【生物】2018届一轮复习人教版DNA分子的结构、复制与基因的本质教案（适用全国）

【生物】2018届一轮复习人教版DNA分子的结构、复制与基因的本质教案（适用全国）

第2讲　DNA分子的结构、复制与基因的本质 考点一| DNA分子的结构及基因的本质 ‎1．DNA分子的化学组成 ‎(1)元素组成：C、H、O、N、P。‎ ‎(2)基本单位：‎ ‎2．DNA分子的结构 ‎(1)平面结构：‎ ‎①基本骨架：磷酸、脱氧核糖交替连接而成的反向平行长链。‎ ‎②内侧：碱基对 遵循碱基互补配对原则。‎ ‎(2)空间结构：规则的双螺旋结构。‎ ‎3．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。‎ ‎4．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。‎ ‎1．判断有关DNA结构叙述的正误。‎ ‎(1)沃森和克里克提出在DNA双螺旋结构中嘧啶数不等于嘌呤数。(×)‎ ‎【提示】　由于碱基互补配对，则DNA双螺旋结构中嘧啶数等于嘌呤数。‎ ‎(2)DNA单链中相邻碱基以氢键相连。(×)‎ ‎【提示】　DNA单链中相邻碱基以脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖相连。‎ ‎(3)T2噬菌体的遗传物质水解产生4种脱氧核苷酸。(√)‎ ‎(4)每个DNA分子中碱基数＝磷酸数＝核糖数。(×)‎ ‎【提示】　DNA分子中的五碳糖应为脱氧核糖。‎ ‎2．判断有关基因本质的正误。‎ ‎(1)染色体是肺炎双球菌细胞中DNA的主要载体。(×)‎ ‎【提示】　肺炎双球菌为原核生物，无染色体。‎ ‎(2)基因中碱基对或脱氧核苷酸的排列顺序均可代表遗传信息。(√)‎ ‎(3)基因突变等同于DNA分子内部碱基对的替换、增添或缺失。(×)‎ ‎【提示】　DNA分子中只有基因部分的碱基对替换、增添或缺失，属于基因突变。‎ ‎3．图示为两种DNA结构模型，请分析：‎ 图1　　　　　　　　　　　图2‎ ‎(1)由图1可知，每个DNA分子片段中，游离磷酸基团含有2‎ 个。单链中相邻碱基通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖连接。互补链中相邻碱基通过氢键连接。‎ ‎(2)图2是图1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，限制性内切酶和DNA连接酶作用于①部位。‎ 碱基互补配对原则及相关计算规律 ‎1．碱基互补配对原则：A一定与T配对，G一定与C配对。‎ ‎2．四个计算规律。‎ ‎(1)规律一：一个双链DNA分子中，A＝T、C＝G，则A＋G＝C＋T，即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。‎ ‎(2)规律二：在双链DNA分子中，互补的两碱基之和(如A＋T或C＋G)占全部碱基的比值等于其任何一条单链中该种碱基比例的比值，且等于其转录形成的mRNA(T换为U)中该种碱基比例的比值。‎ ‎(3)规律三：在DNA双链中，一条单链的的值与其互补单链的的值互为倒数关系。‎ 提醒：在整个DNA分子中该比值等于1。‎ ‎(4)规律四：在DNA双链中，一条单链的的值，与该互补链的的值是相等的，与整个DNA分子中的的值是相等的。‎ 提醒：综合规律三、四可简记为“补则等，不补则倒”。‎ 视角 1 考查DNA分子的结构及特点 ‎1．(2017·江西师范大学附中期末)下列有关双链DNA的结构和复制的叙述正确的是(　　)‎ A．DNA双螺旋结构以及碱基间的氢键使DNA分子具有较强的特异性 B．DNA分子双链间的碱基通过脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖连接 C．DNA聚合酶催化两个游离的脱氧核苷酸之间的连接 D．复制后产生的两个子代DNA分子共含有4个游离的磷酸基团 D　[DNA分子的特定碱基排列顺序使其具有较强的特异性，A 项错误；DNA分子双链间的碱基通过氢键连接，B项错误；DNA聚合酶催化游离的脱氧核苷酸与DNA链上的脱氧核苷酸之间的连接，C项错误；每个DNA分子的两条链各有1个游离的磷酸，因此1个DNA复制的两个DNA分子共有4个游离的磷酸基团，D项正确。]‎ ‎2．(2017·淄博市高三检测)用卡片构建DNA平面结构模型，所提供的卡片类型和数量如下表所示，以下说法正确的是(　　)‎ 卡片类型 脱氧核糖 磷酸 碱基 A T G C 卡片数量 ‎10‎ ‎10‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎3‎ ‎2‎ A.最多可构建4种脱氧核苷酸，5个脱氧核苷酸对 B．构成的双链DNA片段最多有10个氢键 C．DNA中每个脱氧核糖均与1分子磷酸相连 D．可构建45种不同碱基序列的DNA B　[由表中给定的碱基A为2个，C为2个，并结合碱基互补配对原则可知最多可构建4个脱氧核苷酸对，A项错误；构成的双链DNA片段中A与T间的氢键共有4个，G与C共有6个，即最多有10个氢键，B项正确；DNA中位于一端的脱氧核糖分子均与1分子磷酸相连，位于内部的脱氧核糖分子均与2分子磷酸相连，C项错误；可构建44种不同碱基序列的DNA，D项错误。]‎ ‎[巧学助记]‎ DNA分子结构的“五、四、三、二、一”‎ 视角 2 DNA分子中碱基含量(或比例)的分析与计算 ‎3．(2017·济南2月调研)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．下列有关计算结果，错误的是(　　)‎ A．DNA分子上的某个基因片段含有600个碱基对，由它控制合成的蛋白质分子最多含有的氨基酸数为200个 B．将一个被15N标记的噬菌体(含一个双链DNA分子)去侵染含14N的细菌，噬菌体复制3次后，则含有15N标记的噬菌体占总数的1/8‎ C．某双链DNA分子的所有碱基中，鸟嘌呤的分子数占26%，则腺嘌呤的分子数占24%‎ D．某DNA分子的一条单链中(A＋T)/(C＋G)＝0.4，则其互补链中该碱基比例也是0.4‎ B　[DNA分子上的某个基因片段含有600个碱基对，则相应的mRNA最多含有600个碱基，600个碱基含有200个密码子，200个密码子最多对应200个氨基酸；DNA进行半保留复制，将一个被15N标记的噬菌体(含一个双链DNA分子)去侵染含14N的细菌，噬菌体复制3次后，则含有15N标记的噬菌体占总数的1/4；某双链DNA分子的所有碱基中，鸟嘌呤的分子数占26%，则胞嘧啶分子数比例也为26%，腺嘌呤的分子数百分比＝胸腺嘧啶分子数百分比＝24%。由碱基互补配对原则可知，DNA分子一条单链中(A＋T)/(G＋C)与互补链中该碱基比例相等。]‎ 关于碱基含量计算的简便方法“两点两法”‎ ‎“两点”为两个基本点：一是A与T配对(RNA为A与U配对)，G与C配对(A＝T　G＝C)；二是双链DNA分子中，嘌呤总数＝嘧啶总数＝1/2碱基总数(A＋G＝T＋C)。“两法”为双链法和设定系数法：用两条直线表示DNA分子的双链结构即为双链法；设定系数法即是设定一个系数来表示碱基的总数或某碱基的数目。例如：已知双链DNA分子中G与C占全部碱基的40%[或一条单链中(A＋G)/(T＋C)＝0.4]，可设双链DNA分子中碱基总数为200x，则一条链碱基数目为100x，G＋C的数目为200x×40%＝80x(或设A＋G的数目为4x，则T＋C＝10x)。‎ 考点二| DNA复制及相关计算 ‎1．概念 以DNA分子为模板合成子代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．条件 ‎4．过程 DNA两条母链形成子链→新DNA分子。‎ ‎5．特点 ‎(1)过程：边解旋边复制。‎ ‎(2)方式：半保留复制。‎ ‎6．结果：形成两个完全相同的DNA分子。‎ ‎7．意义：将遗传信息由亲代传给子代，保持了遗传信息的连续性。‎ ‎1．判断有关DNA复制叙述的正误。‎ ‎(1)DNA复制时以DNA分子的一条链作为模板。(×)‎ ‎【提示】　DNA复制的模板为解旋后的每一段母链。‎ ‎(2)洋葱根尖分生区细胞在减数第一次分裂前间期进行DNA复制。(×)‎ ‎【提示】　洋葱根尖分生区细胞不进行减数分裂。‎ ‎(3)DNA复制时先解旋后复制。(×)‎ ‎【提示】　DNA复制时边解旋边复制。‎ ‎(4)DNA复制就是基因表达的过程。(×)‎ ‎【提示】　基因的表达包括转录、翻译，DNA复制不属于基因的表达。‎ ‎(5)蓝藻细胞的拟核及叶绿体中均可发生DNA复制。(×)‎ ‎【提示】　蓝藻为原核生物，无叶绿体。‎ ‎2．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/分，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，是因为复制是双向进行的。‎ ‎(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，是因为从多个起始点同时进行复制。‎ ‎(3)A→G均有以下特点：延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA分子复制是边解旋边复制的。‎ ‎(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保证了DNA分子复制准确无误地完成。‎ ‎1．生物体中DNA分子复制的场所 ‎2．DNA分子复制中相关计算的规律方法 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分子数：2n个。‎ ‎①无论复制多少次，含15N的DNA分子始终是2个。‎ ‎②含14N的有2n个，只含14N的有(2n－2)个，做题时应看准是“含”还是“只含”。‎ ‎(2)子代DNA分子的总链数：2n×2＝2n＋1条。‎ ‎①无论复制多少次，含15N的链始终是2条。做题时应看准是“DNA分子数”还是“链数”。‎ ‎②含14N的链数是(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，则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸为m×(2n－1)个。‎ ‎②若进行第n次复制，则需消耗该脱氧核苷酸数为m×2n－1个。‎ 视角 1 考查DNA复制的过程及特点 ‎1．如图表示大肠杆菌的DNA复制示意图。如果是单起点单向复制，按正常的子链延伸速度，此DNA分子复制约需30 s，而实际上复制从开始到结束只需约16 s。据图分析，下列说法不正确的是(　　)‎ A．此DNA分子复制为半保留复制 B．该DNA分子从两个起点进行双向复制 C．将甲置于含15N的培养液中复制3次，子代DNA都含15N D．甲分子中碱基A占20%，那么其子代DNA中鸟嘌呤占30%‎ B　[从图中可知，DNA分子为半保留复制，A项正确；此DNA分子应该是从1个起点双向复制，B项错误；由于新合成的子链都含有15N，所以子代DNA分子都含有15N，C项正确；根据碱基互补配对原则，可知子代DNA中鸟嘌呤占30%，D项正确。]‎ ‎2.如图为真核细胞DNA复制过程示意。据图分析，下列相关叙述中错误的是(　　)‎ A．由图示得知，子链是沿着一定方向延伸的 B．合成两条子链时，DNA聚合酶移动的方向是相反的 C．细胞内的DNA复制场所有细胞核、叶绿体、线粒体 D．解旋需解旋酶及DNA聚合酶的催化，且需要消耗ATP D　[由题图可知，A、B正确；细胞内的DNA分布在细胞核、线粒体和叶绿体中，这三个结构都可以进行DNA复制；解旋不需要DNA聚合酶参与。] ‎ 视角 2 考查DNA复制的相关计算 ‎ ‎3．将一个没有放射性同位素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－胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中培养一段时间，检测到如下图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，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 D．复制n次形成的放射性脱氧核苷酸单链为2n＋1－2‎ D　[DNA第二次复制产生的子代DNA共4个，有Ⅰ、Ⅱ两种类型，比例为1∶1，A错误；大肠杆菌属于原核生物，无同源染色体，不遵循孟德尔的分离定律，B错误；复制n次需要胞嘧啶的数目是·(2n－1)，C错误；DNA分子是双链结构，一个不含放射性同位素32P标记的大肠杆菌拟核DNA共2条链，所以复制n次形成的放射性脱氧核苷酸单链为2n＋1－2，D正确。]‎ 巧借模式图解答与DNA复制有关问题 学会画DNA分子半保留复制图解有助于理解DNA的相关计算规律，如下图所示：‎ 真题验收| 感悟高考　淬炼考能 ‎1．(2013·全国卷Ⅱ)关于DNA和RNA的叙述，正确的是(　　)‎ A．DNA有氢键，RNA没有氢键 B．一种病毒同时含有DNA和RNA C．原核细胞中既有DNA，也有RNA D．叶绿体、线粒体和核糖体都含有DNA C　[DNA为双链，两条链间以氢键连接，RNA为单链，但也有双链区域，如tRNA三叶草构象，双链区域也含氢键，A错误；病毒是非细胞生物，只含有DNA或者RNA一种核酸，B错误；细胞生物都含有DNA和RNA，C正确；线粒体、叶绿体为半自主性细胞器，具有DNA，核糖体含rRNA和蛋白质，D错误。]‎ ‎2．(2014·山东高考)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　[双链DNA分子中，(A＋C)/(T＋G)一定等于1，A错误；当一条链中存在(A1＋C1)/(T1＋G1)＝1时，其互补链中存在(A2＋C2)/(T2＋G2)＝(T1＋G1)/(A1＋C1)＝1，B错误；在DNA分子中，存在(A1＋T1)/(G1＋C1)＝(A2＋T2)/(G2＋C2)＝(A＋T)/(G＋C)，C正确、D错误。]‎ ‎3．(2015·上海高考)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，这样在随后的一轮复制结束时，突变位点为AT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轮复制后形成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AT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2/(N×2i＋2)＝。]‎ ‎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。‎ ‎8．染色体是基因的主要载体，线粒体、叶绿体中也存在基因。‎ 　‎ DNA复制与细胞分裂中染色体标记情况分析 ‎1．DNA分子复制特点及子DNA存在位置与去向 ‎(1)复制特点：半保留复制即新DNA分子总有一条链来自亲代DNA(即模板链)，另一条链(子链)由新原料构建而成。‎ ‎(2)2个子DNA位置：当一个DNA分子复制形成两个新DNA分子后，此两个DNA恰位于两姐妹染色单体上，且由着丝点连在一起，即 ‎(3)子DNA去向：在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期，当着丝点分裂时，两姐妹染色单体分开，分别移向细胞两极，此时子DNA随染色单体分开而分开。‎ ‎2．DNA分子连续复制两次的图像及解读 ‎　(2017·佛山市二模)用32P标记某动物精原细胞的全部核DNA，然后将细胞置于31P标记的培养液中培养，使其进行一次有丝分裂或减数分裂(MⅠ、MⅡ)，下列有关叙述正确的是(　　)‎ A．有丝分裂前期与MⅠ前期细胞中，32P标记的DNA分子数相同、染色体数不同 B．有丝分裂后期与MⅠ后期细胞中，32P标记的DNA分子数不同、染色体数不同 C．有丝分裂中期与MⅡ中期细胞中，32P标记的DNA分子数不同、染色体数不同 D．有丝分裂后期与MⅡ后期细胞中，32P标记的DNA分子数不同、染色体数相同 ‎【解析】　由题干信息并结合DNA的半保留复制以及细胞分裂过程中染色体数目、DNA变化规律可知：有丝分裂前期与MⅠ前期细胞中，32P标记的DNA分子数目相同，染色体数也相同，A项错误；有丝分裂后期与MⅠ后期细胞中32P标记DNA分子数目相同，前者的染色体数目是后者的2倍，B项错误；有丝分裂中期与MⅡ中期细胞中，前者被32P标记的DNA分子数目、染色体数均为后者的2倍，C项正确；有丝分裂后期与MⅡ后期细胞中，前者被32P标记的DNA分子数目、染色体数均为后者的2倍，D项错误。‎ ‎【答案】　C 模型法巧解细胞分裂染色体标记题 解答此类问题的关键是构建细胞分裂过程模型图，并完成染色体与DNA的转换。具体如下：‎ 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(a与a′)分开的局面，并进而推测子细胞染色体情况 ‎[跟踪练习]‎ ‎1．将DNA分子双链用3H标记的某动物精原细胞(2n＝8)移入适宜培养条件(不含放射性元素)下，让细胞连续进行两次有丝分裂，再进行一次减数分裂。根据如图所示判断在减数第二次分裂中期，细胞中染色体的标记情况依次是(　　)‎ A. 2个b，6个c B. b＋c＝8个，但b和c数目不确定 C. 4个b，4个c D. b＋c＝4个，但b和c数目不确定 D　[让该精原细胞连续进行两次有丝分裂，再进行一次减数分裂，该过程中DNA共复制3次。根据DNA分子半保留复制特点，第一次有丝分裂形成的两个子细胞中均含有8条染色体，8个DNA分子，且这8个DNA分子都只有一条链含有3H标记；第二次有丝分裂形成的两个子细胞中共有8条染色体，这8条染色体中只有部分被3H标记，且具体数目不确定；减数第二次分裂中期，细胞中同有4条染色体，有部分染色体的一条染色单体被标记，即图中b，还有部分染色体没有被标记，即图中c，则b＋c＝4个，但b和c数目不确定。]‎ ‎2．将染色体上全部DNA分子双链经32P标记的雄性哺乳动物细胞(染色体数为20)置于不含32P的培养基中培养。下列推断中，正确的是(　　)‎ A．若减数分裂结束，则产生的子细胞中有5对同源染色体，每条都含32P B．若完成一次有丝分裂，则产生的子细胞中含20条染色体，其中10条含32P C．若进行减数分裂，则每个减Ⅱ后期细胞中均含2个Y染色体且都含32P D．若进行一次有丝分裂，则分裂中期细胞的染色体上共有 ‎40个DNA分子且都含32P D　[减数分裂结束，同源染色体分离，因此子细胞中不存在同源染色体，A错误；若完成一次有丝分裂，则产生的子细胞中含20条染色体，20条染色体上的DNA分子均有一条脱氧核苷酸链被标记，即20条染色体含有标记，B错误；在减数第一分裂后期，由于X染色体和Y染色体分离，因此每个减数第二次分裂后期细胞中可能含有2个Y染色体或2个X染色体，C错误；若进行一次有丝分裂，则分裂中期细胞的染色体上共有40个DNA分子，且每个DNA分子均有一条脱氧核苷酸链被标记，D正确。]‎