2024届高考生物一轮(苏教版)第六单元 第2课时 DNA分子的结构 (课件+学案)

文档属性

名称 2024届高考生物一轮(苏教版)第六单元 第2课时 DNA分子的结构 (课件+学案)
格式 zip
文件大小 3.6MB
资源类型 教案
版本资源 苏教版(2019)
科目 生物学
更新时间 2023-06-12 21:03:44

文档简介

(共65张PPT)
第2课时
DNA分子的结构
课标要求
1.概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成。
2.阐明DNA分子的特点,碱基的排列顺序编码了遗传信息。
1.DNA双螺旋结构模型的构建者:______________。
归纳 夯实必备知识
沃森和克里克
2.DNA的结构
C、H、O、N、P
脱氧核苷酸
磷酸
脱氧核糖
碱基
A与T配对,
G与C配对
3.遗传信息与DNA的特性
(1)遗传信息:储存在碱基对的__________中。
(2)DNA的特性
①多样性:具有n个碱基对的DNA具有 种碱基对排列顺序。
②_____性:每种DNA分子都有其特定的碱基排列顺序。
③稳定性:两条主链中磷酸与脱氧核糖交替连接的顺序不变,碱基配对方式不变等。
排列顺序
特异
4n
判一判
①DNA分子中每个脱氧核糖上均连接着一个磷酸和一个碱基
(   )
②每个DNA分子中,都是碱基数=磷酸数=脱氧核苷酸数=脱氧核糖数(   )
③G—C碱基对的比例越大,DNA分子的稳定性越高(   )
④在环状DNA和链状DNA结构中,均有两个游离磷酸(   )
⑤两条链上互补的碱基通过氢键连接成碱基对(   )
⑥DNA分子中一条链上的相邻碱基通过氢链连接(   )
×


×

×
判一判
⑦每个DNA分子中一般都会含有四种脱氧核苷酸(   )
⑧DNA分子的两条链是反向平行的,并且游离的磷酸基团位于同一侧(   )
⑨维持基因结构稳定的键主要是磷酸二酯键和氢键(   )


×
①源于必修2 P50图2-2-4:DNA的一条单链具有两个末端,一端有一个游离的磷酸基团,称作_________,另一端有一个羟基(—OH),称作__________,两条单链走向______,一条单链是从5′-端到3′-端的,另一条单链是从3′-端到5′-端的。
②源于必修2 P51“边做边学”:DNA只有4种脱氧核苷酸,能够储存足够量遗传信息的原因是_____________________________
__________________________________________。
5′-端
3′-端
相反
构成DNA的4种脱氧核苷酸的数目成千上万,脱氧核苷酸的排列顺序千差万别
归纳总结
DNA双螺旋结构的热考点
归纳总结
DNA双螺旋结构的热考点
4.DNA中的碱基数量的计算规律
设DNA一条链为1链,互补链为2链。根据碱基互补配对原则可知,A1=T2,A2=T1,G1=C2,G2=C1。
(1)A1+A2=________;G1+G2=________。
即:双链中A=____,G=____,A+G=_______=______=______=
(A+G+T+C)。
规律一:双链DNA中嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数,任意两个不互补碱基之和为碱基总数的一半。
T1+T2
C1+C2
T
C
T+C
A+C
T+G
(2)A1+T1=________;G1+C1=________。
A2+T2
G2+C2
规律二: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,简记为“补则等”。
互为倒数
规律三:非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数,简记为“不补则倒”。
规律四:某种碱基在双链中所占的比例等于它在每一条单链中所占比例和的一半。
考向一 DNA的结构及特点
1.(2023·江苏阜宁县高三模拟)在DNA分子的一条单链中相邻的碱基A与T的连接是通过
A.肽键
B.磷酸—脱氧核糖—磷酸
C.氢键
D.脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖

突破 强化关键能力
双链DNA分子之间的碱基通过氢键连接,一条单链中相邻的碱基A与T是通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖连接的,D正确。
2.(多选)(2023·江苏连云港高三期中)如图为某DNA分子的部分平面结构图,则下列说法不正确的是
A.⑤是氢键,除使用解旋酶外,
还有其他方法使⑤断裂
B.③是连接DNA单链上2个核糖
核苷酸的磷酸二酯键
C.解旋后的DNA分子不具有规则的双螺旋结构,并失去复制功能
D.不同的双链DNA分子中(A+C)/(G+T)的值不同



⑤是氢键,除使用解旋酶外,加
热或RNA聚合酶也能使其断裂,
A正确;
③是连接DNA单链上2个脱氧核
糖核苷酸的磷酸二酯键,B错误;
解旋后的DNA分子不具有规则的双螺旋结构,仍具有复制功能,C错误;
由于双链DNA分子中的A=T、G=C,不同的双链DNA分子中(A+C)/(G+T)的值都是1,D错误。
考向二 DNA结构的相关计算
3.(2023·河北唐山高三检测)某DNA部分片段结构如图所示,下列叙述正确的是
A.③为磷酸二酯键,③的形成需要RNA聚合
酶催化
B.①代表氢键,①的形成与断裂需要ATP提
供能量
C.片段中碱基②与五碳糖构成的脱氧核苷与ATP中的腺苷相同
D.若该DNA一条链中碱基A与T之和占48%,则整个DNA中碱基C占26%

③为磷酸二酯键,③的形成需要DNA聚合酶
催化,A错误;
①代表氢键,氢键的形成不需要消耗能量,
B错误;
构成脱氧核苷酸的五碳糖是脱氧核糖,而
构成腺苷的五碳糖是核糖,C错误;
由于DNA分子中碱基互补配对,A=T,G=C,所以若该DNA一条链中碱基A与T之和占48%,则整个DNA分子中碱基A与T之和占48%,G和C之和占1-48%=52%,所以DNA中碱基C占26%,D正确。
4. 如图表示有关DNA分子中的部分关系,下列判断正确的是
A.若x、y分别表示DNA两条互补链中(A+G)/(T+C)的
值,则符合甲曲线变化
B.若x、y分别表示DNA两条互补链中(G+T)/(A+C)的
值,则符合甲曲线变化
C.若x、y分别表示DNA两条互补链中(A+T)/(G+C)的值,则符合乙曲线
变化
D.若x、y分别表示DNA一条链和整个DNA中嘌呤/嘧啶的值,则符合乙曲
线变化

DNA两条互补链中(A+G)/(T+C)的值是互为倒数
的关系,此情况不符合甲曲线变化,A错误;
DNA两条互补链中(G+T)/(A+C)的值互为倒数,
此情况不符合甲曲线变化,B错误;
根据碱基互补配对原则,DNA两条互补链中(A+T)/(G+C)的值是相等的,此情况符合乙曲线变化,C正确;
由于DNA中A=T、G=C,A+G=T+C,嘌呤数=嘧啶数,整个DNA中两者的比值始终等于1,但DNA一条链中嘌呤/嘧啶的值不确定,D错误。
5.(2023·南京励志中学高三检测)假设某真核细胞的核DNA中有2 000个碱基对,已知该DNA一条链上的G有400个,另一条链上的G有500个。下列有关分析错误的是
A.该DNA的每条链均有2个游离的磷酸基团
B.该DNA两条链上的(A+T)/(G+C)的值相等
C.该DNA中碱基对之间的氢键数为4 900个
D.该DNA中碱基排列顺序只有1种

若该DNA为链状结构,则该DNA的每条链均有1个游离的磷酸基团,该DNA有2个游离的磷酸基团,A错误;
该DNA分子遵循碱基互补配对原则,即A与T配对,G与C配对,所以该DNA两条链上的(A+T)/(G+C)的值相等,B正确;
该DNA一条链上的G1有400个,那么另一条链上的C2有400个,同理G2有500个,则C1有500个,因此整个DNA中C=G=900,由于核DNA中有2 000个碱基对,所以A=T=1 100,C和G之间有三个氢键,A和T之间有两个氢键,所以该DNA中碱基对之间的氢键数为:900×3+1 100×2=4 900(个),C正确;
由于DNA分子具有特异性,所以该DNA中碱基排列顺序只有1种,D正确。
重温高考 真题演练
1.(2021·广东,5)DNA双螺旋结构模型的提出是二十世纪自然科学的伟大成就之一。下列研究成果中,为该模型构建提供主要依据的是
①赫尔希和蔡斯证明DNA是遗传物质的实验
②富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱
③查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等
④沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制
A.①② B.②③
C.③④ D.①④
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赫尔希和蔡斯通过噬菌体侵染大肠杆菌的实验,证明了DNA是遗传物质,与构建DNA双螺旋结构模型无关,①错误;
沃森和克里克根据富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱,推算出DNA分子呈螺旋结构,②正确;
查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等,沃森和克里克据此推出碱基的配对方式,③正确;
沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制,是在DNA双螺旋结构模型之后提出的,④错误。
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2.(2020·浙江,3)某DNA片段的结构如图所示。下列叙述正确的是
A.①表示胞嘧啶
B.②表示腺嘌呤
C.③表示葡萄糖
D.④表示氢键

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图中①表示胸腺嘧啶,②表示胞嘧啶,③表示脱氧核糖,④表示氢键,D项正确。
3.(2017·海南,24)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1
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双链DNA分子中,互补碱基两两相等,即A=T,C=G,A+C与G+T的比值为1。因此,碱基序列不同的双链DNA分子,后一比值相同,A项错误;
DNA分子中,C与G之间有3个氢键,A与T之间有2个氢键,C与G的含量越高,DNA稳定性越高,则前一个比值越小,B项错误;
当两个比值相同时,这个DNA分子可能是双链,也可能是单链,C项错误。
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4.(2022·广东,12)λ噬菌体的线性双链DNA两端各有一段单链序列。这种噬菌体在侵染大肠杆菌后其DNA会自连环化(如图),该线性分子两端能够相连的主要原因是
A.单链序列脱氧核苷
酸数量相等
B.分子骨架同为脱氧核糖与磷酸
C.单链序列的碱基能够互补配对
D.自连环化后两条单链方向相同

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单链序列脱氧核苷酸数量相等、分子骨架同为脱氧核糖与磷酸交替连接,不能决定线性DNA分子两端能够相连,A、B错误;
据图可知,单链序列的碱基能够互补配对,决定该线性DNA分子两端能够相连,C正确;
DNA的两条链是反向的,因此自连环化后两条单链方向相反,D错误。
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5.(2022·浙江6月选考,13)某同学欲制作DNA双螺旋结构模型,已准备了足够的相关材料。下列叙述正确的是
A.在制作脱氧核苷酸时,需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基
B.制作模型时,鸟嘌呤与胞嘧啶之间用2个氢键连接物相连
C.制成的模型中,腺嘌呤与胞嘧啶之和等于鸟嘌呤和胸腺嘧啶之和
D.制成的模型中,磷酸和脱氧核糖交替连接位于主链的内侧

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在制作脱氧核苷酸时,需在脱氧核糖上连接磷酸和碱基,A错误;
鸟嘌呤和胞嘧啶之间由3个氢键连接,B错误;
DNA的两条链之间遵循碱基互补配对原则,即A=T、C=G,故在制作的模型中A+C=G+T,C正确;
DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架,碱基在内侧,D错误。
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一、易错辨析
1.DNA分子一条链上的相邻碱基通过“磷酸—脱氧核糖—磷酸”相连
(   )
2.DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基(   )
3.双链DNA分子同时含有2个游离的磷酸基团,其中嘌呤碱基数等于嘧啶碱基数(   )
4.某双链DNA分子中一条链上A∶T=1∶2,则该DNA分子中A∶T=2∶1(   )
五分钟 查落实
×
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5.DNA中有氢键,RNA中没有氢键(   )
6.DNA分子中嘌呤数一定等于嘧啶数(   )
7.某DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数,该DNA分子一定是双链DNA(   )
8.对于真核生物来说,染色体是基因的唯一载体(   )
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二、填空默写
1.(必修2 P50)DNA分子是由两条脱氧核苷酸链组成的,这两条链按______
___方式盘旋成_______结构。
2.(必修2 P50)DNA分子的基本骨架由____________________连接。
3.(必修2 P50)DNA分子内侧由两条链上的碱基通过______形成碱基对,即A和____配对(氢键有___个),G和____配对(氢键有___个)。碱基之间的这种一一对应的关系,叫碱基互补配对原则。双链DNA中A(腺嘌呤)的量总是和T(胸腺嘧啶)的量相等,C(胞嘧啶)的量总是和G(鸟嘌呤)的量相等。
4.DNA只有4种脱氧核苷酸,能够储存足够量遗传信息的原因是________
____________________________________________________________。
反向平

双螺旋
磷酸和脱氧核糖交替
氢键
T
2
C
3
构成DNA的4种脱氧核苷酸的数目成千上万,脱氧核苷酸的排列顺序千变万化
课时精练
一、单项选择题
1.(2023·江苏淮安高三检测)如图为DNA分子结构示意图,对该图的叙述正确的是
A.若制作如图的DNA结构模型,需要
8个磷酸、8个脱氧核糖及5对碱基
B.④是构成DNA的基本组成单位,名
称是胞嘧啶脱氧核苷酸
C.该DNA分子可能有4种碱基对排列顺序,但不一定都能出现在生物体内
D.某双链DNA分子中,G占总数的30%,其中一条链中的T占该链的17%,
那么另一条链中T在该链中的比例为23%

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若制作如图的DNA结构模型,需要
8个磷酸、8个脱氧核糖及4对碱基,
A错误;
图中④由①②③组成,不能表示胞
嘧啶脱氧核苷酸,②③和下一个磷
酸才能构成胞嘧啶脱氧核苷酸,B错误;
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图中DNA分子序列已经确定,没
有其他排列顺序,DNA分子中的
遗传信息储存在碱基对的排列顺
序中,即其中特定的脱氧核苷酸
序列代表了遗传信息,并不是所
有的碱基对排列在生物体内都会存在,C错误;
根据碱基互补配对原则,G占总数的30%,则T占总数的50%-30%=20%,若其中一条链中的T占该DNA分子全部碱基总数的17%,则另一条链中T在该链中的碱基比例为40%-17%=23%,D正确。
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2.在一个DNA分子中,腺嘌呤和胸腺嘧啶之和占全部碱基的42%,若其中一条链的胞嘧啶占该链碱基总数的24%,胸腺嘧啶占30%,则在其互补链上,胞嘧啶和胸腺嘧啶分别占
A.12%和34% B.21%和24%
C.34%和12% D.58%和30%

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因为A+T占全部碱基总数的42%,所以G+C占全部碱基总数的58%;因为两种互补碱基之和在DNA分子中与在单链上所占的比例相等,所以在两条链中A+T、G+C均分别占42%、58%;设链1上C1占24%,则链1上G1占34%,其互补链2上C2占34%;设链1上T1占30%,则链1上A1占12%,其互补链2上T2占12%,故选C。
3.科学家发现了单链DNA的一种四螺旋结构,一般存在于人体快速分裂的活细胞(如癌细胞)中。形成该结构的DNA单链中富含G,每4个G之间通过氢键等形成一个正方形的“G-4平面”,继而形成立体的“G-四联体螺旋结构”(如图)。下列叙述正确的是
A.每个“G-四联体螺旋结构”中含有两个
游离的磷酸基团
B.该结构中富含G-C碱基对
C.该结构中(A+G)/(T+C)的值与双链DNA中不一定相等
D.该“G-四联体螺旋结构”可以抑制癌细胞的分裂

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每个“G-四联体螺旋结构”是一条单
链形成的,该结构中含有1个游离的磷
酸基团,A错误;
“G-四联体螺旋结构”是由单链DNA
形成的一种四螺旋结构,该结构中富含G,而不是富含G-C碱基对,B错误;
双链DNA中(A+G)/(T+C)的值始终等于1,而该单链结构中(A+G)/(T+C)的值不一定等于1,因此该结构中(A+G)/(T+C)的值与双链DNA中不一定相等,C正确;
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根据题意此“G-四联体螺旋结构”一般
存在于人体快速分裂的活细胞(如癌细胞)
中,因此该结构不能抑制癌细胞的分裂,
可能促进癌细胞的分裂,D错误。
4.(2023·江苏徐州高三模拟)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+T)/(C+G)的值如下表。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 猪肝 猪胸腺 猪脾
(A+T)/(C+G) 1.01 1.21 1.21 1.43 1.43 1.43
A.小麦和鼠的DNA所携带的遗传信息相同
B.猪的DNA结构比大肠杆菌DNA结构更稳定一些
C.同一生物不同组织的DNA碱基组成相同
D.小麦DNA中(A+T)数量是鼠DNA中(C+G)数量的1.21倍

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DNA分子中碱基的排列顺序代表遗传信息,由题表可知,小麦和鼠的(A+T)/(C+G)的值相同,但是碱基的排列顺序不一定相同,A错误;
由于碱基A与T之间有2个氢键,而G与C之间有3个氢键,DNA分子中(G+C)之和所占比例越大,DNA分子结构越稳定,(A+T)/(C+G)值越大,(G+C)占整个DNA分子的比值越小,大肠杆菌的DNA分子结构更稳定,B错误;
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DNA来源 大肠杆菌 小麦 鼠 猪肝 猪胸腺 猪脾
(A+T)/(C+G) 1.01 1.21 1.21 1.43 1.43 1.43
同一生物不同组织的遗传物质相同,所以同一生物不同组织的DNA碱基组成相同,C正确;
小麦和鼠的(A+T)/(C+G)的值相同,但是碱基的总数不一定相同,故小麦DNA中(A+T)与鼠DNA中(C+G)在数量上无法比较,D错误。
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DNA来源 大肠杆菌 小麦 鼠 猪肝 猪胸腺 猪脾
(A+T)/(C+G) 1.01 1.21 1.21 1.43 1.43 1.43
5.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

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无论DNA分子的一条单链中(A+C)/(T+G)的值为多少,整个DNA分子中(A+C)/(T+G)都等于1,A错误;
由于双链DNA分子中A与T配对、G与C配对,故一条单链中(A+C)/(T+G)的值与其互补链中的(A+C)/(T+G)的值互为倒数,B错误;
由于双链DNA分子中A与T配对、G与C配对,故一条单链中(A+T)/(G+C)的值与整个DNA分子中(A+T)/(G+C)的值相等,C正确;
由于双链DNA分子中A与T配对、G与C配对,故一条单链中(A+T)/(G+C)的值与其互补链中(A+T)/(G+C)的值相等,D错误。
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二、多项选择题
6.(2023·江苏镇江高三检测)病毒X174和红藻的遗传信息都储存于DNA中,前者的DNA为单链结构,鸟嘌呤约占全部碱基的21%,后者的核DNA为双链结构,鸟嘌呤占全部碱基的32%。下列叙述不正确的是
A.病毒X174中胞嘧啶占全部碱基的29%
B.病毒X174中的RNA与DNA序列互补
C.红藻的核DNA中胞嘧啶占全部碱基的32%
D.病毒174的DNA比红藻的DNA更不容易突变
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病毒X174的DNA为单链结构,不符合碱基互补配对原则,其胞嘧啶不一定占全部碱基的29%,A错误;
病毒X174中无RNA,B错误;
红藻的核DNA中,胞嘧啶等于鸟嘌呤,占全部碱基的32%,C正确;
病毒X174的DNA为单链,不稳定,比红藻的DNA更容易突变,D错误。
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7.从分子水平上对生物多样性或特异性的分析,正确的是
A.碱基对排列顺序的千变万化,构成了DNA分子基因的多样性
B.碱基对特定的排列顺序,构成了每一个DNA分子基因的特异性
C.一个含有2 000个碱基的DNA分子,其碱基对可能的排列顺序有41 000种
D.人体内控制β-珠蛋白的基因由1 700个碱基对组成,其碱基对可能的排
列方式有41 700种



β-珠蛋白基因碱基对的排列顺序是β-珠蛋白所特有的,D错误。
三、非选择题
8.如图为一段DNA空间结构和
平面结构示意图,请据图回答:
(1)从图一中可以看出DNA具有
规则的________结构,从图二
中可以看出DNA是由____条平
行且走向______的长链组成。在真核细胞中,DNA的主要载体是______
____________。
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双螺旋

相反
染色
体(或染色质)
(2)图二中①代表的为______。
与图二中碱基②相配对的碱基
是_______(填中文名称);由③
④⑤组成的结构称为_________
_________。
(3)不同生物双链DNA中嘌呤碱
基总数与嘧啶碱基总数的比值为___。
(4)若在一单链中, =n时,在另一互补链中上述比例为_____,在整
个DNA中上述比例为_____。
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氢键
鸟嘌呤
腺嘌呤脱
氧核苷酸
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(5)若含有400个碱基的某DNA片段中,氢键共有550个,则该DNA片段中腺嘌呤有_____个。
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50
A-T碱基对之间有2个氢键,C-G碱基对之间有3个氢键,DNA片段中有400个碱基,共200个碱基对,若A-T碱基对是x个,则C-G碱基对有(200-x)个,则有2x+3(200-x)=550,解得x=50,所以该DNA片段中腺嘌呤有50个。
9.DNA指纹技术正发挥着越来越重要的作用,可用于亲子鉴定、侦察罪犯等方面,请思考并回答下列有关DNA指纹技术的问题。
(1)DNA亲子鉴定中,DNA探针必不可少,DNA探针是一种已知碱基顺序的DNA片段。请问用DNA探针检测基因所用的原理是______________
________________________。现在已知除了同卵双生双胞胎外,每个人的DNA都是独一无二的,就好像指纹一样,这说明__________________
___________。
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碱基互补配对
原则和DNA分子的特异性
性和特异性
DNA分子具有多样
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DNA探针检测基因依据的是碱基互补配对原则和DNA分子的特异性。几乎每个人的DNA都独一无二,说明DNA分子具有多样性;每个人又有特定的DNA序列,说明DNA分子具有特异性。
(2)为了确保实验的准确性,需要克隆出较多的DNA样品,若一个只含31P的DNA分子被32P标记的脱氧核苷酸为原料连续复制3次后,含32P的单链占全部单链的_____。
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一个双链被31P标记的DNA分子,在复制过程中,只能提供2条含31P的单链,复制3次后,得到8个DNA分子,16条脱氧核苷酸链,其中只有2条单链含31P,所以含32P的单链占全部单链的(16-2)/16=7/8。
(3)DNA指纹技术可应用于尸体的辨认工作中,煤矿瓦斯爆炸事故中尸体的辨认就可借助于DNA指纹技术。
①如表所示为分别从尸体和死者生前的生活用品中提取的某条染色体上同一区段DNA单链的碱基序列,根据碱基配对情况判断(不考虑突变),A、B、C三组DNA中不是同一人的是_______组。
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组别 A组 B组 C组
尸体中的DNA碱基序列 ACTGACGGTT GGCTTATCGA GCAATCGTGC
家属提供的DNA碱基序列 TGACTGCCAA CCGAATAGCA CGGTAAGACG
B、C
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分析表格可知,A组尸体中的DNA碱基序列和家属提供的DNA碱基序列能完全进行互补配对,但B组与C组的不能完全配对,说明B、C组不是同一个人的。
组别 A组 B组 C组
尸体中的DNA碱基序列 ACTGACGGTT GGCTTATCGA GCAATCGTGC
家属提供的DNA碱基序列 TGACTGCCAA CCGAATAGCA CGGTAAGACG
②为什么从尸体与死者家属提供的死者生前的生活用品中分别提取的DNA可以完全互补配对?
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人体所有细胞均由一个受精卵经有丝分裂产生,细胞核中均含有相同的遗传物质(或DNA)
一个人的所有细胞都来自同一个受精卵的有丝分裂,不考虑基因突变时,家属提供的死者生前物品上的DNA与死者尸体中的DNA相同,碱基可以完全互补配对。第2课时 DNA分子的结构
课标要求 1.概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成。2.阐明DNA分子的特点,碱基的排列顺序编码了遗传信息。
1.DNA双螺旋结构模型的构建者:沃森和克里克。
2.DNA的结构
3.遗传信息与DNA的特性
(1)遗传信息:储存在碱基对的排列顺序中。
(2)DNA的特性
①多样性:具有n个碱基对的DNA具有4n种碱基对排列顺序。
②特异性:每种DNA分子都有其特定的碱基排列顺序。
③稳定性:两条主链中磷酸与脱氧核糖交替连接的顺序不变,碱基配对方式不变等。
判一判
①DNA分子中每个脱氧核糖上均连接着一个磷酸和一个碱基( × )
②每个DNA分子中,都是碱基数=磷酸数=脱氧核苷酸数=脱氧核糖数( √ )
③G—C碱基对的比例越大,DNA分子的稳定性越高( √ )
④在环状DNA和链状DNA结构中,均有两个游离磷酸( × )
⑤两条链上互补的碱基通过氢键连接成碱基对( √ )
⑥DNA分子中一条链上的相邻碱基通过氢链连接( × )
⑦每个DNA分子中一般都会含有四种脱氧核苷酸( √ )
⑧DNA分子的两条链是反向平行的,并且游离的磷酸基团位于同一侧( × )
⑨维持基因结构稳定的键主要是磷酸二酯键和氢键( √ )
①源于必修2 P50图2-2-4:DNA的一条单链具有两个末端,一端有一个游离的磷酸基团,称作5′-端,另一端有一个羟基(—OH),称作3′-端,两条单链走向相反,一条单链是从5′-端到3′-端的,另一条单链是从3′-端到5′-端的。
②源于必修2 P51“边做边学”:DNA只有4种脱氧核苷酸,能够储存足够量遗传信息的原因是构成DNA的4种脱氧核苷酸的数目成千上万,脱氧核苷酸的排列顺序千差万别。
归纳总结 DNA双螺旋结构的热考点
4.DNA中的碱基数量的计算规律
设DNA一条链为1链,互补链为2链。根据碱基互补配对原则可知,A1=T2,A2=T1,G1=C2,G2=C1。
(1)A1+A2=T1+T2;G1+G2=C1+C2。
即:双链中A=T,G=C,A+G=T+C=A+C=T+G=(A+G+T+C)。
规律一:双链DNA中嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数,任意两个不互补碱基之和为碱基总数的一半。
(2)A1+T1=A2+T2;G1+C1=G2+C2。
==(N为相应的碱基总数),==。
规律二: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,简记为“补则等”。
(3)与的关系是互为倒数。
规律三:非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数,简记为“不补则倒”。
(4)若=a,=b,则=(a+b)。
规律四:某种碱基在双链中所占的比例等于它在每一条单链中所占比例和的一半。
考向一 DNA的结构及特点
1.(2023·江苏阜宁县高三模拟)在DNA分子的一条单链中相邻的碱基A与T的连接是通过(  )
A.肽键
B.磷酸—脱氧核糖—磷酸
C.氢键
D.脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖
答案 D
解析 双链DNA分子之间的碱基通过氢键连接,一条单链中相邻的碱基A与T是通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖连接的,D正确。
2.(多选)(2023·江苏连云港高三期中)如图为某DNA分子的部分平面结构图,则下列说法不正确的是(  )
A.⑤是氢键,除使用解旋酶外,还有其他方法使⑤断裂
B.③是连接DNA单链上2个核糖核苷酸的磷酸二酯键
C.解旋后的DNA分子不具有规则的双螺旋结构,并失去复制功能
D.不同的双链DNA分子中(A+C)/(G+T)的值不同
答案 BCD
解析 ⑤是氢键,除使用解旋酶外,加热或RNA聚合酶也能使其断裂,A正确;③是连接DNA单链上2个脱氧核糖核苷酸的磷酸二酯键,B错误;解旋后的DNA分子不具有规则的双螺旋结构,仍具有复制功能,C错误;由于双链DNA分子中的A=T、G=C,不同的双链DNA分子中(A+C)/(G+T)的值都是1,D错误。
考向二 DNA结构的相关计算
3.(2023·河北唐山高三检测)某DNA部分片段结构如图所示,下列叙述正确的是(  )
A.③为磷酸二酯键,③的形成需要RNA聚合酶催化
B.①代表氢键,①的形成与断裂需要ATP提供能量
C.片段中碱基②与五碳糖构成的脱氧核苷与ATP中的腺苷相同
D.若该DNA一条链中碱基A与T之和占48%,则整个DNA中碱基C占26%
答案 D
解析 ③为磷酸二酯键,③的形成需要DNA聚合酶催化,A错误;①代表氢键,氢键的形成不需要消耗能量,B错误;构成脱氧核苷酸的五碳糖是脱氧核糖,而构成腺苷的五碳糖是核糖,C错误;由于DNA分子中碱基互补配对,A=T,G=C,所以若该DNA一条链中碱基A与T之和占48%,则整个DNA分子中碱基A与T之和占48%,G和C之和占1-48%=52%,所以DNA中碱基C占26%,D正确。
4. 如图表示有关DNA分子中的部分关系,下列判断正确的是(  )
A.若x、y分别表示DNA两条互补链中(A+G)/(T+C)的值,则符合甲曲线变化
B.若x、y分别表示DNA两条互补链中(G+T)/(A+C)的值,则符合甲曲线变化
C.若x、y分别表示DNA两条互补链中(A+T)/(G+C)的值,则符合乙曲线变化
D.若x、y分别表示DNA一条链和整个DNA中嘌呤/嘧啶的值,则符合乙曲线变化
答案 C
解析 DNA两条互补链中(A+G)/(T+C)的值是互为倒数的关系,此情况不符合甲曲线变化,A错误;DNA两条互补链中(G+T)/(A+C)的值互为倒数,此情况不符合甲曲线变化,B错误;根据碱基互补配对原则,DNA两条互补链中(A+T)/(G+C)的值是相等的,此情况符合乙曲线变化,C正确;由于DNA中A=T、G=C,A+G=T+C,嘌呤数=嘧啶数,整个DNA中两者的比值始终等于1,但DNA一条链中嘌呤/嘧啶的值不确定,D错误。
5.(2023·南京励志中学高三检测)假设某真核细胞的核DNA中有2 000个碱基对,已知该DNA一条链上的G有400个,另一条链上的G有500个。下列有关分析错误的是(  )
A.该DNA的每条链均有2个游离的磷酸基团
B.该DNA两条链上的/的值相等
C.该DNA中碱基对之间的氢键数为4 900个
D.该DNA中碱基排列顺序只有1种
答案 A
解析 若该DNA为链状结构,则该DNA的每条链均有1个游离的磷酸基团,该DNA有2个游离的磷酸基团,A错误;该DNA分子遵循碱基互补配对原则,即A与T配对,G与C配对,所以该DNA两条链上的(A+T)/(G+C)的值相等,B正确;该DNA一条链上的G1有400个,那么另一条链上的C2有400个,同理G2有500个,则C1有500个,因此整个DNA中C=G=900,由于核DNA中有2 000个碱基对,所以A=T=1 100,C和G之间有三个氢键,A和T之间有两个氢键,所以该DNA中碱基对之间的氢键数为:900×3+1 100×2=4 900(个),C正确;由于DNA分子具有特异性,所以该DNA中碱基排列顺序只有1种,D正确。
1.(2021·广东,5)DNA双螺旋结构模型的提出是二十世纪自然科学的伟大成就之一。下列研究成果中,为该模型构建提供主要依据的是(  )
①赫尔希和蔡斯证明DNA是遗传物质的实验
②富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱
③查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等
④沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制
A.①② B.②③ C.③④ D.①④
答案 B
解析 赫尔希和蔡斯通过噬菌体侵染大肠杆菌的实验,证明了DNA是遗传物质,与构建DNA双螺旋结构模型无关,①错误;沃森和克里克根据富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱,推算出DNA分子呈螺旋结构,②正确;查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等,沃森和克里克据此推出碱基的配对方式,③正确;沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制,是在DNA双螺旋结构模型之后提出的,④错误。
2.(2020·浙江,3)某DNA片段的结构如图所示。下列叙述正确的是(  )
A.①表示胞嘧啶 B.②表示腺嘌呤
C.③表示葡萄糖 D.④表示氢键
答案 D
解析 图中①表示胸腺嘧啶,②表示胞嘧啶,③表示脱氧核糖,④表示氢键,D项正确。
3.(2017·海南,24)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1
答案 D
解析 双链DNA分子中,互补碱基两两相等,即A=T,C=G,A+C与G+T的比值为1。因此,碱基序列不同的双链DNA分子,后一比值相同,A项错误;DNA分子中,C与G之间有3个氢键,A与T之间有2个氢键,C与G的含量越高,DNA稳定性越高,则前一个比值越小,B项错误;当两个比值相同时,这个DNA分子可能是双链,也可能是单链,C项错误。
4.(2022·广东,12)λ噬菌体的线性双链DNA两端各有一段单链序列。这种噬菌体在侵染大肠杆菌后其DNA会自连环化(如图),该线性分子两端能够相连的主要原因是(  )
A.单链序列脱氧核苷酸数量相等
B.分子骨架同为脱氧核糖与磷酸
C.单链序列的碱基能够互补配对
D.自连环化后两条单链方向相同
答案 C
解析 单链序列脱氧核苷酸数量相等、分子骨架同为脱氧核糖与磷酸交替连接,不能决定线性DNA分子两端能够相连,A、B错误;据图可知,单链序列的碱基能够互补配对,决定该线性DNA分子两端能够相连,C正确;DNA的两条链是反向的,因此自连环化后两条单链方向相反,D错误。
5.(2022·浙江6月选考,13)某同学欲制作DNA双螺旋结构模型,已准备了足够的相关材料。下列叙述正确的是(  )
A.在制作脱氧核苷酸时,需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基
B.制作模型时,鸟嘌呤与胞嘧啶之间用2个氢键连接物相连
C.制成的模型中,腺嘌呤与胞嘧啶之和等于鸟嘌呤和胸腺嘧啶之和
D.制成的模型中,磷酸和脱氧核糖交替连接位于主链的内侧
答案 C
解析 在制作脱氧核苷酸时,需在脱氧核糖上连接磷酸和碱基,A错误;鸟嘌呤和胞嘧啶之间由3个氢键连接,B错误;DNA的两条链之间遵循碱基互补配对原则,即A=T、C=G,故在制作的模型中A+C=G+T,C正确;DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架,碱基在内侧,D错误。
一、易错辨析
1.DNA分子一条链上的相邻碱基通过“磷酸—脱氧核糖—磷酸”相连( × )
2.DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基( × )
3.双链DNA分子同时含有2个游离的磷酸基团,其中嘌呤碱基数等于嘧啶碱基数( √ )
4.某双链DNA分子中一条链上A∶T=1∶2,则该DNA分子中A∶T=2∶1( × )
5.DNA中有氢键,RNA中没有氢键( × )
6.DNA分子中嘌呤数一定等于嘧啶数( × )
7.某DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数,该DNA分子一定是双链DNA( × )
8.对于真核生物来说,染色体是基因的唯一载体( × )
二、填空默写
1.(必修2 P50)DNA分子是由两条脱氧核苷酸链组成的,这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
2.(必修2 P50)DNA分子的基本骨架由磷酸和脱氧核糖交替连接。
3.(必修2 P50)DNA分子内侧由两条链上的碱基通过氢键形成碱基对,即A和T配对(氢键有2个),G和C配对(氢键有3个)。碱基之间的这种一一对应的关系,叫碱基互补配对原则。双链DNA中A(腺嘌呤)的量总是和T(胸腺嘧啶)的量相等,C(胞嘧啶)的量总是和G(鸟嘌呤)的量相等。
4.DNA只有4种脱氧核苷酸,能够储存足够量遗传信息的原因是构成DNA的4种脱氧核苷酸的数目成千上万,脱氧核苷酸的排列顺序千变万化。
课时精练
一、单项选择题
1.(2023·江苏淮安高三检测)如图为DNA分子结构示意图,对该图的叙述正确的是(  )
A.若制作如图的DNA结构模型,需要8个磷酸、8个脱氧核糖及5对碱基
B.④是构成DNA的基本组成单位,名称是胞嘧啶脱氧核苷酸
C.该DNA分子可能有4种碱基对排列顺序,但不一定都能出现在生物体内
D.某双链DNA分子中,G占总数的30%,其中一条链中的T占该链的17%,那么另一条链中T在该链中的比例为23%
答案 D
解析 若制作如图的DNA结构模型,需要8个磷酸、8个脱氧核糖及4对碱基,A错误;图中④由①②③组成,不能表示胞嘧啶脱氧核苷酸,②③和下一个磷酸才能构成胞嘧啶脱氧核苷酸,B错误;图中DNA分子序列已经确定,没有其他排列顺序,DNA分子中的遗传信息储存在碱基对的排列顺序中,即其中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息,并不是所有的碱基对排列在生物体内都会存在,C错误;根据碱基互补配对原则,G占总数的30%,则T占总数的50%-30%=20%,若其中一条链中的T占该DNA分子全部碱基总数的17%,则另一条链中T在该链中的碱基比例为40%-17%=23%,D正确。
2.在一个DNA分子中,腺嘌呤和胸腺嘧啶之和占全部碱基的42%,若其中一条链的胞嘧啶占该链碱基总数的24%,胸腺嘧啶占30%,则在其互补链上,胞嘧啶和胸腺嘧啶分别占(  )
A.12%和34% B.21%和24%
C.34%和12% D.58%和30%
答案 C
解析 因为A+T占全部碱基总数的42%,所以G+C占全部碱基总数的58%;因为两种互补碱基之和在DNA分子中与在单链上所占的比例相等,所以在两条链中A+T、G+C均分别占42%、58%;设链1上C1占24%,则链1上G1占34%,其互补链2上C2占34%;设链1上T1占30%,则链1上A1占12%,其互补链2上T2占12%,故选C。
3.科学家发现了单链DNA的一种四螺旋结构,一般存在于人体快速分裂的活细胞(如癌细胞)中。形成该结构的DNA单链中富含G,每4个G之间通过氢键等形成一个正方形的“G-4平面”,继而形成立体的“G-四联体螺旋结构”(如图)。下列叙述正确的是(  )
A.每个“G-四联体螺旋结构”中含有两个游离的磷酸基团
B.该结构中富含G-C碱基对
C.该结构中(A+G)/(T+C)的值与双链DNA中不一定相等
D.该“G-四联体螺旋结构”可以抑制癌细胞的分裂
答案 C
解析 每个“G-四联体螺旋结构”是一条单链形成的,该结构中含有1个游离的磷酸基团,A错误;“G-四联体螺旋结构”是由单链DNA形成的一种四螺旋结构,该结构中富含G,而不是富含G-C碱基对,B错误;双链DNA中(A+G)/(T+C)的值始终等于1,而该单链结构中(A+G)/(T+C)的值不一定等于1,因此该结构中(A+G)/(T+C)的值与双链DNA中不一定相等,C正确;根据题意此“G-四联体螺旋结构”一般存在于人体快速分裂的活细胞(如癌细胞)中,因此该结构不能抑制癌细胞的分裂,可能促进癌细胞的分裂,D错误。
4.(2023·江苏徐州高三模拟)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+T)/(C+G)的值如下表。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 猪肝 猪胸腺 猪脾
(A+T)/(C+G) 1.01 1.21 1.21 1.43 1.43 1.43
A.小麦和鼠的DNA所携带的遗传信息相同
B.猪的DNA结构比大肠杆菌DNA结构更稳定一些
C.同一生物不同组织的DNA碱基组成相同
D.小麦DNA中(A+T)数量是鼠DNA中(C+G)数量的1.21倍
答案 C
解析 DNA分子中碱基的排列顺序代表遗传信息,由题表可知,小麦和鼠的(A+T)/(C+G)的值相同,但是碱基的排列顺序不一定相同,A错误;由于碱基A与T之间有2个氢键,而G与C之间有3个氢键,DNA分子中(G+C)之和所占比例越大,DNA分子结构越稳定,(A+T)/(C+G)值越大,(G+C)占整个DNA分子的比值越小,大肠杆菌的DNA分子结构更稳定,B错误;同一生物不同组织的遗传物质相同,所以同一生物不同组织的DNA碱基组成相同,C正确;小麦和鼠的(A+T)/(C+G)的值相同,但是碱基的总数不一定相同,故小麦DNA中(A+T)与鼠DNA中(C+G)在数量上无法比较,D错误。
5.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(  )
答案 C
解析 无论DNA分子的一条单链中(A+C)/(T+G)的值为多少,整个DNA分子中(A+C)/(T+G)都等于1,A错误;由于双链DNA分子中A与T配对、G与C配对,故一条单链中(A+C)/(T+G)的值与其互补链中的(A+C)/(T+G)的值互为倒数,B错误;由于双链DNA分子中A与T配对、G与C配对,故一条单链中(A+T)/(G+C)的值与整个DNA分子中(A+T)/(G+C)的值相等,C正确;由于双链DNA分子中A与T配对、G与C配对,故一条单链中(A+T)/(G+C)的值与其互补链中(A+T)/(G+C)的值相等,D错误。
二、多项选择题
6.(2023·江苏镇江高三检测)病毒X174和红藻的遗传信息都储存于DNA中,前者的DNA为单链结构,鸟嘌呤约占全部碱基的21%,后者的核DNA为双链结构,鸟嘌呤占全部碱基的32%。下列叙述不正确的是(  )
A.病毒X174中胞嘧啶占全部碱基的29%
B.病毒X174中的RNA与DNA序列互补
C.红藻的核DNA中胞嘧啶占全部碱基的32%
D.病毒174的DNA比红藻的DNA更不容易突变
答案 ABD
解析 病毒X174的DNA为单链结构,不符合碱基互补配对原则,其胞嘧啶不一定占全部碱基的29%,A错误;病毒X174中无RNA,B错误;红藻的核DNA中,胞嘧啶等于鸟嘌呤,占全部碱基的32%,C正确;病毒X174的DNA为单链,不稳定,比红藻的DNA更容易突变,D错误。
7.从分子水平上对生物多样性或特异性的分析,正确的是(  )
A.碱基对排列顺序的千变万化,构成了DNA分子基因的多样性
B.碱基对特定的排列顺序,构成了每一个DNA分子基因的特异性
C.一个含有2 000个碱基的DNA分子,其碱基对可能的排列顺序有41 000种
D.人体内控制β-珠蛋白的基因由1 700个碱基对组成,其碱基对可能的排列方式有41 700种
答案 ABC
解析 β-珠蛋白基因碱基对的排列顺序是β-珠蛋白所特有的,D错误。
三、非选择题
8.下图为一段DNA空间结构和平面结构示意图,请据图回答:
(1)从图一中可以看出DNA具有规则的____________结构,从图二中可以看出DNA是由________条平行且走向________的长链组成。在真核细胞中,DNA的主要载体是____________。
(2)图二中①代表的为______________。与图二中碱基②相配对的碱基是____________(填中文名称);由③④⑤组成的结构称为____________。
(3)不同生物双链DNA中嘌呤碱基总数与嘧啶碱基总数的比值为____________。
(4)若在一单链中,=n时,在另一互补链中上述比例为________,在整个DNA中上述比例为________。
(5)若含有400个碱基的某DNA片段中,氢键共有550个,则该DNA片段中腺嘌呤有________个。
答案 (1)双螺旋 两 相反 染色体(或染色质) (2)氢键 鸟嘌呤 腺嘌呤脱氧核苷酸 (3)1 (4)n n (5)50
解析 (4)一条单链上=n,根据碱基互补配对原则,与该链互补的另一条链上=n,整个DNA中===n。(5)A-T碱基对之间有2个氢键,C-G碱基对之间有3个氢键,DNA片段中有400个碱基,共200个碱基对,若A-T碱基对是x个,则C-G碱基对有(200-x)个,则有2x+3(200-x)=550,解得x=50,所以该DNA片段中腺嘌呤有50个。
9.DNA指纹技术正发挥着越来越重要的作用,可用于亲子鉴定、侦察罪犯等方面,请思考并回答下列有关DNA指纹技术的问题。
(1)DNA亲子鉴定中,DNA探针必不可少,DNA探针是一种已知碱基顺序的DNA片段。请问用DNA探针检测基因所用的原理是_____________________________________________。
现在已知除了同卵双生双胞胎外,每个人的DNA都是独一无二的,就好像指纹一样,这说明___________________________________________________________________________。
(2)为了确保实验的准确性,需要克隆出较多的DNA样品,若一个只含31P的DNA分子被32P标记的脱氧核苷酸为原料连续复制3次后,含32P的单链占全部单链的____________。
(3)DNA指纹技术可应用于尸体的辨认工作中,煤矿瓦斯爆炸事故中尸体的辨认就可借助于DNA指纹技术。
①如表所示为分别从尸体和死者生前的生活用品中提取的某条染色体上同一区段DNA单链的碱基序列,根据碱基配对情况判断(不考虑突变),A、B、C三组DNA中不是同一人的是__________组。
组别 A组 B组 C组
尸体中的DNA碱基序列 ACTGACGGTT GGCTTATCGA GCAATCGTGC
家属提供的DNA碱基序列 TGACTGCCAA CCGAATAGCA CGGTAAGACG
②为什么从尸体与死者家属提供的死者生前的生活用品中分别提取的DNA可以完全互补配对?
________________________________________________________________________。
答案 (1)碱基互补配对原则和DNA分子的特异性 DNA分子具有多样性和特异性 (2)7/8
(3)①B、C ②人体所有细胞均由一个受精卵经有丝分裂产生,细胞核中均含有相同的遗传物质(或DNA)
解析 (1)DNA探针检测基因依据的是碱基互补配对原则和DNA分子的特异性。几乎每个人的DNA都独一无二,说明DNA分子具有多样性;每个人又有特定的DNA序列,说明DNA分子具有特异性。(2)一个双链被31P标记的DNA分子,在复制过程中,只能提供2条含31P的单链,复制3次后,得到8个DNA分子,16条脱氧核苷酸链,其中只有2条单链含31P,所以含32P的单链占全部单链的(16-2)/16=7/8。(3)①分析表格可知,A组尸体中的DNA碱基序列和家属提供的DNA碱基序列能完全进行互补配对,但B组与C组的不能完全配对,说明B、C组不是同一个人的。②一个人的所有细胞都来自同一个受精卵的有丝分裂,不考虑基因突变时,家属提供的死者生前物品上的DNA与死者尸体中的DNA相同,碱基可以完全互补配对。
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