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第二节DNA的结构和DNA的复制考纲定位考试说明等级要求DNA分子结构的主要特点BDNA分子的复制B1．细胞内某一DNA片段中有30%的碱基为A，则该片段中()A．G的含量为30%B．U的含量为30%C．嘌呤含量为50%D．嘧啶含量为40%【解析】在DNA双链中，A＝T，G＝C，所以A＝T＝30%，G＝C＝20%，A＋G＝50%，T＋C＝50%。C2．蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷的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B【解析】由于DNA分子的复制方式为半保留复制，在有放射性标记的培养基中完成一个细胞周期后，每个DNA分子中有一条链含放射性。继续在无放射性的培养基中培养时，由于DNA的半保留复制，所以DNA分子一半含放射性，一半不含放射性，每条染色单体含一个DNA分子，所以一半的染色单体含放射性。3．下列关于遗传信息传递的叙述，错误的是()A．线粒体和叶绿体中遗传信息的传递遵循中心法则B．DNA中的遗传信息是通过转录传递给mRNA的C．DNA中的遗传信息可决定蛋白质中氨基酸的排列顺序D．DNA病毒中没有RNA，其遗传信息的传递不遵循中心法则D【解析】遗传信息的传递都遵循中心法则；DNA病毒中没有RNA，但是DNA病毒可以先转录，然后翻译合成蛋白质，所以任何生物都遵循中心法则。一、DNA分子的结构1．化学组成(1)组成元素：C、H、O、N、P。(2)基本单位：4种脱氧核苷酸(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)。(3)化学结构：4种脱氧核苷酸聚合成为脱氧核苷酸链。(4)空间结构：两条脱氧核苷酸链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构；脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架，碱基之间通过氢键按照碱基互补配对原则构成碱基对，排列在内侧。2．结构特性(1)稳定性：脱氧核糖与磷酸交替排列形成的基本骨架和碱基互补配对的方式不变。(2)多样性：一个最短的DNA分子也大约有n个碱基对，可能的排列方式有4n种，排列顺序千变万化。(3)特异性：每个DNA分子中碱基对的特定排列顺序，构成了每个DNA分子的特异性。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．发生时期：有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期。3．场所：细胞核(主要)、线粒体、叶绿体。4．过程：(1)解旋：需要细胞提供能量，在解旋酶的作用下，两条螺旋的双链解开。(2)合成子链：以解开的每一段母链为模板，在DNA聚合酶等酶的作用下，利用游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，合成与母链互补的子链。(3)形成子代DNA分子：延伸子链，母链和相应子链盘绕成双螺旋结构。结果，一个DNA分子形成两个完全相同的子代DNA分子。5．特点：(1)边解旋边复制。(2)复制方式：半保留复制。6．条件：(1)模板：亲代DNA分子的两条链(2)原料：游离的4种脱氧核苷酸(3)能量：ATP(4)酶：解旋酶、DNA聚合酶7．准确复制的原因：(1)DNA分子独特的双螺旋结构提供精确模板。(2)通过碱基互补配对原则保证了复制准确地进行。1．DNA分子结构的稳定性、多样性和特异性(1)DNA分子双螺旋结构的相对稳定性①DNA分子的基本骨架由磷酸和脱氧核糖交替连接而成，从头至尾没有变化。②碱基配对方式始终不变，即A—T，G—C。(2)构成DNA分子的碱基只有4种，配对方式只有2种，但是碱基对的数量却可以成千上万。设某DNA分子有n对碱基，在DNA某位点上有一个碱基对，此碱基对可能是A—T或T—A或G—C或C—G，即每一个碱基对有4种类型的可能性，故n对碱基的排列顺序是4n，从而构成了DNA分子的多样性，也决定了遗传信息的多样性。(3)特异性：每个特定的DNA分子中都具有特定的碱基对排列顺序，而特定的碱基对排列顺序中有遗传效应的片段代表遗传信息，所以每个特定的DNA分子中都储存着特定的遗传信息，这种特定的碱基对排列顺序就构成了DNA分子的特异性。【例1】下列有关DNA结构特点的叙述，错误的是()A．两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对B．碱基对排列在双螺旋的内侧C．各个碱基对的平面之间是平行关系D．配对碱基的互补关系为A—G，T—C【思路点拨】DNA分子是由两条反向平行的单链盘旋而成的，要保持DNA两条长链之间的距离不变，根据碱基的分子结构及所占空间的大小，只有A与T配对，C与G配对满足要求。D【举一反三】有一对氢键连接的脱氧核苷酸，已查明它的结构中有一个腺嘌呤，则它的其他组成是()A．三个磷酸、三个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶B．两个磷酸、两个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶C．两个磷酸、两个脱氧核糖和一个鸟嘌呤D．两个磷酸、两个脱氧核糖和一个胞嘧啶B【思路点拨】“一对氢键连接的脱氧核苷酸”表明含有2个脱氧核苷酸，且为A—T碱基对。2．关于碱基互补配对规律的有关计算规律一：两条互补链中的碱基数量相等，且整个DNA分子中A＝T，C＝G。规律二：任意两种不互补的碱基之和恒等，占碱基总数的50%，即A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G＝50%。规律三：若一条单链中的(A＋G)/(T＋C)＝K，则另一条互补链中(A＋G)/(T＋C)＝1/K。规律四：(A1＋T1)/(G1＋C1)＝(A2＋T2)/(G2＋C2)＝(A＋T)/(G＋C)规律五：在双链DNA分子及其转录的RNA之间，有如下关系(设双链DNA中a链的碱基为A1、T1、G1、C1，b链的碱基为A2、T2、G2、C2)①A1＋T1＝A2＋T2＝RNA分子中(A＋U)＝1/2DNA双链中(A＋T)；G1＋C1＝G2＋C2＝RNA分子中(G＋C)＝1/2DNA双链中(G＋C)。②若a链中A1＋T1＝m%，则b链中A2＋T2＝m%；RNA链中A＋U＝m%，DNA双链中A＋T＝m%。③若a链中G1＋C1＝n%，则b链中G2＋C2＝n%；RNA链中G＋C＝n%，DNA双链中G＋C＝n%。【例2】已知某DNA分子片段中鸟嘌呤占38%，其中一条链中的T占该单链的5%，那么另一条链的T占该DNA分子的百分比是()A．19%B．9.5%C．38%D．26%【思路点拨】DNA分子中，由G＝38%→C＋G＝76%→A＋T＝24%→任一条单链中：A＋T＝24%。因一条单链中，A＝5%→T＝24%－5%＝19%→该链中的T占整个DNA的9.5%。B【举一反三】在一双链DNA分子中，若鸟嘌呤和胞嘧啶之和占碱基总和的44%，在其中的一条链中A和C分别占该链碱基数的22%和30%，那么在另一条链中腺嘌呤和胞嘧啶分别占该链碱基数的比值为()A．34%、14%B．22%、30%C．14%、34%D．20%、28%A【规律方法】在双链DNA分子中G＋C占双链的比例等于一条链上的G＋C占单链碱基总数的比例。3．DNA复制时应注意的问题(1)在DNA复制时：①边解旋、边复制，多个起点同时进行双向复制，节省时间，效率高。②新DNA分子双链为“一母一子”，因此复制更为精确，致使遗传信息更加稳定。稳定的遗传信息从亲代传递给子代，从而使生物的前后代保持了一定的连续性。(2)因DNA复制采用半保留的方式，所以一个DNA分子经几代复制后的所有DNA中，只有两个DNA分子含有原DNA链，但所有DNA与原DNA所携带的信息(脱氧核苷酸的排列顺序)完全相同(变异除外)。(3)DNA复制的场所主要在细胞核，时间是有丝分裂间期或减数第一次分裂前的间期。但在细胞质中也存在着DNA复制，如线粒体和叶绿体中的DNA也要复制，并且这些DNA复制的时间不一定在细胞分裂的间期。DNA复制的特点有两点：边解旋边复制和半保留复制。(4)DNA复制需满足4项基本条件：①模板：开始解旋的DNA分子的两条单链；②原料：游离在核液中的脱氧核苷酸；③能量:ATP④酶：酶是指一个酶系统，不仅是指一种解旋酶。【例3】DNA分子的复制依次发生在细胞有丝分裂和减数分裂的()A．间期和第一次分裂前的间期B．前期和第一次分裂的四分体时期C．间期和第一次分裂的联会时期D．中期和第一次分裂的四分体时期【思路点拨】DNA分子复制发生在细胞进入分裂期之前，因为DNA复制是细胞分裂的基础。A【举一反三】某些药物可以抑制肿瘤细胞DNA的复制，从而达到控制癌症的目的，这些药物作用的细胞正处于细胞周期的()A．间期B．前期C．中期D．后期A【规律方法】DNA的复制发生在有丝分裂和减数分裂的间期。4．DNA分子复制的计算规律(1)已知DNA的复制次数，求子代DNA分子中含有亲代DNA单链的DNA分子数(或不含亲代DNA单链的DNA分子数)一个双链DNA分子，复制n次，形成的子代DNA分子数为2n个。一个DNA分子复制一次形成两个新的DNA分子，依据半保留复制的特点，这两个子代DNA分子中都含有亲代DNA单链；一个DNA连续复制两次形成四个新的DNA分子，由于亲代DNA分子只有两条单链，因此子二代DNA分子中只有两个DNA中含有亲代DNA分子的单链，依此类推，不管亲代DNA分子复制几次，子代DNA分子中含有亲代DNA单链的DNA分子数都只有两个，占子代DNA总数的2/2n，即1/2n－1。不含亲代DNA单链的DNA分子数为2n－2个。(2)已知DNA分子中的某种脱氧核苷酸数(或碱基数)，求复制过程中需要的游离脱氧核苷酸数(或碱基数)DNA分子的复制为半保留复制，复制形成的子代DNA的单链中有2条是亲代DNA分子的单链，因此复制完成后净增加的DNA分子数为2n－1(n为复制次数）实际合成了2×2n－2条DNA单链，又因为子代DNA分子的结构与亲代DNA分子完全相同，所以复制过程中需要的游离脱氧核苷酸数(或碱基数)为(2n－1)×亲代DNA分子中该种脱氧核苷酸数(或碱基数)。如：设一个DNA分子中有胸腺嘧啶为m个，则该DNA复制n次后，形成子代DNA分子需游离的胸腺嘧啶为(2n－1)×m个。【例4】已知某DNA分子共含有1000个碱基对，其中一条链上A∶G∶T∶C＝1∶2∶3∶4。该DNA分子连续复制2次，共需要鸟嘌呤脱氧核苷酸分子数是()A．600个B．900个C．1200个D．1800个【思路点拨】该DNA分子共有碱基数1000×2＝2000个，G＋C共为6/10，G为3/10(600个)，该DNA分子复制2次，得到4个DNA分子，共含有G的个数为4×600＝2400，减去原来DNA分子中已有的600个G，则需2400－600＝1800个G。D【举一反三】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数为()A．7(a－m)B．8(a－m)C．7(1/2a－m)D．8(2a－m)C【规律方法】根据碱基互补配对原则：A＝T，C＝G，得出：T＝1/2×(a－2m)，该DNA分子复制3次，得到8个DNA分子，共含T8×1/2×(a－2m)个，减去原来DNA分子中已有的1/2×(a－2m)个T，则需7×1/2×(a－2m)，即7(1/2a－m)。【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分子的比例和含15N的链占全部DNA单链的比例依次为()A．1/9,1/4B．1/4,1/8C．1/4,1/6D．1/8,1/8B【思路点拨】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后，共有8个DNA分子，16条单链。因为DNA复制为半保留复制，复制过程中每个DNA的两条链均作为母链(模板)指导合成子链，形成两个DNA分子，所以其中含有15N的DNA分子有2个，含有15N的DNA单链有2条。因此含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例为1/4，含有15N的DNA单链占全部DNA单链的比例为1/8。【举一反三】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1