資源簡介

第六單元　遺傳的分子基礎(chǔ)
第2課　DNA的結(jié)構(gòu)、復(fù)制及基因的本質(zhì)
[復(fù)習(xí)目標(biāo)]　1.通過掌握DNA的結(jié)構(gòu)和功能，理解生命的延續(xù)和發(fā)展。(生命觀念)　2.通過DNA中的堿基數(shù)量和DNA復(fù)制的計算規(guī)律，培養(yǎng)歸納與概括、邏輯分析和計算能力。(科學(xué)思維)　3.通過DNA復(fù)制方式的探究，培養(yǎng)實驗設(shè)計及結(jié)果分析的能力。(科學(xué)探究)
考點一　DNA的結(jié)構(gòu)
1．DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建
(1)構(gòu)建者：美國生物學(xué)家沃森和英國物理學(xué)家克里克。
(2)過程
2．DNA分子的結(jié)構(gòu)層次
[教材深挖]
　(必修2 P51探究·實踐)DNA只含有4種脫氧核苷酸，能夠儲存足夠量遺傳信息的原因是構(gòu)成DNA的4種脫氧核苷酸的數(shù)目成千上萬，脫氧核苷酸的排列順序千差萬別。
[易錯辨析]
1．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)。(×)
2．DNA分子一條鏈上的相鄰堿基通過“磷酸—脫氧核糖—磷酸”相連。(×)
3．雙鏈DNA分子同時含有2個游離的磷酸基團，其中嘌呤堿基數(shù)等于嘧啶堿基數(shù)。(√)
4．DNA分子是由兩條核糖核苷酸長鏈反向平行盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。(×)
5．DNA分子中(A＋T)/(C＋G)的值越大，該分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性越低。(√)
1．理清DNA分子結(jié)構(gòu)中兩種關(guān)系與兩類化學(xué)鍵及方向性
2．DNA分子中堿基數(shù)量的計算規(guī)律
命題點1　圍繞DNA分子的結(jié)構(gòu)和特性考查生命觀念及科學(xué)思維
1．(2022·浙江6月選考)某同學(xué)欲制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，已準備了足夠的相關(guān)材料。下列敘述正確的是(　　)
A．在制作脫氧核苷酸時，需在磷酸上連接脫氧核糖和堿基
B．制作模型時，鳥嘌呤與胞嘧啶之間用2個氫鍵連接物相連
C．制成的模型中，腺嘌呤與胞嘧啶之和等于鳥嘌呤和胸腺嘧啶之和
D．制成的模型中，磷酸和脫氧核糖交替連接位于主鏈的內(nèi)側(cè)
解析：選C。在制作脫氧核苷酸時，需在脫氧核糖上連接磷酸和堿基，A錯誤；鳥嘌呤和胞嘧啶之間由3個氫鍵連接，B錯誤；DNA的兩條鏈之間遵循堿基互補配對原則，即A＝T、C＝G，故在制作的模型中A＋C＝G＋T，C正確；DNA分子中脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架，堿基在內(nèi)側(cè)，D錯誤。
2．(2021·山東卷)我國考古學(xué)家利用現(xiàn)代人的DNA序列設(shè)計并合成了一種類似磁鐵的“引子”，成功將極其微量的古人類DNA從提取自土壤沉積物中的多種生物的DNA中識別并分離出來，用于研究人類起源及進化。下列說法正確的是(　　)
A．“引子”的徹底水解產(chǎn)物有兩種
B．設(shè)計“引子”的DNA序列信息只能來自核DNA
C．設(shè)計“引子”前不需要知道古人類的DNA序列
D．土壤沉積物中的古人類雙鏈DNA可直接與“引子”結(jié)合從而被識別
解析：選C。根據(jù)分析“引子”是一段DNA序列，徹底水解產(chǎn)物有磷酸、脫氧核糖和四種含氮堿基，共6種產(chǎn)物，A錯誤；由于線粒體中也含有DNA，因此設(shè)計“引子”的DNA序列信息還可以來自線粒體DNA，B錯誤；根據(jù)題干信息“利用現(xiàn)代人的DNA序列設(shè)計并合成了引子”，說明設(shè)計“引子”前不需要知道古人類的DNA序列，C正確；土壤沉積物中的古人類雙鏈DNA需要經(jīng)過提取，且在體外經(jīng)過加熱解旋后，才能與“引子”結(jié)合，而不能直接與引子結(jié)合，D錯誤。
命題點2　圍繞DNA結(jié)構(gòu)的相關(guān)計算考查科學(xué)思維
3．已知某DNA分子中，G與C之和占全部堿基總數(shù)的35.8%，其中一條鏈中的T與C分別占該鏈堿基總數(shù)的32.9%和17.1%。則在它的互補鏈中，T和C分別占該鏈堿基總數(shù)的(　　)
A．32.9%，17.1%　　 B．31.3%，18.7%
C．18.7%，31.3% D．17.1%，32.9%
解析：選B。互補的堿基之和的比例在DNA的任何一條鏈中及整個DNA分子中都相等，由G與C之和占全部堿基總數(shù)的35.8%，T和C分別占一條鏈堿基總數(shù)的32.9%和17.1%，可知A占這條鏈堿基總數(shù)的1－35.8%－32.9%＝31.3%，G占這條鏈堿基總數(shù)的35.8%－17.1%＝18.7%，根據(jù)堿基互補配對原則，它的互補鏈中T、C的比例分別為31.3%、18.7%。
4.(2022·河南洛陽模擬)如圖表示有關(guān)DNA分子中的部分關(guān)系，下列判斷正確的是(　　)
A．若x、y分別表示DNA兩條互補鏈中(A＋G)/(T＋C)的量，則符合甲曲線變化
B．若x、y分別表示DNA兩條互補鏈中(G＋T)/(A＋C)的量，則符合甲曲線變化
C．若x、y分別表示DNA兩條互補鏈中(A＋T)/(G＋C)的量，則符合乙曲線變化
D．若x、y分別表示DNA一條鏈和整個DNA中嘌呤/嘧啶的量，則符合乙曲線變化
解析：選C。DNA兩條互補鏈中(A＋G)/(T＋C)的量是互為倒數(shù)的關(guān)系，此情況不符合甲曲線變化，A錯誤；DNA兩條互補鏈中(G＋T)/(A＋C)的量互為倒數(shù)，此情況不符合甲曲線變化，B錯誤；根據(jù)堿基互補配對原則，DNA兩條互補鏈中(A＋T)/(G＋C)的量是相等的，此情況符合乙曲線變化，C正確；由于DNA中A＝T、G＝C，A＋G＝T＋C，嘌呤數(shù)＝嘧啶數(shù)，整個的量始終等于1，但DNA一條鏈中嘌呤/嘧啶的量不確定，D錯誤。
[技法提煉]　解答有關(guān)堿基計算題的“三步曲”
考點二　DNA分子的復(fù)制及基因的概念
1．證明DNA半保留復(fù)制的實驗
(1)實驗方法：同位素標(biāo)記技術(shù)和離心技術(shù)。
(2)實驗原理：含15N的雙鏈DNA密度大，含14N的雙鏈DNA密度小，一條鏈含14N、一條鏈含15N的雙鏈DNA密度居中。
(3)實驗假設(shè)：DNA以半保留的方式復(fù)制。
(4)實驗預(yù)期：離心后應(yīng)出現(xiàn)3條DNA帶。
①重帶(密度最大)：兩條鏈都為15N標(biāo)記的親代雙鏈DNA。
②中帶(密度居中)：一條鏈為14N標(biāo)記，另一條鏈為15N標(biāo)記的子代雙鏈DNA。
③輕帶(密度最小)：兩條鏈都為14N標(biāo)記的子代雙鏈DNA。
(5)實驗過程
(6)實驗結(jié)論：DNA的復(fù)制是以半保留的方式進行的。
[教材深挖]
(必修2 P55旁欄思考)第一代只出現(xiàn)一條居中的DNA條帶，這個結(jié)果排除了哪種復(fù)制方式？
提示：第一代只出現(xiàn)一條居中的DNA條帶，這個結(jié)果排除了全保留復(fù)制的方式。
2．DNA的復(fù)制
(1)概念：以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。
(2)發(fā)生時期：在真核生物中，這一過程是在細胞分裂前的間期，隨著染色體的復(fù)制而完成的。
(3)過程
(4)場所：真核生物的細胞核、線粒體和葉綠體；原核生物的擬核和細胞質(zhì)。
(5)特點：邊解旋邊復(fù)制、半保留復(fù)制。
(6)方向：5′→3′。
(7)意義：DNA分子通過復(fù)制，將遺傳信息從親代傳給了子代，從而保持了遺傳信息的連續(xù)性。
(8)DNA分子精確復(fù)制的原因
①DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)提供精確的模板。
②堿基互補配對原則保證復(fù)制準確進行。
3．DNA分子的特性與基因的概念
(1)DNA分子的特性
(2)基因的概念
基因通常是具有遺傳效應(yīng)的DNA片段；有些病毒的遺傳物質(zhì)是RNA，對這類病毒而言，基因就是有遺傳效應(yīng)的RNA片段。
[易錯辨析]
1．單個脫氧核苷酸在DNA酶的作用下連接合成新的子鏈。(×)
2．DNA分子復(fù)制時解旋酶催化磷酸二酯鍵的斷裂。(×)
3．DNA分子復(fù)制時解旋酶與DNA聚合酶不能同時發(fā)揮作用。(×)
4．DNA分子復(fù)制與染色體復(fù)制是分別獨立進行的。(×)
5．基因就是具有遺傳效應(yīng)的DNA片段。(×)
1．明辨DNA復(fù)制、“剪接”與“水解”中的四種酶
(1)DNA聚合酶：需借助母鏈模板，依據(jù)堿基互補配對原則，將單個脫氧核苷酸連接到已有的鏈上。
(2)DNA連接酶：將多個復(fù)制起點所復(fù)制出的“DNA片段”“縫合”起來形成磷酸二酯鍵，即連接“片段”。
(3)限制性內(nèi)切核酸酶：用于切斷DNA雙鏈中主鏈上的磷酸二酯鍵。
(4)DNA水解酶：用于將DNA分子水解為脫氧核苷酸。
2．“圖解法”分析DNA復(fù)制過程中的數(shù)量關(guān)系
DNA分子的復(fù)制為半保留復(fù)制，一個DNA分子復(fù)制n次，則有：
(1)DNA分子數(shù)
①子代DNA分子數(shù)＝2n個；
②含有親代DNA鏈的子代DNA分子數(shù)＝2個；
③不含親代DNA鏈的子代DNA分子數(shù)＝(2n－2)個。
(2)脫氧核苷酸鏈數(shù)
①子代DNA分子中脫氧核苷酸鏈數(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)消耗的脫氧核苷酸數(shù)
①若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，經(jīng)過n次復(fù)制需要消耗該脫氧核苷酸數(shù)為m×(2n－1)個；
②一個DNA分子復(fù)制n次后，得到的DNA分子數(shù)為2n個，復(fù)制(n－1)次后得到的DNA分子數(shù)為2n－1個。第n次復(fù)制增加的DNA分子數(shù)為2n－2n－1＝ 2n－1(個)，需要含該堿基的脫氧核苷酸數(shù)為m·2n－1個。
3．理清基因、DNA、染色體之間的關(guān)系
命題點1　圍繞DNA復(fù)制過程與特點考查生命觀念及科學(xué)探究
1．如圖所示為某DNA復(fù)制過程的部分圖解，其中rep蛋白具有解旋的功能。下列相關(guān)敘述錯誤的是(　　)
A．rep蛋白可破壞A與C、T與G之間形成的氫鍵
B．DNA結(jié)合蛋白可能具有防止DNA單鏈重新形成雙鏈的作用
C．DNA復(fù)制具有邊解旋邊復(fù)制和半保留復(fù)制的特點
D．隨從鏈之間的缺口需要DNA連接酶將其補齊
解析：選A。rep蛋白具有解旋功能，破壞的是A與T、G與C之間的氫鍵；從題圖中可看出有了DNA結(jié)合蛋白后，堿基對之間不能再形成氫鍵，可以防止DNA單鏈重新形成雙鏈；DNA復(fù)制具有邊解旋邊復(fù)制和半保留復(fù)制的特點；DNA連接酶可以將隨從鏈之間的缺口通過磷酸二酯鍵連接，從而形成完整的單鏈。
2．(2022·河南部分學(xué)校開學(xué)考試)早期，科學(xué)家對DNA分子復(fù)制方式的預(yù)測如圖甲所示。1958年，科學(xué)家以大腸桿菌為實驗材料，設(shè)計了一個巧妙的實驗(如圖乙所示)，試管②③④⑤是模擬實驗中可能出現(xiàn)的結(jié)果。下列相關(guān)敘述正確的是(　　)
甲
A．圖乙實驗運用的主要技術(shù)包括熒光標(biāo)記和離心
B．圖乙中Ⅰ的目的是標(biāo)記DNA，至少需要60 min才會出現(xiàn)試管④的結(jié)果
C．若培養(yǎng)30 min后離心得到試管③的結(jié)果，則可以確定DNA復(fù)制的方式是半保留復(fù)制
D．若為全保留復(fù)制，則復(fù)制n代后15N/15N－DNA所占比例為1/2n，離心呈現(xiàn)結(jié)果②
解析：選B。圖乙實驗運用的主要技術(shù)為同位素標(biāo)記和離心，A錯誤；圖乙中Ⅰ的目的是標(biāo)記大腸桿菌的DNA，每30 min復(fù)制一代，故至少需要60 min才會出現(xiàn)試管④的結(jié)果，B正確；若培養(yǎng)30 min后離心得到試管③的結(jié)果，只能排除全保留復(fù)制，還不能確定DNA復(fù)制的方式是分散復(fù)制還是半保留復(fù)制，C錯誤；若為全保留復(fù)制，則復(fù)制n代后只有1個15N/15N－DNA，其余全為14N/14N－DNA，故15N/15N－DNA所占比例為1/2n，離心呈現(xiàn)結(jié)果為最上邊和最下邊兩種條帶，不是結(jié)果②，D錯誤。
3．(2021·全國甲卷)用一段由放射性同位素標(biāo)記的DNA片段可以確定基因在染色體上的位置。某研究人員使用放射性同位素32P標(biāo)記的脫氧腺苷三磷酸(dATP，dA－Pα～Pβ～Pγ)等材料制備了DNA片段甲(單鏈)，對W基因在染色體上的位置進行了研究，實驗流程的示意圖如下。
回答下列問題：
(1)該研究人員在制備32P標(biāo)記的DNA片段甲時，所用dATP的α位磷酸基團中的磷必須是32P，原因是___________________。
(2)該研究人員以細胞為材料制備了染色體樣品，在混合操作之前去除了樣品中的RNA分子，去除RNA分子的目的是________________。
(3)為了使片段甲能夠通過堿基互補配對與染色體樣品中的W基因結(jié)合，需要通過某種處理使樣品中的染色體DNA________________。
(4)該研究人員在完成上述實驗的基礎(chǔ)上，又對動物細胞內(nèi)某基因的mRNA進行了檢測，在實驗過程中用某種酶去除了樣品中的DNA，這種酶是____________________。
解析：(1)因為dATP分子中的兩個高能磷酸鍵斷裂后形成的dAMP(脫氧核糖核苷酸)是組成DNA的基本單位之一，所以只有α位磷酸基團中的磷是32P，才能使DNA合成原料具有放射性，最終使合成的DNA具有32P的放射性。(2)由題意可知，本實驗的目的是用一段由放射性同位素標(biāo)記的DNA片段確定基因在染色體上的位置，在混合操作之前應(yīng)去除樣品中的RNA分子，若不去除RNA分子，則RNA會與DNA分子堿基互補配對結(jié)合，從而影響DNA與染色體對應(yīng)位點的DNA結(jié)合，導(dǎo)致無法確定基因在染色體上的位置。(3)DNA要先解開雙鏈，片段甲才能通過堿基互補配對與染色體樣品中的W基因結(jié)合，因此，需要通過某種處理使樣品中的染色體DNA解旋。(4)因為酶具有專一性，故應(yīng)用DNA水解酶去除樣品中的DNA。
答案：(1) dATP分子中的兩個高能磷酸鍵斷裂后形成的dAMP是組成DNA的基本單位之一，所以α位磷酸基團中的磷是32P，才能使DNA具有32P的放射性　(2)防止RNA分子與DNA分子堿基互補配對結(jié)合，從而影響DNA與染色體對應(yīng)位點的DNA結(jié)合　(3)解旋　(4)DNA水解酶(或DNA酶)
命題點2　圍繞DNA復(fù)制過程中的有關(guān)計算考查科學(xué)思維
4．(2022·濱州模擬)用15N標(biāo)記兩條鏈含有200個堿基的DNA分子，其中胞嘧啶有60個，該DNA分子在含14N的培養(yǎng)基中連續(xù)復(fù)制3次。下列有關(guān)說法不正確的是(　　)
A．該DNA分子含有的氫鍵數(shù)目是260個
B．該DNA分子復(fù)制3次共需要游離的腺嘌呤脫氧核苷酸320個
C．子代DNA分子中含15N的單鏈與含14N的單鏈之比為1∶7
D．子代DNA分子中含15N的DNA分子與含14N的DNA分子之比為1∶4
解析：選B。該DNA分子有200個堿基，其中胞嘧啶有60個，則G有60個，A和T各有40個，又知C、G之間有3個氫鍵，A、T之間有2個氫鍵，因此氫鍵數(shù)目為60×3＋40×2＝260(個)，A正確；該DNA分子含有腺嘌呤脫氧核苷酸(A)40個，則復(fù)制3次共需要游離的腺嘌呤脫氧核苷酸的數(shù)目為(23－1)×40＝280(個)，B錯誤；該DNA分子復(fù)制3次共產(chǎn)生8個DNA分子、16條DNA單鏈，其中2條鏈含15N，故含15N的單鏈與含14N的單鏈之比為2∶14，即1∶7，C正確；該DNA分子復(fù)制3次共產(chǎn)生8個DNA分子，其中2個DNA分子含有15N，8個DNA分子都含有14N，故二者之比為1∶4，D正確。
[歸納總結(jié)]　有關(guān)DNA復(fù)制和計算的3點“注意”
(1)DNA中氫鍵可由解旋酶催化斷裂，同時需要ATP供能，也可加熱斷裂(體外)；而氫鍵是自動形成的，不需要酶和能量。
(2)注意“DNA復(fù)制了n次”和“第n次復(fù)制”的區(qū)別，前者包括所有的復(fù)制，后者只包括第n次的復(fù)制。
(3)DNA復(fù)制計算時看清題中所問的是“DNA分子數(shù)”還是“鏈數(shù)”，是“含”還是“只含”。
[真題演練]
1．(2021·廣東卷)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的提出是二十世紀自然科學(xué)的偉大成就之一。下列研究成果中，為該模型構(gòu)建提供主要依據(jù)的是(　　)
①赫爾希和蔡斯證明DNA是遺傳物質(zhì)的實驗　②富蘭克林等拍攝的DNA分子X射線衍射圖譜　③查哥夫發(fā)現(xiàn)的DNA中嘌呤含量與嘧啶含量相等　④沃森和克里克提出的DNA半保留復(fù)制機制
A．①②　 B．②③　　
C．③④　 D．①④
解析：選B。威爾金斯和富蘭克林提供了DNA衍射圖譜；查哥夫提出堿基A的量總是等于T的量，C的量總是等于G的量；沃森和克里克在以上基礎(chǔ)上提出了DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。①赫爾希和蔡斯通過噬菌體侵染大腸桿菌的實驗，證明了DNA是遺傳物質(zhì)，與構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型無關(guān)，①不符合題意；②沃森和克里克根據(jù)富蘭克林等拍攝的DNA分子X射線衍射圖譜，推算出DNA分子呈螺旋結(jié)構(gòu)，②符合題意；③查哥夫發(fā)現(xiàn)的DNA中嘌呤含量與嘧啶含量相等，沃森和克里克據(jù)此推出堿基的配對方式，③符合題意；④沃森和克里克提出的DNA半保留復(fù)制機制，是在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型之后提出的，④不符合題意。
2．(2021·遼寧卷)下列有關(guān)細胞內(nèi)的DNA及其復(fù)制過程的敘述，正確的是(　　)
A．子鏈延伸時游離的脫氧核苷酸添加到3′端
B．子鏈的合成過程不需要引物參與
C．DNA每條鏈的5′端是羥基末端
D．DNA聚合酶的作用是打開DNA雙鏈
解析：選A。子鏈延伸時由5′→3′合成，故游離的脫氧核苷酸添加到3′端，A正確；子鏈的合成過程需要引物參與，B錯誤；DNA每條鏈的5′端是磷酸基團末端，3′端是羥基末端，C錯誤；解旋酶的作用是打開DNA雙鏈，D錯誤。
3．(2022·廣東卷)λ噬菌體的線性雙鏈DNA兩端各有一段單鏈序列。這種噬菌體在侵染大腸桿菌后其DNA會自連環(huán)化(如圖所示)，該線性分子兩端能夠相連的主要原因是(　　)
A．單鏈序列脫氧核苷酸數(shù)量相等
B．分子骨架同為脫氧核糖與磷酸
C．單鏈序列的堿基能夠互補配對
D．自連環(huán)化后兩條單鏈方向相同
解析：選C。單鏈序列脫氧核苷酸數(shù)量相等、分子骨架同為脫氧核糖與磷酸交替連接，不能決定線性DNA分子兩端能夠相連，A、B錯誤；據(jù)圖可知，單鏈序列的堿基能夠互補配對，決定線性DNA分子兩端能夠相連，C正確；DNA的兩條鏈是反向的，因此自連環(huán)化后兩條單鏈方向相反，D錯誤。
4．(2021·北京卷)酵母菌的DNA中堿基A約占32%，關(guān)于酵母菌核酸的敘述錯誤的是(　　)
A．DNA復(fù)制后A約占32%
B．DNA中C約占18%
C．DNA中(A＋G)/(T＋C)＝1
D．RNA中U約占32%
解析：選D。DNA分子為半保留復(fù)制，復(fù)制時遵循A－T、G－C的配對原則，則DNA復(fù)制后的A約占32%，A正確；酵母菌的DNA中堿基A約占32%，則A＝T＝32%，G＝C＝(1－2×32%)/2＝18%，B正確；DNA遵循堿基互補配對原則，A＝T、G＝C，則(A＋G)/(T＋C)＝1，C正確；由于RNA為單鏈結(jié)構(gòu)，且RNA是以DNA的一條單鏈為模板進行轉(zhuǎn)錄而來，故RNA中U不一定占32%，D錯誤。
[長句特訓(xùn)]
(2022·山東濟寧市模擬)如圖是DNA復(fù)制示意圖，E表示酶，α、β是新合成的子鏈。根據(jù)資料回答問題：
DNA復(fù)制示意圖
資料1.所有已知DNA聚合酶的合成方向都是相同的，DNA復(fù)制時，以其中一條鏈為模板，連續(xù)合成一條子鏈(稱為前導(dǎo)鏈)；以另一條鏈為模板，合成子鏈片段，在DNA連接酶的作用下將子鏈片段，連接成一條完整的子鏈(稱為滯后鏈)。
資料2.所有已知的DNA聚合酶都不能發(fā)動新鏈的合成，而只能催化已有鏈的延長反應(yīng)。然而RNA聚合酶則不同，它只需要DNA模板存在，就可以合成出新的RNA鏈。
資料3.DNA復(fù)制過程中，首先以DNA為模板合成幾個至十幾個核苷酸的RNA引物片段，然后DNA聚合酶Ⅲ繼續(xù)在引物末端連接核苷酸使子鏈延伸。RNA引物的消除和缺口的填補是由DNA聚合酶Ⅰ來完成的。
設(shè)問形式1　概念表述類命題
(1)圖中酶E是____________，作用于DNA分子的____________。
設(shè)問形式2　思維推斷類命題
(2)圖中________是滯后鏈，RNA引物在其____________端。
設(shè)問形式3　科學(xué)探究類命題
(3)據(jù)資料分析，DNA復(fù)制需要____________種酶。現(xiàn)有DNA連接酶變異的溫度敏感型大腸桿菌，其DNA連接酶僅在適當(dāng)溫度范圍內(nèi)起作用。根據(jù)資料1提出一個證明細胞內(nèi)合成滯后鏈DNA片段的思路。____________________。
解析：(1)從圖上看，酶E是與DNA雙鏈結(jié)合的酶，應(yīng)該是解旋酶，作用于DNA分子的氫鍵，使DNA雙鏈打開，分別作復(fù)制的模板。(2)從圖中看，α鏈是從5′開始合成的，可以連續(xù)合成，是前導(dǎo)鏈；由于β鏈是以親代模板的5′開始堿基互補配對，只能先合成子鏈片段，在DNA連接酶的作用下將子鏈片段連接成一條完整的子鏈，所以是滯后鏈，RNA引物在β鏈的5′端。(3)根據(jù)資料分析，DNA復(fù)制需要5種酶：①解旋酶催化DNA打開雙鏈；②RNA聚合酶合成RNA引物；③DNA聚合酶Ⅲ繼續(xù)在引物末端連接核苷酸使子鏈延伸；④DNA聚合酶Ⅰ會消除RNA引物和填補缺口；⑤DNA連接酶將子鏈片段連接成完整的子鏈。DNA連接酶主要起連接滯后鏈的作用，酶的活性受溫度的影響，若酶的活性下降，酶促反應(yīng)速率下降，滯后鏈不能連接，就會有DNA片段的積累，故設(shè)計思路如下：在DNA連接酶不起作用的溫度下培養(yǎng)DNA連接酶變異的溫度敏感型大腸桿菌，一段時間后，測其細胞內(nèi)是否有DNA片段積累。
答案：(1)解旋酶　氫鍵　(2)β　5′　(3)5　在DNA連接酶不起作用的溫度下培養(yǎng)DNA連接酶變異的溫度敏感型大腸桿菌，一段時間后，測其細胞內(nèi)是否有DNA片段積累
第2課　DNA的結(jié)構(gòu)、復(fù)制及基因的本質(zhì)
[基礎(chǔ)練透]
1．(2022·寧波二模)幾個學(xué)生充分利用下表提供的材料正確搭建出DNA分子結(jié)構(gòu)模型，但制作的DNA分子片段不盡相同，原因可能是(　　)
塑料片類別 堿基G 堿基C 堿基A 堿基T 磷酸、脫氧核糖
數(shù)量(個) 3 3 5 5 充足
①每條脫氧核苷酸單鏈上的堿基數(shù)量不同　②每條脫氧核苷酸單鏈上堿基種類不同　③DNA片段上的堿基的排列順序不同　④DNA片段上的堿基配對方式不同
A．①②　　　　　 B．②③
C．③④ D．①④
解析：選B。①表格中給出了堿基G和C各3個，A和T各5個，幾個學(xué)生充分利用表格提供的材料搭建出DNA分子結(jié)構(gòu)模型，每條鏈上的堿基數(shù)目都應(yīng)該是8個；②每條脫氧核苷酸單鏈上堿基種類不同，構(gòu)成的DNA分子不同；③堿基序列不同，構(gòu)成的DNA分子不同；④每個DNA分子都遵循相同的堿基配對原則，即A與T配對，G與C配對，故B符合題意。
2．(2022·山東省淄博模擬)DNA的熔點(Tm)是指將DNA加熱變性使DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)解旋至一半時的溫度，其影響機制如圖所示。相關(guān)敘述錯誤的是(　　)
A．Tm值大小與G＋C的百分含量和鹽溶液濃度有關(guān)
B．以高鹽溶液為介質(zhì)的DNA的Tm值范圍較大
C．G＋C的百分含量一定時，低鹽溶液的Tm值較低
D．一定鹽濃度下，G＋C的百分含量越高，DNA分子的熱穩(wěn)定性越強
解析：選B。60 ℃后，DNA分子的Tm值和C＋G含量呈正相關(guān)，且低鹽溶液比高鹽溶液相同的G＋C值所需溫度更低，A正確；高鹽溶液中隨G＋C比值的變化Tm變化較為集中，低鹽溶液中Tm變化幅度較大，B錯誤；根據(jù)圖示，G＋C的百分含量一定時，低鹽溶液的Tm值較低，C正確；一定鹽濃度下，G＋C比例越高，Tm越高，DNA分子的熱穩(wěn)定性就越強，D正確。
3．某雙鏈DNA分子中含有200個堿基，一條鏈上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，則該DNA分子(　　)
A．四種含氮堿基A∶T∶G∶C＝4∶4∶7∶7
B．若該DNA中A為p個，占全部堿基的n/m(m＞2n)，則G的個數(shù)為pm/2n－p
C．堿基排列方式共有4200種
D．含有4個游離的磷酸基團
解析：選B。該DNA分子中A∶T∶G∶C＝3∶3∶7∶7；若該DNA分子中A為p個，其占全部堿基的n/m，則全部堿基數(shù)為pm/n，所以G的個數(shù)為(pm/n－2p)÷2，即pm/2n－p；該DNA分子中堿基比例已確定，所以堿基排列方式小于4100種；一個DNA分子含有2個游離的磷酸基團。
4．(2022·淄博市一模)大多數(shù)真核生物的DNA在復(fù)制時會出現(xiàn)多個復(fù)制泡，每個復(fù)制泡的兩端有2個復(fù)制叉，復(fù)制叉的延伸方向如圖所示。已知復(fù)制時DNA聚合酶只能沿模板鏈的3′→5′方向移動，下列說法錯誤的是(　　)
A．圖中DNA的復(fù)制為雙向半保留復(fù)制
B．多起點復(fù)制加快了DNA的復(fù)制速度
C．復(fù)制泡3的DNA復(fù)制早于復(fù)制泡1
D．子鏈的延伸方向與復(fù)制叉的推進方向相同
解析：選D。由圖復(fù)制泡的走向可知，DNA復(fù)制時以每條鏈為模板，沿模板鏈的3′→5′方向移動，圖中DNA的復(fù)制為多起點不連續(xù)雙向半保留復(fù)制，A正確；多起點復(fù)制加快了DNA的復(fù)制速度，B正確；根據(jù)復(fù)制泡的大小可以看出，復(fù)制泡3的DNA復(fù)制早于復(fù)制泡1，C正確；DNA聚合酶只能沿模板鏈的3′→5′方向移動，兩條子鏈的延伸方向相反，其中一條子鏈與復(fù)制叉的推進方向相反，D錯誤。
5．(2022·山東日照一模)研究人員將1個含14N—DNA的大腸桿菌轉(zhuǎn)移到以15NH4Cl為唯一氮源的培養(yǎng)液中，培養(yǎng)24 h后提取子代大腸桿菌的DNA。將DNA解開雙螺旋，變成單鏈；然后進行密度梯度離心，試管中出現(xiàn)兩種條帶(如圖)。下列說法正確的是(　　)
A．由結(jié)果可推知該大腸桿菌的細胞周期大約為6 h
B．根據(jù)條帶的數(shù)目和位置可以確定DNA的復(fù)制方式
C．解開DNA雙螺旋的實質(zhì)是破壞核苷酸之間的磷酸二酯鍵
D．若直接將子代DNA進行密度梯度離心也能得到兩條條帶
解析：選D。由于14N單鏈∶15N單鏈＝1∶7，說明DNA復(fù)制了3次，因此可推知該細菌的細胞周期大約為24÷3＝8 h，A錯誤；由于DNA經(jīng)過熱變性后解開了雙螺旋，變成單鏈，所以根據(jù)條帶的數(shù)目和位置只能判斷DNA單鏈的標(biāo)記情況，但無法判斷DNA的復(fù)制方式，B錯誤；解開DNA雙螺旋的實質(zhì)是破壞核苷酸之間的氫鍵，C錯誤；經(jīng)過分析可知，DNA復(fù)制3次，有2個DNA是15N和14N形成中帶，有6個都是15N的DNA形成重帶，兩種條帶，D正確。
6．(2022·遼寧模擬)基因通常是有遺傳效應(yīng)的DNA片段，眼色基因(紅眼基因R、白眼基因r)位于果蠅的X染色體上，下列敘述正確的是(　　)
A．雌雄果蠅細胞內(nèi)的基因都是隨染色體的復(fù)制而復(fù)制的
B．同一DNA分子上不可能同時含有兩個控制眼色的基因
C．果蠅正常的卵原細胞有絲分裂時紅眼基因最多有4個
D．白眼基因的兩側(cè)也都是基因，其中只有一條鏈可以轉(zhuǎn)錄血紅蛋白基因
解析：選C。果蠅屬于真核生物，其基因主要位于染色體上，但細胞質(zhì)中也有分布，故果蠅細胞內(nèi)的基因不都是隨染色體的復(fù)制而復(fù)制的，A錯誤；一個DNA分子上有多個基因，同一DNA分子上可能同時含有兩個控制眼色的基因，如朱紅眼和深紅眼，B錯誤；雌果蠅的基因型可能為XRXR，則該個體在有絲分裂間期復(fù)制后可能含有四個XR基因，即紅眼基因最多有4個，C正確；基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段，一般而言白眼基因的兩側(cè)為非基因片段，且由于基因的特異性，控制白眼的基因不能轉(zhuǎn)錄出血紅蛋白，D錯誤。
7．(多選)圖甲為摩爾根等人研究并繪出的果蠅X染色體上幾個基因的相對位置圖，圖乙為利用熒光標(biāo)記各個基因，得到的基因在染色體上的位置圖，由圖分析不正確的是(　　)
圖甲　　　　　　　　　圖乙　　
A．圖甲和圖乙都能說明一條染色體上有多個基因，且呈線性排列
B．圖甲中朱紅眼基因和深紅眼基因的遺傳遵循自由組合定律
C．圖乙中方框內(nèi)的四個熒光點所在的基因所含遺傳信息一定不同
D．圖乙中從熒光點的分布來看，圖中是兩條含有染色單體的非同源染色體
解析：選BCD。據(jù)圖甲可知，一條染色體上有多個基因，基因在染色體上呈線性排列；據(jù)圖乙不同熒光點的位置分布可以說明基因在染色體上呈線性排列，A正確。圖甲中朱紅眼基因和深紅眼基因位于同一條染色體上，其遺傳不遵循自由組合定律，B錯誤。圖乙中方框內(nèi)的四個熒光點位置相同，說明這四個基因可能是相同基因(遺傳信息相同)，也可能是等位基因(遺傳信息不同)，因此，方框內(nèi)的四個熒光點所在的基因所含遺傳信息可能相同，C錯誤。由圖乙可知，圖示為兩條染色體，二者形態(tài)大小相似、基因位點相同，是一對同源染色體，同時，每條染色體的同一位置有兩個基因(熒光點)，據(jù)此可推測染色體中有染色單體，因此圖乙是一對含有染色單體的同源染色體，D錯誤。
8．(2022·濟南市模擬)研究表明，每個人的DNA都不完全相同，因此DNA也可以像指紋一樣用來識別身份，這種方法就是DNA指紋技術(shù)。回答下列有關(guān)問題：
(1)我們可以根據(jù)分析指紋圖的吻合程度來幫助確認身份，因為DNA能夠儲存遺傳信息，而且不同個體的DNA的__________________各不相同，故每個人的DNA指紋圖都是獨一無二的。DNA分子中遺傳信息量非常大，原因是__________________。
注：M表示母親，C表示該小孩，F(xiàn)1～F4表示待測男性。
(2)在現(xiàn)代刑偵領(lǐng)域中，DNA指紋技術(shù)正在發(fā)揮著越來越重要的作用，此外，DNA指紋技術(shù)還可以用于親子鑒定等。如圖是通過提取某小孩和其母親以及待測定的四位男性的DNA，分別經(jīng)合適的酶處理后，形成若干DNA片段，然后進行電泳等一系列步驟得到的一組DNA指紋圖。請分析：F1～F4中，誰是該小孩真正生物學(xué)上的父親？________，為什么？__________________。
(3)DNA分子中，(A＋T)/(G＋C)、(A＋C)/(T＋G)中能體現(xiàn)DNA分子特異性的是________________________________。
解析：(1)利用指紋技術(shù)進行DNA指紋鑒定的原理是DNA分子的特異性，因為每個人的DNA的脫氧核苷酸都具有特定的排列順序，故每個人的DNA指紋圖是獨一無二的。組成DNA的脫氧核苷酸的數(shù)量多，且排列順序極其多樣化，所以DNA分子中遺傳信息量非常大。(2)DNA指紋技術(shù)是用合適的酶將待測的樣品DNA切成片段。子代的核遺傳物質(zhì)一半來自父方，一半來自母方，C的DNA指紋圖中一條帶與M的DNA指紋圖中的一條帶相同，另一條帶與F2的DNA指紋圖中的一條帶相同，所以F2是該小孩真正生物學(xué)上的父親。(3)在雙鏈DNA分子中，堿基之間嚴格按照堿基互補配對原則進行配對，即(A＋C)/(T＋G)＝1，該比值無法體現(xiàn)DNA分子的特異性，而不同生物的DNA分子中互補配對的堿基之和的比值不同，因此(A＋T)/(G＋C)可體現(xiàn)DNA分子的特異性。
答案：(1)脫氧核苷酸排列順序(或堿基排列順序)　組成DNA的脫氧核苷酸的數(shù)量多，且排列順序極其多樣化　(2)F2　C的DNA指紋圖中一條帶與M的DNA指紋圖中的一條帶相同，另一條帶與F2的DNA指紋圖中的一條帶相同　(3)(A＋T)/(G＋C)
[能力提升]
9．(2022·石家莊模擬)沃森和克里克根據(jù)DNA分子晶體衍射圖譜，解析出經(jīng)典的DNA雙螺旋類型(B-DNA)，后續(xù)人們又解析了兩種不同的DNA雙螺旋類型(A-DNA和Z-DNA)，它們的螺旋直徑如表所示。下列敘述錯誤的是(　　)
A-DNA B-DNA Z-DNA
螺旋直徑(nm) 2.55 2.37 1.84
A．Z-DNA雙螺旋類型結(jié)構(gòu)更為緊湊而有利于其完成復(fù)制
B．不同的雙螺旋類型中，基因的轉(zhuǎn)錄活躍程度不同
C．三種雙螺旋類型DNA雙鏈都遵循堿基互補配對原則
D．推測在生物體內(nèi)DNA雙螺旋類型也是多種多樣的
解析：選A。DNA復(fù)制過程中需要將DNA解旋，而Z-DNA雙螺旋類型結(jié)構(gòu)更為緊湊，解旋更困難，從而不利于其完成復(fù)制，A錯誤；不同螺旋結(jié)構(gòu)的直徑不同，轉(zhuǎn)錄活躍程度不同，B正確；DNA復(fù)制過程中無論什么類型的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，都遵循堿基互補配對原則，C正確；DNA可按其螺旋直徑劃分不同種類，故可導(dǎo)致生物體內(nèi)DNA雙螺旋類型多種多樣，D正確。
10．某種物質(zhì)可插入DNA分子兩條鏈的堿基之間，使DNA雙鏈不能解開。若在細胞正常生長的培養(yǎng)液中加入適量的該物質(zhì)，下列相關(guān)敘述錯誤的是(　　)
A．隨后細胞中的DNA復(fù)制發(fā)生障礙
B．隨后細胞中的DNA轉(zhuǎn)錄發(fā)生障礙
C．該物質(zhì)可將細胞周期阻斷在分裂中期
D．可推測該物質(zhì)對癌細胞的增殖有抑制作用
解析：選C。某物質(zhì)可插入DNA分子兩條鏈的堿基之間，使DNA雙鏈不能解開，說明該物質(zhì)會阻礙DNA分子的解旋，因而會阻礙DNA分子的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄并抑制細胞增殖，A、B、D正確；因DNA分子的復(fù)制發(fā)生在細胞分裂前的間期，所以該物質(zhì)可將細胞周期阻斷在分裂前的間期，C錯誤。
11．(多選)白斑綜合征病毒嚴重危害對蝦養(yǎng)殖業(yè)，該病毒經(jīng)由吸附蛋白與細胞膜上受體蛋白的特異性結(jié)合而入侵宿主細胞。科研人員通過引入5-溴尿嘧啶(5-BU)誘變劑提高對蝦抗病能力。5-BU能產(chǎn)生兩種互變異構(gòu)體，一種是普通的酮式，一種是較為稀有的烯醇式。酮式可與A互補配對，烯醇式可與G互補配對。下列敘述正確的是(　　)
A．5-BU處理組對蝦體細胞中的堿基數(shù)目不變
B．5-BU處理組對蝦體細胞DNA中(A＋T)/(C＋G)比值可能發(fā)生變化
C．5-BU誘變劑是通過干擾吸附蛋白基因表達來阻斷病毒的吸附
D．宜選用健壯的成體對蝦作為實驗材料進行誘變實驗
解析：選AB。根據(jù)題干信息，利用5-BU處理對蝦，酮式可與A互補配對，代替T作為原料，烯醇式可與G互補配對，代替C作為原料，因此細胞中的堿基數(shù)目不變，但是由于5-BU能產(chǎn)生兩種互變異構(gòu)體參與比例未知，因此(A＋T)/(C＋G)的比值可能改變，A、B正確；根據(jù)以上分析可知，5-BU誘變劑是通過干擾對蝦體細胞內(nèi)DNA的復(fù)制誘導(dǎo)基因突變，使得對蝦細胞膜上的受體蛋白結(jié)構(gòu)改變，來阻斷病毒的吸附，C錯誤；根據(jù)以上分析，5-BU誘變劑是通過干擾對蝦體細胞內(nèi)DNA的復(fù)制誘導(dǎo)基因突變，因此宜選用幼體對蝦作為實驗材料進行誘變實驗，D錯誤。
12．(2022·四川成都模擬)科學(xué)家曾對DNA的復(fù)制提出兩種假說：全保留復(fù)制和半保留復(fù)制。以下是運用離心等方法探究DNA復(fù)制機制的兩個實驗，請分析并回答下列問題：
實驗一：從含15N的大腸桿菌和含14N的大腸桿菌中分別提取親代DNA，混合后放在100 ℃條件下進行熱變性處理，即解開雙螺旋，變成單鏈，然后進行離心，再測定離心管中混合的DNA單鏈含量，結(jié)果如圖a所示。
實驗二：將含15N的大腸桿菌轉(zhuǎn)移到14NH4Cl培養(yǎng)液中，繁殖一代后提取子代大腸桿菌的DNA(F1DNA)。將F1DNA熱變性處理后進行離心，離心管中出現(xiàn)的兩個條帶對應(yīng)圖b中的兩個峰。
(1)熱變性處理破壞了DNA分子中的________(填化學(xué)鍵的名稱)。
(2)根據(jù)圖a、圖b中條帶的數(shù)目和位置，能否判斷DNA的復(fù)制方式是“全保留復(fù)制”還是“半保留復(fù)制”？________，原因是__________________。
(3)研究人員發(fā)現(xiàn)，若實驗二中提取的F1DNA________________，將其直接進行離心，則離心管中只出現(xiàn)一個條帶，據(jù)此分析DNA的復(fù)制方式是半保留復(fù)制。
(4)研究人員繼續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，將含15N的大腸桿菌轉(zhuǎn)移到l4NH4Cl培養(yǎng)液中，培養(yǎng)24 h后提取子代大腸桿菌的DNA，經(jīng)實驗二的相關(guān)處理后，離心管中出現(xiàn)的14N條帶與15N條帶峰值的相對比值為7∶1，則大腸桿菌的分裂周期為________ h。
(5)如果大腸桿菌的DNA分子中含有2000個堿基(P元素只含32P)。若將DNA分子放在只含31P的脫氧核苷酸的溶液中讓其復(fù)制兩次，則子代DNA的相對分子質(zhì)量平均比原來減少____________。
解析：(1)熱變性處理導(dǎo)致DNA分子中堿基之間的氫鍵發(fā)生斷裂，形成兩條DNA單鏈。(2)無論DNA是全保留復(fù)制還是半保留復(fù)制，經(jīng)熱變性后都會在離心管中得到兩條14N鏈和兩條15N鏈，即都會得到兩個條帶，一條為14N條帶，另一條為15N條帶，無法區(qū)分復(fù)制方式。(3)若實驗二中提取的F1DNA不做熱變性處理，如果DNA復(fù)制是半保留復(fù)制，則第一代的2個DNA(F1DNA)分子都應(yīng)一條鏈含15N，一條鏈含14N。將其直接進行離心，則離心管中只出現(xiàn)一個條帶。(4)由題可知，經(jīng)實驗二的相關(guān)處理后，離心管中出現(xiàn)的14N條帶與15N條帶峰值的相對比值為7∶1，說明離心管中含14N的鏈有14條，含15N的鏈有2條，則24 h內(nèi)得到了8個子代DNA分子，故大腸桿菌的分裂周期為8 h。(5)如果大腸桿菌的DNA分子中含有2000個堿基(P元素只含32P)。若將DNA分子放在只含31P的脫氧核苷酸的溶液中讓其復(fù)制兩次，則子代DNA共4個，兩個DNA的一條鏈含有32P，一條鏈含有31P，兩個DNA分子的兩條鏈均為31P，故相對分子質(zhì)量平均比原來減少6000/4＝1500。
答案：(1)氫鍵　(2)不能　無論DNA是全保留復(fù)制還是半保留復(fù)制，經(jīng)熱變性后都能得到相同的實驗結(jié)果　(3)不做熱變性處理　(4)8　(5)1500

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