DNA分子的复制板书设计及设计说明

DNA分子的结构、复制

[最新考纲]

1．DNA分子结构的主要特点(Ⅱ)。

2.DNA分子的复制(Ⅱ)。3.基因的概念(Ⅱ)。

考点一

DAN分子的结构及相关计算

1. DNA的分子结构

2. DNA分子中的碱基计算的常用方法

(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%，因为A1＝T2，A2＝T1，则：A1＋T1＝A2＋T2＝n%。

n%＋n%所以A＋T＝A1＋A2＋T1＋T2＝＝n%。

2简记为“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等”。

(3)双链DNA分子中，非互补碱基之和所占比例在两条互补链中互为倒数。

A1＋G1设双链DNA分子中，一条链上：＝m，

T1＋C1A1＋G1T2＋C2A2＋G21则：＝＝m，互补链上＝。

T1＋C1A2＋G2T2＋C2m

简记为：“DNA两互补链中，不配对两碱基和的比值乘积为1。”

[思考辨析]

1．DNA有氢键，RNA没有氢键(×) 2．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(×) 3．DNA的两条核糖核苷酸链反向平行盘旋成双螺旋结构(×) 4．DNA双螺旋结构的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成的(√) 5．双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的(×) [例1]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(

)

[信息提取]

(1)由题目可提取信息“不同双链DNA分子的一条链或双链中的碱基比值”；

(2)在大脑中提取“DNA中碱基的互补配对原则；单链以及双链的碱基比例和关系”。

A＋T[解题思路]

由碱基互补配对原则可知，不同双链DNA分子中，一条单链中的值G＋CA＋TA＋C与DNA分子双链中的值总是相等；一条单链中的值是不确定的，而DNA分子G＋CT＋GA＋C双链中的值都为1，故C项正确。

T＋G[答案]

C 1．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(

) ①脱氧核苷酸数＝磷酸数＝碱基总数＝m

②碱基之间的氢键数为(3m－2n)/2

③一条链中A＋T的数量为n

④G的数量为m－n

A．①②③④

B．②③④ C．③④

D．①②③

解析：每个脱氧核苷酸中含一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基，故①中的等量关系正确；对于②，因G与C之间形成3个氢键，A与T之间形成2个氢键，故氢键数为2n＋3×[(m－2n)/2]＝(3m－2n)/2；③因两条链中A＋T的总量为2n，故一条链中A＋T的数量应为n；④中计算G的数量有误，应为(m－2n)/2＝(m/2)－n。

答案：D

[归纳提升]

DNA分子中的一些数量关系

(1)DNA分子中，脱氧核苷酸数∶脱氧核糖数∶磷酸数∶含氮碱基数＝1∶1∶1∶1。

(2)配对的碱基，A与T之间形成2个氢键，G与C之间形成3个氢键，C－G对占比例越大，DNA结构越稳定。

(3)每条脱氧核苷酸链上都只有一个游离的磷酸基，因此DNA分子中含有2个游离的磷酸基。

2．下图为DNA分子结构示意图，对该图的描述正确的是(

)

A．②和③相间排列，构成了DNA分子的基本骨架

B．④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸

C．当DNA复制时，⑨的形成需要连接酶

D．DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息

解析：①和②相间排列，构成了DNA分子的基本骨架，A错误；④的结构并不是胞嘧啶脱氧核苷酸，①是属于上一个脱氧核苷酸的磷酸，由②和③及下面的磷酸才可以构成胞嘧啶脱氧核苷酸，B错误；DNA复制时，氢键的形成不需要连接酶，DNA片段的连接才需要DNA连接酶，C错误。

答案：D 3．DNA熔解温度(Tm)是使DNA双螺旋结构解开一半时所需要的温度，不同种类DNA的Tm值不同，图1表示DNA分子中G＋C含量(G＋C数占全部碱基的比列)与Tm的关系；图2表示某生物b基因正常转录过程中的局部图解。下列有关叙述不正确的是(

)

A．据图1，DNA分子的Tm值与G＋C含量呈正相关

B．两DNA分子若Tm值相同，则G＋C数量一定相同

C．据图2，若b1链的(A＋T＋C)/b2链的(T＋A＋G)>1，则b2为RNA链

D．转录时的模板是基因的一条链，原料是四种游离的核糖核苷酸

解析：理解DNA的结构特点及转录和复制的过程是解题的关键。据图1知Tm值与DNA分子中G＋C的含量呈正相关；两DNA分子的碱基总量不相等时，其Tm值相同，G＋C的数量不一定相同；图2为基因的转录过程，其模板是DNA的一条链，原料是核糖核苷酸；若b1链的(A＋T＋C)/b2链的(T＋A＋G)>1，说明b2链中无碱基T，为RNA链。

答案：B [技法提炼]

核酸种类的判断方法

(1)DNA和RNA的判断：

含有碱基T或脱氧核糖⇒DNA；

含有碱基U或核糖⇒RNA。

(2)单链DNA和双链DNA的判断：

若：A＝T，G＝C或⇒双链DNA；

A＋G＝T＋C若：嘌呤≠嘧啶⇒单链DNA。

(3)DNA和RNA合成的判断：

用放射性同位素标记T或U可判断DNA和RNA的合成。若大量消耗T，可推断正发生DNA的合成；若大量利用U，可推断正进行RNA合成。

考点二

DNA分子的复制及基因的概念

1．DNA的复制

概念：以亲代DNA分子为模板，合成子代DNA分子的过程。

时间：有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期。

(1)模板：解旋后的两条母链。

(2)原料：细胞中4种脱氧核苷酸。

(3)能量：ATP。

(4)酶：解旋酶、DNA聚合酶等。

特点：边解旋边复制，半保留复制。

意义：使遗传信息从亲代传递给子代，保持了遗传信息的连续性。

2．基因与染色体、DNA的关系

(1)基因与染色体的关系：基因在染色体上呈线性排列。

(2)染色体主要由DNA和蛋白质构成。一个DNA上有很多个基因。构成基因的碱基数

小于(填“大于”“小于”或“等于”)DNA分子的碱基总数。

(3)基因的本质是有遗传效应的DNA片段。遗传信息蕴藏在碱基的排列之中。

[思考辨析]

1．真核细胞染色体DNA的复制发生在有丝分裂前期(×) 2．DNA分子复制是边解旋边双向复制的(√) 3．构成基因的碱基总数与DNA分子的碱基总数相等(×)

4．DNA的复制有可能出现“差错”(√) 5．DNA复制遵循碱基互补配对原则，新合成的两条子链形成新的DNA双链(×) [例2]

假设一个双链均被32P标记的噬菌体DNA由5 000个碱基对组成，其中腺嘌呤占全部碱基的20%。用这个噬菌体侵染只含31P的大肠杆菌，共释放出100个子代噬菌体。下列叙述正确的是(

) A．该过程至少需要3×105个鸟嘌呤脱氧核苷酸

B．噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶等

C．含32P与只含31P的子代噬菌体的比例为1∶49 D．该DNA发生突变，其控制的性状即发生改变

[信息提取]

(1)从题目中提取信息“双链DNA；5 000个碱基对；腺嘌呤20%”；

(2)在大脑中提取“DNA分子结构与计算方法；复制的特点与子代DNA的比例”。

[解题思路]

本题主要考查了噬菌体侵染细菌过程的相关知识以及DNA分子的有关计算。首先计算得出一个噬菌体DNA中鸟嘌呤脱氧核苷酸占30%，其数量是5 000×2×30%＝3 000个，由一个噬菌体增殖为100个噬菌体，至少需要3 000×(100－1)＝2.97×105个鸟嘌呤脱氧核苷酸，A错误；噬菌体侵染细菌的过程中，需要细菌提供原料、能量、酶等条件，但模板是由噬菌体提供的，B错误；根据DNA半保留复制的特点可知释放出的100个子代噬菌体中含有32P与只含31P的子代噬菌体分别是2个、98个，比例为1∶49，C正确；DNA发生突变，其控制的性状不一定发生改变，D错误。

[答案]

C 4．如图为真核生物染色体上部分DNA分子复制过程示意图，有关叙述错误的是(

)

A．图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的

B．图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的

C．真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶

D．真核生物的这种复制方式提高了复制效率

解析：由图可看出，此段DNA分子有三个复制起点，但多个复制起点并不一定是同时开始的；由图中的箭头方向可知，DNA分子是双向复制的；半保留复制的模式可以保持前后代的遗传稳定性，多起点复制可以大大提高复制效率，DNA分子复制过程需要解旋酶、DNA聚合酶等的催化。

答案：A 5．用15N标记含有100个碱基对的双链DNA分子，其中有胞嘧啶60个。则DNA分子在含有14N的培养基中连续复制4次，

其结果不可能是(

) A．含有15N的DNA分子占1/8 B．复制过程中需要腺嘌呤脱氧核苷酸600个

C．含有14N的DNA分子占7/8 D．复制结果共产生16个DNA分子

解析：

由含15N的DNA在14N的培养基中复制4次，生成16个DNA，其中含15N的有两条，都含有14N。需要腺嘌呤脱氧核苷酸的数量是：(24－1)×(100－60)＝600个。

答案：C [技法提炼]

DNA分子复制中相关计算

DNA分子复制为半保留复制，若将一个被15N标记的DNA转移到含14N的培养基中培养(复制)若干代，其结果分析如下：

(1)子代DNA分子数：2n个

①无论复制多少次，含15N的DNA分子始终是2个。

②含14N的有2n个，只含14N的有(2n－2)个，做题时应看准是“含”还是“只含”。

(2)子代DNA分子的总链数：2n×2＝2n＋1条

①无论复制多少次，含15N的链始终是2条。做题时应看准是“DNA分子数”还是“链数”。

②含14N的链数是(2n1－2)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，则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸为m×(2n－1)个。

②若进行第n次复制，则需消耗该脱氧核苷酸数为m×2n－1个。

DNA复制与细胞分裂的联系

关于细胞分裂和DNA复制相结合类问题，可通过构建模型图解答。

1．连续两次有丝分裂

(1)过程

①第一次有丝分裂

②第二次有丝分裂

(2)结果

①第一次有丝分裂产生的2个子细胞都是。

②第二次有丝分裂产生的4个子细胞有3种情况：第一种可能是第一次有丝分裂产生的2个子细胞都是上图所示的第一种情况，则为2个子细胞是，另外2个子细胞是；第二种可能是第一次有丝分裂产生的2个子细胞都是上图所示的第二种情况，则为4个细胞都是；第三种可能是第一次有丝分裂产生的2个子细胞，一个为第一种，1个子细胞是，2个子细情况、另一个为第二种情况，则为1个子细胞是胞是。

2．减数分裂的过程与结果

因为减数分裂过程中，DNA只复制一次，所以4个子细胞都是，如图所示：

[特别提醒]

在分析细胞分裂问题时，常以染色体或DNA分子为研究对象，而在分析DNA分子复制问题时，一定要从DNA分子两条单链的角度考虑，所以复制后的一条染色体上的两个DNA分子中都含有原来的单链。

[例]蚕豆体细胞染色体数目2N＝12，科学家用3H标记蚕豆根尖细胞的DNA，可以在染色体水平上研究真核生物的DNA复制方法。

实验的基本过程如下：

Ⅰ.将蚕豆幼苗培养在含有3H的胸腺嘧啶核苷的培养基上，培养一段时间后，观察细胞分裂中期染色体的放射性情况。

Ⅱ.当DNA分子双链都被3H标记后，再将根移到含有秋水仙素的非放射性培养基中，培养一段时间后，观察细胞分裂中期染色体的放射性情况。

请回答相关问题：

(1)蚕豆根尖细胞进行的分裂方式是________；秋水仙素能使部分细胞的染色体数目加倍，其作用的机理是______________________________________________________。

(2)Ⅰ中，在根尖细胞进行第一次分裂时，每一条染色体上带有放射性的染色单体有________条，每个DNA分子中，有________条链带有放射性。

Ⅱ中，若观察到一个细胞具有24条染色体，且二分之一的染色单体具有放射性，则表明该细胞的染色体在无放射性的培养基上复制________次，该细胞含有________个染色体组。

(3)上述实验表明，DNA分子的复制方式是_________________________________。

[解析]

(1)蚕豆根尖细胞为体细胞，其分裂方式为有丝分裂。秋水仙素可以抑制纺锤体的形成，导致染色体不能被拉向两极，从而形成了染色体数目加倍的细胞。(2)由于DNA的复制为半保留复制，第一次分裂完成时，每个DNA分子中都有一条链被3H标记，每一条染色体上有2条染色单体被3H标记。当DNA分子双链都被3H标记后，再将根移到含有秋水仙素的非放射性培养基中，观察到一个细胞具有24条染色体，且二分之一的染色单体具有放射性，则表明该细胞的染色体在无放射性的培养基上复制2次，该细胞含有4个染色体组。(3)该实验证明DNA分子的复制是半保留复制。

[答案]

(1)有丝分裂

抑制纺锤体的形成

(2)2

1

2

4

(3)半保留复制

1．取1个含有1对同源染色体的精原细胞，用15N标记细胞核中的DNA，然后放在含

14N的培养基中培养，让其连续进行两次有丝分裂，形成4个细胞，这4个细胞中含15N的细胞个数可能是(

) A．2

B．3

C．4

D．前三项都对

解析：此精原细胞的1对同源染色体的DNA被15N标记，在含14N的培养基中培养，15151515第1次1514151415141514第2次进行两次有丝分裂。DNA进行了两次复制过程为：||||―――→||||、||||―――→分裂分裂15141414||15141514||、15||1414||14、||14||14||14||14

15141514子代可能的组合有：或15141414||||、14141414||||、15141514||||、14141414||||(2个细胞有放射性)||、15||1414||14、||||、15||1414||14、15||1415||14、14||1414||14(3个细胞有放射性)或1514141415141414||15141414||||、||||(4个细胞有放射性) 答案：D 2．5-BrU(5-溴尿嘧啶)既可以与A配对，又可以与C配对。将一个正常的具有分裂能力的细胞，接种到含有A、G、C、T、5-BrU五种核苷酸的适宜培养基上，至少需要经过几次复制后，才能实现细胞中某DNA分子某位点上碱基对从T-A到G-C的替换(

) A．2次

B．3次

C．4次

D．5次

解析：从题干可知5-BrU可以与A配对，又可与C配对，所以T-A在第一次复制后会出现异常的碱基配对：5-BrU-A，这种异常的碱基对在第二次复制后会出现异常的碱基配对5-BrU-C，而5-DrU-C在第三次复制后会出现G -C配对，所以由T-A变成G -C至少要经过3次复制。过程如图：

答案：B 3．将染色体上全部DNA分子双链经32P标记的雄性哺乳动物细胞(染色体数为20)置于不含32P的培养基中培养。下列推断中，正确的是(

) A．若减数分裂结束，则产生的子细胞中有5对同源染色体，每条都含32P B．若进行一次有丝分裂结束，则产生的子细胞中含20条染色体，其中10条含32P C．若进行减数分裂，则每个减Ⅱ后期细胞中均含2个Y染色体且都含32P D．若进行一次有丝分裂，则分裂中期细胞的染色体上共有40个DNA分子且都含32P 解析：减数分裂结束，产生的子细胞为生殖细胞，其内含的染色体不存在同源染色体，不成对，应为10条，A错；进行一次有丝分裂结束，则产生的子细胞中含20条染色体，由于DNA分子是半保留复制，其中20条含32P，B错；若进行减数分裂，则每个减Ⅱ后期细胞中含2个Y染色体或2个X染色体，且都含32P，C错；若进行一次有丝分裂，则分裂中

期细胞的染色体上共有40个DNA分子且都含32P，D正确。

答案：D 4．在果蝇精巢内的细胞中，由A、C、T三种碱基参与构成的核苷酸共有a种，其DNA分子结构稳定性最低的时期是细胞周期的b期。假如在精原细胞进行DNA分子复制之前，用放射性元素标记了其中一条染色体，分裂完全后含有放射性元素的子细胞是c。则a、b、c分别代表(

) A．5、分裂间期、两个来自于同一个次级精母细胞形成的精细胞

B．5、分裂间期、两个来自于不同次级精母细胞形成的精细胞

C．3、分裂前期、两个来自于同一个次级精母细胞形成的精细胞

D．3、分裂间期、两个来自于不同次级精母细胞形成的精细胞

解析：碱基A可以参与构成腺嘌呤脱氧核苷酸和腺嘌呤核糖核苷酸，碱基C可以参与构成胸腺嘧啶脱氧核苷酸和胞嘧啶核糖核苷酸，碱基T只能参与构成胸腺嘧啶脱氧核苷酸。DNA分子结构稳定性最低的时期是DNA复制时，也就是细胞分裂间期。用放射性元素标记了一条染色体，也就是标记了一个DNA分子，该DNA分子进行半保留复制后，形成两个DNA分子，各含有一条含放射性元素的单链，且这两个DNA分子通过一个着丝点相连。减数第一次分裂结束之后，这两个DNA分子进入同一个次级精母细胞，形成的两个子细胞都有放射性。

答案：A

课堂小结

提示：①双螺旋

②两条反向平行长链

③磷酸、脱氧核糖交替连接

④碱基互补配对形成碱基对

⑤稳定性

⑥多样性

⑦特异性

⑧边解旋边复制、半保留复制

⑨解旋→合成子链→形成子代DNA

⑩基因

1.DNA的两条脱氧核苷酸链反向平行盘旋成规则的双螺旋结构。

2.DNA双螺旋结构的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成的。

3.DNA上的碱基对严格遵循碱基互补配对原则，通过氢键连接。

4.DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序代表了遗传信息。

5.DNA复制具有边解旋边复制、半保留复制的特点。

6.DNA复制需要解旋酶和DNA聚合酶参与。

7.基因是具有遗传效应的DNA片段。

8.染色体是基因的主要载体。线粒体、叶绿体中也存在基因。

课堂练习：

1．1953年Watson和Crick构建了DNA双螺旋结构模型，其重要意义在于(

) ①证明DNA是主要的遗传物质

②确定DNA是染色体的组成成分

③发现DNA如何储存遗传信息

④为DNA复制机制的阐明奠定基础

A．①③

B．②③

C．②④

D．③④

解析：本题考查DNA双螺旋结构模型的特点及相关知识。沃森和克里克提出的DNA双螺旋结构模型的特点是：(1)DNA分子由两条链组成，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构；(2)两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对有一定的规律：A一定与T配对，G一定与C配对。DNA中碱基对排列顺序可以千变万化，这为解释DNA如何储存遗传信息提供了依据；一个DNA分子之所以能形成两个完全相同的DNA分子，其原因是DNA分子的双螺旋结构为复制提供了精确的模板，碱基互补配对原则保证复制精确完成，所以DNA双螺旋结构模型的构建为人们后来阐明DNA复制的机理奠定了基础。

答案：D 2．如图所示一个DNA分子的片段，下列有关表述正确的是(

)

A．④代表的物质中贮存了遗传信息

B．不同生物的DNA分子中④的种类无特异性

C．转录时该片段的两条链都可作为模板链

D．限制性核酸内切酶的切割位点在⑤处

解析：④是脱氧核苷酸，其排列顺序代表着遗传信息，在不同生物中，脱氧核苷酸共4种，没有特异性，A错误，B正确；转录时是以DNA的一条链为模板，C错误；限制性核酸内切酶作用于一个脱氧核苷酸与相邻脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键，不是在⑤处，D错误。

答案：B 3．某亲本DNA分子双链均以白色表示，以灰色表示第一次复制出的DNA子链，以黑色表示第二次复制出的DNA子链，该亲本双链DNA连续复制两次后的产物是(

)

解析：根据DNA半保留复制的特点可知，亲代DNA的两条链(白色)应在不同的子代DNA分子中，A、B错误；第一次复制合成的子链(灰色)应有2条，第二次复制合成的子链(黑色)应有4条，由此可判断C错误、D正确。

答案：D 4．某双链DNA分子中含有200个碱基，一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则该DNA分子(

) A．四种含氮碱基A∶T∶G∶C＝3∶3∶7∶7 B．连续复制两次，需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸120个

C．碱基排列方式共有4100种

D．含有4个游离的磷酸基

解析：该DNA分子的一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，另一条链A∶T∶G∶C＝2∶1∶4∶3，整个DNA分子中A∶T∶G∶C＝3∶3∶7∶7。该DNA分子中A＝T＝30，G＝C＝70，连续复制两次，需要腺嘌呤脱氧核苷酸为30×(22－1)＝90(个)；该DNA分子含有100个碱基对，30个A—T碱基对，70个G—C碱基对，碱基排列方式小于4100种；一个DNA分子由两条DNA链组成，含2个游离的磷酸基。

答案：A 5．甲图中DNA分子有a和d两条链，将甲图中某一片段放大后如乙图所示，结合所学知识回答下列问题：

(1)从甲图可看出DNA复制的方式是____________。

(2)甲图中，A和B均是DNA分子复制过程中所需要的酶，其中B能将单个的脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链，从而形成子链；则A是________酶，B是__________酶。

(3)图甲过程在绿色植物叶肉细胞中进行的场所有________________________。

(4)乙图中，7是________________。DNA分子的基本骨架由________________交替连接而成；DNA分子两条链上的碱基通过________连接成碱基对，并且遵循________________原则。

解析：(1)从甲图可看出DNA复制的方式是半保留复制。(2)A是解螺旋的解旋酶，B是形成子代DNA分子的DNA聚合酶。(3)绿色植物叶肉细胞中DNA分子复制的场所有细胞核、线粒体、叶绿体。(4)乙图中，7是胸腺嘧啶脱氧核苷酸。DNA分子的基本骨架由脱氧核糖和磷酸交替连接而成；DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且遵循碱基互补配对原则。

答案：(1)半保留复制

(2)解旋

DNA聚合

(3)细胞核、线粒体、叶绿体

(4)胸腺嘧啶脱氧核苷酸互补配对

脱氧核糖和磷酸氢键

碱基