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第18讲DNA的结构、复制与基因的本质【考纲解读】最新考纲细解考点核心素养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)1.说明DNA分子的结构与特性2.说出DNA分子中碱基配对的方式,并根据此规律进行相关计算3.简述DNA分子复制的过程并说明其特点4.说明基因的本质及基因与DNA、染色体的关系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分子的结构及基因的本质研析教材内化基本概念1.DNA分子的结构C、H、O、N、PA、T、G、C脱氧核糖脱氧核苷酸磷酸脱氧核糖磷酸与脱氧核糖碱基氢键A与TG与C配对反向平行2.DNA分子的特性(1)多样性:不同的DNA分子中脱氧核苷酸数目不同,多种多样。若某DNA分子中有n个碱基对,则其碱基对排列顺序有4n种。(2)特异性:每种DNA分子都有区别于其他DNA的特定的,代表了特定的遗传信息。(3)性:两条链磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变,碱基之间有氢键相连,使DNA分子具有稳定性。【深挖教材】含G、C碱基对比较多的DNA分子热稳定性较高,为什么?提示:G、C碱基对中含三个氢键,断裂时所需能量多。排列顺序碱基对排列顺序稳定3.基因与染色体、DNA的关系1个或2个遗传效应许多个脱氧核苷酸碱基对的排列顺序【深挖教材】对于HIV等RNA病毒来说,基因指的是什么?提示:RNA病毒的遗传物质是RNA,其基因就是有遗传效应的RNA片段。思考探究培养科学思维1.下图是DNA分子结构示意图,请据图思考回答:(1)由图1可知,每个DNA分子片段中,游离磷酸基团有个。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2是图1的简化形式,其中①是,②是。解旋酶作用于(填“①”或“②”)部位,限制性核酸内切酶和DNA连接酶作用于(填“①”或“②”)部位。2.碱基互补配对原则及相关计算规律探究(1)碱基互补配对原则:在双链DNA分子中,A一定与T配对,G一定与C配对。(2)四个计算规律。①规律一:一个双链DNA分子中,A=T、C=G,则=,即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。②规律二:在双链DNA分子中,互补的两碱基之和(如A+T或C+G)占全部碱基的比值等于其任何一条单链中该种碱基比例的比值。脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖2氢键磷酸二酯键氢键②①A+GC+T③规律三:在DNA双链中,一条单链的1111AGTC的值与其互补单链的2222AGTC的值互为关系。倒数提醒:在整个DNA分子中该比值等于1。④规律四:在DNA双链中,一条单链的ATGC的值,与该互补链的ATGC的值是的,与整个DNA分子中的ATGC的值是的。相等相等剖析题型提升核心素养题型一考查DNA分子的结构1.下图表示某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解析:DNA分子的基本骨架为①磷酸、②脱氧核糖交替连接形成的;①磷酸并不能与②③组成一个脱氧核苷酸;DNA稳定性与⑨氢键有关,氢键越多,DNA分子越稳定;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。2.用卡片构建DNA平面结构模型,所提供的卡片类型和数量如下表所示,以下说法正确的是()BA.最多可构建4种脱氧核苷酸,5个脱氧核苷酸对B.构成的双链DNA片段最多有10个氢键C.DNA中每个脱氧核糖均与1分子磷酸相连D.可构建45种不同碱基序列的DNA卡片类型脱氧核糖磷酸碱基ATGC卡片数量10102332解析:由表中给定的碱基A为2个,C为2个,并结合碱基互补配对原则可知最多可构建4个脱氧核苷酸对;构成的双链DNA片段中A与T间的氢键共有4个,G与C共有6个,即最多有10个氢键;DNA中位于一端的脱氧核糖分子均与1分子磷酸相连,位于内部的脱氧核糖分子均与2分子磷酸相连;由于碱基对的种类和数目确定，因此可构建DNA种类数少于44种。题型二考查DNA分子中碱基的配对规律3.(2017·海南卷)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1D解析:双链DNA分子中A=T,G=C,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;前一个比值越小,双链DNA分子的稳定性越高;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,T=30这条链可能是单链也可能是双链;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。4.(2018·吉林长春质检)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ATCG的比值如下表。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ATCG1.011.211.211.431.431.43A.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解析:马的DNA中ATCG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;小麦和鼠的DNA的ATCG比值相同，因碱基对的数量和排列顺序不同,遗传信息不同;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;同一生物不同组织是由受精卵经过有丝分裂和细胞分化形成的,DNA碱基组成相同。题型三考查基因的本质及与DNA和染色体的关系5.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解析: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。6.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解析:真核细胞中细胞核基因都以染色体为载体,细胞质基因不是以染色体为载体;唾液淀粉酶基因只在人体的唾液腺细胞中才能表达;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;大部分随机排列的脱氧核苷酸序列从来不曾出现在生物体内,因此,基因不是由碱基对随机排列成的DNA片段。考点二DNA分子的复制1.概念和时间(1)概念:以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。(2)时间:。研析教材内化基本概念有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期2.复制过程图解能量解旋两条螺旋的双链脱氧核苷酸DNA聚合酶双螺旋结构3.特点(1)复制方式为。(2)边解旋边复制。4.DNA分子精确复制的原因(1)DNA分子独特的结构提供精确的模板。(2)保证复制精确进行。5.意义使从亲代传给子代,保持了遗传信息的。半保留复制双螺旋碱基互补配对原则遗传信息连续性【深挖教材】所有的细胞都存在核DNA分子复制吗?复制后的两个子DNA将在细胞分裂的何时分开?提示:不一定。如哺乳动物成熟的红细胞因为无细胞核和各种细胞器而不能进行核DNA分子复制;不分裂的细胞不存在DNA分子复制。复制后的两个子DNA分子将在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝点分裂时,随两单体分离而分开,分别进入两个子细胞中。思考探究培养科学思维1.分析各类生物体中DNA分子复制的场所(1)真核生物:。(2)原核生物:、细胞质(如质粒中DNA的复制)。(3)DNA病毒:。2.探究DNA分子复制过程中相关计算的规律DNA复制为半保留复制,若将亲代DNA分子复制n代,其结果分析如下:细胞核(主要场所)、叶绿体、线粒体拟核宿主细胞内(1)子代DNA分子数为个。①含有亲代链的DNA分子数为个。②只含亲代链的DNA分子数为个。③不含亲代链的DNA分子数为个。④含子代链的DNA分子数有个。(2)子代脱氧核苷酸链数为条。①亲代脱氧核苷酸链数为条。②新合成的脱氧核苷酸链数为条。(3)若模板DNA中含有m个碱基,其中A有a个,则:①连续复制n次需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸数目为个。②第n次复制需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸数目为个。2n20(2n-2)2n2n+1(2n+1-2)2(m/2-a)×(2n-1)(m/2-a)×2n-1剖析题型提升核心素养题型一DNA复制的过程和特点1.真核细胞的DNA复制过程如图所示,下列叙述错误的是()A.解旋酶使DNA双链打开需消耗ATPB.合成两条子链时,DNA聚合酶移动的方向是相反的C.碱基互补配对原则保证了DNA复制能够准确地进行D.新合成的两条子链的脱氧核苷酸排列顺序相同D解析:解旋酶使DNA双链打开需消耗ATP;DNA的两条链是反向平行的,合成两条子链时,DNA聚合酶移动的方向是相反的;碱基互补配对原则保证了DNA复制能够准确地进行;新合成的两条子链的碱基是互补的,因此新合成的两条子链的脱氧核苷酸排列顺序不同。2.(2018·海南卷)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∶3B.有15N15N和14N14N两种,其比例为1∶1C.有15N15N和14N14N两种,其比例为3∶1D.有15N14N和14N14N两种,其比例为3∶1D解析:一个14N14N的DNA分子利用15N的培养基复制两代,再转移到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,2个DNA分子为14N14N。题型二DNA复制的相关计算3.(2018·江西南昌月考)某DNA分子含m对碱基,其中腺嘌呤有A个。下列有关此DNA在连续复制时所需的胞嘧啶脱氧核苷酸数目的叙述中,错误的是()A.在第一次复制时,需要(m-A)个B.在第二次复制时,需要2(m-A)个C.在第n次复制时,需要2n-1(m-A)个D.在n次复制过程中,总共需要2n(m-A)个D解析:该DNA分子含胞嘧啶数目为(2m-2A)/2=(m-A)个;第二次复制时是以两个DNA分子为模板复制出4个DNA分子的过程,所以需要胞嘧啶脱氧核苷酸数目为2(m-A)个;DNA复制n次需胞嘧啶脱氧核苷酸数目为(m-A)(2n-1)个;第n次复制所需的胞嘧啶脱氧核苷酸数目是n次复制所需的胞嘧啶脱氧核苷酸数减去n-1次复制所需的胞嘧啶脱氧核苷酸数目,即(m-A)(2n-1)-(m-A)(2n-1-1)=[2n-1(m-A)]个。4.(2018·河南信阳月考)一个双链均被32P标记的DNA由5000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1.3×104B.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