江蘇 榮 瑩

以“DNA”為核心的歸類復(fù)習(xí)

江蘇 榮 瑩

以核心概念為主線進(jìn)行歸類復(fù)習(xí)，可促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的縱向理解及橫向拓展。其中“DNA”作為核心概念，是串聯(lián)各模塊的重要交匯點(diǎn)，從必修1《組成細(xì)胞的分子》、必修2《基因的本質(zhì)》《基因的表達(dá)》《基因突變及其他變異》，再到選修1《DNA的粗提取與鑒定》、選修3《基因工程》，均涉及DNA的相關(guān)知識(shí)，DNA已成為高考必考考點(diǎn)。因此，教師在教學(xué)活動(dòng)中應(yīng)有意識(shí)地幫助學(xué)生梳理該知識(shí)點(diǎn)。

一、DNA的功能

核酸是細(xì)胞內(nèi)攜帶遺傳信息的物質(zhì)，在生物體的遺傳、變異和蛋白質(zhì)的生物合成中具有極其重要的作用。DNA作為核酸的一種，是絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)。肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)）及噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)分別證實(shí)DNA為肺炎雙球菌及噬菌體的遺傳物質(zhì)，隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)除RNA病毒外，絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)均為DNA（不包括朊病毒）。那么，DNA的哪些特性使其成為絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)呢？

1.相對(duì)穩(wěn)定性

與RNA相比，DNA獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)，在穩(wěn)定性上更勝一籌。由于RNA大多為單鏈結(jié)構(gòu)，DNA為雙鏈，且DNA復(fù)制時(shí)DNA聚合酶有一定的校對(duì)糾錯(cuò)功能，故DNA病毒的突變率要遠(yuǎn)低于RNA病毒。與蛋白質(zhì)相比，DNA對(duì)高溫有一定的耐受性，大多數(shù)蛋白質(zhì)不能耐受60～80℃的高溫，而DNA在80℃以上才會(huì)變性。在PCR中，需加熱至90～95℃才能使DNA受熱變性后解鏈為單鏈，變性溫度低則變性不完全，DNA雙鏈很快復(fù)性。

【例1】（2014·江蘇卷）（多選）羥胺可使胞嘧啶分子轉(zhuǎn)變?yōu)榱u化胞嘧啶，導(dǎo)致DNA復(fù)制時(shí)發(fā)生錯(cuò)配（如圖）。若一個(gè)DNA片段的兩個(gè)胞嘧啶分子轉(zhuǎn)變?yōu)榱u化胞嘧啶，下列相關(guān)敘述正確的是 （ ）

A. 該片段復(fù)制后的子代DNA分子上的堿基序列都發(fā)生改變

B. 該片段復(fù)制后的子代DNA分子中G—C堿基對(duì)與總堿基對(duì)的比下降

C. 這種變化一定會(huì)引起編碼的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變

D. 在細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)中均可發(fā)生如圖所示的錯(cuò)配

【解析】復(fù)制時(shí)只有以含羥化胞嘧啶的DNA鏈為模板，合成的子鏈的堿基序列才會(huì)發(fā)生改變，若兩個(gè)錯(cuò)誤的堿基均出現(xiàn)于同一模板鏈，則以子代DNA 分子中有一半的DNA分子的堿基序列不發(fā)生改變，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；即便堿基序列發(fā)生改變，若該“改變”發(fā)生于非編碼區(qū)或編碼區(qū)中的內(nèi)含子，則不影響成熟mRNA，“改變”發(fā)生于編碼區(qū)外顯子部分，轉(zhuǎn)錄出mRNA雖發(fā)生變化，但由于密碼子簡(jiǎn)并性的存在，也不一定引起氨基酸序列的變化，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；核DNA與質(zhì)DNA均能進(jìn)行DNA復(fù)制，且A將替代G與羥化胞嘧啶配對(duì)，則子代DNA分子中G—C堿基對(duì)所占比值會(huì)下降，故B、D兩項(xiàng)正確。

【答案】BD

2.多樣性

蛋白質(zhì)曾一度被人們疑為遺傳物質(zhì)，就因?yàn)榈鞍踪|(zhì)具多樣性，其氨基酸多種多樣的排列順序，疑似蘊(yùn)含著遺傳信息。同樣的，DNA的脫氧核苷酸雖只有4種，但若數(shù)量不限，在連成長(zhǎng)鏈時(shí)，排列順序就是極其多樣化的，其所貯存的遺傳信息的容量自然就非常大。同時(shí)由克里克提出的中心法則可見DNA通過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個(gè)過(guò)程，完成指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，進(jìn)而可通過(guò)控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀（直接途徑），也可以通過(guò)控制酶（絕大多數(shù)為蛋白質(zhì)）來(lái)控制代謝過(guò)程，進(jìn)而控制生物體的性狀（間接途徑）。

【例2】由50個(gè)脫氧核苷酸構(gòu)成的DNA分子，按其堿基的排列順序不同，可分為多少種，說(shuō)明了DNA分子的什么特性 （ ）

①504種 ②450種 ③425種 ④遺傳性 ⑤多樣性⑥特異性

A. ①④ B. ②⑤

C. ②⑥ D. ③⑤

【解析】DNA的多樣性體現(xiàn)于其脫氧核苷酸的排列順序，而脫氧核苷酸的種類又由堿基種類決定，所以脫氧核苷酸順序即為堿基排列順序；其次由堿基互補(bǔ)配對(duì)原則可知，DNA的一條脫氧核苷酸鏈的堿基若確定，則其互補(bǔ)鏈上的堿基排序亦可確定，因此，準(zhǔn)確地說(shuō)，DNA的多樣性應(yīng)由堿基對(duì)的排列順序決定（即425），故D項(xiàng)正確。

【答案】D

3.特異性

DNA指紋法在刑偵工作中的廣泛應(yīng)用可見，DNA具特異性，幾乎每個(gè)人的遺傳信息都有所區(qū)別（除同卵雙胞胎外）。DNA特定的堿基排列順序即為該生物的遺傳信息。那么DNA雙鏈中不互補(bǔ)配對(duì)堿基和之比，如；及配對(duì)堿基和之比，如，哪個(gè)能體現(xiàn)出DNA的特異性呢？

【例3】（2014·山東卷）某研究小組測(cè)定了多個(gè)不同雙鏈DNA分子的堿基組成，根據(jù)測(cè)定結(jié)果繪制了DNA分子的一條單鏈與其互補(bǔ)鏈、一條單鏈與其所在DNA分子中堿基數(shù)目比值的關(guān)系圖，下列正確的是 （ ）

【答案】C

二、DNA的結(jié)構(gòu)

DNA結(jié)構(gòu)層次：元素（C、H、O、N、P）→基本單位（脫氧核苷酸）脫氧核苷酸鏈DNA（雙螺旋結(jié)構(gòu)）。

1.基本元素

DNA的基本元素為C、H、O、N、P，因此許多涉及同位素示蹤技術(shù)的實(shí)驗(yàn)中，會(huì)用3H、32P（噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)）或15N（DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)）來(lái)標(biāo)記DNA。其中，在噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)中，需分別標(biāo)記DNA和蛋白質(zhì)，而DNA和蛋白質(zhì)的組分中都含有C、H、O、N，為了有所區(qū)分，則在該實(shí)驗(yàn)中，只能選擇32P標(biāo)記DNA分子。

【例4】（2013·連云港模擬·改編）下列關(guān)于放射性同位素標(biāo)記的有關(guān)說(shuō)法正確的是 （ ）

A. 某生物的精原細(xì)胞（2N=4）的每對(duì)同源染色體中的一條染色體上的DNA分子兩條鏈均被15N標(biāo)記，該卵原細(xì)胞在14N的環(huán)境中進(jìn)行減數(shù)分裂。處于減數(shù)第二次分裂后期的次級(jí)精母細(xì)胞中含有15N標(biāo)記的染色體有2條

B. 某生物的體細(xì)胞中有1對(duì)同源染色體，將該體細(xì)胞置于3H的培養(yǎng)基中培養(yǎng)一段時(shí)間后，使其DNA均被標(biāo)上放射性。若讓其連續(xù)分裂2次，產(chǎn)生的子細(xì)胞中具有放射性的細(xì)胞有4個(gè)

C. 將一條鏈被15N標(biāo)記的某DNA分子（第1代），轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)基上培養(yǎng)到第n代，則只含14N的分子為2n-2

D. 用3H、15N、32P和35S標(biāo)記的噬菌體侵染細(xì)菌，可在子代噬菌體的DNA中找到3H、15N、32P

【解析】DNA復(fù)制為半保留復(fù)制，故精原細(xì)胞中4條染色體經(jīng)復(fù)制后，每條染色體上每條姐妹染色單體的DNA均有一條鏈被15N標(biāo)記，一條為14N，故減數(shù)第二次分裂后期的次級(jí)精母細(xì)胞中含染色體4條，而每條染色體上的DNA均有一條鏈被15N標(biāo)記，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；該生物體細(xì)胞含2條染色體，其DNA均被3H標(biāo)記，讓其連續(xù)分裂的培養(yǎng)基中不含3H，分裂一次后，每個(gè)細(xì)胞中含2條染色體，每條染色體上的DNA一條鏈被3H標(biāo)記，一條為1H，即每個(gè)細(xì)胞均有放射性，再次復(fù)制后，每條染色體上含2個(gè)DNA，4條脫氧核苷酸鏈，其中只有1條為3H，其余3條為1H，因此兩次分裂后，具有放射性的細(xì)胞可能為4個(gè)，3個(gè)或2個(gè)，故B項(xiàng)錯(cuò)誤。將一條鏈被15N標(biāo)記的某DNA，置于14N的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，則不管復(fù)制多少次，被15N標(biāo)記的鏈?zhǔn)冀K只有1條（母鏈），故只含14N的分子為2n-1，故C項(xiàng)錯(cuò)誤。S是蛋白質(zhì)的特征元素，35S標(biāo)記的是噬菌體的蛋白質(zhì)，在噬菌體侵染細(xì)菌過(guò)程中，噬菌體的蛋白質(zhì)外殼并未進(jìn)入細(xì)菌參與子代噬菌體的繁殖，故D項(xiàng)正確。

【答案】D

2.幾種化學(xué)鍵

DNA分子中，要注意區(qū)分磷酸二酯鍵與氫鍵的區(qū)別。磷酸和兩個(gè)五碳糖的羥基（3′—OH，5′—OH）發(fā)生酯化反應(yīng)形成的化學(xué)基團(tuán)為磷酸二酯鍵。

作用部位為磷酸二酯鍵的酶包括：限制性核酸內(nèi)切酶（限制酶）、DNA連接酶、DNA酶、DNA聚合酶。其中限制酶能識(shí)別DNA分子特定的核苷酸序列，并使特定部位的磷酸二酯鍵斷裂，形成黏性末端或平末端。與限制酶相對(duì)應(yīng)的為DNA連接酶，其能恢復(fù)被限制酶切開的磷酸二酯鍵（其中E·coli的DNA連接酶只能連接黏性末端，而T4噬菌體的DNA連接酶既可連接黏性末端也可連接平末端）。DNA酶可將DNA水解為游離的脫氧核苷酸，與之相對(duì)的DNA聚合酶則相反，主要作用于DNA復(fù)制中，與脫氧核苷酸鏈的延長(zhǎng)有關(guān)。DNA連接酶與DNA聚合酶的區(qū)別，在于前者是連接DNA片段，作用時(shí)不需模板，而后者則是作用于脫氧核苷酸鏈延長(zhǎng)，需模板。在DNA復(fù)制中，同時(shí)需要上述兩種酶的作用。

DNA復(fù)制時(shí)，雙鏈的解旋即氫鍵的斷裂，是在DNA解旋酶的作用下完成的。在PCR中，DNA解旋變性則是利用高溫（90～95℃），其中不同DNA分子中G—C含量不同，G—C含量越高，則DNA越穩(wěn)定，所需的變性溫度也相對(duì)略高。此外在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中，為何不需解旋酶呢？原因是原核細(xì)胞中RNA聚合酶能起解旋作用，而真核細(xì)胞中依賴于某些轉(zhuǎn)錄因子起解旋作用，這些轉(zhuǎn)錄因子具有ATP供能的DNA解旋酶活性。

【例5】（改編）下列關(guān)于細(xì)胞中化合物及其化學(xué)鍵的敘述，正確的是 （ ）

A. DNA有氫鍵，RNA沒有氫鍵

B. 每個(gè)ADP分子中含有兩個(gè)高能磷酸鍵

C. DNA連接酶能催化磷酸與脫氧核糖之間形成化學(xué)鍵

D. DNA的兩條脫氧核苷酸鏈之間通過(guò)磷酸二酯鍵連接

【解析】DNA為雙鏈結(jié)構(gòu)，其內(nèi)側(cè)的堿基對(duì)以氫鍵相連；RNA雖為單鏈，但也有雙鏈區(qū)域，如tRNA三葉草構(gòu)象，雙鏈區(qū)域也含氫鍵，故A項(xiàng)錯(cuò)誤（如圖）。

ADP結(jié)構(gòu)中只含有一個(gè)高能磷酸鍵，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；雙鏈DNA的兩條脫氧核苷酸鏈之間通過(guò)氫鍵來(lái)連接，而一條鏈上相鄰的脫氧核苷酸通過(guò)磷酸二酯鍵相連，即DNA連接酶作用部位，故D項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確。

【答案】C

（作者單位：江蘇省無(wú)錫市第一女子中學(xué)）