2020版高考生物复习第6单元第2讲dna分子的结构、复制与基因的本质教学案新人教版

2020版高考生物复习第6单元第2讲dna分子的结构、复制与基因的本质教学案新人教版

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)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n(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．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)沃森和克里克研究DNA分子的结构时，运用了构建物理模型的方法。(√)(2)嘌呤碱基与嘧啶碱基的结合保证了DNA分子空间结构的相对稳定。(√)(3)分子大小相同、碱基含量相同的核酸分子所携带的遗传信息一定相同。(×)提示：核酸分子所携带的遗传信息取决于碱基排列顺序。(4)DNA分子一条链上的相邻碱基通过磷酸—脱氧核糖—磷酸相连。(×)提示：一条链上相邻的碱基通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖相连。(5)不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值可能相同。(√)(6)DNA分子的多样性和特异性主要与它的空间结构密切相关。(×)提示：DNA的空间结构都是双螺旋结构，与多样性和特异性无关。(7)人体内控制β珠蛋白基因由1700个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有41700种。(×)提示：β珠蛋白的基因的碱基排列方式是特定的。2．思考回答(规范表述)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，限制性核酸内切酶和DNA连接酶作用于①部位。碱基互补配对原则及相关计算：nDNA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＋T1＝A2＋T2＝n%，所以A＋T＝A1＋A2＋T1＋T2＝＝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，＝m，则＝＝m，互补链中＝。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＝b%，则＝%。考法1　考查DNA分子的结构1．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。]n2．(2019·吉林长春外国语学校质检)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1.011.211.211.431.431.43A．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。]考法2　考查基因的本质及与DNA和染色体的关系3．(2019·贵州思南中学期末)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1000个碱基对，则碱基之间的氢键数2600个D．该DNA分子中为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＝60%，＝＝60%，其中一条链的T占该链碱基总数的40%，即＝40%，则＝－＝20%，＝＝20%。由于＝＝40%，其中一条链的C占该链碱基总数的15%，即＝15%，则＝－＝25%，＝＝25%，则＝45%，A错误，B正确；若该DNA分子含1000个碱基对，则A＝T＝600，C＝G＝400，A、T之间的氢键为600×2＝1200，C、G之间的氢键为400×3＝1200，碱基之间的氢键数2n400个，C错误；该DNA分子中＝＝，D错误。]4．(2018·潍坊期中)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。]5．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。]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n4．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。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(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。(×)提示：新合成的DNA分子的两条链有一条链是新合成的。(2)DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制。(×)提示：DNA复制时边解旋边复制。(3)单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链。(×)提示：在DNA聚合酶的作用下，单个脱氧核苷酸连接到DNA单链片段上形成子链。(4)在一个细胞周期中，DNA复制过程中的解旋发生在两条DNA母链之间。(√)(5)在人体内，成熟的红细胞、浆细胞中不发生DNA的复制。(√)2．思考回答(规范表述)如图为真核细胞DNA复制过程的模式图nDNA聚合酶的作用机理是什么？提示：DNA聚合酶以DNA的一条链为模板，将单个脱氧核苷酸通过形成磷酸二酯键，连接到已有的脱氧核苷酸单链上。1．各类生物体中DNA分子复制的场所2．DNA分子复制中相关计算的规律(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(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·2n－1。考法1　考查DNA复制的过程和特点1．(2019·德州重点中学月考)真核细胞中DNA复制如图所示，下列表述错误的是(　　)nA．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．(2018·安徽宣城二调)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。]考法2　考查DNA复制的相关计算3．(2018·泰安期中)下列关于DNA的相关计算中，正确的是(　　)A．具有1000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nC．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C　[根据碱基互补配对原则，具有1000个碱基对的DNA，A＋T＋C＋G＝2000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，在单链DNA分子中，A＋G所占的比例不一定是，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31PD．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。]考法3　DNA半保留复制与细胞分裂的综合考查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n32P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20C．20和10D．20和40B　[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。]真题体验|感悟高考　淬炼考能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∶3B．有15N15N和14N14N两种，其比例为1∶1C．有15N15N和14N14N两种，其比例为3∶1D．有15N14N和14N14N两种，其比例为3∶1D　[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nB．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1D　[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n