专题10 DNA分子的结构和DNA的复制 -备战2021年高考生物经典小题考前必刷（解析版）

专题 10 DNA 分子的结构和 DNA 的复制 知识点一 DNA 分子的结构及相关计算 1．图解 DNA 分子结构 2．DNA 分子的特性 (1)稳定性：磷酸和脱氧核糖交替连接，排列在外侧构成基本骨架。 (2)多样性：碱基对多种多样的排列顺序，如某 DNA 分子中有 n 个碱基对，则排列顺序有 4n 种(其中 n 代表碱基对数)。 (3)特异性：每种 DNA 分子都有特定的碱基对排列顺序，代表了特定的遗传信息。 巧记 DNA 分子结构的“五·四·三·二·一” 知识点二 DNA 分子的复制及基因的本质 1．DNA 分子的复制 (1)概念、时间和场所： (2)过程： (3)特点： ①过程：边解旋边复制。 ②方式：半保留复制。 (4)准确复制的原因和意义： ①原因：DNA 具有独特的双螺旋结构，为复制提供精确的模板；碱基互补配对原则，保证了复制能准 确进行。 ②意义：DNA 分子通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，保持了遗传信息的连续性。 2．基因是有遗传效应的 DNA 片段 难度：★★★☆☆ 建议用时： 15 分钟 正确率 ： /15 1．下图为 DNA 片段 1 经过诱变处理后获得 DNA 片段 2，而后 DNA 片段 2 经过复制得到 DNA 片段 3 的示意图(除图中变异位点外不考虑，其他位点的变异)。下列叙述正确的是( ) A．在 DNA 片段 3 中同一条链上相邻碱基 A 与 T 通过两个氢键连接 B．理论上 DNA 片段 3 的结构比 DNA 片段 1 的结构更稳定 C．DNA 片段 2 至少需要经过 3 次复制才能获得 DNA 片段 3 D．DNA 片段 2 复制 n 次后，可获得 2n－1 个 DNA 片段 1 【答案】D 【解析】 DNA 中同一条脱氧核苷酸链上相邻碱基 A 与 T 通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”进行 连接；理论上 DNA 片段 3 中氢键数目比 DNA 片段 1 少，故其结构不如 DNA 片段 1 稳定；DNA 片段 2 经 过 2 次复制即可获得 DNA 片段 3；DNA 片段 2 复制 n 次后，获得的 DNA 片段 1 所占的比例为 1/2，即 2n－ 1 个。 2．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 DNA 聚合酶 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 1/2 【答案】B 【解析】本题考查了 DNA 分子的结构以及 DNA 复制等知识。图中③处为氢键，DNA 复制时，打开氢 键需要解旋酶的作用，A 错误。据题干信息，DNA 分子中(A＋T)占碱基总数的 34%，则(C＋G)占 66%，其 中 C 占 33%，整个 DNA 分子中有 5 000 对碱基，则整个 DNA 分子中有 3 300 个 C，DNA 复制 2 次需要的 胞嘧啶脱氧核苷酸数为 3×3 300＝9 900(个)，B 正确。图中的④表示腺嘌呤脱氧核苷酸，C 错误。图中亲代 DNA 分子中只有一条链含 15N，因此复制 2 次产生 4 个 DNA 分子，含有 15N 的 DNA 分子只有 1 个，占 1/4， D 错误。 3．下图为某 DNA 分子的部分平面结构图，该 DNA 分子片段含 100 个碱基对，40 个胞嘧啶，则下列 说法错误的是( ) A．②与①交替连接，构成了 DNA 分子的基本骨架 B．③是连接 DNA 单链上两个核糖核苷酸的磷酸二酯键 C．该 DNA 复制 n 次，含母链的 DNA 分子只有 2 个 D．该 DNA 复制 n 次，消耗的腺嘌呤脱氧核苷酸数为 60×(2n－1)个 【答案】B 【解析】①是脱氧核糖，②是磷酸，两者交替连接构成了 DNA 分子的基本骨架；④是连接 DNA 单链 上两个脱氧核糖核苷酸的化学键，③是鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸中连接磷酸和脱氧核糖的化学键；该 DNA 复 制 n 次，得到 2n 个 DNA，其中含母链的 DNA 分子共有 2 个；该 DNA 复制 n 次，消耗腺嘌呤脱氧核苷酸 数为(200－40×2)÷2×(2n－1)＝60×(2n－1)。 4．(2020·聊城模拟)若将处于 G1 期的胡萝卜愈伤组织细胞置于含 3H 标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养液 中，培养至第二次分裂中期。下列有关叙述正确的是( ) A．每条染色体中的两条染色单体均含 3H B．每个 DNA 分子的两条脱氧核苷酸链均含 3H C．每个 DNA 分子中只有一条脱氧核苷酸链含 3H D．所有染色体的 DNA 分子中，含 3H 的脱氧核苷酸链占总链数的 1/4 【答案】A 【解析】若将处于 G1 期的胡萝卜愈伤组织细胞置于含 3H 标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养液中，在间 期的 S 期时 DNA 复制一次，所以细胞第一次分裂完成后得到的 2 个子细胞都是每一条染色体的 DNA 都只 有 1 条链被标记，培养至第二次分裂中期，每条染色体中的两条染色单体均含 3H 标记；第二次分裂中期， 1/2 的 DNA 分子的两条脱氧核苷酸链均含 3H,1/2 的 DNA 分子一条脱氧核苷酸链含 3H；所有染色体的 DNA 分子中，含 3H 的脱氧核苷酸链占总链数的 3/4。 5．在氮源为 14N 和 15N 的培养基上生长的大肠杆菌，其 DNA 分子分别为 14N—DNA(相对分子质量为 a) 和 15N—DNA(相对分子质量为 b)。将亲代大肠杆菌转移到含 14N 的培养基上，连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ)，用离 心方法分离得到的结果如图所示。下列对此实验的叙述正确的是( ) A．Ⅰ代细菌 DNA 分子中两条链都是 14N B．Ⅱ代细菌含 15N 的 DNA 分子占全部 DNA 分子的 1/4 C．预计Ⅲ代细菌 DNA 分子的平均相对分子质量为7a＋b 8 D．上述实验Ⅰ代→Ⅱ代的结果能证明 DNA 复制方式为半保留复制 【答案】C 【解析】Ⅰ代细菌 DNA 分子中一条链是 14N，另一条链是 15N，A 项错误；Ⅱ代细菌含 15N 的 DNA 分 子有 2 个，占全部(4 个)DNA 分子的 1/2，B 项错误；由于 1 个含有 14N 的 DNA 分子的相对分子质量为 a， 则每条链的相对分子质量为 a/2；1 个含有 15N 的 DNA 分子的相对分子质量为 b，则每条链的相对分子质量 为 b/2。将亲代大肠杆菌转移到含 14N 的培养基上，连续繁殖三代，得到共 8 个 DNA 分子，这 8 个 DNA 分 子共 16 条链，只有 2 条是含 15N 的，14 条是含 14N 的，因此总相对分子质量为 b/2×2＋a/2×14＝b＋7a，所 以每个 DNA 分子的平均相对分子质量为7a＋b 8 ，C 项正确；实验Ⅰ代→Ⅱ代的结果不能证明 DNA 复制方式 为半保留复制，D 项错误。 6．下列关于双链 DNA 分子结构的叙述，正确的是( ) A．某 DNA 分子含有 500 个碱基，可能的排列方式有 4500 种 B．若质粒含有 2 000 个碱基，则该分子同时含有 2 个游离的磷酸基团 C．某 DNA 分子内胞嘧啶占 25%，则每条单链上的胞嘧啶占 25%～50% D．某 DNA 分子上有胸腺嘧啶 312 个，占总碱基比例为 26%，则该 DNA 分子上有鸟嘌呤 288 个 【答案】D 【解析】某 DNA 分子含有 500 个碱基，可能的排列方式应有 4250 种，A 错误；因为质粒是环状的，所 以质粒中没有游离的磷酸基团，B 错误；某 DNA 分子内胞嘧啶占 25%，在每条单链上胞嘧啶占 0～50%，C 错误；某 DNA 分子上有 312 个 T，占总碱基比例为 26%，说明该 DNA 分子上共有碱基 1 200 个，鸟嘌呤 应有(1 200－312×2)/2＝288(个)，D 正确。 7．用 15N 标记含有 100 个碱基对的 DNA 分子(其中有腺嘌呤 60 个)，该 DNA 分子在含 14N 的培养基中 连续复制 4 次。下列有关判断错误的是( ) A．含有 15N 的 DNA 分子有两个 B．含有 14N 的 DNA 分子占总数的 7/8 C．第 4 次复制消耗胞嘧啶脱氧核苷酸 320 个 D．复制共产生 16 个 DNA 分子 【答案】B 【解析】由于 DNA 分子的复制是半保留复制，亲代 DNA 分子的两条链始终存在于子代的两个 DNA 分子中，因此含有 15N 的 DNA 分子有两个；该 DNA 分子是在含 14N 的培养基中复制的，新形成的子链均 含有 14N，故所有 DNA 分子却含 14N；根据碱基互补配对原则，DNA 分子含有 100 个碱基对，其中腺嘌呤 有 60 个，则胞嘧啶有 40 个，第 4 次复制需消耗胞嘧啶脱氧核苷酸数＝24－1×40＝320(个)；1 个 DNA 分子经 过 4 次复制，共产生 DNA 分子数＝24＝16(个)。 8．关于基因、DNA 与染色体的关系，下列叙述正确的是( ) A．所有的基因均在染色体上呈线性排列 B．HIV 基因可以直接整合到宿主细胞的染色体上 C．染色体结构变异一定导致基因数量增加 D．基因重组过程中可能发生 DNA 链的断裂 【答案】D 【解析】基因主要位于染色体上，少数位于细胞质的叶绿体和线粒体中，A 错误；HIV 基因需通过逆 转录形成 DNA 后才能整合到宿主细胞的染色体上，B 错误；染色体片段缺失会导致基因数量减少，C 错误； 基因重组包括自由组合和交叉互换，其中交叉互换过程中会发生 DNA 链的断裂，D 正确。 9．(2020·陕西故城月考)20 世纪 50 年代初，查哥夫对多种生物 DNA 做了碱基定量分析，发现(A＋T)/(C ＋G)的比值如表：结合所学知识，你认为能得出的结论是( ) DNA 来源 大肠杆菌 小麦 鼠 猪肝 猪胸腺 猪脾 (A＋T)/(C＋G) 1.01 1.21 1.21 1.43 1.43 1.43 A.猪的 DNA 结构比大肠杆菌的 DNA 结构更稳定一些 B．小麦和鼠的 DNA 所携带的遗传信息相同 C．小麦 DNA 中(A＋T)的数量是鼠 DNA 中(C＋G)数量的 1.21 倍 D．同一生物不同组织的 DNA 碱基组成相同 【答案】D 【解析】由于碱基 A 与 T 之间有两个氢键，而 G 与 C 之间有三个氢键，DNA 分子中氢键的数量越多， 即(A＋T)/(C＋G)比值越小，DNA 分子的结构越稳定，因此大肠杆菌的 DNA 分子结构最稳定，A 错误；小 麦和鼠的 DNA 分子中(A＋T)/(C＋G)的比值相同，但所携带的遗传信息不同，B 错误；小麦 DNA 中(A＋T)/(C ＋G)的比值为 1.21，说明小麦 DNA 中 A＋T 的数量是 C＋G 数量的 1.21 倍，但不一定是鼠 DNA 中 C＋G 数量的 1.21 倍，C 错误；同一生物不同组织的 DNA 相同，故碱基组成相同，D 正确。 10．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( ) 【答案】C 【解析】 根据 DNA 分子的结构特点可知，若 DNA 分子双链中(A＋T)/(C＋G)的比值均为 m，则每条 链中(A＋T)/(C＋G)比值为 m，C 正确、D 错误；DNA 分子中(A＋C)/(T＋G)＝1，而每条链中的(A＋C)/(T＋ G)不能确定，但两条链中(A＋C)/(T＋G)的比值互为倒数，A、B 错误。 11．在研究解旋酶在 DNA 复制过程中的作用机制时，科研人员发现，随着解旋酶的移动和双链的打开， DNA 链中的张力变小了。下列相关分析错误的是( ) A．解旋酶可能位于 DNA 双链叉状分离的位置 B．减小 DNA 链中的张力可能有助于 DNA 进行自我复制 C．在 DNA 双链被打开的过程中不需要外界提供能量 D．解旋酶缺陷的发生可能与多种人类疾病的产生有关 【答案】C 【解析】解旋酶常常依赖于单链的存在，并能识别复制叉的单链结构，因此解旋酶可能位于 DNA 双链 叉状分离的位置；随着解旋酶的移动和双链的打开，DNA 链中的张力变小，因此减小 DNA 链中的张力可 能有助于 DNA 进行自我复制；在 DNA 双链被打开的过程中需要 ATP 的水解来提供能量；解旋酶用于打开 DNA 中的氢键，解旋酶缺陷就无法将氢键打开，DNA 无法复制，使人类产生多种疾病。 12．(2020·青岛模拟)如图所示为某 DNA 复制过程的部分图解，其中 rep 蛋白具有解旋的功能。下列相 关叙述错误的是( ) A．rep 蛋白可破坏 A 与 C、T 与 G 之间形成的氢键 B．DNA 结合蛋白可能具有防止 DNA 单链重新形成双链的作用 C．DNA 复制具有边解旋边复制和半保留复制的特点 D．随从链之间的缺口需要 DNA 连接酶将其补齐 【答案】A 【解析】rep 蛋白具有解旋功能，破坏的是 A 与 T、G 与 C 之间的氢键；从题图中可看出有了 DNA 结 合蛋白后，碱基对之间不能再形成氢键，可以防止 DNA 单链重新形成双链；DNA 连接酶可以将随从链之 间的缺口通过磷酸二酯键连接，从而形成完整的单链。 13.果蝇的体细胞含有 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 【答案】B 【解析】由于被标记的是 DNA 分子的双链，所以本题关键是要弄清染色体上 DNA 的变化，由于 DNA 的复制是半保留复制，所以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 1 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 1 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，所以每条染色体上有 2 个 DNA，一个 DNA 含 1 条标记链和 1 条非标记链，另一 个只含非标记链，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，在后期形成 16 条染色体，其中只有 8 条含有标记，这 8 条染色体中的 DNA 含 1 条 标记链和 1 条非标记链。 14．将全部 DNA 分子双链经 32P 标记的雄性动物细胞(染色体数为 2N)置于不含 32P 的培养基中培养。 经过连续 3 次细胞分裂后产生 8 个子细胞，检测子细胞中的情况。下列推断正确的是( ) A．若只进行有丝分裂，则含 32P 染色体的子细胞比例一定为 1/2 B．若进行一次有丝分裂再进行一次减数分裂，则含 32P 染色体的子细胞比例至少占 1/2 C．若子细胞中都含 32P，则一定进行有丝分裂 D．若子细胞中的染色体都不含 32P，则一定进行减数分裂 【答案】B 【解析】若该生物细胞内含一对染色体，且只进行有丝分裂，分裂三次形成 8 个细胞，则含放射性 DNA 的细胞最多有 4 个，占 1/2；若该生物只有一对染色体，其进行一次有丝分裂再进行一次减数分裂，共产生 8 个细胞，含 32P 染色体的子细胞占 1/2，若该生物有两对染色体，则占的比例会更高；若该生物含有多对 染色体，则不管是有丝分裂还是减数分裂，子细胞都有可能含放射性；D 选项所述的情况不可能出现。 15.某 DNA 分子片段中共含有 3 000 个碱基,其中腺嘌呤占 35%。现将该 DNA 分子片段用 15N 同位素标 记过的四种游离脱氧核苷酸为原料复制 3 次,将全部复制产物进行密度梯度离心,得到图甲结果;如果将全部 复制产物加入解旋酶处理后再离心,则得到图乙结果。下列有关分析正确的是( ) A.X 层与 Y 层中 DNA 分子质量比大于 1∶3 B.Y 层中含 15N 标记的鸟嘌呤有 3 600 个 C.第二次复制结束时,含 14N 的 DNA 分子占 1/2 D.W 层与 Z 层的核苷酸数之比是 4∶1 【答案】B 【解析】 X 层(2 个 DNA 含有 14N 和 15N)与 Y 层(6 个 DNA 只含 15N)中 DNA 分子质量比小于 1∶3,A 错误;1 个 DNA 中鸟嘌呤 G=450 个,Y 层(6 个 DNA 只含 15N)中含 15N 标记的鸟嘌呤 G=450×6=2 700 个,B 错 误;第二次复制结束时,得 4 个 DNA 分子,其中 2 个含有 14N 和 15N,2 个只含 15N,因此含 14N 的 DNA 分子占 1/2,C 正确;W 层(14 个含有 15N 的 DNA 单链)与 Z 层(2 个含有 14N 的 DNA 单链)的核苷酸数之比是 14∶2=7∶1,D 错误。