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考点22 DNA 的结构与复制
一、DNA 双螺旋模型的构建
科学家
贡献
备注
科学界
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、C、G4 种碱基
威尔金斯和
富兰克林
应用X 射线衍射技术获得了高质量
的DNA 衍射图谱
沃森和克里
克
主要以该照片的有关数据为基础，
推算出DNA 呈螺旋结构，并尝试
搭建了很多种不同的双螺旋和三螺
旋结构模型，但都被否定了
查哥夫
在DNA 中，腺嘌呤（A）的量总是
等于胸腺嘧啶（T）的量，鸟嘌呤
（G）的量总是等于胞嘧啶（C）的
量
沃森和克里
克
构建了一个将碱基安排在双链螺旋
内部，脱氧核糖-磷酸骨架安排在螺
旋外部的模型。在这个模型中，A
与T 配对，G 与C 配对，DNA 两条
链的方向是相反的
结果发现：A-T 碱基对与G-C 碱基对具有相同的形状
和直径，这样组成的DNA 分子具有恒定的直径，能够
解释A、T、C、G 的数量关系。当他们把这个用金属
材料制作的模型与拍摄的X 射线衍射照片比较时，发
现模型与基于照片推算出的DNA 双螺旋结构相符。
二、DNA 分子的结构特点
1.
DNA 分子由
脱氧核苷酸链组成，这两条链按
方式盘旋成
结构。
2.
外侧：
构成基本骨架。
3.
内侧：两条链上的碱基通过
连接成碱基对。碱基互补配对遵循以下原则：
（
个氢
键）、
（
个氢键）。
1
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三、DNA 分子的特性
1.
多样性：具有n 个碱基对的DNA 分子最多有4n种碱基对排列顺序。
2.
特异性：每个DNA 分子都有其特定的
，代表了特定的遗传信息。
3.
稳定性：两条链的
在外侧，构成基本骨架。
基因通常是有遗传效应的DNA 片段。有些病毒的遗传物质是RNA，对这类病毒而言，基因就是有遗传效应的RNA 片段。
四、DNA 复制方式的探究
1. 三种DNA 复制假说（如图1）
(1)
半保留复制
提出者：
内容：遗传物质自我复制时，新合成的每个DNA 分子中，都保留了原来DNA 分子中的
。
(2)
全保留复制：指DNA 复制时以DNA 双链为模板，子代DNA 的双链都是
的。
(3)
弥散复制
2. DNA 半保留复制的实验证据
(1)
实验材料和方法：以
为材料，运用
、
。
(2)
科学方法：
(3)
实验过程（如图2）
2
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(4)
实验预期：离心后应出现3 种DNA 带
①重带（密度最大）：15N 标记的亲代双链DNA（15N/15N-DNA）
②中带（密度居中）：一条链含15N，另一条链含14N 的子代双链DNA（15N/14N-DNA）
③轻带（密度最小）：两条链都含14N 的子代双链DNA（14N/14N-DNA）
(5)
实验结果：与预期的相符。
(6)
实验结论：DNA 的复制是以
的方式进行的。
五、DNA 复制的过程
1. 定义：DNA 的复制是指以
为模板合成
的过程。
2. 复制时间：主要在有丝分裂前的间期或减数分裂I 前的间期。
3. 复制场所：真核生物主要在
内，线粒体和叶绿体中也可行；原核生物主要在拟核，也可在
细胞质中进行。
4. 复制过程图解
解旋
①需要b
的作用；②需要细胞提供
；③解开两条螺旋的双链
合成子链
①模板：解开的
；②原料：游离的4 种
；③
酶：a
等；④能量：
；⑤原则：
重新螺旋
与
盘绕成双螺旋，形成两个子代DNA 分子
解旋酶的作用：能解开氢键，需要消耗ATP。但在加热的情况下，氢键不需要解旋酶也可以断裂。
DNA 聚合酶的作用：将单个脱氧核苷酸连接在核苷酸链上。
3
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5. 复制特点：
、
。
6. 准确复制的原因：DNA 独特的
结构，为复制提供了精确的模板，通过
，
保证了复制能够准确地进行。
7. 意义：DNA 通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的
。
考法1 DNA 的结构中的数量关系及计算
1. DNA 分子中的有关数量关系
(1)
DNA 分子中，脱氧核苷酸数：脱氧核糖数：磷酸数：含氮碱基数=1:1:1:1。
(2)
每条脱氧核苷酸链上都只有一个游离的磷酸，因此一个链状DNA 分子中含有2 个游离的磷酸基团。
2. 双链DNA 分子中的相关计算
(1)
双链DNA 中，嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，即A+G=C+T。
(2)
双链DNA 中，任意两种不互补的碱基之和占总碱基的50%，如A+G=C+T=A+C=G+T=50%。
(3)
双链DNA 中，一条链中互补碱基的和等于另一条链中这两种碱基的和，如A1+T1=A2+T2。
(4)
互补碱基之和的比例在任意一条链及整个DNA 分子中都相同，即若在一条链中
，则在互补链
及整个DNA 分子中都有
。
(5)
非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数，在整个DNA 分子中为1，即若在DNA 的一条链中
，则在其互补链中
，而在整个DNA 分子中
。
【典例1】（2023•临沂一模）某同学利用塑料片、曲别针、扭扭棒、牙签、橡皮泥、铁丝等材料制作DNA
双螺旋结构模型，以加深对DNA 结构特点的认识和理解。下列操作或分析错误的是（ ）
A．一条链上相邻的两个碱基通过“﹣脱氧核糖﹣磷酸﹣脱氧核糖﹣”连接在一起
B．制成的模型上下粗细相同，是因为A
T
﹣
碱基对与G
C
﹣
碱基对的形状和直径相同
C．在构建的不同长度DNA 分子中，碱基G 和C 的数量越多化学结构越稳定
D．观察所构建模型中只连接一个五碳糖的磷酸基团位置，可看出DNA 两条链方向相反
4
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【典例2】（2023•未央区一模）下列有关双链DNA 分子的叙述，错误的是（ ）
A．分子中脱氧核糖与磷酸的数量比为1：1
B．分子中嘌呤总数与嘧啶总数之比为1：1
C．分子中磷酸二酯键数目与氢键数目之比为1：1
D．一条单链中（A+C）与其互补链中（T+G）之比为1：1
【典例3】（2023•亭湖区校级三模）某双链DNA 分子中，一条单链中（A+T）/（C+G）＝a，且（A+C）
占该链的比例为b，则其互补链中（A+T）/（C+G）的值及（A+C）占该互补链的比例分别是（ ）
A．a，b
B．
，b
C．
，1
b
﹣
D．a，1
b
﹣
【典例4】（2023•一模拟）科学家通过调整G，C、A、T 的分子结构，创造出Z、P、S、B 四种新的碱基，
且Z
P
﹣、S
B
﹣
均通过三个氢键配对，他们还合成了含8 种碱基的DNA，在自然界中该DNA 无法完成自
我延续和表达。下列说法错误的是（ ）
A．自然环境中可能缺少该DNA 复制所需的DNA 聚合酶
B．该含8 种碱基的DNA 是具有遗传效应的基因片段
C．四种新碱基加入后，同样长度的DNA 能储存的信息量增大
D．含a 个碱基对的该DNA 中含有b 个腺嘌呤，则该DNA 中氢键数为3a
b
﹣
【变式1】（2023•成都模拟）如表为几种生物体内的DNA 中各种碱基的比例统计结果。下列说法错误的是
（ ）
生物
猪
牛
器官
肝
脾
胰
肺
肾
胃
1.43
1.43
1.42
1.29
1.29
1.29
A．不同生物DNA 中遗传信息本质是碱基的比例不同
B．同一个体的不同细胞的DNA 中
比例为1
C．猪肝细胞的DNA 中
、
、
、
的比例均为1.43
D．牛的肾脏细胞的核酸中
的比例可能大于1
【变式2】（2023•杭州二模）某同学制作了6 个碱基对的规则的DNA 双螺旋结构模型。下列叙述错误的是
（ ）
A．若含3 个A
T
﹣
碱基对，则需要的连接物共49 个
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B．若含3 个C
G
﹣
碱基对，代表4 种碱基的材料数量相等
C．磷酸基团和含氮碱基交替连接排列在主链的外侧
D．搭建脱氧核苷酸时，每个磷酸分子连着1 个脱氧核糖
【变式3】（2023•日照模拟）“小卫星DNA”是总长度由几百至几千个碱基组成的串联重复序列，不同个
体间存在串联数目的差异，表现出高度的个体特异性。“小卫星DNA”中有一小段序列在所有个体中都一
样，称为“核心序列”。若把“核心序列”串联起来作为分子探针，与不同个体的DNA 进行分子杂交，
就会呈现出各自特有的杂交图谱，被称作“DNA 指纹”。下列叙述错误的是（ ）
A．“DNA 指纹”中杂交带的位置在亲子代中不会发生变化
B．不同个体的“小卫星 DNA”中嘌呤碱基所占比例相同
C．利用同一个体的不同组织细胞得到的“DNA 指纹”相同
D．不同个体的“小卫星DNA”中的“核心序列”碱基排序相同
考法2 DNA 复制的特点、过程及相关计算
1. DNA 分子复制的过程和特点的拓展分析
(1)
半不连续复制
① 在复制起点处，两条链解开形成复制泡，DNA 向两侧复制形成两个复制叉。解开的两条母链都可
以作为模板链。
② DNA 聚合酶只能催化子链沿5’→3’方向延伸。因此以3’→5’的链为模板链时，DNA 聚合酶可以沿
5’→3’方向合成互补的新链，这条新链称为前导链。
③ 当以5’→3’的链为模板时则不能连续合成新链，这条新链称为滞后链。DNA 聚合酶先合成冈崎片
段。DNA 连接酶负责把这些冈崎片段的缺口补平，使冈崎片段连成完整的DNA 链。
④ 这种前导链的连续复制和滞后链的不连续复制在生物细胞中是普遍存在的，称为DNA 的半不连
续复制。
(2)
DNA 的复制方向
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① DNA 的双向复制（最普遍的复制方式）
② DNA 的单向复制（某些环状DNA 的复制方式）
(3)
多起点复制
① 真核生物染色体DNA 的复制方式为多起点复制，细菌DNA 只有一个复制起始点。
② 多起点复制能加快DNA 复制的速度，满足细胞对DNA 的需要。
2. “图解法”分析DNA 复制相关计算
(1)
1 个含有15N 的DNA 分子以含14N 的脱氧核苷酸为原料，复制n 次
① 子代DNA 共2n个，其中
含15N 的DNA 分子：2 个；
只含15N 的DNA 分子：0 个；
含14N 的DNA 分子：2n个；
只含14N 的DNA 分子：（2n-2）个
② 子代DNA 共有2n+1条脱氧核苷酸链，其中
含15N 的脱氧核苷酸链：2 条；含14N 的脱氧核苷酸链：（2n+1-2）条；
(2)
DNA 复制中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 次复制需要消耗游离的该种脱氧核苷酸数
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为m·（2n-1）。
② 第n 次复制所需游离的该种脱氧核苷酸数为m·2n-1。
解题时抓准关键字眼
DNA 复制：用15N 标记的是“亲代DNA”还是“培养基中的原料”。子代DNA：所求的DNA 比例是“含15N 的”还是
“只含15N 的”。
【典例1】（2023•广东二模）科学家将大肠杆菌的DNA 全部用15N 进行标记，然后转移到以14NH4C1 为唯
一氮源的培养液中繁殖三代，测定各代DNA 分子的密度，从而验证DNA 分子的半保留复制，结果如图所
示。下列说法正确的是（ ）
A．图中阴影是利用放射自显影技术检测放射性同位素15N 的结果
B．丙显示15N/15N
DNA
﹣
分子所在的位置
C．有
的子二代DNA 处于甲位置
D．乙、丙位置中每个DNA 分子的相对分子质量相差2
【典例2】（2023•大庆模拟）已知5﹣溴尿嘧啶（BU）可与碱基A 或G 配对，现将大肠杆菌放入含BU 的
培养基中进行培养。下列有关大肠杆菌细胞内的DNA 及其复制过程的叙述，正确的是（ ）
A．子链延伸时游离的脱氧核苷酸添加到3′端，DNA 每条链的5′端是羟基末端
B．若大肠杆菌DNA 上某个碱基位点已由A
T
﹣
转变为A
BU
﹣
，要使该位点出现G
C
﹣，则该位点所在
的DNA 至少需要复制2 次
C．DNA 复制需要模板、原料、能量和酶等基本条件且两条子链螺旋形成一个新的DNA
D．新形成的两个子代DNA，通过细胞分裂分配到子细胞中，存在于两条姐妹染色单体上
【典例3】（2023•赤峰模拟）如图表示某生物环状DNA 分子上进行的部分生理过程，下列叙述正确的是（
）
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A．过程①、过程②分别为DNA 转录和DNA 复制
B．过程③确保少量mRNA 分子可以迅速合成大量蛋白质
C．图中3 种酶都具有专一性，都能参与磷酸二酯键的形成或断裂
D．进行过程①时，需要向细胞核内运入4 种脱氧核苷酸、ATP、相关酶等物质
【典例4】（2023•如皋市校级模拟）某细菌环状DNA（其中碱基A 有80 个）的复制主要分四个阶段：
①H 链首先开始合成；②H 链继续合成；③L 链开始合成；④H 链先完成合成，L 链的合成随后结束
（如图所示）。该过程中两条链的复制是不同步的。下列分析正确的是（ ）
A．该细菌DNA 复制过程中需要RNA 聚合酶和限制酶
B．该细菌DNA 复制过程中，①阶段以H 链为模板合成子代DNA 链
C．若15N 标记的该细菌在含14N 的培养液中培养1 代，将DNA 解旋后离心，只出现1 条带
D．若该细菌复制一次、转录一次，不能计算出此过程中共需要消耗游离的碱基A 的数量
【变式1】（2022•河西区三模）研究人员将含15N
DNA
﹣
的大肠杆菌转移到含14NH4Cl 的培养液中，培养x
分钟后提取子代大肠杆菌的DNA 进行热变性处理，然后进行密度梯度离心，离心管中出现的两个条带分
别对应图中的两个峰。下列分析正确的是（ ）
A．热变性处理导致DNA 分子中的磷酸二酯键断裂
B．根据条带的位置和数目可以判断DNA 的复制方式
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C．根据实验结果推测x 分钟内大肠杆菌细胞最多分裂一次
D．未经热变性处理的子代DNA 进行密度梯度离心后也能出现两个条带
【变式2】（2023•连云港模拟）哺乳动物的线粒体DNA 是双链闭合环状分子，外环为H 链，内环为L 链，
其复制以D 环复制方式进行，如图所示。下列叙述正确的是（ ）
A．线粒体DNA 分子中含有两个游离的磷酸基团
B．子链1 的延伸方向是3′端→5′端，需要DNA 聚合酶的催化
C．子链中新形成的磷酸二酯键数目和脱氧核苷酸数目相同
D．若该线粒体DNA 放在15N 的培养液中复制3 次，含15N 的DNA 有6 个
【变式3】（2023•丹东模拟）细胞中在进行DNA 复制时所用的引物不是DNA，而是RNA，DNA 单链结
合蛋白与解旋后的DNA 单链结合，使单链呈伸展状态而有利于复制。如图是原核细胞中环状DNA 复制过
程的DNA 单链结合蛋白示意图，下列分析正确的是（ ）
A．原核细胞的DNA 分子中含有2 个游离的磷酸基团
B．DNA 单链结合蛋白能使氢键断裂，DNA 双链打开
C．酶②会延着两条模板链的5'→3'移动
D．补齐移除RNA 引物后留下的缺口时，需要酶②参与
【变式4】（2023•简阳市校级模拟）某T2噬菌体的核酸由m 个碱基对组成，其中腺嘌呤有n 个，现用一个
DNA 双链被32P 标记的T2噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌。下列叙述错误的是（ ）
A．该噬菌体增殖3 代需要消耗含有碱基C 的脱氧核苷酸的数目为7（m
n
﹣）
B．该噬菌体的DNA 分子的一条链上碱基（C+G）的数目为（m
n
﹣）
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C．复制产生的全部子代噬菌体的DNA 分子都能检测到放射性
D．该噬菌体增殖n 代，具有放射性的噬菌体占
【变式5】（2023•海淀区二模）如图是果蝇DNA 复制的电镜照片，图中泡状结构①、②和③是复制过程
中形成的复制泡。下列叙述不正确的是（ ）
A．多起点、边解旋边复制提高了复制效率
B．③的DNA 复制起始的时间早于①和②
C．①②③中遵循碱基互补配对原则合成新链D．参与DNA 复制的酶有解旋酶和DNA 聚合酶
考法3 DNA 分子复制与细胞分裂的相关分析
1. 有丝分裂中核DNA 和染色体的标记情况分析
有丝分裂过程中，DNA 复制一次、细胞分裂一次，如图甲为连续进行两次有丝分裂的过程图（以一条
染色体为例，假设亲代DNA 被标记，原料未被标记）。
由图可以看出，第一次有丝分裂形成的两个子细胞中所有核DNA 均是由一条亲代DNA 链和一条子链
组成。第二次有丝分裂中，DNA 复制完成后，每条染色体的两条姐妹染色单体中均有一条染色单体含有亲
代DNA 链，而另一条染色单体为利用原料合成的子链；在有丝分裂后期，两条染色单体分离后随机移向
细胞两极，所以最终形成的子细胞中的染色体中可能每条都含有亲代DNA 链，也可能每条都不含，由此
推断子细胞中含亲代DNA 链的染色体条数是0~2n（以体细胞染色体数为2n 为例）。
综上所述，
1 个细胞经过连续两次有丝分裂的结果：
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（1）产生
4 个子细胞，染色体数、核
DNA
数均为
2n
（与原细胞相同）
（2）标记情况：①被标记的子细胞数为
2~4
；
②每个子细胞中被标记的核
DNA
（或染色体）数为
0~2n
2. 减数分裂中核DNA 和染色体标记情况分析
在减数分裂过程中，DNA 复制一次，细胞分裂两次。如图乙是一次减数分裂的结果（以一对同源染色
体为例，假设亲代DNA 被标记，原料未被标记）。
由图可以看出，减数分裂过程中细胞虽然连续分裂两次，但DNA 只复制一次，所以4 个子细胞中所
有核DNA 均是由一条亲代DNA 链和一条子链组成的。
综上所述，
1 个细胞经过连续
1 次完整减数分裂的结果：
（1）产生
4 个子细胞，染色体数、核
DNA
数均为
n （是原细胞的一半）
（2）标记情况：①被标记的子细胞数为
4 ；
②每个子细胞中被标记的核
DNA
（或染色体）数为
n
【典例1】（2022•河南模拟）选取大蒜（2n＝16）的一个根尖细胞放在含32P 的培养液中培养，待其完成
两次细胞分裂后进行统计。下列叙述正确的是（ ）
A．可能有两个细胞中含32P，两个细胞中不含32P
B．可能每个细胞中既有含32P 的染色体，也有不含32P 的染色体
C．可能有两个细胞中的核DNA 分子的两条链都含有32P
D．所有细胞中含32P 的染色体均占染色体总数的
【典例2】（2022•安吉县校级模拟）在DNA 复制时，5﹣溴尿嘧啶脱氧核苷（BrdU）可作为原料，与腺嘌
呤配对，掺入新合成的子链。用Giemsa 染料对复制后的染色体进行染色，DNA 分子的双链都含有BrdU
的染色单体呈浅蓝色，只有一条链含有BrdU 的染色单体呈深蓝色。现将某一植物分生区细胞（2N＝4）放
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在含有BrdU 的培养液中培养，用Giemsa 染料染色后，观察染色体的着色情况。下列推测错误的是
（ ）
A．每条染色体或染色单体都为深蓝色的细胞处于第一个细胞周期
B．至少经两次胞质分裂，细胞才会出现姐妹染色单体皆为浅蓝色的染色体
C．若一条染色单体上同时出现深蓝色和浅蓝色片段，可能发生了染色体畸变
D．若不考虑变异，经过若干周期后最多能观察到8 个细胞含有深蓝色的染色体
【典例3】（2021•西城区校级模拟）若用5﹣溴尿嘧啶（BrdU）来处理DNA，则在DNA 复制时可以将
BrdU 掺入到染色体中，在紫外线的照射下，被掺入的DNA 分子的一条单链被破坏。当BrdU 分子插入
DNA 单链时，经紫外线照射，DNA 可以被吉姆萨染色；而当BrdU 分子插入DNA 双链时，经紫外线照射，
DNA 不能被吉姆萨染色。若在果蝇细胞培养中加入BrdU，然后在不同的周期取样，则（ ）
A．第一周期的中期细胞中4 对染色体有一半被染色
B．第一周期的后期细胞中含有16 条染色体均被染色
C．第二周期的中期细胞中4 对染色体均被染色
D．第二周期的后期细胞中含有16 条染色体均不能染色
【变式1】（2022•南开区二模）蚕豆体细胞染色体数目2n＝12，科学家用3H 标记蚕豆根尖细胞的DNA，
当DNA 分子双链都被3H 标记后，再将根移到含有秋水仙素的非放射性培养基中，培养一段时间后，观察
细胞分裂中期染色体的放射性情况。若观察到一个细胞具有24 条染色体，且二分之一的染色单体具有放射
性，则表明该细胞的染色体在无放射性的培养基上复制的次数为（ ）
A．1 次
B．2 次
C．3 次
D．4 次
【变式2】（2022•漳州模拟）将DNA 分子双链用3H 标记的某动物精原细胞（2n＝32）移入适宜培养条件
（不含放射性元素）下，让细胞进行一次有丝分裂，再进行一次减数分裂。据图判断在减数第二次分裂中
期，细胞中染色体的标记情况描述合理的是（ ）
A．16 个b
B．8 个b，8 个c
C．b+c＝16 个，但b 和c 数目不确定
D．b+c＝32 个，但b 和c 数目不确定
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