构比大肠杆菌的DNA结构更稳定一些 B．小麦和鼠的DNA所携带的遗传信息相同 C．小麦的DNA中(A＋T)的数量是鼠的DNA中(C＋G)数量的1.21倍 D．同一生物不同组织的DNA碱基组成相同 答案：D DNA分子结构的相关计算 科学思维 3．(2020·山东淄博高三月考)下列关于双链DNA分子结构的叙述，正确的是(　　) A．某DNA分子含有500个碱基，可能的排列方式有4500种 B．若质粒含有2 000个碱基，则该分子同时含有2个游离的磷酸基团 C．某DNA分子内胞嘧啶占25%，则每条单链上的胞嘧啶占25%～50% D．某DNA分子上有胸腺嘧啶312个，占总碱基的26%，则该DNA分子上有鸟嘌呤288个 解析：选D。某DNA分子含有500个碱基，则可能的排列方式有4250种，A错误；质粒是环状DNA分子，其中不含游离的磷酸基团，B错误；某DNA分子内胞嘧啶占25%，则每条单链上的胞嘧啶占0%～50%，C错误；某DNA分子上有胸腺嘧啶312个，占总碱基的26%，则该DNA分子上碱基总数为312÷26%＝1 200个，根据碱基互补配对原则，该DNA分子中有鸟嘌呤1 200×(50%－26%)＝288个，D正确。 4．(2020·黑龙江牡丹江高三开学摸底)从某生物组织中提取DNA进行分析，其中鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基的46%，又知该DNA分子的一条链(H链)所含的碱基中28%是腺嘌呤，24%是胞嘧啶，则与H链相对应的另一条链中，腺嘌呤、胞嘧啶分别占该链全部碱基数的(　　) A．26%、22%　　　　　　　 B．24%、28% C．14%、11% D．11%、14% 解析：选A。已知DNA分子中，鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基总数的46%，即C＋G＝46%，则C＝G＝23%、A＝T＝50%－23%＝27%。又已知该DNA的一条链所含的碱基中28%是腺嘌呤，24%是胞嘧啶，即A1＝28%、C1＝24%，根据碱基互补配对原则，A＝(A1＋A2)÷2，C＝(C1＋C2)÷2，则A2＝26%，C2＝22%。 解答有关碱基计算题的“三步曲” 考点2　DNA分子的复制 1．DNA复制的假说与证据 2．DNA分子的复制 【真题例证·体验】 (高考全国卷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：选C。DNA分子的复制和转录都需要在DNA双链解开后才能进行，A、B项正确；DNA分子的复制发生在细胞周期中的分裂间期，若DNA双链不能解开，细胞周期将被阻断在分裂间期而不是中期，C项错误；癌细胞具有无限增殖的能力，该物质能阻断DNA分子的复制，故能抑制癌细胞的增殖，D项正确。 【考法纵览·诊断】 (1)用3H标记胸腺嘧啶后合成脱氧核苷酸，注入真核细胞，可用于研究DNA复制的场所 [2019·天津卷，T1A](√) (2)有丝分裂前的间期和减数分裂前的间期，都进行1次染色质DNA的复制 [2016·浙江卷，T3A](√) 【长句应答·特训】 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→E→F→G表示哺乳动物的DNA分子复制。图中黑点表示复制起始点，“→”表示复制过程。请回答下列问题： (1)若A中含48 502个碱基对，而子链延伸速度是105个碱基对/min，如果是单起点单向复制，则此DNA分子复制完成需约30 s，而实际上只需约16 s。根据A→C图分析，是因为________________________________________________________________________。 (2)哺乳动物的DNA分子展开可达2 m之长，若按A→C的方式复制，至少需要8 h，而实际上只需要2 h左右。据D→G图分析，是因为____________________。 (3)A→G均有以下特点：延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明____________________的。 (4)C与A相同，G与D相同，C、G能被如此准确地复制出来，是因为_____________。 答案：(1)复制是双向进行的 (2)从多个起始点同时进行复制 (3)DNA分子复制是边解旋边复制 (4)DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供精确的模板；碱基互补配对原则保证了DNA分子复制能准确无误地完成 1．DNA复制的类型 在真核生物中，DNA复制一般是多起点复制。在原核生物中，DNA复制一般是一个起点。无论是真核生物还是原核生物，DNA复制大多数都是双向进行的。下图所示为真核生物DNA的多起点、双向复制： 图中显示多起点复制，但多起点并非同时进行，其意义在于提高复制速率。 2．DNA分子复制中的相关计算 DNA分子的复制为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则有： (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DNA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。 (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＝m·(2n－1)个； ②第n次复制需要该脱氧核苷酸数＝m·(2n－2n－1)＝m·2n－1个。 DNA分子复制的过程及特点 生命观念、科学探究 1．(2020·青岛模拟)下图所示为某DNA复制过程的部分图解，其中rep蛋白具有解旋的功能。下列相关叙述错误的是(　　) A．rep蛋白可破坏A与C、T与G之间形成的氢键 B．DNA结合蛋白可能具有防止DNA