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第18讲 DNA 分子的结构、复制及基因是有遗传效应的DNA 片段[考纲要求] 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[重要程度：★★★★☆]1． DNA 分子的化学组成(1)基本组成元素：C 、H 、O 、N 、P 。
(2)基本单位2． DNA 分子的结构(1)主要特点①两条脱氧核苷酸长链反向平行盘旋而成。
②脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。
③两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，即：⎩⎪⎨⎪⎧⎭⎪⎬⎪⎫A ＝T 或T ＝A G≡C 或C≡G 遵循碱基互补配对原则 (2)空间结构：规则的双螺旋结构。
1． 观察DNA 分子结构模型图解，回答有关问题(1)DNA 分子中之间的数量比为1∶1∶1。
(2)使碱基对中氢键打开的方法有：用解旋酶断裂，加热断裂。
(3)除DNA 末端的两个脱氧核糖外，其余每个脱氧核糖连接着2个磷酸。
每个DNA 片段中，游离的磷酸基团有2个。
(4)在DNA分子的一条单链中相邻的碱基A与T通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连接。
(5)若碱基对为n，则氢键数为2n～3n；若已知A有m个，则氢键数为3n－m。
(6)DNA初步水解产物是脱氧核苷酸，彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和含氮碱基。
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分子中脱氧核苷酸的数目不同，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。
1．判断下列有关DNA分子结构的叙述：(1)DNA分子由4种脱氧核苷酸组成( √)(2)DNA单链上相邻碱基以氢键连接( ×)(3)碱基与磷酸基相连接( ×)(4)磷酸与脱氧核糖交替连接构成DNA链基本骨架( √)(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)双链DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数( √)(7)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 ( ×)(8)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( √)(9)DNA分子中每个脱氧核糖上均连接着一个磷酸基和一个含氮碱基( ×)(10)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( √) 2．如图为DNA分子结构示意图，对该图的正确的描述是(双选) ( )A．②和①相间排列，构成了DNA分子的基本骨架B．④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸C．DNA聚合酶用于⑨的形成D．DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息答案AD解析由图示可知，②和①相间排列构成了DNA分子的基本骨架；④中的①应属于上面那个脱氧核苷酸；⑨的形成依靠碱基互补配对原则，不需DNA聚合酶，DNA聚合酶是将游离的脱氧核苷酸聚合成脱氧核苷酸链。
限时练（九）DNA分子的结构1．揭示DNA分子双螺旋结构的科学家是（）A.格里菲思B.沃森和克里克C.孟德尔 D艾佛里2．在双螺旋DNA模型搭建实验中，使用代表氢键的订书钉将代表四种碱基的塑料片连为一体，为了逼真起见，A与T之间以及C与G之间最好分别钉( ）A．2和2个钉 B．2和3个钉C．3和2个钉 D．3和3个钉3．“DNA指纹技术”在刑事侦破、亲子鉴定等方面作用巨大，这主要是根据DNA具有（）A．稳定性 B．特异性C．多样性 D．可变性4．下面是4位同学拼制的DNA分子部分平面结构模型，正确的是（）5．下图是某双链DNA分子片段的平面结构模式图，以下说法不正确．．．的是（）A.1表示磷酸（基团）B. 2表示脱氧核糖C. 3与4通过氢键连接D.2、3、4构成一个核苷酸6．下列有关“支架”或“骨架”的说法，不正确．．．的是（）A．细胞膜的基本支架是蛋白质B．生物大分子的基本骨架是碳链C．细胞骨架由蛋白质纤维组成D．脱氧核糖和磷酸交替连接构成DNA分子的基本骨架7．关于DNA分子结构的叙述不正确．．．的是（）A．每个DNA分子一般都含有4种脱氧核苷酸B．一个DNA分子中的碱基、磷酸、脱氧核苷酸、脱氧核糖的数目是相等的C．每个脱氧核糖上均连着一个磷酸和一个碱基D．双链DNA分子中的一段，如果有40个腺嘌呤，就含有40个胸腺嘧8．下列关于双链DNA的叙述错误．．的是（）A．若一条链上A和T的数目相等，则另一条链上的A和T数目也相等B．若一条链上A的数目大于T，则另一条链上A的数目小于TC．若一条链上A﹕T﹕G﹕C=1﹕2﹕3﹕4，则另一条链也是A﹕T﹕C﹕C=1﹕2﹕3﹕4D．若一条链上的A﹕T﹕G﹕C=1﹕2﹕3﹕4，则另一条链为A﹕T﹕G﹕C=2﹕1﹕4﹕39．一段核酸中的碱基组成为30%的A，30%的C，20%的G，20%的T，则它是一段（）A．双链DNA B．单链DNAC．双链RNA D．单链RNA10．DNA分子具有多样性的原因是（）A．磷酸和脱氧核糖排列顺序千变万化B．四种碱基的配对方式千变万化C．两条长链的空间结构千变万化D．碱基对的排列顺序千变万化11．下面是某DNA分子的部分平面结构示意图，据图回答（1）DNA的基本组成单位是________（用数字表示）、其化学元素组成是________。
3.2 DNA的结构1.某一个DNA分子的碱基总数中，腺嘌呤为200个，复制n次后，消耗周围环境中含腺嘌呤的脱氧核苷酸3 000个，该DNA分子已经复制了几次(是第几代)()A．三次(第四代)B．四次(第五代)C．五次(第六代)D．六次(第七代)【答案】B【解析】依据题意，一个DNA分子中A＝200个，设复制n次，消耗A 3 000个，则(2n－1)×200＝3 000，所以n＝4。
2.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%和17.1%B．31.3%和18.7%C．18.7%和31.3%D．17.1%和32.9%【答案】B【解析】由于整个DNA分子中G＋C＝35.8%，则每条链中G＋C＝35.8%，A＋T＝64.2%；由于其中一条链中T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%，由此可以求出该链中G＝18.7%，A＝31.3%，则其互补链中T和C分别占该链碱基总数的31.3%和18.7%。
3.一个DNA分子的一条链上，腺嘌呤比鸟嘌呤多40%，两者之和占DNA分子上碱基总数的24%，则这个DNA分子的另一条链上，胸腺嘧啶占该链上碱基数目的()A．44%B．24%C．14%D．28%【答案】D【解析】画出DNA简图(如图所示)，依题意，列出等量关系：(A1－G1)/G1＝40%→A1＝1.4G1①而在整个DNA分子中：(A1＋G1)/200＝24%→A1＋G1＝48②联立①②得：A1＝28。
整个DNA分子中A1＝T2，因此正确答案是D。
4.在DNA分子双螺旋结构中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之间有2个氢键，胞嘧啶与鸟嘌呤之间有3个氢键。
现有四种DNA样品，根据样品中碱基的百分含量判断最有可能来自嗜热菌(生活在高温环境中)的是()A．含胸腺嘧啶32%的样品B．含腺嘌呤17%的样品C．含腺嘌呤30%的样品D．含胞嘧啶15%的样品【答案】B【解析】DNA分子双螺旋结构中，A与T之间可以形成2个氢键，而G与C之间可以形成3个氢键，3个氢键稳定性强，因此G与C含量多的DNA分子的稳定性大于G与C含量少的DNA分子的稳定性。
DNA 的复制配套练习一、选择题1．下列关于DNA 复制的叙述，正确的是( )A ．在细胞有丝分裂间期，发生DNA 复制B ．DNA 复制前需要把DNA 双螺旋结构全部解旋C ．单个脱氧核苷酸在DNA 解旋酶的作用下连接合成新的子链D ．减数分裂过程中，一个DNA 分子通过复制后产生四个DNA 分子解析： 在减数第一次分裂前的间期和有丝分裂间期都会进行DNA 的复制，A 正确；DNA 复制是边解旋边复制，随着解旋的同时，新合成的子链不断延伸，B 错误；单个脱氧核苷酸在DNA 聚合酶的作用下合成新子链，C 错误；DNA 复制是半保留复制方式，亲代DNA 分子的两条链都做模板，合成两个子代DNA 分子，但是减数第一次分裂前的间期DNA 进行复制，减数第二次分裂不进行DNA 的复制，因此一个DNA 分子通过复制后产生2个DNA 分子，D 错误。
答案： A2．某一DNA 分子含有800个碱基对，其中含有A 600个。
该DNA 分子连续复制数次后，消耗周围环境中的含G 的脱氧核苷酸6 200个，该DNA 分子已经复制了( )A ．4次B ．5次C ．6次D ．7次解析： 该DNA 分子中共有碱基数是2×800＝1 600个，A ＝600个，根据碱基互补配对原则：A ＝T ，G ＝C ，所以G ＝C ＝12(1 600－1 200)＝200个，假设该DNA 分子复制了n 次：(2n －1)×200＝6 200，解此方程得n ＝5。
答案： B3．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14N 的培养基中连续复制5次。
下列有关判断错误的是( )A ．含有15N 的DNA 分子有两个B ．只含有14N 的DNA 分子占15/16C ．复制过程中需游离腺嘌呤脱氧核苷酸320个D ．复制结果共产生32个DNA 分子解析： 一个DNA 分子在14N 的培养基中连续复制5次，形成子代DNA 的总数为25＝32个。
开躲市安祥阳光实验学校6.19DNA分子的结构、复制及基因1.(2015六安月考)关于DNA分子的结构与复制的叙述中，不正确的是( )A.含有n个腺嘌呤的DNA分子第n次复制需要腺嘌呤脱氧核苷酸2n－1×n个B.在一个双链DNA分子中，G＋C占碱基总数的M%，那么该DNA分子的每条链中G＋C都占该链碱基总数的M%C.细胞内全部DNA被32P标记后在不含32P的环境中进行连续有丝分裂，第2次分裂的每个子细胞染色体均有一半有标记D.④DNA双链被32P标记后，复制n次，子代DNA中有标记的占2/2n【答案】C【解析】含有n个腺嘌呤的DNA分子第n次复制，其实就是有2n－1个DNA 分子在复制，每个需要n个腺嘌呤脱氧核苷酸，那么2n－1个DNA分子就需要2n －1×n个腺嘌呤脱氧核苷酸。
在一个双链DNA分子中，G＋C占碱基总数的M%，由于两条链中G＋C的数目是相等的，那么该DNA分子的每条链中G＋C所占比例就相当于分子、分母各减半，其比例是不变的。
细胞内全部DNA被32P标记后，在不含32P的环境中进行连续有丝分裂，第2次分裂时，细胞复制后的每条染色体中都有一条姐妹染色单体被32P标记，在有丝分裂后期，着丝点分开后，有一半DNA带有标记，两条姐妹染色单体分开后向两极运动是随机的，所以进入某一个子细胞的DNA不一定有一半带有标记。
DNA双链被32P标记后，不管复制多少次，都只有2个DNA带有标记，所以复制n次，子代DNA中有标记的占2/2n。
2．5－BrU(5－溴尿嘧啶)既可以与A配对，又可以与C配对，将一个正常的具有分裂能力的细胞，接种到含有A、G、C、T、5－BrU五种核苷酸的适宜培养基上，至少需要经过几次复制后，才能实现细胞中某DNA分子某位点上碱基对从T－A到C－G的替换( )A．2次B．3次C．4次D．5次【答案】B【解析】第一次：T－A→T－A、A－5BrU，第二次：A－5BrU→A—5BrU(或T)、5BrU－C，第三次：5BrU－C→5BrU－C(或A)、C－G。
必修② 第三章 第二讲 一、选择题 1．下列有关DNA分子结构的叙述，错误的是( ) A．双链DNA分子中含有两个游离的磷酸基团 B．DNA的一条单链上相邻的碱基A与T之间通过氢键连接 C．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 D．DNA分子两条链反向平行 解析：DNA的一条单链上相邻的碱基A与T之间通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖连接。 答案：B 2．下图为真核细胞内某基因(15N标记)的结构示意图，该基因全部碱基中A占20%。下列说法正确的是( )
A．该基因一定存在于细胞核内的染色体DNA上 B．该基因的一条核苷酸链中(C＋G)/(A＋T)为3∶2 C．DNA解旋酶只作于①部位，限制性核酸内切酶只作用于②部位
D．将该基因置于14N培养液中复制3次后，含15N的DNA分子占18 解析：真核细胞中的DNA主要存在于细胞核内的染色体中，少量存在于线粒体、叶绿体中。由双链DNA中A(腺嘌呤)占20%，且DNA中A＝T、C＝G可知，C＋G＝100%－(A＋T)＝60%，故该基因中(C＋G)/(A＋T)＝3∶2＝该基因一条核苷酸链中(C＋G)/(A＋T)。DNA解旋酶破坏的是碱基对之间的氢键(即②)，而限制性核酸内切酶以及DNA连接酶作用于DNA分子中磷酸与
脱氧核糖之间的共价键。15N标记的DNA在14N培养液中培养，复制3次后，含15N的DNA占223＝14。
答案：B 3．(2013·浙江温州十校联考)下图为DNA分子结构示意图，对该图的描述正确的是( ) A．②和③相间排列，构成了DNA分子的基本骨架 B．④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸 C．当DNA复制时，⑨的形成需要连接酶 D．DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息 解析：①和②相间排列，构成了DNA分子的基本骨架；A错误；④的结构并不是胞嘧啶脱氧核苷酸，①是属于上一个脱氧核苷酸的磷酸，由②和③及下面的磷酸才可以构成胞嘧啶脱氧核苷酸，B错误；DNA复制时，氢键的形成不需要连接酶，DNA片段的连接才需要DNA连接酶，C错误。 答案：D 4．在一个双链DNA分子中，碱基总数为m，腺嘌呤碱基数为n，则下列有关叙述正确的是( )
①脱氧核苷酸数＝磷酸数＝碱基总数＝m ②碱基之间的氢键数为(3m2)－n ③两条链中A＋T的数量为2n ④G的数量为m－n A．①②③④ B．②③④ C．③④ D．①②③
解析：腺嘌呤碱基数为n，则G的数量为(m2)－n，DNA分子中氢键数＝n×2＋[(m2)－n]×3
＝(3m2)－n；两条链中A＋T的数量等于整个DNA分子中A＋T的碱基数，等于A的两倍。 答案：D 5．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14N的增养基中连续复制四次。其结果不可能是( ) A．含有15N的DNA分子占1/8 B．含有14N的DNA分子占7/8 C．消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个 D．产生了16个DNA分子 解析：由于DNA的复制是半保留复制，经过四次复制形成16个DNA分子，有2个DNA分子中一条链含有15N，另一条链含有14N，其余14个DNA分子两条链全部含有14N，该DNA分子中含有胞嘧啶60个，由此计算出含有鸟嘌呤60个，腺嘌呤和胸腺嘧啶各有40个，复制四次需要腺嘌呤脱氧核苷酸的数量为40×(24－1)＝600个。 答案：B 6．(2012·福建高考)双脱氧核苷酸常用于DNA测序，其结构与脱氧核苷酸相似，能参与DNA的合成，且遵循碱基互补配对原则。DNA合成时，在DNA聚合酶作用下，若连接上的是双脱氧核苷酸，子链延伸终止；若连接上的是脱氧核苷酸，子链延伸继续。在人工合成体系中，有适量的序列为GTACATACATG的单链模板、胸腺嘧啶双脱氧核苷酸和4种脱氧核苷酸。则以该单链为模板合成出的不同长度的子链最多有( ) A．2种 B．3种 C．4种 D．5种 解析：以单链序列GTACATACATG为模板，遇胸腺嘧啶双脱氧核苷酸，子链延伸停止，遇4种脱氧核苷酸，子链继续延伸，模板链中共有4个腺嘌呤，在此情况下复制时，可最多形成5种不同长度的子链。 答案：D 7.如图表示发生在细胞核内的某生理过程，其中a、b、c、d表示脱氧核苷酸链。以下说法正确的是( ) A．此过程需要ATP和尿嘧啶脱氧核苷酸 B．真核细胞中此过程发生的唯一场所是细胞核 C．b中(A＋G)/(T＋C)的比值一定与c中的相同 D．正常情况下a、d链都应该到不同的细胞中去 解析：解答本题时，应注意以下几个方面： ①充分利用题干信息正确识图，判断出图示是DNA复制。 ②明确DNA复制的场所、特点和基本条件。 ③明确DNA结构中碱基之间的相互关系。 答案：D 8．蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期，其染色体的放射性标记分布情况是( ) A．每条染色体的两条单体都被标记 B．每条染色体中都只有一条单体被标记 C．只有半数的染色体中一条单体被标记 D．每条染色体的两条单体都不被标记 解析：蚕豆的根尖细胞完成一个细胞周期后，根据DNA半保留复制的特点，形成的子细胞中染色体上的DNA都只有一条链具有放射性，另一条链不具有放射性，即每条染色体都具有放射性。当在不具有放射性标记的培养基中接着进行下一个细胞周期时，完成DNA复制后，有丝分裂前期以及中期每条染色体都含有两条染色单体，每条染色单体含有一个DNA分子，这两个DNA分子一个具有放射性，一个没有放射性，即细胞中每条染色体含有的两条染色单体(两个DNA分子)都是一条染色单体(一个DNA分子)被标记，另一条染色单体(另一个DNA分子)不被标记。 答案：B 9．如图为真核细胞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．从图中可以看出合成两条子链的方向是相反的 D．DNA分子的复制需要RNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段 解析：DNA分子复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段。 答案：D 10．用15N同位素标记细菌的DNA分子，再将其放入含14N的培养基上连续繁殖4代，a、b、c为三种DNA分子：a只含15N，b同时含14N和15N，c只含14N。图中表示这三种DNA分子的比例正确的是( )
解析：分析题干，DNA分子在含14N的培养基上连续繁殖4代，可形成16个DNA分子，由于DNA分子的复制是半保留复制，因此16个DNA分子中有2个DNA分子同时含15N和14N,14个DNA分子只含14N，只含有15N的DNA分子数为0。 答案：D 11．如图甲、乙表示真核生物遗传信息传递过程中的某两个阶段的示意图，图丙为图乙中部分片段的放大示意图。对此分析合理的是( )
A．图甲所示过程主要发生于细胞核内，图乙所示过程主要发生于细胞质内 B．图中催化图甲、乙所示两过程的酶1、酶2和酶3是相同的 C．图丙中a链为模板链，b链为转录出的子链 D．图丙中含有2种单糖、5种碱基、5种核苷酸 解析：图甲所示为DNA的复制过程，图乙所示为转录过程。DNA的复制和转录主要发生在细胞核内。图甲中酶1和酶2相同，为DNA聚合酶，图乙中酶3为RNA聚合酶。由于转录是以DNA为模板合成RNA的过程，图丙的a链中含有碱基T，b链中含有碱基U，故a链为DNA模板链，而b链为转录产生的RNA链，因此图丙中含有2种单糖、5种碱基、8种核苷酸。 答案：C 12．下列有关真核生物基因的说法，正确的是( ) ①基因是有遗传效应的DNA片段 ②基因的基本单位是核糖核苷酸 ③基因存在于细胞核、核糖体等结构 ④基因表达时会受到环境的影响 ⑤DNA分子每一个片段都是一个基因 ⑥基因在染色体上呈线性排列 ⑦基因的分子结构首先由摩尔根发现 A．两种 B．三种 C．四种 D．五种 解析：基因是DNA分子上具有遗传效应的DNA片段，基因的基本单位是脱氧核苷酸。基因主要分布于细胞核，其次还有少量分布于细胞质中的线粒体和叶绿体中。 答案：B 二、非选择题 13．下图所示细胞中与基因有关的物质或结构，请分析并回答：
a＋hb基因cdefg元素 (1)细胞内的遗传物质是[ ]________，基因和b的关系是________。 (2)遗传物质的主要载体是[ ]________，基因和a的关系是________。 (3)c和b的关系是________，b被彻底水解后的产物是________(填字母)。 (4)基因和h的关系是________，h合成时的直接模板来源于__________过程，其进入合成h的场所需经过________层磷脂双分子层。 (5)如果基因存在于________上，则其遗传方式与性别相关联，这就是________。这种遗传方式既遵循________定律，又有特殊性。 (6)b的空间结构是________________________________________________。 若其中的(A＋T)/(G＋C)＝0.25，则G占总碱基数比例为________，其中一条单链中(A＋T)/(G十C)＝________，b的功能是____________________________________________。 解析：考查基因的概念、基因与DNA的关系、DNA的结构、基因的表达等。在解题中要注意图示中各物质之间的关系(箭头)，然后结合相关原理求解。 答案：(1)b DNA 基因是有遗传效应的DNA片段 (2)a 染色体 基因在a上呈线性排
