课程解读

一、学习目标：

1. 掌握DNA分子的基本单位、核苷酸的种类、碱基的种类、元素的种类；DNA分子的平面结构和空间结构；碱基互补配对原则。

2. 概述DNA分子的复制。

3. 说明基因是有遗传效应的DNA片段。

二、重点、难点：

重点：DNA分子结构；DNA分子复制的条件、过程和特点；基因与DNA的关系，DNA分子的多样性和特异性。

难点：DNA分子结构的主要特点；DNA分子复制的过程；遗传信息多样性的基础。

三、考点分析：

内容	要求
DNA分子结构的主要特点	Ⅱ
DNA中遗传信息的多样性	Ⅱ
基因与DNA的关系	Ⅰ
DNA分子复制的过程	Ⅱ

在高考中，常将DNA分子的结构与细胞分裂、变异等内容综合在一起出题考查，这种方式是对DNA知识考查的新方向。但考查的基础仍然是分子结构的特点，及DNA分子复制过程中的原料等知识。同学应该注重基础，深入理解，以不变应万变是化解难度、解决问题的关键。

知识梳理

一、DNA分子的结构：

1. 两条长链反向平行盘绕形成规则的双螺旋结构

（1）两条长链反向平行。

（2）外侧为脱氧核糖与磷酸交替排列，形成基本骨架。

（3）内部为碱基互补配对。

碱基之间的配对方式：A与T配对，G与C配对。（A—T、G—C，且AT间两个氢键连接，CG间三个氢键连接）

2. 结构特点：

①稳定性：DNA分子的两条长链上的脱氧核糖与Pi交替排列的顺序和两条长链之间碱基互补配对的方式是稳定不变的，从而导致了DNA分子的稳定性。

②多样性：DNA分子中的碱基相互配对原则不变，但碱基对的排列顺序千变万化（例：一个最短的DNA分子大约有4000个碱基对，这些碱基对可能的排列方式就有种），构成了DNA分子的多样性。

③特异性：每个DNA分子都具有特定的碱基排列顺序，这就构成了DNA分子的特异性。

二、DNA分子的复制：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。

1. 时间：细胞有丝分裂和减数第一次分裂前的间期

2. 场所：细胞核（主要）、线粒体、叶绿体

3. 条件：（1）模板：DNA的两条母链

（2）原料：四种脱氧核苷酸

（3）能量（ATP）

（4）酶：解旋酶、DNA聚合酶

4. 过程：

①解旋：在ATP供能、解旋酶的作用下，DNA分子两条长链的氢键断裂，螺旋双链解开，这一过程叫做解旋。解开的两条单链叫母链（模板链）。

②合成互补子链：以解开的每一段母链为模板，以周围环境中游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，在有关酶的作用下，各自合成与母链互补的一段子链。

③子、母链结合盘绕形成新DNA分子：在DNA聚合酶的作用下，随着解旋过程的进行，新合成的子链不断地延伸，同时每条子链与其对应的母链盘绕成双螺旋结构，从而各自形成一个新的DNA分子，1个DNA分子→2个完全相同的DNA分子。

5. 特点：①边解旋边复制；②半保留复制。

6. 意义：DNA通过复制，使遗传信息从亲代传给了子代，从而保证了物种的相对稳定性，保持了遗传信息的连续性，使种族得以延续。

三、基因与DNA

1. 基因：有遗传效应的DNA片段，每个基因含有成百上千个脱氧核苷酸。

2. 基因与DNA等的位置关系：染色体是基因的主要载体，每个染色体含有一个DNA分子，每个DNA分子含有多个基因，基因在染色体上呈直线形排列。

3. 遗传信息：基因的脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息。

4. DNA分子的多样性和特异性

多样性：DNA分子碱基对的排列顺序千变万化，构成了DNA分子的多样性。

特异性：每一个DNA分子的碱基对都有其特定的排列顺序，这种特定的排列顺序包含着特定的遗传信息，从而使DNA分子具有特异性。

典型例题

知识点一：基因与DNA的关系

例1. 豌豆的高茎基因（D）与矮茎基因（d）的根本区别是

A. 分别控制显性和隐性性状 B. 所含的核苷酸种类不同

C. 脱氧核苷酸的排列顺序不同 D. 在染色体上的位置不同

思路分析：D与d为一对等位基因，处于同一对同源染色体的相同位置，控制一对相对性状，其根本区别在于两个基因的遗传信息不同，即脱氧核苷酸的排列顺序不同。

答案：C

解题后的思考：这道题目考查的知识点是：①D与d为等位基因，分别控制显、隐性性状 ②基因是有遗传效应的DNA片段。

例2：在某生物细胞DNA分子的碱基中，腺嘌呤的分子数占18％，那么鸟嘌呤的分子数占（）

A. 9％ B. 18％ C. 32% D. 36％

思路分析：A占18%，所以T占18%，根据G＋ C＋A＋T＝1，且G＝C可知，G占32%

答案：C

解题后的思考：在双链DNA分子中，碱基之间遵循A＝T、C＝G的关系，所以，在已知某碱基的百分含量，求其他碱基的百分含量时，可用：A＝T，G＝C，A＋G＝T＋C＝50%的公式来求出。

例3：假如有一双链DNA分子的鸟嘌呤占整个DNA碱基的27%.测得这个DNA分子一条链上的腺嘌呤占这条链碱基的28%，那么另一条链上的腺嘌呤，占该链碱基的比例是（）

A. 9% B. 18% C. 23% D. 24%

思路分析：假设每条链上有100个碱基，设为a链和b链，根据题意，双链上A＝［1－（G＋C）］/2＝23%。A占a链的28%，所以，A占双链DNA分子（a＋b）的14%。b链上的A占DNA双链碱基数＝23%－14%＝9%，则A链占一条单链的比例是2×9%＝18%。

答案：B

解题后的思考：若在碱基求解题目中，已知条件只涉及比例，可以采用特殊值法使问题简化。

小结：在做有关DNA分子结构的习题时，同学们应做到：（1）熟练绘出DNA平面结构图，确认各基因间的连接关系；（2）熟练掌握由“A＝T、C＝G”原则所推导出的一系列数量关系。

知识点二：DNA的复制

例1：将大肠杆菌置于含的培养基中培养一段时间，然后把 DNA被完全标记的大肠杆菌转移到只含的普通培养基中培养，使其繁殖两代，则它们的 DNA中含的链与含的链的比是（）

A. 3：1 B. 2：1 C. 1：1 D. 7：l

思路分析：1. 大肠杆菌只有一个DNA分子

2. 双链DNA分子具有半保留复制特点。被标记的DNA利用含的氮源复制时，根据半保留复制的特点，新形成的2个DNA分子上应各有一条含的链和一条含的链，在以后的复制中，除了来自亲代的两条模板链含外，新链都是含的链。4个新个体，共有4个DNA分子——8条单链，其中2条含，6条含，链：链＝3：1

答案：A

解题后的思考：DNA复制的过程是，按照碱基互补配对原则进行的，形成新链的原料来自培养基，亲代DNA中的两条链在各次复制中一直被保留。

例2：某个DNA片段由500对碱基组成，A＋T占碱基总数的34%，若该DNA片段复制2次，共需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸分子的个数为（）

A. 330 B. 660 C. 990 D. 1320

思路分析：由A%＝17% 推出 C%＝33%。所以亲代DNA分子中C＝1000×33%＝330个，复制2次得到4个相同的DNA，需要（4－1）×330＝990个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸。

答案：C

解题后的思考：解决需要游离核苷酸个数的问题时，需要明确：1. DNA复制时分别以两条母链做模板，游离的脱氧核苷酸作原料；2. DNA复制遵循A＝T、C＝G的原则；3. 复制的结果是得到完全相同的新DNA。

例3：1个DNA2个DNA，这两个携带完全相同遗传信息的DNA分子彼此分离发生在（）

A. 细胞分裂间期

B. 减数第一次分裂后期

C. 减数第一次分裂后期和有丝分裂后期

D. 减数第二次分裂后期和有丝分裂后期

思路分析：间期复制后的DNA分子与蛋白质结合为姐妹染色单体。其后，DNA分子随着单体的分离而分离。

答案：D

解题后的思考：明确DNA位于染色体上，一条染色体上有一个DNA。

小结：DNA的复制：（1）发生于细胞分裂的间期（2）随姐妹染色单体的分离而分离（3）子代中除亲代的模板链外，其余的链均由细胞内游离的脱氧核苷酸连接而成。

提分技巧

一、将一个被¹⁵N标记的DNA分子转移到含¹⁴ N的培养基中培养n代。

1. DNA分子数

（1）子代DNA分子总数＝2ⁿ个

（2）含¹⁵N的DNA分子数＝2个

（3）含¹⁴N的DNA分子数＝2ⁿ个

2. 脱氧核苷酸链数

（1）子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝2×2ⁿ条

（2）含¹⁵N的脱氧核苷酸链数＝2条

（3）含¹⁴N的脱氧核苷酸链数＝（2×2ⁿ—2）条

3. 消耗的游离脱氧核苷酸数

设亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸a个，则：

经过n次复制，共需消耗游离的该脱氧核苷酸a·（2ⁿ－1）个。

二、脱氧核苷酸、基因、DNA和染色体的关系——四种物质的范围依次增大

（1）成百上千个脱氧核苷酸组成基因；

（2）许多基因及一些没有遗传效应的DNA片段组成DNA；

（3）DNA与蛋白质结合形成染色体。

三、同一个体的不同类型的细胞含有相同的基因，因为它们是由同一个受精卵经有丝分裂后形成的。

预习导学

一、预习新知：

基因的表达

二、预习点拨

探究任务一：基因指导蛋白质的合成

【反思】基因控制蛋白质合成的过程和原理。

探究任务二：基因与性状的关系

【反思】细胞的基因组成一样，但为什么形态不一样？

同步练习

（答题时间：45分钟）

1、脱氧核糖核酸的基本组成单位是（）

A. 核苷酸 B. 氨基酸 C. 核糖核苷酸 D. 脱氧核苷酸

2、下图中能正确表示1个脱氧核苷酸的是（）

*3、人体中，由A、T、G 3种碱基构成的核苷酸共有（）

A. 2种 B. 4种 C. 5种 D. 8种

4、决定DNA遗传特异性的是（）

A. 脱氧核苷酸链上磷酸和脱氧核糖的排列特点

B. 嘌呤总数与嘧啶总数的比值

C. 碱基互补配对原则

D. 每种DNA分子都具有独特的碱基数目和排列顺序

5、有1对氢键连接的脱氧核苷酸，已查明它的结构中含有1个腺嘌呤，则它的其他组成成分应是（）

A. 3个磷酸、3个脱氧核糖和1个胸腺嘧啶

B. 2个磷酸、2个脱氧核糖和1个胞嘧啶

C. 2个磷酸、2个脱氧核糖和1个胸腺嘧啶

D. 2个磷酸、2个脱氧核糖和1个尿嘧啶

6、下图所示是DNA分子中脱氧核苷酸的配对连接方式，其中正确的是（）

7、由120个碱基组成的DNA分子片段，可因其碱基对组成和排序的不同而携带不同的遗传信息，其种类数最多可达（）

A. 4¹²⁰B. 120⁴C. 4⁶⁰D. 60⁴

*8、已知某生物碱基的组成是嘌呤碱基占58%，嘧啶碱基占42%，则此生物不可能是（）

A. T₂噬菌体 B. 细菌

C. 烟草花叶病毒 D. 酵母菌或人

9、噬菌体、烟草花叶病毒、烟草体内核苷酸的种类，依次是（）

A. 4、4、4 B. 4、4、8 C. 4、8、8 D. 8、8、8

10、下列有关DNA分子双螺旋结构中碱基对特征的表述，错误的是（）

A. 两条主链上的对应碱基以氢键连接成对

B. 配对碱基的互补关系为A—G，T—C

C. 各个碱基对的平面之间呈平行关系

D. 碱基对排列在双螺旋的内侧

11. 若一个双链DNA分子的一条链中的碱基比为，则其互补链中和整个DNA分子中同样的碱基比分别是（）

A. 0.2和0.2 B. 5和5 C. 0.2和1 D. 5和1

*12、下列有关基因的叙述，错误的是（多选）

A. 基因是控制生物性状的遗传物质的结构单位和功能单位

B. 细胞的每条染色体上有丝分裂的各个时期含有相同数量的基因

C. 每个DNA分子上都有许多个基因，基因是有遗传效应的DNA片段

D. 基因全部位于细胞核中

*13、某DNA分子的一条单链中，A占20%，T占30%，则该DNA分子中的C占全部碱基的（）

A. 50% B. 25% C. 20% D. 30%

14、如果将大肠杆菌的DNA分子用标记，然后将大肠杆菌移入培养基上连续培养。从分析得知，第一代大肠杆菌DNA储存的遗传信息与亲代大肠杆菌DNA储存的遗传信息完全相同，其原因是__________。若连续培养三代，此时，含标记的DNA分子约占大肠杆菌DNA分子总量的多少？其原因是什么？

15、已知在DNA分子的一条单链中＝ m，求：

（1）在另一互补链中这种比例是____________；这个比例关系在整个DNA分子中是________。

（2）当在一条单链中＝n时；在另一互补链中这种比例是________；这个比例关系在整个DNA分子中是__________。

16、下图表示某大肠杆菌DNA分子结构的片段：

（1）图中1表示，3表示。1、2、3结合在一起的结构叫。

（2）3有种，若3为碱基A，则4为碱基________；若3为碱基C，则4为__________。

（3）DNA分子中的3与4是通过连接起来的。

（4）在菠菜的叶肉细胞中，含有DNA的细胞结构有___________________________。

（5）图中脱氧核苷酸的数量是____________个，碱基对有________对。

（6）如果将细胞培养在含³²P的培养液中，图中部位_____________（填序号）可测到³²P。

⑺如果将细胞培养在含¹⁵N的培养液中，图中部位_____________（填序号）可测到¹⁵N。

17、³²P和³¹P的化学性质几乎相同，都可参与DNA分子的合成，但³²P比³¹P质量大。现将某哺乳动物的细胞放在含³¹P的培养基中，连续培养数代后得到G₀代细胞。然后将G₀代细胞移至含³²P的培养基中培养，经过第一次、第二次细胞分裂后，分别得到G₁和G₂代细胞。再从G₀、G₁、G₂代细胞中提取DNA，由于DNA分子质量不同，经密度梯度离心后得到如下图的结果。若①、②、③分别表示轻、中、重3种DNA分子的位置，请回答：

（1）G₀、G₁、G₂三代DNA分子离心后的试管分别是图中的：G₀—______________，G₁—______________，G₂—______________。

（2）G₂在①、②、③三条带中DNA数的比例是___________。

（3）图中①、②两条带中DNA分子所含的同位素磷分别是：条带①含______________，条带②含______________。

（4）上述实验结果证明DNA的复制方式是______________。DNA的自我复制能使生物的______________保持相对稳定。

试题答案

1、D 2、D

3、C 分析：A参与脱氧核苷酸和核糖核苷酸的组成，T只形成脱氧核苷酸，G参与脱氧核苷酸和核糖核苷酸的组成。

4、D 5、C 6、D 7、C

8、A 分析：DNA分子中嘌呤与嘧啶的数目相等，但RNA中一般不存在这种关系。所以当生物体内只含有DNA的时候，不可能出现题目中给出的比例关系。

9、B 10、B

11、D

12、B、D 分析：A基因是有遗传效应的DNA片段，是控制生物性状的结构和功能的基本单位；B细胞在有丝分裂过程中发生了DNA的复制，在复制后，基因数目加倍增长；C每个DNA分子上都分布着许多基因，每个基因由许多碱基对组成；D基因位于DNA上，是有遗传效应的DNA片段，DNA不仅存在于染色体上，在线粒体、叶绿体中也有。

13、B 分析：设一条单链的碱基数为100，A₁占20%，T₁占30%，因为A₂＝T₁，则该DNA分子中的A共50个，占全部碱基（200个）的比例为25%

14、以亲代DNA为模板，根据碱基互补配对原则复制而成；25％；因为DNA分子的复制方式为半保留复制。

15、（1） 1 （2）n n

16、（1）磷酸含氮的碱基脱氧核糖核苷酸（2）4 T G （3）氢键

（4）细胞核、叶绿体、线粒体（5）6 3 （6）1 （7）3和4

17、（1）A，B，D；（2）0：2：2

（3）³¹P，³¹P和³²P （4）半保留复制遗传信息