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第六单元遗传的分子基础第二讲DNA分子的结构、复制和基因的本质课标展示素养链接1.亲代传递给子代的遗传信息主要编码在DNA分子上。2.概述多数生物的基因是DNA分子的功能片段，有些病毒的基因在RNA分子上。3.概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成的，通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构，碱基的排列顺序编码了遗传信息。4.概述DNA分子通过半保留方式进行复制。5.搜集DNA分子结构模型建立过程的资料并进行讨论和交流。6.制作DNA分子双螺旋结构模型。1.生命观念——结构与功能观：DNA的结构决定DNA的功能。2.科学思维——模型与建模：建立DNA分子双螺旋结构模型。3.科学探究——实验设计与结果分析：验证DNA分子通过半保留方式进行复制。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。[诊断辨析]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．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。(√)3．DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基。(×)提示：DNA分子中磷酸不与碱基相连，多数磷酸连接两个脱氧核糖。4．DNA分子一条链上的相邻碱基通过磷酸—脱氧核糖—磷酸相连。(×)提示：一条链上相邻的碱基通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖相连。5.G＋CA＋T比例高的DNA分子结构更稳定。(√)6．DNA分子的多样性和特异性主要与它的空间结构密切相关。(×)提示：DNA分子的多样性和特异性决定于脱氧核苷酸的排列顺序，与双螺旋的空间结构无关。7．DNA分子中每一个片段都是一个基因。(×)提示：基因是具有遗传效应的DNA分子片段。8．基因只位于染色体上，所以染色体是基因的载体。(×)提示：线粒体和叶绿体中的DNA上也有基因。9．对于HIV等RNA病毒来说，基因是具有遗传效应的RNA片段。(√)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。简记为“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%。生命观念——进化与适应观1．基因是碱基对随机排列成的DNA分子吗？为什么？提示：基因不是碱基对随机排列成的DNA分子。在自然选择过程中，大部分随机排列的脱氧核苷酸序列控制的性状，生物不能成活，被淘汰掉了。科学思维——模型与建模2．图示为两种DNA结构模型，请思考：(1)由图甲可知，每个DNA分子片段中，游离磷酸基团含有______个。单链中相邻碱基通过_______________连接。互补链中相邻碱基通过____________连接。(2)图乙是图甲的简化形式，其中①是____________，②是________。解旋酶作用于________部位，限制性内切酶和DNA连接酶作用于________部位。(3)DNA初步水解的产物和彻底水解的产物分别是什么？提示：(1)2脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖氢键(2)磷酸二酯键氢键②①(3)初步水解产物是四种脱氧核苷酸，彻底水解产物为脱氧核糖、磷酸和四种碱基。考法1考查DNA的结构及特点1．(2019·中山期中)2018年是DNA分子双螺旋结构被发现的第65年。下列关于DNA分子的叙述，错误的是()A．DNA分子中G和C所占的比例越高，DNA分子的热稳定性越强B．DNA分子中的磷酸和脱氧核糖交替连接构成DNA分子的基本骨架C．不同生物的DNA分子中，A＋TG＋C的值越接近，亲缘关系越近D．DNA分子发生碱基对替换后，不会改变DNA分子中嘧啶碱基所占的比例解析：生物的遗传信息蕴藏在碱基对的排列顺序中，而与DNA分子中碱基的比例没有直接关系，C项错误。答案：C2．(2019·云浮期中)如图所示为双链DNA分子的平面结构模式图。下列叙述正确的是()A．图示DNA片段中有15个氢键B．沃森和克里克利用构建数学模型的方法，提出DNA的双螺旋结构C．只有在解旋酶的作用下，图示双链才能解开D．在双链DNA分子中，每个磷酸基团连接1个脱氧核糖解析：图示的DNA片段共有6个碱基对，A—T有3个，G—C有3个，因A—T之间有2个氢键，G—C之间有3个氢键，故图示DNA片段共有15个氢键，A项正确；沃森和克里克构建的是物理模型，B项错误；DNA双链在RNA聚合酶的作用下或高温加热条件下也会解旋，C项错误；在双链DNA分子中，每条链中间的每个磷酸基团都分别连接2个脱氧核糖，每条链仅有一端的磷酸基团只连接1个脱氧核糖，D项错误。答案：A考法2考查DNA分子中碱基的比例及计算3．(2019·衡水金卷)某已知序列的双链链状DNA分子由200个脱氧核苷酸组成，其中有胞嘧啶脱氧核苷酸40个。下列相关叙述正确的是()A．四种碱基和氢键构成了DNA分子的基本骨架B．每个脱氧核糖上均连接着2个磷酸和1个碱基C．该DNA分子一定含有40个鸟嘌呤脱氧核苷酸D．该DNA分子蕴含的遗传信息种类最多有4200种解析：在双链链状DNA分子中，磷酸和五碳糖(脱氧核糖)排列在外侧，构成DNA分子的基本骨架，A项错误；该双链DNA分子的末端脱氧核糖连接着1个磷酸和1个碱基，B项错误；已知该DNA分子含有200个脱氧核苷酸，其中有胞嘧啶脱氧核苷酸40个，根据碱基互补配对原则，该DNA分子中一定含有40个鸟嘌呤脱氧核苷酸，C项正确；该DNA分子的序列是已知的，其蕴含的遗传信息种类有1种，D项错误。答案：C4．(2019·湛江模拟)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的比值如表所示。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猪肝猪胸腺猪脾A＋TC＋G1.011.211.211.431.431.43A．猪的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碱基组成相同解析：大肠杆菌DNA中A＋TC＋G的比值小于猪的，说明大肠杆菌DNA所含C—G碱基对的比例较高，而C—G碱基对含三个氢键，因此大肠杆菌DNA稳定性高于猪的，A项错误；虽然小麦和鼠的A＋TC＋G比值相同，但不能代表二者的碱基序列与数目相同，B、C项错误；同一生物的不同组织所含DNA的碱基序列是相同的，因此DNA碱基组成也相同，D项正确。答案：D考法3考查基因的本质及与DNA和染色体的关系5．(2019·惠州一模)下列有关基因的叙述，错误的是()A．摩尔根将孟德尔的“遗传因子”这一名词重新命名为“基因”B．随着细胞质基因的发现，基因与染色体的关系可概括为染色体是基因的主要载体C．一个DNA分子上有多个基因，基因是有遗传效应的DNA片段D．研究表明，基因与性状的关系并不都是简单的线性关系解析：摩尔根运用假说—演绎法证明基因在染色体上，约翰逊给“遗传因子”起了一个新名字为“基因”，A项错误；DNA主要存在于染色体上，少量存在于细胞质中，故染色体是基因的主要载体，B项正确；基因是有遗传效应的DNA片段，一个DNA分子上有多个基因，C项正确；生物的性状由基因和环境共同决定，基因与性状的关系并不都是简单的线性关系，D项正确。答案：A6．(2019·河源期末)如图表示细胞内与基因有关的物质或结构，其中i是遗传物质的主要载体。下列相关叙述正确的是()元素(a)―→bcd―→e―→基因(f)―→g――→＋hiA．碱基对数目的差异是不同f携带信息不同的主要原因B．f在i上呈线性排列，f与性状不是简单的一一对应关系C．e为核糖核苷酸，h为蛋白质D．若g中G＋CA＋T＝0.5，则A占g中总碱基数的比例为12解析：f为基因，不同基因携带信息不同的主要原因是碱基对的排列顺序不同，A项错误；i为染色体，基因在染色体上呈线性排列，基因与性状不是简单的一一对应关系，B项正确；e为基因的基本组成单位——脱氧核糖核苷酸，h为组成染色体的成分——蛋白质，C项错误；若g中G＋CA＋T＝0.5，假设G＝C＝n，则A＝T＝2n，故A占g中总碱基数的比例为13，D项错误。答案：B考点二DNA分子的复制1．概念以DNA两条链为模板，合成子代DNA的过程。2．时间有丝分裂间期、减数第一次分裂前的间期。3．过程4．特点(1)复制的方式为半保留复制。(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。[诊断辨析]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。(×)提示：新合成的DNA中两条链有一条链是新合成的。2．单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链。(×)提示：催化子链合成的是DNA聚合酶。3．在一个细胞周期中，DNA复制过程中的解旋发生在两条DNA母链之间。(√)4．在人体内，成熟的红细胞、浆细胞中不发生DNA的复制。(√)5．复制时，子代DNA分子的两条单链中只有一条和亲代DNA分子完全相同。(×)提示：子代DNA分子的两条链都与亲代DNA分子相同。6．DNA分子复制时解旋酶与DNA聚合酶不能同时发挥作用。(×)提示：DNA分子边解旋，边复制，两种酶可同时发挥作用。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，其结构分析如下：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·2n－1。科学思维——演绎与推理1．将发生癌变的小肠上皮细胞用含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液培养，一段时间后再移至普通培养液中培养，不同间隔时间取样，检测到被标记的癌细胞比例减少，出现上述结果的原因是什么？提示：依据DNA半保留复制特点，移到普通培养液中的被标记的癌细胞，随着细胞增殖次数的增加，不被标记的癌细胞开始出现并不断增多，故被标记的癌细胞比例减少。2．研究人员将含14NDNA的大肠杆菌转移到15NH4Cl培养液中，培养24h后提取子代大肠