2020-2021年高考生物一轮复习考点讲解与练习：DNA分子的结构、复制与基因的本质

2020-2021年高考生物一轮复习考点讲解与练习：DNA分子的结构、复制与基因的本质

2020-2021 年高考生物一轮复习考点讲解与练习：DNA 分子的结构、复制与基因的本质 [考纲展示] 1.DNA 分子结构的主要特点(Ⅱ) 2.基因的概念(Ⅱ) 3.DNA 分子的复制(Ⅱ) 【核心概念及重要结论】 1.DNA 的两条脱氧核苷酸链反向平行盘旋成规则的双螺旋结构。 2．DNA 双螺旋结构的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成的。 3．DNA 上的碱基对严格遵循碱基互补配对原则，通过氢键连接。 4．DNA 分子中脱氧核苷酸对（碱基对）的排列顺序代表了遗传信息。 5．DNA 复制具有边解旋边复制、半保留复制的特点。 6．DNA 复制需要解旋酶和 DNA 聚合酶参与。 7．基因是具有遗传效应的 DNA 片段，基因在染色体上呈线性排列。 8．染色体是基因的主要载体。线粒体、叶绿体中也存在基因。等位基因只存在于真核细胞核中。 9.RNA 与 DNA 在化学组成上的区别在于：RNA 中含有核糖和尿嘧啶，DNA 中含有脱氧核糖和胸 腺嘧啶。 10．基因对性状的控制有两条途径，一是基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物性 状；二是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状。 【考点速览】 考点一：DNA 分子的结构和基因的本质 1．DNA 分子的结构 2．DNA 分子的特性 (1)相对稳定性：DNA 分子中磷酸和脱氧核糖交替连接的方式不变，两条链间碱基互补配对的方式 不变。 (2)多样性：不同的 DNA 分子中脱氧核苷酸数目不同，排列顺序多种多样。若某 DNA 分子中有 n 个碱基对，则排列顺序有 4n 种。 (3)特异性 ：每种 DNA 分子都有区别于其他 DNA 的特定的碱基对排列顺序，代表了特定的遗传信 息。 3．基因的本质 (1)染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系 (2)基因与碱基的关系 遗传信息蕴藏在 4 种碱基的排列顺序中，构成基因的碱基数小于(填“大于”“小于”或“等于”)DNA 分 子的碱基总数。 考点二：DNA 分子的复制 1．概念：以亲代 DNA 为模板，合成子代 DNA 的过程。 2．时间：有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期。 3．过程 4．特点 (1)复制方式为半保留复制。 (2)边解旋边复制。 5．DNA 分子精确复制的原因 (1)DNA 分子的双螺旋结构提供精确的模板。 (2)碱基互补配对原则保证复制精确进行。 6．意义：使遗传信息从亲代传给子代，保持了遗传信息的连续性。 7．研究 DNA 复制的常用方法 同位素示踪法和离心法，常用 3H、15N 标记，通过离心在试管中形成不同位置的 DNA 条带。 【重点突破】 一、碱基互补配对原则及相关计算： DNA 碱基互补配对原则是指在 DNA 分子形成碱基对时，A 一定与 T 配对，G 一定与 C 配对的一一对 应关系。推论如下： 1．双链 DNA 分子中嘌呤总数与嘧啶总数相等，即 A＋G＝T＋C。简记：“DNA 分子中两个非互补碱 基之和是 DNA 分子总碱基数的一半”。 2．在双链 DNA 分子中，互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个 DNA 分子中都相等。 设在双链 DNA 分子中的一条链上 A1＋T1＝n%，则  A1＝T2 A2＝T1 ⇒A1＋T1＝A2＋T2＝n%，所以 A＋T＝A1 ＋A2＋T1＋T2＝n%＋n% 2 ＝n%。 简记为“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等”。 3．双链 DNA 分子中，非互补碱基之和所占比例在两条互补链中互为倒数。 设双链 DNA 分子中一条链上，A1＋G1 T1＋C1 ＝m， 则A1＋G1 T1＋C1 ＝T2＋C2 A2＋G2 ＝m，互补链中A2＋G2 T2＋C2 ＝1 m。 简记为：“DNA 两条互补链中，不配对两碱基之和的比值互为倒数，乘积为 1”。 4．双链 DNA 分子中，以 A1 单链＝b%，则 A 双链＝b 2%。 二、DNA 的复制 1．各类生物体中 DNA 分子复制的场所    真核生物：细胞核 主要场所 、叶绿体、线粒体 原核生物：拟核、细胞质 如质粒的复制 DNA病毒：宿主细胞内 2．DNA 分子复制中相关计算的规律 (1)DNA 分子复制为半保留复制，若将一个被 15N 标记的 DNA 转移到含 14N 的培养基中培养(复制)若 干代，其结果分析如下： ①子代 DNA 共 2n 个   含15N的DNA分子：2个 只含15N的DNA分子：0个 含14N的DNA分子：2n个 只含14N的DNA分子： 2n－2 个 ②脱氧核苷酸 链共2n＋1条   含15N的脱氧核苷酸链：2条 含14N的脱氧核苷酸链： 2n＋1－2 条 (2)DNA 分子复制过程中消耗的某种脱氧核苷酸数 ①若亲代 DNA 分子含有某种脱氧核苷酸 m 个，经过 n 次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为 m·(2n －1)。 ②第 n 次复制需要该种脱氧核苷酸数为 m·2 n－1。 3.细胞分裂过程中染色体标记情况分析： 第一步 画出含一条染色体的细胞图，下方画出该条染色体上的 1 个 DNA 分子，用竖实线表示含同位素标记 第二步 画出复制一次，分裂一次的子细胞染色体图，下方画出染色体上 的 DNA 链，未被标记的新链用竖虚线表示 第三步 再画出第二次复制(分裂)后的细胞的染色体组成和 DNA 链的情 况 第四步 若继续推测后期情况，可想象着丝点分裂，染色单体分开的局面， 并进而推测子细胞染色体的情况 【真题训练】 1．(2018·海南高考)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 [一个 14N14N 的 DNA 分子利用 15N 的培养基复制两代，再转到 14N 的培养基中复制一代共产生 8 个 DNA 分子，其中 6 个 DNA 分子为 15N14N，两个 DNA 分子为 14N14N。] 2．(2017·海南高考)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 [双链 DNA 分子中 A＝T，C＝G，前者之间是两个氢键，后者之间是三个氢键；碱基序列不同的 双链 DNA 分子，前一比值不同，后一比值相同，A 错误；前一个比值越小，双链 DNA 分子的稳定性 越高，B 错误；当两个比值相同时，不能判断这个 DNA 分子是双链，因为假设 A＝30，G＝30，C＝ 30，T＝30 这条链可能是单链也有可能是双链，C 错误；双链 DNA 的复制方式为半保留复制，经半保 留复制得到的 DNA 分子仍为双链，后一比值等于 1，D 正确。] 3．(2016·全国卷Ⅰ)在有关 DNA 分子的研究中，常用 32P 来标记 DNA 分子。用 α、β 和 γ 表示 ATP 或 dATP(d 表示脱氧)上三个磷酸基团所处的位置(A—Pα～Pβ～Pγ 或 dA—Pα～Pβ～Pγ)。回答下列问题： (1)某种酶可以催化 ATP 的一个磷酸基团转移到 DNA 末端上，同时产生 ADP。若要用该酶把 32P 标记 到 DNA 末端上，那么带有 32P 的磷酸基团应在 ATP 的________(填“α”“β”或“γ”)位上。 (2)若用带有 32P 的 dATP 作为 DNA 生物合成的原料，将 32P 标记到新合成的 DNA 分子上，则带有 32P 的磷酸基团应在 dATP 的________(填“α”“β”或“γ”)位上。 (3)将一个某种噬菌体 DNA 分子的两条链用 32P 进行标记，并使其感染大肠杆菌，在不含有 32P 的培养 基中培养一段时间。若得到的所有噬菌体双链 DNA 分子都装配成噬菌体(n 个)并释放，则其中含有 32P 的 噬 菌 体 所 占 比 例 为 2/n ，原因是 _____________________________________________________________ ___________________________________________________________。 解析：(1)根据题干信息可知，该酶能将 ATP 水解成 ADP 和磷酸基团(即 Pγ)，同时将 Pγ 基团转移到 DNA 末端上。因此需将 32P 标记到 ATP 的 γ 位上。(2)DNA 生物合成的原料为脱氧核苷酸。将 dATP 两个高 能磷酸键都水解后的产物为 dA—Pα(腺嘌呤脱氧核苷酸)，为合成 DNA 的原料。因此需将 32P 标记到 dATP 的 α 位上。(3)一个含有 32P 标记的噬菌体双链 DNA 分子经半保留复制后，标记的两条单链只能 分配到两个噬菌体的双链 DNA 分子中，因此在得到的 n 个噬菌体中只有 2 个带有标记。 答案：(1)γ (2)α (3)一个含有 32P 标记的噬菌体双链 DNA 分子经半保留复制后，标记的两条单链只 能分配到两个噬菌体的双链 DNA 分子中，因此在得到的 n 个噬菌体中只有 2 个带有标记 【专项训练】 1．真核细胞中 DNA 复制如图所示，下列表述错误的是( ) A．多起点双向复制能保证 DNA 复制在短时间内完成 B．每个子代 DNA 都有一条核苷酸链来自亲代 C．复制过程中氢键的破坏和形成都需要 DNA 聚合酶的催化 D．DNA 分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则 C [DNA 复制过程中氢键的破坏需要解旋酶的催化，但氢键的形成不需要酶的催化，C 错误。] 2．1958 年，科学家以大肠杆菌为实验材料进行实验(如图左)，证实了 DNA 是以半保留方式复制的。 ②③④⑤试管是模拟可能出现的结果。下列相关推论正确的是( ) A．该实验运用了同位素标记法，出现④的结果至少需要 90 分钟 B．③是转入 14N 培养基中复制一代的结果，②是复制两代的结果 C．对得到“DNA 以半保留方式复制”的结论起关键作用的是试管③的结果 D．给试管④中加入解旋酶一段时间后离心出现的结果如试管⑤所示 C [该实验运用了同位素标记法，根据 DNA 的半保留复制特点，亲代 DNA 均被 15N 标记，繁殖一代 产生两个 DNA 分子，每个 DNA 分子都是一条链含有 15N，另一条链含有 14N，其结果是③；繁殖两代 产生 4 个 DNA 分子，其中有两个 DNA 分子均是一条链含有 15N，另一条链含 有 14N，另外两个 DNA 分子的两条链均含有 14N，其结果是④，因此出现④的结果至少需要 60 分钟， A 错误；③是转入 14N 培养基中复制一代的结果，④是复制两代的结果，B 错误；③试管中的 DNA 分 子一条链含有 15N，另一条链含有 14N，对得到 DNA 以半保留方式复制的结论起关键作用，C 正确； 试管④中，有一半 DNA 分子每条链都含有 14N，另一半 DNA 分子均是一条链含有 14N，另一条链含有 15N，加入解旋酶一段时间后，所有的 DNA 分子双链均打开，离心后在试管中的位置应是一部分重带， 一部分轻带，D 错误。] 3．下列关于 DNA 的相关计算中，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 C [根据碱基互补配对原则，具有 1 000 个碱基对的 DNA，A＋T＋C＋G＝2 000 个，A＝T＝600 个， C＝G＝400 个，但在该 DNA 分子的每一条链上，所具有的胞嘧啶不一定是 200 个，A 项错误；具有 m 个胸腺嘧啶的 DNA 片段，复制 n 次后共需要(2n－1)·m 个胸腺嘧啶，B 项错误；具有 m 个胸腺嘧啶的 DNA 片段，第 n 次复制共需要(2n－1)·m－ (2n－1－1)·m＝2n－1·m 个胸腺嘧啶，C 项正确；在双链 DNA 分子中，A＋G 所占的比例是1 2，在单链 DNA 分子中，A＋G 所占的比例不一定是1 2，D 项错误。] 4．一个 32P 标记的噬菌体侵染在 31P 环境中培养的大肠杆菌，已知噬菌体 DNA 上有 m 个碱基对，其 中胞嘧啶有 n 个，以下叙述不正确的是( ) A．大肠杆菌为噬菌体增殖提供原料和酶等 B．噬菌体 DNA 含有(2m＋n)个氢键 C．该噬菌体繁殖 4 次，子代中只有 14 个含有 31P D．噬菌体 DNA 第 4 次复制共需要 8(m－n)个腺嘌呤脱氧核苷酸 C [ 噬菌体侵染细菌时，只有 DNA 进入细菌并作为模板控制子代噬菌体的合成，其 DNA 复制及子 代蛋白质外壳的合成需大肠杆菌提供原料、酶和 ATP 等，A 项正确；DNA 上有 m 个碱基对，胞嘧啶 有 n 个，因此可知腺嘌呤为(2m－2n)/2＝(m－n)个，A 和 T 之间两个氢键，C 和 G 之间三个氢键，因 此氢键为 3n＋2(m－n)＝(2m＋n)个，B 项正确；噬菌体增殖所需原料由细菌提供，模板由噬菌体 DNA 提供，所以噬菌体繁殖 4 次，共有 24＝16 个子代噬菌体，由于 DNA 的复制是半保留复制，因此所有 的子代噬菌体都含有 31P，C 项错误；根据以上分析可知，1 个 DNA 分子含有(m－n)个腺嘌呤，DNA 分子第 4 次复制需要腺嘌呤脱氧核苷酸为 24－1×( m－n)＝8(m－n)个，D 项正确。] 5．用 32P 标记某动物的体细胞(含 20 条染色体)的 DNA 分子双链，再将这些细胞转入不含 32P 的培养 基中培养，在第二次细胞分裂的后期，一个细胞中染色体总条数和被 32P 标记的染色体数分别是( ) A．20 和 20 B．40 和 20 C．20 和 10 D．20 和 40 B [32P 标记某动物体细胞的 DNA，经过复制后，产生的 40 个 DNA 均有一条链带 32P 标记，产生的 两个子细胞含有 20 个 DNA，且这 20 个 DNA 均有一条链带 32P 标记，经过第二次有丝分裂间期 DNA 复制后，产生的 40 个 DNA，有 20 个 DNA 的一条链带 32P 标记，20 个 DNA 两条链均不带标记，第 二次有丝分裂后期染色体数为 40 条，其中带标记的染色体数为 20 条。] 6．若某动物(2n＝8)的一个精原细胞内所有核 DNA 分子的核苷酸链均被 32P 标记，经过两次分裂，对 所产生的 4 个子细胞中核 DNA 分子的分析(原料不含放射性)，正确的是( ) A．若精原细胞进行的是有丝分裂，则每个子细胞中均有 2 个被 32P 标记 B．若精原细胞进行的是减数分裂，则每个子细胞中均有 2 个被 32P 标记 C．若精原细胞进行的是有丝分裂，则每个子细胞中均有 4 个被 32P 标记 D．若精原细胞进行的是减数分裂，则每个子细胞中均有 4 个被 32P 标记 D [若精原细胞进行的是有丝分裂，则第一次分裂结束后，每个子细胞内每条染色体上的 DNA 分子 都是一条链被 32P 标记，另一条链未被标记；第二次有丝分裂后期，每个着丝点分裂后形成的两条子 染色体(一条上的 DNA 分子被 32P 标记，另一条上的 DNA 分子未被标记)随机移向两极，最后进入每 个子细胞内的被 32P 标记的核 DNA 分子数是不确定的，故 A、C 错误；若精原细胞进行的是减数分裂， 则经过减Ⅰ前的间期 DNA 的半保留复制，每条染色体上的 DNA 分子都是一条链被 32P 标记，另一条链 未被标记，即减数分裂形成的每个子细胞中都有 4 个被 32P 标记的核 DNA 分子，B 错误，D 正确。] 7．如图表示某 DNA 片段，有关该图的叙述正确的是( ) A．①②③相间排列，构成 DNA 分子的基本骨架 B．④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸 C．⑨既容易断裂又容易生成，所以 DNA 稳定性与之无关 D．该 DNA 片段有两种碱基配对方式，四种脱氧核苷酸 D [DNA 分子的基本骨架为①磷酸、②脱氧核糖交替连接形成的，A 错误；①磷酸并不能与②③组成 为胞嘧啶脱氧核苷酸，B 错误；DNA 稳定性与⑨氢键有关，含有三个氢键的碱基对越多，DNA 分子 越稳定，C 错误；该 DNA 片段有两种碱基配对方式，即 A 与 T 配对、C 与 G 配对，四种脱氧核苷酸， D 正确。] 8．20 世纪 50 年代初，查哥夫对多种生物 DNA 做了碱基定量分析，发现A＋T C＋G的比值如表。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 马肝 马胸腺 马脾 A＋T C＋G 1.01 1.21 1.21 1.43 1.43 1.43 A．马的 DNA 结构比大肠杆菌 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 DNA 中 A＋T 的数量是鼠 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 D [分析表格中的信息可知，马的 DNA 中A＋T C＋G的比值大于大肠杆菌，由于 A 与 T 之间的氢键是两个， C 与 G 之间的氢键是三个，因此马的 DNA 结构比大肠杆菌 DNA 结构更不稳定，A 错误；小麦和鼠的 碱基含量相同，碱基排列顺序不相同，遗传信息不同，B 错误；此题无法计算小麦 DNA 中 A＋T 的数 量与鼠 DNA 中 C＋G 数量的比值，C 错误；同一生物是由受精卵经过有丝分裂和细胞分化形成的，不 同组织中 DNA 碱基组成相同，D 正确。] 9．已知某 DNA 分子中，G 与 C 之和占全部碱基总数的 40%，其中一条链的 T 与 C 分别占该链碱基 总数的 40%和 15%。下列有关叙述正确的是( ) A．在它的互补链中，T 与 C 之和占该链碱基总数的 55% B．在它的互补链中，T 和 C 分别占该链碱基总数的 20%和 25% C．若该 DNA 分子含 1 000 个碱基对，则碱基之间的氢键数 2 600 个 D．该 DNA 分子中C＋G A＋T为3 2 B [已知某 DNA 分子中，G 与 C 之和占全部碱基总数的 40%，则 C＝G＝20%，A＝T＝50%－20%＝ 30%，则 A＋T A＋T＋C＋G＝60%， A＋T A＋T＋C＋G＝ A1＋T1 A1＋T1＋C1＋G1 ＝60%，其中一条链的 T 占该链碱基总 数的 40%，即 T1 A1＋T1＋C1＋G1 ＝40%，则 A1 A1＋T1＋C1＋G1 ＝ A1＋T1 A1＋T1＋C1＋G1 － T1 A1＋T1＋C1＋G1 ＝20%， A1 A1＋T1＋C1＋G1 ＝ T2 A2＋T2＋C2＋G2 ＝20%。由于 C＋G A＋T＋C＋G＝ C1＋G1 A1＋T1＋C1＋G1 ＝40%，其中一条链的 C 占该链碱基 总数 的 15%，即 C1 A1＋T1＋C1＋G1 ＝15%，则 G1 A1＋T1＋C1＋G1 ＝ C1＋G1 A1＋T1＋C1＋G1 － C1 A1＋T1＋C1＋G1 ＝25%， G1 A1＋T1＋C1＋G1 ＝ C2 A2＋T2＋C2＋G2 ＝25%，则 T2＋C2 A2＋T2＋C2＋G2 ＝45%，A 错 误，B 正确；若该 DNA 分子含 1 000 个碱基对，则 A＝T＝600，C＝G＝400，A、T 之间的氢键为 600×2 ＝1 200，C、G 之间的氢键为 400×3＝1 200，碱基之间的氢键数 2 400 个，C 错误；该 DNA 分子中C＋G A＋T ＝40 60＝2 3，D 错误。] 10．下列有关基因的叙述，正确的是( ) A．真核细胞中的基因都以染色体为载体 B．唾液淀粉酶基因在人体所有细胞中都能表达 C．等位基因的根本区别是脱氧核苷酸的排列顺序不同 D．基因是由碱基对随机排列成的 DNA 片段 C [真核细胞的细胞核基因以染色体为载体，细胞质基因不是以染色体为载体，A 项错误；唾液淀粉 酶基因只在唾液腺细胞中表达，B 项错误；等位基因是基因突变产生的，两者的根本区别是脱氧核苷 酸的排列顺序不同，C 项正确；基因是有遗传效应的 DNA 片段，其中的碱基对具有特定的排列顺序， D 错误。] 11．下列有关染色体、DNA、基因三者关系的叙述，不正确的是( ) A．每条染色体上都含有一个 DNA 分子或两个 DNA 分子，DNA 分子上含有许多个基因 B．都能复制、分离和传递，且三者行为一致 C．三者都是生物细胞内的遗传物质 D．在生物的传宗接代过程中，染色体的行为决定着 DNA 和基因的行为 C [每条染色体上都含有一个 DNA 分子(未复制时)或两个 DNA 分子(复制后)。染色体是 DNA 的主要 载体，因而染色体的行为决定着 DNA 和基因的行为(复制、分离、组合、传递)。染色体是遗传物质的 主要载体，染色体在遗传中的作用是由 DNA 或基因决定的，因而不能说染色体是遗传物质。]