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知识清单15 DNA 的结构、复制以及基因的本质
内容概览
知识导图：感知全局，了解知识要点
考点清单：3 大考点总结，梳理必背知识、归纳重点
易混易错：4 个错混点梳理，高效查漏补缺
真题赏析：感知真题、知识链接、知己知彼
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考点1 DNA 的结构
1．DNA 双螺旋结构模型的构建：1953 年，美国生物学家沃森和英国物理学家
克里克。
2．构建依据
(1)DNA 是以4 种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链，这4 种脱氧核苷酸分
别含有A、T、G、C 4 种碱基。
(2)威尔金斯和富兰克林提供的DNA 衍射图谱表明DNA 分子呈螺旋结构。
(3)奥地利生物化学家查哥夫测定DNA 的分子组成，发现在不同物种中四
种碱基的含量不同，但是A 和T 的含量总是相等的，C 和G 的含量也相等。
3．DNA 分子的结构层次
4．DNA 空间结构特点
(1)DNA 是由两条单链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结
构。
(2)DNA 中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱
基排列在内侧。
(3)两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对具有一定的规
律：A(腺嘌呤)一定与T(胸腺嘧啶)配对；G(鸟嘌呤)一定与C(胞嘧啶)配对。
5．DNA 的特性
(1)稳定性：DNA 分子有独特而稳定的双螺旋结构。
(2)多样性：碱基对的排列顺序多种多样。
(3)特异性：每一个DNA 分子都具有特定的碱基序列，不同的DNA 分子，
其碱基排列顺序是不同的。
6．DNA 分子的碱基互补配对原则及相关计算
(1)碱基互补配对原则：A 一定与T 配对，G 一定与C 配对。
教材拾遗：
DNA 的一条单链具有
两个末端，游离磷酸
基团的一端，称作5′
－端 ，羟基一端（—
OH），称作3′－端，
两条单链反向平行。
2
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(2)四个计算规律
①规律一：一个双链DNA 分子中，A＝T、C＝G，则A＋G＝C＋T，即嘌
呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。
②规律二：在双链DNA 分子中，互补的两碱基之和(如A＋T 或C＋G)占
全部碱基的比值等于其任何一条单链中该种碱基比例的比值，且等于其转录形
成的mRNA(T 换为U)中该种碱基比例的比值。
③规律三：在DNA 双链中，一条单链的(A1＋G1)/(T1＋C1)的值与其互补单
链的(A2＋G2)/(T2＋C2)的值互为倒数关系。但在整个DNA 分子中该比值等于
1。
④规律四：在DNA 双链中，一条单链的(A1＋T1)/(G1＋C1)的值，与该互补链的
(A2＋T2)/(G2＋C2)的值是相等的，与整个DNA 分子中的(A＋T)/(G＋C)的值是相
等的。
考点2 DNA 的复制
1．DNA 复制是指以亲代DNA 为模板合成子代DNA 的过程。
2．DNA 复制的时间：在真核生物中，在细胞分裂前的间期，随着染色体的复
制而完成的。
3．DNA 复制的场所：真核生物的细胞核(主要)线粒体叶绿体及原核生物的拟
核。
4．DNA 复制的过程
(1)解旋：DNA 利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，两条脱氧核苷
酸链中配对的碱基从氢键处断裂，于是两条螺旋的双链解开，此过程叫作解
旋。
(2)合成子链：以解开的每一条母链(模板链)为模板，在DNA 聚合酶等酶的
作用下，以细胞中游离的四种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，各
自合成与母链互补的一条子链
(3)形成子代DNA：随着模板链解旋过程的进行，新合成的子链也在不断
延伸。同时，每条新链与其对应的母链互相盘绕成双螺旋结构。这样，复制结
束后，个DNA 分子就形成了两个完全相同的DNA 分子。
5．DNA 复制的条件：DNA 的复制需要模板(亲代DNA 分子的两条链)、原料
(四种游离的脱氧核苷酸)、能量和酶(解旋酶，DNA 聚合酶，DNA 连接酶)等基
本条件。
6．DNA 复制结果：形成两个与亲代DNA 分子完全相同的子代DNA 分子。
7．DNA 复制特点：边解旋边复制；半保留复制。
8．DNA 复制的意义：将遗传信息从亲代传递给子代，保持了遗传信息的连续
拓展延伸：
DNA 聚合酶从5′→3′
的方向合成互补的子
链，这条新合成的子
链称为前导链。当以
另一条链为模板时则
不能连续合成子链。
这时，DNA 聚合酶会催
化合成一段段小的新
链片段，这些片段被
称为冈崎片段。
3
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性。
9．DNA 分子的复制相关计算：DNA 分子的复制为半保留复制，一个DNA 分
子复制n 次，则有：
(1)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。
(2)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＝2n·m－m·2n－1＝m·(2n－2n－1)＝m·2n－1。
考点3 基因通常是有遗传效应的DNA 片段
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(1)从数量上看，每个DNA 分子上有多个基因。
(2)从功能上看，基因是有遗传效应的DNA 片段，能控制生物的性状。
(3)基因的位置，染色体是基因的主要载体，每个染色体含有1(或2)个
DNA 分子，每个DNA 分子含有多个基因，基因在染色体上呈线性排列。
2．DNA 片段中的遗传信息：遗传信息蕴藏在4 种碱基的排列顺序之中；碱基
排列顺序的千变万化，构成了DNA 的多样性，而碱基特定的排列顺序，又构
成了每个DNA 分子的特异性。
3．基因与脱氧核苷酸、DNA 和染色体之间的关系
易错点1 DNA 分子结构的易错辨析
(1) DNA 分子中每个脱氧核糖均连一个碱基，而除3，端的脱氧核糖只连一个磷酸外，其他部位的脱氧
核糖均连两个磷酸。
(2)在脱氧核苷酸链中，并不是每个磷酸都与两个脱氧核糖相连，如链的一端游离的磷酸只与一个脱氧
核糖相连
(3)每个DNA 片段中，游离约磷酸基团有2 个，它们代表每条链的5’端
(4)并不是所下的DNA 分子中都有A=T，G=C，有的DNA 分子是单链结构。
易错点2 DNA 分子结构中两类化学键的辨析
易错点3 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
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后一次复制。
(2)碱基数目：注意碱基的数目单位是“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。
易错点4 基因通常是有遗传效应的DNA 片段的理解
(1)有些病毒的遗传物质是RNA，如人类免疫缺陷病毒(艾滋病病毒)流感病毒等。对这类病毒而言，基
因就是有遗传效应的RNA 片段。
(2)并不是所有的DNA 片段都是基因，基因必须是有遗传效应的DNA 片段。
(3)并不是所有的基因都位于染色体上，叶绿体和线粒体也是基因的载体。
1．(2024·河北·高考真题)某病毒具有蛋白质外壳，其遗传物质的碱基含量如表所示，下列叙述正确的是(
)
碱基种类
A
C
G
T
U
含量(％)
31.2
20.8
28.0
0
20.0
A．该病毒复制合成的互补链中G＋C 含量为51.2％
B．病毒的遗传物质可能会引起宿主DNA 变异
C．病毒增殖需要的蛋白质在自身核糖体合成
D．病毒基因的遗传符合分离定律
[答案]B．[解析]A、由表可知，该病毒为RNA 病毒，根据碱基互补配对原则可知，该病毒复制合成的
互补链中G＋C 含量与原RNA 含量一致，为48.8％，A 错误；B、逆转录病毒经逆转录得到的DNA 可能
整合到宿主细胞的DNA 上，引起宿主DNA 变异，B 正确；C、病毒增殖需要的蛋白质在宿主细胞的核糖
体上合成，C 错误；D、必需是进行有性生殖的真核生物的细胞核基因遗传才遵循基因的分离定律，病毒
基因的遗传不符合分离定律，D 错误。故选B。
知识链接：病毒的遗传物质只有DNA 或者RNA，该病毒遗传物质中含有U，不含T，即该病毒为RNA 病
毒。病毒必需寄生在活细胞内才能完成正常的生命活动。
2．(2024·北京·高考真题)科学家证明“尼安德特人”是现代人的近亲，依据的是DNA 的( )
A．元素组成
B．核苷酸种类
C．碱基序列
D．空间结构
[答案]C．[解析]A、DNA 的元素组成都是C、H、O、N、P，A 不符合题意；B、DNA 分子的核苷酸
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种类只有4 种，B 不符合题意；C、每种DNA 的碱基序列不同，“尼安德特人”与现代人的DNA 碱基序
列有相似部分，证明“尼安德特人”与现代人是近亲，C 符合题意；D、DNA 的空间结构都是规则的双螺
旋结构，D 不符合题意。故选C。
知识链接：DNA 分子的多样性主要表现为构成DNA 分子的四种脱氧核苷酸的排列顺序千变万化；特异性
主要表现为每个DNA 分子都有特定的碱基序列。
3．(2024·湖北·高考真题)模拟实验是根据相似性原理，用模型来替代研究对象的实验。比如“性状分离比
的模拟实验”(实验一)中用小桶甲和乙分别代表植物的雌雄生殖器官，用不同颜色的彩球代表D、d 雌雄配
子；“建立减数分裂中染色体变化的模型”模拟实验(实验二)中可用橡皮泥制作染色体模型，细绳代表纺
锤丝；DNA 分子的重组模拟实验(实验三)中可利用剪刀、订书钉和写有DNA 序列的纸条等模拟DNA 分子
重组的过程。下列实验中模拟正确的是( )
A．实验一中可用绿豆和黄豆代替不同颜色的彩球分别模拟D 和d 配子
B．实验二中牵拉细绳使橡皮泥分开，可模拟纺锤丝牵引使着丝粒分裂
C．实验三中用订书钉将两个纸条片段连接，可模拟核苷酸之间形成磷酸二酯键
D．向实验一桶内添加代表另一对等位基因的彩球可模拟两对等位基因的自由组合
[答案]C．[解析]A、实验一中小球的大小、质地应该相同，使抓摸时手感一样，以避免人为误差，而
绿豆和黄豆的大小、手感不同，A 错误；B、实验二中牵拉细绳使橡皮泥分开，可模拟纺锤丝牵引姐妹染
色单体分离形成染色体，而着丝粒的分裂不是纺锤丝牵引的，是酶在起作用，B 错误；C、DNA 连接酶是
连接两个DNA 片段，形成磷酸二酯键，实验三中用订书钉将两个纸条片段连接，可模拟核苷酸之间形成
磷酸二酯键，C 正确；D、向实验一桶内添加代表另一对等位基因的彩球可模拟雌雄配子的自由组合，D
错误。故选C。
知识链接：用甲乙两个小桶分别代表雌雄生殖器官，甲乙两小桶内的彩球分别代表雌雄配子，用不同彩球
的随机结合，模拟生物在生殖过程中，雌雄配子的随机组合。
4．(2024·浙江·高考真题)下列关于双链DNA 分子结构的叙述，正确的是( )
A．磷酸与脱氧核糖交替连接构成了DNA 的基本骨架
B．双链DNA 中T 占比越高，DNA 热变性温度越高
C．两条链之间的氢键形成由DNA 聚合酶催化
D．若一条链的G+C 占47%，则另一条链的A+T 也占47%
[答案]A．[解析]A、DNA 的外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构成的基本骨架，内侧是碱基通过氢键连
接形成的碱基对，A 正确；B、双链DNA 中GC 碱基对占比越高，DNA 热变性温度越高，B 错误；C、
DNA 聚合酶催化形成的是磷酸二酯键，C 错误；D、互补的碱基在单链上所占的比例相等，若一条链的
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G+C 占47%，则另一条链的G+C 也占47%，A+T 占1-47%=53%，D 错误。故选A。
知识链接：DNA 分子结构的主要特点：DNA 是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的双螺旋结构；
DNA 的外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构成的基本骨架，内侧是碱基通过氢键连接形成的碱基对，碱基之
间的配对遵循碱基互补配对原则(A-T、C-G)
5．(2024·浙江·高考真题)某二倍体动物(2n=4)精原细胞DNA 中的P 均为32P，精原细胞在不含32P 的培养液
中培养，其中1 个精原细胞进行一次有丝分裂和减数第一次分裂后，产生甲~丁4 个细胞。这些细胞的染色
体和染色单体情况如下图所示。不考虑染色体变异的情况下，下列叙述正确的是( )
A．该精原细胞经历了2 次DNA 复制和2 次着丝粒分裂
B．4 个细胞均处于减数第二次分裂前期，且均含有一个染色体组
C．形成细胞乙的过程发生了同源染色体的配对和交叉互换
D．4 个细胞完成分裂形成8 个细胞，可能有4 个细胞不含32P
[答案]C．[解析]A、图中的细胞是一个精原细胞进行一次有丝分裂和减数第一次分裂后产生的，据图
所示，这些细胞含有染色单体，说明着丝粒没有分裂，因此该精原细胞2 次DNA 复制，1 次着丝粒分裂，
A 错误；B、四个细胞还没有进入减数第二次分裂后期(着丝粒分裂)，因此可能处于减数第一次分裂末期、
减数第二次分裂前期、中期，且均含有一个染色体组，B 错误；C、精原细胞进行一次有丝分裂后，产生
的子细胞每个DNA 上有一条链含有32P，减数分裂完成复制后，每条染色体上有1 个单体含有32P，另一个
单体不含32P，减数第一次分裂结束，每个细胞中应该含有2 条染色体，四个染色单体，其中有两个单体含
有放射性，但乙细胞含有3 个染色单体含有放射性，原因是形成乙的过程中发生了同源染色体的配对和交
叉互换，C 正确；D、甲、丙、丁完成减数第二次分裂至少产生3 个含32P 的细胞，乙细胞有3 个单体含有
32P，完成减数第二次分裂产生的2 个细胞都含有32P，因此4 个细胞完成分裂形成8 个细胞，至多有3 个细
胞不含32P，D 错误。故选C。
知识链接：DNA 中的P 均为
32P 的精原细胞在不含
32P 的培养液中培养，进行一次有丝分裂后，产生的每个
细胞的每条DNA 都有一条链含有
32P，继续在不含
32P 的培养液中培养进行减数分裂，完成复制后，8 条染
色单体中有4 条含有
32P，减数第一次分裂完成后，理论上，每个细胞中有2 条染色体，四条染色单体，其
中有2 条单体含有
32P。
8
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6．(2023·山东·高考真题)将一个双链DNA 分子的一端固定于载玻片上，置于含有荧光标记的脱氧核苷酸的
体系中进行复制。甲、乙和丙分别为复制过程中3 个时间点的图像，①和②表示新合成的单链，①的5'端
指向解旋方向，丙为复制结束时的图像。该DNA 复制过程中可观察到单链延伸暂停现象，但延伸进行时2
条链延伸速率相等。已知复制过程中严格遵守碱基互补配对原则，下列说法错误的是( )
A．据图分析，①和②延伸时均存在暂停现象
B．甲时①中A、T 之和与②中A、T 之和可能相等
C．丙时①中A、T 之和与②中A、T 之和一定相等
D．②延伸方向为5'端至3'端，其模板链3'端指向解旋方向
[答案]D．[解析]A、据图分析，图甲时新合成的单链①比②短，图乙时①比②长，因此可以说明①和
②延伸时均存在暂停现象，A 正确；B、①和②两条链中碱基是互补的，图甲时新合成的单链①比②短，
但②中多出的部分可能不含有A、T，因此①中A、T 之和与②中A、T 之和可能相等，B 正确；C、①和
②两条链中碱基是互补的，丙为复制结束时的图像，新合成的单链①与②等长，图丙时①中A、T 之和与
②中A、T 之和一定相等，C 正确；D、①和②两条单链由一个双链DNA 分子复制而来，其中一条母链合
成子链时①的5'端指向解旋方向，那么另一条母链合成子链时②延伸方向为5'端至3'端，其模板链5'端指
向解旋方向，D 错误；故选D。
知识链接：DNA 的双螺旋结构：两条链上的碱基通过氢键连接起来，形成碱基对且遵循碱基互补配对原则。
DNA 分子复制的特点：半保留复制；边解旋边复制，两条子链的合成方向是相反的。
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