第2节　DNA分子的结构
第3节　DNA的复制
第4节　基因是有遗传效应的DNA片段
考点一　DNA分子的结构和相关计算
【核心知识通关】
1.DNA分子的化学组成：
(1)基本组成元素：______________。
C、H、O、N、P
(2)基本单位：
脱氧核糖核苷酸
胸腺嘧啶
腺嘌呤
2.DNA分子的结构：
(1)主要特点。
①两条脱氧核苷酸长链_____平行盘旋而成。
②脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在_____，构成基本
骨架；碱基排列在_____。
反向
外侧
内侧
③两条链上的碱基通过_____连接成碱基对，其中：
遵循_____________原则
(2)空间结构：规则的_______结构。
氢键
碱基互补配对
双螺旋
3.DNA分子的特性：
(1)相对稳定性：DNA分子中_______________交替连接
的方式不变，两条链间_____________的方式不变。
(2)多样性：不同的DNA分子中___________数目不同，
排列顺序多种多样。若某DNA分子中有n个碱基对，则
排列顺序有__种。
磷酸和脱氧核糖
碱基互补配对
脱氧核苷酸
4n
(3)特异性：每种DNA分子都有区别于其他DNA的特定的
_______________，代表了特定的遗传信息。
碱基对排列顺序
4.DNA分子中碱基的计算：
(1)双链DNA分子中嘌呤总数与嘧啶总数相等，即A+G=T+C。简记：“DNA分子中两个非互补碱基之和是DNA分子总碱基数的一半。”
(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%，则
⇒A1+T1=A2+T2=n%，所以A+T=A1+A2+T1+T2=
=n%。
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。
设双链DNA分子中，一条链上， =m，
则 =m，互补链中
简记为：“DNA两条互补链中，不配对两碱基之和的比值乘积为1。”
【特别提醒】
(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)如果已知A占双链的比例为c%，则A1/单链的比例无法确定，但是可以求出其最大值为2c%，最小值为0。
【高考模拟精练】
1.(2014·山东高考)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(　　)
【解题指南】解答本题的关键：
(1)根据碱基互补配对的原则，推出坐标中纵轴与横轴之间的关系。
(2)借助特殊值法判断曲线的形状。
【解析】选C。本题主要考查对DNA分子碱基互补配对原则的理解。双链DNA分子中，(A+C)/(T+G)一定等于1，故A项错误；当一条链中(A1+C1)/(T1+G1)=1时，其互补链中存在(A2+C2)/(T2+G2)=(T1+G1)/(A1+C1)=1，B项错误；在DNA分子中，存在(A1+T1)/(G1+C1)=
(A2+T2)/(G2+C2)=(A+T)/(G+C)，故C项正确、D项错误。
2.(2016·泰安模拟)如图为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.DNA聚合酶用于⑨的形成
D.DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息
【解析】选D。由图示可知，①表示磷酸，②表示脱氧核糖，③表示胞嘧啶，②和①相间排列构成了DNA分子的基本骨架；④中的①应属于上面那个脱氧核苷酸的磷酸基团；⑨的形成依靠碱基互补配对原则，不需DNA聚合酶，DNA聚合酶是将游离的脱氧核苷酸聚合成脱氧核苷酸链。
【易错提醒】本题易错选B项，原因是没有正确
理解脱氧核苷酸的结构，忽视了磷酸基团的连接位置，在每个脱氧核苷酸中，必有一个磷酸基团连接在第5号碳原子上。
【加固训练】
1.已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的35.8%，其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%。则在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的(　　)
A.32.9%和17.1% B.31.3%和18.7%
C.18.7%和31.3% D.17.1%和32.9%
【解析】选B。由题中G+C=35.8%可推知，在整个DNA分子中及任意一条链中该比值都相等。
一条链中
可推知互补链中：T=31.3%，C=18.7%。
2.下列哪一项不是基因具有“遗传效应”的含义(　　)
A.能控制一种生物性状的表现
B.能控制一种蛋白质的生物合成
C.能在蛋白质合成中决定一个氨基酸的位置
D.能转录一种信使RNA
【解析】选C。基因是有遗传效应的DNA片段，是指基因能控制或决定生物外观的某种性状，即通过转录形成mRNA，进而mRNA翻译成一定的蛋白质，体现生物某一方面的生命活动(性状)。一个基因并不只是决定一个氨基酸的位置，一个氨基酸是由mRNA上的一个密码子直接决定的。
3.(2013·广东高考)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
【解题指南】解答本题应明确以下两点：
(1)DNA分子四种脱氧核苷酸不同的排列顺序代表了遗传信息。
(2)DNA分子中的碱基互补配对使DNA的半保留复制成为可能。
【解析】选D。本题考查DNA分子结构和功能等知识。噬菌体侵染细菌的实验、肺炎双球菌的转化实验和烟草花叶病毒相关实验证明了DNA是主要的遗传物质，故①错误；Watson和Crick构建DNA双螺旋结构模型之前，就已经明确了染色体的组成成分，故②错误；根据DNA双螺旋结构模型中脱氧核苷酸的排列顺序，可以发现DNA是如何储存遗传信息的，故③正确；他们在构建了DNA双螺旋结构模型的基础上，也对DNA复制进行了描述，故④正确。
4.(2016·宣城模拟)下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法，不正确的是(　　)
A.基因一定位于染色体上
B.基因在染色体上呈线性排列
C.4种脱氧核苷酸的数目和排列顺序决定了基因的多样性和特异性
D.一条染色体上含有1个或2个DNA分子
【解析】选A。基因是具有遗传效应的DNA片段，DNA不
一定位于染色体上，因此基因不一定位于染色体上，
故A错误；多个基因位于同一条染色体上，基因在染色
体上呈线性排列，故B正确；不同基因中脱氧核苷酸的
数目和排列顺序不同，基因具有多样性，而每一个基
因中脱氧核苷酸的数目和排列顺序是特定的，因此基
因又具有特异性，故C正确；没有复制的每条染色体上
含有1个DNA分子，复制后的每条染色体上含有2条染色单体，每条染色单体上含有1个DNA分子，故D正确。
考点二　DNA分子的复制　　　
【核心知识通关】
1.概念：以________为模板合成子代DNA的过程。
2.时间：_________间期和_______________前的间期。
亲代DNA
有丝分裂
减数第一次分裂
3.条件
4.过程：
DNA 两条母链 形成子链→新DNA分子
模板：_______________
原料：细胞中____________________
能量：____
酶：解旋酶、__________等
解旋后两条母链
游离的4种脱氧核苷酸
ATP
DNA聚合酶
解旋
DNA聚合
5.特点：___________。
6.意义：将遗传信息_________________，从而保持
了_________________。
半保留复制
从亲代传给了子代
遗传信息的连续性
【特别提醒】
DNA复制相关计算时四个易错点
(1)复制次数：“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别：前者包括所有的复制，但后者只包括最后一次复制。
(2)碱基数目：碱基的数目单位是“对”还是“个”。
(3)复制模板：在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两个。
(4)关键词语：看清是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词。
【深化探究】
(1)高度分化的细胞中核DNA一般_____(填“能”或
“不能”)进行复制，原因是_____________________
_______________。
(2)细胞中的核DNA复制后，两个子代DNA分开的时期
是_________________________________。
不能
高度分化的细胞一般不
再进行有丝分裂
有丝分裂后期或减数第二次分裂后期
【典题技法归纳】
(2016·济南模拟)如图为某DNA分子片段，假设该DNA分子中有碱基5 000对，A+T占碱基总数的34%，若该DNA分子在含14N的培养基中连续复制2次，下列叙述正确的是(　　)
A.复制时作用于③处的酶为限制酶
B.复制2次需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸9 900个
C.④处指的是腺嘌呤核糖核苷酸
D.子代中含15N的DNA分子占3/4
【解析】选B。DNA复制时作用于③处的酶应为解旋酶；
因为A+T所占的比例是34%，且该DNA分子中有5 000个
碱基对，所以C的数量为5 000×2×(1-34%)×1/2=
3 300(个)，所以该DNA分子复制2次需要游离的胞嘧啶
脱氧核苷酸数量为(22-1)×3 300=9 900(个)；因题图
为某DNA分子片段，故④处指的是腺嘌呤脱氧核苷酸；
因亲代只有一条链含15N，故复制2次形成的4个DNA分子
中只有1个DNA分子中含有15N，占1/4。
【母题变式】
(1)图中DNA分子片段复制时，需要的原料是_________
_______________________________________________
___________________。
(2)该DNA分子片段第3次复制需要游离的胞嘧啶脱氧
核苷酸是_______个。
腺嘌呤脱
氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸和
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
13 200
【方法规律】DNA分子复制过程中的相关计算方法
一个DNA分子复制n次，其结果分析如下：
(1)DNA分子数。
①子代DNA分子数=2n个；
②含有亲代DNA链的子代DNA分子数=2个；
③不含亲代DNA链的子代DNA分子数=2n-2个。
(2)脱氧核苷酸链数。
①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数=2n+1条；
②亲代脱氧核苷酸链数=2条；
③新合成的脱氧核苷酸链数=2n+1-2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，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸数为m·(2n-1)个；
②第n次复制所需该脱氧核苷酸数=2n个DNA分子中该脱氧核苷酸数-2n-1个DNA分子中该脱氧核苷酸数=m·2n-m·2n-1=m·(2n-2n-1)=m·2n-1。
【高考模拟精练】
1.(2014·全国卷Ⅱ)关于核酸的叙述，错误的是(　)
A.细胞核中发生的转录过程有RNA聚合酶的参与
B.植物细胞的线粒体和叶绿体中均可发生DNA的复制
C.双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的
D.用甲基绿和吡罗红染色可观察DNA和RNA在细胞中的分布
【解题指南】(1)题干关键词：“转录”“DNA的复制”“一条链上的磷酸和核糖”。
(2)关键知识：基因的表达，DNA的结构与复制、观察DNA和RNA在细胞中的分布实验。
【解析】选C。本题主要考查基因的表达、DNA的结构与复制、观察DNA和RNA在细胞中的分布实验。A项中，转录即是合成mRNA的过程，必须有RNA聚合酶的参与，正确。B项中，线粒体和叶绿体是半自主性细胞器，均可发生DNA的复制，正确。C项中，DNA分子中一条链上的磷酸和脱氧核糖之间是通过磷酸二酯键连接的，错误。D项中，甲基绿使DNA呈现绿色，而吡罗红使RNA呈现红色，用甲基绿和吡罗红的混合染色剂将细胞染色，可同时显示DNA和RNA在细胞中的分布，正确。
2.(2016·石家庄模拟)如图为真核生物染色体上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
【解题指南】(1)明确图中三个复制环大小不同。
(2)根据箭头方向判断DNA的复制方向。
【解析】选A。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聚合酶等催化。
【加固训练】
1.如图为真核细胞DNA复制过程的模式图，据图分析，下列相关叙述错误的是(　　)
A.由图示得知，DNA分子复制的方式是半保留复制
B.解旋酶能使双链DNA解开，但需要消耗ATP
C.从图中可以看出合成两条子链的方向是相反的
D.DNA聚合酶催化互补碱基之间氢键的形成
【解析】选D。DNA聚合酶催化单链中相邻两个脱氧核苷酸之间化学键的形成，而不是催化配对碱基之间氢键的形成。氢键的形成不需要酶的参与。
2.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分子中(　　)
A.4种含氮碱基A∶T∶G∶C=3∶3∶7∶7
B.连续复制2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个游离的磷酸基团
【解析】选A。该DNA分子的一条链上A∶T∶G∶C=
1∶2∶3∶4，则另一条链上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个，G=C=70个，连续复制2次，需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸为30×(22-1)=90个；该DNA分子中含有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，含有2个游离的磷酸基团。
3.(2016·福州模拟)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，该DNA分子在含有14N的培养液中连续复制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】选C。DNA分子连续复制4次，形成16个DNA分子，其中有2个含15N，占1/8，子代DNA分子均含有14N；最初的DNA分子中含腺嘌呤脱氧核苷酸40个，复制4次，共需40×15=600个腺嘌呤脱氧核苷酸。
【易错提醒】“含14N的DNA分子”和“只含14N的DNA分子”的区别，在含14N的培养液中连续复制，所有子代DNA均含14N。
考点三　DNA复制与细胞分裂　　　
【核心知识通关】
1.细胞分裂特点：
(1)有丝分裂：染色体复制___次，细胞分裂一次。
(2)减数分裂：染色体复制一次，细胞连续分裂___次。
①减数第一次分裂：___________分离。
②减数第二次分裂：_____________分离。
一
两
同源染色体
姐妹染色单体
2.DNA复制与染色体复制：
(1)DNA复制特点：___________。
(2)染色体复制结果。
①1条染色体含有__条染色单体，含有__个DNA分子。
②每条染色单体含有__个DNA分子。
半保留复制
2
2
1
3.子代DNA随姐妹染色单体分开时间：
(1)有丝分裂：_____。
(2)减数分裂：___________________。
后期
减数第二次分裂后期
【特别提醒】
(1)“细胞连续分裂两次”的不同。
①有丝分裂：产生染色体数目不变的4个体细胞。
②减数分裂：产生染色体数目减半的4个子细胞。
(2)放射性同位素标记结果。
①1条DNA单链被标记，该DNA分子即被标记。
②1条染色单体被标记，该染色体即被标记。
【思维拓展】
(1)根据染色体数目变化判断，上图表示有丝分裂过程。
(2)考虑1个细胞中含多条染色体，姐妹染色单体分开后随机移向细胞一极，分裂两次后的4个子细胞中，含有3H的子细胞数目可能是2、3、4个。
【高考模拟精练】
1.(2016·长沙模拟)用32P标记了玉米体细胞(含20条染色体)的DNA分子双链。再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养，在第二次细胞分裂完成后每个细胞中被32P标记的染色体条数是(　　)
A.0条　　　　　　　 B.20条
C.大于0小于20条 D.以上都有可能
【解析】选D。第一次细胞分裂完成后形成的细胞中，
DNA双链均是一条链含有32P，另一条链不含32P，第二
次细胞分裂的间期，染色体复制后每条染色体上都是
一条染色单体含32P，一条染色单体不含32P，有丝分裂
后期，姐妹染色单体分离，如果含32P的20条染色体同
时移向细胞的一极，不含32P的20条染色体同时移向细
胞的另一极，则产生的子细胞中被32P标记的染色体条
数分别是20条和0条；如果移向细胞两极的20条染色体中既有含32P的，也有不含32P的，则形成的子细胞中被32P标记的染色体条数大于0小于20条。
【易错警示】本题易错选B。错因在于未能全面分析着丝点分裂后染色体的移动情况。染色体着丝点分裂后形成的两子染色体移向哪一极是“随机”的，故移向同一极的染色体其双链DNA所带的放射性状况应由每条染色体两条染色单体如何移动决定，不要将所有染色体的染色单体移动“统一”看待。
2.(2016·邯郸模拟)果蝇一个精原细胞中的一个核DNA分子用15N标记，在正常情况下，其减数分裂形成的精子中，含有15N的精子数占(　　)
A.1/16　　　　B.1/8　　　　C.1/4　　　　D.1/2
【解析】选D。在减数分裂过程中，同源染色体要发生联会和分离现象，因此要体现减数分裂过程中染色体中DNA的变化，至少要画出一对同源染色体。果蝇一个精原细胞中的一个核DNA分子用15N标记，即果蝇4对同源染色体中有3对未标记(画图时可略去)，另一对同源染色体中有一条染色体上的DNA分子用15N标记，则该精原细胞进行正常减数分裂形成精细胞时，染色体和DNA的标记情况可用下图进行解析。
结合上图分析，观察产生的4个精细胞，答案选D。
【方法技巧】借助示意图解决细胞分裂与DNA复制相结合的技巧
(1)用双实线代表亲代被标记或未被标记的双链DNA，用双链DNA代表染色体。
(2)根据DNA的半保留复制，用虚线代表新合成的未被标记或标记的子链，画出子代DNA分子，画出一条染色体包含两条姐妹染色单体(两个DNA)的模型。
(3)根据细胞分裂方式和各时期的特点，分离染色体。
(4)分析分裂各时期染色体是否被标记和子细胞中被标记染色体数目。
【加固训练】
1.若用32P标记“类胚胎干细胞”的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养液中培养，在第二次细胞分裂的中期、后期，一个细胞中的染色体总条数和被32P标记的染色体条数分别是(　　)
A.中期是46条和46条、后期是92条和46条
B.中期是46条和46条、后期是92条和92条
C.中期是46条和23条、后期是92条和23条
D.中期是46条和23条、后期是46条和23条
【解析】选A。有丝分裂中期、后期染色体条数的分
析：“类胚胎干细胞”来自人体，人体的一个正常细
胞中含有的染色体条数为46，有丝分裂过程中后期染
色体条数加倍(92条)，中期染色体条数与体细胞相同
(46条)，故无论经过几次分裂，在有丝分裂中期染色
体条数都是46条，后期染色体条数都是92条。有丝分
裂中期、后期被32P标记的染色体条数的分析：以1个
DNA分子为例，双链被32P标记，转入不含32P的培养液中培养，由于DNA具有半保留复制的特点，第一次有丝分裂完成时，每个DNA分子中都有l条链被32P标记；第二次有丝分裂完成时，只有1/2的DNA分子被32P标记；中期时，染色单体没有分开，而这2条没有分开的染色单体上，其中有1条被32P标记，导致整条染色体也被32P标记。
2.某高等动物的一个细胞中DNA分子的双链均被32P标记(不考虑细胞质DNA)，将其放在含31P的细胞培养液中培养，正确的是(　　)
A.若该细胞进行有丝分裂，则完成一个细胞周期后产生的子细胞100%具有放射性
B.若该细胞进行无丝分裂，则产生的子细胞均不具有放射性
C.若该细胞是精原细胞，则其进行减数分裂产生的子细胞中50%具有放射性
D.若该细胞为精细胞，则其增殖产生的子细胞具有放射性
【解析】选A。依据DNA分子的半保留复制，细胞进行一次有丝分裂后，子细胞内所有染色体均具有放射性；细胞进行无丝分裂时DNA分子也进行复制，子细胞内也会出现放射性；精原细胞中DNA分子经半保留复制后，产生的精细胞中全部具有放射性；高等动物的精细胞一般不分裂。
3.(2016·龙岩模拟)果蝇的体细胞中含有8条染色体。现有一个果蝇体细胞，它的每条染色体的DNA双链都被32P标记。如果把该细胞放在不含32P的培养基中培养，使其连续分裂，那么将会在第几次细胞分裂中出现每个细胞的中期和后期都有8条染色体被32P标记(　　)
A.第1次　B.第2次　C.第3次　D.第4次
【解析】选B。由于DNA的复制是半保留复制，在第一
次有丝分裂结束后，果蝇的体细胞中均含有8条染色
体，8个DNA，每个DNA的2条链中均含1条标记链和一条
非标记链。在第二次有丝分裂时，间期复制完成时会
有16个DNA，但是这16个DNA中，有8个DNA均是含1条标
记链和一条非标记链，另外8个DNA均含非标记链；中
期由于着丝点没有分裂，每条染色体上有2个DNA，一
个DNA含1条标记链和一条非标记链，另一个DNA只含非标记链，所以在中期会有8条染色体有标记；后期着丝点分裂，每条染色体上的DNA随着姐妹染色单体的分开而分开，形成16条染色体，其中只有8条含有标记，这8条染色体中的DNA是含1条标记链和一条非标记链。故B项正确。