以“DNA”为核心的归类复习

江苏 荣 莹

以“DNA”为核心的归类复习

江苏 荣 莹

以核心概念为主线进行归类复习，可促进学生对知识的纵向理解及横向拓展。其中“DNA”作为核心概念，是串联各模块的重要交汇点，从必修1《组成细胞的分子》、必修2《基因的本质》《基因的表达》《基因突变及其他变异》，再到选修1《DNA的粗提取与鉴定》、选修3《基因工程》，均涉及DNA的相关知识，DNA已成为高考必考考点。因此，教师在教学活动中应有意识地帮助学生梳理该知识点。

一、DNA的功能

核酸是细胞内携带遗传信息的物质，在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用。DNA作为核酸的一种，是绝大多数生物的遗传物质。肺炎双球菌转化实验（体外转化实验）及噬菌体侵染细菌实验分别证实DNA为肺炎双球菌及噬菌体的遗传物质，随着研究的深入，人们发现除RNA病毒外，绝大多数生物的遗传物质均为DNA（不包括朊病毒）。那么，DNA的哪些特性使其成为绝大多数生物的遗传物质呢？

1.相对稳定性

与RNA相比，DNA独特的双螺旋结构，在稳定性上更胜一筹。由于RNA大多为单链结构，DNA为双链，且DNA复制时DNA聚合酶有一定的校对纠错功能，故DNA病毒的突变率要远低于RNA病毒。与蛋白质相比，DNA对高温有一定的耐受性，大多数蛋白质不能耐受60～80℃的高温，而DNA在80℃以上才会变性。在PCR中，需加热至90～95℃才能使DNA受热变性后解链为单链，变性温度低则变性不完全，DNA双链很快复性。

【例1】（2014·江苏卷）（多选）羟胺可使胞嘧啶分子转变为羟化胞嘧啶，导致DNA复制时发生错配（如图）。若一个DNA片段的两个胞嘧啶分子转变为羟化胞嘧啶，下列相关叙述正确的是 （ ）

A. 该片段复制后的子代DNA分子上的碱基序列都发生改变

B. 该片段复制后的子代DNA分子中G—C碱基对与总碱基对的比下降

C. 这种变化一定会引起编码的蛋白质结构改变

D. 在细胞核与细胞质中均可发生如图所示的错配

【解析】复制时只有以含羟化胞嘧啶的DNA链为模板，合成的子链的碱基序列才会发生改变，若两个错误的碱基均出现于同一模板链，则以子代DNA 分子中有一半的DNA分子的碱基序列不发生改变，故A项错误；即便碱基序列发生改变，若该“改变”发生于非编码区或编码区中的内含子，则不影响成熟mRNA，“改变”发生于编码区外显子部分，转录出mRNA虽发生变化，但由于密码子简并性的存在，也不一定引起氨基酸序列的变化，故C项错误；核DNA与质DNA均能进行DNA复制，且A将替代G与羟化胞嘧啶配对，则子代DNA分子中G—C碱基对所占比值会下降，故B、D两项正确。

【答案】BD

2.多样性

蛋白质曾一度被人们疑为遗传物质，就因为蛋白质具多样性，其氨基酸多种多样的排列顺序，疑似蕴含着遗传信息。同样的，DNA的脱氧核苷酸虽只有4种，但若数量不限，在连成长链时，排列顺序就是极其多样化的，其所贮存的遗传信息的容量自然就非常大。同时由克里克提出的中心法则可见DNA通过转录和翻译两个过程，完成指导蛋白质的合成，进而可通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状（直接途径），也可以通过控制酶（绝大多数为蛋白质）来控制代谢过程，进而控制生物体的性状（间接途径）。

【例2】由50个脱氧核苷酸构成的DNA分子，按其碱基的排列顺序不同，可分为多少种，说明了DNA分子的什么特性 （ ）

①504种 ②450种 ③425种 ④遗传性 ⑤多样性⑥特异性

A. ①④ B. ②⑤

C. ②⑥ D. ③⑤

【解析】DNA的多样性体现于其脱氧核苷酸的排列顺序，而脱氧核苷酸的种类又由碱基种类决定，所以脱氧核苷酸顺序即为碱基排列顺序；其次由碱基互补配对原则可知，DNA的一条脱氧核苷酸链的碱基若确定，则其互补链上的碱基排序亦可确定，因此，准确地说，DNA的多样性应由碱基对的排列顺序决定（即425），故D项正确。

【答案】D

3.特异性

DNA指纹法在刑侦工作中的广泛应用可见，DNA具特异性，几乎每个人的遗传信息都有所区别（除同卵双胞胎外）。DNA特定的碱基排列顺序即为该生物的遗传信息。那么DNA双链中不互补配对碱基和之比，如；及配对碱基和之比，如，哪个能体现出DNA的特异性呢？

【例3】（2014·山东卷）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

二、DNA的结构

DNA结构层次：元素（C、H、O、N、P）→基本单位（脱氧核苷酸）脱氧核苷酸链DNA（双螺旋结构）。

1.基本元素

DNA的基本元素为C、H、O、N、P，因此许多涉及同位素示踪技术的实验中，会用3H、32P（噬菌体侵染细菌实验）或15N（DNA半保留复制的实验证据）来标记DNA。其中，在噬菌体侵染细菌实验中，需分别标记DNA和蛋白质，而DNA和蛋白质的组分中都含有C、H、O、N，为了有所区分，则在该实验中，只能选择32P标记DNA分子。

【例4】（2013·连云港模拟·改编）下列关于放射性同位素标记的有关说法正确的是 （ ）

A. 某生物的精原细胞（2N=4）的每对同源染色体中的一条染色体上的DNA分子两条链均被15N标记，该卵原细胞在14N的环境中进行减数分裂。处于减数第二次分裂后期的次级精母细胞中含有15N标记的染色体有2条

B. 某生物的体细胞中有1对同源染色体，将该体细胞置于3H的培养基中培养一段时间后，使其DNA均被标上放射性。若让其连续分裂2次，产生的子细胞中具有放射性的细胞有4个

C. 将一条链被15N标记的某DNA分子（第1代），转移到含14N的培养基上培养到第n代，则只含14N的分子为2n-2

D. 用3H、15N、32P和35S标记的噬菌体侵染细菌，可在子代噬菌体的DNA中找到3H、15N、32P

【解析】DNA复制为半保留复制，故精原细胞中4条染色体经复制后，每条染色体上每条姐妹染色单体的DNA均有一条链被15N标记，一条为14N，故减数第二次分裂后期的次级精母细胞中含染色体4条，而每条染色体上的DNA均有一条链被15N标记，故A项错误；该生物体细胞含2条染色体，其DNA均被3H标记，让其连续分裂的培养基中不含3H，分裂一次后，每个细胞中含2条染色体，每条染色体上的DNA一条链被3H标记，一条为1H，即每个细胞均有放射性，再次复制后，每条染色体上含2个DNA，4条脱氧核苷酸链，其中只有1条为3H，其余3条为1H，因此两次分裂后，具有放射性的细胞可能为4个，3个或2个，故B项错误。将一条链被15N标记的某DNA，置于14N的培养基上培养，则不管复制多少次，被15N标记的链始终只有1条（母链），故只含14N的分子为2n-1，故C项错误。S是蛋白质的特征元素，35S标记的是噬菌体的蛋白质，在噬菌体侵染细菌过程中，噬菌体的蛋白质外壳并未进入细菌参与子代噬菌体的繁殖，故D项正确。

【答案】D

2.几种化学键

DNA分子中，要注意区分磷酸二酯键与氢键的区别。磷酸和两个五碳糖的羟基（3′—OH，5′—OH）发生酯化反应形成的化学基团为磷酸二酯键。

作用部位为磷酸二酯键的酶包括：限制性核酸内切酶（限制酶）、DNA连接酶、DNA酶、DNA聚合酶。其中限制酶能识别DNA分子特定的核苷酸序列，并使特定部位的磷酸二酯键断裂，形成黏性末端或平末端。与限制酶相对应的为DNA连接酶，其能恢复被限制酶切开的磷酸二酯键（其中E·coli的DNA连接酶只能连接黏性末端，而T4噬菌体的DNA连接酶既可连接黏性末端也可连接平末端）。DNA酶可将DNA水解为游离的脱氧核苷酸，与之相对的DNA聚合酶则相反，主要作用于DNA复制中，与脱氧核苷酸链的延长有关。DNA连接酶与DNA聚合酶的区别，在于前者是连接DNA片段，作用时不需模板，而后者则是作用于脱氧核苷酸链延长，需模板。在DNA复制中，同时需要上述两种酶的作用。

DNA复制时，双链的解旋即氢键的断裂，是在DNA解旋酶的作用下完成的。在PCR中，DNA解旋变性则是利用高温（90～95℃），其中不同DNA分子中G—C含量不同，G—C含量越高，则DNA越稳定，所需的变性温度也相对略高。此外在转录过程中，为何不需解旋酶呢？原因是原核细胞中RNA聚合酶能起解旋作用，而真核细胞中依赖于某些转录因子起解旋作用，这些转录因子具有ATP供能的DNA解旋酶活性。

【例5】（改编）下列关于细胞中化合物及其化学键的叙述，正确的是 （ ）

A. DNA有氢键，RNA没有氢键

B. 每个ADP分子中含有两个高能磷酸键

C. DNA连接酶能催化磷酸与脱氧核糖之间形成化学键

D. DNA的两条脱氧核苷酸链之间通过磷酸二酯键连接

【解析】DNA为双链结构，其内侧的碱基对以氢键相连；RNA虽为单链，但也有双链区域，如tRNA三叶草构象，双链区域也含氢键，故A项错误（如图）。

ADP结构中只含有一个高能磷酸键，故B项错误；双链DNA的两条脱氧核苷酸链之间通过氢键来连接，而一条链上相邻的脱氧核苷酸通过磷酸二酯键相连，即DNA连接酶作用部位，故D项错误，C项正确。

【答案】C

（作者单位：江苏省无锡市第一女子中学）