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第20 讲 DNA 分子的结构、复制与基因的本质（知识清单）
学习导航站
知识主脉络：可视化思维导图，建立知识框架
核心知识库：重难考点总结，梳理必背知识、归纳重点
考点1 DNA 的结构及特点★★★☆☆
考点2 DNA 分子的复制和相关计算★★★☆☆
考点3 基因的本质★★★☆☆
陷阱预警台：识别高频错误，提供防错策略（3 大陷阱规避）
素养加油站：前沿科研成果或热点问题分析
真题挑战场：感知真题，检验成果，考点追溯
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考点1 DNA 的结构及特点★★★☆☆
1.DNA 结构模型构建的主要探索成果（连线）
（1）DNA 是以4 种 为单位连接而成的长链，这4 种 分别含有 4 种碱基。
（2）威尔金斯和富兰克林提供的 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 的含量不同，但
是A 和T 的含量总是 的，C 和G 的含量 。
2.DNA 双螺旋结构
（1）DNA 双螺旋结构模型构建者：美国生物学家沃森和英国物理学家 。
（2）DNA 的基本组成单位—— 。
①结构模式图
脱氧核糖上与 相连的碳称作1′－C，与 相连的碳称作5′－C。
②种类：腺嘌呤脱氧核苷酸、 和胞嘧啶脱氧核苷酸，共4 种。
（3）DNA 双螺旋结构的主要特点
DNA
①
是由两条单链组成的，两条单链走向 ，从双链的一端起始，一条单链是从5′端到3′端的，另
一条单链则是从3′端到5′端的。这两条链按 方式盘旋成双螺旋结构。
DNA
②
中的 交替连接，排列在外侧，构成基本骨架； 排列在内侧。
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③两条链上的碱基通过 连接成碱基对，并且碱基配对具有一定规律： 一定与T（胸
腺嘧啶）配对， 一定与C（胞嘧啶）配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫作
原则。
特别提醒
涉及的基本骨架或基本支架
（1）生物大分子基本骨架：碳链。
（2）细胞骨架：蛋白质纤维。
（3）细胞膜基本支架：磷脂双分子层。
（4）DNA 双螺旋结构基本骨架：脱氧核糖和磷酸交替连接。
3.DNA 分子结构特点
类型
决定因素
性
具n 个碱基对的DNA 具有4n种碱基的排列顺序
性
每种DNA 分子都有其特定的碱基的排列顺序
性
磷酸与脱氧核糖交替连接形成的基本骨架不变，碱基之间互补配对形成氢
键的方式不变等
【教材隐性知识】
1.源于（必修2P51 探究·实践）DNA 只有4 种脱氧核苷酸，能够储存足够量遗传信息的原因是构成DNA 的
4 种脱氧核苷酸的数目成千上万，脱氧核苷酸的排列顺序千差万别。
2.源于（必修2P50 图3－8）DNA 的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，称作5'端，另
一端有一个羟基（—OH），称作3'端，两条单链方向相反，一条单链是从5'端到3'端的，另一条单链是从
3'端到5'端的。
4.DNA 分子结构中的化学键
（1）碱基对中的氢键
（2）磷酸二酯键
5.DNA 分子中碱基数量的关系
（1）双链DNA 分子中脱氧核糖：含氮碱基：磷酸：脱氧核苷酸＝ 。
（2）双链DNA 分子中A＝T、G＝C、A＋G＝ ＝A＋C＝T＋G，即 和相等，等于碱
基总数的 。
（3）在双链DNA 分子中， 所占比例在 及 分子中都相等。
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（4）双链DNA 分子中， 所占比例在两条互补链中互为 关系。
设双链DNA 分子中，一条链上＝m，
则＝＝m，互补链上＝。
简记为DNA 两条互补链中，不配对两碱基之和的比值乘积为 。
（5）在一个双链DNA 分子中，某碱基占碱基总数的百分数等于每条链中该碱基所占比例的 ，
即A＝。
6.双链DNA 分子中氢键总数＝2×（A—T）碱基对数＋3×（G—C）碱基对数。
考点2 DNA 分子的复制和相关计算★★★☆☆
1.对DNA 复制的推测
（1）沃森和克里克的 复制假说
由于新合成的每个DNA 分子中，都保留了原来DNA 分子中的一条链，因此这种复制方式称作
。
（2）遗传物质自我复制的其他假说
全保留复制：DNA 复制以 为模板，子代DNA 的双链都是新合成的。
2.DNA 半保留复制的实验证据
（1）实验方法： 。
（2）实验原理： 。
（3）实验假设： 。
（4）实验预期：离心后应出现3 条DNA 带。重带（密度最大）：两条链都为15N 标记的亲代双链DNA。
中带（密度居中）：一条链为14N 标记，另一条链为15N 标记的子代双链DNA。轻带（密度最小）：两条
链都为14N 标记的子代双链DNA。
（5）实验过程
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（6）过程分析
①培养后立即取出：提取DNA→离心→结果： 。
②细胞分裂一次（即细菌繁殖一代）取出：提取DNA→离心→结果： 。
③细胞再分裂一次（即细菌繁殖两代）取出：提取DNA→离心→结果： 。
（7）实验结论： 。
（8 ）假设
DNA
以全保留的方式复制，则实验预期结果应为：
。
特别提醒
证明DNA 半保留复制所用的
15N 是不具有放射性的稳定的同位素，研究分泌蛋白的合成与分泌所用的
3H 是具有放射性的不稳定的同位素。
3.DNA 复制的过程
（1）概念：以 为模板合成 的过程。
（2）时间：在真核生物中，这一过程是在 期，随着染色体的复制而完成的。
（3）场所：真核生物主要在细胞核，还在 和 ；原核生物在 和细胞质。
（4）条件：
①模板：亲代DNA 的每一条链；
②原料：4 种游离的 ；
③能量： 释放的能量（用于解旋）；
④酶： 和 等
（5）过程：解旋→合成子链→子链延伸→亲子链复旋
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（6）结果：一个DNA 分子形成了两个 的DNA 分子。
（7）特点：①半保留复制；②边解旋边复制。
（8）意义：DNA 通过复制，将 从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了 的连续
性。
4.真核生物与原核生物DNA 的复制
（1）真核生物的染色体DNA：一般是 复制。
（2）原核生物拟核DNA：一般是一个起点 复制。
特别提醒
真核生物和原核生物的DNA 复制
真核DNA 分子复制是从多个起点开始的，但多起点并非同时进行；而原核生物的DNA 是环状双链且只有
一个复制起点，但其复制速度很快，弥补只有一个复制位点的不足。
5.与DNA 复制有关的数量关系
DNA 分子的复制为半保留复制，一个DNA 分子复制n 次，则：
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（1）子代DNA 分子数＝2n个。
（2）含有亲代DNA 链的子代DNA 分子数＝2 个。
（3）不含亲代DNA 链的子代DNA 分子数＝ 个。
（4）子代DNA 分子中脱氧核苷酸链数＝ 条。
（5）亲代脱氧核苷酸链数＝2 条。
（6）新合成的脱氧核苷酸链数＝ 条。
（7）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 次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为
个。
②n 次复制后，DNA 分子含该种脱氧核苷酸数＝m×2n个，（n－1）次复制后，DNA 分子含该种脱氧核苷
酸数＝ 个，则第n 次复制需该种脱氧核苷酸数＝m×2n－m×2n －1＝m×（2n－2n －1）＝
个。
特别提醒
1.有关DNA 复制的几点“注意”
（1）DNA 中氢键可由解旋酶催化断裂，同时需要ATP 供能，也可加热断裂（体外）；而氢键是自动形成
的，不需要酶和能量。
（2）注意“DNA 复制了n 次”和“第n 次复制”的区别，前者包括所有的复制，后者只包括第n 次的复
制。
（3）DNA 复制计算时看清题中所给出的碱基的单位是“对”还是“个”；所问的是“DNA 分子数”还是
“链数”，是“含”还是“只含”。
2.明确DNA 复制、“剪接”与“水解”中的四种酶
（1）DNA 聚合酶：需借助母链模板，依据碱基互补配对原则，将单个脱氧核苷酸连接到已有链的3′端
上。
（2）DNA 连接酶：催化相邻DNA 片段间磷酸二酯键的形成，即连接“片段”。
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（3）限制性内切酶：用于切断DNA 双链中的磷酸二酯键。
（4）DNA 水解酶：用于将DNA 分子水解为脱氧核苷酸。
考点3 基因的本质★★★☆☆
1.基因的本质
基因通常是 的DNA 片段。基因是控制生物性状的结构单位和 单位，基因主要位于
上，基因在染色体上呈 排列。
特别提醒
1.RNA 病毒的基因是有遗传效应的RNA 片段。
2.这里的“遗传效应”主要是指指导蛋白质合成、控制生物体性状等，即遗传物质的“复制、遗传和表
达”。
2.基因与DNA、染色体的关系
（1）基因与DNA 的关系：两者的化学成分是一样的，基本组成单位都是 。
（2）基因与染色体的关系：基因与染色体是 的 关系（即基因与染色体的行为存在一致性。这
个“推论”的提出者是萨顿，而证明此推论的是摩尔根及其学生，运用的是“假说—演绎法”）。
①等位基因存在于 上，染色体的行为与基因的遗传有很大关系。
②每条染色体上有 个基因。
（3）染色体与DNA 的关系：染色体是DNA 的 。
①染色体主要由 组成（还含有少量RNA），分布在细胞核中（真核生物的DNA 主要分布
在细胞核中）。
②叶绿体、线粒体、原核生物的拟核、质粒，以及部分病毒中也有DNA。
3.DNA 分子的多样性和特异性
（1）多样性：碱基排列顺序的千变万化，构成DNA 分子的多样性，如某DNA 分子中有n 个碱基对，则
其可能的排列顺序有 种。
（2）特异性： 特定的排列顺序，构成了每个DNA 分子的特异性。
特别提醒
真、原核细胞基因的结构
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陷阱1 DNA 分子的结构的几点易错点
易错表现
正确理解
认为DNA 分子一条链上的相邻碱基通过“—磷酸
—脱氧核糖—磷酸—”相连
相邻碱基在DNA 分子的一条单链上通过“脱氧核糖
—核糖—脱氧核糖”相连
认为沃森和克里克用DNA 衍射图谱得出碱基配对
方式
沃森和克里克以DNA 衍射图谱为基础推算出DNA
呈螺旋结构
认为DNA 每条链的5'端是羟基末端
DNA 每条链的5'端是磷酸基团末端，3'端是羟基
（—OH）末端
认为DNA 中的脱氧核糖都连接着两个磷酸基团
DNA 两条链各有一个3′端的脱氧核糖连接着一个磷
酸基团
认为某个DNA 分子中的嘌呤数等于嘧啶数，则该
DNA 分子一定为双链
单链DNA 分子中嘌呤数和嘧啶数也可能相等
陷阱2 DNA 分子的复制和相关计算的几点易错点
易错表现
正确理解
认为DNA 中氢键全部断裂后，以两条母链为模板各
合成一条子链
DNA 复制是一个边解旋边复制的过程，而非完全解
开后再复制
认为生物体内的DNA 常与蛋白质结合，以DNA—蛋
若复合物中的某蛋白质参与DNA 复制，则该蛋白质
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白质复合物的形式存在，则该蛋白质一定是组蛋白
一定是DNA 聚合酶，该蛋白质也有可能是解旋酶
认为DNA 分子复制时，子链的合成过程不需要引物
参与，只有PCR 过程需要
子链的合成过程都需要引物
认为DNA 复制时，脱氧核苷酸通过氢键连接成子
链
脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接成子链
陷阱3 关于基因的几点易错点
易错表现
正确理解
认为DNA 可以划分成若干片段，每个片段都是基因
只有具有遗传效应的DNA 片段才是基因，而不是
任意片段
认为有些病毒只有RNA，故该病毒没有基因
对于RNA 病毒，其具有遗传效应的RNA 也是基
因
认为相对分子质量大小相同、碱基含量相同的核酸分
子所携带的遗传信息一定相同
遗传信息主要是指DNA 分子中碱基的排列顺序，
相对分子质量大小相同、碱基含量相同的核酸分
子中的碱基排列顺序也可能不同
认为复制的单位是基因，复制过程需要解旋，但不需
要解旋酶
复制是以DNA 分子的两条链为模板的，转录的单
位才是基因。复制过程需要解旋酶
DNA 复制的拓展
1．DNA 的复制需要引物：DNA 聚合酶不能从头合成DNA，而只能从已存在的DNA 链的3′端延长，因此
DNA 复制需要引物（在细胞中是一段与模板DNA 互补配对的短链RNA，PCR 中的引物是DNA）。
2．半不连续复制
（1）据图可知，连续复制链（前导链）延伸方向与解旋方向相同，不连续复制链（后随链）延伸方向与
解旋方向相反。
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（2）后随链合成过程中，先合成的小片段的引物被切除，切除引物留下的空隙由后合成的相邻片段继续
延长来补充。各个片段由DNA 连接酶将其连成一条完整的DNA 子链。
（3）切除引物后，子链会比母链短一截（如图中连续复制链），这就是端粒DNA 在每次细胞分裂后缩短
的原因，可由端粒酶延长。
3．双向复制：绝大多数DNA 采取双向复制，少数DNA 单向复制
4．真核生物染色体DNA 的复制特点
5．几种环状DNA 的复制：θ 复制、D 环复制、滚环复制。
（1）θ 复制：如大肠杆菌DNA 复制，特点是单起点双向复制。
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（2）D 环复制：如线粒体或叶绿体DNA 复制，特点是两条链复制不同步（填“同步”或“不同步”）。
（3）滚环复制：如某些噬菌体单链DNA、环状质粒的复制。
考点预测：
1.引物相关机制的考查
（1）核心考点：引物的作用、化学本质及与DNA 聚合酶的关系。
（2）可能问题：“为什么DNA 复制必须需要引物？”（答案指向DNA 聚合酶不能从头合成，只能延伸
3′端）。
“细胞内DNA 复制的引物与PCR 技术中引物的化学本质有何不同？简述原因。”（细胞内是RNA，PCR
是DNA；原因可结合细胞内存在RNA 酶降解引物，而PCR 无需体内酶系）。
（3）结合半不连续复制：“前导链和后随链是否都需要引物？每个冈崎片段是否都需要独立引物？”
2.半不连续复制的深度分析
（1）前导链与后随链的区分：
结合图示考查：“根据DNA 解旋方向，判断图中哪条链为前导链（连续复制链），并说明理由。”
（2）冈崎片段的形成与连接：
考查冈崎片段的成因（后随链延伸方向与解旋方向相反）及后续处理步骤（切除引物→填补空隙→DNA 连
接酶连接）。
可能问题：“DNA 连接酶在冈崎片段拼接中发挥什么作用？与DNA 聚合酶的功能有何区别？”（连接磷
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酸二酯键，填补相邻片段的缺口；DNA 聚合酶催化脱氧核苷酸的聚合）。
（3）端粒缩短与端粒酶的作用：
结合细胞衰老或癌细胞特性考查：“为什么每次DNA 复制后，染色体端粒会缩短？端粒酶如何弥补这一
问题？”（引物切除后无法填补末端空隙；端粒酶以自身RNA 为模板延长端粒DNA）。
拓展问题：“癌细胞能无限增殖，与端粒酶的活性有何关系？”（癌细胞中端粒酶活性高，可维持端粒长
度）。
3.复制方向的多样性考查
（1）双向复制的验证与意义：
可能结合实验设计：“如何通过同位素标记实验证明DNA 是双向复制？”（如用放射性标记原料，观察
复制叉的双向扩展）。
考查双向复制的意义（提高复制效率）。
（2）与环状DNA 复制的关联：
如θ 复制（单起点双向）是双向复制的典型案例，可考查其复制叉的移动方向。
4.真核生物染色体DNA 复制的特点
（1）多起点复制：
考查真核生物与原核生物复制起点的差异（真核多起点，原核单起点）及意义（适应长染色体的快速复
制）。
可能问题：“真核生物染色体上的多个复制起点是否同步启动？（通常不同步，如卵母细胞的DNA 复制
可同步启动以快速增殖）。
（2）复制的时序性：
考查染色体上不同区域复制的先后顺序（如常染色质先复制，异染色质后复制）。
1．（2025·北京·高考真题）1958 年，Meselson 和Stahl 通过
15N 标记DNA 的实验，证明了DNA 的半保留
复制。关于这一经典实验的叙述正确的是（ ）
A．因为
15N 有放射性，所以能够区分DNA 的母链和子链
B．得到的DNA 带的位置有三个，证明了DNA 的半保留复制
C．将DNA 变成单链后再进行离心也能得到相同的实验结果
D．选择大肠杆菌作为实验材料是因为它有环状质粒DNA
2．（2024·广西·高考真题）研究发现真核生物基因组DNA 普遍存在5-甲基胞嘧啶和N6-甲基腺嘌呤，分别
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被称为DNA 的第5、6 个碱基。关于这两个碱基的说法，正确的是（ ）
A．均含有N 元素
B．均含有脱氧核糖
C．都排列在DNA 骨架的外侧
D．都不参与碱基互补配对
3．（2025·广东·高考真题）Solexa 测序是一种将PCR 与荧光检测相结合的高通量测序技术。为了确保该
PCR 过程中，DNA 聚合酶催化一个脱氧核苷酸单位完成聚合反应后，DNA 链不继续延伸，应保护底物中
脱氧核糖结构上的（ ）
A．1'-碱基
B．2'-氢
C．3'-羟基
D．5'-磷酸基团
4．（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
5．（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%
6．（2024·浙江·高考真题）大肠杆菌在含有³ H-脱氧核苷培养液中培养，³ H-脱氧核苷掺入到新合成的
DNA 链中，经特殊方法显色，可观察到双链都掺入³ H-脱氧核苷的 DNA 区段显深色，仅单链掺入的显浅
色，未掺入的不显色。掺入培养中，大肠杆菌拟核 DNA 第2 次复制时，局部示意图如图。DNA 双链区
段①、②、③对应的显色情况可能是（ ）
A．深色、浅色、浅色
B．浅色、浅色、深色
C．浅色、深色、深色
D．深色、浅色、深色
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