【生物】2021届新高考生物一轮复习人教版DNA分子的结构、复制及基因的本质教案

【生物】2021届新高考生物一轮复习人教版DNA分子的结构、复制及基因的本质教案

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单链重新形成双链的作用 C．DNA复制具有边解旋边复制和半保留复制的特点 D．随从链之间的缺口需要DNA连接酶将其补齐 解析：选A。rep蛋白具有解旋功能，破坏的是A与T、G与C之间的氢键；从题图中可看出有了DNA结合蛋白后，碱基对之间不能再形成氢键，可以防止DNA单链重新形成双链；DNA连接酶可以将随从链之间的缺口通过磷酸二酯键连接，从而形成完整的单链。‎ ‎2．(2020·长沙高三模拟)右图为DNA复制可能的两种方式，甲组实验用15N(无半衰期)标记细菌的DNA后，将细菌放在只含14N的培养基中繁殖一代，提取子代细菌的DNA进行离心分析；乙组实验用甲组培养的子代细菌放在只含14N的培养基中繁殖一代，提取子代细菌的DNA进行离心分析。下列有关甲、乙两组实验结果与结论的分析，正确的是(　　)‎ A．只分析甲组离心管中条带的数量与位置可确定复制方式 B．只分析甲组离心管中放射性分布的位置可确定复制方式 C．只分析乙组离心管中条带的数量可确定复制方式 D．只分析乙组离心管中放射性分布的位置可确定复制方式 解析：选A。甲组实验中亲代DNA都用15N标记，在离心管中处于重带，在含14N的培养液中繁殖一代，若DNA的复制方式为半保留复制，合成的DNA的两条链的标记情况为15N14N，在离心管中全处于中带，若是全保留复制，合成的DNA的两条链的标记情况为15N15N、14N14N，且数量相同，在离心管中的位置分别为重带、轻带，宽度相同，A正确；乙组实验无论是半保留还是全保留复制，离心管中的条带都是两条，C错误；15N无放射性，无法通过观察放射性来判断复制方式，B、D错误。‎ DNA分子复制的相关计算 科学思维 ‎3．(不定项)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14N培养基中连续复制4次，其结果可能是(　　)‎ A．含有14N的DNA占100%‎ B．复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸640个 C．含15N的链占1/8‎ D．子代DNA中嘌呤与嘧啶之比是1∶1‎ 解析：选AD。在14N培养基中连续复制4次，得到24＝16个DNA分子，32条链，其中含14N的DNA分子占100%，含15N的链有2条，占1/16，A项正确，C项错误；根据已知条件，每个DNA分子中腺嘌呤脱氧核苷酸有(100×2－60×2)/2＝40个，复制过程中消耗的腺嘌呤脱氧核苷酸为40×(24－1)＝600个，B项错误；每个DNA分子中嘌呤数和嘧啶数相等，两者之比是1∶1，D项正确。‎ ‎4．(不定项)将一个不含放射性同位素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标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中培养一段时间，检测到如图Ⅰ、Ⅱ两种类型的DNA(虚线表示含有放射性的脱氧核苷酸链)。下列有关该实验的结果预测与分析，不正确的是(　　)‎ 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分离定律 C．复制n次需要胞嘧啶的数目是(2n－1)(m－a)/2个 D．复制n次形成的放射性脱氧核苷酸单链为2n＋1－2条 答案：ABC DNA复制与细胞分裂的关系 科学思维 ‎5．(2019·浙江4月选考)在含有BrdU的培养液中进行DNA复制时，BrdU会取代胸苷掺入新合成的链中，形成BrdU标记链。当用某种荧光染料对复制后的染色体进行染色，发现含半标记DNA(一条链被标记)的染色单体发出明亮荧光，含全标记DNA(两条链均被标记)的染色单体荧光被抑制(无明亮荧光)。若将一个细胞置于含BrdU的培养液中，培养到第三个细胞周期的中期进行染色并观察。下列推测错误的是(　　)‎ A．1/2的染色体荧光被抑制 B．1/4的染色单体发出明亮荧光 C．全部DNA分子被BrdU标记 D．3/4的DNA单链被BrdU标记 解析：选D。根据DNA的半保留复制特点，第一次有丝分裂结束后，细胞中的DNA全部为一条链含有BrdU，一条链不含；第二次有丝分裂结束，子代所有DNA中有一半DNA的两条链均含BrdU，有一半DNA只有一条链含有BrdU；第三次有丝分裂中期，有1/2的染色体两条染色单体中的DNA双链均含BrdU(即被染色后无明亮荧光)，有1/2的染色体一条染色单体中的DNA一条链含BrdU(被染色后有明亮荧光)，另一条染色单体中DNA双链均含BrdU(被染色后无明亮荧光)。因此在第三次有丝分裂中期，1/2的染色体荧光被抑制，A正确；有1/4的染色单体发出明亮荧光，B正确；全部DNA分子被BrdU标记，C正确；7/8的DNA单链被BrdU标记，D错误。‎ ‎6．若用32P标记人的“类胚胎干细胞”的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养液中培养，在第二次细胞分裂的中期、后期，一个细胞中的染色体总条数和被32P标记的染色体条数分别是(　　)‎ A．中期是46条和46条、后期是92条和46条 B．中期是46条和46条、后期是92条和92条 C．中期是46条和23条、后期是92条和23条 D．中期是46条和23条、后期是46条和23条 解析：选A。有丝分裂中期、后期染色体条数的分析：“类胚胎干细胞”来自人体，人体的一个正常细胞中含有染色体条数为46条，有丝分裂中期染色体条数与体细胞相同(46条)，后期染色体条数加倍(92条)，故无论经过几次分裂，在有丝分裂中期染色体条数都是46条，后期染色体条数都是92条。有丝分裂中期、后期被32P标记的染色体条数的分析：以1个DNA分子为例，双链被32P标记，转入不含32P的培养液中培养，由于DNA具有半保留复制的特点，第一次有丝分裂完成时，每个DNA分子中都有1条链被32P标记；第二次有丝分裂完成时，只有1/2的DNA分子被32P标记，故第二次细胞分裂后期，被32P标记的染色体条数是46条。有丝分裂中期时，染色单体没有分开，而这2条没有分开的染色单体中，其中一条被32P标记，导致整条染色体也被32P标记，故第二次细胞分裂中期的细胞中被32P标记的细胞有46条。‎ 考点3　基因是有遗传效应的DNA片段 染色体、DNA及基因之间的关系 ‎1．下面关于基因的理解，正确的是(　　)‎ A．控制细菌性状的基因位于拟核和线粒体中的DNA上(2015·全国卷Ⅰ，T1D)‎ B．编码蛋白质的基因含遗传信息相同的两条单链(2015·重庆卷，T5D)‎ C．真核生物基因具有以下特点：①携带遗传信息；②能转运氨基酸；③能与核糖体结合；④能转录产生RNA；⑤可能发生碱基对的增添、缺失或替换(2014·海南卷，T21改编)‎ D．线粒体中的DNA能控制某些蛋白质的合成(2013·全国卷Ⅰ，T1D)‎ 答案：D ‎2．(2020·石家庄模拟)下图为果蝇某一条染色体上的几个基因示意图，下列有关叙述正确的是(　　)‎ A．R基因中的全部脱氧核苷酸序列都能编码蛋白质 B．R、S、N、O互为非等位基因 C．果蝇的每个基因都是由成百上千个核糖核苷酸组成的 D．每个基因中有一个碱基对的替换，都会引起生物性状的改变 答案：B ‎[易误警示]‎ 易错点1　误认为DNA分子都是双链结构或认为DNA分子中嘌呤一定等于嘧啶或认为嘌呤＝嘧啶时一定为双链DNA分子 ‎[点拨]　DNA分子一般为“双螺旋结构”，但也有些DNA分子呈“单链”结构，在此类DNA分子中嘌呤与嘧啶可能相等也可能不相等。由此可见，双链DNA分子中嘌呤“A＋G”固然等于“T＋C”或(A＋C)/(T＋G)＝1，但存在该等量或比例关系时，未必一定是双链DNA分子。‎ 易错点2　误认为DNA分子复制“只发生于”细胞核中 ‎[点拨]　细胞生物中凡存在DNA分子的场所均可进行DNA分子的复制，其场所除细胞核外，还包括叶绿体、线粒体、原核细胞的拟核及质粒。‎ 需特别注意的是，DNA病毒虽有DNA分子，但其不能独立完成DNA分子的复制——病毒的DNA复制必须借助寄主细胞完成，在其DNA分子复制时，病毒只提供“模板链”，其他条件(包括场所、原料、酶、能量)均由寄主细胞提供。‎ 易错点3　对DNA复制过程中“第n次”还是“n次”复制所需某种碱基数量的计算原理不清 ‎[点拨]　第n次复制是所有DNA只复制第n次所需碱基数目；n次复制是指由原来的DNA分子复制n次所需碱基数目。‎ 易错点4　误认为染色体是基因的唯一载体 ‎[点拨]　(1)真核细胞中的线粒体和叶绿体也是基因的载体。‎ ‎(2)原核细胞无染色体，拟核中的DNA分子和质粒DNA均是裸露的。‎ 易错点5　混淆基因、DNA与染色体的关系 ‎[点拨]　‎ ‎[纠错体验]‎ ‎1．下列有关DNA复制的叙述，错误的是(　　)‎ A．有丝分裂和减数分裂过程中均可以进行 B．DNA解旋之后复制随之开始 C．DNA复制后每个新DNA分子含一条母链和一条新子链 D．DNA复制可以发生在细胞核和细胞质中 答案：B ‎2．下列关于DNA的叙述，正确的有(　　)‎ ‎①碱基互补配对原则是DNA精确复制的保障之一 ‎②DNA复制时一定需要解旋酶的参与 ‎③DNA分子的特异性是指脱氧核苷酸序列的千变万化 ‎④嘌呤碱基与嘧啶碱基的配对保证了DNA分子空间结构的相对稳定 ‎⑤在细菌的一个完整质粒中含有两个游离的磷酸基团 A．0项　　　　　　　 B．1项 C．2项 D．3项 答案：C ‎3．下列关于DNA的计算中，正确的是(　　)‎ A．具有1 000个碱基对的DNA，腺嘌呤有600个，则每一条链上都具有胞嘧啶200个 B．具有m个胸腺嘧啶的DNA片段，复制n次后共需要2n·m个胸腺嘧啶 C．具有m个胸腺嘧啶的DNA片段，第n次复制需要2n－1·m个胸腺嘧啶 D．无论是双链DNA还是单链DNA，A＋G所占的比例均是1/2‎ 答案：C ‎4．(不定项)下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法，不正确的是(　　)‎ A．在DNA分子结构中，与脱氧核糖直接相连的一般是一个磷酸基和一个碱基 B．基因一般是具有遗传效应的DNA片段，一个DNA分子上可含有成百上千个基因 C．一个基因含有许多个脱氧核苷酸，基因的特异性是由脱氧核苷酸的排列顺序决定的 D．染色体是DNA的主要载体，一条染色体上含有1个DNA分子 解析：选AD。在DNA分子结构中，与脱氧核糖直接相连的一般是两个磷酸基和一个碱基，A错误；1条染色体上含有1个或2个DNA分子，D错误。‎