必修二 2-2 DNA分子的結(jié)構(gòu)、復(fù)制及基因是
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1、 第2講 DNA分子的結(jié)構(gòu)、復(fù)制及基因是 有遺傳效應(yīng)的DNA片段 DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(Ⅱ) 基因的概念(Ⅱ) DNA分子的復(fù)制(Ⅱ) 知識點一 DNA分子的結(jié)構(gòu) 知識點二 DNA分子的復(fù)制 1.對DNA分子復(fù)制的推測 沃森和克里克提出了遺傳物質(zhì)自我復(fù)制的假說 2.DNA分子的復(fù)制 (1)概念:以親代DNA分子為模板,按⑧________原則,合成子代DNA分子的過程 (2)過程:解旋→以母鏈為模板按⑨________原則合成與母鏈互補(bǔ)的子鏈→延伸 子鏈→母鏈、子鏈盤繞成________ (3)發(fā)生時期:有絲分裂的?________和?______
2、__的間期,隨染色體復(fù)制而完成的 (4)所需條件:模板:?________;原料:?________;能量:ATP;酶:?________等 (5)結(jié)果:1個DNA分子就形成?________完全相同的DNA分子。 (6)特點 (7) (8)意義 知識點三 基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段 1.基因與DNA的關(guān)系 (1)基因是有________的DNA片段 (2)每個DNA分子含有________個基因 (3)DNA分子中存在不是基因的片段 2.DNA片段中的遺傳信息 (1)DNA分子能夠儲存足夠量的________ (2)遺傳信息蘊(yùn)藏在4種堿基的________之中
3、(3)DNA分子的多樣性源于________的多樣性 (4)DNA分子的特異性源于每個DNA分子的堿基的____順序 3.基因與性狀的關(guān)系 基因是控制生物性狀的結(jié)構(gòu)單位和功能單位 4.生物體多樣性和特異性的物質(zhì)基礎(chǔ) ________分子的多樣性和特異性 試一試:你是否能用圖解的形式表示染色體、DNA、基因、蛋白質(zhì)及性狀的關(guān)系? 巧記:DNA分子結(jié)構(gòu)的“五·四·三·二·一” ○、、?(磷酸、脫氧核糖、堿基) 脫氧核苷酸長鏈(堿基對有A與T、G與C兩種配對方式) 判一判 1.DNA初步水解的產(chǎn)物是4種脫氧核苷酸,徹底水解的產(chǎn)物有磷酸、脫
4、氧核糖和堿基(A、T、G、C 4種)( )。 2.T2噬菌體DNA中堿基對的排列順序是千變?nèi)f化的( )。 3.DNA復(fù)制的場所不只是細(xì)胞核( )。 4.DNA雙螺旋全部解鏈后,開始DNA復(fù)制( )。 5.單個脫氧核苷酸在DNA酶的作用下連接成子鏈,并且2條子鏈形成子代DNA分子( )。 6.有遺傳效應(yīng)的片段只有DNA片段( )。 7.某DNA片段中有100個脫氧核苷酸,則可能的排列順序為2100種( )。 自我校對: ①磷酸?、诿撗鹾颂恰、勖撗鹾塑账帷、苊撗鹾塑账徭湣、蓦p螺旋?、? ⑦3?、鄩A基互補(bǔ)配對?、釅A基互補(bǔ)配對 雙螺旋結(jié)構(gòu) ?間期 ?減數(shù)第一次分裂前 ?D
5、NA分子的兩條鏈 ?4種游離的脫氧核苷酸 ?解旋酶、DNA聚合酶 ?2個 ?邊解旋邊復(fù)制 ?雙螺旋結(jié)構(gòu) ?堿基互補(bǔ)配對原則 ?連續(xù)性 基因突變 遺傳效應(yīng) 多 遺傳信息 排列順序 堿基排列順序 特定的排列 DNA 試一試:染色體DNA基線性排列因蛋白質(zhì)生物(性狀)多樣性 判一判:1.√ 2.× 3.√ 4.× 5.× 6.× 7.× 提示 5.在DNA聚合酶的作用下,而不是DNA酶;子代DNA是親代1條模板鏈和子鏈形成。7.排列順序應(yīng)為4n,n指堿基對數(shù),100個=50對,即應(yīng)為450種,其中“4”有特定含義,代表4種堿基,不能寫成2100。 DNA分子的結(jié)構(gòu)、特性及基因的本質(zhì)
6、 一、DNA分子的結(jié)構(gòu)與特性 1.DNA分子結(jié)構(gòu)模式圖信息解讀 (1)每個脫氧核苷酸中,脫氧核糖中1號碳與堿基相連接,5號碳與磷酸相連接,3號碳上的-OH與下一個脫氧核苷酸的磷酸脫水聚合形成磷酸二酯鍵相連接,如圖。 (2)○、、?之間的數(shù)量關(guān)系是1∶1∶1。 (3)兩個核苷酸的○和之間的磷酸二酯鍵,用限制性核酸內(nèi)切酶處理可切斷,用DNA連接酶處理可連接。 (4)堿基對之間的氫鍵(一種分子間作用力,不是化學(xué)鍵),可用解旋酶斷裂,也可加熱斷裂。 2.DNA分子特性 (1)穩(wěn)定性:磷酸和脫氧核糖交替連接,排列在外側(cè)構(gòu)成基本骨架。 (2)多樣性:堿基對多種多樣的排列順序
7、。 若某DNA分子中有n個堿基對,則排列順序有4n種,其中n代表堿基對數(shù)。 (3)特異性:每種DNA分子都有特定的堿基對排列順序,代表了特定的遺傳信息。 二、堿基互補(bǔ)配對原則及相關(guān)計算 (1)嘌呤總數(shù)與嘧啶總數(shù)相等,即A+G=T+C。 (2)在雙鏈DNA分子中,互補(bǔ)堿基之和所占比例在任意一條鏈及整個DNA分子中都相等。 設(shè)在雙鏈DNA分子中的一條鏈上A1+T1=n%,因為A1=T2,A2=T1,則:A1+T1=A2+T2=n%。 所以A+T=A1+A2+T1+T2==n%。 簡記為“配對的兩堿基之和在單、雙鏈中所占比例相等”。 (3)雙鏈DNA分子中,非互補(bǔ)堿基之和所占比
8、例在兩條互補(bǔ)鏈中互為倒數(shù)。 設(shè)雙鏈DNA分子中,一條鏈上:=m, 則:==m,互補(bǔ)鏈上=。 簡記為:“DNA兩互補(bǔ)鏈中,不配對兩堿基和的比值乘積為1?!? DNA分子中的其他數(shù)量關(guān)系 (1)DNA分子中,脫氧核苷酸數(shù)∶脫氧核糖數(shù)∶磷酸數(shù)∶含氮堿基數(shù)=1∶1∶1∶1。(2)配對的堿基,A與T之間形成2個氫鍵,G與C之間形成3個氫鍵,C-G對占比例越大,DNA結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。(3)每條脫氧核苷酸鏈上都只有一個游離的磷酸基,因此DNA分子中含有2個游離的磷酸基。 三、基因與脫氧核苷酸、DNA和染色體之間的關(guān)系 關(guān) 系 內(nèi) 容 基因與脫 氧核苷酸 基因的基本組成單位是脫氧核苷酸,
9、基因中脫氧核苷酸的排列順序稱為遺傳信息 基因與DNA 基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段,每個DNA分子上有很多個基因 基因與染色體 基因在染色體上呈線性排列,染色體是基因的主要載體 圖 示 (1)對于真核細(xì)胞來說,染色體是基因的主要載體;線粒體和葉綠體也是基因的載體。(2)對于原核細(xì)胞來說,擬核中的DNA分子或者質(zhì)粒DNA均是裸露的,并不與蛋白質(zhì)一起構(gòu)成染色體。 本考點高考命題多以選擇題形式出現(xiàn),考查概念、特點等基礎(chǔ)知識較常見,試題難度小,命題頻率低。提醒考生要關(guān)注與堿基互補(bǔ)配對相關(guān)的計算,2014未必不考。 【典例1】 (易錯題)在一個DNA分子中,腺嘌呤與胸腺嘧啶
10、之和占全部堿基數(shù)目的54%,其中一條鏈中鳥嘌呤、胸腺嘧啶分別占該鏈堿基總數(shù)的22%和28%,則由該鏈轉(zhuǎn)錄的信使RNA中鳥嘌呤占堿基總數(shù)的( )。 A.24% B.22% C.26% D.23% 破題關(guān)鍵 解析 若計算信使RNA中鳥嘌呤所占比例,應(yīng)該先計算DNA分子的模板鏈中C所占比例。根據(jù)規(guī)律(2)可知,在模板鏈中A+T所占比例也為54%,又因為該鏈中G=22%,所以C=1-(54%+22%)=24%。 答案 A ——單雙鏈轉(zhuǎn)化公式的推導(dǎo):本題可直接應(yīng)用 (1)公式推導(dǎo)(結(jié)合下圖): 由圖知:A1+T1+C1+G1=m A2+T2+G2+C2=m,整個雙鏈
11、DNA上的堿基總數(shù)為2m。 ∵A1=T2、T1=A2 則A1+T1=A2+T2,A+T=(A1+T1)+(A2+T2), 比值:== ↑ ↑ ↑ 單鏈1的比值 單鏈2的比值 雙鏈DNA的比值 簡記為“配對的兩堿基之和在單、雙鏈中所占比例相等”。 【訓(xùn)練1】 下列是一組有關(guān)雙鏈DNA分子中含氮堿基的問題,請回答: (1)若A占20%,G占多少? (2)若雙鏈DNA分子中A占20%,且一條鏈中的A為20%,則此鏈中C的最大值是多少? (3)一條鏈中=0.4,互補(bǔ)鏈中的此值是多少? (4)一條鏈中=0.4,互補(bǔ)鏈中的此值是多少? (5)若A有P個
12、,占全部堿基數(shù)的20%,則該DNA分子中的G有多少個? 解析 本題通過DNA分子中的堿基組成及其比例,考查堿基互補(bǔ)配對原則,正確理解DNA分子中的堿基配對原則是正確解題的關(guān)鍵。 (1)由“雙鏈DNA分子的嘌呤堿基占總堿基數(shù)的一半”可知:A+G=50%,因此G=30%。 (2)由雙鏈DNA分子中A占20%可知:該DNA分子中A+T占40%,C+G占60%,對任一條鏈而言,某種堿基的最大值就是該對堿基所占的比例,因此,C最多時占該鏈的60%。 (3)由“雙鏈DNA分子中,一條鏈中的與另一條鏈中的該比值互為倒數(shù)”可知:其互補(bǔ)鏈中的==2.5。(4)由于“雙鏈DNA分子及任一條鏈中的為一定值”
13、,所以其互補(bǔ)鏈中的=0.4。(5)若A有P個,占全部堿基數(shù)的20%,則DNA分子的總堿基數(shù)為=5P,而由“雙鏈DNA分子的嘌呤堿基占總堿基數(shù)的一半”可知:G占總堿基數(shù)的比例=50%-20%=30%,則G=5P×30%=1.5P(個)。 答案 (1)30% (2)60% (3)2.5 (4)0.4 (5)1.5P DNA復(fù)制的研究方法、過程和條件 1.研究DNA復(fù)制的常用方法 同位素標(biāo)記法和離心法,常標(biāo)記3H、15N,通過離心在試管中形成不同位置的DNA條帶。 2.DNA復(fù)制的過程(認(rèn)真分析下面兩幅圖)及意義 標(biāo)準(zhǔn)圖: 簡化圖: 【要點闡釋】 DNA復(fù)制的場所
14、 真核細(xì)胞:細(xì)胞核(主要)、線粒體、葉綠體 原核細(xì)胞:擬核、細(xì)胞質(zhì)(細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)) DNA復(fù)制的條件 模板 親代DNA的兩條鏈 原料 4種游離的脫氧核苷酸 能量 ATP 酶 解旋酶、DNA聚合酶等 DNA復(fù)制的特點 ①半保留復(fù)制;②邊解旋邊復(fù)制 DNA復(fù)制的意義 ①遺傳信息的傳遞,使物種保持相對穩(wěn)定和延續(xù) ②由于復(fù)制差錯而出現(xiàn)基因突變,從而為進(jìn)化提供了原始的選擇材料 (1)子代DNA分子中模板鏈與另一DNA分子中新合成的子鏈堿基序列完全相同。(2)影響細(xì)胞呼吸(ATP供給)的所有因素都可能影響DNA復(fù)制。(3)體外也可進(jìn)行,即PCR擴(kuò)增技術(shù),除滿足上述條件外,
15、還應(yīng)注意溫度、pH的控制及引物的加入。 3.DNA復(fù)制過程中的數(shù)量關(guān)系 由于DNA分子的復(fù)制是一種半保留復(fù)制方式,一個DNA分子連續(xù)進(jìn)行n次復(fù)制,可形成2n個子代DNA,其中只有2個DNA分子含有最初親代的母鏈。圖解如下: (1)一個DNA不論復(fù)制多少次,產(chǎn)生的子代DNA分子中含母鏈的DNA分子數(shù)總是2個,含母鏈也總是2條。 (2)計算比值:n次復(fù)制后,形成的子代DNA分子中,含親代DNA母鏈的有兩個DNA分子,占子代DNA總數(shù)的=;親代DNA分子母鏈兩條,占子代DNA中脫氧核苷酸鏈總數(shù)的=。 (3)計算原料用量:復(fù)制所需的某脫氧核苷酸數(shù)=a×(2n-1),其中的a為所求的脫氧核
16、苷酸在原來DNA(即作模板的親代DNA)分子中的數(shù)量,n為復(fù)制次數(shù)。 本考點是高考重點考查的內(nèi)容之一。從高考試題來看,考查DNA的復(fù)制主要涉及DNA復(fù)制過程中的變化、特點,與細(xì)胞增殖、遺傳和變異等的關(guān)系,DNA的復(fù)制與其他生理過程(如轉(zhuǎn)錄、翻譯等)的區(qū)別等。 【典例2】 (2012·山東理綜,5)假設(shè)一個雙鏈均被32P標(biāo)記的噬菌體DNA由5 000個堿基對組成,其中腺嘌呤占全部堿基的20%。用這個噬菌體侵染只含31P的大腸桿菌,共釋放出100個子代噬菌體。下列敘述正確的是( )。 A.該過程至少需要3×105個鳥嘌呤脫氧核苷酸 B.噬菌體增殖需要細(xì)菌提供模板、原料和酶等 C.
17、含32P與只含31P的子代噬菌體的比例為1∶49 D.該DNA發(fā)生突變,其控制的性狀即發(fā)生改變 破題關(guān)鍵 解析 本題主要考查了噬菌體侵染細(xì)菌過程的相關(guān)知識以及DNA分子的有關(guān)計算。首先計算得出一個噬菌體DNA中鳥嘌呤脫氧核苷酸占30%,其數(shù)量是5 000×2×30%=3 000個,由一個噬菌體增殖為100個噬菌體,至少需要3 000×(100-1)=2.97×105個鳥嘌呤脫氧核苷酸,A錯誤;噬菌體侵染細(xì)菌的過程中,需要細(xì)菌提供原料、能量、酶等條件,但模板是由噬菌體提供的,B錯誤;根據(jù)DNA半保留復(fù)制的特點可知釋放出的100個子代噬菌體中含有32P與只含31P的子代噬菌體分別是2個、
18、98個,比例為1∶49,C正確;由于密碼子的簡并性等原因,DNA發(fā)生突變,其控制的性狀不一定發(fā)生改變,D錯誤。 答案 C 【訓(xùn)練2】 (2012·湖北)下圖是某DNA分子的局部結(jié)構(gòu)示意圖,請據(jù)圖回答。 (1)寫出下列圖中序號代表的結(jié)構(gòu)的中文名稱:①________,⑦_(dá)_______,⑧______________,⑨________________________________________________________________________。 (2)圖中DNA片段中堿基對有________對,該DNA分子應(yīng)有________個游離的磷酸基。 (3)從主鏈
19、上看,兩條單鏈________________;從堿基關(guān)系看,兩條單鏈____________。 (4)如果將14N標(biāo)記的細(xì)胞培養(yǎng)在含15N標(biāo)記的脫氧核苷酸的培養(yǎng)液中,此圖所示的________________(填圖中序號)中可測到15N。若細(xì)胞在該培養(yǎng)液中分裂四次,該DNA分子也復(fù)制四次,則得到的子代DNA分子中含14N的DNA分子和含15N的DNA分子的比例為________。 (5)若該DNA分子共有a個堿基,其中腺嘌呤有m個,則該DNA分子復(fù)制4次,需要游離的胞嘧啶脫氧核苷酸為________個。 解析 根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則可知:①是胞嘧啶,②是腺嘌呤,③是鳥嘌呤,④是胸腺嘧啶,
20、⑤是磷酸基團(tuán),⑥是胸腺嘧啶,⑦是脫氧核糖,⑧是胸腺嘧啶脫氧核苷酸,⑨是一條脫氧核苷酸鏈的片段。復(fù)制4次,產(chǎn)生16個DNA分子,由于DNA復(fù)制為半保留復(fù)制,含14N的DNA分子共2個,所有的DNA都含有15N,所以子代DNA分子中含14N和15N的比例為1∶8。A=T=m,則G=C=-m,復(fù)制4次,需要游離的胞嘧啶脫氧核苷酸為(24-1)×(-m)=15·(-m)。 答案 (1)胞嘧啶 脫氧核糖 胸腺嘧啶脫氧核苷酸 一條脫氧核苷酸鏈的片段 (2)4 2 (3)反向平行 互補(bǔ) (4)①②③④⑥⑧⑨ 1∶8 (5)15·(-m) 規(guī)避2個易錯點 易錯點1 計算時,亂套公式而出錯 點 撥 D
21、NA分子相關(guān)堿基互補(bǔ)配對演繹出來的各種計算公式是有前提條件的,其前提條件必須確認(rèn)為“雙鏈DNA分子”才成立,否則不成立。判定如下:①雙鏈DNA分子中A=T、G=C,若出現(xiàn)A≠T或G≠C可肯定不是雙鏈DNA。②若出現(xiàn)“嘌呤≠嘧啶”則可肯定不是雙鏈DNA分子,可能為“RNA”、“單鏈DNA”或“DNA+RNA”。 易錯點2 DNA復(fù)制結(jié)合有絲(減數(shù))分裂時對染色體(單體)的分配去向往往糾纏不清。參見糾錯演練2 糾錯演練 1.(2013·沈陽四校聯(lián)考)某噬菌體的DNA為單鏈DNA,四種堿基的比率是A-0.28、G-0.32、T-0.24、C-0.16。當(dāng)它感染宿主細(xì)胞時,能形成雜合型雙鏈DNA
22、分子,則雜合型雙鏈DNA分子中A、G、C、T的比率依次是( )。 A.0.24、0.16、0.32和0.28 B.0.26、0.24、0.24和0.26 C.0.28、0.32、0.24和0.16 D.0.24、0.26、0.26和0.24 解析 雙鏈DNA分子中A=T,G=C,排除A、C選項;單鏈中的堿基A、T與互補(bǔ)鏈中的堿基T、A對應(yīng),因此可計算出雙鏈DNA分子中A=T,占0.26,C=G,占0.24。 答案 B 2.(易錯題)(2010·山東理綜,7)蠶豆根尖細(xì)胞(2N=12)在含3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸培養(yǎng)基中完成一個細(xì)胞周期,然后在不含放射性標(biāo)記的培養(yǎng)基中繼續(xù)分裂
23、至中期,其染色體的放射性標(biāo)記分布情況是( )。 A.每條染色體的兩條單體都被標(biāo)記 B.每條染色體中都只有一條單體被標(biāo)記 C.只有半數(shù)的染色體中一條單體被標(biāo)記 D.每條染色體的兩條單體都不被標(biāo)記 繼續(xù)探究:根據(jù)題意,如果讓其在不含放射性標(biāo)記的培養(yǎng)基中繼續(xù)分裂至后期,則其染色體的放射性標(biāo)記分布情況應(yīng)該是怎樣的?其產(chǎn)生的子細(xì)胞中,含3H標(biāo)記的染色體條數(shù)為多少? 解析 (1)DNA復(fù)制是半保留復(fù)制,蠶豆根尖細(xì)胞在含3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸(3H-T)培養(yǎng)基中完成一個細(xì)胞周期,每一個DNA分子都有一條脫氧核苷酸鏈含3H-T,然后在不含放射性標(biāo)記的培養(yǎng)液中培養(yǎng)至中期,每個DNA分子復(fù)制的
24、兩個DNA分子存在于同一染色體的兩條姐妹染色單體上,其中一個DNA分子的一條鏈含3H-T,如下圖: 答案 B 繼續(xù)探究答案:繼續(xù)分裂至后期時24條染色體應(yīng)有12條帶有放射性,子細(xì)胞中含放射性的染色體則為0~12條。 DNA復(fù)制方式的探究 探究DNA復(fù)制是半保留復(fù)制還是全保留復(fù)制,可用同位素標(biāo)記技術(shù)和離心處理技術(shù),根據(jù)復(fù)制后DNA分子在試管中的位置即可確定復(fù)制方式。 1.實驗材料:大腸桿菌。 2.實驗方法:放射性同位素標(biāo)記技術(shù)和離心技術(shù)。 3.實驗假設(shè):DNA以半保留的方式復(fù)制。 4.實驗過程:(見圖) (1)大腸桿菌在含15N標(biāo)記的NH4Cl培養(yǎng)基中繁殖幾代,使DNA
25、雙鏈充分標(biāo)記15N。 (2)將含15N的大腸桿菌轉(zhuǎn)移到14N標(biāo)記的普通培養(yǎng)基中培養(yǎng)。 (3)在不同時刻收集大腸桿菌并提取DNA(間隔的時間為大腸桿菌繁殖一代所需時間)。 (4)將提取的DNA進(jìn)行離心,記錄離心后試管中DNA位置。 5.實驗預(yù)期:離心后應(yīng)出現(xiàn)3條DNA帶。(見圖) (1)重帶(密度最大):15N標(biāo)記的親代雙鏈DNA(15N/15N)。 (2)中帶(密度居中):一條鏈為15N,另一條鏈為14N標(biāo)記的子代雙鏈DNA(15N/14N)。 (3)輕帶(密度最小):兩條鏈都為14N標(biāo)記的子代雙鏈DNA(14N/14N)。 6.實驗結(jié)果:與預(yù)期的相符。 本考點全國新
26、課標(biāo)卷命題頻率低,但并不意味著本考點不重要,一旦命題往往是探究類綜合性大題,或者借用同位素標(biāo)記方法與有絲分裂、減數(shù)分裂結(jié)合而命題。 【典例】 科學(xué)家在研究DNA分子復(fù)制方式時進(jìn)行了如圖所示的實驗研究(已知培養(yǎng)用的細(xì)菌大約每20 min分裂一次): 實驗一:離心, 實驗二:離心, 實驗三: (1)實驗一和實驗二的作用是________。 (2)從實驗三的結(jié)果C、D可以看出DNA分子復(fù)制______(是/不是)半保留復(fù)制。 (3)如果實驗三的結(jié)果都為F,則可判斷DNA分子的復(fù)制方式________(是/不是)半保留復(fù)制。 (4)如果DNA分子的復(fù)制方式是半保留
27、復(fù)制,某次實驗的結(jié)果中,結(jié)果C比以往實驗結(jié)果所呈現(xiàn)的帶略寬,那么可能的原因是新合成DNA單鏈中的N尚有少部分為__________。 (5)如果DNA分子的復(fù)制方式是半保留復(fù)制,與結(jié)果D相比,結(jié)果E密度帶的數(shù)量和位置________________,放射性強(qiáng)度不同的是________帶。 解析 (1)實驗一和實驗二分別表示14N和15N標(biāo)記的DNA分子的離心結(jié)果,其作用是與后面的實驗結(jié)果形成對照。(2)從實驗三的結(jié)果C、D可以看出新形成的DNA分子中有的保留了原來DNA分子(15N/15N)中的一條鏈,可見DNA分子復(fù)制具有半保留復(fù)制的特點。(3)結(jié)果F表明原來被15N標(biāo)記的DNA分子的兩
28、條鏈沒有分開。(4)“中帶”為15N/14N,“中帶”略寬,說明新合成的DNA分子之間的相對分子質(zhì)量有差別,是由DNA單鏈中的N尚有少部分為15N引起的。(5)假設(shè)原有DNA分子數(shù)目為n,結(jié)果D和結(jié)果E都有2n個DNA分子為15N/14N,結(jié)果D有2n個DNA分子為14N/14N,結(jié)果E有6n個DNA分子為14N/14N,所以與結(jié)果D相比,結(jié)果E密度帶的數(shù)量和位置沒有變化,放射性強(qiáng)度發(fā)生變化的是輕帶。 答案 (1)對照 (2)是 (3)不是 (4)15N (5)沒有變化 輕 【訓(xùn)練】 (2013·衡陽六校聯(lián)考)細(xì)菌在含15N的培養(yǎng)基中繁殖數(shù)代后,細(xì)菌DNA的含氮堿基皆含有15N,然后再
29、將其移入含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng),抽取親代及子代的DNA,離心分離,如圖①~⑤為可能的結(jié)果,下列敘述錯誤的是( )。 A.子一代DNA應(yīng)為② B.子二代DNA應(yīng)為① C.子三代DNA應(yīng)為④ D.親代的DNA應(yīng)為⑤ 解析 由題意可知,子一代的DNA應(yīng)為全中(14N/15N),即圖②;子二代DNA應(yīng)為中(14N/15N)、輕(14N/14N),即圖①;子三代DNA應(yīng)為中(14N/15N)、輕(14N/14N),即圖③,而不是全輕(14N/14N);親代的DNA應(yīng)為全重(15N/15N),即圖⑤。 答案 C DNA分子的結(jié)構(gòu)、基因的本質(zhì)
30、 1.(2012·福建理綜,5)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(bǔ)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 D.5種 解析 此題考查DNA結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識。在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中,堿基A與T、G與C分別形成堿基對,胸腺嘧啶雙脫氧核苷
31、酸(假定用T′表示)應(yīng)與A配對形成氫鍵。故堿基序列為GTACATACATG的單鏈模板在正常脫氧核苷酸環(huán)境中會生成如下雙鏈DNA分子: GTACATACATG CATGTATGTAC ① ?、凇 、邸 、? 雙脫氧核苷酸會使子鏈合成終止,因此當(dāng)DNA復(fù)制時若加入胸腺嘧啶雙脫氧核苷酸(T′),可能會在①②③④位置替換堿基T而形成4種異常DNA片段,故可形成5種DNA分子。 答案 D 2.(2010·江蘇單科,1)下列關(guān)于核酸的敘述中,正確的是( )。 A.DNA和RNA中的五碳糖相同 B.組成DNA與ATP的元素種類不同 C.T2噬菌體的遺傳信息貯存在RNA中 D.雙鏈DNA分
32、子中嘌呤數(shù)等于嘧啶數(shù) 解析 本題主要考查核酸的組成、結(jié)構(gòu)和功能。DNA含有脫氧核糖,RNA含有核糖,A項錯誤;DNA和ATP都是由C、H、O、N、P五種元素組成,B項錯誤;T2噬菌體遺傳物質(zhì)為DNA,故其遺傳信息也儲存在DNA中,C項錯誤;雙鏈DNA嘌呤總和嘧啶堿基互補(bǔ)配對,故兩者數(shù)量相等,D項正確。 答案 D DNA的復(fù)制及實驗探究 3.(2011·浙江理綜,31)為了探究某物質(zhì)(X)的作用,研究者提出了以下實驗思路。 (1)實驗分組: 甲組:培養(yǎng)液+Y細(xì)胞+3H-TdR(3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷)+生理鹽水 乙組:培養(yǎng)液+Y細(xì)胞+3H-TdR+X(用生理鹽水配制) 每
33、組設(shè)置若干個重復(fù)樣品。 (2)分別測定兩組的CRD(細(xì)胞內(nèi)的放射性強(qiáng)度),求每組的平均值。 (3)將各樣品在適宜條件下培養(yǎng)合適時間后,測定其CRD,求每組平均值并進(jìn)行統(tǒng)計分析。 (要求與說明:答題時用X、CRD、3H-TdR表示相關(guān)名詞;Y細(xì)胞是能增殖的高等動物體細(xì)胞) 請回答下列問題。 (1)實驗?zāi)康模篲_______________________________________________________________________。 (2)預(yù)測實驗結(jié)果及結(jié)論:______________________________________________________
34、__________________ ________________________________________________________________________。 (3)實驗中采用3H-TdR的原因:________________________________________________________________________。 解析 (1)該實驗的變量為某物質(zhì)(X)的有無,因變量為細(xì)胞內(nèi)的放射性強(qiáng)度的大小。3H-TdR是用來合成DNA的原料,若細(xì)胞分裂旺盛,則細(xì)胞內(nèi)的放射性強(qiáng)度的平均值(CRD)就比較高。所以該實驗的目的是探究X對Y細(xì)胞增殖(DNA
35、合成)的影響。(2)X對Y細(xì)胞增殖(DNA合成)的影響可能是促進(jìn)、抑制或無任何作用。如果乙組CRD明顯高于甲組,說明X對Y細(xì)胞增殖(DNA合成)有促進(jìn)作用;如果乙組CRD與甲組基本相同,說明X對Y細(xì)胞增殖(DNA合成)無影響;如果乙組CRD明顯低于甲組,說明X對Y細(xì)胞增殖(DNA合成)有抑制作用。(3)堿基T為DNA特有堿基,若用3H-TdR來培養(yǎng)細(xì)胞,則可知細(xì)胞的放射性來自于細(xì)胞內(nèi)新合成的DNA。CRD越高,證明細(xì)胞增殖速度越快。 答案 (1)探究X對Y細(xì)胞增殖(DNA合成)的影響 (2)如果乙組CRD明顯高于甲組,說明X對Y細(xì)胞增殖(DNA合成)有促進(jìn)作用;如果乙組CRD與甲組基本相同
36、,說明X對Y細(xì)胞增殖(DNA合成)無影響;如果乙組CRD明顯低于甲組,說明X對Y細(xì)胞增殖(DNA合成)有抑制作用 (3)3H-TdR是DNA合成的原料之一,可根據(jù)CRD變化來判斷細(xì)胞增殖(DNA合成)情況 (時間:45分鐘) A級 基礎(chǔ)演練 1.(2013·杭州名校???下列有關(guān)DNA分子結(jié)構(gòu)的敘述錯誤的是( )。 A.雙鏈DNA分子中含有兩個游離的磷酸基團(tuán) B.DNA的—條單鏈上相鄰的堿基A與T之間通過氫鍵連接 C.嘌呤堿基與嘧啶堿基的結(jié)合保證了DNA分子空間結(jié)構(gòu)的相對穩(wěn)定 D.DNA分子兩條鏈反向平行 解析 DNA的一條單鏈上相鄰的堿基A與T之間通過脫氧核糖-磷酸-脫氧
37、核糖連接。 答案 B 2.已知病毒的核酸有雙鏈DNA、單鏈DNA、雙鏈RNA、單鏈RNA四種類型?,F(xiàn)發(fā)現(xiàn)一種新病毒,要確定其核酸屬于哪一種類型,應(yīng)該( )。 A.分析堿基類型,確定堿基比例 B.分析蛋白質(zhì)的氨基酸組成,確定五碳糖類型 C.分析堿基類型,確定五碳糖類型 D.分析蛋白質(zhì)的氨基酸組成,確定堿基類型 解析 DNA的堿基組成是A、T、G、C,RNA的堿基組成是A、U、G、C;含T的一定是DNA,含U的一定是RNA;雙鏈DNA的堿基A=T,G=C;雙鏈RNA的堿基A=U,G=C;單鏈DNA和單鏈RNA的堿基沒有一定的比例。 答案 A 3.(新題快遞)從分子水平上對生物體
38、具有多樣性或特異性的分析,錯誤的是( )。 A.堿基對的排列順序的千變?nèi)f化,構(gòu)成了DNA分子基因的多樣性 B.堿基對的特定的排列順序,又構(gòu)成了每一個DNA分子基因的特異性 C.一個含2 000個堿基的DNA分子,其堿基對可能的排列方式就有41 000種 D.人體內(nèi)控制β-珠蛋白的基因由1 700個堿基對組成,其堿基對可能的排列方式有41 700種 解析 β-珠蛋白基因堿基對的排列順序,是β-珠蛋白所特有的。任意改變堿基的排列順序后,合成的就不一定是β-珠蛋白。 答案 D 4.(2013·濰坊、東營、淄博、濱州四市聯(lián)考)下列有關(guān)染色體、DNA、基因、脫氧核苷酸的說法,不正確的是(
39、 )。 A.基因一定位于染色體上 B.基因在染色體上呈線性排列 C.四種脫氧核苷酸的數(shù)目和排列順序決定了基因的多樣性和特異性 D.一條染色體上含有1個或2個DNA分子 解析 基因是具有遺傳效應(yīng)的DNA片段,DNA不一定位于染色體上,因此基因不一定位于染色體上,故A錯誤;多個基因位于同一條染色體上,基因在染色體上呈線性排列,故B正確;不同基因中脫氧核苷酸的數(shù)目和排列順序不同,基因具有多樣性,而每一個基因中脫氧核苷酸的數(shù)目和排列順序是特定的,因此基因又具有特異性,故C正確;沒有復(fù)制的每條染色體含有1個DNA分子,復(fù)制后的每條染色體含有2條染色單體,每條染色單體含有1個DNA分子,故D正
40、確。 答案 A 5.(2013·南昌調(diào)研)如圖為果蠅某一條染色體上的幾個基因示意圖,有關(guān)敘述正確的是( )。 A.R基因中的全部脫氧核苷酸序列都能編碼蛋白質(zhì) B.R、S、N、O互為非等位基因 C.果蠅的每個基因都是由成百上千個核糖核苷酸組成的 D.每個基因中有一個堿基對的替換,都會引起生物性狀的改變 解析 R基因中的全部脫氧核苷酸序列不一定都能編碼蛋白質(zhì),如非編碼區(qū)和內(nèi)含子不能編碼蛋白質(zhì);R、S、N、O控制果蠅不同的性狀,互為非等位基因;基因的基本組成單位是脫氧核苷酸;由于密碼子具有簡并性,基因中有一個堿基對的替換,不一定會引起生物性狀的改變。 答案 B 6.(2013
41、·廈門質(zhì)檢)下列關(guān)于DNA復(fù)制的敘述,正確的是( )。 A.DNA復(fù)制時,嚴(yán)格遵循A-U、C-G的堿基互補(bǔ)配對原則 B.DNA復(fù)制時,兩條脫氧核糖核苷酸鏈均可作為模板 C.DNA分子全部解旋后才開始進(jìn)行DNA復(fù)制 D.脫氧核苷酸必須在DNA酶的作用下才能連接形成子鏈 解析 DNA復(fù)制時,嚴(yán)格遵循A-T、C-G的堿基互補(bǔ)配對原則;DNA是以兩條脫氧核苷酸鏈作為模板進(jìn)行復(fù)制的;DNA分子邊解旋邊復(fù)制;脫氧核苷酸必須在DNA聚合酶的作用下才能連接形成子鏈。 答案 B 7.下圖表示DNA復(fù)制的過程,結(jié)合圖示下列有關(guān)敘述不正確的是( )。 A.DNA復(fù)制過程中首先需要解旋酶破壞
42、DNA雙鏈之間的氫鍵,使兩條鏈解開 B.DNA分子的復(fù)制具有雙向復(fù)制的特點,生成的兩條子鏈的方向相反 C.從圖示可知,DNA分子具有多起點復(fù)制的特點,縮短了復(fù)制所需的時間 D.DNA分子的復(fù)制需要DNA聚合酶將單個脫氧核苷酸連接成DNA片段 解析 雖然DNA具有多起點復(fù)制的特點,但圖中所示每條鏈只沿一個起點在復(fù)制。 答案 C 8.(易錯題)從某種生物中提取出核酸樣品,經(jīng)科學(xué)家檢測和計算后,堿基之間的相互關(guān)系如下:=1,=1。據(jù)此結(jié)果,可判斷該樣品( )。 A.確定是雙鏈DNA B.確定是單鏈DNA C.無法確定單雙鏈 D.只存在于細(xì)胞核
43、中 解析 核酸內(nèi)含有“T”,說明該核酸是DNA,DNA主要存在于細(xì)胞核中,細(xì)胞質(zhì)中也有少量分布,且如果該生物是病毒,則不存在細(xì)胞結(jié)構(gòu),D錯誤。由所給等式能推導(dǎo)出A=C、G=T,單鏈和雙鏈都有可能。 答案 C 9.(2012·福建四地六校二次聯(lián)考)如圖是DNA分子結(jié)構(gòu)模式圖,請據(jù)圖回答下列問題。 (1)組成DNA的基本單位是[ ]________________________________________________________________________。 (2)圖中1、2、6的名稱依次為:________、________、________。 (3)圖中8示意
44、的是________________________________________________________________________。 在雙鏈DNA分子中嘌呤與嘧啶之間的數(shù)量關(guān)系可表示為 ________________________________________________________________________。 (4)由于解旋酶的作用使[ ]________斷裂,兩條扭成螺旋的雙鏈解開,若4是胞嘧啶,則3是________。 (5)上述DNA分子徹底水解得到的產(chǎn)物是( )。 A.脫氧核糖、核糖和磷酸 B.脫氧核糖、堿基和磷酸 C.核糖、堿基
45、和磷酸 D.核糖核苷酸、堿基和磷酸 (6)基因D與d的根本區(qū)別是 ( )。 A.基因D能控制顯性性狀,基因d能控制隱性性狀 B.基因D、基因d所含的脫氧核苷酸種類不同 C.4種脫氧核苷酸的排列順序不同 D.在染色體上的位置不同 (7)如圖表示兩個脫氧核苷酸之間靠氫鍵相連,其中正確的是( )。 (8)從生物“適應(yīng)的相對性”、“基因突變的低頻性 ”可見DNA作為遺傳物質(zhì),其分子結(jié)構(gòu)具有________性。 解析 (1)組成DNA的基本單位是脫氧核苷酸,1個脫氧核苷酸分子由1分子磷酸、1分子脫氧核糖、1分子含氮堿基(A、T、G、C)組成。(3)DNA分子由兩條鏈組成,這兩條
46、鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu),圖中8示意的是一條脫氧核苷酸鏈的片段。在雙鏈DNA分子中嘌呤數(shù)與嘧啶數(shù)相等。(4)在DNA分子復(fù)制過程中,由于解旋酶的作用使氫鍵斷裂,兩條扭成螺旋的雙鏈解開,這個過程稱作解旋。根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則,若4是胞嘧啶,則3是鳥嘌呤。(5)DNA分子初步水解后形成四種脫氧核苷酸,徹底水解得到的產(chǎn)物是脫氧核糖、堿基和磷酸。(6)等位基因D與d的形成是由于基因突變,根本區(qū)別是4種脫氧核苷酸的排列順序不同。(7)DNA分子是由兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈組成,兩個脫氧核苷酸之間靠氫鍵相連。 答案 (1)5 脫氧核苷酸 (2)磷酸(基團(tuán)) 脫氧核糖 堿基對 (3)一條脫氧核苷
47、酸鏈的片段 嘌呤數(shù)=嘧啶數(shù)(A+G=T+C) (4)7 氫鍵 鳥嘌呤 (5)B (6)C (7)B (8)穩(wěn)定 10.(2012·福州質(zhì)檢)蠶豆體細(xì)胞染色體數(shù)目2n=12,科學(xué)家用3H標(biāo)記蠶豆根尖細(xì)胞的DNA,可以在染色體水平上研究真核生物的DNA復(fù)制方式。實驗的基本過程如下: Ⅰ.將蠶豆幼苗培養(yǎng)在含有3H的胸腺嘧啶核苷的培養(yǎng)基上,培養(yǎng)一段時間后,觀察細(xì)胞分裂中期染色體的放射性情況。 Ⅱ.當(dāng)DNA分子雙鏈都被3H標(biāo)記后,再將根移到含有秋水仙素的無放射性培養(yǎng)基中,培養(yǎng)一段時間后,觀察細(xì)胞分裂中期染色體的放射性情況。 請回答相關(guān)問題。 (1)蠶豆根尖細(xì)胞進(jìn)行的分裂方式是_________
48、_______________________________________________________________; 秋水仙素能使部分細(xì)胞的染色體數(shù)目加倍,其作用的機(jī)理是________________________________________________________________________。 (2)Ⅰ中,在根尖細(xì)胞進(jìn)行第一次分裂時,每一條染色體上帶有放射性的染色單體有________條,每個DNA分子中,有________條鏈帶有放射性。Ⅱ中,若觀察到一個細(xì)胞具有24條染色體,且二分之一的染色單體具有放射性,則表明該細(xì)胞的DNA在無放射性的培養(yǎng)基上復(fù)制了
49、________次,該細(xì)胞含有________個染色體組。 (3)上述實驗表明,DNA分子的復(fù)制方式是________________________________________________________________________。 解析 (1)蠶豆根尖細(xì)胞為體細(xì)胞,其分裂方式為有絲分裂。秋水仙素使細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)目加倍的原理是體細(xì)胞在有絲分裂過程中,染色體完成了復(fù)制,紡錘體的形成受到破壞,以致染色體不能被拉向兩極,于是形成了染色體數(shù)目加倍的細(xì)胞。(2)Ⅰ中,第一次分裂中期時,每個DNA分子中都有一條鏈被3H標(biāo)記,每一條染色體上有2條染色單體被3H標(biāo)記。Ⅱ中,第一次分裂中期時
50、,每個DNA分子中都有一條鏈具有放射性,故所有染色單體都具有放射性;第二次分裂中期時,二分之一的染色單體具有放射性,此時,該細(xì)胞含有4個染色體組。(3)該實驗證明DNA分子的復(fù)制方式是半保留復(fù)制。 答案 (1)有絲分裂 抑制紡錘體的形成 (2)2 1 2 4 (3)半保留復(fù)制 B級 智能提升 11.(2012·江蘇三校聯(lián)考)如圖為真核細(xì)胞內(nèi)某基因(被15N標(biāo)記)的結(jié)構(gòu)示意圖,該基因全部堿基中C占30%,下列說法正確的是( )。 A.解旋酶作用于①、②兩處 B.該基因的一條核苷酸鏈中為3∶2 C.若①處后T變?yōu)锳,則該基因控制的性狀一定發(fā)生改變 D.該基因在含14N的培養(yǎng)液
51、中復(fù)制3次后,含14N的DNA分子占 解析?、偬帪榱姿岫ユI,②處為氫鍵,解旋酶作用的部位為氫鍵;由于C占該基因全部堿基的30%,所以A與T均占該基因全部堿基的20%,該基因的一條核苷酸鏈中等于該基因全部堿基中=3∶2;若①處后T變?yōu)锳,則該基因控制的性狀不一定發(fā)生改變;該基因在含14N的培養(yǎng)液中復(fù)制3次后,含14N的DNA分子占100%。 答案 B 12.如圖所示為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(bǔ),b和c的堿基序列相同 B.a(chǎn)鏈中的值與d鏈中同項比值相同 C.a(chǎn)鏈中的值與b鏈中同項比
52、值相同 D.a(chǎn)鏈中的值與c鏈中同項比值相同 解析 DNA復(fù)制的特點是半保留復(fù)制,b鏈?zhǔn)且詀鏈為模板合成的,a鏈和b鏈合成一個子代DNA分子。a鏈中的值等于b鏈中的值。 答案 C 13.在一定溫度下,DNA雙鏈會解旋成單鏈,即發(fā)生DNA變性。Tm是DNA的雙螺旋有一半發(fā)生熱變性時相應(yīng)的溫度。如圖表示DNA分子中的G-C含量與DNA的Tm之間的關(guān)系曲線(EDTA對DNA分子具有保護(hù)作用),下列敘述中不正確的是( )。 A.DNA的Tm值受到G-C含量的影響 B.DNA的Tm值受到離子濃度的影響 C.雙鏈DNA熱變性與解旋酶的催化作用有關(guān) D.雙鏈DNA熱變性后不改變其中的遺傳
53、信息 解析 在一定溫度下,DNA雙鏈會解旋成單鏈,這與解旋酶無關(guān);DNA雙鏈解旋成單鏈后,遺傳信息不會改變。 答案 C 14.(2012·西安名校三檢)用15N標(biāo)記細(xì)菌的DNA分子,再將它們放入含14N的培養(yǎng)基上連續(xù)繁殖4代,a、b、c為三種DNA分子:a只含15N,b同時含有15N和14N,c只含14N。下圖中這三種DNA分子的比例正確的是( )。 解析 一個含15N的DNA在含14N的培養(yǎng)基上連續(xù)復(fù)制4次,產(chǎn)生16個DNA分子,由于是半保留復(fù)制,其中只含15N的DNA分子數(shù)為0,同時含有15N和14N的DNA分子有2個,只含14N的DNA分子有14個。 答案 B 15
54、.DNA的復(fù)制方式,可以通過設(shè)想來進(jìn)行預(yù)測,可能的情況是全保留復(fù)制、半保留復(fù)制、分散(彌散)復(fù)制三種。究竟是哪種復(fù)制方式呢?下面設(shè)計實驗來證明DNA的復(fù)制方式。 實驗步驟: a.在氮源為14N的培養(yǎng)基中生長的大腸桿菌,其DNA分子均為14N-DNA(對照)。 b.在氮源為15N的培養(yǎng)基中生長的大腸桿菌,其DNA分子均為15N-DNA(親代)。 c.將親代15N大腸桿菌轉(zhuǎn)移到氮源為含14N的培養(yǎng)基中,再連續(xù)繁殖兩代(Ⅰ和Ⅱ),用密度梯度離心法分離,不同分子量的DNA分子將分布在試管中的不同位置上。 實驗預(yù)測: (1)如果與對照(14N/14N)相比,子代Ⅰ能分辨出兩條DNA帶:一
55、條________帶和一條________帶,則可以排除________。 (2)如果子代Ⅰ只有一條中密度帶,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________,則可以排除分散復(fù)制,同時肯定半保留復(fù)制;如果子代Ⅱ不能分出________密度兩條帶,則排除________,同時確定為________。 解析 從題目中的圖示可知,深色為親代DNA的脫氧核苷酸鏈(母鏈),淺色為新形成的子代DNA的脫氧核苷酸鏈(子鏈)。因此全保留復(fù)制后得到的兩個DNA分子,一個是原來的兩條母鏈重新形成的親代DNA分子,一個是兩條子鏈形成的子代DNA分子;半保留復(fù)制后得到的每個子代DNA分子的一條鏈為母鏈,一條鏈為子鏈;分散復(fù)制后得到的每個子代DNA分子的單鏈都是由母鏈片段和子代片段間隔連接而成的。 答案 (1)輕(14N/14N) 重(15N/15N) 半保留復(fù)制和分散復(fù)制 (2)全保留復(fù)制 半保留復(fù)制或分散復(fù)制 (3)一條中密度帶 一條輕密度帶 中、輕 半保留復(fù)制 分散復(fù)制 特別提醒:教師配贈習(xí)題、課件、視頻、圖片、文檔等 各種電子資源見《創(chuàng)新設(shè)計·高考總復(fù)習(xí)》光盤中內(nèi)容。 - 22 -
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