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第二讲DNA分子的结构、复制与基因的本质素能目标★备考明确考点一DNA分子的结构和相关计算1．DNA分子结构模型的建立者及DNA的组成(1)DNA双螺旋模型构建者：沃森和克里克。
(2)图解DNA分子双螺旋结构①DNA由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
②外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接构成主链基本骨架。
③内侧：两链上碱基通过氢键连接成碱基对。
碱基互补配对遵循以下原则：A===T(两个氢键)、G≡C(三个氢键)。
2．DNA分子的结构特点【基础小题】1．判断正误(1)双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的。
(×)(2)双链DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数。
(√)(3)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。
(√)(4)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。
(√)(5)DNA分子中两条脱氧核苷酸链之间的碱基一定是通过氢键连接的。
(√)(6)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。
(×)(7)含有G、C碱基对比较多的DNA分子热稳定性较差。
(×)(8)富兰克林和威尔金斯对DNA双螺旋结构模型的建立也作出了巨大的贡献。
(√)2．教材拾遗(1)DNA分子的多样性与其空间结构________(填“有关”或“无关”)，其多样性的原因是什么？提示：无关不同DNA分子中碱基排列顺序是千变万化的。
(2)DNA分子的结构具有稳定性的原因是什么？提示：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。
3．热图导析：分析DNA分子结构图像。
(1)图中④能表示胞嘧啶脱氧核苷酸吗？提示：不能。
(2)解旋酶作用于图中哪个部位？限制性内切核酸酶和DNA连接酶作用于图中哪个部位？提示：解旋酶作用于⑨，限制性内切核酸酶和DNA连接酶作用于⑩。
(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。
第2课时有丝分裂过程中相关变化及观察实验课标要求 1.比较有丝分裂过程中物质或结构的变化规律，培养逻辑思维能力。
2.活动：制作和观察根尖细胞有丝分裂简易装片，或观察其永久装片。
考点一有丝分裂的图像和曲线分析1．染色体、染色单体、核DNA的数量关系(1)染色体数＝着丝粒数，即根据着丝粒数计算染色体数。
(2)当染色单体存在时，染色体∶染色单体∶核DNA＝1∶2∶2。
(3)当无染色单体存在时，染色体∶核DNA＝1∶1。
2．有丝分裂过程中细胞内核DNA含量、染色体数、染色单体数的变化(假定生物体细胞中核DNA含量为2c，染色体数为2n)(1)核DNA含量、染色单体数、染色体数变化项目间期前期中期后期末期核DNA含量2c→4c4c4c4c4c→2c染色单体数0→4n4n4n0 0染色体数2n2n2n4n4n→2n(2)细胞核DNA含量、染色体数、染色单体数、每条染色体上DNA含量变化曲线①a →b 、l →m 、p →q 变化原因都是DNA 分子复制。
②g →h 、n →o 、r →s 变化原因都是着丝粒分裂，姐妹染色单体分开，染色体数目加倍。
③c →d 、r →s 的变化很相似，但原因不同，c →d 的变化原因是一个亲代细胞分裂成两个子代细胞。
(3)根据柱状图判断细胞分裂时期的规律：①根据染色单体变化判断各时期：染色单体⎩⎨⎧有→G 2期、前期、中期→甲图无→⎩⎪⎨⎪⎧后期、末期→乙图G 1期→丙图②根据比例关系判断各时期：核DNA ∶染色体∶染色单体＝⎩⎪⎨⎪⎧4n ∶2n ∶4n →G 2期、前期、中期→甲图4n ∶4n ∶0→后期、末期→乙图2n ∶2n ∶0→G 1期→丙图1．细胞有丝分裂过程中，哪些时期染色体数量与核DNA 含量一定相等？ 提示 G 1期、分裂后期、末期。
2．请分析在有丝分裂过程中下列细胞结构主要有哪些变化。
(1)染色体；(2)纺锤体；(3)核膜和核仁。
提示 (1)染色体：复制→散乱分布于纺锤体中央→着丝粒排列在赤道板上→着丝粒分裂→移向细胞两极→平均分配到两个子细胞中；(2)纺锤体：形成(前期)→解体消失(末期)；(3)核膜和核仁：解体消失(前期)→重建(末期)。
第2课时DNA的结构与复制课标要求 1.概述DNA分子是由4种脱氧核苷酸构成的，通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构，碱基的排列顺序编码了遗传信息。
2.概述DNA分子通过半保留方式进行复制。
考点一DNA分子的结构1．DNA双螺旋结构模型的构建(1)构建者：沃森和克里克。
(2)构建过程2．DNA的结构3．DNA结构特点多样性若DNA含有n个碱基对，则其可能有4n种碱基排列顺序特异性每个DNA分子都有特定的碱基排列顺序稳定性两条主链上磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变，碱基配对方式不变等源于必修2 P50图3－8：DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，称作5′－端，另一端有一个羟基(—OH)，称作3′－端，两条单链走向相反，一条单链是从5′－端到3′－端的，另一条单链是从3′－端到5′－端的。
归纳总结DNA双螺旋结构的热考点4．DNA 中的碱基数量的计算规律设DNA 一条链为1链，互补链为2链。
根据碱基互补配对原则可知，A 1＝T 2，A 2＝T 1，G 1＝C 2，G 2＝C 1。
(1)A 1＋A 2＝T 1＋T 2；G 1＋G 2＝C 1＋C 2。
即：双链中A ＝T ，G ＝C ，A ＋G ＝T ＋C ＝A ＋C ＝T ＋G ＝12(A ＋G ＋T ＋C)。
规律一：双链DNA 中嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，任意两个不互补碱基之和为碱基总数的一半。
(2)A 1＋T 1＝A 2＋T 2；G 1＋C 1＝G 2＋C 2。
A 1＋T 1N 1＝A 2＋T 2N 2＝A ＋T N (N 为相应的碱基总数)，C 1＋G 1N 1＝C 2＋G 2N 2＝C ＋GN。
规律二：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，简记为“补则等”。
(3)A 1＋C 1T 1＋G 1与A 2＋C 2T 2＋G 2的关系是互为倒数。
规律三：非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数，简记为“不补则倒”。
(4)若A 1N 1＝a ，A 2N 2＝b ，则A N ＝12(a ＋b )。
规律四：某种碱基在双链中所占的比例等于它在每一条单链中所占比例和的一半。
根据DNA 分子结构图像分析回答下列问题：(1)图中④能表示胞嘧啶脱氧核苷酸吗？提示不能。
①磷酸基团属于胸腺嘧啶脱氧核苷酸。
(2)解旋酶作用于图中哪个部位？限制性内切核酸酶和DNA连接酶作用于图中哪个部位？提示解旋酶作用于⑨，限制性内切核酸酶和DNA连接酶作用于⑩。
(3)DNA初步水解的产物和彻底水解的产物分别是什么？提示DNA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)“A＋T与G＋C的比值一定相等吗？”由此可概括出什么结论？此值的大小体现了什么呢？提示不一定。
不同DNA分子中的互补碱基之和的比值不一定相同。
体现DNA分子的特异性。
1．20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 1.43A.小麦和鼠的DNA所携带的遗传信息相同B．猪的DNA结构比大肠杆菌DNA结构更稳定一些C．同一生物不同组织的DNA碱基组成相同D．小麦DNA中(A＋T)数量是鼠DNA中(C＋G)数量的1.21倍答案 C解析DNA分子中碱基的排列顺序代表遗传信息，由题表可知，小麦和鼠的(A＋T)/(C＋G)的值相同，但是碱基的排列顺序不一定相同，A错误；由于碱基A与T之间有2个氢键，而G与C之间有3个氢键，DNA分子中(G＋C)之和所占比例越大，DNA分子结构越稳定，(A ＋T)/(C＋G)值越大，(G＋C)占整个DNA分子的比值越小，大肠杆菌的DNA分子结构更稳定，B错误；同一生物不同组织的遗传物质相同，所以同一生物不同组织的DNA碱基组成相同，C正确；小麦和鼠的(A＋T)/(C＋G)的值相同，但是碱基的总数不一定相同，故小麦DNA中(A＋T)与鼠DNA中(C＋G)在数量上无法比较，D错误。
2．(不定项)(2023·山东泰安高三检测)某DNA部分片段结构如图所示，下列叙述正确的是()A．③为磷酸二酯键，③的形成需要RNA聚合酶催化B．①代表氢键，①的形成与断裂需要A TP提供能量C．片段中碱基②与五碳糖构成的脱氧核苷与ATP中的腺苷相同D．若该DNA一条链中碱基A与T之和占48%，则整个DNA中碱基C占26%答案 D解析③为磷酸二酯键，③的形成需要DNA聚合酶催化，A错误；①代表氢键，氢键的形成不需要消耗能量，B错误；构成脱氧核苷酸的五碳糖是脱氧核糖，而构成腺苷的五碳糖是核糖，C错误；由于DNA分子中碱基互补配对，A＝T，G＝C，所以若该DNA一条链中碱基A与T之和占48%，则整个DNA分子中碱基A与T之和占48%，G和C之和占1－48%＝52%，所以DNA中碱基C占26%，D正确。
考点二DNA的复制1．DNA半保留复制的实验证据(1)实验者：美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔。
(2)研究方法：假说—演绎法。
(3)实验材料：大肠杆菌。
(4)实验技术：同位素标记技术和离心技术。
(5)实验原理：含15N 的双链DNA 密度大，含14N 的双链DNA 密度小，一条链含14N 、一条链含15N 的双链DNA 密度居中。
(6)实验假设：DNA 以半保留的方式复制。
(7)实验过程及分析 Ⅰ.实验过程Ⅱ.实验分析a ．立即取出：提取DNA →离心→全部重带。
b ．细胞分裂一次(即细菌繁殖一代)取出：提取DNA →离心→全部中带。
c ．细胞再分裂一次(即细菌繁殖两代)取出：提取DNA →离心→12轻带、12中带。
(8)实验结论：DNA 的复制是以半保留的方式进行的。
2．DNA 的复制 (1)概念、时间、场所(2)过程(3)结果：一个DNA 分子形成了两个完全相同的DNA 分子。
(4)特点⎩⎪⎨⎪⎧边解旋边复制半保留复制(5)DNA 准确复制的原因DNA 具有独特的双螺旋结构，为复制提供精确的模板，碱基互补配对原则，保证了复制能准确地进行。
(6)DNA 复制的意义：DNA 通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。
3．“图解法”分析DNA 复制相关计算(1)将含有15N 的DNA 分子放在含有14N 的培养液中连续复制n 次，则：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 次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m ·2n －1。
4．“四步法”解决细胞分裂中染色体标记问题在解决这类问题时，先画出细胞分裂中染色体行为变化，再画DNA ，再补全染色体，染色体中只要有一条脱氧核苷酸单链被标记，则认为该染色体含有放射性标记。
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曲线表示第三步 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，可想象着丝粒分裂，染色单体分开，并进而推测子细胞染色体的情况(1)有丝分裂中染色体标记情况过程图解复制一次(母链标记，培养液不含标记同位素)：转至不含放射性培养液中再培养一个细胞周期：规律总结若只复制一次，产生的子染色体都带有标记；若复制两次，产生的子染色体只有一半带有标记(2)减数分裂中染色体标记情况分析过程图解减数分裂一般选取一对同源染色体为研究对象，如下图(母链标记，培养液不含标记同位素)：规律总结由于减数分裂没有细胞周期，DNA只复制一次，因此产生的子染色体都带有标记据图分析DNA复制过程：(1)图示中的解旋酶和DNA聚合酶各有什么作用？提示前者使氢键打开，将DNA双螺旋的两条链解开；后者催化形成磷酸二酯键，从而形成新的子链。
(2)蛙的红细胞和哺乳动物成熟的红细胞，是否都能进行图示过程？提示蛙的红细胞进行无丝分裂，可进行DNA分子的复制；哺乳动物成熟的红细胞已丧失细胞核，也无各种细胞器，不能进行DNA分子的复制。
(3)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)，在放射自显影技术的图像上，感光还原的银颗粒密度越高。
①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。
提示复制开始时，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预测实验结果并得出结论。
提示若复制起点处银颗粒密度低，复制起点的一侧银颗粒密度高，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。
3．研究人员将1个含14N－DNA的大肠杆菌转移到以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中，培养24 h后提取子代大肠杆菌的DNA。
将DNA解开双螺旋，变成单链；然后进行密度梯度离心，试管中出现两种条带(如图)。
下列说法正确的是()A．由结果可推知该大肠杆菌的细胞周期大约为6 hB．根据条带的数目和位置可以确定DNA的复制方式C．解开DNA双螺旋的实质是破坏核苷酸之间的磷酸二酯键D．若直接将子代DNA进行密度梯度离心也能得到两条条带答案 D解析据图分析可知，由于14N单链∶15N单链＝1∶7，说明DNA复制了3次，可推知该细菌的细胞周期大约为24/3＝8(h)，A错误；由于DNA经过热变性后解开了双螺旋，变成单链，所以根据条带的数目和位置只能判断DNA单链的标记情况，但无法判断DNA的复制方式，B错误；解开DNA双螺旋的实质是破坏核苷酸之间的氢键，C错误；DNA复制3次，有2个DNA链是15N/14N，在中带；有6个DNA链都是15N，在重带，即直接将子代DNA进行密度梯度离心也能得到两条条带，D正确。
4．(不定项)如图为某DNA分子片段，假设该DNA分子中有5 000对碱基，A＋T占碱基总数的34%。
