第1頁共10頁課時跟蹤檢測(十八)DNA分子的結構、復制與基因的本質一、單項選擇題1．染色質(體)、DNA和基因三者之間有著千絲萬縷的聯系，但又有較大區別。下列相關說法錯誤的是()A．染色質存在于真核細胞的細胞核內，DNA和基因還可存在于細胞質內B．基因可以是DNA片段，但DNA片段不一定是基因C．摩爾根通過白眼果蠅和紅眼果蠅雜交實驗證明了基因在染色體上呈線性排列D．基因和染色體在雜交過程中保持完整性和獨立性解析：C染色質存在于真核細胞的細胞核內，DNA和基因還可存在于細胞質內，A正確；基因通常是有遺傳效應的DNA片段，因此基因可以是DNA片段，但DNA片段不一定是基因，B正確；摩爾根通過白眼果蠅和紅眼果蠅雜交實驗證明了基因在染色體上，C錯誤；基因和染色體在雜交過程中保持完整性和獨立性，D正確。2．(2021·石家莊模擬)沃森和克里克根據DNA分子晶體衍射圖譜，解析出經典的DNA雙螺旋類型(B-DNA)，后續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-DNAB-DNAZ-DNA螺旋直徑(nm)2.552.371.84A.Z-DNA雙螺旋類型結構更為緊湊而有利于其完成復制B．不同的雙螺旋類型中，基因的轉錄活躍程度不同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DNA雙螺旋類型也是多種多樣的解析：ADNA復制過程中需要將DNA解旋，而Z-DNA雙螺旋類型結構更為緊湊，解旋更困難，從而不利于其完成復制，A錯誤；不同螺旋結構的直徑不同，轉錄活躍程度不同，B正確；DNA復制過程中無論什么類型的DNA雙螺旋結構，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，故可導致生物體內DNA雙螺旋類型多種多樣，D正確。3．(2021·高州市二模)復制叉是復制時雙鏈打開，分開成兩股，各自作為模板，子鏈沿模板延長所形成的Y字型結構(如圖)，復制叉從復制起始點開始沿著DNA鏈有序移動。DNA甲基化會引起染色質結構、DNA構象、DNA穩定性及DNA與蛋白質相互作用方式的改變。下列敘述正確的是()A．解旋酶能使DNA兩條螺旋的雙鏈完全打開后再復制B．DNA聚合酶作用對象是氫鍵C．甲基化修飾DNA鏈不會影響復制叉的有序移動D．多起點雙向復制可提高復制速率解析：D解旋酶能使DNA兩條螺旋的雙鏈打開，但DNA分子的復制特點是邊解旋邊復制，A錯誤；DNA聚合酶的作用對象是磷酸二酯鍵，B錯誤；由于DNA甲基化引起染色質結構、DNA構象、DNA穩定性及DNA與蛋白質相互作用方式發生了改變，故甲基化修飾DNA鏈會影響復制叉的有序移動，C錯誤；多起點雙向復制可以提高復制的速率，能在短時間內得到較多的DNA分子，D正確。4．(2021·石家莊二模)研究人員將1個含14N-DNA的大腸桿菌轉移到以15NH4Cl為唯一氮源的培養液中，培養24h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，試管中出現兩種條帶(如圖)。下列說法正確的是()A．由結果可推知該大腸桿菌的細胞周期大約為6hB．根據條帶的數目和位置可以確定DNA的復制方式C．解開DNA雙螺旋的實質是破壞脫氧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：D由于14N單鏈∶15N單鏈＝1∶7，說明DNA復制了3次，因此可推知該細菌的細胞周期大約為24÷3＝8h，A錯誤；由于DNA經過熱變性后解開了雙螺旋，變成單鏈，所以根據條帶的數目和位置只能判斷DNA單鏈的標記情況，但無法判斷DNA的復制方式，B錯誤；解開DNA雙螺旋的實質是破壞脫氧核苷酸之間的氫鍵，C錯誤；經過圖示分析可知，DNA復制3次，有2個14N/15N-DNA的中帶，有6個15N/15N-DNA的重帶，共兩條條帶，D正確。5．(2021·石家莊模擬)大腸桿菌的擬核DNA是環狀DNA分子。將無放射性標記的大腸桿菌，置于含3H標記的dTTP的培養液中培養，使新合成的DNA鏈中的脫氧胸苷均被3H標記。在第二次復制未完成時將DNA復制阻斷，結果如圖所示。下列選項中對此實驗的理解錯誤的是()A．DNA復制過程中，雙鏈會局部解旋B．Ⅰ所示的DNA鏈被3H標記C．雙鏈DNA復制僅以一條鏈作為模板D．DNA復制的方式是半保留復制解析：CDNA復制過程中，雙鏈會局部解旋，A正確；Ⅰ所示的DNA鏈被3H標記，B正確；雙鏈DNA復制以兩條鏈分別作為模板，C錯誤；DNA復制的方式是半保留復制，D正確。6．科學家發現DNA分子中有一種i-Motif結構(同一條DNA鏈上的胞嘧啶彼此結合)，該結構多出現在原癌基因的啟動子(RNA聚合酶識別、結合和開始轉錄的一段DNA序列)區域和端粒中。下列關于i-Motif結構的敘述錯誤的是()A．對細胞正常生理功能有影響B．可作為抗癌藥物設計的靶點C．A和T、C和G的含量均相同D．可能與基因選擇性表達有關系解析：Ci-Motif結構多出現在原癌基因的啟動子(RNA聚合酶識別、結合和開始轉錄的一段DNA序列)區域和端粒中，因此對細胞正常生理功能有影響，A正確；該結構多出現在原癌基因的啟動子部位，故可作為抗癌藥物設計的靶點，B正確；該結構由同一條DNA鏈上的胞嘧啶彼此結合形成，只含有DNA的一條鏈的部分序列，因此無法判斷各種堿基的數量關系，C錯誤；該結構常位于啟動子區域，會影響基因的轉錄，因此可能與基因選擇性表達有關系，D正確。7．(2021·聊城一模)2020年2月中科院生物物理研究所揭示了一種精細的DNA復制起始位點的識別調控機制。該研究發現，含有組蛋白變體H2A.Z的核小體(染色體的基本組成單位)能夠通過直接結合甲基化酶SUV420H1，促進核小體上的組蛋白H4的第二十位氨基酸發生二甲基化修飾。而帶有二甲基化修飾的H2A.Z核小體能進一步招募復制起始位點識別蛋白ORC1，從而幫助DNA復制起始位點的識別。下列敘述錯誤的是()A．核小體的主要組成成分是DNA和蛋白質B．一個DNA分子上只可能含有一個組蛋白變體H2A.Z的核小體C.開發抑制甲基化酶SUV420H1活性的藥物，可以用作腫瘤的治療D．在T細胞中破壞該調控機制后，T細胞的免疫激活也會受到抑制解析：B核小體是染色體的基本組成單位，主要組成成分是DNA和蛋白質，A正確；基因是有遺傳效應的DNA片段，一個DNA分子上可能含有多個組蛋白變體H2A.Z的核小體，B錯誤；開發抑制甲基化酶SUV420H1活性的藥物，能抑制DNA復制，因而可以用作腫瘤的治療，C正確；在T細胞中破壞該調控機制后，T細胞的增殖受阻，導致免疫激活受到抑制，D正確。二、多項選擇題8．(2021·遼寧模擬)科學家發現如果RNA聚合酶運行過快會導致與DNA聚合酶“撞車”而使DNA折斷，引發細胞癌變。研究發現，一種特殊酶類RECQL5可以吸附到RNA聚合酶上減緩其運行速度，扮演“剎車”的角色，從而抑制癌癥發生。下列分析正確的是()A．DNA聚合酶和RNA聚合酶均可以與DNA鏈結合分別催化不同過程B．“撞車”引發的DNA折斷可能損傷DNA鏈上與細胞周期相關的基因C．RECQL5可以與RNA聚合酶結合進而減慢細胞內mRNA合成的速率D．即使神經細胞不能合成RECQL5，其細胞核內也不會發生“撞車”現象解析：ABCDDNA聚合酶可以與DNA結合催化DNA復制過程，RNA聚合酶可以與DNA結合催化轉錄過程，A正確；“撞車”引發的DNA折斷可能損傷DNA鏈上與細胞周期相關的基因，導致細胞分裂失控從而無限增殖，B正確；基因表達包括轉錄和翻譯兩個階段，RNA聚合酶可以催化轉錄過程，RECQL5可以與RNA聚合酶結合減緩其運行速度，即減緩mRNA合成的速率，C正確；神經細胞高度分化，不再分裂，即細胞核中不會進行DNA的復制，因此即使神經細胞不能合成RECQL5，其細胞核內也不會發生“撞車”現象，D正確。9．(2021·南通模擬)如圖1表示的是細胞內DNA的復制過程，圖2表示圖1中RNA引物去除并修復的過程。相關敘述正確的是()A．兩條子鏈合成過程所需的RNA引物數量不同B．酶1、2可催化RNA降解，去除引物C．酶3是DNA聚合酶，催化游離的核糖核苷酸連接到DNA單鏈上D．酶4是DNA連接酶，催化兩個DNA單鏈片段的連接解析：ABDDNA聚合酶不能從頭合成DNA，只能從3′端延伸DNA鏈，因此在復制過程中需要RNA引物，DNA分子為邊解旋邊復制，兩條鏈反向平行，兩條子鏈合成過程所需的RNA引物數量不同，A正確；由題圖可知，酶1、2可催化RNA降解，去除引物，B正確；酶3是DNA聚合酶，催化游離的脫氧核糖核苷酸連接到DNA單鏈上，C錯誤；酶4是DNA連接酶，催化兩個DNA單鏈片段的連接，D正確。10．(2021·泰州模擬)人類抗體重鏈基因位于14號染色體上，由VH、DH、JH、CH四個基因片段簇組成，其中功能性VH基因片段約有65個、DH基因片段有27個、JH基因片段有6個、功能性CH基因片段有9個，如圖所示。下列有關敘述錯誤的是()A．VH1、DH1和JH1的基本組成單位相同B．VH1、DH1和JH1之間可互為等位基因C．VH、DH、JH和CH的多樣性是抗體多樣性的基礎D．遺傳信息主要蘊藏在VH基因片段簇的核糖核苷酸的排列順序中解析：BDVH1、DH1和JH1的基本組成單位都是脫氧核苷酸，A正確；等位基因位于同源染色體的相同位置上，而VH1、DH1和JH1在一條染色體上，不能互為等位基因，B錯誤；VH、DH、JH和CH的多樣性是抗體多樣性的基礎，C正確；遺傳信息主要蘊藏在VH基因片段簇的脫氧核苷酸的排列順序中，D錯誤。三、非選擇題11．下圖為真核生物DNA的結構(圖甲)及發生的生理過程(圖乙)，請據圖回答下列問題：(1)圖甲為DNA的結構示意圖，其基本骨架由________和________(填序號)交替連接構成，④為________________________(填名稱)。(2)從圖乙可看出，該過程是從________個起點開始復制的，從而________復制速率；圖中所示的酶為________酶；作用于圖甲中的________(填序號)。(3)若用1個32P標記的噬菌體侵染未被標記的大腸桿菌，釋放出300個子代噬菌體，其中含有32P的噬菌體所占的比例是________。(4)若圖甲中的親代DNA分子含有100個堿基對，將該DNA分子放在含有32P標記的脫氧核苷酸培養液中復制一次，則子代DNA分子的相對分子質量比原來增加________。(5)若圖乙中親代DNA分子在復制時，一條鏈上的G變成了A，則該DNA分子經過n次復制后，發生差錯的DNA分子占DNA分子總數的________。解析：(1)DNA分子的基本骨架由①磷酸和②脫氧核糖交替連接構成。圖中的④是由一分子脫氧核糖、一分子磷酸和一分子C(胞嘧啶)組成的胞嘧啶脫氧核苷酸。(2)據圖乙分析可知，DNA復制過程中有多個起點，這樣可以大大提高復制的速率。圖乙中酶使堿基對間的氫鍵斷裂，使DNA雙鏈解旋，應為解旋酶，作用于圖甲中的⑨(氫鍵)。(3)用32P標記的1個噬菌體侵染大腸桿菌，根據DNA分子半保留復制的特點，新形成的300個噬菌體中有2個噬菌體含32P，占eq\f(1,150)。(4)親代DNA分子含有100個堿基對，在含有32P標記的脫氧核苷酸的培養液中復制一次形成的子代DNA分子一條鏈含32P，一條鏈含31P，標記的脫氧核苷酸比未標記的相對分子質量增加1，因此子代DNA的相對分子質量比原來增加100。(5)DNA分子復制時一條鏈上的堿基發生突變，另一條鏈上的堿基不發生突變，以堿基發生突變的單鏈為模板復制形成的DNA分子都是異常的，以堿基沒有發生突變的單鏈為模板合成的DNA分子都是正常的，因此無論復制多少次，發生差錯的DNA分子都占DNA分子總數的eq\f(1,2)。答案：(1)①②胞嘧啶脫氧核苷酸(2)多提高解旋⑨(3)eq\f(1,150)(4)100(5)eq\f(1,2)12．(2021·達州模擬)DNA分子雙螺旋結構模型提出之后，人們推測DNA可能通過圖1中三種方式進行復制。某生物興趣小組準備通過實驗來探究DNA復制方式，基本思路是用14N標記大腸桿菌的DNA雙鏈，然后在含15N的培養液中讓其繁殖兩代，提取每代大腸桿菌的DNA并作相應處理，可能出現的實驗結果如圖2。(1)該實驗將會用到的實驗技術有________________技術和離心技術。若親代大腸桿菌繁殖一次，出現實驗結果1，可以說明DNA復制方式不是全保留復制，理由是____________________________________________________________________________________。(2)若親代大腸桿菌繁殖二代，出現實驗結果2，說明DNA復制方式是____________復制。按照此復制方式：①親代大腸桿菌繁殖N代(N≥2)，實驗結果中輕帶、中帶、重帶中DNA分子數量之比應為________________________________________________________________________。②圖3中DNA片段2至少需要經過________次復制才能獲得DNA片段3。解析：(1)本研究使用15N對DNA分子進行了標記，應用了同位素標記技術，還用離心技術對DNA分子進行分離；若親代大腸桿菌繁殖一次，出現實驗結果1(離心后只有1條中帶)，可以說明DNA分子的復制可能是半保留復制，也可能是分散復制，但可以排除全保留復制，因為若為全保留復制，則DNA復制一次后形成的2個DNA分子是1個只含14N，另一個只含15N，實驗結果應出現一條輕帶和一條重帶。(2)若DNA復制方式是半保留復制，則親代大腸桿菌繁殖二代，形成的4個DNA分子，只含15N的有2個，一條鏈含14N、一條鏈含15N的有2個，經離心出現實驗結果2；按照半保留復制方式：①親代大腸桿菌繁殖N代(N≥2)，無論復制多少代，形成的2N個的DNA分子，只含14N的有0個，一條鏈含14N、一條鏈含15N的有兩個，只含15N的有2N－2個，即實驗結果中輕帶、中帶、重帶中DNA分子數量之比應為0∶2∶2N－2。②由堿基互補配對和半保留復制可得，至少需要經過2次復制，DNA片段2中G/U才可替換為A/T，才能獲得DNA片段3。答案：(1)同位素標記若為全保留復制，則實驗結果應出現輕帶和重帶(2)半保留①0∶2∶2N－2②213．熒光原位雜交可用熒光標記的特異DNA片段為探針，與染色體上對應的DNA片段結合，從而將特定的基因在染色體上定位。請回答下列問題：(1)DNA熒光探針的制備過程如圖1所示，DNA酶Ⅰ隨機切開了核苷酸之間的______________鍵從而產生切口，隨后在DNA聚合酶Ⅰ的作用下，以熒光標記的____________為原料，合成熒光標記的DNA探針。(2)圖2表示探針與待測基因結合的原理。先將探針與染色體共同煮沸，使DNA雙鏈中______鍵斷裂，形成單鏈。隨后在降溫復性過程中，探針的堿基按照______________原則，與染色體上的特定基因序列形成較穩定的雜交分子。圖中兩條姐妹染色單體中最多可有______條熒光標記的DNA片段。(3)A、B、C分別代表不同來源的一個染色體組，已知AA和BB中各有一對同源染色體可被熒光探針標記。若植物甲(AABB)與植物乙(AACC)雜交，則其F1有絲分裂中期的細胞中可觀察到______個熒光點；在減數第一次分裂形成的兩個子細胞中分別可觀察到________個熒光點。解析：(1)從圖1中可以看出，DNA酶Ⅰ可將DNA切割成若干片段，故其作用類似于限制酶，即可以使脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷裂。DNA探針的本質是熒光標記的DNA片段，其基本單位是脫氧核苷酸。(2)由圖2可知，高溫可以使雙鏈DNA分子中的氫鍵斷裂形成DNA單鏈，DNA探針的單鏈與染色體中特定基因的DNA單鏈重新形成雜交的雙鏈DNA分子，此時互補的雙鏈的堿基間應遵循堿基互補配對原則。一條染色體的兩條染色單體上共有兩個雙鏈DNA分子，氫鍵斷裂后可形成4條DNA單鏈，所以與探針雜交后最多有4個熒光點。(3)甲、乙雜交所得的F1的染色體組為AABC，假設染色體組A、B中可被熒光標記的染色體均用a表示，則在有絲分裂中期細胞中有3個a，故可觀察到6個熒光點；在減數第一次分裂后期，AA中的染色體可平均分配，但是B、C中的染色體因不能聯會而隨機分配，形成的兩個子細胞中分別含有1個a和2個a，所以可分別觀察到2個和4個熒光點。答案：(1)磷酸二酯脫氧核苷酸(2)氫堿基互補配對4(3)62和414．(原創題)研究人員發現了染色體外環狀DNA(eccDNA)，其與正常細胞線性DNA、線粒體DNA等遺傳分子共同組成了“DNA家族”。eccDNA是一種從正?；蚪M中分離或脫落下來的DNA分子，以單鏈或雙鏈環狀存在，可以作為模板進行轉錄，與細胞的命運息息相關。在腫瘤細胞中，這種環狀DNA具有促進癌基因表達的功能。(1)為了優化人體組織eccDNA的研究方法，在對樣品中的染色體外環狀DNA進行富集之后，還需進行________，去除細胞中的______________________________，然后對得到的eccDNA進行循環擴增。(2)有科學家對肺癌患者正常組織細胞中eccDNA進行了鑒定，鑒定結果高達2