1、第四部分 遗传与进化第 26 课时 DNA 分子的结构和复制一、考点内容全解（一）本课时考点是什么？1.DNA 分子的结构(1)结构单元脱氧核苷酸特别提示DNA 组成元素为 C、H、O、N、P 相邻的棱苷酸以 3，5磷酸二酯键连接成长链(2)DNA 的空间结构双螺旋结构(二)DNA 分子复制(1)DNA 复制的概念、时期和场所复制概念：以亲代 DNA 为模板合成相同子代 DNA 的 过程复制时期：有丝分裂间期，减数分裂第一次分裂前 间期复制场所：细胞核(主要)，线粒体、叶绿体和细胞质(细胞质基因)(2)DNA 复制的机理碱基互补配对原则 边解旋边复制(3)DNA 复制的条件模板：亲代 DNA
2、的两条链原料：4 种脱氧核苷酸能量：ATP酶：DNA 解旋酶、DNA 聚合酶等(4)DNA 复制的特点半保留复制：新合成的子代 DNA 分子中的两条链，一条是从母链“继承”的，另一条为新合成的。(5)DNA 复制的意义遗传信息的传递，使本种保持相对稳定和延续。由于复制差错而出现基因突变，从而为进化提供了原始选择材料。（二）考点例析例 1大豆根尖细胞所含的核酸中，含有碱基 A、G、C、T 的核苷酸种类共有 ( )A.8 种 B.7 种 C.5 种 D.4 种解析大豆根爽细胞中舍有队和 RNA。DNA 的基本组成单位是分别含有碱基 A、G、C、T 的四种脱氧核苷酸；RNA 的基本组成单位是分别含有
3、 A、G、C、U 的四种核糖核苷酸。答案B特别提示核糖校苷酸与脱氧核苷酸的结构基本相同，但有两处差异：五碳糖不同。核糖核酸的五碳糖为核糖；具有尿嘧啶，而无胸腺嘧啶，其他三种碱基相同。由此可见核糖核苷酸和脱氧核苷酸各有 4 种。同类变式人、噬菌体、SARS 病毒的核酸中各有多少种核苷酸 ( )A.8、4、4 B.7、4、4 C.5、4、4 D.8、5、5解析从二个方面进行分析：核酸的种类。人为细胞形态的生命，具有 DNA 和 RNA：噬菌体为 DNA 病毒，SARS 为 RNA 病毒，只有 RNA。结合例 1分析知每种核酸对应 4 种核苷酸。答案A例 2遗传信息是指 ( )A有遗传效应的脱氧核苷
4、酸序列 B脱氧核苷酸 C氨基酸序列 D核苷酸解析DNA 分子具有特异性。不同物种 DNA 分子，核苷酸数目、排列顺序各不相同，其中，有遗传效应的脱氧核苷酸序列(基因)即代表不同的遗传信息，能指导合成特定功能的蛋白质。答案A同类变式对细胞中某些物质的组成进行分析，可以作为鉴别真核生物的不同个体是否为同一物种的辅助手段，一般不采用的物质是 ( )A蛋白质 BDNA CRNA D核苷酸解析本例是例 2的拓展延伸。不同物种具有不同遗传信息不同 DNA不同 mRNA不同蛋白质，三者都存在物种拍异性，而核苷酸并无物种特异性，因而不能作为鉴别物种个体的依据。答案 lD例 3以下四个双链 DNA 分子中稳定性
5、最差是 （ ）A.G-C-T-A-A-A-C-C-T-T-A-C-G 其中 A 占 25% B.G-C-T-A-A-C-C-T-T-A-C-G-A 其中 T 占30%C.G-C-A-A-C-C-T-T-A-C-G-T-A 其中 G 占 25% D.T-A-A-A-C-C-G-C-T-T-A-C-G 其中 C 占30%解析DNA 分子中双链间以碱基对相连，即 AT，GC，因而 GC 碱基对含量越高分子越稳定，反之越不稳定。A、B、C、D 四个双链 DNA 分子 GC 碱基对含量依次为 50%、40%、50%、30%，其中稳定性最差的是 D。答案D例 3含有 32P 或 31P 的磷酸，两者化学性
6、质几乎相同，都可参与 DNA分子的组成，但 32P 比 31P 质量大。现将某哺乳动物的细胞放在含有 31P 磷酸的培养基中，连续培养数代后得到 G0代细胞。然后将 G0代细胞移至含有32P 磷酸的培养基中培养，经过第 1、2 次细胞分裂后分别得到 G1、G 2代细胞。再从 G0、G 1、G 2代细胞中提取出 DNA经密度梯度离心后得到结果如图。由于 DNA 分子质量不同，因此在离心管内的分布不同。若分别表示轻、中、重三种 DNA 分子的位置，请回答：(1) G0、G 1、G 2三代 DNA 离心后的试管分别是图中的：G 0 ，G 1 ，G 2 (2) G2代在、三条带中 DNA 分子数的比例
7、是 (3)图中、两条带中 DNA 分子所含的同位素磷分别是： 条带 ，条带 (4)上述实验结果证明 DNA 的复制方式是 。DNA 的自我复制能使生物的 保持相对稳定。解析首先应当理解轻、中、重三种 DNA 的含义：由两条链合 31P 的脱氧核苷酸组成的是轻 DNA；由一条链舍 31P 的脱氧核组成的链与另一条含 32P 的脱氧核苷酸组成的链形成的是中 DNA；由两条含 32P 的脱氧柱核酸组成的链形成的是重 DNA。根据 DNA 半保留复制的特点：G 0代细胞中的 DNA 全部是轻 DNA；G 1代是以 G0代细胞中的 DNA 为模板，以含 32P 的脱氧核苷酸为原料形成的两个 DNA 分子
8、，全部为中 DNA；G 2代是以 G1代细胞 DNA 为模板，以含 32P的脱氧核苷酸为原料形成的 4 个 DNA 分子，其中有两个 DNA 分子，母链含 31P，子链含 32P 为中 DNA；另两个DAN 分子，母链、子链全为 32P，是重 DNA。 G 2代以后除两个中 DNA 外，其他均为重 DNA。答案(1)A；B；D； (2)0：1：1 (3) 31P 31P 和 32P (4)半保留复制；遗传特性同类变式在氮源为 14N 的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA 分子均为 14N-DNA(对照)；在氮源为 15N 的培养基上生长的大肠杆菌，其 DNA 分子均为 15N-DNA(亲代)。将
9、亲代大肠杆菌转移到含 14N 的培养基上，再连续繁殖两代(和)，用某种离心方法分离得到的结果如图所示。请分析：(1)由实验结果可推测第一代()细菌 DNA 分子中一条链是 ，另一条链是 (2)将一代()细菌转移到含 15N 的培养基上繁殖一代，将所得到细菌的能出现在试管中的 DNA 用同样方法分离。请参照上图，将 DNA 分子可能出现在试管中的位置在图中标出。解析本例以同位素 14N、 15N 取代例 3中的 31P、 32P，原理完全相同。第一代()细 菌DNA 分子为杂种 DNA 分子(中 DNA)；第二代()细菌 DNA 分子中有 1/2 为中 DNA，1/2 为重DNA。答案(1) 1
10、5N 母链， 14N 新链 (2)如图所示二、能力提升技巧1.碱基互补配对原则的计算规律在遗传信息的传递和表达过程中，即 DNA 复制、转录、逆转录、翻译及 RNA 复制均遵循“碱基互补配对原则” ，其基本点是 A 与 T 或 U 配对，G 与 C 配对，所以配对的两个核酸分子中相应碱基数目关系是AT(或 AU)和 GC。应注意数学中的“等量代换”的思想、比和比例性质的灵活运用，可以得出许多重要结论(建议大家不必记住这些“推论”)。2.“半保留复制”规律的运用例 4某一个 DNA 分子含 20的 A 和 T(总和)，那么由它转录成的信使 RNA 中 G、C 之和占该分子 ( )A40 B80
11、C60 D20解析可按以下步骤分析：（1）画出草图。 （如右图）（2）标上符合已知条件的特殊值。通常设为 100 个碱基对 (双链)。（3）等量代换。由于 AT，即 A1=T2，T 1=A2，所以 A1+T1 =T2A 2=200202=20，故 GC=100（A+U）=100(A 2T 2)=10020=80答案B解题技巧通过“绘图释义”建立几何模型有助于问题的解决。同类变式一个 DNA 分子的一条链上，腺嘌呤比鸟嘌呤多 40%，两者之和占 DNA 分子碱基总数的 24%，则该 DNA 分子的另一条链上，胸腺嘧啶占该链碱基数目的 ( )A.44% B.24% C.14% D.28%解析(1)
12、画出草图。 （如右图）(2)依题意，列出等量关系：A 1=14G 1%401GA而 A 1G 1=48%2401A联立得：A 1 = 28(3)依“等量代换”有：T 2=Al=28，即胸腺嘧啶占该链碱基数目的 28答案D解题技巧进行碱基比例的计算时，往往要运用“方程思想” 。同类变式二(上海高考题)分析一个 DNA 分子时，发现 30%的脱氧核苷酸含有腺嘌呤，由此可知该分子一条链上鸟嘌呤含量的最大值可占此链碱基总数的 ( )A20% B30% C40% D70%解析根据碱基互补配对原则，可知鸟嘌呤占 DNA 碱基总数为(130%2)2=20%。一般情况下，DNA双链上都应有 G 分布，但也有一
13、种极端情况，使 G 集中分布在一条链上(无 C)，而另一条链上没有 G(只有 C)。所以该分子中一条链上鸟嘌呤最大值可占该链的 40%。答案 lC延伸技巧本题可采用“不等式”法，但应能想象到“问题情景” ，明白这一点，还可对本题作拓展和延伸，如可推知该分子中一条链上鸟嘌呤所占比例取值范围为 040%。例 5将用 15N 标记的一个 DNA 分子放在含有 14N 的培养基中让其复制三次，则含有 15N 的 DNA 分子占全部 DNA 分子的比例和占全部 DNA 单链的比例依次为 ( )A1/9，1/4 B1/4，1/8 C1/4，1/6 D1/8，1/8解析DNA 分子的复制为半保留复制，复制过
14、程中 DNA 的两条链均作母链(模板)而形成子链，形成两个DNA 分子，子代 DNA 的两条链中，一条来自母链，一条是新合成的子链。复制三次指连续同步复制，共形成8 个 DNA 分子。在 8 个 DNA 分子的 16 条单链中，只有某二个 DNA 分子含有原来标记的 15N(第一代)DNA 分子。答案B解题技巧 根据半保留复制特点，亲代 DNA 无论复制多少次，子代分子中均只有 2 个 DNA 分子、2 条链中含原亲代 DNA 分子。同类变式具有 100 个碱基对的一个 DNA 分子片段，内含 40 个胸腺嘧啶，如果连续复制 2 次，需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸 ( )A60 个 B80 个 C1
15、20 个 D180 个解析解答本题步骤：(1)求出原 DNA 分子中胞嘧啶的个数 C=60 (2)复制两次后所需游离胞嘧啶脱氧核苷酸为 60(221)=180 个答案D解题技巧 根据半保留复制特点，新合成的子代 DNA 加，当于 2n1 个，其中 n 表示复制次数。三、基础能力测试1下图所示的核苷酸中，在 DNA 结构中不可能具有的是 ( )2女性子宫癌细胞中最长的 DNA 分子可达 36mm，DNA 复制速度约为 4mmin，但复制过程的完成仅需 4min 左右，这主要是因为 ( )A边解旋边复制 B以半保留方式复制 C有许多复制起点 D每个复制起点双向复制3蛋白质分子、核酸分子均具有特异性
16、，下列选项中与核酸分子特异性无关的是 ( )A结构单元的种类 B结构单元的数目 C结构单元的排列顺序 D整个分子的空间结构4(2003 上海高考题)某 DNA 分子共有 a 个碱基，其中含胞嘧啶 m 个，则该 DNA 分子复制 3 次，需要游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸为 ( )A7(am) B8(am) C7(1/2am) D8(2am)5已知一段 mRNA 含有 30 个碱基，其中 A 和 G 有 12 个，转录该段 mRNA 的 DNA 分子中 C 和 T 共有 ( )A12 B24 C18 D306图为两条多核苷酸链，共有核苷酸 ( )A4 种 B5 种 C7 种 D8 种7已知 DNA 分
17、子中，碱基对 A=T 两个氢键相连，GC 以三个氢键相连。若某 DNA 分子中含 100 个腺嘌岭(占总数的 20%)，则该 DNA 分子中共有氢键 ( )A350 个 B500 个 C650 个 D1000 个四、潜能挑战测试8从某种生物中提取的一个核酸分子，经分析 A 占 a%，G 占 b%，且 a + b=50，C 占 20%，膘嘌呤共150 个，鸟嘌呤共 225 个。则该生物肯定不是 ( )A噬菌体 B酵母菌 C烟草花叶病毒 D蓝细菌（蓝藻）9将大肠杆菌放在含有同位素 15N 的培养基中培育若干 代后，细菌DNA 所有氮均为 15N，它比 14N 分子密度大。然后将 DNA 被 15N
18、 标记的大肠杆菌再移到 14N 培养基中培养，每隔4h(相当于分裂繁殖一代的时间)取样一次，测定其不同世代细菌 DNA 的密度。DNA 的密度梯度离心试验如右图所示：(1)若 c 世代有一个中带 DNA 的某一条链上的二个碱基 A 变成 G，而该碱基刚好属于某基因序列，则第五世代发生突变的基因占基因总数的 (2)若原第一世代 DNA 分子中共有 14000 个脱氧核苷酸， 且(A+T)/(G+C)=2/5，则 d 世代对应培养基中应至少添加游离胸腺嘧啶脱氧核苷酸 个10胸腺嘧啶脱氧核糖核苷（简称胸苷）在细胞内可以转化为胸腺密啶脱氧核糖核苷酸，后者是合成DNA 的原料，用含有 3H-胸苷的营养液
19、，处理活的小肠黏膜层，半小时后洗去激离的 3H-胸苷。连续 48 小时检测小肠绒毛的被标记部位，结果如下图（黑点表示放射性部位） 。请回答：处理后开始的几小时，发现只有 a 处能够检测到放射性，这说明什么？处理后 24 小时左右，在 b 处可以检测到放射性，48 小时左右，在 c 处检测到放射性，为什么？如果继续跟踪检测，小肠黏膜层上的放射性将发生怎样的变化？上述实上述实验假如选用含有 3H尿嘧啶核糖核苷的营养液，请推测几小时内小肠黏膜层上放射性出现的情况将会怎样？为什么？五、标答与点拨1B (点拨：DNA 组成成分中不含尿嘧啶)2C (点拨：通过计算知如果只有一个复制起点且双向复制则复制完成
20、需 450 分钟，排查选项只能选C)3D (点拨：蛋白质分子的空间结构是决定蛋白质特异性的重要方面，面核酸 DNA 的特异性是特定的碱基序列所携带的特定遗传信息)4C(点拨： )123ma5D (点拨：双链 DNA 中，碱基数 A+G=A+C=T+G=T+C=总数的一半)6D(点拨：图示为转录过程)7C (点拨：共有 A=T 碱基对 100 个，GC 碱基对 150 个)8A (点拨：从核酸的种类进行推理。依题意：A/G=150/225=a%/b%，得 a/b=，又 a+b=50，得a=20，b=30，即（G=30）（C=20） ，故核酸分子必为单链，而噬菌体只含双链 DNA)9(1)14 (
21、2)6000(点拨：首先由题干图片信息确定 a、b、c、d 依次为第一、二、三、四世代 (1)第二(c)世代一个 DNA 分子一条链基因突变，则经半保留复制，此后有一半 DNA 发生改变，至第五世代复制 3 次，故突变基因个数是 231/2=4，而第五世代总基因数为 24 =16，所以突变基因数占 4/16=1/4；(2)由(A+T)/(G+C)=2/5 推知(A+T)/(A+T+G+C)=2/(25)得 A 占 1/7，b 世代为第三世，DNA 复制 22=4 次，依据半保留复制相当于新合成 41=3 个 DNA 分子，所以需游离胸 140001/73=6000 个)10小肠黏膜层只有 a 处的细胞能进行 DNA 复制和细胞分裂a 处的细胞连续分裂把带有放射性标记的细胞推向 b 处，直至 c 处小肠黏膜细胞上的放射性将会因为细胞的衰老、死亡、脱落而消失在小肠黏膜层的各处都可以检测到放射性，因为小肠黏膜层上的细胞不断进行 mRNA 的合成
