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2020-2021 年高考生物一轮复习考点讲解与练习: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) 【核心概念及重要结论】 1.DNA 的两条脱氧核苷酸链反向平行盘旋成规则的双螺旋结构。 2.DNA 双螺旋结构的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成的。 3.DNA 上的碱基对严格遵循碱基互补配对原则,通过氢键连接。 4.DNA 分子中脱氧核苷酸对(碱基对)的排列顺序代表了遗传信息。 5.DNA 复制具有边解旋边复制、半保留复制的特点。 6.DNA 复制需要解旋酶和 DNA 聚合酶参与。 7.基因是具有遗传效应的 DNA 片段,基因在染色体上呈线性排列。 8.染色体是基因的主要载体。线粒体、叶绿体中也存在基因。等位基因只存在于真核细胞核中。 9.RNA 与 DNA 在化学组成上的区别在于:RNA 中含有核糖和尿嘧啶,DNA 中含有脱氧核糖和胸腺嘧啶。 10.基因对性状的控制有两条途径,一是基因通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物性状;二是基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状。 【考点速览】 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 (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。 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 4.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。 【重点突破】 一、碱基互补配对原则及相关计算: DNA 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=T2A2=T1⇒A1+T1=A2+T2=n%,所以 A+T=A1+A2+T1+T2=n%+n%2 =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,A1+G1T1+C1=m, 则A1+G1T1+C1=T2+C2A2+G2=m,互补链中A2+G2T2+C2=1m。 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 A1单链=b%,则 A双链=b2%。 二、DNA 的复制 1.各类生物体中 DNA 分子复制的场所  真核生物:细胞核 主要场所 、叶绿体、线粒体原核生物:拟核、细胞质 如质粒的复制DNA病毒:宿主细胞内 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 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·2 n-1。 3.细胞分裂过程中染色体标记情况分析: 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 【真题训练】 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∶3 B.有 15N15N 和 14N14N 两种,其比例为 1∶1 C.有 15N15N 和 14N14N 两种,其比例为 3∶1 D.有 15N14N 和 14N14N 两种,其比例为 3∶1 D [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 B.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 1 D [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 【专项训练】 1.真核细胞中 DNA 复制如图所示,下列表述错误的是( ) A.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。] 2.1958 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。] 3.下列关于 DNA 的相关计算中,正确的是( ) A.具有 1 000 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 C.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12 C [根据碱基互补配对原则,具有 1 000 个碱基对的 DNA,A+T+C+G=2 000 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12,在单链 DNA分子中,A+G 所占的比例不一定是12,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 31P D.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。] 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 32P 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 20 C.20 和 10 D.20 和 40 B [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。] 7.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。] 8.20 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+TC+G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 A+TC+G 1.01 1.21 1.21 1.43 1.43 1.43 A.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A+TC+G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。] 9.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 1 000 个碱基对,则碱基之间的氢键数 2 600 个 D.该 DNA 分子中C+GA+T为32 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 A+TA+T+C+G=60%, A+TA+T+C+G= A1+T1A1+T1+C1+G1=60%,其中一条链的 T 占该链碱基总数的 40%,即 T1A1+T1+C1+G1=40%,则 A1A1+T1+C1+G1= A1+T1A1+T1+C1+G1- T1A1+T1+C1+G1=20%,A1A1+T1+C1+G1= T2A2+T2+C2+G2=20%。由于 C+GA+T+C+G= C1+G1A1+T1+C1+G1=40%,其中一条链的C 占该链碱基 总数 的 15%,即 C1A1+T1+C1+G1=15%,则 G1A1+T1+C1+G1= C1+G1A1+T1+C1+G1-C1A1+T1+C1+G1=25%, G1A1+T1+C1+G1= C2A2+T2+C2+G2=25%,则 T2+C2A2+T2+C2+G2=45%,A 错误,B 正确;若该 DNA 分子含 1 000 个碱基对,则 A=T=600,C=G=400,A、T 之间的氢键为 600×2=1 200,C、G 之间的氢键为 400×3=1 200,碱基之间的氢键数 2 400 个,C 错误;该 DNA 分子中C+GA+T=4060=23,D 错误。] 10.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。] 11.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。]

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