2018年高中生物 第四章 遺傳的分子基礎(chǔ) 第二節(jié) DNA分子的結(jié)構(gòu)和復(fù)制教學案 蘇教版必修2
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1、第二節(jié) DNA分子的結(jié)構(gòu)和復(fù)制 學習目標:1.DNA分子結(jié)構(gòu)的探究歷程 2.DNA分子的主要結(jié)構(gòu)特點 3.DNA分子的復(fù)制過程及特點 4.米西爾森和斯塔爾證明DNA分子復(fù)制方式的實驗 [教材梳理] 一、DNA分子的結(jié)構(gòu) 1.DNA分子結(jié)構(gòu)的探索歷程 時期 科學家 成果 20世紀30年代后期 瑞典科學家 證明DNA是不對稱的 1951年 查哥夫(美) 定量分析DNA分子的堿基組成,發(fā)現(xiàn)腺嘌呤(A)的量總是等于胸腺嘧啶(T)的量,鳥嘌呤(G)的量總是等于胞嘧啶(C)的量 1952年 富蘭克琳(英) 確認DNA為螺旋結(jié)構(gòu),而不是由一條鏈構(gòu)成的 1
2、953年 沃森(美)和克里克(英) 提出DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型 2.DNA分子的基本組成單位 DNA的基本組成單位是脫氧核苷酸,如圖所示: (1)組成:①磷酸;②脫氧核糖;③含氮堿基。 (2)堿基:A:腺嘌呤;G:鳥嘌呤;C:胞嘧啶;T:胸腺嘧啶。 3.DNA分子的立體結(jié)構(gòu) (1)整體:由兩條脫氧核苷酸鏈反向平行盤旋而成的雙螺旋結(jié)構(gòu)。 (2)外側(cè)——基本骨架:由脫氧核糖和磷酸交替連接構(gòu)成。 (3)內(nèi)側(cè)——堿基對:由兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對,是按堿基互補配對原則連接而成的,即A與T配對、G與C配對。 4.DNA分子的多樣性和特異性 (1)多樣性:堿基對排
3、列順序的千變?nèi)f化。 (2)特異性:特定的堿基對排列順序構(gòu)成了每一個DNA分子的特異性。 二、DNA分子的復(fù)制 1.DNA復(fù)制的概念、時期、場所及條件 (1)概念:以親代DNA分子為模板合成子代DNA分子的過程。 (2)時期:細胞有絲分裂間期和減數(shù)分裂的間期。 (3)場所:細胞核(主要)。 (4)DNA復(fù)制的條件: ①模板:DNA分子的兩條鏈。 ②原料:游離的四種脫氧核苷酸。 ③能量:由細胞提供。 ④酶:解旋酶和DNA聚合酶等。 2.過程 3.特點 ①邊解旋邊復(fù)制;②半保留方式復(fù)制。 4.準確復(fù)制的原因和意義 (1)原因 ①DNA分子獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu)為復(fù)制提
4、供了精確的模板; ②通過堿基互補配對,保證了復(fù)制能夠精確地進行。 (2)意義:使遺傳信息從親代傳給子代,從而確保了遺傳信息的連續(xù)性。 [牛刀小試] 一、DNA分子的結(jié)構(gòu) 1.觀察教材P68圖4-8,結(jié)合制作模型體驗,探討下列問題: (1)DNA分子中同一條鏈和兩條鏈中連接相鄰兩個堿基的結(jié)構(gòu)有何不同? 提示:同一條鏈中連接相鄰兩個堿基的結(jié)構(gòu)是—脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖—;兩條鏈中連接相鄰兩個堿基的結(jié)構(gòu)是氫鍵。 (2)運用堿基互補配對原則分析,在所有的雙鏈DNA分子中,(A+G)/(C+T)的值相同嗎?在DNA分子的一條鏈中是否存在同樣的規(guī)律? 提示:①相同。在雙鏈DNA分子
5、中,由于A=T,G=C,所以嘌呤數(shù)等于嘧啶數(shù),即A+G=T+C,可得(A+G)/(T+C)=1,因此在所有的雙鏈DNA分子中(A+G)/(T+C)的值相同。 ②在單鏈DNA分子中不存在同樣的規(guī)律,因為A與T,G與C不一定相等。 (3)某實驗小組同學制作了如下堿基對模型,你認為哪些是正確的,哪些是錯誤的? 提示:①~④所示模型中只有①正確,②、③、④均不正確。②中多了一個氫鍵,③中堿基配對錯誤,也未遵照“反向平行”的特點;④中未遵照“反向平行”特點。 2.連線 二、DNA分子的復(fù)制 閱讀教材P71~72,結(jié)合圖4-10、4-11,探究下列問題: (1)DNA復(fù)制時有幾條模板
6、鏈?新合成的DNA分子中的兩條鏈全是子鏈嗎? 提示:①兩條模板鏈(親代DNA分子解開螺旋的兩條鏈)。②不是,而是一條母鏈和一條子鏈。 (2)DNA復(fù)制時,用什么方法識別DNA中哪一條鏈是母鏈,哪一條鏈是子鏈?DNA復(fù)制所形成的子代DNA分子是否是親代DNA鏈和子代DNA鏈隨機結(jié)合的? 提示:①同位素標記法。②不是,而是親代DNA鏈與其相應(yīng)的子鏈結(jié)合形成的子代DNA分子。 (3)若將某一試管中加入緩沖液、ATP、DNA模板和四種脫氧核苷酸,并置于適宜的溫度下,能否完成DNA復(fù)制?分析原因。 提示:不能。復(fù)制條件不完全,缺少解旋酶、DNA聚合酶。 (4)若1個DNA分子含有m個腺嘌呤,
7、則復(fù)制n次需要多少游離的腺嘌呤脫氧核苷酸? 提示:需(2n-1)·m個。因為1個DNA分子復(fù)制n次,共形成2n個DNA分子,其中有兩條脫氧核苷酸鏈為母鏈,不需要游離的腺嘌呤脫氧核苷酸。 (5)DNA分子復(fù)制具有準確性,那么在任何情況下,DNA分子復(fù)制產(chǎn)生的子代DNA分子與親代DNA分子都完全相同嗎? 提示:不一定。DNA分子復(fù)制時,受到各種因素的干擾,堿基序列可能會發(fā)生改變,從而使后代DNA分子與親代DNA分子堿基序列不同,導(dǎo)致遺傳信息發(fā)生改變。 [重難突破] 一、DNA分子的結(jié)構(gòu)層次 1.DNA分子結(jié)構(gòu)中的“五、四、三、二、一”: “五”——DNA分子的基本組成元素有5
8、種(C、H、O、N、P)。 “四”——DNA分子的基本組成單位為“四種”脫氧核苷酸。 “三”——每種單位均由三分子物質(zhì)(1分子磷酸、1分子脫氧核糖及1分子含氮堿基)構(gòu)成。 “二”——兩條脫氧核苷酸長鏈。 “一”——一種規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。 2.DNA分子結(jié)構(gòu)層次圖示 二、DNA分子中的堿基計算規(guī)律 1.堿基互補配對原則 2.堿基間的數(shù)量關(guān)系 項目 雙鏈DNA 1鏈 2鏈 規(guī)律 A、T、G、C關(guān)系 A=T,G=C A1=T2,G1=C2, T1=A2,C1=G2 雙鏈DNA中,A總等于T,G總等于C,且1鏈上的A等于2鏈上的T,1鏈上的G等于2
9、鏈上的C 非互補堿基和之比,即或 1 m 1/m DNA雙鏈中非互補堿基之和總相等,兩鏈間非互補堿基和之比互為倒數(shù) 互補堿基和之比,即或 n n n 在同一DNA中,雙鏈和單鏈中互補堿基和之比相等 某種堿基的比例(x為A、T、G、C中某種堿基的百分含量) (x1+x2) x1 x2 某堿基占雙鏈DNA堿基總數(shù)的百分數(shù)等于相應(yīng)堿基占相應(yīng)單鏈的比值的和的一半 3.堿基比例與DNA分子的共性和特異性 (1)共性: ①==1;②==1;③==1 (2)特異性: 的比值是多樣的,是DNA分子多樣性和特異性的主要表現(xiàn)。 [特別提醒] (1)在DNA單鏈中,A與T
10、、G與C也可能相等。 (2)(A+T)/(G+C)的比值能體現(xiàn)DNA分子的特異性,不同的DNA分子中該值可能相同。 三、DNA分子復(fù)制過程中相關(guān)計算 1.DNA分子數(shù)、DNA鏈數(shù)及所占比例的計算 2.脫氧核苷酸鏈數(shù)的計算 (1)子代DNA分子中脫氧核苷酸總鏈數(shù)=2n+1條; (2)親代脫氧核苷酸鏈數(shù)=2條; (3)新合成的脫氧核苷酸鏈數(shù)=(2n+1-2)條。 3.所需脫氧核苷酸數(shù)的計算 若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個,則: (1)經(jīng)過n次復(fù)制,共需消耗游離的該脫氧核苷酸m·(2n-1)個。 (2)第n次復(fù)制時,需消耗游離的該脫氧核苷酸m·2n-1個。 4
11、.與染色體、細胞數(shù)目相關(guān)的計算 研究DNA分子的半保留復(fù)制時,常涉及計算后代帶放射性標記的DNA、染色體或細胞所占比例的問題,此時要注意: (1)一個DNA分子含兩條DNA鏈,只要有一條DNA鏈帶標記該DNA分子便帶標記。 (2)每條染色體含一個或兩個DNA分子,只要有一條DNA鏈帶標記,該染色體便帶標記。 (3)每個細胞含多條染色體,每條染色體的情況是一樣的,只需分析一條染色體(減數(shù)分裂時只需分析一對同源染色體)即可。 [實驗探究] DNA復(fù)制方式的探究 1.方法 放射性同位素標記法和密度梯度離心技術(shù)。 2.原理 含15N的雙鏈DNA密度最大,含14N的雙鏈DNA密度最小
12、,一條鏈含14N和一條鏈含15N的雙鏈DNA分子密度中等。 3.過程 (1)用放射性同位素15N標記大腸桿菌的DNA。 (2)將被標記的大腸桿菌轉(zhuǎn)入以含14N物質(zhì)為唯一氮源的培養(yǎng)液中培養(yǎng)。 (3)分別取完成一次細胞分裂和兩次細胞分裂的大腸桿菌,并將其中的DNA分子分離出來,進行密度梯度超速離心和分析。 4.結(jié)果圖示 5.結(jié)論:DNA的復(fù)制方式為半保留復(fù)制。 [考向聚焦] [例1] 下列有關(guān)DNA分子結(jié)構(gòu)的敘述,正確的是( ) A.DNA分子是由兩條反向平行的脫氧核苷酸長鏈盤旋而成的規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu),其基本骨架由脫氧核糖、磷酸和含氮堿基交替排列而成 B.整個D
13、NA分子中,嘌呤數(shù)目等于嘧啶數(shù)目,所以每條DNA單鏈中A=T、G=C C.與DNA分子中的堿基G直接相連的是脫氧核糖和堿基C D.每個脫氧核糖均只與一個磷酸和一個堿基相連 [解析] DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的外側(cè)是磷酸與脫氧核糖交替排列構(gòu)成的基本骨架,堿基排列在內(nèi)側(cè)。若DNA分子的一條鏈上是堿基A,則另一條鏈上與之配對的一定是堿基T;一條鏈上是堿基G,則另一條鏈上與之配對的一定是堿基C,反之亦然。所以,在雙鏈DNA分子中A=T、G=C,但在單鏈中,堿基A的數(shù)目不一定等于堿基T的數(shù)目,堿基G的數(shù)目也不一定等于堿基C的數(shù)目。在一個脫氧核苷酸中,堿基G與脫氧核糖直接相連,兩鏈之間堿基G與堿基
14、C互補配對。每個脫氧核糖均只與一個堿基相連,但除了游離的脫氧核糖只與一個磷酸相連外,其余脫氧核糖均與兩個磷酸相連。 [答案] C [例2] (福建高考)雙脫氧核苷酸常用于DNA測序,其結(jié)構(gòu)與脫氧核苷酸相似,能參與DNA的合成,且遵循堿基互補配對原則。DNA合成時,在DNA聚合酶作用下,若連接上的是雙脫氧核苷酸,子鏈延伸終止;若連接上的是脫氧核苷酸,子鏈延伸繼續(xù)。在人工合成體系中,有適量的序列為GTACATACATG的單鏈模板、胸腺嘧啶雙脫氧核苷酸和4種脫氧核苷酸。則以該單鏈為模板合成出的不同長度的子鏈最多有( ) A.2種 B.3種 C.4種
15、 D.5種 [解析] 根據(jù)堿基互補配對原則,單鏈模板鏈中A與胸腺嘧啶配對。單鏈模板鏈中含有4個“A”,其中每個“A”均可能與胸腺嘧啶雙脫氧核苷酸配對,當單鏈模板上的“A”與胸腺嘧啶雙脫氧核苷酸配對會有4種不同長度的子鏈;若單鏈模板鏈上的“A”只與脫氧核苷酸結(jié)合,形成1種子鏈,所以最多會產(chǎn)生5種子鏈。 [答案] D [例3] 科學家以大腸桿菌為實驗對象,運用同位素示蹤技術(shù)及密度梯度離心方法進行了DNA復(fù)制方式的探索實驗,實驗內(nèi)容及結(jié)果見下表。 組別 1組 2組 3組 4組 培養(yǎng)液中 唯一氮源 14NH4Cl 15NH4Cl 14NH4Cl 14NH4Cl
16、繁殖代數(shù) 多代 多代 一代 兩代 培養(yǎng)產(chǎn)物 A B B的子Ⅰ代 B的子Ⅱ代 操作 提取DNA并離心 離心結(jié)果 僅為輕帶 (14N/14N) 僅為重帶 (15N/15N) 僅為中帶 (15N/14N) 1/2輕帶(14N/14N) 1/2中帶(15N/14N) 請分析并回答: (1)要得到DNA中的N全部被放射性標記的大腸桿菌B,必須經(jīng)過________代培養(yǎng),且培養(yǎng)液中的________是唯一氮源。 (2)綜合分析本實驗的DNA離心結(jié)果,第________組結(jié)果對得到結(jié)論起到了關(guān)鍵作用,但需把它與第________組和第________組的結(jié)果進行
17、比較,才能說明DNA分子的復(fù)制方式是________________。 (3)分析討論: ①若子Ⅰ代DNA的離心結(jié)果為“輕”和“重”兩條密度帶,則“重帶”DNA來自________,據(jù)此可判斷DNA分子的復(fù)制方式不是________復(fù)制。 ②若將子Ⅰ代DNA雙鏈分開后再離心,其結(jié)果________(選填“能”或“不能”)判斷DNA的復(fù)制方式。 ③若在同等條件下將子Ⅱ代繼續(xù)培養(yǎng),子n代DNA離心的結(jié)果是:密度帶的數(shù)量和位置________,放射性強度發(fā)生變化的是________帶。 ④若某次實驗的結(jié)果中,子Ⅰ代DNA的“中帶”比以往實驗結(jié)果的“中帶”略寬,可能的原因是新合成DNA單鏈中
18、的N尚有少部分為________。 [解析] 經(jīng)過一代培養(yǎng)后,只能是標記DNA分子的一條單鏈,所以要想對所有的DNA分子全部標記,要進行多代培養(yǎng);在探究DNA分子的復(fù)制方式為半保留復(fù)制的實驗中,“重帶”應(yīng)為兩個單鏈均被15N標記,“輕帶”為兩個單鏈均被14N標記,“中帶”為一個單鏈被14N標記,另一個單鏈被15N標記。 [答案] (1)多 15N(15NH4Cl) (2)3 1 2 半保留復(fù)制 (3)①B 半保留?、诓荒堋、蹧]有變化 輕?、?5N ———————————————[課堂歸納]———————————————— [網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建] 填充:①雙螺旋 ②反向平行
19、 ?、劢惶孢B接 ④互補配對?、葸吔庑厪?fù)制?、薨氡A魪?fù)制 ⑦解旋 ?、嗪铣勺渔? [關(guān)鍵語句] 1.DNA分子由兩條脫氧核苷酸鏈構(gòu)成,兩鏈按反向平行方式盤旋成規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu),其脫氧核糖和磷酸交替連接,排列在外側(cè),堿基排在內(nèi)側(cè)。 2.DNA分子兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對,其中A一定與T配對,G一定與C配對,A與T之間形成2個氫鍵,G與C之間形成3個氫鍵。 3.組成DNA分子的堿基雖然只有4種,但堿基對的排列順序卻是千變?nèi)f化的,含n個堿基對的DNA分子,可形成4n種排列順序,這些排列順序即代表遺傳信息。 4.DNA分子堿基對排列順序的千變?nèi)f化,構(gòu)成了DNA分子的多樣性,而
20、堿基對的特定的排列順序又構(gòu)成了每一個DNA分子的特異性。 5.DNA復(fù)制發(fā)生于細胞有絲分裂間期和減數(shù)分裂的間期。 6.DNA分子復(fù)制是半保留復(fù)制,DNA分子獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu)為復(fù)制提供了精確的模板,通過堿基互補配對原則保證了復(fù)制能精確地進行。 7.DNA分子通過復(fù)制,使遺傳信息從親代傳給子代,從而確保了遺傳信息的連續(xù)性。 知識點一、DNA的結(jié)構(gòu)及相關(guān)計算 1.如圖為核苷酸鏈結(jié)構(gòu)圖,下列敘述不正確的是( ) A.能構(gòu)成一個完整核苷酸的是圖中的a和b B.圖中每個五碳糖都只有1個堿基與之直接相連 C.各核苷酸之間是通過化學鍵③連接起來的 D.若該鏈為脫氧核苷酸鏈,從堿
21、基組成上看,缺少的堿基是T 解析:選A 核苷酸由1分子磷酸、1分子五碳糖和1分子堿基組成,即圖中的a,b中磷酸的連接位置不正確,A錯誤;由題圖可知,每個五碳糖都只有1個堿基與之直接相連,B正確;核苷酸之間通過磷酸二酯鍵即圖中③相連形成核苷酸鏈,C正確;脫氧核苷酸根據(jù)堿基不同分為腺嘌呤脫氧核苷酸、鳥嘌呤脫氧核苷酸、胞嘧啶脫氧核苷酸、胸腺嘧啶脫氧核苷酸,因此若該鏈為脫氧核苷酸鏈,從堿基組成上看,缺少的堿基是胸腺嘧啶T,D正確。 2.從某生物組織中提取DNA進行分析,其四種堿基數(shù)的比例是鳥嘌呤和胞嘧啶之和占全部堿基數(shù)的46%,又知該DNA的一條鏈(H鏈)所含的堿基中28%是腺嘌呤,則與H鏈相對應(yīng)
22、的另一條鏈中腺嘌呤占該鏈全部堿基數(shù)的( ) A.26% B.24% C.14% D.11% 解析:選A 由題中條件可知C+G在整個DNA分子中占有的比例為46%,因為C+G在整個DNA分子中占有的比例等于它在DNA某一條鏈中占有的比例,則在H鏈上C+G=46%。又因為在H鏈上腺嘌呤占28%,則胸腺嘧啶(T)占的比例為26%,據(jù)堿基互補配對原則,H鏈上胸腺嘧啶等于其互補鏈中腺嘌呤的數(shù)目或比例,則另一條鏈中腺嘌呤占該鏈堿基數(shù)的26%。 知識點二、DNA的復(fù)制及相關(guān)計算 3.如圖為真核生物染色體上DNA分子復(fù)制過程示意圖,有關(guān)敘述錯
23、誤的是( ) A.圖中DNA分子復(fù)制是從多個起點同時開始的 B.圖中DNA分子復(fù)制是邊解旋邊雙向復(fù)制的 C.真核生物DNA分子復(fù)制過程需要解旋酶 D.真核生物的這種復(fù)制方式提高了復(fù)制速率 解析:選A 圖中DNA分子的復(fù)制是從多個起點開始的,但并不是同時開始的。圖中DNA分子的復(fù)制是邊解旋(需解旋酶)邊雙向復(fù)制的。 4.一個雙鏈均被32P標記的DNA由5 000個堿基對組成,其中腺嘌呤占20%,將其置于只含31P的環(huán)境中復(fù)制3次。下列敘述不正確的是( ) A.該DNA分子中含有氫鍵的數(shù)目為1.3×104個 B.復(fù)制過程需要2.4×104個游離的胞嘧啶脫氧核苷酸 C.子代
24、DNA分子中含32P的單鏈與含31P的單鏈之比為1∶7 D.子代DNA分子中含32P與只含31P的分子數(shù)之比為1∶3 解析:選B 該DNA分子中A-T堿基對的數(shù)目為5 000×2×20%=2 000個,G-C堿基對的數(shù)目為5 000-2 000=3 000個,則該DNA分子中含有的氫鍵數(shù)目為2 000×2+3 000×3=1.3×104個;該復(fù)制過程需要的胞嘧啶脫氧核苷酸數(shù)為(23-1)×3 000=21 000個;子代中含32P的單鏈與含31P的單鏈之比為2∶(23×2-2)=1∶7;子代中含32P與只含31P的DNA分子數(shù)之比為2∶(23-2)=1∶3。 5.據(jù)圖回答問題: (
25、1)該圖表示的生理過程是________,該過程主要發(fā)生在細胞的________(填部位名稱)。 (2)圖中的1、2、3、4、5分別表示____________________(填堿基名稱,用字母表示)。 (3)假如經(jīng)過科學家的測定,α鏈上的一段堿基序列(M)中的A∶T∶C∶G為2∶1∶1∶3,能不能說明科學家的測定是錯誤的?______,原因是______________________________。 (4)如果以(3)中的α鏈的M為模板,復(fù)制出的β鏈的堿基比例應(yīng)該是________________。 解析:DNA是雙螺旋結(jié)構(gòu),兩條脫氧核苷酸鏈之間的堿基遵循堿基互補配對原則,即A
26、與T、C與G配對,所以DNA分子中A=T,G=C。DNA復(fù)制是半保留復(fù)制,即以DNA的兩條母鏈為模板,根據(jù)堿基互補配對原則進行堿基互補配對,所以形成的DNA子鏈必定與DNA中的一條母鏈完全相同,新形成的兩個DNA分子,與親代DNA分子完全相同。 答案:(1)DNA復(fù)制 細胞核 (2)A、T、C、C、T (3)不能 在單鏈中不一定存在A=T、G=C (4)T∶A∶G∶C=2∶1∶1∶3 (時間:25分鐘;滿分:50分) 一、選擇題(每小題2分,共20分) 1.下列關(guān)于沃森和克里克構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的敘述,錯誤的是( ) A.沃森和克里克構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型是建立在D
27、NA分子以4種脫氧核苷酸(堿基為A、T、G、C)為單位連接而成的長鏈的基礎(chǔ)上 B.威爾金斯和富蘭克林通過對DNA衍射圖譜的有關(guān)數(shù)據(jù)進行分析,得出DNA分子呈螺旋結(jié)構(gòu) C.沃森和克里克曾嘗試構(gòu)建了多種模型,但都不科學 D.沃森和克里克最后受腺嘌呤(A)的量總是等于胸腺嘧啶(T)的量,鳥嘌呤(G)的量總是等于胞嘧啶(C)的量的啟發(fā),構(gòu)建出了科學的模型 解析:選B 沃森和克里克最先提出了堿基在外側(cè)的雙螺旋和三螺旋結(jié)構(gòu)模型,后來又提出了堿基在內(nèi)側(cè)的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型,并且同種堿基配對。最后提出了堿基互補配對的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。 2.下面關(guān)于DNA分子結(jié)構(gòu)的敘述中,錯誤的是( ) A.每個雙鏈D
28、NA分子含有四種脫氧核苷酸 B.每個堿基分子上均連接著一個磷酸和一個脫氧核糖 C.每個DNA分子中堿基數(shù)=磷酸數(shù)=脫氧核糖數(shù) D.雙鏈DNA分子中的一段含有40個胞嘧啶,就一定會同時含有40個鳥嘌呤 解析:選B 脫氧核苷酸分子的連接方式應(yīng)為。在雙鏈的DNA分子內(nèi)部,堿基之間通過氫鍵連接形成堿基對,對一個堿基來說,一側(cè)連接著一個脫氧核糖,另一側(cè)通過氫鍵和另一個堿基相連。 3.在一個DNA分子中,腺嘌呤與胸腺嘧啶之和占全部堿基總數(shù)的42%,若其中一條鏈的胞嘧啶占該鏈堿基總數(shù)的24%,胸腺嘧啶占30%,則另一條鏈上,胞嘧啶和胸腺嘧啶分別占該鏈堿基總數(shù)的( ) A.21%,12%
29、 B.30%,24% C.34%,12% D.58%,30% 解析:選C 解這類題目,最好先畫出DNA分子的兩條鏈及堿基符號,并標出已知堿基的含量,這樣比較直觀,更易找到解題方法。然后利用DNA分子的堿基互補配對原則,由整個DNA分子中A+T=42%,可得出A1+T1即對應(yīng)單鏈堿基總數(shù)的百分比也為42%,則C1+G1=58%。由一條鏈中C1=24%,C1+G1=58%,得出對應(yīng)另一條單鏈中C2=34%,由一條鏈中A1+T1=42%,A1=12%,得出對應(yīng)另一條單鏈T2=12%。 4.(上海高考)在DNA分子模型搭建實驗中,如
30、果用一種長度的塑料片代表A和G,用另一長度的塑料片代表C和T,那么由此搭建而成的DNA雙螺旋的整條模型( ) A.粗細相同,因為嘌呤環(huán)必定與嘧啶環(huán)互補 B.粗細相同,因為嘌呤環(huán)與嘧啶環(huán)的空間尺寸相似 C.粗細不同,因為嘌呤環(huán)不一定與嘧啶環(huán)互補 D.粗細不同,因為嘌呤環(huán)與嘧啶環(huán)的空間尺寸不同 解析:選A A和G都是嘌呤堿基,C和T都是嘧啶堿基,在DNA分子中,總是A=T,G=C,依題意,用一種長度的塑料片代表A和G,用另一長度的塑料片代表C和T,則DNA的粗細相同。 5.如圖為DNA分子結(jié)構(gòu)示意圖,相關(guān)敘述正確的是( ) a.②和③相間排列,構(gòu)成了DNA分子的基本骨架 b
31、.④的名稱是胞嘧啶脫氧核苷酸 c.⑨是氫鍵,其形成遵循堿基互補配對原則 d.DNA分子中特定的脫氧核苷酸序列代表了遺傳信息 e.③占的比例越大,DNA分子越不穩(wěn)定 f.⑤⑥⑦⑧依次代表A、G、C、T A.bcdf B.cdf C.a(chǎn)bcf D.bce 解析:選B DNA分子是反向平行的雙螺旋結(jié)構(gòu),①磷酸與②脫氧核糖交替排列在外側(cè),構(gòu)成了DNA的基本骨架;④中的③②及②下方的磷酸基團組成胞嘧啶脫氧核苷酸;堿基互補配對,配對堿基之間通過氫鍵相連; DNA分子中特定的脫氧核苷酸序列代表了遺傳信息;G與C之間形成3條氫鍵,G與C含量越多,DNA分子越
32、穩(wěn)定;根據(jù)堿基互補配對原則,⑤⑥⑦⑧依次代表A、G、C、T。 6.下列有關(guān)DNA復(fù)制的說法中,正確的是( ) A.DNA復(fù)制時只有一條鏈可以作為模板 B.DNA復(fù)制所需要的原料是4種脫氧核苷酸 C.DNA復(fù)制的場所只有細胞核 D.DNA復(fù)制的時間只能是有絲分裂間期 解析:選B DNA復(fù)制時, 兩條鏈都可以作為模板,真核生物DNA復(fù)制的場所可以是細胞核,也可以是線粒體和葉綠體,在細菌體內(nèi)還可以是擬核。DNA復(fù)制時需要的原料是4種脫氧核苷酸。 7.把培養(yǎng)在含輕氮(14N)環(huán)境中的一個細菌,轉(zhuǎn)移到含重氮(15N)環(huán)境中,培養(yǎng)相當于繁殖一代的時間,然后全部放回原環(huán)境中培養(yǎng)相當于連續(xù)繁殖
33、兩代的時間后,細菌DNA組成分析表明( ) A.3/4輕氮型、1/4中間型 B.1/4輕氮型、3/4中間型 C.1/2輕氮型、1/2中間型 D.3/4重氮型、1/4中間型 解析:選A 輕氮(14N)環(huán)境中的一個細菌轉(zhuǎn)移到重氮(15N)環(huán)境中培養(yǎng)相當于繁殖一代的時間后,DNA分子全為15N/14N,再返回輕氮(14N)環(huán)境中培養(yǎng)繁殖,產(chǎn)生8個DNA分子,3/4輕氮型、1/4中間型。 8.如圖表示DNA分子復(fù)制的片段,圖中a、b、c、d表示各條脫氧核苷酸鏈。一般地說,下列各項中正確的是( ) A.a(chǎn)和c的堿基序列互補 B.b和c的堿基序列相同 C.a(chǎn)鏈中(A+T)/(G+
34、C)的比值與b鏈中同項比值相同 D.a(chǎn)鏈中(A+T)/(G+C)的比值與d鏈中同項比值不同 解析:選C a、d兩條母鏈堿基互補,a、b兩條鏈堿基互補,c、d兩條鏈堿基互補,可推出a和c堿基序列相同,b和c堿基序列互補;兩條互補鏈中的(A+T)/(G+C)相同。 9.(山東高考)某研究小組測定了多個不同雙鏈DNA分子的堿基組成,根據(jù)測定結(jié)果繪制了DNA分子的一條單鏈與其互補鏈、一條單鏈與其所在DNA分子中堿基數(shù)目比值的關(guān)系圖,下列正確的是( ) 解析:選C DNA分子中(A+C)/(T+G)應(yīng)始終等于1;一條單鏈中(A+C)/(T+G)與其互補鏈中(A+C)/(T+G)互為倒數(shù),一
35、條單鏈中(A+C)/(T+G)=0.5時,互補鏈中(A+C)/(T+G)=2;一條單鏈中(A+T)/(G+C)與其互補鏈中(A+T)/(G+C)及DNA分子中(A+T)/(G+C)都相等。 10.某DNA分子中含有1 000個堿基對(被32P標記),其中有胸腺嘧啶400個。若將該DNA分子放在只含被31P標記的脫氧核苷酸的培養(yǎng)液中讓其復(fù)制兩次,其結(jié)果不可能是( ) A.含32P的DNA分子占1/2 B.含31P的DNA分子占1/2 C.子代DNA分子相對分子質(zhì)量平均比原來減少1 500 D.共消耗鳥嘌呤脫氧核苷酸1 800個 解析:選B 該DNA分子在含31P的培養(yǎng)液中復(fù)制兩次,
36、可得到4個DNA分子,其中含31P的DNA分子占100%,含32P的DNA分子占2/4=1/2。因為DNA復(fù)制為半保留復(fù)制,親代DNA分子的兩條鏈只可能進入兩個子代DNA分子中;4個DNA分子中有兩個DNA分子的每條鏈都只含有31P,還有兩個DNA分子都是一條鏈含31P,另一條鏈含32P。前兩個DNA 分子相對分子質(zhì)量比原DNA分子共減少了4 000,后兩個DNA分子比原DNA分子共減少了2 000,這樣4個DNA分子的相對分子質(zhì)量平均比原來減少了6 000/4=1 500;在1 000個堿基對的DNA分子中,胸腺嘧啶400個,則含有鳥嘌呤個數(shù)(1 000×2-400×2)/2=600(個),
37、復(fù)制兩次所消耗鳥嘌呤脫氧核苷酸數(shù)目為600×(22-1)=1 800(個)。 二、非選擇題(共30分) 11.(10分)如圖是DNA片段的結(jié)構(gòu)圖,請據(jù)圖回答問題。 (1)圖甲是DNA片段的________結(jié)構(gòu),圖乙是DNA片段的________結(jié)構(gòu)。 (2)填出圖中部分結(jié)構(gòu)的名稱:[2]________________、[5]__________________。 (3)從圖中可以看出DNA分子中的兩條鏈是由________和________交替連接的。 (4)連接堿基對的化學鍵是____________,堿基配對的方式如下:即________與________配對;___
38、_____與________配對。 (5)從圖甲可以看出組成DNA分子的兩條鏈的方向是________的,從圖乙可以看出組成DNA分子的兩條鏈相互纏繞成________的________結(jié)構(gòu)。 (6)含有200個堿基的某DNA片段中堿基間的氫鍵共有260個。請回答: ①該DNA片段中共有腺嘌呤________個,C和G共________對。 ②該DNA片段復(fù)制4次,共需原料胞嘧啶脫氧核苷酸________個。 ③在DNA分子穩(wěn)定性的比較中,________堿基對的比例高,DNA分子穩(wěn)定性高。 解析:(1)從圖中可以看出:甲表示的是DNA分子的平面結(jié)構(gòu)。而乙表示的是DNA分子的立體(
39、空間)結(jié)構(gòu)。(2)圖中2表示的是一條脫氧核苷酸鏈片段,而5表示的是腺嘌呤脫氧核苷酸。(3)從圖甲的平面結(jié)構(gòu)可以看出:DNA分子中脫氧核糖和磷酸交替連接,排列在外側(cè)構(gòu)成了基本骨架。(4)DNA分子的兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對,且有一定規(guī)律:A與T配對,G與C配對。(5)根據(jù)圖甲可以判斷:組成DNA分子的兩條脫氧核苷酸鏈是反向平行的;從圖乙可以看出組成DNA分子的兩條脫氧核苷酸鏈相互纏繞成規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。(6)①堿基對G和C之間有三個氫鍵,而A和T間有兩個氫鍵,設(shè)該DNA片段堿基A有x個,堿基G有y個,則有以下關(guān)系:x+y=200×1/2=100,2x+3y=260,解得A為40個,G和
40、C各為60個。②復(fù)制4次共需原料C為:(24-1)×60=900個。③C和G之間的氫鍵多于A、T之間的氫鍵,因此C和G比例越高,DNA分子穩(wěn)定性越大。 答案:(1)平面 立體(或空間) (2)一條脫氧核苷酸鏈片段 腺嘌呤脫氧核苷酸 (3)脫氧核糖 磷酸 (4)氫鍵 A(腺嘌呤) T(胸腺嘧啶) G(鳥嘌呤) C(胞嘧啶) (5)反向 規(guī)則 雙螺旋 (6)①40 60?、?00?、跜和G 12.(10分)DNA指紋技術(shù)正發(fā)揮著越來越重要的作用,目前在親子鑒定、偵察罪犯等方面是最為可靠的鑒定技術(shù)。 請思考回答下列有關(guān)DNA指紋技術(shù)的問題: (1)DNA親子鑒定中,DNA探針必不可少,DNA
41、探針實際是一種已知堿基順序的DNA片段。請問:DNA探針尋找基因所用的原理是:_______________________________。 (2)用DNA做親子鑒定時,小孩的條碼會一半與其生母相吻合,另一半與其生父相吻合,其原因是________________________________________________________。 (3)如圖為通過提取某小孩和其母親以及待測定的兩位男性的DNA,進行DNA指紋鑒定,部分結(jié)果如圖所示。則該小孩的真正生物學父親是_________________________。 (4)現(xiàn)在已知除了一卵雙生胞胎外,每個人的DNA是獨一無二
42、的,就好像指紋一樣,這說明了:______________________________________________________________。 (5)為什么用DNA做親子鑒定,而不用RNA?________________________。 (6)為了確保實驗的準確性,需要克隆出較多的DNA樣品,若一個只含31P的DNA分子用32P標記的脫氧核苷酸為原料連續(xù)復(fù)制3次后,含32P的單鏈占全部單鏈的________。 解析:DNA具有特異性,不同個體的DNA分子不同,因此可利用DNA分子雜交原理進行親子鑒定。由于子代的同源染色體一條來自父方,一條來自母方,因此親子鑒定時,應(yīng)一半
43、與父親吻合,一半與母親吻合。人體所有細胞都來源于同一個受精卵,因此都含有相同的遺傳物質(zhì)。 答案:(1)堿基互補配對原則 (2)孩子的每一對同源染色體一條來自父親,一條來自母親 (3)B (4)DNA分子具有多樣性和特異性 (5)因為基因在DNA上,而不在RNA上,且DAN具有特異性 (6)7/8 13.(10分)DNA復(fù)制方式可以通過設(shè)想來進行預(yù)測,可能的情況是:全保留復(fù)制、半保留復(fù)制、分散復(fù)制。 (1)根據(jù)圖示對三種復(fù)制作出可能的假設(shè): ①如果是全保留復(fù)制,則1個DNA分子形成2個DNA分子,其中一個是__________,而另一個是_______________________
44、________________________________________; ②如果是半保留復(fù)制,則新形成的兩個DNA分子各有____________________; ③如果是分散復(fù)制,則新形成的DNA分子中__________________________________。 (2)請設(shè)計實驗來證明DNA的復(fù)制方式。 實驗步驟: ①在氮源為14N的培養(yǎng)基上生長的大腸桿菌,其DNA分子均為14N-DNA(對照)。 ②在氮源為15N的培養(yǎng)基上生長的大腸桿菌, 其DNA分子均為15N-DNA(親代)。 ③將親代含15N的大腸桿菌轉(zhuǎn)移到14N培養(yǎng)基上,再連續(xù)繁殖兩代(Ⅰ和Ⅱ),
45、用密度梯度離心方法分離。 (3)實驗預(yù)測: ①如果與對照(14N/14N)相比,子代Ⅰ能分離出兩條帶:________和________,則可以排除________,同時肯定是________________。 ②如果子代 Ⅰ 只有一條________,則可以排除________,但不能肯定是_______。 ③如果子代 Ⅰ只有一條中密度帶,再繼續(xù)做子代ⅡDNA密度鑒定,若子代Ⅱ可以分出____________和____________,則可以排除__________________,同時肯定__________。 ④如果子代Ⅱ不能分出________兩條密度帶,則排除________,同時肯定________。 (4)用圖例表示出最可能的實驗結(jié)果。 答案:(1)①親代的 新形成的?、谝粭l鏈來自親代DNA,另一條鏈是新形成的 ③每條鏈中的一些片段是母鏈的,另一些片段是子鏈的 (3)①一條輕密度帶(14N/14N) 一條重密度帶(15N/15N) 半保留復(fù)制和分散復(fù)制 全保留復(fù)制?、谥忻芏葞?14N/15N) 全保留復(fù)制 半保留復(fù)制還是分散復(fù)制?、垡粭l中密度帶(14N/15N) 一條輕密度帶(14N/14N) 分散復(fù)制 半保留復(fù)制?、苤?、輕 半保留復(fù)制 分散復(fù)制 (4)最可能的實驗結(jié)果(如圖所示): 20
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