第二节 DNA分子的结构和复制

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第二节 DNA分子的结构和复制

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文 章来源 莲
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学习目标:1.DNA分子结构的探究历程
2.DNA分子的主要结构特点
3.DNA分子的复制过程及特点
4.米西尔森和斯塔尔证明DNA分子复制方式的实验

 
[教材梳理]

一、DNA分子的结构
1.DNA分子结构的探索历程
时期 科学家 成果
20世纪30年代后期 瑞典科学家 证明DNA是不对称的
1951年 查哥夫(美) 定量分析DNA分子的碱基组成,发现腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量,鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量
1952年 富兰克琳(英) 确认DNA为螺旋结构,而不是由一条链构成的
1953年 沃森(美)和克里克(英) 提出DNA分子的双螺旋结构模型
2.DNA分子的基本组成单位
DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸,如图所示:
 
(1)组成:①磷酸;②脱氧核糖;③含氮碱基。
(2)碱基:A:腺嘌呤;G:鸟嘌呤;C:胞嘧啶;T:胸腺嘧啶。
3.DNA分子的立体结构
(1)整体:由两条脱氧核苷酸链反向平行盘旋而成的双螺旋结构。
(2)外侧——基本骨架:由脱氧核糖和磷酸交替连接构成。
(3)内侧——碱基对:由两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对,是按碱基互补配对原则连接而成的,即A与T配对、G与C配对。
4.DNA分子的多样性和特异性
(1)多样性:碱基对排列顺序的千变万化。
(2)特异性:特定的碱基对排列顺序构成了每一个DNA分子的特异性。
二、DNA分子的复制
1.DNA复制的概念、时期、场所及条件
(1)概念:以亲代DNA分子为模板合成子代DNA分子的过程。
(2)时期:细胞有丝分裂间期和减数分裂的间期。
(3)场所:细胞核(主要)。
(4)DNA复制的条件:
①模板:DNA分子的两条链。
②原料:游离的四种脱氧核苷酸。
③能量:由细胞提供。
④酶:解旋酶和DNA聚合酶等。
2.过程
 
3.特点
①边解旋边复制;②半保留方式复制。
4.准确复制的原因和意义
(1)原因
①DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板;
②通过碱基互补配对,保证了复制能够精确地进行。
(2)意义:使遗传信息从亲代传给子代,从而确保了遗传信息的连续性。
[牛刀小试]

一、DNA分子的结构
1.观察教材P68图4-8,结合制作模型体验,探讨下列问题:
(1)DNA分子中同一条链和两条链中连接相邻两个碱基的结构有何不同?
提示:同一条链中连接相邻两个碱基的结构是—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—;两条链中连接相邻两个碱基的结构是氢键。
(2)运用碱基互补配对原则分析,在所有的双链DNA分子中,(A+G)/(C+T)的值相同吗?在DNA分子的一条链中是否存在同样的规律?
提示:①相同。在双链DNA分子中,由于A=T,G=C,所以嘌呤数等于嘧啶数,即A+G=T+C,可得(A+G)/(T+C)=1,因此在所有的双链DNA分子中(A+G)/(T+C)的值相同。
②在单链DNA分子中不存在同样的规律,因为A与T,G与C不一定相等。
(3)某实验小组同学制作了如下碱基对模型,你认为哪些是正确的,哪些是错误的?
 
提示:①~④所示模型中只有①正确,②、③、④均不正确。②中多了一个氢键,③中碱基配对错误,也未遵照“反向平行”的特点;④中未遵照“反向平行”特点。
2.连线
 
二、DNA分子的复制
阅读教材P71~72,结合图4-10、4-11,探究下列问题:
(1)DNA复制时有几条模板链?新合成的DNA分子中的两条链全是子链吗?
提示:①两条模板链(亲代DNA分子解开螺旋的两条链)。②不是,而是一条母链和一条子链。
(2)DNA复制时,用什么方法识别DNA中哪一条链是母链,哪一条链是子链?DNA复制所形成的子代DNA分子是否是亲代DNA链和子代DNA链随机结合的?
提示:①同位素标记法。②不是,而是亲代DNA链与其相应的子链结合形成的子代DNA分子。
(3)若将某一试管中加入缓冲液、ATP、DNA模板和四种脱氧核苷酸,并置于适宜的温度下,能否完成DNA复制?分析原因。
提示:不能。复制条件不完全,缺少解旋酶、DNA聚合酶。
(4)若1个DNA分子含有m个腺嘌呤,则复制n次需要多少游离的腺嘌呤脱氧核苷酸?
提示:需(2n-1)•m个。因为1个DNA分子复制n次,共形成2n个DNA分子,其中有两条脱氧核苷酸链为母链,不需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸。
(5)DNA分子复制具有准确性,那么在任何情况下,DNA分子复制产生的子代DNA分子与亲代DNA分子都完全相同吗?
提示:不一定。DNA分子复制时,受到各种因素的干扰,碱基序列可能会发生改变,从而使后代DNA分子与亲代DNA分子碱基序列不同,导致遗传信息发生改变。
 
[重难突破]

一、DNA分子的结构层次
1.DNA分子结构中的“五、四、三、二、一”:
“五”——DNA分子的基本组成元素有5种(C、H、O、N、P)。
“四”——DNA分子的基本组成单位为“四种”脱氧核苷酸。
“三”——每种单位均由三分子物质(1分子磷酸、1分子脱氧核糖及1分子含氮碱基)构成。
“二”——两条脱氧核苷酸长链。
“一”——一种规则的双螺旋结构。

2.DNA分子结构层次图示
 
二、DNA分子中的碱基计算规律
1.碱基互补配对原则
 
2.碱基间的数量关系
项目 双链DNA 1链 2链 规律
A、T、G、C关系 A=T,G=C    A1=T2,G1=C2,
T1=A2,C1=G2 双链DNA中,A总等于T,G总等于C,且1链上的A等于2链上的T,1链上的G等于2链上的C
非互补碱基和之比,即A+GT+C或G+TA+C
1 m 1/m DNA双链中非互补碱基之和总相等,两链间非互补碱基和之比互为倒数
互补碱基和之比,即A+TG+C或G+CA+T
n n n 在同一DNA中,双链和单链中互补碱基和之比相等
某种碱基的比例(x为A、T、G、C中某种碱基的百分含量) 12(x1+x2)
x1 x2 某碱基占双链DNA碱基总数的百分数等于相应碱基占相应单链的比值的和的一半
3.碱基比例与DNA分子的共性和特异性
(1)共性:
①AT=TA=1;②GC=CG=1;③A+CT+G=A+GT+C=1
(2)特异性:
A+TG+C的比值是多样的,是DNA分子多样性和特异性的主要表现。
[特别提醒]
(1)在DNA单链中,A与T、G与C也可能相等。
(2)(A+T)/(G+C)的比值能体现DNA分子的特异性,不同的DNA分子中该值可能相同。
三、DNA分子复制过程中相关计算
1.DNA分子数、DNA链数及所占比例的计算
 
2.脱氧核苷酸链数的计算
(1)子代DNA分子中脱氧核苷酸总链数=2n+1条;
(2)亲代脱氧核苷酸链数=2条;
(3)新合成的脱氧核苷酸链数=(2n+1-2)条。
3.所需脱氧核苷酸数的计算
若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,则:
(1)经过n次复制,共需消耗游离的该脱氧核苷酸m•(2n-1)个。
(2)第n次复制时,需消耗游离的该脱氧核苷酸m•2n-1个。
4.与染色体、细胞数目相关的计算
研究DNA分子的半保留复制时,常涉及计算后代带放射性标记的DNA、染色体或细胞所占比例的问题,此时要注意:
(1)一个DNA分子含两条DNA链,只要有一条DNA链带标记该DNA分子便带标记。
(2)每条染色体含一个或两个DNA分子,只要有一条DNA链带标记,该染色体便带标记。
(3)每个细胞含多条染色体,每条染色体的情况是一样的,只需分析一条染色体(减数分裂时只需分析一对同源染色体)即可。
[实验探究]
DNA复制方式的探究
1.方法
放射性同位素标记法和密度梯度离心技术。
2.原理
含15N的双链DNA密度最大,含14N的双链DNA密度最小,一条链含14N和一条链含15N的双链DNA分子密度中等。
3.过程
(1)用放射性同位素15N标记大肠杆菌的DNA。
(2)将被标记的大肠杆菌转入以含14N物质为唯一氮源的培养液中培养。
(3)分别取完成一次细胞分裂和两次细胞分裂的大肠杆菌,并将其中的DNA分子分离出来,进行密度梯度超速离心和分析。
4.结果图示
 
5.结论:DNA的复制方式为半保留复制。

[考向聚焦]

[例1]  下列有关DNA分子结构的叙述,正确的是(  )
A.DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的规则的双螺旋结构,其基本骨架由脱氧核糖、磷酸和含氮碱基交替排列而成
B.整个DNA分子中,嘌呤数目等于嘧啶数目,所以每条DNA单链中A=T、G=C
C.与DNA分子中的碱基G直接相连的是脱氧核糖和碱基C
D.每个脱氧核糖均只与一个磷酸和一个碱基相连

[解析]  DNA分子双螺旋结构的外侧是磷酸与脱氧核糖交替排列构成的基本骨架,碱基排列在内侧。若DNA分子的一条链上是碱基A,则另一条链上与之配对的一定是碱基T;一条链上是碱基G,则另一条链上与之配对的一定是碱基C,反之亦然。所以,在双链DNA分子中A=T、G=C,但在单链中,碱基A的数目不一定等于碱基T的数目,碱基G的数目也不一定等于碱基C的数目。在一个脱氧核苷酸中,碱基G与脱氧核糖直接相连,两链之间碱基G与碱基C互补配对。每个脱氧核糖均只与一个碱基相连,但除了游离的脱氧核糖只与一个磷酸相连外,其余脱氧核糖均与两个磷酸相连。

[答案] C
[例2] (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]  根据碱基互补配对原则,单链模板链中A与胸腺嘧啶配对。单链模板链中含有4个“A”,其中每个“A”均可能与胸腺嘧啶双脱氧核苷酸配对,当单链模板上的“A”与胸腺嘧啶双脱氧核苷酸配对会有4种不同长度的子链;若单链模板链上的“A”只与脱氧核苷酸结合,形成1种子链,所以最多会产生5种子链。
[答案] D
[例3] 科学家以大肠杆菌为实验对象,运用同位素示踪技术及密度梯度离心方法进行了DNA复制方式的探索实验,实验内容及结果见下表。
组别 1组 2组 3组 4组
培养液中
唯一氮源 14NH4Cl 15NH4Cl 14NH4Cl 14NH4Cl
繁殖代数 多代 多代 一代 两代
培养产物 A B B的子Ⅰ代 B的子Ⅱ代
操作 提取DNA并离心
离心结果 仅为轻带
(14N/14N) 仅为重带
(15N/15N) 仅为中带
(15N/14N) 1/2轻带(14N/14N)
1/2中带(15N/14N)
请分析并回答:
(1)要得到DNA中的N全部被放射性标记的大肠杆菌B,必须经过________代培养,且培养液中的________是唯一氮源。
(2)综合分析本实验的DNA离心结果,第________组结果对得到结论起到了关键作用,但需把它与第________组和第________组的结果进行比较,才能说明DNA分子的复制方式是________________。
(3)分析讨论:
①若子Ⅰ代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带,则“重带”DNA来自________,据此可判断DNA分子的复制方式不是________复制。
②若将子Ⅰ代DNA双链分开后再离心,其结果________(选填“能”或“不能”)判断DNA的复制方式。
③若在同等条件下将子Ⅱ代继续培养,子n代DNA离心的结果是:密度带的数量和位置________,放射性强度发生变化的是________带。
④若某次实验的结果中,子Ⅰ代DNA的“中带”比以往实验结果的“中带”略宽,可能的原因是新合成DNA单链中的N尚有少部分为________。
[解析] 经过一代培养后,只能是标记DNA分子的一条单链,所以要想对所有的DNA分子全部标记,要进行多代培养;在探究DNA分子的复制方式为半保留复制的实验中,“重带”应为两个单链均被15N标记,“轻带”为两个单链均被14N标记,“中带”为一个单链被14N标记,另一个单链被15N标记。
[答案] (1)多 15N(15NH4Cl) (2)3 1 2 半保留复制 (3)①B 半保留 ②不能 ③没有变化 轻 ④15N

———————————————[课堂归纳]————————————————

[网络构建]

 
填充:①双螺旋  ②反向平行   ③交替连接
④互补配对 ⑤边解旋边复制 ⑥半保留复制
⑦解旋   ⑧合成子链
[关键语句]
1.DNA分子由两条脱氧核苷酸链构成,两链按反向平行方式盘旋成规则的双螺旋结构,其脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,碱基排在内侧。
2.DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对,其中A一定与T配对,G一定与C配对,A与T之间形成2个氢键,G与C之间形成3个氢键。
3.组成DNA分子的碱基虽然只有4种,但碱基对的排列顺序却是千变万化的,含n个碱基对的DNA分子,可形成4n种排列顺序,这些排列顺序即代表遗传信息。
4.DNA分子碱基对排列顺序的千变万化,构成了DNA分子的多样性,而碱基对的特定的排列顺序又构成了每一个DNA分子的特异性。
5.DNA复制发生于细胞有丝分裂间期和减数分裂的间期。
6.DNA分子复制是半保留复制,DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板,通过碱基互补配对原则保证了复制能精确地进行。
7.DNA分子通过复制,使遗传信息从亲代传给子代,从而确保了遗传信息的连续性。
 
 
知识点一、DNA的结构及相关计算
1.如图为核苷酸链结构图,下列叙述不正确的是(  )
 
A.能构成一个完整核苷酸的是图中的a和b
B.图中每个五碳糖都只有1个碱基与之直接相连
C.各核苷酸之间是通过化学键③连接起来的
D.若该链为脱氧核苷酸链,从碱基组成上看,缺少的碱基是T
解析:选A 核苷酸由1分子磷酸、1分子五碳糖和1分子碱基组成,即图中的a,b中磷酸的连接位置不正确,A错误;由题图可知,每个五碳糖都只有1个碱基与之直接相连,B正确;核苷酸之间通过磷酸二酯键即图中③相连形成核苷酸链,C正确;脱氧核苷酸根据碱基不同分为腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸,因此若该链为脱氧核苷酸链,从碱基组成上看,缺少的碱基是胸腺嘧啶T,D正确。
2.从某生物组织中提取DNA进行分析,其四种碱基数的比例是鸟嘌呤和胞嘧啶之和占全部碱基数的46%,又知该DNA的一条链(H链)所含的碱基中28%是腺嘌呤,则与H链相对应的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的(  )
A.26%          B.24%
C.14%                    D.11%
解析:选A 由题中条件可知C+G在整个DNA分子中占有的比例为46%,因为C+G在整个DNA分子中占有的比例等于它在DNA某一条链中占有的比例,则在H链上C+G=46%。又因为在H链上腺嘌呤占28%,则胸腺嘧啶(T)占的比例为26%,据碱基互补配对原则,H链上胸腺嘧啶等于其互补链中腺嘌呤的数目或比例,则另一条链中腺嘌呤占该链碱基数的26%。
知识点二、DNA的复制及相关计算
3.如图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图,有关叙述错误的是(  )
 
A.图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的
B.图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的
C.真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶
D.真核生物的这种复制方式提高了复制速率
解析:选A 图中DNA分子的复制是从多个起点开始的,但并不是同时开始的。图中DNA分子的复制是边解旋(需解旋酶)边双向复制的。
4.一个双链均被32P标记的DNA由5 000个碱基对组成,其中腺嘌呤占20%,将其置于只含31P的环境中复制3次。下列叙述不正确的是(  )
A.该DNA分子中含有氢键的数目为1.3×104个
B.复制过程需要2.4×104个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸
C.子代DNA分子中含32P的单链与含31P的单链之比为1∶7
D.子代DNA分子中含32P与只含31P的分子数之比为1∶3
解析:选B 该DNA分子中A-T碱基对的数目为5 000×2×20%=2 000个,G-C碱基对的数目为5 000-2 000=3 000个,则该DNA分子中含有的氢键数目为2 000×2+3 000×3=1.3×104个;该复制过程需要的胞嘧啶脱氧核苷酸数为(23-1)×3 000=21 000个;子代中含32P的单链与含31P的单链之比为2∶(23×2-2)=1∶7;子代中含32P与只含31P的DNA分子数之比为2∶(23-2)=1∶3。
5.据图回答问题:
 
(1)该图表示的生理过程是________,该过程主要发生在细胞的________(填部位名称)。
(2)图中的1、2、3、4、5分别表示____________________(填碱基名称,用字母表示)。
(3)假如经过科学家的测定,α链上的一段碱基序列(M)中的A∶T∶C∶G为2∶1∶1∶3,能不能说明科学家的测定是错误的?______,原因是______________________________。
(4)如果以(3)中的α链的M为模板,复制出的β链的碱基比例应该是________________。
解析:DNA是双螺旋结构,两条脱氧核苷酸链之间的碱基遵循碱基互补配对原则,即A与T、C与G配对,所以DNA分子中A=T,G=C。DNA复制是半保留复制,即以DNA的两条母链为模板,根据碱基互补配对原则进行碱基互补配对,所以形成的DNA子链必定与DNA中的一条母链完全相同,新形成的两个DNA分子,与亲代DNA分子完全相同。
答案:(1)DNA复制 细胞核 (2)A、T、C、C、T
(3)不能 在单链中不一定存在A=T、G=C
(4)T∶A∶G∶C=2∶1∶1∶3
 
(时间:25分钟;满分:50分)
一、选择题(每小题2分,共20分)
1.下列关于沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型的叙述,错误的是(  )
A.沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型是建立在DNA分子以4种脱氧核苷酸(碱基为A、T、G、C)为单位连接而成的长链的基础上
B.威尔金斯和富兰克林通过对DNA衍射图谱的有关数据进行分析,得出DNA分子呈螺旋结构
C.沃森和克里克曾尝试构建了多种模型,但都不科学
D.沃森和克里克最后受腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量,鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量的启发,构建出了科学的模型
解析:选B 沃森和克里克最先提出了碱基在外侧的双螺旋和三螺旋结构模型,后来又提出了碱基在内侧的双螺旋结构模型,并且同种碱基配对。最后提出了碱基互补配对的双螺旋结构模型。
2.下面关于DNA分子结构的叙述中,错误的是(  )
A.每个双链DNA分子含有四种脱氧核苷酸
B.每个碱基分子上均连接着一个磷酸和一个脱氧核糖
C.每个DNA分子中碱基数=磷酸数=脱氧核糖数
D.双链DNA分子中的一段含有40个胞嘧啶,就一定会同时含有40个鸟嘌呤
解析:选B 脱氧核苷酸分子的连接方式应为 。在双链的DNA分子内部,碱基之间通过氢键连接形成碱基对,对一个碱基来说,一侧连接着一个脱氧核糖,另一侧通过氢键和另一个碱基相连。
3.在一个DNA分子中,腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基总数的42%,若其中一条链的胞嘧啶占该链碱基总数的24%,胸腺嘧啶占30%,则另一条链上,胞嘧啶和胸腺嘧啶分别占该链碱基总数的(  )
A.21%,12%                  B.30%,24%
C.34%,12%                  D.58%,30%
解析:选C 解这类题目,最好先画出DNA分子的两条链及碱基符号,并标出已知碱基的含量,这样比较直观,更易找到解题方法。然后利用DNA分子的碱基互补配对原则,由整个DNA分子中A+T=42%,可得出A1+T1即对应单链碱基总数的百分比也为42%,则C1+G1=58%。由一条链中C1=24%,C1+G1=58%,得出对应另一条单链中C2=34%,由一条链中A1+T1=42%,A1=12%,得出对应另一条单链T2=12%。

4.(上海高考)在DNA分子模型搭建实验中,如果用一种长度的塑料片代表A和G,用另一长度的塑料片代表C和T,那么由此搭建而成的DNA双螺旋的整条模型(  )
A.粗细相同,因为嘌呤环必定与嘧啶环互补
B.粗细相同,因为嘌呤环与嘧啶环的空间尺寸相似
C.粗细不同,因为嘌呤环不一定与嘧啶环互补
D.粗细不同,因为嘌呤环与嘧啶环的空间尺寸不同
解析:选A A和G都是嘌呤碱基,C和T都是嘧啶碱基,在DNA分子中,总是A=T,G=C,依题意,用一种长度的塑料片代表A和G,用另一长度的塑料片代表C和T,则DNA的粗细相同。
5.如图为DNA分子结构示意图,相关叙述正确的是(  )
 
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.⑨是氢键,其形成遵循碱基互补配对原则
d.DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息
e.③占的比例越大,DNA分子越不稳定
f.⑤⑥⑦⑧依次代表A、G、C、T
A.bcdf       B.cdf
C.abcf              D.bce
解析:选B DNA分子是反向平行的双螺旋结构,①磷酸与②脱氧核糖交替排列在外侧,构成了DNA的基本骨架;④中的③②及②下方的磷酸基团组成胞嘧啶脱氧核苷酸;碱基互补配对,配对碱基之间通过氢键相连; DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息;G与C之间形成3条氢键,G与C含量越多,DNA分子越稳定;根据碱基互补配对原则,⑤⑥⑦⑧依次代表A、G、C、T。
6.下列有关DNA复制的说法中,正确的是(  )
A.DNA复制时只有一条链可以作为模板
B.DNA复制所需要的原料是4种脱氧核苷酸
C.DNA复制的场所只有细胞核
D.DNA复制的时间只能是有丝分裂间期
解析:选B DNA复制时, 两条链都可以作为模板,真核生物DNA复制的场所可以是细胞核,也可以是线粒体和叶绿体,在细菌体内还可以是拟核。DNA复制时需要的原料是4种脱氧核苷酸。
7.把培养在含轻氮(14N)环境中的一个细菌,转移到含重氮(15N)环境中,培养相当于繁殖一代的时间,然后全部放回原环境中培养相当于连续繁殖两代的时间后,细菌DNA组成分析表明(  )
A.3/4轻氮型、1/4中间型
B.1/4轻氮型、3/4中间型
C.1/2轻氮型、1/2中间型
D.3/4重氮型、1/4中间型
解析:选A 轻氮(14N)环境中的一个细菌转移到重氮(15N)环境中培养相当于繁殖一代的时间后,DNA分子全为15N/14N,再返回轻氮(14N)环境中培养繁殖,产生8个DNA分子,3/4轻氮型、1/4中间型。
8.如图表示DNA分子复制的片段,图中a、b、c、d表示各条脱氧核苷酸链。一般地说,下列各项中正确的是(  )
 
A.a和c的碱基序列互补
B.b和c的碱基序列相同
C.a链中(A+T)/(G+C)的比值与b链中同项比值相同
D.a链中(A+T)/(G+C)的比值与d链中同项比值不同
解析:选C a、d两条母链碱基互补,a、b两条链碱基互补,c、d两条链碱基互补,可推出a和c碱基序列相同,b和c碱基序列互补;两条互补链中的(A+T)/(G+C)相同。
9.(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(  )
 
解析:选C DNA分子中(A+C)/(T+G)应始终等于1;一条单链中(A+C)/(T+G)与其互补链中(A+C)/(T+G)互为倒数,一条单链中(A+C)/(T+G)=0.5时,互补链中(A+C)/(T+G)=2;一条单链中(A+T)/(G+C)与其互补链中(A+T)/(G+C)及DNA分子中(A+T)/(G+C)都相等。
10.某DNA分子中含有1 000个碱基对(被32P标记),其中有胸腺嘧啶400个。若将该DNA分子放在只含被31P标记的脱氧核苷酸的培养液中让其复制两次,其结果不可能是(  )
A.含32P的DNA分子占1/2
B.含31P的DNA分子占1/2
C.子代DNA分子相对分子质量平均比原来减少1 500
D.共消耗鸟嘌呤脱氧核苷酸1 800个
解析:选B 该DNA分子在含31P的培养液中复制两次,可得到4个DNA分子,其中含31P的DNA分子占100%,含32P的DNA分子占2/4=1/2。因为DNA复制为半保留复制,亲代DNA分子的两条链只可能进入两个子代DNA分子中;4个DNA分子中有两个DNA分子的每条链都只含有31P,还有两个DNA分子都是一条链含31P,另一条链含32P。前两个DNA 分子相对分子质量比原DNA分子共减少了4 000,后两个DNA分子比原DNA分子共减少了2 000,这样4个DNA分子的相对分子质量平均比原来减少了6 000/4=1 500;在1 000个碱基对的DNA分子中,胸腺嘧啶400个,则含有鸟嘌呤个数(1 000×2-400×2)/2=600(个),复制两次所消耗鸟嘌呤脱氧核苷酸数目为600×(22-1)=1 800(个)。

二、非选择题(共30分)
11.(10分)如图是DNA片段的结构图,请据图回答问题。
 
(1)图甲是DNA片段的________结构,图乙是DNA片段的________结构。
(2)填出图中部分结构的名称:[2]________________、[5]__________________。
(3)从图中可以看出DNA分子中的两条链是由________和________交替连接的。
(4)连接碱基对的化学键是____________,碱基配对的方式如下:即________与________配对;________与________配对。
(5)从图甲可以看出组成DNA分子的两条链的方向是________的,从图乙可以看出组成DNA分子的两条链相互缠绕成________的________结构。
(6)含有200个碱基的某DNA片段中碱基间的氢键共有260个。请回答:
①该DNA片段中共有腺嘌呤________个,C和G共________对。
②该DNA片段复制4次,共需原料胞嘧啶脱氧核苷酸________个。
③在DNA分子稳定性的比较中,________碱基对的比例高,DNA分子稳定性高。
解析:(1)从图中可以看出:甲表示的是DNA分子的平面结构。而乙表示的是DNA分子的立体(空间)结构。(2)图中2表示的是一条脱氧核苷酸链片段,而5表示的是腺嘌呤脱氧核苷酸。(3)从图甲的平面结构可以看出:DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧构成了基本骨架。(4)DNA分子的两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对,且有一定规律:A与T配对,G与C配对。(5)根据图甲可以判断:组成DNA分子的两条脱氧核苷酸链是反向平行的;从图乙可以看出组成DNA分子的两条脱氧核苷酸链相互缠绕成规则的双螺旋结构。(6)①碱基对G和C之间有三个氢键,而A和T间有两个氢键,设该DNA片段碱基A有x个,碱基G有y个,则有以下关系:x+y=200×1/2=100,2x+3y=260,解得A为40个,G和C各为60个。②复制4次共需原料C为:(24-1)×60=900个。③C和G之间的氢键多于A、T之间的氢键,因此C和G比例越高,DNA分子稳定性越大。
答案:(1)平面 立体(或空间) (2)一条脱氧核苷酸链片段 腺嘌呤脱氧核苷酸 (3)脱氧核糖 磷酸 (4)氢键 A(腺嘌呤) T(胸腺嘧啶) G(鸟嘌呤) C(胞嘧啶) (5)反向 规则 双螺旋 (6)①40 60 ②900 ③C和G
12.(10分)DNA指纹技术正发挥着越来越重要的作用,目前在亲子鉴定、侦察罪犯等方面是最为可靠的鉴定技术。
请思考回答下列有关DNA指纹技术的问题:
(1)DNA亲子鉴定中,DNA探针必不可少,DNA探针实际是一种已知碱基顺序的DNA片段。请问:DNA探针寻找基因所用的原理是:_______________________________。
(2)用DNA做亲子鉴定时,小孩的条码会一半与其生母相吻合,另一半与其生父相吻合,其原因是________________________________________________________。
(3)如图为通过提取某小孩和其母亲以及待测定的两位男性的DNA,进行DNA指纹鉴定,部分结果如图所示。则该小孩的真正生物学父亲是_________________________。
 
(4)现在已知除了一卵双生胞胎外,每个人的DNA是独一无二的,就好像指纹一样,这说明了:______________________________________________________________。
(5)为什么用DNA做亲子鉴定,而不用RNA?________________________。
(6)为了确保实验的准确性,需要克隆出较多的DNA样品,若一个只含31P的DNA分子用32P标记的脱氧核苷酸为原料连续复制3次后,含32P的单链占全部单链的________。
解析:DNA具有特异性,不同个体的DNA分子不同,因此可利用DNA分子杂交原理进行亲子鉴定。由于子代的同源染色体一条来自父方,一条来自母方,因此亲子鉴定时,应一半与父亲吻合,一半与母亲吻合。人体所有细胞都来源于同一个受精卵,因此都含有相同的遗传物质。
答案:(1)碱基互补配对原则 (2)孩子的每一对同源染色体一条来自父亲,一条来自母亲 (3)B (4)DNA分子具有多样性和特异性 (5)因为基因在DNA上,而不在RNA上,且DAN具有特异性 (6)7/8
13.(10分)DNA复制方式可以通过设想来进行预测,可能的情况是:全保留复制、半保留复制、分散复制。
 
(1)根据图示对三种复制作出可能的假设:
①如果是全保留复制,则1个DNA分子形成2个DNA分子,其中一个是__________,而另一个是_______________________________________________________________;
②如果是半保留复制,则新形成的两个DNA分子各有____________________;
③如果是分散复制,则新形成的DNA分子中__________________________________。
(2)请设计实验来证明DNA的复制方式。
实验步骤:
①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)。
②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)。
③将亲代含15N的大肠杆菌转移到14N培养基上,再连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ),用密度梯度离心方法分离。
(3)实验预测:
①如果与对照(14N/14N)相比,子代Ⅰ能分离出两条带:________和________,则可以排除________,同时肯定是________________。
②如果子代 Ⅰ 只有一条________,则可以排除________,但不能肯定是_______。
③如果子代 Ⅰ只有一条中密度带,再继续做子代ⅡDNA密度鉴定,若子代Ⅱ可以分出____________和____________,则可以排除__________________,同时肯定__________。
④如果子代Ⅱ不能分出________两条密度带,则排除________,同时肯定________。
(4)用图例表示出最可能的实验结果。
答案:(1)①亲代的 新形成的 ②一条链来自亲代DNA,另一条链是新形成的 ③每条链中的一些片段是母链的,另一些片段是子链的 (3)①一条轻密度带(14N/14N) 一条重密度带(15N/15N) 半保留复制和分散复制 全保留复制 ②中密度带(14N/15N) 全保留复制 半保留复制还是分散复制 ③一条中密度带(14N/15N) 一条轻密度带(14N/14N) 分散复制 半保留复制 ④中、轻 半保留复制 分散复制 (4)最可能的实验结果(如图所示):
 

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