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第2講 DNA分子的結構、復制與基因的本質 一、單項選擇題 1．(2017年江西師范大學附中期末)下列有關雙鏈DNA的結構和復制的敘述，正確的是(　　) A．DNA雙螺旋結構以及堿基間的氫鍵使DNA分子具有較強的特異性 B．DNA分子雙鏈間的堿基通過脫氧核糖、磷酸、脫氧核糖連接 C．DNA聚合酶催化兩個游離的脫氧核苷酸之間的連接 D．復制后產生的兩個子代DNA分子共含有4個游離的磷酸基團 【答案】D　 【解析】DNA分子的特定堿基排列順序使其具有較強的特異性，A項錯誤；DNA分子雙鏈間的堿基通過氫鍵連接，B項錯誤；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項錯誤；每個DNA分子的兩條鏈各有1個游離的磷酸，因此1個DNA復制產生的兩個DNA分子共有4個游離的磷酸基團，D項正確。 2．下列有關染色體、DNA、基因、脫氧核苷酸的說法，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個或2個DNA分子 【答案】A　 【解析】基因是具有遺傳效應的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錯誤；多個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；沒有經過復制的每條染色體含有1個DNA分子，復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DNA分子，即復制后的每條染色體含有2個DNA分子，D正確。 3．下圖為DNA分子部分結構示意圖，以下敘述正確的是(　　) A．解旋酶可以斷開⑤鍵，因此DNA的穩(wěn)定性與⑤無關 B．④是一個鳥嘌呤脫氧核苷酸 C．DNA連接酶可催化⑥或⑦鍵形成 D．A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)定性與堿基對間的氫鍵有關系，堿基對間的氫鍵越多，分子結構越穩(wěn)定；④的名稱是鳥嘌呤脫氧核苷酸是錯誤的，因為④中的①與②、③不屬于同一個脫氧核苷酸；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⑥；DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側，構成基本骨架。 4．(2017年山東淄博高三檢測)用卡片構建DNA平面結構模型，所提供的卡片類型和數(shù)量如下表所示，以下說法正確的是(　　) 卡片類型 脫氧核糖 磷酸 堿基 A T G C 卡片數(shù)量 10 10 2 3 3 2 A.最多可構建4種脫氧核苷酸，5個脫氧核苷酸對 B．構成的雙鏈DNA片段最多有10個氫鍵 C．DNA中每個脫氧核糖均與1分子磷酸相連 D．可構建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，C為2個，并結合堿基互補配對原則可知，最多可構建4個脫氧核苷酸對，其中A－T、G－C各有2對，A錯誤；構成的雙鏈DNA片段中A與T間的氫鍵共有4個，G與C共有6個，即最多有10個氫鍵，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，位于內部的脫氧核糖分子均與2分子磷酸相連，C錯誤；由題表可知，給定的堿基數(shù)目有限，故可構建44種不同堿基序列的DNA分子數(shù)少于44，D錯誤。 5．(2017年北京海淀模擬)在DNA復制開始時，將大腸桿菌放在含低劑量3H標記的脫氧胸苷(3HdT)的培養(yǎng)基中，3HdT可摻入正在復制的DNA分子中，使其帶有放射性標記。幾分鐘后，將大腸桿菌轉移到含高劑量3HdT的培養(yǎng)基中培養(yǎng)一段時間。收集、裂解細胞，抽取其中的DNA進行放射性自顯影檢測，結果如圖所示。據(jù)圖可以作出的推測是(　　) A．復制起始區(qū)在高放射性區(qū)域 B．DNA復制為半保留復制 C．DNA復制從起始點向兩個方向延伸 D．DNA復制方向為a→c 【答案】C　 【解析】根據(jù)放射性自顯影結果可知，中間低放射性區(qū)域是復制開始時在含低劑量3H標記的脫氧胸苷(3H－dT)的培養(yǎng)基中進行復制的結果，A錯誤；兩側高放射性區(qū)域是將大腸桿菌轉移到含高劑量3H－dT的培養(yǎng)基中進行復制的結果，因此可判斷DNA復制從起始點(中間)向兩個方向延伸，C正確、D錯誤；該實驗不能證明DNA復制為半保留復制，B錯誤。 6．(2017年河北邯鄲摸底)下面為真核細胞DNA復制過程的模式圖，據(jù)圖分析，相關敘述錯誤的是(　　) A．由圖示得知，DNA分子復制的方式是半保留復制 B．解旋酶能使雙鏈DNA解開，但需要消耗ATP C．子代DNA分子的兩條鏈是反向平行排列的 D．DNA在復制過程中是先進行解旋，后半保留復制 【答案】D　 【解析】由圖示可知，新合成的每個DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的一條鏈，因此DNA分子復制的方式是半保留復制；解旋酶使DNA雙鏈解開的過程消耗ATP；子代DNA分子的兩條鏈是反向平行的；DNA在復制過程中是邊解旋，邊半保留復制。 7．(2017年山東泰安模擬)下列關于DNA的相關計算中，正確的是(　　) A．具有1 000個堿基對的DNA，腺嘌呤有600個，則每一條鏈上都具有胞嘧啶200個 B．具有m個胸腺嘧啶的DNA片段，復制n次后共需要2nm個胸腺嘧啶 C．具有m個胸腺嘧啶的DNA片段，第n次復制需要2n－1m個胸腺嘧啶 D．無論是雙鏈DNA還是單鏈DNA，A＋G所占的比例均是1/2 【答案】C　 【解析】根據(jù)堿基互補配對原則，具有1 000個堿基對的DNA，A＋T＋C＋G＝2 000個，A＝T＝600個，則C＝G＝400個，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，A錯誤；具有m個胸腺嘧啶的DNA片段，復制n次后共需要(2n－1)m個胸腺嘧啶，第n次復制共需要(2n－1)m－(2n－1－1)m＝2n－1m個胸腺嘧啶，故B錯誤、C正確；在雙鏈DNA分子中，A＋G所占的比例是1/2，在單鏈DNA分子中，A＋G所占的比例不一定是1/2，D錯誤。 8．(2017年甘肅靜寧第一中學月考)一個雙鏈均被32P標記的DNA由5 000個堿基對組成，其中腺嘌呤占20%，將其置于只含31P的環(huán)境中復制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 B．復制過程需要2.4104個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1∶7 D．子代DNA分子中含32P與只含31P的分子數(shù)之比為1∶3 【答案】B　 【解析】該DNA分子中A－T堿基對的數(shù)目為5 000220%＝2 000個，G－C堿基對的數(shù)目為5 000－2 000＝3 000個，則該DNA分子中含有的氫鍵數(shù)目為2 0002＋3 0003＝1.3104個；該復制過程需要的胞嘧啶脫氧核苷酸數(shù)為(23－1)3 000＝21 000個；子代中含32 P的單鏈與含31P的單鏈之比為2∶(232－2)＝1∶7；子代DNA分子中含32P與只含31P的分子數(shù)之比為2∶(23－2)＝1∶3。 9．蠶豆根尖細胞在含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷培養(yǎng)基中完成一個細胞周期，然后在不含放射性標記的培養(yǎng)基中繼續(xù)分裂至中期，其染色體的放射性標記分布情況是(　　) A．每條染色體的兩條單體都被標記 B．每條染色體中都只有一條單體被標記 C．只有半數(shù)的染色體中一條單體被標記 D．每條染色體的兩條單體都不被標記 【答案】B　 【解析】蠶豆的根尖細胞完成一個細胞周期后，根據(jù)DNA半保留復制的特點，形成的子細胞中染色體上的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。當在不具有放射性標記的培養(yǎng)基中接著進行下一個細胞周期時，完成DNA復制后，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DNA分子，這兩個DNA分子一個具有放射性，一個沒有放射性，即細胞中每條染色體含有的兩條染色單體(兩個DNA分子)都是一條染色單體(一個DNA分子)被標記，另一條染色單體(另一個DNA分子)不被標記。 10．如圖表示大腸桿菌的DNA復制示意圖。如果是單起點單向復制，按正常的子鏈延伸速度，此DNA分子復制約需30 s，而實際上復制從開始到結束只需約16 s。據(jù)圖分析，下列說法不正確的是(　　) A．此DNA分子復制為半保留復制 B．該DNA分子從兩個起點進行雙向復制 C．將甲置于含15N的培養(yǎng)液中復制3次，子代DNA都含15N D．甲分子中堿基A占20%，那么其子代DNA中鳥嘌呤占30% 【答案】B　 【解析】從題圖中可知，DNA分子為半保留復制，A正確；此DNA分子應該是從1個起點雙向復制的，B錯誤；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)堿基互補配對原則可知，子代DNA中鳥嘌呤占30%，D正確。 11．洋蔥根尖細胞在含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的培養(yǎng)液中完成一個細胞周期，然后轉入不含3H標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。則經過兩代培養(yǎng)后獲得的子細胞內DNA分子的標記情況不可能為(只考慮其中一對染色體上的DNA分子)(　　) A　 　 　B　 　 　 　C　 　 　D 【答案】B　 【解析】由于DNA分子的半保留復制，使得第一次分裂后的DNA一條鏈有放射性標記，另一條鏈沒有放射性標記。洋蔥根尖細胞第二次分裂時培養(yǎng)液中的胸腺嘧啶脫氧核苷酸不含3H標記，復制后得到的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，在后期著絲點分裂后染色體隨機移向細胞兩極，使得子細胞內DNA的標記情況會出現(xiàn)A、C、D項的結果。 12．(2017年廣東汕頭金山中學入學考試)如圖所示是研究DNA復制方式的實驗，根據(jù)這些實驗結果進行的推論，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標記(圖甲)。 (2)轉至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。 ①丙是轉入14N培養(yǎng)基中復制一代的結果?、谝沂寝D入14N培養(yǎng)基中復制二代的結果?、鄢霈F(xiàn)丁的結果至少需要60分鐘　④圖戊表示復制三代后不再具有15N標記DNA A．①④ B．①③ C．②③ D．①②③ 【答案】B　 【解析】由于DNA分子進行半保留復制，而丙中DNA全是中帶，所以丙是轉入14N培養(yǎng)基中復制一代的結果，①正確；乙中是1/2重帶、1/2中帶，而DNA分子復制是半保留復制，所以復制后不可能有全重帶的DNA存在，②錯誤；丁中是1/2中帶、1/2輕帶，說明DNA已復制2次，而復制一次需要30分鐘，所以出現(xiàn)丁的結果至少需要60分鐘，③正確；戊中為全輕帶，表示不具有15N標記DNA，而DNA分子復制是半保留復制，15N標記DNA兩條鏈一直存在，④錯誤。所以正確的有①③。 二、非選擇題 13．如圖是DNA雙螺旋結構模型的建構過程圖解(1～5)，請據(jù)圖探討相關問題。 (1)物質1是構成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，則________(填“G—C”或“A—T”)堿基對的比例越高。 (4)RNA病毒相比DNA病毒更容易發(fā)生變異，請結合圖5和有關RNA的結構說明其原因：_____________________________________________________________________。 【答案】(1)物質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)G—C　(4)DNA的雙螺旋結構較RNA單鏈結構更穩(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，C—G之間有3個氫鍵，A—T之間有2個氫鍵。(4)RNA分子是單鏈結構，DNA分子是雙鏈螺旋結構，DNA分子的結構穩(wěn)定性較強，而單鏈RNA更容易發(fā)生變異。 14．下圖是某DNA分子的局部結構示意圖，請據(jù)圖回答問題： (1)寫出下列圖中序號代表的結構的中文名稱：①__________，⑦_________，⑧_________，⑨__________。 (2)圖中DNA片段中堿基對有__________對，該DNA分子應有__________個游離的磷酸基。 (3)如果將14N標記的細胞培養(yǎng)在含15N標記的脫氧核苷酸的培養(yǎng)液中，此圖所示的__________(填圖中序號)中可測到15N。若細胞在該培養(yǎng)液中分裂四次，該DNA分子也復制四次，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__________。 (4)若該DNA分子共有a個堿基，其中腺嘌呤有m個，則該DNA分子復制4次，需要游離的胞嘧啶脫氧核苷酸為________個。 【答案】(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)4　2　(3)①②③④⑥⑧⑨ 1∶8　(4)15(a/2－m) 【解析】根據(jù)堿基互補配對原則可知，①是胞嘧啶，②是腺嘌呤，③是鳥嘌呤，④是胸腺嘧啶，⑤是磷酸基團，⑥是胸腺嘧啶，⑦是脫氧核糖，⑧是胸腺嘧啶脫氧核苷酸，⑨是一條脫氧核苷酸鏈的片段。復制4次，產生16個DNA分子，由于DNA復制為半保留復制，含14N的DNA分子共2個，所有的DNA都含有15N，所以子代DNA分子中含14N和15N的比例為1∶8。該DNA分子中A＝T＝m，則G＝C＝a/2－m，復制4次，需要游離的胞嘧啶脫氧核苷酸數(shù)為(24－1)(a/2－m)＝15(a/2－m)。 15．科學家以大腸桿菌為實驗對象，運用同位素示蹤技術及密度梯度離心方法進行了DNA復制方式的探索實驗，實驗內容及結果見表。 組別 1組 2組 3組 4組 培養(yǎng)液中唯一氮源 14NH4Cl 15NH4Cl 14NH4Cl 14NH4Cl 繁殖代數(shù) 多代 多代 一代 兩代 培養(yǎng)產物 A B B的子Ⅰ代 B的子Ⅱ代 操作 提取DNA并離心 離心結果 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) 請分析并回答： (1)要得到DNA中的15N全部被放射性標記的大腸桿菌B，必須經過______代培養(yǎng)，且培養(yǎng)液中的________________是唯一氮源。 (2)綜合分析本實驗的DNA離心結果，第______組結果對得到結論起到了關鍵作用，但需把它與第________組和第______組的結果進行比較，才能說明DNA分子的復制方式是______________。 (3)分析討論： ①若子Ⅰ代DNA的離心結果為“輕”和“重”兩條密度帶，則“重帶”DNA來自____________，據(jù)此可判斷DNA分子的復制方式不是____________復制。 ②若將子Ⅰ代DNA雙鏈分開后再離心，其結果__________(填“能”或“不能”)判斷DNA的復制方式。 ③若在同等條件下將子Ⅱ代繼續(xù)培養(yǎng)，子n代DNA離心的結果是：中密度帶的數(shù)量和位置______________，放射性強度發(fā)生變化的是______帶。 ④若某次實驗的結果中，子Ⅰ代DNA的“中帶”比以往實驗結果的“中帶”略寬，可能的原因是新合成DNA單鏈中的N有少部分為________________。 【答案】(1)多　15N(或15NH4Cl)　(2)3　1　2　半保留復制　(3)①B　半保留?、诓荒堋、蹧]有變化　輕?、?5N 【解析】(1)根據(jù)表中的第2組實驗結果可以看出，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全部被放射性標記的大腸桿菌B。(2)要證明DNA的復制方式為半保留復制，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組的實驗展示了將DNA被15N標記的大腸桿菌放在14N的培養(yǎng)液中培養(yǎng)，子Ⅰ代的DNA僅有15N/14N，再結合第1組和第2組的實驗可以說明DNA的復制為半保留復制。(3)①“輕帶”為14N/14N DNA，“重帶”為15N/15N DNA，根據(jù)表中信息“重帶”DNA來自B。出現(xiàn)該結果只能是子代DNA的兩條鏈或全是親代的，或全是新合成的，說明DNA分子的復制方式不是半保留復制。②若將子Ⅰ代DNA雙鏈分開后再離心，則無法判斷子代DNA的兩條鏈的來源，不能判斷DNA的復制方式。③DNA是半保留復制，不管復制多少代，兩條母鏈始終存在，所以在同等條件下將子Ⅱ代繼續(xù)培養(yǎng)，子n代DNA的情況為有兩個為14N/15N的DNA，其余全為14N/14N DNA，所以子n代DNA離心結果是：密度帶的數(shù)量始終是一條中帶、一條輕帶，位置也沒有變化，中帶的放射性強度不變，輕帶的放射性強度增加。④“中帶”為15N/14N的DNA，“中帶”略寬，說明新合成的DNA單鏈中尚有少部分為15N。