2020版生物高考新素养总复习中图版讲义:第16讲 DNA的结构及复制 .doc
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1、第16讲DNA的结构及复制考纲考情知考向核心素养提考能最新考纲1.DNA分子结构的主要特点()2.DNA分子的复制()生命观念DNA的结构决定其功能科学思维建立DNA分子双螺旋结构模型阐明DNA复制过程近三年考情2018全国卷(2)、2016全国卷(2)科学探究探究DNA的半保留复制考点一DNA分子的结构及相关计算1.DNA双螺旋模型构建者:沃森和克里克。2.DNA双螺旋结构的形成3.DNA的双螺旋结构内容(1)DNA由两条脱氧核苷酸链组成,这些链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。(2)外侧:脱氧核糖和磷酸交替连接构成主链基本骨架。(3)内侧:两链上碱基通过氢键连接成碱基对。碱基互补配对遵循以下
2、原则:A=T(两个氢键)、GC(三个氢键)。4.DNA分子的结构特点教材高考1.真题重组判断正误(1)细胞中DNA分子的碱基对数等于所有基因的碱基对数之和(2017海南卷,23C)()(2)双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的(2014全国卷,5C)()(3)DNA有氢键,RNA没有氢键(2013全国卷,1A)()(4)大肠杆菌细胞中只有A、T、C、G四种碱基(2012海南卷,5C)()提示(1)基因是DNA分子中有遗传效应的片段。(2)双链DNA分子中一条链上的磷酸和脱氧核糖是通过磷酸二酯键连接。(3)tRNA中也有氢键。(4)还有U。2.边角拾遗(中图版必修2 P58“相关
3、链接”)DNA的X射线衍射图如图是一张DNA的X射线衍射图,沃森和克里克就是根据对DNA的X射线衍射结果,以及对DNA分子不同碱基之间数量关系的分析,提出了DNA分子的双螺旋结构模型。结合DNA分子的结构及特点,考查结构与功能观1.(2017海南卷,24)DNA分子的稳定性与碱基对之间的氢键数目有关。下列关于生物体内DNA分子中(AT)/(GC)与(AC)/(GT)两个比值的叙述,正确的是()A.碱基序列不同的双链DNA分子,后一比值不同B.前一个比值越大,双链DNA分子的稳定性越高C.当两个比值相同时,可判断这个DNA分子是双链D.经半保留复制得到的DNA分子,后一比值等于1解析在双链DNA
4、分子中,A、T之间形成2个氢键构成碱基对,G、C之间形成3个氢键构成碱基对,所以G、C对相对越多,DNA分子越稳定,B错误;又因AT、GC,所以只要是双链DNA分子(AC)/(GT)都恒等于1,A错误,D正确;单链DNA中,两个比值也可能相同,C错误。答案D2.(2019湖南雅礼中学联考)下列关于DNA分子结构的叙述正确的是()A.DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的单链结构B.DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基C.DNA分子两条链之间总是嘌呤与嘧啶形成碱基对D.DNA分子一条链上的相邻碱基通过磷酸脱氧核糖磷酸相连解析绝大多数DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成
5、的双链结构,A错误;DNA分子中的绝大多数磷酸连接着两个脱氧核糖,且磷酸不与碱基直接相连,B错误;DNA分子中,碱基之间的配对遵循碱基互补配对原则,因此两条链之间总是嘌呤与嘧啶形成碱基对,C正确;DNA分子一条链上的相邻碱基通过脱氧核糖磷酸脱氧核糖相连,D错误。答案C(1)DNA初步水解产物是4种脱氧核苷酸,彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。(2)相邻的碱基在DNA分子的一条单链中通过“脱氧核糖磷酸脱氧核糖”相连接,在DNA的双链之间通过“氢键”相连接。(3)除DNA末端的两个脱氧核糖外,其余每个脱氧核糖都连接着2个磷酸。每个DNA片段中,游离的磷酸基团有2个。围绕DNA分子结构相关
6、计算,考查科学思维能力3.(2014山东理综,5)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()慧眼识图获取信息答案C4.(2019山东潍坊一中月考)在一个双链DNA分子中,碱基总数为m,腺嘌呤碱基数为n,G与C之间形成3个氢键,A与T之间形成2个氢键。则下列有关叙述正确的是()脱氧核苷酸数磷酸数碱基数m碱基之间的氢键数为(3m2n)/2一条链中AT的数量为nG的数量为mnA. B.C. D.解析每个脱氧核苷酸分子含有一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子碱基,所以脱氧核苷酸数磷
7、酸数碱基数m,正确;因为A和T之间有2个氢键、C和G之间有3个氢键,根据碱基互补配对原则,ATn,则CG(m2n)/2,所以碱基之间的氢键数为2n3(m2n)/2(3m2n)/2,正确;双链DNA中,ATn,则根据碱基互补配对原则,一条链中AT的数量为n,正确;由中计算可知:G的数量(m2n)/2,错误。答案D“归纳法”求解DNA分子中的碱基数量的计算规律(1)在DNA双链中嘌呤总数与嘧啶总数相同,即AGTC。(2)“互补碱基之和”的比例在任意一条链及整个DNA分子中都相同,即若在一条链中m,在互补链及整个DNA分子中m,而且由任一条链转录来的mRNA分子中(AU)/(GC)仍为m(注:不同D
8、NA分子中m值可不同,显示特异性)。(3)非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数,在整个DNA分子中为1,即若在DNA一条链中a,则在其互补链中,而在整个DNA分子中1。(注:不同双链DNA分子中非互补碱基之和的比均为1,无特异性)考点二DNA分子的复制DNA分子的复制1.概念、时间、场所2.过程3.特点:边解旋边复制(过程上)、半保留复制(结果上)。4.准确复制的原因和意义(1)DNA具有独特的双螺旋结构,为复制提供精确的模板,碱基互补配对原则,保证了复制能准确进行。(2)DNA分子通过复制,将遗传信息从亲代传给了子代,保持了遗传信息的连续性。助学巧记巧记DNA分子的复制的“二、二、三、
9、四”围绕DNA复制过程与特点,考查演绎与推理能力1.(2019福建省泉州市调研)下图表示DNA复制的过程,结合图示判断,下列有关叙述不正确的是()A.DNA复制过程中首先需要解旋酶破坏DNA双链间的氢键,使两条链解开B.DNA分子的复制具有双向复制的特点,生成的两条子链方向相反C.DNA分子的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段D.DNA的两条子链都是连续合成的解析由图可知,两条子链中,一条是连续合成的,另一条是不连续合成的。答案D2.(2019湖南衡阳八中质检)科学家们揭开了关于染色质中DNA的世纪之谜,首次在人类活细胞的细胞核中实现了3 D基因组成像。这项研究即将改写教科书
10、上关于DNA复制的相关描述。下列相关叙述正确的是()A.染色质是由DNA和蛋白质构成的,是控制生物性状的基本单位B.DNA中脱氧核苷酸的数目和排列顺序决定了DNA分子的多样性C.若双链DNA分子一条链中GT12,则其互补链中CA21D.沃森和克里克运用建构物理模型的方法研究DNA分子复制的方式解析染色质主要是由DNA和蛋白质构成的,基因是控制生物性状的基本单位,A错误;若双链DNA分子一条链中GT12,则其互补链中CA12,C错误;沃森和克里克运用建构物理模型的方法研究了DNA分子的结构,D错误。答案BDNA分子的多起点、双向复制一个DNA分子可以由多个复制起点同时(或先后)复制。下图中,从3
11、个复制起点进行双向复制,明显提高了DNA分子复制的速率;图中的复制环大小不一,因此它们的复制时间有先后,右侧最早,左侧最晚。结合DNA分子的复制的相关计算,考查科学思维能力3.(2018海南卷,15)现有DNA分子的两条单链均只含有14N (表示为14N14N)的大肠杆菌,若将该大肠杆菌在含有15N的培养基中繁殖两代,再转到含有14N的培养基中繁殖一代,则理论上DNA分子的组成类型和比例分别是()A.有15N14N和14N14N两种,其比例为13B.有15N15N和14N14N两种,其比例为11C.有15N15N和14N14N两种,其比例为31D.有15N14N和14N14N两种,其比例为31
12、解析大肠杆菌14N14N在含有15N的培养基中繁殖,其中子一代大肠杆菌的DNA分子共2个,均为1条链含14N、1条链含15N,子二代大肠杆菌的DNA分子共4个,其中2个DNA分子为1条链含14N、1条链含15N,另外2个DNA分子为2条链均含15N;再转到含有14N的培养基中繁殖一代,子三代大肠杆菌的DNA分子共8个,其中2个DNA分子为2条链均含14N,其余6个DNA分子为1条链含14N、1条链含15N,所以15N14N和14N14N两种分子的比例为31。答案D4.(2019河北定州中学质检)将14NDNA(轻)、15NDNA(重)以及15N、14NDNA(中)分别离心处理,其结果如图所示。
13、现将15NDNA转移到只含14N的环境中,再使DNA分子连续复制两次(和)后,将所得DNA采用同样的方法进行离心处理,则结构最可能是图中的()解析将15NDNA转移到含14N的培养基上,繁殖一代()所得的DNA都是一条链为14NDNA,一条链为15NDNA,所以离心处理后都为中;再繁殖一代,所得的DNA中有2个DNA仍是一条链为14NDNA,一条链为15NDNA,另外2个DNA都是14NDNA,所以离心处理后2个DNA位于中,2个DNA位于轻,C正确。答案C5.(2019湖北省八校联考)用15N标记含有100个碱基对的DNA分子,其中有胞嘧啶60个。该DNA分子在14N培养基中连续复制4次,其
14、结果可能是()A.含有14N的DNA分子占100%B.复制过程中需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸640个C.含15N的链占1/8D.子代DNA中嘌呤与嘧啶之比是23解析在14N培养基中连续复制4次,得到2416个DNA分子,32条链,其中含14N的DNA分子占100%,含15N的链有2条,占1/16,A正确,C错误;根据已知条件,每个DNA分子中腺嘌呤脱氧核苷酸有40(个),复制过程中消耗A40(241)600(个),B错误;每个DNA分子中嘌呤和嘧啶互补相等,两者之比是11,D错误。答案ADNA分子复制中的相关计算DNA分子的复制为半保留复制,一个DNA分子复制n次,则有:(1)DNA分子数子代D
15、NA分子数2n个;含有亲代DNA链的子代DNA分子数2个;不含亲代DNA链的子代DNA分子数(2n2)个。(2)脱氧核苷酸链数子代DNA分子中脱氧核苷酸链数2 n1条;亲代脱氧核苷酸链数2条;新合成的脱氧核苷酸链数(2n12)条。(3)消耗的脱氧核苷酸数若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸数为m(2n1)个 ;第n次复制需该脱氧核苷酸数m(2n2n1)m2n1个。 澄清易错易混强化科学思维易错易混易错点1明确DNA复制、“剪切”与“水解”中的四种酶点拨(1)DNA聚合酶:需借助母链模板,依据碱基互补配对原则,将单个脱氧核苷酸连接到已有的链上;(2)DNA连
16、接酶:将多个复制起点所复制出的“DNA片段”“缝合”起来形成磷酸二酯键,即连接“片段”;(3)限制性内切酶:用于切断DNA双链中主链上的“3,5磷酸二酯键”;(4)DNA水解酶:用于将DNA分子水解为脱氧核苷酸。易错点2DNA结构与复制解题时的5个“注意”点拨(1)注意不要将DNA分子中碱基对之间氢键的形成与断裂条件混淆,氢键可由解旋酶催化断裂,同时需要ATP供能,也可加热断裂(体外);而氢键是自动形成的,不需要酶和能量。(2)注意“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别,前者包括所有的复制,但后者只包括第n次的复制。(3)注意碱基的单位是“对”还是“个”。(4)注意在DNA复制过程中,无论
17、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。(5)注意看清试题中问的是“DNA分子数”还是“链数”,是“含”还是“只含”等关键词,以免掉进陷阱。深度纠错1.(2019江西省高三联考)如图所示为DNA复制的较为详细的图解,据图分析,下列相关叙述,错误的是()A.仅在解旋酶和DNA聚合酶的催化下,DNA复制不能顺利进行B.在DNA复制的过程中,可能会出现尿嘧啶与腺嘌呤互补配对现象C.图示DNA复制的特点有边解旋边复制以及半保留复制等D.复制完成后,前导链和随后链所在单链碱基排列顺序相同解析从图示信息可知,DNA复制需要拓扑异构酶、解旋酶、引物合成酶、聚合酶I和等多种酶的催化,A正确;
18、在DNA复制过程中,RNA引物能与模板链互补形成杂交链,该杂交链中可能含有碱基对AU,B正确;从图中信息可知,DNA复制的特点有边解旋边复制和半保留复制等,C正确;从图中信息可知,前导链和随后链都是新合成的子链,而两条子链上碱基是互补的,D错误。答案D2.(2018山东泰安期末)下列关于真核细胞DNA复制的说法,正确的是()A.新的子链由4种脱氧核苷酸聚合而成,脱氧核苷酸的聚合过程需要DNA连接酶B.构成DNA子链的4种脱氧核苷酸聚合时,ATP为降低反应活化能提供能量C.DNA分子在解旋酶的作用下,先完成解旋后再进行复制D.DNA复制过程中若出现错误,生物出现的新性状可能适应环境也可能不适应环
19、境解析脱氧核苷酸的聚合需要DNA聚合酶的催化,A错误;构成DNA子链的4种脱氧核苷酸聚合时,ATP为其提供能量,降低反应活化能的为DNA聚合酶,B错误;DNA分子的复制为边解旋边复制,C错误;DNA复制过程中若出现错误,则出现的新性状可能适应环境也可能不适应环境,D正确。答案D3.(2019广东佛山市质检)某双链DNA分子,含有M个碱基,其中胸腺嘧啶占a%,下列有关此DNA连续复制时所需的鸟嘌呤脱氧核苷酸数量的叙述,错误的是()A.第一次复制时,需要M(1/2a%)B.第二次复制时,需要2M(1/2a%)C.第n次复制时,需要(2n2n1)M(1/2a%)D.复制n次时,需要2nM(1/2a%
20、)解析AG占总碱基的一半,T占a%,G占1/2a%,复制一次,产生2个DNA,复制2次,产生4个DNA,用数学归纳法不难得出:第n次复制,产生2n个DNA分子,除去原DNA链,需要的鸟嘌呤脱氧核苷酸数目是(2n2n1)M(1/2a%);同理复制n次时,需要(2n1)M(1/2a%)。答案D随堂真题&预测1.(2018全国卷,2)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.
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