第2講 DNA分子的結(jié)構(gòu)、復(fù)制與基因的本質(zhì)一、單項(xiàng)選擇題1(2017年江西師范大學(xué)附中期末)下列有關(guān)雙鏈DNA的結(jié)構(gòu)和復(fù)制的敘述，正確的是()ADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)以及堿基間的氫鍵使DNA分子具有較強(qiáng)的特異性BDNA分子雙鏈間的堿基通過(guò)脫氧核糖、磷酸、脫氧核糖連接CDNA聚合酶催化兩個(gè)游離的脫氧核苷酸之間的連接D復(fù)制后產(chǎn)生的兩個(gè)子代DNA分子共含有4個(gè)游離的磷酸基團(tuán)【答案】D【解析】DNA分子的特定堿基排列順序使其具有較強(qiáng)的特異性，A項(xiàng)錯(cuò)誤；DNA分子雙鏈間的堿基通過(guò)氫鍵連接，B項(xiàng)錯(cuò)誤；DNA聚合酶催化游離的脫氧核苷酸與DNA鏈上的脫氧核苷酸之間的連接，C項(xiàng)錯(cuò)誤；每個(gè)DNA分子的兩條鏈各有1個(gè)游離的磷酸，因此1個(gè)DNA復(fù)制產(chǎn)生的兩個(gè)DNA分子共有4個(gè)游離的磷酸基團(tuán)，D項(xiàng)正確。2下列有關(guān)染色體、DNA、基因、脫氧核苷酸的說(shuō)法，不正確的是()A基因一定位于染色體上B基因在染色體上呈線性排列C四種脫氧核苷酸的數(shù)目和排列順序決定了基因的多樣性和特異性D一條染色體上含有1個(gè)或2個(gè)DNA分子【答案】A【解析】基因是具有遺傳效應(yīng)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，A錯(cuò)誤；多個(gè)基因位于同一條染色體上，基因在染色體上呈線性排列，B正確；不同基因中脫氧核苷酸的數(shù)目和排列順序不同，基因具有多樣性，而每一個(gè)基因中脫氧核苷酸的數(shù)目和排列順序是特定的，因此基因又具有特異性，C正確；沒(méi)有經(jīng)過(guò)復(fù)制的每條染色體含有1個(gè)DNA分子，復(fù)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(gè)DNA分子，即復(fù)制后的每條染色體含有2個(gè)DNA分子，D正確。3下圖為DNA分子部分結(jié)構(gòu)示意圖，以下敘述正確的是()A解旋酶可以斷開(kāi)鍵，因此DNA的穩(wěn)定性與無(wú)關(guān)B是一個(gè)鳥(niǎo)嘌呤脫氧核苷酸CDNA連接酶可催化或鍵形成DA鏈、B鏈的方向相反，骨架是磷酸和脫氧核糖【答案】D【解析】DNA的穩(wěn)定性與堿基對(duì)間的氫鍵有關(guān)系，堿基對(duì)間的氫鍵越多，分子結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定；的名稱(chēng)是鳥(niǎo)嘌呤脫氧核苷酸是錯(cuò)誤的，因?yàn)橹械呐c、不屬于同一個(gè)脫氧核苷酸；DNA連接酶可以催化相鄰兩脫氧核苷酸間磷酸二酯鍵的形成，即；DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架。4(2017年山東淄博高三檢測(cè))用卡片構(gòu)建DNA平面結(jié)構(gòu)模型，所提供的卡片類(lèi)型和數(shù)量如下表所示，以下說(shuō)法正確的是()卡片類(lèi)型脫氧核糖磷酸堿基ATGC卡片數(shù)量10102332A.最多可構(gòu)建4種脫氧核苷酸，5個(gè)脫氧核苷酸對(duì)B構(gòu)成的雙鏈DNA片段最多有10個(gè)氫鍵CDNA中每個(gè)脫氧核糖均與1分子磷酸相連D可構(gòu)建45種不同堿基序列的DNA【答案】B【解析】由表中給定的堿基A為2個(gè)，C為2個(gè)，并結(jié)合堿基互補(bǔ)配對(duì)原則可知，最多可構(gòu)建4個(gè)脫氧核苷酸對(duì)，其中AT、GC各有2對(duì)，A錯(cuò)誤；構(gòu)成的雙鏈DNA片段中A與T間的氫鍵共有4個(gè)，G與C共有6個(gè)，即最多有10個(gè)氫鍵，B正確；DNA中位于一端的脫氧核糖分子均與1分子磷酸相連，位于內(nèi)部的脫氧核糖分子均與2分子磷酸相連，C錯(cuò)誤；由題表可知，給定的堿基數(shù)目有限，故可構(gòu)建44種不同堿基序列的DNA分子數(shù)少于44，D錯(cuò)誤。5(2017年北京海淀模擬)在DNA復(fù)制開(kāi)始時(shí)，將大腸桿菌放在含低劑量3H標(biāo)記的脫氧胸苷(3HdT)的培養(yǎng)基中，3HdT可摻入正在復(fù)制的DNA分子中，使其帶有放射性標(biāo)記。幾分鐘后，將大腸桿菌轉(zhuǎn)移到含高劑量3HdT的培養(yǎng)基中培養(yǎng)一段時(shí)間。收集、裂解細(xì)胞，抽取其中的DNA進(jìn)行放射性自顯影檢測(cè)，結(jié)果如圖所示。據(jù)圖可以作出的推測(cè)是()A復(fù)制起始區(qū)在高放射性區(qū)域BDNA復(fù)制為半保留復(fù)制CDNA復(fù)制從起始點(diǎn)向兩個(gè)方向延伸DDNA復(fù)制方向?yàn)閍c【答案】C【解析】根據(jù)放射性自顯影結(jié)果可知，中間低放射性區(qū)域是復(fù)制開(kāi)始時(shí)在含低劑量3H標(biāo)記的脫氧胸苷(3HdT)的培養(yǎng)基中進(jìn)行復(fù)制的結(jié)果，A錯(cuò)誤；兩側(cè)高放射性區(qū)域是將大腸桿菌轉(zhuǎn)移到含高劑量3HdT的培養(yǎng)基中進(jìn)行復(fù)制的結(jié)果，因此可判斷DNA復(fù)制從起始點(diǎn)(中間)向兩個(gè)方向延伸，C正確、D錯(cuò)誤；該實(shí)驗(yàn)不能證明DNA復(fù)制為半保留復(fù)制，B錯(cuò)誤。6(2017年河北邯鄲摸底)下面為真核細(xì)胞DNA復(fù)制過(guò)程的模式圖，據(jù)圖分析，相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()A由圖示得知，DNA分子復(fù)制的方式是半保留復(fù)制B解旋酶能使雙鏈DNA解開(kāi)，但需要消耗ATPC子代DNA分子的兩條鏈?zhǔn)欠聪蚱叫信帕械腄DNA在復(fù)制過(guò)程中是先進(jìn)行解旋，后半保留復(fù)制【答案】D【解析】由圖示可知，新合成的每個(gè)DNA分子中，都保留了原來(lái)DNA分子中的一條鏈，因此DNA分子復(fù)制的方式是半保留復(fù)制；解旋酶使DNA雙鏈解開(kāi)的過(guò)程消耗ATP；子代DNA分子的兩條鏈?zhǔn)欠聪蚱叫械模籇NA在復(fù)制過(guò)程中是邊解旋，邊半保留復(fù)制。7(2017年山東泰安模擬)下列關(guān)于DNA的相關(guān)計(jì)算中，正確的是()A具有1 000個(gè)堿基對(duì)的DNA，腺嘌呤有600個(gè)，則每一條鏈上都具有胞嘧啶200個(gè)B具有m個(gè)胸腺嘧啶的DNA片段，復(fù)制n次后共需要2nm個(gè)胸腺嘧啶C具有m個(gè)胸腺嘧啶的DNA片段，第n次復(fù)制需要2n1m個(gè)胸腺嘧啶D無(wú)論是雙鏈DNA還是單鏈DNA，AG所占的比例均是1/2【答案】C【解析】根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，具有1 000個(gè)堿基對(duì)的DNA，ATCG2 000個(gè)，AT600個(gè)，則CG400個(gè)，但在該DNA分子的每一條鏈上，所具有的胞嘧啶不一定是200個(gè)，A錯(cuò)誤；具有m個(gè)胸腺嘧啶的DNA片段，復(fù)制n次后共需要(2n1)m個(gè)胸腺嘧啶，第n次復(fù)制共需要(2n1)m(2n11)m2n1m個(gè)胸腺嘧啶，故B錯(cuò)誤、C正確；在雙鏈DNA分子中，AG所占的比例是1/2，在單鏈DNA分子中，AG所占的比例不一定是1/2，D錯(cuò)誤。8(2017年甘肅靜寧第一中學(xué)月考)一個(gè)雙鏈均被32P標(biāo)記的DNA由5 000個(gè)堿基對(duì)組成，其中腺嘌呤占20%，將其置于只含31P的環(huán)境中復(fù)制3次。下列敘述不正確的是()A該DNA分子中含有氫鍵的數(shù)目為1.3104個(gè)B復(fù)制過(guò)程需要2.4104個(gè)游離的胞嘧啶脫氧核苷酸C子代DNA分子中含32P的單鏈與含31P的單鏈之比為17D子代DNA分子中含32P與只含31P的分子數(shù)之比為13【答案】B【解析】該DNA分子中AT堿基對(duì)的數(shù)目為5 000220%2 000個(gè)，GC堿基對(duì)的數(shù)目為5 0002 0003 000個(gè)，則該DNA分子中含有的氫鍵數(shù)目為2 00023 00031.3104個(gè)；該復(fù)制過(guò)程需要的胞嘧啶脫氧核苷酸數(shù)為(231)3 00021 000個(gè)；子代中含32 P的單鏈與含31P的單鏈之比為2(2322)17；子代DNA分子中含32P與只含31P的分子數(shù)之比為2(232)13。9蠶豆根尖細(xì)胞在含3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷培養(yǎng)基中完成一個(gè)細(xì)胞周期，然后在不含放射性標(biāo)記的培養(yǎng)基中繼續(xù)分裂至中期，其染色體的放射性標(biāo)記分布情況是()A每條染色體的兩條單體都被標(biāo)記B每條染色體中都只有一條單體被標(biāo)記C只有半數(shù)的染色體中一條單體被標(biāo)記D每條染色體的兩條單體都不被標(biāo)記【答案】B【解析】蠶豆的根尖細(xì)胞完成一個(gè)細(xì)胞周期后，根據(jù)DNA半保留復(fù)制的特點(diǎn)，形成的子細(xì)胞中染色體上的DNA都只有一條鏈具有放射性，另一條鏈不具有放射性，即每條染色體都具有放射性。當(dāng)在不具有放射性標(biāo)記的培養(yǎng)基中接著進(jìn)行下一個(gè)細(xì)胞周期時(shí)，完成DNA復(fù)制后，有絲分裂前期以及中期每條染色體都含有兩條染色單體，每條染色單體含有一個(gè)DNA分子，這兩個(gè)DNA分子一個(gè)具有放射性，一個(gè)沒(méi)有放射性，即細(xì)胞中每條染色體含有的兩條染色單體(兩個(gè)DNA分子)都是一條染色單體(一個(gè)DNA分子)被標(biāo)記，另一條染色單體(另一個(gè)DNA分子)不被標(biāo)記。10如圖表示大腸桿菌的DNA復(fù)制示意圖。如果是單起點(diǎn)單向復(fù)制，按正常的子鏈延伸速度，此DNA分子復(fù)制約需30 s，而實(shí)際上復(fù)制從開(kāi)始到結(jié)束只需約16 s。據(jù)圖分析，下列說(shuō)法不正確的是()A此DNA分子復(fù)制為半保留復(fù)制B該DNA分子從兩個(gè)起點(diǎn)進(jìn)行雙向復(fù)制C將甲置于含15N的培養(yǎng)液中復(fù)制3次，子代DNA都含15ND甲分子中堿基A占20%，那么其子代DNA中鳥(niǎo)嘌呤占30%【答案】B【解析】從題圖中可知，DNA分子為半保留復(fù)制，A正確；此DNA分子應(yīng)該是從1個(gè)起點(diǎn)雙向復(fù)制的，B錯(cuò)誤；由于新合成的子鏈都含有15N，所以子代DNA分子都含有15N，C正確；根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則可知，子代DNA中鳥(niǎo)嘌呤占30%，D正確。11洋蔥根尖細(xì)胞在含3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培養(yǎng)液中完成一個(gè)細(xì)胞周期，然后轉(zhuǎn)入不含3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培養(yǎng)液中培養(yǎng)第二代，如圖所示。則經(jīng)過(guò)兩代培養(yǎng)后獲得的子細(xì)胞內(nèi)DNA分子的標(biāo)記情況不可能為(只考慮其中一對(duì)染色體上的DNA分子)()A B C D【答案】B【解析】由于DNA分子的半保留復(fù)制，使得第一次分裂后的DNA一條鏈有放射性標(biāo)記，另一條鏈沒(méi)有放射性標(biāo)記。洋蔥根尖細(xì)胞第二次分裂時(shí)培養(yǎng)液中的胸腺嘧啶脫氧核苷酸不含3H標(biāo)記，復(fù)制后得到的DNA分子中一半的兩條鏈均不含放射性，一半只有一條鏈有放射性，在后期著絲點(diǎn)分裂后染色體隨機(jī)移向細(xì)胞兩極，使得子細(xì)胞內(nèi)DNA的標(biāo)記情況會(huì)出現(xiàn)A、C、D項(xiàng)的結(jié)果。12(2017年廣東汕頭金山中學(xué)入學(xué)考試)如圖所示是研究DNA復(fù)制方式的實(shí)驗(yàn)，根據(jù)這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行的推論，正確的是()菌種：大腸桿菌培養(yǎng)條件與方法：(1)在含15N的培養(yǎng)基培養(yǎng)若干代，使DNA均被15N標(biāo)記(圖甲)。(2)轉(zhuǎn)至14N的培養(yǎng)基培養(yǎng)，每30分鐘繁殖一代。(3)取出每代DNA樣本，并離心分離。丙是轉(zhuǎn)入14N培養(yǎng)基中復(fù)制一代的結(jié)果乙是轉(zhuǎn)入14N培養(yǎng)基中復(fù)制二代的結(jié)果出現(xiàn)丁的結(jié)果至少需要60分鐘圖戊表示復(fù)制三代后不再具有15N標(biāo)記DNAABCD【答案】B【解析】由于DNA分子進(jìn)行半保留復(fù)制，而丙中DNA全是中帶，所以丙是轉(zhuǎn)入14N培養(yǎng)基中復(fù)制一代的結(jié)果，正確；乙中是1/2重帶、1/2中帶，而DNA分子復(fù)制是半保留復(fù)制，所以復(fù)制后不可能有全重帶的DNA存在，錯(cuò)誤；丁中是1/2中帶、1/2輕帶，說(shuō)明DNA已復(fù)制2次，而復(fù)制一次需要30分鐘，所以出現(xiàn)丁的結(jié)果至少需要60分鐘，正確；戊中為全輕帶，表示不具有15N標(biāo)記DNA，而DNA分子復(fù)制是半保留復(fù)制，15N標(biāo)記DNA兩條鏈一直存在，錯(cuò)誤。所以正確的有。二、非選擇題13如圖是DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建構(gòu)過(guò)程圖解(15)，請(qǐng)據(jù)圖探討相關(guān)問(wèn)題。(1)物質(zhì)1是構(gòu)成DNA的基本單位，與RNA的基本單位相比，兩者成分方面的差別是_。(2)催化形成圖2中的磷酸二酯鍵的酶是_。(3)圖3和圖4中的氫鍵用于連接兩條脫氧核苷酸鏈，如果DNA耐高溫的能力越強(qiáng)，則_(填“GC”或“AT”)堿基對(duì)的比例越高。(4)RNA病毒相比DNA病毒更容易發(fā)生變異，請(qǐng)結(jié)合圖5和有關(guān)RNA的結(jié)構(gòu)說(shuō)明其原因：_?！敬鸢浮?1)物質(zhì)1中的五碳糖是脫氧核糖，特有的堿基是T，而RNA的基本單位中的五碳糖是核糖，特有的堿基是U(2)DNA聚合酶(3)GC(4)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)較RNA單鏈結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定【解析】(1)DNA的基本單位與RNA的基本單位相比，主要區(qū)別是DNA的基本單位中的五碳糖是脫氧核糖，特有的堿基是T，而RNA的基本單位中的五碳糖是核糖，特有的堿基是U。(2)圖2是由DNA分子的基本單位脫氧核苷酸脫水縮合形成的脫氧核苷酸鏈，由脫氧核苷酸脫水縮合形成脫氧核苷酸鏈過(guò)程需要DNA聚合酶催化。(3)DNA分子中氫鍵越多，DNA分子越穩(wěn)定，CG之間有3個(gè)氫鍵，AT之間有2個(gè)氫鍵。(4)RNA分子是單鏈結(jié)構(gòu)，DNA分子是雙鏈螺旋結(jié)構(gòu)，DNA分子的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較強(qiáng)，而單鏈RNA更容易發(fā)生變異。14下圖是某DNA分子的局部結(jié)構(gòu)示意圖，請(qǐng)據(jù)圖回答問(wèn)題：(1)寫(xiě)出下列圖中序號(hào)代表的結(jié)構(gòu)的中文名稱(chēng)：_，_，_，_。(2)圖中DNA片段中堿基對(duì)有_對(duì)，該DNA分子應(yīng)有_個(gè)游離的磷酸基。(3)如果將14N標(biāo)記的細(xì)胞培養(yǎng)在含15N標(biāo)記的脫氧核苷酸的培養(yǎng)液中，此圖所示的_(填圖中序號(hào))中可測(cè)到15N。若細(xì)胞在該培養(yǎng)液中分裂四次，該DNA分子也復(fù)制四次，則得到的子代DNA分子中含14N的DNA分子和含15N的DNA分子的比例為_(kāi)。(4)若該DNA分子共有a個(gè)堿基，其中腺嘌呤有m個(gè)，則該DNA分子復(fù)制4次，需要游離的胞嘧啶脫氧核苷酸為_(kāi)個(gè)?！敬鸢浮?1)胞嘧啶脫氧核糖胸腺嘧啶脫氧核苷酸一條脫氧核苷酸鏈的片段(2)42(3)18(4)15(a/2m)【解析】根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則可知，是胞嘧啶，是腺嘌呤，是鳥(niǎo)嘌呤，是胸腺嘧啶，是磷酸基團(tuán)，是胸腺嘧啶，是脫氧核糖，是胸腺嘧啶脫氧核苷酸，是一條脫氧核苷酸鏈的片段。復(fù)制4次，產(chǎn)生16個(gè)DNA分子，由于DNA復(fù)制為半保留復(fù)制，含14N的DNA分子共2個(gè)，所有的DNA都含有15N，所以子代DNA分子中含14N和15N的比例為18。該DNA分子中ATm，則GCa/2m，復(fù)制4次，需要游離的胞嘧啶脫氧核苷酸數(shù)為(241)(a/2m)15(a/2m)。15科學(xué)家以大腸桿菌為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，運(yùn)用同位素示蹤技術(shù)及密度梯度離心方法進(jìn)行了DNA復(fù)制方式的探索實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果見(jiàn)表。組別1組2組3組4組培養(yǎng)液中唯一氮源14NH4Cl15NH4Cl14NH4Cl14NH4Cl繁殖代數(shù)多代多代一代兩代培養(yǎng)產(chǎn)物ABB的子代B的子代操作提取DNA并離心離心結(jié)果僅為輕帶(14N/14N)僅為重帶(15N/15N)僅為中帶(15N/14N)1/2輕帶(14N/14N) 1/2中帶(15N/14N)請(qǐng)分析并回答：(1)要得到DNA中的15N全部被放射性標(biāo)記的大腸桿菌B，必須經(jīng)過(guò)_代培養(yǎng)，且培養(yǎng)液中的_是唯一氮源。(2)綜合分析本實(shí)驗(yàn)的DNA離心結(jié)果，第_組結(jié)果對(duì)得到結(jié)論起到了關(guān)鍵作用，但需把它與第_組和第_組的結(jié)果進(jìn)行比較，才能說(shuō)明DNA分子的復(fù)制方式是_。(3)分析討論：若子代DNA的離心結(jié)果為“輕”和“重”兩條密度帶，則“重帶”DNA來(lái)自_，據(jù)此可判斷DNA分子的復(fù)制方式不是_復(fù)制。若將子代DNA雙鏈分開(kāi)后再離心，其結(jié)果_(填“能”或“不能”)判斷DNA的復(fù)制方式。若在同等條件下將子代繼續(xù)培養(yǎng)，子n代DNA離心的結(jié)果是：中密度帶的數(shù)量和位置_，放射性強(qiáng)度發(fā)生變化的是_帶。若某次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果中，子代DNA的“中帶”比以往實(shí)驗(yàn)結(jié)果的“中帶”略寬，可能的原因是新合成DNA單鏈中的N有少部分為_(kāi)。【答案】(1)多15N(或15NH4Cl)(2)312半保留復(fù)制(3)B半保留不能沒(méi)有變化輕15N【解析】(1)根據(jù)表中的第2組實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，將大腸桿菌放在以15NH4Cl為唯一氮源的培養(yǎng)液中培養(yǎng)多代，才可得到DNA中的N全部被放射性標(biāo)記的大腸桿菌B。(2)要證明DNA的復(fù)制方式為半保留復(fù)制，需要證明子代DNA的兩條鏈一條是親代的，另一條是新合成的，第3組的實(shí)驗(yàn)展示了將DNA被15N標(biāo)記的大腸桿菌放在14N的培養(yǎng)液中培養(yǎng)，子代的DNA僅有15N/14N，再結(jié)合第1組和第2組的實(shí)驗(yàn)可以說(shuō)明DNA的復(fù)制為半保留復(fù)制。(3)“輕帶”為14N/14N DNA，“重帶”為15N/15N DNA，根據(jù)表中信息“重帶”DNA來(lái)自B。出現(xiàn)該結(jié)果只能是子代DNA的兩條鏈或全是親代的，或全是新合成的，說(shuō)明DNA分子的復(fù)制方式不是半保留復(fù)制。若將子代DNA雙鏈分開(kāi)后再離心，則無(wú)法判斷子代DNA的兩條鏈的來(lái)源，不能判斷DNA的復(fù)制方式。DNA是半保留復(fù)制，不管復(fù)制多少代，兩條母鏈?zhǔn)冀K存在，所以在同等條件下將子代繼續(xù)培養(yǎng)，子n代DNA的情況為有兩個(gè)為14N/15N的DNA，其余全為14N/14N DNA，所以子n代DNA離心結(jié)果是：密度帶的數(shù)量始終是一條中帶、一條輕帶，位置也沒(méi)有變化，中帶的放射性強(qiáng)度不變，輕帶的放射性強(qiáng)度增加?！爸袔А睘?5N/14N的DNA，“中帶”略寬，說(shuō)明新合成的DNA單鏈中尚有少部分為15N。