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1第22讲DNA分子的结构、复制及基因的本质考点一DNA分子的结构及相关计算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，例如：A＝或T＝或遵循碱基互补配对原则(2)空间结构：规则的双螺旋结构。3.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。[诊断与思考]21.判断下列说法的正误(1)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(√)(2)富兰克林和威尔金斯对DNA双螺旋结构模型的建立也作出了巨大的贡献(√)(3)双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的(×)(4)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(√)(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)含有G、C碱基对比较多的DNA分子热稳定性较差(×)(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(×)2.据图回答相关问题：(1)基本结构①由磷酸、脱氧核糖、含氮碱基组成，三者之间的数量关系为1∶1∶1。②磷酸：每个DNA片段中，游离的磷酸基团有2个。(2)水解产物DNA的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。(3)DNA分子中存在的化学键①氢键：碱基对之间的化学键，可用解旋酶断裂，也可加热断裂，A与T之间有两个氢键，G与C之间有三个氢键。②磷酸二酯键：磷酸和脱氧核糖之间的化学键，用限制性核酸内切酶处理可切断，用DNA连接酶处理可连接。(4)碱基对数与氢键数的关系若碱基对数为n，则氢键数为2n～3n，若已知A有m个，则氢键数为3n－m。3.据图分析DNA分子结构中的碱基计算(1)在双链DNA分子中，互补碱基两两相等，A＝T，C＝G，A＋G＝C＋T，即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。(2)在双链DNA分子中，互补的两碱基之和(如A＋T或C＋G)占全部碱基的比例等于其任何一条单链中这两种碱基之和占该单链中碱基数的比例。(3)DNA分子一条链中(A＋G)/(C＋T)的比值的倒数等于互补链中该种碱基的比值，在整个DNA3分子中该比值等于1。(不配对的碱基之和的比值在两条单链中互为倒数)(4)DNA分子一条链中(A＋T)/(C＋G)的比值等于其互补链和整个DNA分子中该种比例的比值。(配对的碱基之和的比值在两条单链和双链中比值都相等)(5)不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值不同，即(A＋T)/(C＋G)的值不同。该比值体现了不同生物DNA分子的特异性。(6)若已知A占双链的比例为c%，则A1/单链的比例无法确定，但最大值可求出为2c%，最小值为0。题组一DNA分子的结构分析1.(2013·广东，2)1953年Watson和Crick构建了DNA双螺旋结构模型，其重要意义在于()①证明DNA是主要的遗传物质②确定DNA是染色体的组成成分③发现DNA如何储存遗传信息④为DNA复制机制的阐明奠定基础A.①③B.②③C.②④D.③④答案D解析沃森和克里克提出的DNA双螺旋结构模型的特点是：(1)DNA分子由两条链组成，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构；(2)两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对有一定的规律：A一定与T配对，G一定与C配对。DNA中碱基对排列顺序可以千变万化，这为解释DNA如何储存遗传信息提供了依据；一个DNA分子之所以能形成两个完全相同的DNA分子，其原因是DNA分子的双螺旋结构为复制提供了精确的模板，碱基互补配对原则保证复制精确完成，所以DNA双螺旋结构模型的构建为人们后来阐明DNA复制的机理奠定了基础。2.如图表示一个DNA分子的片段，下列有关表述正确的是()A.④代表的物质中储存着遗传信息B.不同生物的DNA分子中④的种类无特异性C.转录时该片段的两条链都可作为模板链D.DNA分子中A与T碱基对含量越高，其结构越稳定答案B4解析遗传信息蕴藏在4种脱氧核苷酸的排列顺序之中，单个核苷酸则不能储存遗传信息，A项错误；不同生物的DNA均由4种脱氧核苷酸(包括④)组成，B项正确；转录时以其中的一条链为模板，C项错误；由于C—G碱基对含3个氢键，所以C—G碱基对含量越高，DNA越稳定，D项错误。题组二DNA分子结构中的碱基计算3.某双链DNA分子中含有200个碱基，一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则该DNA分子()A.四种含氮碱基A∶T∶G∶C＝4∶4∶7∶7B.若该DNA中A为p个，占全部碱基的nm(m2n)，则G的个数为pm2n－pC.碱基排列方式共有4200种D.含有4个游离的磷酸答案B解析该DNA分子的一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，另一条链上A∶T∶G∶C＝2∶1∶4∶3，整个DNA分子中A∶T∶G∶C＝3∶3∶7∶7；若该DNA中A为p个，占全部碱基的nm，则碱基总数为pmn个，则G＝碱基总数－2p2＝pmn－2p2＝pm2n－p；该DNA分子含有100个碱基对，30个A—T碱基对，70个G—C碱基对，碱基排列方式少于4100种；一个DNA分子由两条DNA链组成，含2个游离的磷酸。4.下列是一组有关双链DNA分子中含氮碱基的问题，请回答：(1)若A占20%，则G占________。(2)若双链DNA中A占20%，且一条链中的A占20%，则此链中C所占比例的最大值是________。(3)一条链中(A＋C)/(T＋G)＝0.4，互补链中的此值是________。(4)一条链中(A＋T)/(C＋G)＝0.4，互补链中的此值是________。(5)若A有P个，占全部碱基数的20%，则该DNA分子中的G有________个。答案(1)30%(2)60%(3)2.5(4)0.4(5)1.5P解析(1)由双链DNA分子的嘌呤碱基数占总碱基数的一半可知：A＋G＝50%，因而G占30%。(2)由双链DNA分子A占20%可知：该DNA分子中(A＋T)占40%，(C＋G)占60%，对任意一条链而言，某种碱基所占比例的最大值即该对碱基所占的比例，因而，C最多占该链的60%。(3)由双链DNA中，一条链中的(A＋C)/(T＋G)与另一条链中的该比值互为倒数可知：其互补链中的(A＋C)/(T＋G)＝1/0.4＝2.5。(4)由于双链DNA及任意一条链中的(A＋T)/(C＋G)为一定值，可知其互补链中的(A＋T)/(C＋G)＝0.4。(5)若A有P个，占全部碱基数的20%，则DNA分子的总碱基数为P/20%＝5P(个)，而由双链DNA分子的嘌呤碱基数占总碱基数的一半可知：G占总碱基数的50%－20%＝30%，则G有5P×30%＝1.5P(个)。51.把握DNA结构的3个常考点(1)(2)(3)2.DNA分子中有关碱基比例计算的解题步骤解DNA分子中有关碱基比例计算的试题时要分三步进行：(1)搞清题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子碱基的比例，还是占DNA分子一条链上碱基的比例。(2)画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知和所求的碱基。(3)根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。考点二DNA分子的复制及基因的本质1.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：有丝分裂的间期或减数第一次分裂前的间期。(3)过程(4)特点：边解旋边复制。6(5)方式：半保留复制。(6)结果：形成两个完全相同的DNA分子。(7)意义：将遗传信息从亲代传给子代，保持了遗传信息的连续性。2.观察下面的基因关系图，完善相关内容[诊断与思考]1.判断下列说法的正误(1)DNA复制遵循碱基互补配对原则，新合成的DNA分子中两条链均是新合成的(×)(2)DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制(×)(3)单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链(×)(4)DNA复制时，严格遵循A－U、C－G的碱基互补配对原则(×)2.如图为真核细胞DNA复制过程的模式图，据图回答相关问题：(1)由图示得知，DNA分子复制的方式具有什么特点？提示半保留复制。(2)图示中的解旋酶和DNA聚合酶各有什么作用？提示前者使氢键打开，DNA双链发生解旋；后者催化形成新的子链。3.DNA复制过程中的数量关系DNA复制为半保留复制，若将亲代DNA分子复制n代，其结构分析如下：7(1)子代DNA分子数为2n个。①含有亲代链的DNA分子数为2个。②不含亲代链的DNA分子数为(2n－2)个。③含子代链的DNA分子数为2n个。(2)子代脱氧核苷酸链数为2n＋1条。①亲代脱氧核苷酸链数为2条。②新合成的脱氧核苷酸链数为(2n＋1－2)条。(3)消耗脱氧核苷酸数①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸数为m·(2n－1)个。②第n次复制所需该脱氧核苷酸数为m·2n－1个。题组一DNA复制过程的分析1.下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答案A解析从图中能看出有多个复制起点，但并不是同时开始，所以A错误。图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的，真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶、DNA聚合酶等酶的参与。这种半保留复制的模式不仅保持前后代的稳定性，同时每次复制都可产生两个DNA分子，提8高了复制速率。2.在DNA复制开始时，将大肠杆菌放在含低剂量3H标记的脱氧胸苷(3H－dT)的培养基中，3H－dT可掺入正在复制的DNA分子中，使其带有放射性标记。几分钟后，将大肠杆菌转移到含高剂量3H－dT的培养基中培养一段时间。收集、裂解细胞，抽取其中的DNA进行放射性自显影检测，结果如图所示。据图可以作出的推测是()A.复制起始区在高放射性区域B.DNA复制为半保留复制C.DNA复制从起始点向两个方向延伸D.DNA复制方向为a→c答案C解析根据放射性自显影结果可知，中间低放射性区域是复制开始时在含低剂量3H标记的脱氧胸苷(3H－dT)的培养基中进行复制的结果，A项错误；两侧高放射性区域是将大肠杆菌转移到含高剂量3H－dT的培养基中进行复制的结果，因此可判断DNA复制从起始点(中间)向两个方向延伸，C项正确，D项错误；该实验不能证明DNA复制为半保留复制，B项错误。题组二DNA复制的相关计算3.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培养基中连续复制4次，其结果可能是()A.含有14N的DNA占100%B.复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸640个C.含15N的链占1/8D.子代DNA中嘌呤与嘧啶之比是2∶3答案A解析在14N培养基中连续复制4次，得到24＝16个DNA分子，32条链，其中含14N的DNA占100%，含15N的链有2条，占1/16，A项正确，C项错误；根据已知条件，每个DNA分子中腺嘌呤脱氧核苷酸有100×2－60×22＝40个，复制过程中消耗A＝40×(24－1)＝600个，B项错误；每个DNA分子中嘌呤和嘧啶互补相等，两者之比是1∶1，D项错误。4.假设一个双链均被32P标记的噬菌体DNA由5000个碱基对组成，其中腺嘌呤占全部碱基的20%。用这个噬菌体侵染只含31P的大肠杆菌，共释放出100个子代噬菌体。下列叙述正确的是()A.该过程至少需要3×105个鸟嘌呤脱氧核苷酸B.噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶等9C.含32P与只含31P的子代噬菌体的