第六单元
遗传的分子基础
第18讲 DNA分子的结构、复制及基因的本质
【内容要求】
概念3 遗传信息控制生物性状,
并代代相传
3.1亲代传递给子代的遗传信息
主要编码在DNA分子上
3.1.1概述多数生物的基因是
DNA分子的功能片段,有些病毒
的基因在RNA分子上
【素养解读】
1.生命观念:以生命观念为指导,基于
DNA分子结构的认识和半保留复制的
理解,解释其结构特点与编码遗传信息、
复制的适应关系。解释DNA分子与基
因的关系,基于复制过程的认识,阐明物
质、能量和信息变化的统一性及细胞各
部分结构和功能的统一性。
【内容要求】
3.1.2概述DNA分子是由四种脱氧核
苷酸构成,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
3.1.3概述DNA分子通过半保留方式
进行复制
【素养解读】
2.科学思维:结合DNA双螺旋结构模
型,阐明DNA作为遗传物质所具有的
特性。
3.科学探究:依据DNA分子结构特点,
制作DNA双螺旋结构模型,认识其空
间结构。
考点一
DNA分子的结构及相关计算
基础·自主诊断
素养·全面提升
1.图解DNA分子结构
C、H、O、N、P
脱氧核苷酸
脱氧核糖
与磷酸
氢键
A—T、
G—C
反向
平行
2.DNA分子的特性
(1)稳定性:磷酸和脱氧核糖交替连接,排列在外侧构成基本骨架,两条链互补的
碱基之间通过 相连。
(2) 性:遗传信息蕴藏在 中。碱基排列顺序的千
变万化,如某DNA分子中有n个碱基对,则排列顺序有 种(其中n代表碱
基对数)。
(3) 性:每种DNA分子都有 。
氢键
多样 4种碱基的排列顺序
4n
特异 特定的碱基排列顺序
正误辨析
(1)同一条脱氧核苷酸链上相邻的两个碱基通过氢键相连。 ( )
(2)DNA分子中每个脱氧核糖都连接两个磷酸,每个碱基都连接一个脱氧核糖。
( )
×
[解析]同一条脱氧核苷酸链上相邻的两个碱基通过“脱氧核糖—磷酸—脱氧核
糖”连接。
×
[解析]DNA双链的两端各有一个脱氧核糖只连接着一个磷酸。
(3)DNA有氢键,RNA没有氢键。 ( )
(4)大肠杆菌的拟核DNA分子和质粒DNA分子都为双链环状。 ( )
(5)沃森和克里克提出在DNA双螺旋结构中嘧啶数不等于嘌呤数。 ( )
√
×
[解析]DNA双螺旋结构中嘧啶数等于嘌呤数。
[解析]tRNA为三叶草结构,双链区域也含氢键。
×
教材拓展
DNA分子都是“链状”吗?
目前发现链状的DNA存在于真核细胞的细胞核中,并与蛋白质结合组成染色体,
而细胞器(线粒体、叶绿体)中的DNA、原核细胞中的DNA以及病毒中的DNA
一般为环状。
1.解读两种DNA结构模型
(1)由图甲可解读以下信息
(2)图乙是图甲的简化形式,其中①是磷酸二酯键,③是氢键。
解旋酶作用于③部位,限制性内切酶和DNA连接酶作用于①部位。
2.碱基互补配对原则及相关计算
(1)碱基互补配对原则:A—T,G—C
(2)有关推论
①嘌呤总数与嘧啶总数相等,即A+G=T+C。
②在双链DNA分子中,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。设在双链DNA分子中的一条链上A1+T1=n%,以
A+T=A1+A2+T1+T2=(n%+n%)/2=n%。
简记为“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等”。
生命观念 识结构 明功能
1.下列关于DNA分子结构的描述,错误的
是 ( )
A.每一个DNA分子由一条多核苷酸链盘
绕而成螺旋结构
B.外侧是由磷酸与脱氧核糖交替连接构
成的骨架,内部是碱基
C.DNA两条链上的碱基间以氢键相连,
且A与T配对、G与C配对
D.DNA的两条链等长,但是反向平行
A
[解析] DNA双螺旋结构具有如下特点:①
一个DNA分子是由两条脱氧核苷酸链构
成的双螺旋结构,两条链等长且是反向平
行的。②DNA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
排列在内侧。③DNA分子两条链上的碱
基通过氢键连接成碱基对时,A与T配
对,G与C配对,综上可知,A错误。
2.下图为DNA分子部分结构示意图,下列对该图的描述不正确的是 ( )
A.脱氧核糖核苷酸相互连接形成DNA能够产生水
B.④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸,②和③相间排列,
构成了DNA分子的基本骨架
C.⑤⑥⑦⑧对应的碱基依次为A、G、C、T
D.DNA分子的两条链是反向平行的,并且游离的
磷酸基团位于不同端
B
[解析] 脱氧核糖核苷酸通过脱水缩合反应相互连接形成DNA,因此DNA的合
成能够产生水,故A正确。
①和②交替连接构成了DNA的基本骨架,故B错误。
根据碱基互补配对原则A和T相配对,G和C相配对,
故C正确。
DNA分子的两条链是反向平行的,并且游离的
磷酸基团位于两端,故D正确。
科学思维 重理解 拓思维
3.下列关于DNA分子的计算,正确的是 ( )
A.同种生物不同个体的细胞中,DNA分子的(A+T)/(G+C)
的值一般相同
B.不同种生物的不同细胞中,DNA分子的(A+G)/(T+C)
的值一定不同
C.若DNA的一条链中(A+G)/(T+C)=0.5,则其互补链中
(A+G)/(T+C)=0.5
D.10对A—T碱基对和20对C—G碱基对与若干数目的磷
酸基团和脱氧核糖可构成的DNA分子种类数小于430种
D
[解析] DNA分子具有特异性,
同种生物不同个体的DNA分
子有所不同,因此它们的细胞
中DNA分子的(A+T)/(G+C)
的值一般不同,A错误;
双链DNA分子中,A与T配
对,G与C配对,因此不同种生
物的不同细胞中,DNA分子
的(A+G)/(T+C)的值一般都
等于1,B错误;
3.下列关于DNA分子的计算,正确的是( )
A.同种生物不同个体的细胞中,DNA分子的
(A+T)/(G+C)的值一般相同
B.不同种生物的不同细胞中,DNA分子的
(A+G)/(T+C)的值一定不同
C.若DNA的一条链中(A+G)/(T+C)=0.5,则其
互补链中(A+G)/(T+C)=0.5
D.10对A—T碱基对和20对C—G碱基对与若
干数目的磷酸基团和脱氧核糖可构成的
DNA分子种类数小于430种
D 根据碱基互补配对原则可知,在双链
DNA分子中,(A+G)/(T+C)的值在两条
单链中互为倒数,因此若DNA的一条
链中(A+G)/(T+C)=0.5,则其互补链中
a(A+G)/(T+C)=2,C错误;
10对A—T碱基对和20对C—G碱基对
与若干数目的磷酸基团和脱氧核糖
可构成的DNA分子种类数小于430
种,D正确。
4.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 ( )
A B C D
C
A B C D
考点二
制作 DNA 分子双螺旋结构模型
素养·全面提升
1.制作原理
DNA分子的空间结构——规则的双螺旋结构,这一结构的主要特点:
(1)DNA 分子由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成。
(2)DNA 分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架;碱基
排列在内侧。
(3)DNA 分子两条链上的碱基按照碱基互补配对原则两两配对,并且以氢键
连接。
2.操作步骤
(1)构思和设计
(2)确定实施过程和分工
(3)制作4种小分子模型
用塑料片分别剪好若干个磷酸(用球形代表)、脱氧核糖(用五边形代表)、4种
不同的碱基(用不同颜色的长方形代表)。
(4)制作脱氧核苷酸模型
将剪好的上述3种零件相互连接,制成若干个含有不同碱基的脱氧核苷酸模型。
(5)制作第一条脱氧核苷酸长链
将制成的上述模型,依次穿在一条长细铁丝上,制成一条脱氧核苷酸长链。
(6)制作第二条脱氧核苷酸长链
用同样方法制作DNA的另一条长链,两条长链中核苷酸的个数必须相同,两
条长链并排时,必须保证碱基之间能够相互配对。
(7)拼接DNA双链结构
用订书钉将两条长链之间的互补碱基连接好,“拼成”DNA。
(8)旋转得到DNA双螺旋结构
双手分别提着双链的两端,反向旋转一下,即可得到一个DNA分子双螺旋结
构模型。
(9)检查、修补。
(10)鉴赏、交流。
3.注意事项
(1)制作4种小分子模型时:①腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)的一端应剪成相互吻
合的形状;同理,鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)的一端也应剪成另一种相互吻合的
形状。
②这两种碱基对模型的长度应相等,以保证DNA分子中两条平行链之间的
距离相等。
(2)制作脱氧核苷酸长链时,脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本
骨架;碱基排列在内侧;两条长链中核苷酸的个数必须相同,两条长链并排时,
必须保证碱基之间能够相互配对。
(3)拼接DNA双链结构时,注意两条脱氧核苷酸链反向平行。
1.某班级分组制作DNA双螺旋结构模型时,采用了如下流程:制作脱氧核苷
酸→制作脱氧核苷酸链→制作双链DNA→螺旋化。下列叙述错误的是(
)
A.制作脱氧核苷酸时,将磷酸和碱基连在脱氧核糖的特定位置
B.制作脱氧核苷酸链时,相邻脱氧核苷酸的磷酸基团直接相连
C.制作双链DNA时,两条链之间的碱基A与T配对,G与C配对
D.各组DNA模型的碱基序列往往不同,反映了DNA分子的多样性
B
科学探究 抓探究 提实践
[解析] 制作脱氧核苷酸时,磷酸连接5号碳原子上,碱基连在1号碳原子上,A
正确;
制作脱氧核苷酸链时,相邻脱氧核苷酸之间以磷酸和脱氧核糖相连,B错误;
制作双链DNA时,两条链之间的碱基A与T配对,G与C配对,C正确;
组成DNA的脱氧核苷酸有4种,各组DNA模型的碱基序列往往不同,反映了
DNA分子的多样性,D正确。
2.在搭建DNA分子模型的实验中,若有4种碱基
塑料片共20个,其中4个C,6个G,3个A,7个T,脱氧
核糖和磷酸之间的连接物14个,脱氧核糖塑料
片40个,磷酸塑料片100个,代表氢键的连接物若
干,脱氧核糖和碱基之间的连接物若干,则( )
A.能搭出20个脱氧核苷酸
B.所搭建的DNA分子片段最长为7个碱基对
C.能搭建出一个含4个碱基对的DNA分子片段
D.能搭建410种不同的DNA分子模型
C
[解析] 代表碱基的塑料片
共有20个,根据C与G配
对,A与T配对可知,最多只
有7个碱基对即14个脱氧核
苷酸,A错误;
根据代表碱基的塑料片可
知,搭建的DNA分子中最多
含有7个碱基对,形成7个碱
2.在搭建DNA分子模型的实验中,若有4种碱基
塑料片共20个,其中4个C,6个G,3个A,7个T,脱氧
核糖和磷酸之间的连接物14个,脱氧核糖塑料
片40个,磷酸塑料片100个,代表氢键的连接物若
干,脱氧核糖和碱基之间的连接物若干,则( )
A.能搭出20个脱氧核苷酸
B.所搭建的DNA分子片段最长为7个碱基对
C.能搭建出一个含4个碱基对的DNA分子片段
D.能搭建410种不同的DNA分子模型
C
基对需要脱氧核糖和磷酸
之间的连接物14个,而在形
成DNA分子时,一条链中两
个相邻的脱氧核苷酸之间
也需要该连接物,根据提供
的连接物的数目可知,所搭
建的DNA分子片段少于7
个碱基对,B错误;
2.在搭建DNA分子模型的实验中,若有4种碱基
塑料片共20个,其中4个C,6个G,3个A,7个T,脱氧
核糖和磷酸之间的连接物14个,脱氧核糖塑料
片40个,磷酸塑料片100个,代表氢键的连接物若
干,脱氧核糖和碱基之间的连接物若干,则( )
A.能搭出20个脱氧核苷酸
B.所搭建的DNA分子片段最长为7个碱基对
C.能搭建出一个含4个碱基对的DNA分子片段
D.能搭建410种不同的DNA分子模型
C
结合代表碱基的塑料片数
目和脱氧核糖与磷酸之间
的连接物数目可知,能搭建
出一个含4个碱基对的
DNA分子片段,8个脱氧核
苷酸需要8个脱氧核糖与磷
酸之间的连接物,8个脱氧
核苷酸连接成2条链另需要
2.在搭建DNA分子模型的实验中,若有4种碱基
塑料片共20个,其中4个C,6个G,3个A,7个T,脱氧
核糖和磷酸之间的连接物14个,脱氧核糖塑料
片40个,磷酸塑料片100个,代表氢键的连接物若
干,脱氧核糖和碱基之间的连接物若干,则( )
A.能搭出20个脱氧核苷酸
B.所搭建的DNA分子片段最长为7个碱基对
C.能搭建出一个含4个碱基对的DNA分子片段
D.能搭建410种不同的DNA分子模型
C
6个脱氧核糖与磷酸之间的
连接物,C正确;
由以上分析可知,该DNA只
含有4个碱基对,且每种碱
基对的数目有限,故不能搭
建410种不同的DNA分子模
型,D错误。
考点三
DNA的复制及基因的本质
基础·自主诊断
素养·全面提升
1.DNA分子复制的过程
(1)概念:以亲代DNA为模板,合成子代DNA的过程。
(2)时间: 。有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期
(3)过程 能量
解旋
DNA双链
母链
脱氧核苷酸
DNA聚合酶
碱基互补配对
母链
双螺旋结构
(4)特点: (过程上)、 (结果上)。
(5)精确复制的原因:
① 为复制提供了精确的模板。
② 保证了复制能够准确地进行。
(6)意义:将 从亲代传给子代,保持了 的连续性。
边解旋边复制 半保留复制
DNA独特的双螺旋结构
碱基互补配对原则
遗传信息 遗传信息
2.基因的本质
(1)本质:
基因是具有 的 片段。 遗传效应 DNA
(2)基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸的关系
染色体 一个或两个
有遗传效应
线性
遗传信息
(3)基因的基本功能:
遗传信息的 和 。 传递 表达
正误辨析
(1)DNA分子全部解旋后才开始进行DNA复制。( )
(2)DNA必须在DNA酶的作用下才能连接形成子链。 ( )
(3)DNA聚合酶催化两个游离的脱氧核苷酸之间的连接。 ( )
[解析]细胞内DNA分子是边解旋边复制的。
×
×
[解析]DNA酶催化DNA水解,而不是催化其形成子链。
×
[解析]DNA聚合酶在有模板和引物的条件下催化单个游离的脱氧核苷酸连接
到脱氧核苷酸链上。
(4)植物细胞的线粒体和叶绿体中均可发生DNA的复制。 ( )
(5)DNA复制就是基因表达的过程。 ( )
(6)解旋酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、限制性核酸内切酶都能作用于DNA分
子,它们的作用部位都是相同的。 ( )
√
×
[解析]基因的表达包括转录、翻译,DNA复制不属于基因的表达。
×
[解析]解旋酶作用于DNA的氢键,DNA聚合酶、DNA连接酶、限制性核酸内切
酶作用于磷酸二酯键。
1.DNA复制方式的探究
(1)实验材料:大肠杆菌。
(2)实验方法:同位素标记法和密度梯度离心法(亲代DNA分子与子代DNA分子
的区分方法)。
(3)实验假设:DNA分子以半保留的方式复制
(4)实验步骤与预期结果 (5)实验结论:实验结果
与预期结果一致,即
DNA分子以半保留的
方式复制。
2.DNA复制的有关计算
DNA复制为半保留复制,若将亲代DNA分子复制n代,其结果分析如下:
(1)子代DNA分子数为2n个。其中:
①含有亲代链的DNA分子数为2个。
②不含亲代链的DNA分子数为(2n-2)个。
③含子代链的DNA分子有2n个。
(2)子代脱氧核苷酸链数为2n+1条。其中:
①亲代脱氧核苷酸链数为2条。
②新合成的脱氧核苷酸链数为(2n+1-2)条。
(3)消耗的脱氧核苷酸数
①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,经过n次复制需要消耗游离的该
脱氧核苷酸数为m·(2n-1)个。
②第n次复制所需该脱氧核苷酸数为(m·2n-1)个。
3.DNA半保留复制应用于细胞分裂过程的分析
(1)有丝分裂中染色体标记情况分析
①过程图解(一般只研究一条染色体):
复制一次(母链标记,培养液不含标记同位素):
转至不含放射性培养液中再培养一个细胞周期:
②规律总结:若只复制一次,产生的子染色体都带有标记;若复制两次,产生的子
染色体只有一半带有标记。
(2)减数分裂中染色体标记情况分析
①过程图解:减数分裂一般选取一对同源染色体为研究对象,如图所示:
②规律总结:由于减数分裂没有
细胞周期,DNA只复制一次,
因此产生的子染色体都带有标记。
生命观念 识结构 明功能
1.下列关于 DNA 复制的叙述,正确的是 ( )
A.DNA 复制时,严格遵循 A—U、C—G 的碱基
互补配对原则
B.DNA 复制时,两条脱氧核苷酸链均可作为模板
C.DNA 分子全部解旋后才开始进行复制
D.脱氧核苷酸必须在 DNA 酶的作用下才能连接
形成子链
B [解析] DNA 复制时,严格遵循
A—T、C—G的碱基互补配对
原则;DNA 是以两条脱氧核苷
酸链作为模板进行复制的;
DNA 分子边解旋边复制;脱氧
核苷酸必须在 DNA 聚合酶的
作用下才能连接形成子链。
2.[2019·浙江一模] 下列关于基
因的说法,正确的是 ( )
A.基因是有遗传效应的DNA片段,DNA
片段一定是基因
B.染色体是基因的载体,基因的载体不一
定是染色体
C.DNA双链中能转录的一条链是显性基
因,不能转录的是隐性基因
D.基因表达的产物不可以参与基因表达
B
[解析] 基因是具有遗传效应的
DNA片段,DNA片段不一定是基
因,A错误;
染色体是DNA和蛋白质结合形成
的结构,位于线粒体和叶绿体等细
胞器中的DNA不与蛋白质结合形
成染色体,故基因的载体不一定是
染色体,B正确;
2.[2019·浙江绍兴] 下列关于基因的说法,正确
的是 ( )
A.基因是有遗传效应的DNA片段,DNA片段
一定是基因
B.染色体是基因的载体,基因的载体不一定是
染色体
C.DNA双链中能转录的一条链是显性基因,不
能转录的是隐性基因
D.基因表达的产物不可以参与基因表达
B
DNA双链中能转录的一条链和
不能转录的一条链所对应的基
因不是显隐性关系,C错误;
基因表达的产物是基因表达过
程中形成的RNA或蛋白质,它
们有的可以参与基因表达的过
程,D错误。
科学思维 重理解 拓思维
角度一 考查DNA复制的相关计算
3.[2019·模拟] 一个被15N标记的、含
500个碱基对的DNA分子片段,其中一条链中T+A
占40%。若将该DNA分子放在含14N的培养基中连
续复制3次,下列相关叙述正确的是 ( )
A.该DNA分子的另一条链中T+A占60%
B.该DNA分子中含有A的数目为400个
C.该DNA分子第3次复制时需要消耗1200个G
D.经3次复制后,子代DNA分子中含14N的单链占1/8
C
[解析] DNA分子片段的一条链
中T+A占一条链的40%,根据碱
基互补配对原则,另一条链中
T+A占另一条链的40%,A错误;
DNA分子片段的一条链中T+A
占40%,则T+A也占该DNA分子
碱基总数的40%,A=T=20%,该
DNA分子中含有A的数目为
500×2×20%=200(个),B错误;
3.[2021·模拟] 一个被15N标记的、
含500个碱基对的DNA分子片段,其中一条链中
T+A占40%。若将该DNA分子放在含14N的培养
基中连续复制3次,下列相关叙述正确的是 ( )
A.该DNA分子的另一条链中T+A占60%
B.该DNA分子中含有A的数目为400个
C.该DNA分子第3次复制时需要消耗1200个G
D.经3次复制后,子代DNA分子中含14N的单链占
1/8
C
据B中分析可知,G=C=30%,该
DNA分子第3次复制时需要
消耗鸟嘌呤500×2×30%×22
=1200(个),C正确;
经3次复制后,子代DNA中单
链共有16条,其中含14N的单
链有14条,占总数的7/8,D错误。
4.[2019·五月模拟] 某被15N标记的1个T2
噬菌体(第一代)侵染未标记的大肠杆菌后,共释放
出n个子代噬菌体,整个过程中共消耗a个腺嘌呤。
下列叙述正确的是 ( )
A.子代噬菌体中含15N的个体所占比例为1/2n-1
B.可用含15N的培养液直接培养出第一代噬菌体
C.噬菌体DNA复制过程需要的模板、酶、ATP和
原料都来自大肠杆菌
D.第一代噬菌体的DNA中含有a/(n-1)个胸腺嘧啶
D
[解析] 1个噬菌体中含1个DNA,
则被15N标记的有两条链,在释放
n个子代噬菌体,共有n个DNA,其
中含有15N标记的DNA有2个,据
此分析。子代噬菌体中含15N个
体所占比例为2/n,A错误;
噬菌体是病毒,不能直接用含15N
的培养液直接培养,B错误;
4.[2019·五月模拟] 某被15N标记的1个T2
噬菌体(第一代)侵染未标记的大肠杆菌后,共释放
出n个子代噬菌体,整个过程中共消耗a个腺嘌呤。
下列叙述正确的是 ( )
A.子代噬菌体中含15N的个体所占比例为1/2n-1
B.可用含15N的培养液直接培养出第一代噬菌体
C.噬菌体DNA复制过程需要的模板、酶、ATP和
原料都来自大肠杆菌
D.第一代噬菌体的DNA中含有a/(n-1)个胸腺嘧啶
D
噬菌体DNA复制过程需要的模
板是噬菌体本身的DNA,C错误;
产生n个子代噬菌体共消耗了a
个腺嘌呤,则每个DNA分子中腺
嘌呤的个数为a/(n-1),而DNA分
子中腺嘌呤数量等于胸腺嘧啶
数量,故第一代噬菌体的DNA中
含有a/(n-1)个胸腺嘧啶,D正确。
■易错提醒
DNA复制相关计算的4个易错点
(1)“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别,前者包括所有的复制,但后者只包
括最后一次复制。
(2)碱基的数目单位是“对”还是“个”。
(3)在DNA复制过程中,无论复制了几次,含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子
都只有两个。
(4)另外,还要看清是“DNA分子数”还是“链数”,“含”还是“只含”等关键词,以免
掉进陷阱。
角度二 综合考查DNA复制与细胞分裂
5.某DNA被32P标记的精原细胞在不含32P的培养液中经过一次有丝分裂,产生两
个精原细胞,其中一个接着进行一次减数分裂,其四分体时期的一对同源染色体
上的DNA组成示意图正确的是 ( )
A B C D
B
[解析] 依据DNA的半保留复制方式可知,某DNA被32P标记的精原细胞在不含
32P的培养液中经过一次有丝分裂后,产生的两个精原细胞中,每个核DNA分子
均为1条链含32P,1条链不含32P。其中一个精原细胞接着进行一次减数分裂,在
减数第一次分裂前的间期,每一个核DNA分子经过复制后所形成的2个子代
DNA分子中,有1个DNA的1条链含32P,另1条链不含32P,另一个DNA分子的2条
链都不含有32P,这2个DNA分子分别位于一条染色体的2条姐妹染色单体上。
综上所述,四分体时期的一对同源染色体
上的DNA组成如B项所示。
角度三 考查基因的本质
6.将某一经3H充分标记了DNA的雄性动物细胞(染色体数为2N)置于不含3H的
培养基中培养,该细胞经过两次连续分裂后形成4个大小相等的子细胞。下列
有关说法正确的是 ( )
A.若子细胞中染色体数为2N,则其中含3H的染色体数一定为N
B.若子细胞中染色体数为N,则其中含3H的DNA分子数为N/2
C.若子细胞中染色体都含3H,则细胞分裂过程中可能会发生基因重组
D.若子细胞中有的染色体不含3H,原因是同源染色体分离
C
[解析] 该动物细胞经过3H标记后,放在不含3H的培养基中培养,经过两次有丝
分裂后形成的4个细胞中,每个细胞中含3H的染色体数可能是0~2N,A错误。
如果该细胞中染色体数为N,则该细胞发生的是减数分裂,则含3H的DNA分子
数为N,B错误。
如果子细胞中染色体都含有3H,该细胞可能发生的是减数分裂,减数分裂过程
中会发生基因重组,C正确。
如果子细胞中有的染色体不含3H,则该细胞发生的是有丝分裂,不可能发生同
源染色体分离,D错误。
■易错提醒
(1)对于真核细胞来说,染色体是基因(遗传物质DNA)的主要载体;线粒体和叶
绿体也是基因的载体。
(2)遗传效应是指基因能够转录成mRNA,进而翻译成蛋白质,控制一定的性状。
(3)DNA分子中还存在着不具有遗传效应的片段,在真核细胞中这部分片段所
占比例很大,这些片段不是基因。
(4)通常的基因是指有遗传效应的DNA片段,而RNA病毒的基因是指具有遗传
效应的RNA片段。
真题·新题
五年真题
1.[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
[解析] ①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;②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;③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;④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。
五年真题
1.[2019·天津卷] 用3H标记胸腺嘧
啶后合成脱氧核苷酸。注入真核
细胞,可用于研究 ( )
A.DNA复制的场所
B.mRNA与核糖体的结合
C.分泌蛋白的运输
D.细胞膜脂质的流动
A
[解析] 本题主要考查DNA的复制。用3H
标记胸腺嘧啶后合成胸腺嘧啶脱氧核苷
酸(构成DNA分子的基本单位之一),注入
真核细胞中,可根据3H的放射性追踪胸腺
嘧啶脱氧核苷酸的位置变化,从而能推断
出DNA复制的场所,A项正确。
2.[2018·全国卷Ⅰ] 生物体内的DNA常与蛋白质结
合,以DNA-蛋白质复合物的形式存在。下列相关叙
述错误的是 ( )
A.真核细胞染色体和染色质中都存在DNA-蛋白质
复合物
B.真核细胞的核中有DNA-蛋白质复合物,而原核细
胞的拟核中没有
C.若复合物中的某蛋白参与DNA复制,则该蛋白可
能是DNA聚合酶
D.若复合物中正在进行RNA的合成,则该复合物中
含有RNA聚合酶
B
[解析] 真核细胞中染色体和
染色质是同一种物质,都由
DNA和蛋白质组成,A项正确。
真核细胞和原核细胞中都会
发生DNA复制的过程,DNA
复制时,DNA聚合酶会与
DNA分子相结合,形成DNA-
蛋白质复合物,B项错误。
2.[2018·全国卷Ⅰ] 生物体内的DNA常与蛋白质结
合,以DNA-蛋白质复合物的形式存在。下列相关
叙述错误的是 ( )
A.真核细胞染色体和染色质中都存在DNA-蛋白质
复合物
B.真核细胞的核中有DNA-蛋白质复合物,而原核细
胞的拟核中没有
C.若复合物中的某蛋白参与DNA复制,则该蛋白可
能是DNA聚合酶
D.若复合物中正在进行RNA的合成,则该复合物中
含有RNA聚合酶
B
DNA分子复制时,需要DNA
聚合酶的参与,DNA会与
DNA聚合酶形成DNA-蛋白
质复合物,C项正确。
若复合物中正进行RNA的合
成,该过程可能是转录,此时
RNA聚合酶与DNA形成
DNA-蛋白质复合物,D项正确。
3.[2018·江苏卷] 下列关于DNA和
RNA的叙述,正确的是( )
A.原核细胞内DNA的合成都需要
DNA片段作为引物
B.真核细胞内DNA和RNA的合成都
在细胞核内完成
C.肺炎双球菌转化实验证实了细胞
内的DNA和RNA都是遗传物质
D.原核细胞和真核细胞中基因表达
出蛋白质都需要DNA和RNA的参与
D
[解析] 引物一般是一小段核苷酸序列,A项
错误。
真核细胞内 DNA 和 RNA 的合成主要在细
胞核内进行,在线粒体和叶绿体中也能完
成,B项错误。
肺炎双球菌体外转化实验证实了DNA是遗
传物质,不能证实RNA是遗传物质,C项错误。
原核细胞和真核细胞中基因表达出蛋白质
都需要经过转录和翻译过程,都有 DNA 和
RNA 的参与,D项正确。
新题精选
1.研究发现人体细胞内双链DNA分子具有自我修复功
能,双链DNA分子的一条链发生损伤(碱基错配或碱基
丢失)后,能以另一条链为模板对损伤链进行修复。下
列有关叙述错误的是 ( )
A.DNA 分子的修复过程需要 DNA 聚合酶
B.DNA 复制过程中 A 与 C 的错配会导致 DNA 损伤
C.DNA 在自我修复前后,分子中的碱基比例保持不变
D.若损伤的DNA分子不能被正常修复,则可能引发基
因突变
C
[解析] DNA 分子的修
复过程是以一条链(未
损伤链)为模板修复损
伤链的过程,需要
DNA聚合酶的催化;
1.研究发现人体细胞内双链DNA分子具有自我修复
功能,双链DNA分子的一条链发生损伤(碱基错配或
碱基丢失)后,能以另一条链为模板对损伤链进行修复。
下列有关叙述错误的是 ( )
A.DNA 分子的修复过程需要 DNA 聚合酶
B.DNA 复制过程中 A 与 C 的错配会导致 DNA 损
伤
C.DNA 在自我修复前后,分子中的碱基比例保持不变
D.若损伤的DNA分子不能被正常修复,则可能引发基
因突变
C
双链DNA分子的一条链发生损
伤指的是碱基错配或碱基丢失,
因此DNA分子复制过程中A与
C的错配会导致DNA分子损伤;
DNA分子自我修复前后碱基比
例可能会发生改变;
若损伤的DNA分子不能被正常
修复,会导致碱基对发生改变或
缺失,进而可能引发基因突变。
2.[2020·山东模拟] 双脱氧核苷三磷酸(ddNTP)与脱氧核苷三磷酸(dNTP)的结
构如图所示。已知ddNTP按碱基互补配对的方式加到正在复制的子链中后,子
链的延伸立即终止。某同学要通过PCR技术获得被32P标记且以碱基“C”为末
端的、不同长度的子链DNA片段。在反应管中已经有单链模板、引物、DNA
聚合酶和相应的缓冲液等,还需要加入下列哪些原料 ( )
①dGTP, dATP, dTTP, dCTP
②dGTP,dATP, dTTP
③α位32P标记的ddCTP
④γ位32P标记的ddCTP
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
A
[解析] PCR技术除需要模板、引物、耐高温的DNA聚合酶、缓冲液外,还需要
体外合成DNA的基本单位和能量,dNTP中β、γ位磷酸键断裂后既可以提供能
量又可以提供合成DNA的基本单位,即四种脱氧核苷酸,故需要dGTP、dATP、
dTTP、dCTP;若使子链的延伸终止且末端被32P标记且以C为末端,需要加入α
位32P标记的ddCTP,这样ddNTP中β、γ
位磷酸键断裂提供能量,α位32P标记的
磷酸基团加入子链的末端,合成终止,
故选①③,A正确。
1.核心概念
(1)P52 由于新合成的每个DNA分子中,都保留了原来DNA分子中的一条链,因
此,这种复制方式被称为半保留复制。
(2)P57 基因:基因是有遗传效应的DNA片段。
2.重点易错语句
(1)P54 DNA分子复制的时期:细胞有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期。
(2)P54 DNA分子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
对保证了复制能够准确地进行。
(3)P54 DNA通过半保留复制方式将遗传信息从亲代传给了子代,其意义是保持
遗传信息的连续性。
(4)P57 碱基特定的排列顺序,构成了每一个DNA分子的特异性。
(5)P57 DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。
3.边角知识
(1)P52 科学家以大肠杆菌为实验材料,运用同位素示踪技术,证实了DNA是以半
保留的方式复制的。
(2)P56 人类基因组计划测定的是24条染色体(22条常染色体+X+Y)上DNA的碱
基序列。
(3)P58 每个人的DNA都不完全相同,因此,DNA也可以像指纹一样用来识别身
份,这种方法就是DNA指纹技术。
(4)P59 碱基序列的多样性构成了DNA分子的多样性,DNA分子因而能够储存大
量的遗传信息。
1.在一对等位基因中,一定相同的是 ( )
A.氢键数目
B.碱基数目
C.遗传信息
D.基本骨架
D [解析] 基因都是有遗传效应的
DNA片段,都以磷酸、脱氧核糖
交替连接形成基本骨架,D项正确。
2.用32P标记玉米体细胞(含20条染色
体)的DNA分子。再将这些细胞转入
不含32P的培养基中培养,在第二次细
胞分裂完成后每个细胞中被32P标记
的染色体条数是 ( )
A.0条
B.20条
C.大于0条小于20条
D.以上都有可能
D
[解析] 第一次细胞分裂完成后形成
的细胞中,DNA双链均是一条链含有
32P,另一条链不含32P,第二次细胞分
裂的间期,染色体复制后每条染色体
上都是一条染色单体含32P,一条染色
单体不含32P;有丝分裂后期,着丝点
分裂,姐妹染色单体分离,如果含32P
的20条染色体同时移向细胞的一极,
2.用32P标记玉米体细胞(含20条染色体)的
DNA分子。再将这些细胞转入不含32P的培
养基中培养,在第二次细胞分裂完成后每个
细胞中被32P标记的染色体条数是 ( )
A.0条
B.20条
C.大于0条小于20条
D.以上都有可能
D
不含32P的20条染色体同时移向
细胞的另一极,则产生的子细胞
中被32P标记的染色体条数分别
是20条和0条;如果移向细胞两
极的20条染色体中既有含32P的,
也有不含32P的,则形成的子细胞
中被32P标记的染色体条数大于
0条小于20条。
3.以下关于基因、染色体和性状的说法正确
的是 ( )
A.非等位基因都位于非同源染色体上
B.位于X或Y染色体上的基因,其相应的性状
表现与性别相关联
C.基因与性状之间是一一对应的关系
D.基因突变一定能够改变生物体的表现型
B
[解析] 同源染色体上也可出
现非等位基因;一个性状可能
由多个基因控制;基因突变不
一定改变生物体的表现型。
4.BrdU是一种嘧啶类似物,能替代胸腺嘧啶与腺
嘌呤配对。将植物根尖分生组织放在含有BrdU
的培养基中培养到第二个细胞周期的中期,其染
色体的情况是 ( )
A.每条染色体的两条染色单体都含有BrdU
B.每条染色体的两条染色单体都不含有BrdU
C.每条染色体中都只有一条染色单体含有BrdU
D.只有半数的染色体中一条染色单体含有BrdU
A
[解析] BrdU相当于一种替代
胸腺嘧啶的标记物,到第二个
细胞周期中期,相当于经过两
次复制,这时细胞内每条染色
体有两条姐妹染色单体,每条
染色单体含有一个DNA分子,
每个DNA分子上都有BrdU,
所以每条染色体的两条染色
单体都含有BrdU。
5.[2019·山东七校联考] 科学家在人体快速分裂的活细胞(如癌细胞)中发现了
DNA的四螺旋结构。形成该结构的DNA单链中富含G,每4个G之间通过氢键形
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”。下列叙述
正确的是( )
①该结构是沃森和克里克首次发现的
②该结构由一条脱氧核苷酸链形成
③用DNA解旋酶可打开该结构中的氢键
④该结构中(A+G)/(T+C)的值与DNA双螺旋结构中的比值相等
A.①② B.②③ C.①④ D.②④
B
[解析] “G—四联体螺旋结构”不是沃森和克里克首次发现的,①错误;
由图中实线可知,该结构由一条脱氧核苷酸链形成,②正确;
DNA解旋酶能打开碱基之间的氢键,③正确;
DNA双螺旋结构中(A+G)/(T+C)的值始终等于1,
而该结构只有一条DNA单链,所以其
(A+G)/(T+C)的值不一定等于1,④错误。
6.[2020·西安二模] 将大肠杆菌放在含有15N的培养基中培育若干代后,细菌
DNA中所有氮均为15N,它比14N分子密度大。将DNA被15N标记的大肠杆菌再
移到含14N的培养基中培养,每隔4 h(相当于分裂繁殖一代的时间)取样一次,测
定其不同世代细菌DNA分子的密度。
DNA分子的密度梯度离心实验结果
如图所示。请回答:
(1)中带含有的氮元素是 。14N、15N
(2)如果测定第4代DNA分子密度,含15N的DNA分子所占比例为 。 1/8
(3)如果将第1代(全中)DNA链的氢键断裂后再测定密度,它的四条DNA单链在
试管中的分布位置应为 。
(4)上述实验表明,DNA分子复制的方式是
。
1/2重带、1/2轻带
半保留复制
[解析] 两条DNA单链均被15N标记的DNA分子为全重DNA分子,在离心管的最下
边;含全重DNA分子的大肠杆菌转入含14N的培养基中培养后,第1代DNA全部是一
条链含15N、另一条链含14N,在离心管的中间;第2代为1/2中带DNA分子,1/2轻带
DNA分子;第4代为2/24中带DNA分子,(24-2)/24轻带DNA分子。根据这一实验结果
可以证明:DNA分子复制的方式是半保留复制。