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第26讲 DNA的结构、复制和基因的本质
必修2 遗传与进化
第五单元 遗传的分子基础
1．概述DNA分子是由4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。
2．概述DNA分子通过半保留方式进行复制。
一、DNA的结构
1．DNA双螺旋结构模型的构建
(1)构建者：____和______。
(2)构建过程
考点1 DNA分子的结构和基因的本质
沃森
克里克
A
T
C
G
螺旋
A=T，G=C
T
C
衍射图谱
2．DNA双螺旋结构
(1)DNA由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链按________方式盘旋成双螺旋结构。
(2)外侧：________和____交替连接，构成主链基本骨架。
(3)内侧：两条链上的碱基通过氢键连接成______，并且碱基配对具有一定的规律：A==T(两个氢键)、G≡C(三个氢键)。
反向平行
脱氧核糖
磷酸
碱基对
1．(人教版必修2 P50图3-8)DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，这一端称作________，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。
提示：5′端 3′端 相反
2．(人教版必修2 P52科学·技术·社会)应用DNA指纹技术时，首先需要用____________________酶将待检测的样品DNA切成片段，然后用________的方法将这些片段按大小分开，再经一系列步骤形成DNA指纹图。
提示：合适的(或限制) 电泳
二、基因通常是有遗传效应的DNA片段
1．说明基因与DNA关系的实例
独立性
许多
部分
性状
DNA
遗传效应
有遗传效应的DNA
2．DNA片段中的遗传信息
(1)遗传信息：蕴藏在4种碱基的________之中。
(2)特点
①多样性：碱基________的千变万化。
②特异性：每一个DNA分子的碱基有特定的________。
(3)意义
DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的________。
3．基因
基因通常是有遗传效应的_________。有些病毒的遗传物质是RNA，对这类病毒而言，基因就是有遗传效应的______片段。
排列顺序
排列顺序
物质基础
DNA片段
RNA
排列顺序
1．DNA结构的高考热点
[深化拓展]
(1)
(2)
(3)
(4)
2．真核细胞和原核细胞基因的结构
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．沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式。 ( )
提示：沃森和克里克主要以DNA衍射图谱为依据，推算出DNA呈螺旋结构，根据查哥夫的实验结果构建了DNA双螺旋结构模型。
3．磷酸与核糖交替连接排列在外侧构成了DNA的基本骨架。 ( )
提示：磷酸和脱氧核糖交替连接排列在外侧构成了DNA的基本骨架。
×
√
×
4．DNA中一条链的嘌呤数一定等于另一条链的嘌呤数。 ( )
提示：DNA双链中嘌呤和嘧啶互补配对，DNA中一条链的嘌呤数一定等于另一条链中的嘧啶数。
5．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的空间结构都是双螺旋结构，与多样性和特异性无关。
×
×
6．DNA分子中G和C所占的比例越大，其稳定性越低。 ( )
×
提示：G和C之间有三个氢键，A和T之间有两个氢键，因此，DNA分子中G和C所占的比例越大，稳定性越高。
7．基因研究最新发现表明，人与小鼠的基因约80%相同，则人与小鼠DNA碱基序列相同的比例也是80%。 ( )
提示：基因通常是有遗传效应的DNA片段，DNA中还有大量的非基因序列，故无法确定DNA碱基序列相同的比例是多少。
×
根据下列DNA的两模型思考回答：
(1)由图1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2是图1的简化形式，其中①是__________，②是____。解旋酶作用于__部位，限制性内切核酸酶和DNA连接酶作用于__部位。
—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—
氢键
磷酸二酯键
氢键
②
①
2
考向1 DNA分子的结构特点及相关计算
1．(链接人教版必修2 P50图3-8)如图是DNA分子结构的部分示意图，下列说法不正确的是( )
A．图中1表示磷酸基团，2表示脱氧核糖
B．图中3与4是通过氢键连接起来的
C．DNA复制时，DNA聚合酶可催化两个游离的脱氧核苷酸连接起来
D．脱氧核苷酸中，磷酸基团和碱基分别连在脱氧核糖的5′-C和1′-C上
√
C [图中1表示磷酸基团，2表示脱氧核糖，A正确。图中3与4表示含氮碱基，两者是通过氢键连接起来的，B正确。DNA复制时，DNA聚合酶可以催化游离的脱氧核苷酸连接到DNA子链上，而不是催化两个游离的脱氧核苷酸连接起来，C错误。脱氧核苷酸中，磷酸基团连在脱氧核糖的5′-C上，碱基连在脱氧核糖的1′-C上，D正确。]
2．(链接人教版必修2 P52概念检测T3变式)假如某DNA片段中碱基A的数目为x，其比例为y，下列推断正确的是( )
A．碱基总数为
B．碱基C的数目为
C．嘌呤数与嘧啶数之比为
D．碱基G的比例为
√
A [根据题意可知，A＝x，所占比例为y，则碱基总数为，A正确；碱基总数为，A＝T＝x，则C＋G＝－2x，由于C＝G，故C＝G＝x，B错误；DNA片段中，嘌呤数等于嘧啶数，故嘌呤数与嘧啶数之比为1，C错误；根据以上分析，可知C＝G＝x，碱基总数为，故碱基G的比例为x÷＝－y，D错误。]
归纳提升 DNA分子中碱基数量的计算规律
考向2 制作DNA分子结构模型
3．(链接人教版必修2 P51探究·实践)某同学欲制作长度为5个碱基对、内含两个腺嘌呤的DNA双螺旋结构模型。下列相关叙述错误的是( )
A．需要准备18个脱氧核糖和磷酸之间的连接物
B．需要准备13个碱基之间的连接物
C．能搭建出45种不同的DNA分子模型
D．制成的模型两条脱氧核苷酸链反向平行
√
C [长度为5个碱基对，即需要10个脱氧核苷酸，10个脱氧核苷酸需要10个脱氧核糖和磷酸之间的连接物，而脱氧核苷酸之间连接时(脱氧核糖与磷酸连接)需要8个连接物(形成2条脱氧核苷酸链)，故共需要准备18个脱氧核糖和磷酸之间的连接物，A正确；碱基之间的连接物即氢键，两个腺嘌呤和两个胸腺嘧啶之间配对共需要4个氢键，剩余的3个碱基对需要3×3＝9(个)氢键，则共需要准备13个碱基之间的连接物，B正确；由于含有两个腺嘌呤，则能搭建出的DNA分子模型小于45种，C错误；DNA分子的两条链反向平行，制成的模型两条脱氧核苷酸链反向平行，D正确。]
考向3 基因的本质
4．(链接人教版必修2 P59正文)下列关于核苷酸、基因、核酸和染色体的说法错误的是( )
A．脱氧核苷酸在细胞中既是组成DNA的基本单位，也是组成基因的基本单位
B．真核细胞中染色体是基因的主要载体，基因在染色体上呈线性排列
C．染色体数目加倍时，组成染色体的DNA随之加倍
D．流感病毒的基因是有遗传效应的RNA片段，能控制遗传性状
√
C [细胞生物的遗传物质是DNA，基因通常是有遗传效应的DNA片段，因此细胞中DNA和基因的基本单位都是脱氧核苷酸，A正确；染色体是基因的主要载体，基因在染色体上呈线性排列，B正确；着丝粒分裂导致染色体数目加倍，此时组成染色体的DNA数量不变，DNA在复制后数目加倍，C错误；流感病毒是RNA病毒，其基因是有遗传效应的RNA片段，能控制遗传性状，D正确。]
一、对DNA复制的推测
1．沃森和克里克的半保留复制假说
考点2 DNA的复制
氢键
碱基互补配对
氢键
半保留复制
2．遗传物质自我复制的其他假说
全保留复制是指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是________。
二、DNA半保留复制的实验证据
1．实验者：美国生物学家________________。
2．实验方法：同位素标记技术和________________。
新合成的
梅塞尔森和斯塔尔
密度梯度离心技术
3．实验原理
15N和14N是氮元素的两种__________，这两种同位素的相对原子质量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，因此，利用离心技术可以在试管中分离开含有相对原子质量不同的氮元素的DNA。
两条链被标记情况 密度大小 离心位置
都是15N 最大 靠近试管的__部
一条15N，一条14N 居中 位置____
都是14N 最小 靠近试管的__部
稳定同位素
底
居中
上
4．实验过程
5．演绎推理
假设DNA复制方式是半保留复制，预期实验结果：
(1)立即取出，提取DNA，离心，获得_____________。
(2)繁殖一代，提取DNA，离心，获得_____________。
(3)繁殖二代，提取DNA，离心，获得__________________________。
15N/15N-DNA
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA和14N/14N-DNA
6．实验结果
(1)提取亲代DNA→离心→位置靠近试管____。
(2)繁殖一代后，提取DNA→离心→位置____。
(3)繁殖二代后，提取DNA→离心→1/2位置____，1/2位置______。
7．实验结论：实验结果和假设DNA复制方式是半保留复制的预期结果一致，说明DNA的复制是以__________的方式进行的。
底部
居中
居中
更靠上
半保留复制
(人教版必修2 P55旁栏思考)第一代只出现一条居中的DNA条带，这个结果排除了__________复制方式。
提示：全保留
三、DNA复制的过程
1．时间
细胞分裂前的____。即_______________________________________。
2．场所
(1)真核生物：主要在______内，______和______也可以进行。
(2)原核生物：主要在____。
(3)DNA病毒：活的宿主细胞内。
间期
有丝分裂前的间期和减数分裂(Ⅰ)前的间期
细胞核
线粒体
叶绿体
拟核
3．复制过程
解旋酶
解开的每一条母链
脱氧核苷酸
DNA聚合酶
5'端→3'端
4．复制结果
形成两个________的DNA分子。
5．准确复制的原因
(1)DNA独特的______结构，为复制提供了精确的模板。
(2)通过____________，保证了复制能够准确地进行。
6．意义
将________从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了__________________。
完全相同
双螺旋
碱基互补配对
遗传信息
遗传信息的
连续性
“图解法”分析DNA复制相关计算
[深化拓展]
(1)将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基中连续复制n次(如上图)，则：
(2)DNA分子复制过程中消耗的脱氧核苷酸数
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)个。
②第n次复制需要该种脱氧核苷酸数为m·2n-1个。
1．DNA复制遵循碱基互补配对原则，新合成的DNA分子的两条链均是新合成的。 ( )
提示：新合成的DNA分子的两条链有一条链是新合成的。
2．DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制。 ( )
提示：DNA复制时是边解旋边复制。
×
×
3．DNA复制时，新子链合成的方向是3′→5′。 ( )
×
√
提示：子链的合成方向是5′→3′。
4．复制后的两个子代DNA分子将在有丝分裂后期或减数分裂Ⅱ后期着丝粒分裂时，随染色单体分离而分开。 ( )
早在1966年，日本科学家冈崎提出DNA半不连续复制假说：DNA复制形成互补子链时，一条子链是连续形成，另一条子链不连续即先形成短链片段(如图1)。为验证这一假说，冈崎进行了如下实验：让T4噬菌体在20 ℃时侵染大肠杆菌70 min后，将同位素3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，在2秒、7秒、15秒、30秒、60秒、120秒后，分离T4噬菌体DNA并通过加热使DNA分子变性、全部解螺旋，再进行密度梯度离心，以DNA单链片段分布位置确定片段大小(分子越小离试管口距离越近)，并检测相应位置DNA单链片段的放射性，结果如图2。
(1)以3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，最终在T4噬菌体DNA中检测到放射性，其原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)图2中，与60秒结果相比，120秒结果中短链片段减少的原因是
___________________________________________________________________________________，该实验结果为冈崎假说提供的有力证据是__________________________________________________________________________________________________________________。
(3)据此推断DNA复制时，除了需要解旋酶、DNA聚合酶外，还需要____________酶。
提示：(1)标记的脱氧核苷酸被大肠杆菌吸收，为T4噬菌体DNA复制提供原料，所以在T4噬菌体DNA中检测到放射性
(2)短链片段连接形成长片段，所以短链片段减少 在实验时间内，细胞中均能检测到较多的短链片段
(3)DNA连接
考向1 DNA复制方式的实验探究
1．(链接人教版必修2 P53图3-9、P54思考·讨论)科学家曾提出DNA复制方式的三种假说：全保留复制、半保留复制和分散复制(图1)。对此假说，科学家以大肠杆菌为实验材料，进行了如下实验(图2)：
下列有关叙述正确的是( )
A．第一代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带，说明DNA复制方式一定是半保留复制
B．第二代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带和1条轻带，说明DNA复制方式一定是全保留复制
C．结合第一代和第二代细菌DNA的离心结果，说明DNA复制方式一定是分散复制
D．若DNA复制方式是半保留复制，继续培养至第三代，细菌DNA离心后试管中会出现1条中带和1条轻带
√
D [第一代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带，则可以排除全保留复制，但不能确定是半保留复制还是分散复制，继续做第二代细菌DNA密度鉴定，第二代细菌DNA离心后出现1条中带和1条轻带，可以排除分散复制，同时确定是半保留复制，A、B、C错误；若DNA复制方式是半保留复制，继续培养至第三代，形成的子代DNA有两种类型(两条链均为14N和一条链含有14N一条链含有15N)，因此第三代细菌DNA离心后试管中会出现1条中带和1条轻带，D正确。]
考向2 DNA复制的过程
2．(链接人教版必修2 P55图3-10)如图为某真核细胞中DNA复制过程的模式图，据图分析下列说法错误的是( )
√
A．DNA复制是一个边解旋边复制的过程
B．该过程发生在细胞分裂前的间期
C．酶①是解旋酶，酶②是DNA聚合酶
D．酶①和酶②均作用于氢键
D [DNA复制的特点是边解旋边复制、半保留复制，A正确。题图为DNA复制过程的模式图，该过程可发生在细胞有丝分裂前的间期或减数分裂前的间期，B正确。分析题图可知，酶①能将DNA双螺旋的两条链解开，故其为解旋酶，作用于氢键；酶②以解开的每一条母链为模板，以细胞中游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一条子链，故酶②为DNA聚合酶，作用于磷酸二酯键，C正确，D错误。]
考向3 DNA复制的相关计算
3．(链接人教版必修2 P56概念检测T3变式)将一个双链都被15N标记的DNA放在含14N的培养基中连续复制4次，收集相关实验数据，下列叙述错误的是( )
A．含有14N的DNA占全部DNA的比例为7/8
B．含有15N的DNA占全部DNA的比例为1/8
C．含有15N的DNA单链占全部DNA单链的比例为1/16
D．含有14N的DNA单链占全部DNA单链的比例为15/16
√
A [将一个双链都被15N标记的DNA放在含14N的培养基中连续复制4次，共产生24＝16个DNA，因为DNA的复制为半保留复制，因此这16个DNA中有2个DNA是一条链含有15N，另一条链含有14N，剩下的14个DNA均是两条链都含有14N，因此含有14N的DNA占全部DNA的比例为1，含有15N的DNA占全部DNA的比例为2/16＝1/8，A错误，B正确；含有15N的DNA单链占全部DNA单链的比例为2/32＝1/16，C正确；含有14N的DNA单链占全部DNA单链的比例为(32－2)÷32＝15/16，D正确。]
体验真题 感悟高考 · 有章可循
√
1．(2024·浙江6月卷)下列关于双链DNA分子结构的叙述，正确的是( )
A．磷酸与脱氧核糖交替连接构成了DNA的基本骨架
B．双链DNA中T占比越高，DNA热变性温度越高
C．两条链之间的氢键形成由DNA聚合酶催化
D．若一条链的G＋C占47%，则另一条链的A＋T也占47%
A [DNA的外侧是由脱氧核糖和磷酸交替连接构成的基本骨架，内侧是碱基通过氢键连接形成的碱基对，A正确；双链DNA中GC碱基对占比越高，DNA热变性温度越高，B错误；DNA聚合酶催化形成的是磷酸二酯键，C错误；互补的碱基在单链上所占的比例相等，若一条链的G＋C占47%，则另一条链的G＋C也占47%，A＋T占1－47%＝53%，D错误。]
2．(2021·广东卷)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
√
B [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不符合题意；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符合题意；查哥夫发现的DNA中腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量，鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量，为沃森和克里克构建正确的碱基配对方式提供了依据，③符合题意；沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制未能为DNA双螺旋结构模型的构建提供依据，④不符合题意。综上所述，B符合题意。]
3．(2022·广东卷)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(如图所示)，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
√
C [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。]
1．(2024·广东中山期末)DNA条形码(DNA Barcode)技术是一种利用一个或者多个特定的一小段DNA进行物种鉴定的技术。如下图中药材DNA条形码就是中药材的基因身份证。下列有关叙述正确的是( )
课时数智作业(二十六) DNA的结构、复制和基因的本质
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
A．从中药材细胞中提取的DNA分子都有4个游离的磷酸基团
B．DNA分子和ATP分子中都含有腺嘌呤、脱氧核糖和磷酸基团
C．中药材遗传信息的“条形码”相当于DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序
D．不同种类中药材细胞的DNA分子不同，不同DNA分子彻底水解的产物种类不同
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
C [从中药材细胞核中提取的DNA 分子是线性的，有2个游离的磷酸基团，但从中药材细胞质中提取的环状 DNA分子没有游离的磷酸基团，A错误；DNA分子含有腺嘌呤、脱氧核糖和磷酸基团，ATP分子中含有腺嘌呤、核糖和磷酸基团，B错误；中药材的遗传物质是DNA，遗传信息就储存在脱氧核苷酸的排列顺序中，中药材遗传信息的“条形码”相当于DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序，C正确；不同种类的中药材细胞中的DNA分子不同，但不同的DNA分子彻底水解的产物是相同的，都是磷酸基团、脱氧核糖和4种含氮碱基，D错误。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
2．(2024·江苏连云港期末)如图是某学生在“制作DNA双螺旋结构模型”活动中制作的一个模型，①②③④分别代表四种不同的碱基模型(①③代表嘌呤碱基，②④代表嘧啶碱基)。下列叙述正确的是( )
A．该模型可代表一个双链脱氧核糖核酸分子
B．该模型表明每个脱氧核糖都与一个磷酸相连
C．①②③④位于DNA双螺旋结构的外侧
D．若要将此链和其互补链连接，则需要10个连接物代表氢键
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
D [该模型可代表一个单链脱氧核糖核酸分子，A错误；中间的脱氧核糖与两个磷酸相连，B错误；①②③④位于DNA双螺旋的内侧，C错误；①③代表嘌呤碱基，②④代表嘧啶碱基，因①②③④分别代表四种不同的碱基，故此链与其互补链连接，需要10个连接物代表氢键，D正确。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
3．(2024·广东揭阳期末)DNA双螺旋结构在一定温度下会解旋成单链，这个过程称为DNA变性。下图是DNA热变性曲线图。吸光度增加到最大值一半时的温度叫作DNA的熔点，用Tm表示。下列叙述错误的是( )
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
A．双螺旋DNA中的碱基堆积可能降低对紫外线的吸收能力
B．DNA变性与DNA水解破坏相同的键
C．Tm与DNA分子中G＋C含量呈正相关
D．Tm相同的两个DNA分子G＋C数量不一定相同
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
√
B [据图分析，双链DNA的吸光度比单链DNA小，推测双螺旋DNA中的碱基堆积可能降低对紫外线的吸收能力，A正确；DNA变性解旋，破坏的是互补配对碱基间的氢键，DNA水解破坏的是连接2个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键，B错误；Tm表示吸光度增加到最大值一半时的温度，此时DNA双螺旋结构解开一半，A、T之间有2个氢键，G、C之间存在3个氢键，氢键越多越稳定，变性时需要的温度越高，所以Tm与DNA分子中G＋C含量呈正相关，C正确；Tm还与DNA脱氧核苷酸序列的长度有关，序列越长需要断裂的氢键越多，Tm会随之增大，故Tm相同的两个DNA分子G＋C数量不一定相同，D正确。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
4．(2024·湖北名校联考)人体正常的肝细胞内，基因Ⅰ和基因Ⅱ在1号染色体DNA上的相对位置如下图所示，下列说法正确的是( )
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
A．基因Ⅰ含有许多个脱氧核苷酸，其特异性是由脱氧核苷酸的排列顺序决定的
B．基因Ⅱ的1链和2链都可以作为转录时的模板链
C．基因Ⅰ和基因Ⅱ可以是一对等位基因
D．人体的每个细胞中基因Ⅰ和基因Ⅱ都会表达出相应的蛋白质
A [基因通常是有遗传效应的DNA片段，是由脱氧核苷酸按一定序列聚合而成的，因此，基因Ⅰ含有许多个脱氧核苷酸，其特异性是由脱氧核苷酸的排列顺序决定的，A正确；对于某一基因只有一条链作模板，如果两条链都做转录的模板，形成的两条RNA链会互补配对形成双链结构，无法做翻译的模板，B错误；等位基因位于同源染色体相同的位置上，而基因Ⅰ和基因Ⅱ位于一条染色体的不同位置上，不是等位基因，C错误；细胞中的基因表达存在选择性，不一定在每个细胞都能表达，因此人体的每个细胞中基因Ⅰ和基因Ⅱ不一定会表达出相应的蛋白质，D错误。]
c
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
5．(2024·广东茂名检测)复制叉是复制时双链打开，分开成两股，各自作为模板，子链沿模板延长所形成的Y字型结构(如图)，复制叉从复制起始点开始沿着DNA链有序移动。DNA甲基化会引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变。下列叙述正确的是( )
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
A．解旋酶能使DNA两条螺旋的双链完全打开后再复制
B．DNA聚合酶作用对象是氢键
C．甲基化修饰DNA链不会影响复制叉的有序移动
D．多起点双向复制可提高复制速率
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
D [DNA分子的复制特点是边解旋边复制，解旋酶能使DNA两条螺旋的双链打开，A错误；DNA聚合酶的作用对象是磷酸二酯键，B错误；由于DNA甲基化引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式发生了改变，甲基化修饰DNA链会直接停顿复制叉，C错误；多起点双向复制可以提高复制的速率，能在短时间内完成DNA复制，D正确。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
6．(2024·湖南邵阳一中期末)下列关于DNA分子的结构与复制的叙述，正确的有( )
①一个含有m个腺嘌呤的DNA分子经n次复制需要消耗腺嘌呤脱氧核苷酸(2n－1)×m个
②在一个双链DNA分子中，G＋C占碱基总数的M %，那么该DNA分子的每条链中G＋C都占该单链碱基总数的M%
③细胞内全部DNA被32P标记后在不含32P的环境中进行连续有丝分裂，第2次分裂产生的每个子细胞染色体均有一半有32P标记
④DNA双链被32P标记后，在31P中复制n次，子代DNA中有32P标记的占1/2n
A．0项 B．1项 C．2项 D．3项
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
C [①一个含有m个腺嘌呤的DNA分子经n次复制，形成了2n个DNA分子，增加了2n－1个DNA分子，因此经n次复制需要消耗腺嘌呤脱氧核苷酸(2n－1)×m个，①正确；②在一个双链DNA分子中，G＋C占碱基总数的M%，根据碱基互补配对原则，DNA分子两条链上的碱基数量关系是G1＝C2、C1＝G2，因此双链DNA分子中，G＋C的比值与每一条链上的该比值相等，该DNA分子的每条链中G＋C都占该单链碱基总数的M%，②正确；③细胞内全部DNA被32P标记后，在不含32P的环境中进行连续有丝分裂，第1次分裂形成的子细胞的染色体都含有32P，染色体上的DNA分子一条链含有放射
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
性，一条链不含有放射性，第2次有丝分裂进行复制后，每条染色体上的2条姐妹染色单体，一条含有放射性，另一条不含有放射性，进行第2次分裂形成的子细胞的染色体的放射性情况无法确定，因为后期着丝粒分裂后染色体移向两极是随机的，③错误；④DNA双链被32P标记后，不管复制多少次，子代中都只有2个DNA带有32P标记，所以复制n次，子代DNA中有标记的占2/2n，④错误。综上正确的选项有①②，共2项，C正确，A、B、D错误。]
题号
1
3
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2
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6
8
7
7．(2024·湖北武汉一模)DNA在细胞生命过程中会发生多种类型的碱基损伤。如损伤较小，RNA聚合酶经过损伤位点时，腺嘌呤核糖核苷酸会不依赖于模板掺入mRNA(如图1)；如损伤较大，修复因子Mfd识别、结合滞留的RNA 聚合酶，“招募”多种修复因子、DNA聚合酶等进行切除及修复(如图2)。下列叙述错误的是( )
题号
1
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6
8
7
题号
1
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6
8
7
A．图1所示的DNA经复制后可能有半数子代DNA含该损伤导致的突变基因
B．图1所示转录产生的mRNA指导合成的蛋白质氨基酸序列可能不变
C．图2所示的转录过程是沿着模板链的3′→5′方向进行的
D．图2所示DNA聚合酶催化 DNA损伤链修复的方向是从m到n
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
D [根据半保留复制可知，图1所示的DNA经复制后可能有半数子代DNA含该损伤导致的突变基因，A正确；由题意可知，图1所示为损伤较小时的转录情况，RNA聚合酶经过损伤位点时，腺嘌呤核糖核苷酸会不依赖于模板掺入mRNA，若该DNA是由于少了一个碱基而发生损伤，则转录时掺入腺嘌呤核糖核苷酸后的mRNA与正常的mRNA相比，碱基数相同，且由于密码子的简并，其指导合成的蛋白质氨基酸序列可能不变，B正确；转录时mRNA是由5′端到3′端进行的，模板链是由3′端到5′端进行的，C正确；由mRNA的合成方向可知，图2中上侧为模板链，m是3′端，n是5′端，切除后DNA聚合酶会以下侧链为模板，根据DNA聚合酶合成子链方向可知，修复是从n向m进行，D错误。]
题号
1
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7
8．(14分)(2024·广东中山期末)1958年，科学家通过一系列实验首次证明了DNA的半保留复制，此后科学家便开始了有关DNA复制起点的数目、方向等方面的研究。回答下列问题：
题号
1
3
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2
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6
8
7
(1)通常一个DNA分子经复制能形成两个完全相同的DNA分子，这是因为DNA独特的______________，为复制提供了精确的模板，通过_________________原则，保证了复制能够准确地进行。DNA复制开始时首先必须解旋，从而在复制起点位置形成复制叉(如图甲所示)。因此，研究中可以根据复制叉的数目推测__________________。
题号
1
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8
7
双螺旋结构
碱基互补配对
复制起点的数目
(2)1963年Cairns将不含放射性的大肠杆菌(其拟核DNA呈环状)放在含有3H-胸腺嘧啶的培养基中培养，进一步证明了DNA的半保留复制。根据图乙的大肠杆菌亲代环状DNA示意图，用简图表示复制一次和复制两次后形成的DNA分子。(注：以“……”表示含放射性的脱氧苷酸链)。
题号
1
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7
(3)有一个双链均被32P标记的DNA分子，将其置于只含有31P的环境中复制3次，子代中含32P的单链与含31P的单链数目之比为_______。为探究
DNA的复制从一点开始以后是单向进行的还是双向进行的，将不含放射性的大肠杆菌DNA放在含有3H-胸腺嘧啶的培养基中培养，给予适当的条件，让其进行复制，得到图丙所示结果，这一结果说明_______________________。
(4)为了研究大肠杆菌DNA复制是单起点复制还是多起点复制，用第(2)小题的方法，观察到大肠杆菌DNA复制的过程如图丁所示，这一结果说明大肠杆菌细胞中DNA复制是____起点复制的。
题号
1
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2
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6
8
7
1∶7
DNA复制是
单
双向的
[解析] (1)DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对原则，保证了复制能够准确地进行。因DNA复制开始时首先必须解旋，从而在复制起点位置形成复制叉，所以可以根据复制叉的数目推测复制起点数目。(2)因为DNA为半保留复制，故复制一次所得的2个DNA分子中，1条链带放射性标记，1条不带。第二次复制所得的DNA分子中，2个DNA分子1条链带标记，1条链不带，2个DNA分子2条链都带标记，如下图：
题号
1
3
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2
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6
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7
(3)将DNA分子置于只含有31P的环境中复制3次，子代中含32P的单链为2条，含31P的单链数目为2×23－2＝14，子代中含32P的单链与含31P的单链数目之比为2∶14＝1∶7。由图示可以看出：该DNA分子有一个复制起始点，复制为双向进行。(4)由图丁可知：该DNA分子有一个复制起始点，即单个复制起始点。
题号
1
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7
(教师用书独具)
1．(2024·湖南怀化期末)DNA中发生复制的独立单位称为复制子，真核生物的核DNA中包含多个复制子，每个复制子都有自己的起始点(图中1～6)，每个起始点均富含AT序列。通常每个复制子从起始点开始双向复制形成复制泡，在复制泡的相遇处，新生DNA融合成完整的子代DNA(N1和N2)。下列叙述中错误的是( )
A．核DNA中包含多个复制子，可以提高DNA复制的效率
B．复制时游离的脱氧核苷酸在解旋酶的作用下沿模板链3′→5′的方向合成子链
C．起始点氢键相对较少，有利于DNA解旋，图中1号起始点可能是最早解旋的
D．若图中M被15N完全标记，在只含14N的环境中复制3次，则含15N标记的子代DNA占比为1/4
√
B [核DNA是多起点复制，其中包含多个复制子，可以提高DNA复制的效率，A正确；复制时游离的脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下沿模板链3′→5′的方向合成子链，解旋酶的作用是打开氢键，B错误；每个起始点均富含AT序列，与A和T间的氢键数比G和C间少有关，AT之间含两个氢键，GC之间含三个氢键，氢键数越少越容易解旋，图中1号起始点复制泡最大，可能是最早解旋的，C正确；若图中M被15N完全标记，在只含14N的环境中复制3次，则形成DNA分子有8个，含15N标记的子代DNA有2个，占比为1/4，D正确。]
2．(2024·广东揭阳期末)某兴趣小组为探究醋酸杆菌 DNA 的复制方式，进行了如下实验：①在只含15N 的培养液中培养醋酸杆菌若干代，提取DNA并离心，结果如图2中甲所示；②将醋酸杆菌转移至只含14N 的培养液中培养，让其繁殖四代；③提取每代醋酸杆菌的DNA 并离心。图2中的乙、丙和丁是某学生绘制的预期结果图。有关叙述正确的是( )
A．上述实验采用了假说—演绎法、密度梯度离心法、放射性同位素标记法
B．进行步骤①的主要目的是使醋酸杆菌的DNA中的五碳糖几乎都被15N标记
C．若醋酸杆菌的DNA 复制方式是半保留复制，子一代则不会出现图2中乙所示结果
D．若醋酸杆菌的DNA复制方式是分散复制，子一代则会出现图2中丁所示结果
√
C [实验时，采用了假说—演绎法和稳定同位素标记法研究DNA的复制方式，随后用密度梯度离心技术，根据DNA密度的大小，将含相对分子质量不同的DNA分离开来，A错误；根据题意，步骤①醋酸杆菌在只含15N的培养液中培养醋酸杆菌若干代，提取DNA并离心，经过多代培养后使醋酸杆菌的DNA几乎都被15N标记。脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子的脱氧核糖和一分子的碱基构成，其中碱基中含有氮元素，因此15N存在于醋酸杆菌脱氧核苷酸的碱基中，B错误；亲代DNA为全重带，即图2中的甲，若醋酸杆菌的DNA复制方式是半保留复制，则子一代细菌DNA离心后，试管中只出现1条中带，因此不会出现图2中乙所示结果，C正确；若醋酸杆菌的DNA复制方式是分散复制，则子一代细菌DNA离心后，试管中也只会出现1条中带，即图中的丙所示结果，D错误。]
3．(2024·湖南怀化期末)近年来，我国科研团队构建长序列抑癌基因编码的“DNA折纸”，在基因治疗方面取得重要进展。“DNA折纸”技术是将多条较短的“装订”DNA链(装订链)固定在纳米尺度的“支架”上，利用“胶水”DNA链(胶水链a)和“释放”DNA链(释放链b)，使“支架”实现折叠和重新打开，从而能构建可重复使用的复杂“支架”结构。其原理如下图所示，下列叙述错误的是( )
A．若将胶水链a初步水解，其产物可能有4种
B．3′装订链与5′装订链中A＋T所占比例必然相等
C．需依据3′装订链和5′装订链的碱基序列来设计胶水链
D．重新打开后，脱氧核糖和磷酸交替连接排列在胶水链a与释放链b构成的双链外侧
√
B [胶水链是DNA链，初步水解的产物有4种脱氧核苷酸，A正确；据图可知，3′装订链和5′装订链的之间并未进行配对，因此碱基的排列可能不遵循碱基互补配对原则，A＋T所占比例不一定相等，B错误；根据图示，由于胶水链和支架链的3′装订链和5′装订链的碱基序列进行了互补配对，形成了双链，因此需依据3′装订链和5′装订链的碱基序列来设计胶水链，C正确；据图可知，重新打开后，胶水链a与释放链b形成双链DNA分子，双链DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接排列在外侧，构成DNA的基本骨架，D正确。]
4．(2024·重庆巴蜀中学期中)双脱氧核苷三磷酸(如图甲)在人工合成DNA体系中，可脱去两个磷酸基团形成焦磷酸和双脱氧核苷酸并释放能量，双脱氧核苷酸可使DNA子链延伸终止。在人工合成DNA体系中，有适量某单链模板、某一种双脱氧核苷三磷酸(ddNTP)和四种正常脱氧核苷三磷酸(dNTP)，反应终止时对合成的不同长度子链进行电泳(结果如图乙)。下列说法正确的是( )
A．ddNTP和dNTP的区别是ddNTP的五碳糖上无氧原子
B．双脱氧核苷酸无法与模板链发生碱基互补配对，导致子链延伸终止
C．人工合成DNA体系中必须要加入ATP以供能
D．据图乙推测，模板链的碱基序列为3′-ATGATGCGAT-5′
√
D [ddNTP和dNTP的区别是ddNTP的五碳糖的 3 号 C 上无氧原子，但五碳糖中仍然含有一个氧原子，A错误；双脱氧核苷酸仍然可以按照碱基互补配对原则与模板链上的碱基互补配对，但是子链结合上双脱氧核苷酸后无法再继续延伸，B错误；分析题意可知，双脱氧核苷三磷酸在人工合成DNA体系中，可脱去两个磷酸基团形成焦磷酸和双脱氧核苷酸并释放能量，故人工合成DNA体系中无需加入ATP提供能量，C错误；由于存在某一种双脱氧核苷三磷酸(ddNTP)时则复制终止，其余情况能正常进行，则分子量越小，证明终止的越早，根据碱基互补配对原则模板链的碱基序列应为3′-ATGATGCGAT-5′，D正确。]
谢 谢 ！第26讲 DNA的结构、复制和基因的本质
1．概述DNA分子是由4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。 2．概述DNA分子通过半保留方式进行复制。
考点1 DNA分子的结构和基因的本质
一、DNA的结构
1．DNA双螺旋结构模型的构建
(1)构建者：__________和____________。
(2)构建过程
2．DNA双螺旋结构
(1)DNA由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链按____________方式盘旋成双螺旋结构。
(2)外侧：____________和__________交替连接，构成主链基本骨架。
(3)内侧：两条链上的碱基通过氢键连接成____________，并且碱基配对具有一定的规律：AT(两个氢键)、G≡C(三个氢键)。
1．(人教版必修2 P50图3–8)DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，这一端称作________，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．(人教版必修2 P52科学·技术·社会)应用DNA指纹技术时，首先需要用____________________酶将待检测的样品DNA切成片段，然后用________的方法将这些片段按大小分开，再经一系列步骤形成DNA指纹图。
二、基因通常是有遗传效应的DNA片段
1．说明基因与DNA关系的实例
2．DNA片段中的遗传信息
(1)遗传信息：蕴藏在4种碱基的____________之中。
(2)特点
①多样性：碱基____________的千变万化。
②特异性：每一个DNA分子的碱基有特定的____________。
(3)意义
DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的____________。
3．基因
基因通常是有遗传效应的____________。有些病毒的遗传物质是RNA，对这类病毒而言，基因就是有遗传效应的__________片段。
[深化拓展]
1．DNA结构的高考热点
(1)
(2)
(3)
(4)
2．真核细胞和原核细胞基因的结构
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．沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式。 ( )
3．磷酸与核糖交替连接排列在外侧构成了DNA的基本骨架。 ( )
4．DNA中一条链的嘌呤数一定等于另一条链的嘌呤数。 ( )
5．DNA分子的多样性和特异性主要与它的空间结构密切相关。 ( )
6．DNA分子中G和C所占的比例越大，其稳定性越低。 ( )
7．基因研究最新发现表明，人与小鼠的基因约80%相同，则人与小鼠DNA碱基序列相同的比例也是80%。 ( )
根据下列DNA的两模型思考回答：
(1)由图1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2是图1的简化形式，其中①是 ，②是 。解旋酶作用于 部位，限制性内切核酸酶和DNA连接酶作用于 部位。
DNA分子的结构特点及相关计算
1．(链接人教版必修2 P50图3–8)如图是DNA分子结构的部分示意图，下列说法不正确的是( )
A．图中1表示磷酸基团，2表示脱氧核糖
B．图中3与4是通过氢键连接起来的
C．DNA复制时，DNA聚合酶可催化两个游离的脱氧核苷酸连接起来
D．脱氧核苷酸中，磷酸基团和碱基分别连在脱氧核糖的5′–C和1′–C上
2．(链接人教版必修2 P52概念检测T3变式)假如某DNA片段中碱基A的数目为x，其比例为y，下列推断正确的是( )
A．碱基总数为
B．碱基C的数目为
C．嘌呤数与嘧啶数之比为
D．碱基G的比例为
DNA分子中碱基数量的计算规律
制作DNA分子结构模型
3．(链接人教版必修2 P51探究·实践)某同学欲制作长度为5个碱基对、内含两个腺嘌呤的DNA双螺旋结构模型。下列相关叙述错误的是( )
A．需要准备18个脱氧核糖和磷酸之间的连接物
B．需要准备13个碱基之间的连接物
C．能搭建出45种不同的DNA分子模型
D．制成的模型两条脱氧核苷酸链反向平行
基因的本质
4．(链接人教版必修2 P59正文)下列关于核苷酸、基因、核酸和染色体的说法错误的是( )
A．脱氧核苷酸在细胞中既是组成DNA的基本单位，也是组成基因的基本单位
B．真核细胞中染色体是基因的主要载体，基因在染色体上呈线性排列
C．染色体数目加倍时，组成染色体的DNA随之加倍
D．流感病毒的基因是有遗传效应的RNA片段，能控制遗传性状
考点2 DNA的复制
一、对DNA复制的推测
1．沃森和克里克的半保留复制假说
2．遗传物质自我复制的其他假说
全保留复制是指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是____________。
二、DNA半保留复制的实验证据
1．实验者：美国生物学家____________________。
2．实验方法：同位素标记技术和____________________。
3．实验原理
15N和14N是氮元素的两种____________，这两种同位素的相对原子质量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，因此，利用离心技术可以在试管中分离开含有相对原子质量不同的氮元素的DNA。
两条链被标记情况 密度大小 离心位置
都是15N 最大 靠近试管的________部
一条15N，一条14N 居中 位置________
都是14N 最小 靠近试管的________部
4．实验过程
5．演绎推理
假设DNA复制方式是半保留复制，预期实验结果：
(1)立即取出，提取DNA，离心，获得____________________。
(2)繁殖一代，提取DNA，离心，获得____________________。
(3)繁殖二代，提取DNA，离心，获得____________________。
6．实验结果
(1)提取亲代DNA→离心→位置靠近试管________。
(2)繁殖一代后，提取DNA→离心→位置________。
(3)繁殖二代后，提取DNA→离心→1/2位置________，1/2位置____________。
7．实验结论：实验结果和假设DNA复制方式是半保留复制的预期结果一致，说明DNA的复制是以________________的方式进行的。
(人教版必修2 P55旁栏思考)第一代只出现一条居中的DNA条带，这个结果排除了__________复制方式。
三、DNA复制的过程
1．时间
细胞分裂前的__________。即____________________________________。
2．场所
(1)真核生物：主要在____________内，____________和____________也可以进行。
(2)原核生物：主要在__________。
(3)DNA病毒：活的宿主细胞内。
3．复制过程
4．复制结果
形成两个____________的DNA分子。
5．准确复制的原因
(1)DNA独特的____________结构，为复制提供了精确的模板。
(2)通过________________，保证了复制能够准确地进行。
6．意义
将____________从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了____________________。
[深化拓展]
“图解法”分析DNA复制相关计算
(1)将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基中连续复制n次(如上图)，则：
(2)DNA分子复制过程中消耗的脱氧核苷酸数
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)个。
②第n次复制需要该种脱氧核苷酸数为m·2n-1个。
1．DNA复制遵循碱基互补配对原则，新合成的DNA分子的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．DNA复制时，新子链合成的方向是3′→5′。 ( )
4．复制后的两个子代DNA分子将在有丝分裂后期或减数分裂Ⅱ后期着丝粒分裂时，随染色单体分离而分开。 ( )
早在1966年，日本科学家冈崎提出DNA半不连续复制假说：DNA复制形成互补子链时，一条子链是连续形成，另一条子链不连续即先形成短链片段(如图1)。为验证这一假说，冈崎进行了如下实验：让T4噬菌体在20 ℃时侵染大肠杆菌70 min后，将同位素3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，在2秒、7秒、15秒、30秒、60秒、120秒后，分离T4噬菌体DNA并通过加热使DNA分子变性、全部解螺旋，再进行密度梯度离心，以DNA单链片段分布位置确定片段大小(分子越小离试管口距离越近)，并检测相应位置DNA单链片段的放射性，结果如图2。
(1)以3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，最终在T4噬菌体DNA中检测到放射性，其原因是
。
(2)图2中，与60秒结果相比，120秒结果中短链片段减少的原因是
，该实验结果为冈崎假说提供的有力证据是
。
(3)据此推断DNA复制时，除了需要解旋酶、DNA聚合酶外，还需要 酶。
DNA复制方式的实验探究
1．(链接人教版必修2 P53图3–9、P54思考·讨论)科学家曾提出DNA复制方式的三种假说：全保留复制、半保留复制和分散复制(图1)。对此假说，科学家以大肠杆菌为实验材料，进行了如下实验(图2)：
下列有关叙述正确的是( )
A．第一代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带，说明DNA复制方式一定是半保留复制
B．第二代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带和1条轻带，说明DNA复制方式一定是全保留复制
C．结合第一代和第二代细菌DNA的离心结果，说明DNA复制方式一定是分散复制
D．若DNA复制方式是半保留复制，继续培养至第三代，细菌DNA离心后试管中会出现1条中带和1条轻带
DNA复制的过程
2．(链接人教版必修2 P55图3–10)如图为某真核细胞中DNA复制过程的模式图，据图分析下列说法错误的是( )
A．DNA复制是一个边解旋边复制的过程
B．该过程发生在细胞分裂前的间期
C．酶①是解旋酶，酶②是DNA聚合酶
D．酶①和酶②均作用于氢键
DNA复制的相关计算
3．(链接人教版必修2 P56概念检测T3变式)将一个双链都被15N标记的DNA放在含14N的培养基中连续复制4次，收集相关实验数据，下列叙述错误的是( )
A．含有14N的DNA占全部DNA的比例为7/8
B．含有15N的DNA占全部DNA的比例为1/8
C．含有15N的DNA单链占全部DNA单链的比例为1/16
D．含有14N的DNA单链占全部DNA单链的比例为15/16
1．(2024·浙江6月卷)下列关于双链DNA分子结构的叙述，正确的是( )
A．磷酸与脱氧核糖交替连接构成了DNA的基本骨架
B．双链DNA中T占比越高，DNA热变性温度越高
C．两条链之间的氢键形成由DNA聚合酶催化
D．若一条链的G＋C占47%，则另一条链的A＋T也占47%
2．(2021·广东卷)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
3．(2022·广东卷)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(如图所示)，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
[夯实必备知识]自主诊断
考点1
一、1．(1)沃森 克里克 (2)衍射图谱 A T C G 螺旋 A＝T，G＝C T C 2．(1)反向平行 (2)脱氧核糖 磷酸 (3)碱基对
二、1．许多 部分 DNA 独立性 性状 遗传效应 有遗传效应的DNA 2．(1)排列顺序 (2)排列顺序 排列顺序 (3)物质基础 3．DNA片段 RNA
考点2
一、1．氢键 碱基互补配对 氢键 半保留复制
2．新合成的
二、1．梅塞尔森和斯塔尔 2．密度梯度离心技术
3．稳定同位素 底 居中 上 5．(1)15N/15N–DNA (2)15N/14N–DNA (3)15N/14N–DNA和14N/14N–DNA 6．(1)底部 (2)居中 (3)居中 更靠上 7．半保留复制
三、1．间期 有丝分裂前的间期和减数分裂(Ⅰ)前的间期 2．(1)细胞核 线粒体 叶绿体 (2)拟核
3．解旋酶 解开的每一条母链 脱氧核苷酸 DNA聚合酶 5′端→3′端 4．完全相同
5．(1)双螺旋 (2)碱基互补配对 6．遗传信息 遗传信息的连续性
第26讲 DNA的结构、复制和基因的本质
考点1
教材隐性知识
1．提示：5′端 3′端 相反
2．提示：合适的(或限制) 电泳
澄清概念
1．√
2．×提示：沃森和克里克主要以DNA衍射图谱为依据，推算出DNA呈螺旋结构，根据查哥夫的实验结果构建了DNA双螺旋结构模型。
3．×提示：磷酸和脱氧核糖交替连接排列在外侧构成了DNA的基本骨架。
4．×提示：DNA双链中嘌呤和嘧啶互补配对，DNA中一条链的嘌呤数一定等于另一条链中的嘧啶数。
5．×提示：DNA的空间结构都是双螺旋结构，与多样性和特异性无关。
6．×提示：G和C之间有三个氢键，A和T之间有两个氢键，因此，DNA分子中G和C所占的比例越大，稳定性越高。
7．×提示：基因通常是有遗传效应的DNA片段，DNA中还有大量的非基因序列，故无法确定DNA碱基序列相同的比例是多少。
达成学科素养
提示：(1)2 —脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖— 氢键 (2)磷酸二酯键 氢键 ② ①
评价迁移应用
1．C [图中1表示磷酸基团，2表示脱氧核糖，A正确。图中3与4表示含氮碱基，两者是通过氢键连接起来的，B正确。DNA复制时，DNA聚合酶可以催化游离的脱氧核苷酸连接到DNA子链上，而不是催化两个游离的脱氧核苷酸连接起来，C错误。脱氧核苷酸中，磷酸基团连在脱氧核糖的5′ C上，碱基连在脱氧核糖的1′ C上，D正确。]
2．A [根据题意可知，A＝x，所占比例为y，则碱基总数为，A正确；碱基总数为，A＝T＝x，则C＋G＝－2x，由于C＝G，故C＝G＝x，B错误；DNA片段中，嘌呤数等于嘧啶数，故嘌呤数与嘧啶数之比为1，C错误；根据以上分析，可知C＝G＝x，碱基总数为，故碱基G的比例为x÷＝－y，D错误。]
3．C [长度为5个碱基对，即需要10个脱氧核苷酸，10个脱氧核苷酸需要10个脱氧核糖和磷酸之间的连接物，而脱氧核苷酸之间连接时(脱氧核糖与磷酸连接)需要8个连接物(形成2条脱氧核苷酸链)，故共需要准备18个脱氧核糖和磷酸之间的连接物，A正确；碱基之间的连接物即氢键，两个腺嘌呤和两个胸腺嘧啶之间配对共需要4个氢键，剩余的3个碱基对需要3×3＝9(个)氢键，则共需要准备13个碱基之间的连接物，B正确；由于含有两个腺嘌呤，则能搭建出的DNA分子模型小于45种，C错误；DNA分子的两条链反向平行，制成的模型两条脱氧核苷酸链反向平行，D正确。]
4．C [细胞生物的遗传物质是DNA，基因通常是有遗传效应的DNA片段，因此细胞中DNA和基因的基本单位都是脱氧核苷酸，A正确；染色体是基因的主要载体，基因在染色体上呈线性排列，B正确；着丝粒分裂导致染色体数目加倍，此时组成染色体的DNA数量不变，DNA在复制后数目加倍，C错误；流感病毒是RNA病毒，其基因是有遗传效应的RNA片段，能控制遗传性状，D正确。]
考点2
教材隐性知识
提示：全保留
澄清概念
1．×提示：新合成的DNA分子的两条链有一条链是新合成的。
2．×提示：DNA复制时是边解旋边复制。
3．×提示：子链的合成方向是5′→3′。
4．√
达成学科素养
提示：(1)标记的脱氧核苷酸被大肠杆菌吸收，为T4噬菌体DNA复制提供原料，所以在T4噬菌体DNA中检测到放射性
(2)短链片段连接形成长片段，所以短链片段减少 在实验时间内，细胞中均能检测到较多的短链片段
(3)DNA连接
评价迁移应用
1．D [第一代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带，则可以排除全保留复制，但不能确定是半保留复制还是分散复制，继续做第二代细菌DNA密度鉴定，第二代细菌DNA离心后出现1条中带和1条轻带，可以排除分散复制，同时确定是半保留复制，A、B、C错误；若DNA复制方式是半保留复制，继续培养至第三代，形成的子代DNA有两种类型(两条链均为14N和一条链含有14N一条链含有15N)，因此第三代细菌DNA离心后试管中会出现1条中带和1条轻带，D正确。]
2．D [DNA复制的特点是边解旋边复制、半保留复制，A正确。题图为DNA复制过程的模式图，该过程可发生在细胞有丝分裂前的间期或减数分裂前的间期，B正确。分析题图可知，酶①能将DNA双螺旋的两条链解开，故其为解旋酶，作用于氢键；酶②以解开的每一条母链为模板，以细胞中游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一条子链，故酶②为DNA聚合酶，作用于磷酸二酯键，C正确，D错误。]
3．A [将一个双链都被15N标记的DNA放在含14N的培养基中连续复制4次，共产生24＝16个DNA，因为DNA的复制为半保留复制，因此这16个DNA中有2个DNA是一条链含有15N，另一条链含有14N，剩下的14个DNA均是两条链都含有14N，因此含有14N的DNA占全部DNA的比例为1，含有15N的DNA占全部DNA的比例为2/16＝1/8，A错误，B正确；含有15N的DNA单链占全部DNA单链的比例为2/32＝1/16，C正确；含有14N的DNA单链占全部DNA单链的比例为(32－2)÷32＝15/16，D正确。]
体验真题
1．A [DNA的外侧是由脱氧核糖和磷酸交替连接构成的基本骨架，内侧是碱基通过氢键连接形成的碱基对，A正确；双链DNA中GC碱基对占比越高，DNA热变性温度越高，B错误；DNA聚合酶催化形成的是磷酸二酯键，C错误；互补的碱基在单链上所占的比例相等，若一条链的G＋C占47%，则另一条链的G＋C也占47%，A＋T占1－47%＝53%，D错误。]
2．B [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不符合题意；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符合题意；查哥夫发现的DNA中腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量，鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量，为沃森和克里克构建正确的碱基配对方式提供了依据，③符合题意；沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制未能为DNA双螺旋结构模型的构建提供依据，④不符合题意。综上所述，B符合题意。]
3．C [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。]
4 / 14课时数智作业(二十六) DNA的结构、复制和基因的本质
1．(2024·广东中山期末)DNA条形码(DNA Barcode)技术是一种利用一个或者多个特定的一小段DNA进行物种鉴定的技术。如下图中药材DNA条形码就是中药材的基因身份证。下列有关叙述正确的是( )
A．从中药材细胞中提取的DNA分子都有4个游离的磷酸基团
B．DNA分子和ATP分子中都含有腺嘌呤、脱氧核糖和磷酸基团
C．中药材遗传信息的“条形码”相当于DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序
D．不同种类中药材细胞的DNA分子不同，不同DNA分子彻底水解的产物种类不同
2．(2024·江苏连云港期末)如图是某学生在“制作DNA双螺旋结构模型”活动中制作的一个模型，①②③④分别代表四种不同的碱基模型(①③代表嘌呤碱基，②④代表嘧啶碱基)。下列叙述正确的是 ( )
A．该模型可代表一个双链脱氧核糖核酸分子
B．该模型表明每个脱氧核糖都与一个磷酸相连
C．①②③④位于DNA双螺旋结构的外侧
D．若要将此链和其互补链连接，则需要10个连接物代表氢键
3．(2024·广东揭阳期末)DNA双螺旋结构在一定温度下会解旋成单链，这个过程称为DNA变性。下图是DNA热变性曲线图。吸光度增加到最大值一半时的温度叫作DNA的熔点，用Tm表示。下列叙述错误的是( )
A．双螺旋DNA中的碱基堆积可能降低对紫外线的吸收能力
B．DNA变性与DNA水解破坏相同的键
C．Tm与DNA分子中G＋C含量呈正相关
D．Tm相同的两个DNA分子G＋C数量不一定相同
4．(2024·湖北名校联考)人体正常的肝细胞内，基因Ⅰ和基因Ⅱ在1号染色体DNA上的相对位置如下图所示，下列说法正确的是( )
A．基因Ⅰ含有许多个脱氧核苷酸，其特异性是由脱氧核苷酸的排列顺序决定的
B．基因Ⅱ的1链和2链都可以作为转录时的模板链
C．基因Ⅰ和基因Ⅱ可以是一对等位基因
D．人体的每个细胞中基因Ⅰ和基因Ⅱ都会表达出相应的蛋白质
5．(2024·广东茂名检测)复制叉是复制时双链打开，分开成两股，各自作为模板，子链沿模板延长所形成的Y字型结构(如图)，复制叉从复制起始点开始沿着DNA链有序移动。DNA甲基化会引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变。下列叙述正确的是( )
A．解旋酶能使DNA两条螺旋的双链完全打开后再复制
B．DNA聚合酶作用对象是氢键
C．甲基化修饰DNA链不会影响复制叉的有序移动
D．多起点双向复制可提高复制速率
6．(2024·湖南邵阳一中期末)下列关于DNA分子的结构与复制的叙述，正确的有( )
①一个含有m个腺嘌呤的DNA分子经n次复制需要消耗腺嘌呤脱氧核苷酸(2n－1)×m个
②在一个双链DNA分子中，G＋C占碱基总数的M %，那么该DNA分子的每条链中G＋C都占该单链碱基总数的M%
③细胞内全部DNA被32P标记后在不含32P的环境中进行连续有丝分裂，第2次分裂产生的每个子细胞染色体均有一半有32P标记
④DNA双链被32P标记后，在31P中复制n次，子代DNA中有32P标记的占1/2n
A．0项 B．1项 C．2项 D．3项
7．(2024·湖北武汉一模)DNA在细胞生命过程中会发生多种类型的碱基损伤。如损伤较小，RNA聚合酶经过损伤位点时，腺嘌呤核糖核苷酸会不依赖于模板掺入mRNA(如图1)；如损伤较大，修复因子Mfd识别、结合滞留的RNA 聚合酶，“招募”多种修复因子、DNA聚合酶等进行切除及修复(如图2)。下列叙述错误的是( )
A．图1所示的DNA经复制后可能有半数子代DNA含该损伤导致的突变基因
B．图1所示转录产生的mRNA指导合成的蛋白质氨基酸序列可能不变
C．图2所示的转录过程是沿着模板链的3′→5′方向进行的
D．图2所示DNA聚合酶催化 DNA损伤链修复的方向是从m到n
8．(14分)(2024·广东中山期末)1958年，科学家通过一系列实验首次证明了DNA的半保留复制，此后科学家便开始了有关DNA复制起点的数目、方向等方面的研究。回答下列问题：
(1)通常一个DNA分子经复制能形成两个完全相同的DNA分子，这是因为DNA独特的______________________，为复制提供了精确的模板，通过_________________原则，保证了复制能够准确地进行。DNA复制开始时首先必须解旋，从而在复制起点位置形成复制叉(如图甲所示)。因此，研究中可以根据复制叉的数目推测_________________________。
(2)1963年Cairns将不含放射性的大肠杆菌(其拟核DNA呈环状)放在含有3H-胸腺嘧啶的培养基中培养，进一步证明了DNA的半保留复制。根据图乙的大肠杆菌亲代环状DNA示意图，用简图表示复制一次和复制两次后形成的DNA分子。(注：以“……”表示含放射性的脱氧核苷酸链)。
(3)有一个双链均被32P标记的DNA分子，将其置于只含有31P的环境中复制3次，子代中含32P的单链与含31P的单链数目之比为__________。为探究DNA的复制从一点开始以后是单向进行的还是双向进行的，将不含放射性的大肠杆菌DNA放在含有3H-胸腺嘧啶的培养基中培养，给予适当的条件，让其进行复制，得到图丙所示结果，这一结果说明___________________________________。
(4)为了研究大肠杆菌DNA复制是单起点复制还是多起点复制，用第(2)小题的方法，观察到大肠杆菌DNA复制的过程如图丁所示，这一结果说明大肠杆菌细胞中DNA复制是________起点复制的。
课时数智作业(二十六)
1．C [从中药材细胞核中提取的DNA 分子是线性的，有2个游离的磷酸基团，但从中药材细胞质中提取的环状 DNA分子没有游离的磷酸基团，A错误；DNA分子含有腺嘌呤、脱氧核糖和磷酸基团，ATP分子中含有腺嘌呤、核糖和磷酸基团，B错误；中药材的遗传物质是DNA，遗传信息就储存在脱氧核苷酸的排列顺序中，中药材遗传信息的“条形码”相当于DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序，C正确；不同种类的中药材细胞中的DNA分子不同，但不同的DNA分子彻底水解的产物是相同的，都是磷酸基团、脱氧核糖和4种含氮碱基，D错误。]
2．D [该模型可代表一个单链脱氧核糖核酸分子，A错误；中间的脱氧核糖与两个磷酸相连，B错误；①②③④位于DNA双螺旋的内侧，C错误；①③代表嘌呤碱基，②④代表嘧啶碱基，因①②③④分别代表四种不同的碱基，故此链与其互补链连接，需要10个连接物代表氢键，D正确。]
3．B [据图分析，双链DNA的吸光度比单链DNA小，推测双螺旋DNA中的碱基堆积可能降低对紫外线的吸收能力，A正确；DNA变性解旋，破坏的是互补配对碱基间的氢键，DNA水解破坏的是连接2个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键，B错误；Tm表示吸光度增加到最大值一半时的温度，此时DNA双螺旋结构解开一半，A、T之间有2个氢键，G、C之间存在3个氢键，氢键越多越稳定，变性时需要的温度越高，所以Tm与DNA分子中G＋C含量呈正相关，C正确；Tm还与DNA脱氧核苷酸序列的长度有关，序列越长需要断裂的氢键越多，Tm会随之增大，故Tm相同的两个DNA分子G＋C数量不一定相同，D正确。]
4．A [基因通常是有遗传效应的DNA片段，是由脱氧核苷酸按一定序列聚合而成的，因此，基因Ⅰ含有许多个脱氧核苷酸，其特异性是由脱氧核苷酸的排列顺序决定的，A正确；对于某一基因只有一条链作模板，如果两条链都做转录的模板，形成的两条RNA链会互补配对形成双链结构，无法做翻译的模板，B错误；等位基因位于同源染色体相同的位置上，而基因Ⅰ和基因Ⅱ位于一条染色体的不同位置上，不是等位基因，C错误；细胞中的基因表达存在选择性，不一定在每个细胞都能表达，因此人体的每个细胞中基因Ⅰ和基因Ⅱ不一定会表达出相应的蛋白质，D错误。]
5．D [DNA分子的复制特点是边解旋边复制，解旋酶能使DNA两条螺旋的双链打开，A错误；DNA聚合酶的作用对象是磷酸二酯键，B错误；由于DNA甲基化引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式发生了改变，甲基化修饰DNA链会直接停顿复制叉，C错误；多起点双向复制可以提高复制的速率，能在短时间内完成DNA复制，D正确。]
6．C [①一个含有m个腺嘌呤的DNA分子经n次复制，形成了2n个DNA分子，增加了2n－1个DNA分子，因此经n次复制需要消耗腺嘌呤脱氧核苷酸(2n－1)×m个，①正确；②在一个双链DNA分子中，G＋C占碱基总数的M%，根据碱基互补配对原则，DNA分子两条链上的碱基数量关系是G1＝C2、C1＝G2，因此双链DNA分子中，G＋C的比值与每一条链上的该比值相等，该DNA分子的每条链中G＋C都占该单链碱基总数的M%，②正确；③细胞内全部DNA被32P标记后，在不含32P的环境中进行连续有丝分裂，第1次分裂形成的子细胞的染色体都含有32P，染色体上的DNA分子一条链含有放射性，一条链不含有放射性，第2次有丝分裂进行复制后，每条染色体上的2条姐妹染色单体，一条含有放射性，另一条不含有放射性，进行第2次分裂形成的子细胞的染色体的放射性情况无法确定，因为后期着丝粒分裂后染色体移向两极是随机的，③错误；④DNA双链被32P标记后，不管复制多少次，子代中都只有2个DNA带有32P标记，所以复制n次，子代DNA中有标记的占2/2n，④错误。综上正确的选项有①②，共2项，C正确，A、B、D错误。]
7．D [根据半保留复制可知，图1所示的DNA经复制后可能有半数子代DNA含该损伤导致的突变基因，A正确；由题意可知，图1所示为损伤较小时的转录情况，RNA聚合酶经过损伤位点时，腺嘌呤核糖核苷酸会不依赖于模板掺入mRNA，若该DNA是由于少了一个碱基而发生损伤，则转录时掺入腺嘌呤核糖核苷酸后的mRNA与正常的mRNA相比，碱基数相同，且由于密码子的简并，其指导合成的蛋白质氨基酸序列可能不变，B正确；转录时mRNA是由5′端到3′端进行的，模板链是由3′端到5′端进行的，C正确；由mRNA的合成方向可知，图2中上侧为模板链，m是3′端，n是5′端，切除后DNA聚合酶会以下侧链为模板，根据DNA聚合酶合成子链方向可知，修复是从n向m进行，D错误。]
8．(每空2分，共14分)(1)双螺旋结构 碱基互补配对 复制起点的数目
(2)
(3)1∶7 DNA复制是双向的 (4)单
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