DNA分子的結構與復制與基因的本質反向平行

脫氧核糖

磷酸

堿基

氫鍵

DNA分子的結構與復制與基因的本質T(胸腺嘧啶)

C(胞嘧啶)

DNA分子的結構與復制與基因的本質問題探究1：DNA分子的熱穩定性與什么有關？提示：與堿基對的種類有關，如果DNA分子中G≡C堿基對含量高，熱穩定性就高。因為G、C之間形成三個氫鍵，而A、T之間只形成兩個氫鍵。DNA分子的結構與復制與基因的本質二、DNA分子的復制概念以

為模板合成

分子的過程時間

的間期和

間期場所

(主要)條件模板：

原料：游離的4種

能量：

酶：

、DNA聚合酶等親代DNA

子代DNA

有絲分裂

減數第一次分裂

細胞核

DNA的兩條鏈脫氧核苷酸

ATP

解旋酶

DNA分子的結構與復制與基因的本質原則堿基互補配對原則過程

→合成互補子鏈→形成

特點①

②

復制結果1個DNA分子→2個

意義確保了親子代之間

解旋

子代DNA分子

邊解旋邊復制

半保留

子代DNA分子

遺傳信息的連續性

DNA分子的結構與復制與基因的本質問題探究2：為什么在細胞有絲分裂的分裂期，核DNA不能復制？提示：在有絲分裂的分裂期，核DNA存在于高度螺旋化的染色體上，不能解旋。DNA分子的結構與復制與基因的本質有遺傳效應

多樣性

DNA分子的結構與復制與基因的本質問題探究3：基因的載體有哪些？提示：主要是細胞核中的染色體，另外還有線粒體、葉綠體、原核生物的擬核、質粒、病毒的核酸(DNA或RNA)。DNA分子的結構與復制與基因的本質【解析】DNA分子兩條鏈之間通過氫鍵形成堿基對連接，從而形成雙螺旋結構，而一條鏈中的相鄰的兩個脫氧核苷酸通過磷酸二酯鍵連接，一條鏈中相鄰的兩個堿基通過“脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖”相連接。【答案】×DNA分子的結構與復制與基因的本質2．DNA分子結構穩定，其結構不會發生改變。 (

)【解析】DNA分子結構的穩定性是相對的，在某些條件下，也可發生結構的改變，如高溫時解旋。【答案】×3．減數第一次分裂過程中，非姐妹染色單體發生交叉互換，染色體的形態結構沒有改變，因此，DNA的結構也沒有發生改變。【解析】DNA的空間結構沒有改變，但化學結構(脫氧核苷酸的排列順序)發生了改變。【答案】×DNA分子的結構與復制與基因的本質4．DNA的雙螺旋結構為DNA復制提供了精確的模板。

(

)【答案】√5．DNA復制的原料為四種核苷酸。 (

)【解析】DNA復制的原料為：腺嘌呤脫氧核苷酸，鳥嘌呤脫氧核苷酸，胸腺嘧啶脫氧核苷酸，胞嘧啶脫氧核苷酸，共四種。【答案】√DNA分子的結構與復制與基因的本質6．DNA復制是細胞增殖的物質基礎，在細胞周期的分裂期，沒有DNA的復制。 (

)【解析】在細胞周期的分裂期，沒有核DNA復制，但還有細胞質DNA的復制，如線粒體DNA的復制。【答案】×DNA分子的結構與復制與基因的本質二、選擇題7．用一個32P標記的噬菌體侵染細菌。若該細菌解體后釋放出16個大小、形狀一樣的噬菌體，則其中含有32P的噬菌體(

)A．1個 B．2個C．15個 D．16個【解析】標記了一個噬菌體，等于標記了兩個DNA鏈，由于DNA為半保留復制，各進入兩個噬菌體內，以后不管復制多少次，最終都只有2個噬菌體被標記。【答案】BDNA分子的結構與復制與基因的本質8．(2011·日照)下列有關DNA的敘述，正確的是 (

)①在人的白細胞中，DNA上含有人的全部遺傳信息②同一物種的個體之間的DNA完全相同③DNA是一切生物的遺傳物質④一個DNA分子可以控制許多性狀⑤精子中含有的遺傳信息量與卵細胞中的遺傳信息量相同A．③④

B．③⑤

C．①④

D．④⑤DNA分子的結構與復制與基因的本質【解析】人的白細胞是體細胞，來自于受精卵，故其含有人的全部遺傳信息；一個DNA分子含有多個基因，可以控制許多性狀；同一物種的不同個體之間的DNA是不同的；一切生物的遺傳物質的核酸，而不是DNA；卵細胞中的遺傳信息量包括核中DNA和線粒體中的DNA，故其總量比精子多。【答案】CDNA分子的結構與復制與基因的本質9．(2011·煙臺)據右圖回答：DNA分子的結構與復制與基因的本質(1)該圖表示的生理過程是________，該過程主要發生在細胞的________(部位)。(2)圖中的1、2、3、4、5處堿基分別是________、________、________、________、________。(3)假如經過科學家的測定，A鏈上的一段(M)中的A∶T∶C∶G為2∶1∶1∶3，能不能說明該科學家的測定是錯誤的？________，原因是___________________。(4)如果以A鏈的M為模板，復制出的B鏈堿基比例應該是________。DNA分子的結構與復制與基因的本質【解析】本題考查DNA的結構、DNA的半保留復制以及堿基互補配對原則。DNA是雙螺旋結構，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與T、C與G配對，所以DNA分子中A＝T，G＝C。DNA復制是半保留復制，即以DNA的兩條母鏈為模板，根據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。DNA分子的結構與復制與基因的本質【答案】(1)DNA復制細胞核(2)A

T

C

C

T(3)不能在單鏈中不一定A＝T、G＝C(4)T∶A∶G∶C＝2∶1∶1∶3DNA分子的結構與復制與基因的本質DNA分子的結構與復制與基因的本質腺嘌呤(A)…………腺嘌呤脫氧核苷酸鳥嘌呤(G)…………鳥嘌呤脫氧核苷酸胞嘧啶(C)…………胞嘧啶脫氧核苷酸胸腺嘧啶(T)………胸腺嘧啶脫氧核苷酸(3)DNA分子的組成層次DNA分子的結構與復制與基因的本質DNA分子的結構與復制與基因的本質(5)DNA雙螺旋結構①DNA分子是由兩條脫氧核苷酸長鏈，按反向平行(指一條鏈的起點為磷酸，另一條鏈的起點為脫氧核糖)方式盤繞成雙螺旋結構。②基本骨架由磷酸和脫氧核糖交替連接而成。③中間的堿基嚴格按堿基互補配對原則(A與T配對，G與C配對)形成堿基對。④DNA分子的雙螺旋結構及其特點使DNA分子具有相對的穩定性。DNA分子的結構與復制與基因的本質2．DNA分子的多樣性與特異性(1)多樣性：堿基對(或脫氧核苷酸對)排列順序的千變萬化，構成了DNA的多樣性。(2)特異性：每個DNA分子的堿基對的排列順序是特定的。(3)與生物多樣性的關系：DNA多樣性決定,蛋白質多樣性體現,生物多樣性。DNA分子的結構與復制與基因的本質DNA分子的結構與復制與基因的本質【解析】②和①相間排列，構成了DNA分子的基本骨架；④中的①不是這個胞嘧啶脫氧核苷酸的磷酸基團，④中②下方的磷酸基團與②③才共同構成這個胞嘧啶脫氧核苷酸；⑨是氫鍵，⑨的形成不需要連接酶。【答案】DDNA分子的結構與復制與基因的本質DNA分子的結構與復制與基因的本質DNA分子的結構與復制與基因的本質化學鍵切斷連接方法說明方法說明磷酸二酯鍵DNA水解酶使DNA水解成基本單位——脫氧核苷酸DNA聚合酶在DNA復制時利用母鏈為模板，將脫氧核苷酸連接成單鏈限制性核酸內切酶對特定序列的特定位點進行切割，可得到DNA片段，是基因工程的重要工具酶DNA連接酶連接被限制酶切割形成的黏性末端或平末端，是基因工程的重要工具酶氫鍵解旋酶DNA復制時將DNA解旋，需消耗能量通過堿基配對自然形成遵循堿基互補配對原則高溫高溫變性解旋，常溫處理可復性，在PCR技術中用此法解旋DNA分子的結構與復制與基因的本質DNA分子的結構與復制與基因的本質【解析】G—C堿基對含3個氫鍵，結構穩定。若被破壞，需要較多能量。【答案】ADNA分子的結構與復制與基因的本質2．(2012·蘇州質檢)已知某DNA分子中，G與C之和占全部堿基總數的35.8%。其中一條鏈的T與C分別占該鏈堿基總數的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的 (

)A．32.9%和17.1%

B．31.3%和18.7%C．18.7%和31.3%D．17.1%和32.9%DNA分子的結構與復制與基因的本質【解析】由于整個DNA分子中G＋C＝35.8%，則每條鏈中G＋C＝35.8%，A＋T＝64.2%；由于其中一條鏈中T與C分別占該鏈堿基總數的32.9%和17.1%，由此可以求出該鏈中，G＝18.7%，A＝31.3%，則其互補鏈中T和C分別占該鏈堿基總數的31.3%和18.7%。【答案】BDNA分子的結構與復制與基因的本質3．(2012·山東濟南期末)基因芯片技術是近幾年發展起來的新技術，將待測DNA分子用放射性同位素或熒光物質標記，如果能與芯片上的單鏈DNA探針配對，它們就會結合起來，并出現“反應信號”。下列說法中不正確的是(

)A．基因芯片的工作原理是堿基互補配對B．待測的DNA分子首先要解旋變為單鏈，才可用基因芯片測序DNA分子的結構與復制與基因的本質C．“反應信號”是由待測DNA分子與基因芯片上的放射性探針結合產生的D．由于基因芯片技術可以檢測待測DNA分子，因而具有廣泛的應用前景DNA分子的結構與復制與基因的本質【解析】A項正確，基因探針的工作原理是堿基互補配對；B項正確，待測DNA分子必須是單鏈的，才能與探針進行堿基互補配對；C項錯誤，在該技術中，放射性同位素或熒光物質標記的是待測分子。【答案】CDNA分子的結構與復制與基因的本質1.復制場所：主要場所是細胞核，但在擬核、線粒體、葉綠體、細胞質基質(如質粒)中也進行DNA復制。2．復制條件復制除模板、原料、能量、酶外，還需相對穩定的細胞內部條件以保證酶的活性，如：一定的溫度、pH等。3．同位素示蹤法和離心技術證明DNA的半保留復制(或DNA分子連續復制的計算規律)DNA分子的結構與復制與基因的本質已知某一DNA分子用15N標記(0代)，將含有該標記DNA分子的細胞(或某種細菌)轉移到只含14N的培養基中培養(進行DNA復制)若干代后，其DNA分子數、脫氧核苷酸鏈數及相關比例如下表：DNA分子的結構與復制與基因的本質DNA分子的結構與復制與基因的本質DNA分子的結構與復制與基因的本質DNA分子的結構與復制與基因的本質Ⅱ.當DNA分子雙鏈都被3H標記后，再將根移到含有秋水仙素的非放射性培養基中，培養一段時間后，觀察細胞分裂中期染色體的放射性情況。請回答相關問題：(1)蠶豆根尖細胞進行的分裂方式是_______；秋水仙素能使部分細胞的染色體數目加倍，其作用的機理是________。(2)Ⅰ中，在根尖細胞進行第一次分裂時，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。DNA分子的結構與復制與基因的本質Ⅱ中，若觀察到一個細胞具有24條染色體，且二分之一的染色單體具有放射性，則表明該細胞的染色體在無放射性的培養基上復制________次，該細胞含有________個染色體組。(3)上述實驗表明，DNA分子的復制方式是________。DNA分子的結構與復制與基因的本質【解析】(1)蠶豆根尖細胞為體細胞，其分裂方式為有絲分裂。秋水仙素可以抑制紡錘體的形成，導致染色體不能被拉向兩極，從而形成了染色體數目加倍的細胞。(2)由于DNA的復制為半保留復制，第一次分裂完成時，每個DNA分子中都有一條鏈被3H標記，每一條染色體上有2條染色單體被3H標記。當DNA分子雙鏈都被3H標記后，再將根移到含有秋水仙素的非放射性培養基中，觀察到一個細胞具有24條染色體，且二分之一的染色單體具有放射性，則表明該細胞的染色體在無放射性的培養基上復制2次，該細胞含有4個染色體組。(3)該實驗證明DNA分子的復制是半保留復制。DNA分子的結構與復制與基因的本質【答案】(1)有絲分裂抑制紡錘體的形成(2)2

1

2

4(3)半保留復制DNA分子的結構與復制與基因的本質1.復制的“精確性”：DNA分子之所以能自我復制，取決于DNA的雙螺旋結構，它為復制提供了模板；同時，由于堿基具有互補配對的特性，因此能確保復制的完成。2．復制“差錯”：在復制過程中，脫氧核苷酸序列具有相對的穩定性，但也可能發生差錯即發生堿基對的增添、缺失或改變——基因突變。這種穩定性與可變性的統一，是生物遺傳和變異的物質基礎和根本原因。DNA分子的結構與復制與基因的本質3．DNA復制中的相關計算DNA的復制為半保留復制，一個DNA分子復制n次，則有DNA分子的結構與復制與基因的本質(3)消耗的脫氧核苷酸數①若一個親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，經過n次復制需要消耗該脫氧核苷酸為m·(2n－1)個。②復制第n次所需該脫氧核苷酸數為m·2n－1。DNA分子的結構與復制與基因的本質DNA分子的結構與復制與基因的本質【解析】根據DNA分子半保留復制的特點，完全標記的1個雙鏈DNA分子在無放射性標記的溶液中復制兩次形成4個DNA分子，其中2個DNA分子的兩條鏈都沒有放射性；另2個DNA分子都是一條鏈含有放射性，另一條鏈無放射性。兩次復制過程如下圖所示。DNA分子的結構與復制與基因的本質2．(2012·山東濱州一模)一個DNA分子在15N的環境中復制，若子一代DNA的一條單鏈出現差錯，則子二代DNA中，差錯DNA單鏈和含15N的DNA分子分別占 (

)A．1/3,1 B．1/4,1C．1/3,1/2 D．1/4,1/2【解析】一條初始DNA分子有兩條鏈，沒被標記，在15N的環境中復制兩次后，形成4個DNA分子，全部被標記。若子代DNA一條單鏈出現差錯，則子二代DNA中會有兩條單鏈出現差錯，因此選B。【答案】BDNA分子的結構與復制與基因的本質3．(2012·濰坊質檢)真核細胞內某基因由1000對脫氧核苷酸組成，其中堿基A占20%，下列說法正確的是 (

)A．該基因一定存在于染色體上B．該基因的一條脫氧核苷酸鏈中(C＋G)/(A＋T)為3∶2C．DNA解旋酶能催化該基因水解為多個脫氧核苷酸D．該基因復制3次，需游離鳥嘌呤脫氧核苷酸2800個DNA分子的結構與復制與基因的本質【解析】該基因可能存在于染色體上，也可能存在于細胞DNA上，故A錯；其中A＝T＝20%，故基因中A＋T＝40%，C＋G＝60%，故雙鏈(C＋G)/(A＋T)＝3∶2，單鏈中(C＋G)/(A＋T)為3∶2，B正確；DNA解旋酶催化氫鍵斷裂，形成DNA單鏈，C錯；A＝20%×2000＝400個，A＋G＝50%，G＝600個，復制3次，需G＝600×(23－1)＝4200個，故D錯。【答案】BDNA分子的結構與復制與基因的本質1.對基因本質的理解(1)從結構上看①基因是DNA上一個個特定的片段，一個DNA分子上有許多個基因。②基因與DNA結構一樣，也是由四種脫氧核苷酸按一定順序排列而成的，也是雙螺旋結構。③基因中脫氧核苷酸(堿基對)的排列順序代表遺傳信息。DNA分子的結構與復制與基因的本質(2)從功能上看基因具有遺傳效應，即基因能控制生物的性狀，基因是控制生物性狀的基本單位，特定的基因決定特定的性狀。2．染色體、DNA、基因和脫氧核苷酸的關系DNA分子的結構與復制與基因的本質DNA分子的結構與復制與基因的本質4．基因的基本功能(1)遺傳信息的傳遞：發生在傳種接代過程中，通過復制實現遺傳信息由親代到子代的傳遞。(2)遺傳信息的表達：發生在生物個體發育過程中，是通過轉錄和翻譯控制蛋白質的合成過程，通過遺傳信息的表達控制個體發育過程。DNA分子的結構與復制與基因的本質DNA分子的結構與復制與基因的本質【解析】基因是具有遺傳效應的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；沒有復制的每條染色體含有1個DNA分子，復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正確。【答案】ADNA分子的結構與復制與基因的本質1.DNA上有很多片段，其中有遺傳效應的片段才叫基因，沒有遺傳效應的片段不叫基因。2．對于真核細胞來說，染色體是基因的主要載體；線粒體和葉綠體是基因的次要載體。3．對于原核細胞來說，基因在擬核中的DNA分子或質粒上，DNA是裸露的，并沒有與蛋白質一起構成染色體，因此，沒有染色體這一載體。DNA分子的結構與復制與基因的本質4．位于染色體上的基因隨染色體傳遞給子代，其遺傳遵循孟德爾遺傳定律。5．位于線粒體和葉綠體中的基因隨線粒體和葉綠體傳給后代，是細胞質遺傳的基礎。DNA分子的結構與復制與基因的本質DNA分子的結構與復制與基因的本質A．A是脫氧核糖B．G是蛋白質C．D在E中的排列順序代表遺傳信息D．F的基本組成單位是圖中的E【解析】E是F中有遺傳效應的片段，F和E的基本單位都是D。【答案】DDNA分子的結構與復制與基因的本質2．科學研究發現，小鼠體內HMIGIC基因與肥胖直接相關。具有HMIGIC基因缺陷的實驗小鼠與作為對照的正常小鼠，吃同樣多的高脂肪食物，一段時間后，對照組小鼠變得十分肥胖，而具有HMIGIC基因缺陷的實驗小鼠體重仍然保持正常，這說明 (

)A．基因在DNA上B．基因在染色體上C．基因具有遺傳效應D．DNA具有遺傳效應DNA分子的結構與復制與基因的本質【解析】正常小鼠吃高脂肪食物會變得肥胖，而具有HMIGIC基因缺陷的小鼠吃同樣多的高脂肪食物體重仍保持正常，這說明肥胖由基因控制，從而得出基因能夠控制性狀，具有遺傳效應。【答案】CDNA分子的結構與復制與基因的本質DNA分子的結構與復制與基因的本質A．白眼基因含有多個核糖核苷酸B．白眼基因是有遺傳效應的DNA片段C．白眼基因位于細胞質內D．白眼基因基本組成單位是4種堿基【解析】基因是有遺傳效應的DNA片段，其基本組成單位與DNA相同，即為脫氧核苷酸，脫氧核苷酸共有4種；每個DNA分子上含有很多個基因，每個基因中含有許多個脫氧核苷酸；由題干可知，白眼基因位于染色體上，是細胞核基因。【答案】BDNA分子的結構與復制與基因的本質DNA分子的結構與復制與基因的本質【錯因分析】審題不清。誤認為復制次數與代數相同。【正確解答】若設復制次數為n，則(2n－1)×200＝3000；解得n＝4。復制了四次，是第五代。選D。DNA分子的結構與復制與基因的本質DNA分子的結構與復制與基因的本質【解析】本題主要考查DNA分子的半保留復制和DNA分子中有關堿基的計算。每個DNA分子中的G的個數為：800－600＝200個，用去了6200個，即增加了31個DNA,2n－1＝31，得n＝5，復制了5次，為第6代個體。【答案】CDNA分子的結構與復制與基因的本質DNA分子的結構與復制與基因的本質【錯因分析】錯選A項或C項的具體分析如下：易錯選項錯因分析A項審題不清。沒有審清“蠶豆根尖細胞在含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷培養基中完成一個細胞周期”的題目條件，誤認為DNA兩條鏈都被放射性標記。C項受思維定勢的影響。考慮到DNA半保留復制誤認為只有半數染色體中一條單體被標記。沒有充分挖掘題干中的信息。DNA分子的結構與復制與基因的本質【正確解答】由“蠶豆根尖細胞在含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷培養基中完成一個細胞周期”可知，DNA復制第一次，根據半保留復制特點，每個DNA分子中有一條鏈含放射性；由“在不含放射性標記的培養基中繼續分裂至中期”可知，DNA復制第二次，根據半保留復制，一個著絲點連接的兩個DNA分子一個含放射性，一個不含放射性，每條染色單體含一個DNA分子，所以每條染色體中都只有一條染色單體含放射性。選B。DNA分子的結構與復制與基因的本質DNA分子的結構與復制與基因的本質【解析】掌握DNA半保留復制及減數分裂的過程和特點是解決本題的關鍵。精原細胞的一個DNA分子被15N標記，與此DNA所在染色體相配對的另一條染色體上的DNA不含15N，但它們均以14N為原料進行復制，結合DNA半保留復制的特點，子代DNA均含有14N，減數分裂結束后子代DNA均分到4個精子中，形成的4個精子均含14N,2個含15