1、高考生物总复习第6单元第18讲DNA分子的结构DNA的复制学案第18讲 DNA分子的结构 DNA的复制基因是有遗传效应的DNA片段考纲点击1.DNA分子结构的主要特点()2.DNA分子的复制()3.基因的概念()一、DNA分子的结构 巧 记借图记忆“3”三种物质：、。“4”四种碱基对应四种脱氧核苷酸。“5”五种元素： 只含C、H、O；一定含P；一定含N。二、DNA的复制1. 2过程概念以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程时期有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期过程解旋合成子链子链延伸亲子链复旋条件模板：亲代DNA的每一条链原料：4种游离的脱氧核苷酸能量：ATP释放的能量酶：DNA解旋酶和D
2、NA聚合酶结果1个DNA复制形成2个完全相同的DNA特点边解旋边复制，半保留复制精确复制独特的双螺旋结构提供模板碱基互补配对原则意义将遗传信息从亲代传给子代，从而保持了遗传信息的连续性三、基因有遗传效应的DNA片段1据图1写出基因与染色体的关系：基因在染色体上呈线性排列。2将代表下列结构的字母填入图2中的相应横线上：a染色体、b.DNA、c.基因、d.脱氧核苷酸。3基因的实质：具有遗传效应的DNA片段。1DNA的“五、四、三、二、一”记忆法五：五种元素：C、H、O、N、P。四：四种碱基对应四种脱氧核苷酸。三：三种物质：磷酸、脱氧核糖、含氮碱基。二：两条脱氧核苷酸长链(碱基对有A与T、G与C两种
3、配对方式)。一：一种空间结构规则的双螺旋结构。2DNA复制的两个必记知识点(1)DNA复制特点：边解旋边复制、半保留复制。(2)复制的“四要素”。模板：DNA分子的两条链。原料：游离的四种脱氧核苷酸。酶：解旋酶和DNA聚合酶。能量：细胞呼吸产生的ATP。3基因的两个记忆知识点(1)基因是有遗传效应的DNA片段。(2)染色体是基因的主要载体。线粒体和叶绿体中也存在基因。考法一DNA分子的结构特点及相关计算1DNA分子结构的解读(1)基本结构脱氧核苷酸由磷酸、脱氧核糖、含氮碱基组成，三者之间的数量关系为111。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，
4、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氢键：碱基对之间的化学键，可用解旋酶断裂，也可加热断裂。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割，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2n3n，若已知A有m个，则氢键数为3nm。2DNA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DN
5、A的特定的碱基对排列顺序，代表了特定的遗传信息。3双链DNA分子中碱基的计算规律(1)互补的两个碱基数量相等，即AT，CG。(2)任意两个不互补的碱基数量之和占碱基总数的50%，即嘌呤之和嘧啶之和总碱基数50%，AGTCACTG(ATCG)50%，1。(3)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A1T1n%，因为A1T2，A2T1，则：A1T1A2T2n%。所以ATA1A2T1T2n%。简记为“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等”。(4)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
6、，一条链上：m，则：m，互补链上。简记为：“DNA两互补链中，不配对两碱基之和的比值乘积为1。”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。视角1DNA分子结构的分析1(模型分析类)在搭建DNA分子模型的实验中，若有4种碱基塑料片共20个，其中4个C，6个G，3个A，7个T，脱氧核糖和磷酸之间的连接物14个，脱氧核糖塑料片40个，磷酸塑料片100
7、个，代表氢键的连接物若干，脱氧核糖和碱基之间的连接物若干，则()A能搭建出20个脱氧核苷酸B所搭建的DNA分子片段最长为7个碱基对C能搭建出410种不同的DNA分子模型D能搭建出一个4个碱基对的DNA分子片段解析：选D。要搭建20个脱氧核苷酸，需要脱氧核糖和磷酸之间的连接物的数量为20，A错误；要搭建7个碱基对的DNA分子，至少需要脱氧核糖和磷酸之间的连接物(核苷酸内部和核苷酸之间)26个，B错误；脱氧核糖和磷酸之间的连接物14个，磷酸塑料片8个，能搭建出一个4个碱基对的DNA分子片段，能搭建的DNA分子模型种类少于44种，C错误、D正确。2(示意图类)如图为DNA分子结构示意图，对该图的描述
8、正确的是()A和相间排列，构成了DNA分子的基本骨架B的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸CDNA聚合酶用于的形成DDNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息解析：选D。由图示可知，和相间排列构成了DNA分子的基本骨架；中的应属于上面那个脱氧核苷酸的磷酸基团；的形成依靠碱基互补配对原则，不需DNA聚合酶，DNA聚合酶是将游离的脱氧核苷酸聚合成脱氧核苷酸链。视角23(演绎计算类)(2016江苏南通模拟)某双链DNA分子中，鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基的比例为a，其中一条链上鸟嘌呤占该链全部碱基的比例为b，则互补链中鸟嘌呤占整个DNA分子碱基的比例为()Aa/2b/2 BabC(ab)/(1a) Dba/
9、2解析：选A。依题意，某双链DNA分子中，GCa，依据碱基互补配对原则，则有GCa/2，即两条链中所含有的鸟嘌呤之和为a/2；一条链上鸟嘌呤(G)占该链全部碱基的比例为b，则占整个DNA分子碱基的比例b/2；互补链中鸟嘌呤(G)占整个DNA分子碱基的比例a/2b/2，故A项正确。4(坐标图示类) (2014高考山东卷)某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成，根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图，下列正确的是()解析：选C。A项，无论DNA分子的一条单链中(AC)/(TG)的值为多少，整个DNA分子中(AC)/(TG)都等于
10、1。B项，由于双链DNA分子中A与T配对、G与C配对，故一条单链中(AC)/(TG)的值与其互补链中的(AC)/(TG)的值互为倒数。C项，由于双链DNA分子中A与T配对、G与C配对，故一条单链中(AT)/(GC)的值与整个DNA分子中(AT)/(GC)的值相等。D项，由于双链DNA分子中A与T配对、G与C配对，故一条单链中(AT)/(GC)的值与其互补链中(AT)/(GC)的值相等。考法二以半保留复制为基础，考查DNA复制的过程及相关计算1生物体中DNA分子复制的场所2影响DNA复制的外界条件3DNA分子复制中相关计算的规律方法DNA分子复制为半保留复制，若将一个全部N原子被15N标记的DN
11、A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分子数：2n个。无论复制多少次，含15N的DNA分子始终是2个。含14N的DNA分子有2n个，只含14N的DNA分子有(2n2)个，做题时应看准是“含”还是“只含”。(2)子代DNA分子的总链数：2n22n1条。无论复制多少次，含15N的链始终是2条。做题时应看准是“DNA分子数”还是“链数”。含14N的链数是(2n12)条。(3)消耗的脱氧核苷酸数。若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则经过n次复制需要消耗游离的该种脱氧核苷酸为m(2n1)个。若进行第n次复制，则需消耗该种脱氧核苷酸数为m2n1个。巧借模式图
12、解答与DNA复制有关问题学会画DNA分子半保留复制图解有助于理解DNA的相关计算规律，如下图所示：视角1以分析判断或图形分析的方式，考查DNA复制的过程和特点1(模式图类)如图为真核细胞DNA复制过程的模式图，据图分析，下列相关叙述错误的是()A由图示得知，DNA分子复制的方式是半保留复制B解旋酶能使双链DNA解开，但需要消耗ATPC子代DNA分子的两条链是反向平行排列的DDNA在复制过程中是先进行解旋，后半保留复制解析：选D。由图示可知，新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此复制的方式是半保留复制，A正确；解旋酶使DNA双链解开过程消耗ATP，B正确；子代DNA分子
13、的两条链是反向平行的，C正确；DNA在复制过程中是边解旋，边半保留复制，D错误。2(多起点复制类)如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效率解析：选A。由图可看出，此段DNA分子有三个复制起点，但多个复制起点并不一定是同时开始的；由图中的箭头方向可知，DNA分子是双向复制的；半保留复制的模式可以保持前后代的遗传稳定性，多起点复制可以大大提高复制效率；DNA分子复制过程需要解旋酶、DNA聚合酶等的催化。视角2以演绎
14、计算的形式，考查DNA半保留复制过程中的相关计算3(实验装置计算类)某基因(14N)含有3 000个碱基，腺嘌呤占35%。若该DNA分子用15N同位素标记过的四种游离脱氧核苷酸为原料复制3次。将全部复制产物进行密度梯度离心，得到如图1结果；如果将全部复制产物加入解旋酶处理后再离心，则得到如图2结果。下列有关分析正确的是()AX层全部是仅含14N的基因BW层中含15N标记的胞嘧啶3 150个CX层中含有的氢键数是Y层的1/4DW层与Z层的核苷酸数之比为14解析：选B。DNA是半保留复制，故复制3次，DNA总数是8个，其中含有14N的DNA为2个(每个DNA均为一条14N链，一条15N链)，其余6
15、个均为15N的DNA(两条链均为15N)。因为14N15N的DNA密度比15N15N的DNA密度小，故X层应该为14N15N的DNA，Y层为15N15N的DNA，A错误。一个DNA中含有3 000个碱基，腺嘌呤占35%，那么胞嘧啶占15%，故胞嘧啶的碱基数为450个，复制3次一共得到8个DNA，这样需要的胞嘧啶数为45073 150个，B正确。复制得到的DNA所含有的碱基数都是相同的，那么氢键数也应该是相同的，X层有2个DNA，Y层有6个DNA，这样它们的氢键数之比即为DNA数之比，即X层中含有的氢键数Y层中含有的氢键数13，X层中含有的氢键数是Y层的1/3，C错误。复制后的8个DNA一共含有
16、16条链，其中14N的链2条(分布在Z层)，15N的链14条(分布在W层)，因为该基因含有3 000个碱基，故每条链的核苷酸数为1 500，这样Z层的核苷酸数为1 50023 000，W层的核苷酸数为1 5001421 000个，故W层与Z层的核苷酸数之比为71。4(演绎计算类)(2016福建四地六校联考)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分子在含有14N的培养基中连续复制4次，其结果可能是()A含有14N的DNA占7/8B复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个C含有15N的DNA占1/16D子代DNA中嘌呤与嘧啶之比是23解析：选B。该DNA分子在1
17、4N培养基中连续复制4次，可得到16个DNA分子，其中含有14N的DNA分子占100%，故A错；由题干可知，该DNA分子中有腺嘌呤(A)40个，则复制4次后需游离的该脱氧核苷酸为40(241)600个，故B正确；含有15N的DNA分子占2/16，因为DNA复制为半保留复制，亲代DNA分子的两条链只可能进入两个子代DNA分子中，故C错；在子代DNA分子中嘌呤与嘧啶之比是11，故D错。视角3DNA复制与细胞分裂5(原创题)某生物细胞内有一对同源染色体，如图所示(a与a、b与b为姐妹染色单体，着丝点分裂后成为子染色体，细胞在有丝分裂过程中，子染色体a可与b组合进入一个子细胞，也可与b组合进入一个子细
18、胞，两种可能性在概率上是相等的)。若选取1 000个该生物细胞作为研究对象，用15N标记这对同源染色体上的DNA分子双链，再放入不含15N标记的培养液中培养(细胞分裂同步)，则完成1次分裂、2次分裂、3次分裂所得子细胞中含15N标记的细胞个数分别为()A2 000、3 000、5 000B1 000、2 000、4 000C2 000、3 000、3 500D2 000、3 000、4 500解析：选C。因为DNA分子2条链均被15N标记，经过1次复制后，DNA分子为15N14N，所以完成1次分裂所得2 000个子细胞都含15N；第2次分裂时，细胞中DNA分子(15N14N)复制后一半为14N
19、14N，一半为15N14N，约有一半(1 000个)细胞选择第一种分裂方式，含15N的子染色体都进入同一子细胞，产生的2 000个子细胞中有一半不含15N，约有一半(1 000个)细胞选择第二种分裂方式，含15N的子染色体分别进入2个子细胞，产生的2 000个子细胞都含15N，所以4 000个子细胞中共有3 000个含15N标记；同理，在第3次分裂中含15N的细胞约有一半细胞选择第一种分裂方式，还有一半选择第二种分裂方式，8 000个子细胞中有3 500个含15N标记。 误区补短易错点1对并非所有的DNA分子都遵循碱基互补配对原则理解不透点拨(1)双链DNA分子中嘌呤数嘧啶数，遵循碱基互补配对
20、原则。(2)单链DNA分子中不遵循碱基互补配对原则，嘌呤数和嘧啶数不一定相等。易错点2计算时，乱套公式而出错点拨用DNA分子相关碱基互补配对演绎出来的各种计算公式是有前提条件的，其前提条件必须确认为“双链DNA分子”才成立，否则不成立。判定如下：双链DNA分子中AT、GC，若出现AT或GC可肯定不是双链DNA分子。若出现“嘌呤嘧啶”则可肯定不是双链DNA分子，可能为“RNA”、“单链DNA”或“DNARNA”。易错点3对细胞分裂和DNA复制相结合的知识理解不透点拨只要亲代细胞所有DNA均标记且只复制1次，产生子代DNA分子全带放射性，不管有丝分裂一次产生2个子细胞，还是减数分裂连续分裂2次产生
21、4个子细胞。易错点4对DNA复制过程中“第n次”还是“n次”复制所需某种碱基数量的计算原理不清点拨第n次复制是所有DNA只复制第n次所需碱基数目；n次复制是指由原来的DNA分子复制n次，所需碱基数目。易错点5对DNA复制与基因突变的关系混淆不清点拨(1)一般情况下，DNA分子能准确地进行复制。原因：DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板；通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。(2)在特殊情况下，在外界因素和生物内部因素的作用下，可能造成碱基配对发生差错，引发基因突变。微观清障1判断下列有关DNA结构的叙述(1)(2014江苏卷 T4C)富兰克林和威尔金斯对DNA双螺旋结构模型
22、的建立也作出了巨大的贡献。()(2)(2014全国卷 T5C)双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的。()(3)DNA分子一条链上相邻的两个碱基通过“脱氧核糖磷酸脱氧核糖”间接相连。()(4)含有G、C碱基对比较多的DNA分子相对比较稳定。()(5)双链DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)2判断下列有关DNA复制的叙述(1)(2015四川卷 T1D改编)在叶绿体中发生的生理过程中，不需要蛋白质参与的是DNA复制。()(2)(2014全国卷 T5B)植物细胞的线粒体和叶绿体中均可发生DNA的复制。()(3)DNA复制需要消耗能量。()(4)DNA分
23、子复制n次，不含亲代链的子代DNA分子数为2n2个。()(5)真核生物大部分核酸在细胞核中合成。()(6)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。()(7)DNA复制就是基因表达的过程。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)能力培优DNA结构与复制模式图解读信息解读(1)图甲表示DNA复制，A为解旋酶，B为DNA聚合酶，a、d为母链，b、c为子链。(2)图乙是图甲中某一片段放大后的DNA分子平面模式图，1、2、3、4表示碱基、5为脱氧核糖、6是磷酸、7是胸腺嘧啶脱氧核苷酸、8为DNA内侧的一个GC碱基对、9是CG之间的三个氢键、10为一条脱氧核苷酸长链、
24、11是连接单链中相邻两个脱氧核苷酸的磷酸二酯键。(3)图丙是图乙的简化形式，其中12是磷酸二酯键，13是氢键，解旋酶作用于13，而限制酶、DNA连接酶和DNA聚合酶作用于12。强化训练1(2016北京通州模拟)下图是人体细胞中某DNA片段结构示意图，下列有关叙述正确的是()A图中“X”代表磷酸基团，“A”代表腺苷BDNA复制时，图中“N”键首先全部断开CDNA转录时，需要DNA聚合酶的催化DDNA聚合酶能催化“M”键的形成解析：选D。图中的“A”代表腺嘌呤，而腺苷包括腺嘌呤和核糖，A错误；DNA复制时边解旋边复制，氢键是逐步断开的，B错误；DNA转录时，需要RNA聚合酶的催化，不需要DNA聚合
25、酶，C错误；DNA聚合酶作用的部位是磷酸二酯键，D正确。2关于下图所示DNA分子的叙述，正确的是()A限制酶作用于部位，DNA连接酶作用于部位B该DNA的特异性表现在碱基种类和(AT)/(GC)的比例上C若该DNA分子中A为p个，占全部碱基的n/m(m2n)，则G的个数为(pm/2n)pD把该DNA分子放在含15N的培养液中复制两代，子代中含15N的DNA分子占3/4解析：选C。限制酶和DNA连接酶都作用于部位；该DNA的特异性不表现在碱基种类上，而是表现在碱基的排列顺序上；DNA分子中AGTC50%，如果DNA中含有P个A，占全部碱基的n/m，则DNA分子的碱基总数为pm/n，所以G的个数为
26、(pm/2n)p；把该DNA放在含15N的培养基中复制两代，子代DNA都含有15N。考点一DNA分子的结构及特点(含相关计算)1下列能正确表示DNA片段的示意图是()导学号29520310解析：选D。DNA通常为双链结构，由含有A、T、C、G四种碱基的脱氧核苷酸组成。A与T配对，之间有两个氢键；G与C配对，之间有三个氢键。DNA分子的两条链反向平行。2在一个双链DNA分子中，碱基总数为m，腺嘌呤碱基数为n，G与C之间形成3个氢键，A与T之间形成2个氢键。则下列有关叙述正确的是()脱氧核苷酸数磷酸数碱基总数m碱基之间的氢键数为(3m2n)/2一条链中AT的数量为nG的数量为mnA BC D导学号
27、29520311解析：选D。每个脱氧核苷酸中含一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基，故中的等量关系正确；对于，因G与C之间形成3个氢键，A与T之间形成2个氢键，故氢键数为2n3(m2n)/2(3m2n)/2；因两条链中AT的总量为2n，故一条链中AT的数量应为n；中计算G的数量有误，应为(m2n)/2(m/2)n。考点二DNA分子复制的过程及特点(含相关计算)3(2016安徽安庆模拟)某生物细胞内有1对同源染色体，将200个用15N同位素标记了DNA分子的体细胞加入含14N脱氧核苷酸的培养液中，并在适宜条件下进行同步培养(细胞分裂同步进行)，某时刻测定培养液中细胞的总数目为1 600个。
28、在这1 600个细胞中大约有多少个细胞内含有15N放射性？()A900 B800 C700 D400导学号29520312解析：选D。根据题意，体细胞只能进行有丝分裂，DNA复制的特点是半保留复制，解题时只需以一个细胞作为分析的样本即可。每个标记的DNA分子中的两条链最终会分布在两个子代DNA分子中，故1个细胞无论分裂多少次，都有两个子细胞中具有标记的DNA分子，所以最终有2002400个细胞中含有放射性，应选D。4(2016河南郑州二测)将正常生长的玉米根尖细胞放在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液中，待其完成一个细胞周期后，再转入不含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液中培养，让其再完
29、成一个细胞周期。此时获得的子细胞内DNA分子不可能为(只考虑其中一对同源染色体上的DNA分子)()A B C D导学号29520313解析：选A。玉米根尖细胞进行有丝分裂，在含3H标记的培养液中培养一个周期，根据DNA半保留复制的特点，则细胞中的每个DNA一条链含3H，另一条链不含。转入不含3H标记的培养液中再培养一个周期，中期时一个着丝点连接的两条姐妹染色单体中的DNA分子，其中一个全部不含3H，即为正常DNA，另一个一条链含3H，另一条不含3H，而在有丝分裂后期，着丝点断裂后，姐妹染色单体分离，随机移向两极，因此可以产生图中的，故选择A选项。5(2016北京海淀月考)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(3HdT)的培养基中，3HdT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3HdT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BDNA复制为半保留复制CDNA复制从起始点向两个方向延伸DDNA复制方向为ac导学号29520314解析：选C。由题干信息可知，DNA复制的前一段时间，培养基中含低剂量放射性标记，后一段时间含高剂量放射性
