【生物】2020届一轮复习人教版DNA结构、复制及基因的本质学案

【生物】2020届一轮复习人教版DNA结构、复制及基因的本质学案

‎2020届 一轮复习 人教版 DNA结构、复制及基因的本质 学案 ‎　1.DNA分子结构的主要特点(Ⅱ)。　2.DNA分子的复制(Ⅱ)。　3.基因的概念(Ⅱ)。‎ 考点一　DNA分子的结构及相关计算 ‎1．DNA分子的结构层次 ‎2．DNA分子的特性 ‎[归纳整合]‎ ‎1．利用数字巧记DNA分子结构 ‎2．DNA分子结构模型的构建及相关解读 ‎(1)由图甲可解读以下信息：‎ ‎(2)图乙是图甲的简化形式，其中①是磷酸二酯键，②是氢键。解旋酶作用于②部位，限制性核酸内切酶和DNA连接酶作用于①部位。‎ ‎3．利用数学思想求解DNA分子中的碱基数量的计算规律 ‎(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，而且由任一条链转录来的mRNA分子中(A＋U)/(G＋C)仍为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)　　　‎ ‎[思维探究]‎ 下面是DNA分子结构模型，思考相关问题：‎ ‎(1)图中④能表示胞嘧啶脱氧核苷酸吗？为什么？‎ 提示：不能。组成DNA分子的两条链的方向相反，其中①是上一个脱氧核苷酸的组成物质。‎ ‎(2)图中碱基之间是如何连接的？ ‎ 提示：双链DNA中，反向平行的两条链之间的碱基通过氢键连接成碱基对，而同一条链上核苷酸之间是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连的。‎ ‎(3)DNA初步水解的产物和彻底水解的产物分别是什么？‎ 提示：初步水解的产物是4种脱氧核苷酸，彻底水解的产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。‎ ‎(4)如何根据碱基的种类和比例确定核酸的类型？‎ 提示：根据碱基的种类确定是DNA还是RNA，若含有碱基U则是RNA，若含有碱基T而不含有碱基U，则是DNA；根据碱基的比例确定是单链还是双链，若嘌呤数/嘧啶数＝1，则一般是双链，若嘌呤数/嘧啶数≠1，则是单链。‎ ‎[教材深挖]‎ ‎1．教材P48侧栏思考题：沃森和克里克在构建模型的过程中，利用了哪些他人的经验和成果？‎ 提示：①当时科学界已经发现的证据有：组成DNA分子的单位是脱氧核苷酸；DNA分子是由含4种碱基的脱氧核苷酸长链构成的；②英国科学家威尔金斯和富兰克林提供的DNA的X射线衍射图谱；③美国生物化学家鲍林按照X射线衍射分析的实验数据建立模型的方法；④奥地利著名生物化学家查哥夫的研究成果。‎ ‎2．教材P49：“思考与讨论”：说出上述资料涉及到的科学知识与方法。‎ 提示：主要涉及物理学(主要是晶体学)、生物化学、数学和分子生物学等学科的知识。涉及的方法主要有：X射线衍射结构分析方法，其中包括数学计算法、建构模型的方法等。‎ 命题点一　DNA分子结构的判断与分析 ‎1．(2017·海南卷，T24)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 D　[由于双链DNA碱基A数目等于T数目，G数目等于C数目，故(A＋C)/(G＋T)为恒值1，A错。A和T碱基对含2个氢键，C和G含3个氢键，故(A＋T)/(G＋C)中，(G＋C)数目越多，氢键数越多，双链DNA分子的稳定性越高，B错。(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。经半保留复制得到的DNA分子，是双链DNA，(A＋C)/(G＋T)＝1，D正确。]‎ ‎2．(2019·四川乐山一模)如图为核苷酸链结构图，下列叙述错误的是(　　 )‎ A．能构成一个完整核苷酸的是图中的a和b B．图中与每个五碳糖直接相连的碱基有1个 C．各核苷酸之间是通过化学键③连接起来的 D．若该链为脱氧核苷酸链，从碱基组成上看，缺少的碱基是T A　[核苷酸由1分子磷酸、1分子五碳糖和1分子碱基组成，b中磷酸与脱氧核苷不属于一个核苷酸分子；由题图可知，每个五碳糖都只有1个碱基与之直接相连；核苷酸之间通过磷酸二酯键相连形成核苷酸链，即图中③；脱氧核糖核苷酸根据碱基不同分为腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸，因此若该链为脱氧核苷酸链，从碱基组成上看，缺少的是胸腺嘧啶即碱基T。]‎ ‎“三看法”判断DNA分子结构的正误 命题点二　DNA分子结构的相关计算 ‎3．(2019·广东江门一模 )已知某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%。则在它的互补链中，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分子中的比例是相同的，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则，它的互补链中T、C的比例分别为31.3%、18.7%。]‎ ‎4．(2019·山西太原一模)现已知基因M含有碱基共N个，腺嘌呤n个，具有类似如图的平面结构，下列说法正确的是(　　 )‎ A．基因M共有4个游离的磷酸基，氢键数目为1.5N＋n个 B．如图a可以代表基因M，基因M的等位基因m可以用b表示；a链含有A的比例最多为2n/N C．基因M的双螺旋结构，脱氧核糖和磷脂交替排列在外侧，构成基本骨架 D．基因M和它的等位基因m含有的碱基数可以不相等 D　[基因M的每一条链有1个游离的磷酸基，故有2个游离的磷酸基，氢键数为1.5N－n个。基因是由两条脱氧核苷酸链组成的，图中a和b共同组成基因M。双螺旋结构中脱氧核糖和磷酸交替连接排列在外侧，构成基本骨架。等位基因是基因突变产生的，基因突变是指基因中碱基对的增添、缺失或替换，基因M和它的等位基因m的碱基数或排列顺序可以不同。]‎ 解答有关碱基计算题的“三步曲”‎ 考点二　 DNA分子的复制及基因的概念 ‎ ‎1．DNA的复制 ‎2．染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系 ‎[归纳整合]‎ ‎1．DNA分子连续复制两次图像及解读 ‎2．利用数学思想分析DNA复制过程中的数量关系 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为m×(2n－1)个；‎ ‎②n次复制需该脱氧核苷酸数＝m×2n个，n－1次复制需该脱氧核苷酸数＝m×2n－1‎ 个，则第n次复制需该脱氧核苷酸数＝2n×m－m×2n－1＝m×(2n－2n－1)＝m×2n－1个。‎ ‎[思维探究]‎ 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)若A中含48 502个碱基对，而子链延伸速度是105个碱基对/min，则此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，是什么原因？‎ 提示：复制是双向进行的。‎ ‎(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8 h，而实际上约6 h左右。据D→G图分析，是什么原因？‎ 提示：从多个起始点同时进行复制。‎ ‎(3)C与A相同，G与D相同，C、G能被如此准确地复制出来，原因是什么？‎ 提示：DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供精确的模板；DNA分子的碱基互补配对原则保证了DNA分子复制准确无误地完成。‎ ‎[教材深挖]‎ ‎1．教材P53“侧栏思考题”：如何在实验中区分亲代与子代的DNA分子？‎ 提示：本实验是根据半保留复制原理和DNA密度的变化来设计的。在本实验中根据试管中DNA带所在的位置就可以区分亲代与子代的DNA了。‎ ‎2．教材P56“相关信息”：如何理解遗传物质是信息分子？‎ 提示：量子物理学奠基人薛定谔认为遗传是遗传信息的复制、传递与表达，遗传物质是一种信息分子。‎ 命题点一　DNA分子复制的过程分析 ‎1．(2018·海南卷，T15)现有DNA分子的两条单链均只含有14N(表示为14N14N)的大肠杆菌，若将该大肠杆菌在含有 15N 的培养基中繁殖两代，再转到含有 14N 的培养基中繁殖一代，则理论上 DNA 分子的组成类型和比例分别是(　　 )‎ A．有 15N14N 和 14N14N 两种，其比例为 1∶3‎ B．有 15N15N 和 14N14N 两种，其比例为 1∶1‎ C．有 15N15N 和 14N14N 两种，其比例为 3∶1‎ D．有 15N14N 和 14N14N 两种，其比例为 3∶1‎ D　[大肠杆菌14N14N在含有15N的培养基中繁殖，其中子一代大肠杆菌的DNA分子共2个，均为1条链含14N、1条链含15N，子二代大肠杆菌的DNA分子共4个，其中2个DNA分子为1条链含14N、1条链含15N，另外2个DNA分子为2条链均含15N；再转到含有14N的培养基中繁殖一代，子三代大肠杆菌的DNA分子共8个，其中2个DNA分子为2条链均含14N、其余6个DNA分子为1条链含14N、1条链含15N，所以15N14N和14N14N两种分子的比例为3∶1]‎ ‎2．(2019·湖南怀化市一模)下图为真核细胞DNA复制过程的模式图，据图分析，下列相关叙述错误的是(　　 )‎ A．由图示得知，DNA分子复制的方式是半保留复制 B．解旋酶能使双链DNA解开，但需要消耗ATP C．子代DNA分子的两条链是反向平行排列的 D．DNA在复制过程中是先进行解旋，后半保留复制 D　[由图示可知，新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此复制的方式是半保留复制；解旋酶使DNA双链解开，需要消耗ATP；子代DNA分子的两条链是反向平行的；DNA在复制过程中是边解旋边半保留复制。]‎ 根据图示信息判断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。如图所示为真核生物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。‎ 命题点二　DNA分子复制过程的有关计算 ‎3．(2019·河南洛阳一模)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分子在含14N的培养基中连续复制4次，其结果可能是(　　 )‎ A．含有14N的DNA分子占100%‎ B．复制过程中需要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2∶3‎ A　[在含14N的培养基中连续复制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数为＝40，则复制过程中需消耗的腺嘌呤脱氧核苷酸数为40×(24－1)＝600(个)，B项错误；每个双链DNA分子中嘌呤和嘧啶互补相等，两者之比是1∶1，D项错误。]‎ ‎4．(2019·河南郑州调研)某DNA分子中含有1 000个碱基对(P元素只含32P)。若将DNA分子放在只含31P的脱氧核苷酸的溶液中让其复制两次，则子代DNA的相对分子质量平均比原来(　　 )‎ A．减少1 500　　　　　 B．增加1 500‎ C．增加1 000 D．减少1 000‎ A　[DNA分子复制2次形成了4个DNA分子。将含有1 000个碱基对(P元素只含32P)的DNA分子放在只含31P的脱氧核苷酸的培养液中，其中有6条单链含有31P，减少的相对分子质量的总和是1 000×6＝6 000，因此每个DNA分子平均减少6000÷4＝1 500，A项正确。]‎ DNA复制相关计算时四个易错点 ‎(1)复制次数：“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别：前者包括所有的复制，但后者只包括最后一次复制。‎ ‎(2)碱基数目：注意碱基的数目单位是“对”还是“个”。‎ ‎(3)复制模板：在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两个。‎ ‎(4)关键词语：看清是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词。‎ ‎◎‎ ‎1．DNA复制遵循碱基互补配对原则，新合成的DNA分子中两条链均是新合成的(×)‎ ‎2．单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链(×)‎ ‎3．DNA复制时，严格遵循A－U、C－G的碱基互补配对原则(×)‎ ‎4．在人体内，成熟的红细胞、浆细胞中不发生DNA的复制(√)‎ ‎5．将已被15N标记了DNA的大肠杆菌在含14N的培养基中培养繁殖一代，若子代大肠杆菌的DNA分子中既含有14N，又含有15N，则可说明DNA的复制为半保留复制(×)‎ ‎6．DNA分子复制时解旋酶与DNA聚合酶不能同时发挥作用(×)‎ ‎7．真核细胞的基因只存在于细胞核中，而核酸并非仅存在细胞核中(×)‎ ‎8．DNA分子中每一个片段都是一个基因(×)‎ ‎9．真核细胞基因中核糖核苷酸的排列顺序代表遗传信息(×)‎ ‎10．基因只位于染色体上，所以染色体是基因的载体(×)‎ ‎◎‎ ‎1．配对的碱基，A与T之间形成2个氢键，G与C之间形成3个氢键，C－G对占比例越大，DNA结构越稳定。‎ ‎2．DNA复制的场所并非只在细胞核，真核生物中，除细胞核外还有线粒体、叶绿体；而原核生物中，DNA分子复制的场所有拟核、细胞质。‎ ‎3．DNA复制发生于细胞分裂间期和在DNA病毒繁殖时，其中的细胞分裂并非仅指减数分裂和有丝分裂。‎ ‎4．DNA分子并非全部解旋后才开始进行DNA复制，而是边解旋边复制。‎ ‎5．遗传效应是指基因能够转录成mRNA，进而翻译成蛋白质，能够控制一定的性状。‎ ‎6．DNA分子中还存在着不具有遗传效应的片段，在真核细胞中这部分片段所占比例很大，这些片段不是基因。‎ ‎7．通常的基因是指双链DNA片段，而RNA病毒的基因是指具有遗传效应的RNA片段。‎ ‎1．(2016·全国卷Ⅱ，T2)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 C　‎ ‎[在DNA分子的复制过程中，DNA分子需要先经过解旋，即DNA双链解开，加入该物质后DNA分子双链不能解开，故细胞中DNA的复制会发生障碍，A项正确。DNA分子转录产生RNA的过程中，DNA分子也需要在RNA聚合酶作用下先将双链解开，再以DNA的一条链为模板进行转录，加入该物质后DNA分子双链不能解开，故细胞中的RNA转录会发生障碍，B项正确。因DNA复制发生在细胞分裂间期，故该物质阻断的是分裂间期DNA分子的复制过程，从而将细胞周期阻断在分裂间期，C项错误。癌细胞的增殖方式是有丝分裂，其分裂过程中可发生DNA复制和转录，加入该物质会阻碍这两个过程，从而抑制癌细胞的增殖，D项正确。]‎ ‎2．(2015·上海卷)若N个双链DNA分子在第i轮复制结束后，某一复制产物分子一条链上的某个C突变为T，这样在随后的各轮复制结束时，突变位点为A—T碱基对的双链DNA分子数与总DNA分子数的比例始终为(　　 )‎ A．　　　 B． C． D． C　[N个双链DNA分子在第i轮复制后，N×2i个DNA分子中某DNA分子的一条链上某个C突变为T，则在随后的一轮复制结束时，有1个DNA分子中突变位点为A—T碱基对，占双链DNA分子数的比例为；在随后的两轮复制结束时，突变位点为A—T碱基对的双链DNA分子数的比例应为＝，同理可推得经过随后的几轮复制后，这一比例为：＝。]‎ ‎3．(2014·山东卷)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，下列正确的是(　　 )‎ C　[DNA分子中(A＋C)/(T＋G)应始终等于1；一条单链中(A＋C)/(T＋G)与其互补链中(A＋C)/(T＋G)互为倒数，一条单链中(A＋C)/(T＋G)＝0.5时 ，互补链中(A＋C)/(T＋G)＝2；一条单链中(A＋T)/(G＋C)与其互补链中(A＋T)/(G＋C)及DNA分子中(A＋T)/(G＋C)都相等。]‎ ‎4．(新题速递)下列关于基因的说法正确的是(　　 )‎ A．携带致病基因的个体一定患遗传病，不携带致病基因的个体不会患遗传病 B．一个基因的碱基排列顺序的多样化构成了基因的多样性 C．性染色体上基因的遗传不遵循分离定律 D．DNA是染色体的主要成分，一个DNA分子上含有许多个基因 D　‎ ‎[携带隐性致病基因的个体不一定患病；若是染色体变异引起的遗传病，该病患者不携带致病基因。一个基因的碱基排列顺序是特定的，构成了基因的特异性。性染色体上基因的遗传也遵循分离定律。染色体的主要成分是DNA和蛋白质，基因在染色体上呈线性排列，一个DNA分子上有许多个基因。]‎ ‎5．(新题速递)通常DNA分子复制从一个复制起始点开始，有单向复制和双向复制，如下图所示：‎ 放射性越高的3H－胸腺嘧啶脱氧核糖核苷(3H－脱氧胸苷)，在放射性自显影技术的图象上，感光还原的银颗粒密度越高。请利用放射性自显影技术、低放射性3H－脱氧胸苷和高放射性3H－脱氧胸苷，设计实验以确定大肠杆菌DNA复制的方向，简要写出：‎ ‎(1)实验思路：‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)预测实验结果和得出结论：‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析　(1)依题意可知：该实验的目的是确定大肠杆菌DNA复制的方向。实验原理是：①放射性越高的3H－胸腺嘧啶脱氧核糖核苷(3H—脱氧胸苷)，在放射性自显影技术的图象上，感光还原的银颗粒密度越高。②3H－脱氧胸苷是DNA复制的原料；依据DNA的半保留复制，利用3H标记的低放射性和高放射性的脱氧胸苷使新形成的同一条DNA子链上出现低放射性区段和高放射性区段。③利用放射性自显影技术，检测子链上银颗粒密度的高低及其分布来判断DNA复制的方向。综上分析可知该实验思路为：复制开始时，首先用含低放射性3H－脱氧胸苷培养基培养大肠杆菌，一段时间后转移到含有高放射性3H－脱氧胸苷的培养基中继续培养，用放射性自显影技术观察复制起点和复制起点两侧银颗粒密度情况。‎ ‎(2)依据实验思路可知：若DNA分子复制为单向复制，则复制起点处银颗粒密度低，远离复制起点的一侧银颗粒密度高。若DNA分子复制为双向复制，则复制起点处银颗粒密度低，复制起点的两侧银颗粒密度高。‎ 答案　(1)复制开始时，首先用含低放射性3H－脱氧胸苷培养基培养大肠杆菌，一段时间后转移到含有高放射性3H－脱氧胸苷的培养基中继续培养，用放射自显影技术观察复制起点和复制起点两侧银颗粒密度情况　(2)若复制起点处银颗粒密度低，一侧银颗粒密度高，则DNA分子复制为单向复制；若复制起点处银颗粒密度低，复制起点的两侧银颗粒密度高，则DNA分子复制为双向复制