2022年（新教材）新高考生物一轮复习课件：第14讲　DNA分子的结构和复制　基因通常是有遗传效应的DNA片段.pptx

1、第第1414讲讲 DNADNA分子的结构和复制分子的结构和复制 基因通常是有遗传效应的基因通常是有遗传效应的DNADNA片段片段 第第5 5单元单元 2022 内 容 索 引 01 02 03 素养导读素养导读 必备知识必备知识 固本夯基固本夯基 核心考点核心考点 能力提升能力提升 素养导读素养导读 必备知识必备知识 固本夯基固本夯基 一、DNA分子的结构 1.DNA的双螺旋结构 (1)DNA由 条脱氧核苷酸单链组成,并按 的方式盘旋成双 螺旋结构。 (2)外侧: 和 交替连接构成基本骨架。 (3)内侧:两条链上的碱基通过氢键连接成 。碱基互补配对遵 循以下原则:A=T(两个氢键)、GC(三个

2、氢键)。 两 反向平行 脱氧核糖 磷酸 碱基对 方法技巧利用数字“五、四、三、二、一”巧记DNA分子结构 2.DNA分子的特性 (1)相对稳定性:DNA分子中 交替连接的方式不变,两条 链间 的方式不变。 (2)多样性:不同的DNA分子中 数目不同,排列顺序多种多 样。若某DNA分子中有n个碱基对,则排列顺序有 种。 (3)特异性:每种DNA分子都有区别于其他DNA的特定的 , 代表了特定的遗传信息。 磷酸和脱氧核糖 碱基互补配对 脱氧核苷酸 4n 碱基排列顺序 二、DNA半保留复制 1.DNA复制的假说与证据 (1)沃森和克里克的假说: 复制。 (2)实验材料 及方法 材料:大肠杆菌 方法:

3、 法 半保留 同位素标记 以上实验证明DNA分子复制的特点是 。 半保留复制 2.DNA的复制过程 概念 以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程 过程 解旋合成子链子链延伸亲子链复旋 条件 模板:亲代DNA的每一条链 原料:4种游离的 能量: 释放的能量 酶: 和 结果 1个DNA复制形成2个 的DNA 特点 边解旋边复制, 复制 精确 复制 独特的 提供模板 原则 意义 将 从亲代DNA传给子代DNA,从而保持了 的 连续性 脱氧核苷酸 ATP 解旋酶 DNA聚合酶 完全相同 半保留 双螺旋结构 碱基互补配对 遗传信息 遗传信息 3.染色体、DNA、基因三者之间的关系 一个或两个 有遗传效应

4、 许多 线性 许多 脱氧核 苷酸排列顺序 概念检测 1.基于DNA的双螺旋结构及其特点,判断下列表述是否正确。 (1)沃森和克里克构建的DNA分子模型和富兰克林拍摄的DNA分子的X光 衍射照片都属于物理模型。( ) (2)嘌呤碱基与嘧啶碱基的结合保证了DNA分子空间结构的相对稳定。 ( ) (3)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。( ) (4)DNA分子一条链上的相邻碱基通过“磷酸脱氧核糖磷酸”相连。 ( ) (5)DNA分子的多样性和特异性主要与它的空间结构密切相关。( ) (6)不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值可能相同。( ) (7)同一

5、生物个体不同细胞中DNA分子的(A+T)/(C+G)的值不同。( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 2.基于对DNA分子的半保留复制的原理及DNA分子多样性的认识,判断下 列表述是否正确。 (1)DNA复制遵循碱基互补配对原则,新合成的DNA分子中两条链均是新 合成的。( ) (2)单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链。( ) (3)在人体内,成熟的红细胞、浆细胞中不发生DNA的复制。( ) (4)将已被15N标记了DNA的大肠杆菌放在含14N的培养基中培养繁殖一代, 若子代大肠杆菌的DNA分子中既含有14N,又含有15N,则可说明DNA的复制 为半

6、保留复制。( ) (5)DNA分子的多样性是指一个DNA分子上有许多个基因。( ) (6)人体内控制- 珠蛋白的基因由1 700个碱基对组成,其碱基对可能的排 列方式有41 700种。( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) 教材拓展 (人教版必修2 P52 “科学 技术 社会”)在现代刑侦领域中,DNA指纹技术发 挥着越来越重要的作用。只需要一滴血、精液或是一根头发等样品,刑侦 人员就可以进行DNA指纹鉴定。DNA指纹技术还可以用于亲子鉴定、死 者遗骸的鉴定等。 (1)DNA亲子鉴定中,DNA探针必不可少,DNA探针实际是一种已知碱基顺 序的DNA片段。DNA探针寻找基因

7、所用的原理是什么? 提示 碱基互补配对原则。 (2)如图为通过提取某小孩和其母亲以及待测定的三位男性的DNA进行 DNA指纹鉴定,部分结果如图所示,则该小孩的真正生物学父亲是哪一位? 请说明你的理由。 提示 小孩的核DNA一半来自父方,一半来自母方,因此小孩的条码会一 半与其生母相吻合,另一半与其生父相吻合,小孩DNA上面条码与母亲的 条码吻合,小孩下面条码与B的DNA条码吻合,因此小孩的真正生物学父亲 是B。 核心考点核心考点 能力提升能力提升 考点一考点一 DNA分子的结构分子的结构 合作探究合作探究 探究DNA分子独特的双螺旋结构决定了其分子的稳定性和遗传信息的多 样性 结合DNA的平面

8、结构和空间结构示意图,讨论解决下列问题。 平面结构 空间结构 (1)DNA的基本单位是脱氧核苷酸,有同学说图中构成一个脱氧核苷 酸,有同学说也是一个脱氧核苷酸,这两种观点是否正确? 提示 构成一个脱氧核苷酸,属于相邻的另一个核苷酸分子,因此 图中的不能构成一个脱氧核苷酸。 (2)DNA是由两条脱氧核苷酸长链形成的,如何确定一条核苷酸链的两端? 提示 一条脱氧核苷酸长链含有两个末端,具有游离磷酸基团的一端称为 5端,没有游离的磷酸基团的一端(含有一个羟基OH)称为3端。DNA的 两条脱氧核苷酸长链的走向是相反的,如图中甲链上端是5端,而乙链的下 端是5端。 (3)每个DNA片段中,有几个游离的磷

9、酸基团?磷酸数脱氧核糖数含氮 碱基数的比例是多少? 提示 2个;111。 (4)有同学认为,若某双链DNA分子含有200个碱基,一条链上 ATGC=1234,则该DNA分子碱基排列方式共有4100种,这种观 点对吗? 提示 不对。各碱基的比例固定,DNA分子碱基排列方式少于4100种。 解疑释惑有关“DNA结构”的六点提醒 (1)DNA中并不是所有的脱氧核糖都连着两个磷酸基团,两条链各有一个3 端的脱氧核糖连着一个磷酸基团。 (2)双链DNA中A与T分子数相等,G与C分子数相等,但A+T的量不一定等于 G+C的量。 (3)并非所有的DNA分子均为“双链”,有的DNA分子为单链。 (4)DNA分

10、子中A与T之间可形成2个氢键,G与C之间可形成3个氢键,故G与 C碱基对所占比例越高,DNA分子稳定性越高。 (5)原核细胞及真核细胞细胞器中的DNA分子为“双链环状”。 (6)并非所有DNA片段都是基因,基因通常是有遗传效应的DNA片段,不是 连续分布在DNA上的,而是由某些碱基序列将不同的基因分隔开。 考向突破考向突破 考向1 DNA分子结构分析 1.下图是某DNA片段的结构示意图,下列叙述正确的是( ) A.图中是氢键,是脱氧核苷酸链的5端,是3端 B.DNA分子中A+T含量高时稳定性较高 C.磷酸与脱氧核糖交替排列构成DNA分子的基本骨架 D.a链、b链方向相同,a链与b链的碱基互补配

11、对 答案 C 解析 图中是氢键,是脱氧核苷酸链的3端,是5端,A项错误;碱基A和 T之间有两个氢键,碱基G和C之间有三个氢键,因此G+C含量高时DNA分子 的相对稳定性较高,B项错误;磷酸与脱氧核糖交替排列构成DNA分子的基 本骨架,C项正确;DNA分子的两条链反向平行,a链与b链的碱基互补配对,D 项错误。 考向2 DNA分子结构的相关计算 2.在一个双链DNA分子中,碱基总数为m,腺嘌呤碱基数为n,G与C之间形成 3个氢键,A与T之间形成2个氢键。下列有关叙述正确的是( ) 脱氧核苷酸数=磷酸数=碱基总数=m 碱基之间的氢键数为(3m-2n)/2 一条链中A+T的数量为n G的数量为m-n

12、 A. B. C. D. 答案 D 解析 每个脱氧核苷酸分子含有一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子碱 基,所以脱氧核苷酸数=磷酸数=碱基数=m,正确;因为A和T之间有2个氢 键,C和G之间有3个氢键,根据碱基互补配对原则,A=T=n,则C=G=(m-2n)/2, 所以碱基之间的氢键数为2n+3(m-2n)/2=(3m-2n)/2,正确;双链DNA 中,A=T=n,则根据碱基互补配对原则,一条链中A+T的数量为n,正确;由 中计算可知,G的数量=(m-2n)/2,错误。 名师提醒碱基计算的一般规律 (1)互补的两个碱基数量相等,即A=T,C=G。 (2)任意两个不互补的碱基数量之和占碱基总数的5

13、0%,即嘌呤之和=嘧啶 之和=总碱基数50%,A+G=T+C=A+C=T+G=(A+T+C+G)50%, =1。 (3)在双链DNA分子中,互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA 分子中都相等。 A+G T+C = A+C T+G 考点二考点二 DNA的复制的复制 基因与基因与DNA的关系的关系 合作探究合作探究 探究1DNA半保留复制的实验证据 1958年,梅塞尔森和斯塔尔以大肠杆菌为实验材料,运用同位素标记技术, 设计了一个巧妙的实验。结合教材P54 “思考讨论”,讨论解决有关问题。 (1)实验开始时,为什么要用含有15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌,让大肠杆 菌繁殖若干代? 提示

14、普通的大肠杆菌体内的氮元素都是14N,用含有15NH4Cl的培养液培 养大肠杆菌,让大肠杆菌繁殖多代后,可认为大肠杆菌体内的DNA都是15N 标记的。 (2)本实验运用了假说演绎法的科学研究方法,请运用演绎推理来分析实 验过程,并预期实验结果。 提示 如果DNA复制是半保留复制的假说成立,那么: 15N标记的大肠杆菌细胞中的DNA离心后离心管中出现一条带,位置靠 近试管的底部。 15N标记的大肠杆菌分裂一次,DNA复制一次,子一代大肠杆菌体内的 DNA分子一条链含15N标记,另一条链含14N标记(15N/14N-DNA),离心后离 心管中出现一条带,位置居中。 如果大肠杆菌细胞再分裂一次,子二

15、代大肠杆菌体内的DNA分子会出现 两种类型:15N/14N-DNA和14N/14N-DNA,离心后离心管中出现两条带,一条 位置居中,另一条位置靠上。 (3)如果把DNA分子双链解螺旋,制成DNA单链后再进行离心,是否可行? 提示 不可行。如果解螺旋制成DNA单链后再进行离心,大肠杆菌分裂一 次后获得的DNA分子单链中,两条链是15N,两条链是14N,离心后离心管中 出现两条带,一条位置靠近试管底部,另一条位置靠上,不会出现位置居中 的情况。 探究2DNA复制是一个边解旋边复制的过程 下图为DNA分子的复制过程,据图分析回答下列问题。 (1)图示中的解旋酶和DNA聚合酶各有什么作用? 提示 解

16、旋酶使氢键打开,DNA双链解旋;DNA聚合酶催化形成磷酸二酯 键,从而形成新的子链。 (2)图示DNA复制过程若发生在细胞核内,形成的两个子DNA位置如何?其 上面对应片段中基因是否相同?两个子DNA将于何时分开? 提示 染色体复制后形成两条姐妹染色单体,刚复制产生的两个子DNA分 子分别位于两条姐妹染色单体上,由着丝粒相连;其对应片段所含基因在无 基因突变等变异情况下应完全相同;两个子DNA分子将于有丝分裂后期或 减数分裂后期着丝粒分裂时,随两条姐妹染色单体的分离而分开,分别进 入两个子细胞中。 名师提醒有关“DNA复制”的六点“注意” (1)细胞生物中凡存在DNA分子的场所均可进行DNA分

17、子的复制,其场所 除细胞核外,还包括叶绿体、线粒体、原核细胞的拟核等。 (2)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。 (3)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,但后 者只包括第n次的复制。 (4)在DNA复制过程中,无论一个DNA分子复制了几次,含有亲代脱氧核苷 酸单链的DNA分子都只有两个。 (5)DNA复制计算时看清试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“DNA单链数”,“含”还是“只含”。 (6)在真核生物中,DNA复制一般是多起点复制;在原核生物

18、中,DNA复制一 般是一个起点。无论是真核生物还是原核生物,DNA复制大多数都是双向 进行的。 探究3基因通常是有遗传效应的DNA片段 对绝大多数生物来说,基因是有遗传效应的DNA片段。组成DNA的碱基虽 然只有4种,但是,碱基的排列顺序却是千变万化的。碱基序列的多样性构 成了DNA的多样性,DNA因而能够储存大量的遗传信息。而碱基特定的排 列顺序构成了每个DNA分子的特异性。下图是人类某染色体DNA的片段, 含有基因A、基因b和无遗传效应的片段M。 (1)基因A和b的本质区别是什么?若M中插入若干个脱氧核苷酸对是否可 引发基因突变?为什么? 提示 脱氧核苷酸(碱基)序列不同。M为无遗传效应的

19、非基因片段,M中 插入若干脱氧核苷酸对不会造成基因突变。 (2)假设有4 000个碱基组成一个DNA分子,其碱基对可能的排列方式有多 少种?假设人体内基因A由318个碱基组成,其碱基对可能的排列方式有多 少种?由此说明什么问题? 提示 4 000个碱基组成2 000个碱基对,每个碱基对都可以随机排列,因此 排列方式有 种。基因A由318个碱基组成,其碱基对的排列方式是唯 一的,如果改变了,就不是基因A了。由此说明DNA(基因)既有多样性又有 特异性。 42 000 (3)如何理解DNA分子的多样性和特异性?试分析生物体多样性和特异性 的原因。 提示 碱基排列顺序的千变万化,构成了DNA分子的多

20、样性,而碱基特定 的排列顺序,又构成了每一个DNA分子的特异性。蛋白质分子的多样性和 特异性是生物体多样性和特异性的直接原因,DNA分子的多样性和特异性 是生物体多样性和特异性的根本原因。 考向突破考向突破 考向1 DNA分子复制过程与特点 1.(2020山东一模)双脱氧核苷三磷酸(ddNTP)与脱氧核苷三磷酸(dNTP)的 结构如下图所示。已知ddNTP按碱基互补配对的方式加到正在复制的子 链中后,子链的延伸立即终止。某同学要通过PCR技术获得被32P标记且以 碱基“C(胞嘧啶)”为末端的、不同长度的子链DNA片段。在反应管中已经 有单链模板、引物、DNA聚合酶和相应的缓冲液等,还需要加入下

21、列哪些 原料?( ) dGTP,dATP,dTTP,dCTP dGTP,dATP,dTTP 位32P标记的ddCTP 位32P标记的ddCTP A. B. C. D. 答案 A 解析 由题意可知,为得到放射性标记“C(胞嘧啶)”为末端的、不同长度的 子链DNA片段,则必须提供ddCTP和四种dNTP,如果没有dCTP,则所有片段 长度均一致,因为所有子链在合成时均在第一个“C”处掺入ddCTP而停止 复制。ddCTP作为DNA复制的原料需要脱去两分子磷酸基团,故应将32P标 记于位磷酸上。故选。 考向2 DNA半保留复制的实验证据 2.在氮源为14N和15N的培养基上生长的大肠杆菌,其DNA分

22、子分别为 14N/14N-DNA(相对分子质量为a)和15N/15N-DNA(相对分子质量为b)。将亲 代大肠杆菌转移到含14N的培养基上,再连续繁殖两代(和),用某种离心 方法分离得到的结果如下图所示。下列对此实验的叙述不正确的是( ) A.代细菌DNA分子中一条链是14N,另一条链是15N B.代细菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的1/4 C.预计代细菌DNA分子的平均相对分子质量为(7a+b)/8 D.上述实验结果证明DNA复制方式为半保留复制 答案 B 解析 15N/15N-DNA在14N的培养基上进行第一次复制后,产生的两个子代 DNA分子均含有一条15N的DNA链和一条14N

23、的DNA链。这样的DNA用离 心法分离后,应该全部处在试管的中部。代的14N/15N-DNA分子复制产 生的两个子代DNA分别为14N/14N-DNA分子和14N/15N-DNA分子。此时,将 该DNA作离心处理,产生的DNA沉淀应该分别位于试管的上部和中部,此 时含15N的DNA分子占全部DNA分子的1/2。代细菌DNA分子共有8个, 各条单链的相对分子质量之和为(7a+b),平均相对分子质量为(7a+b)8。 考向3 DNA分子复制过程的有关计算 3.用15N标记含有100个碱基对的DNA分子,其中有胞嘧啶60个,该DNA分子 在含14N的培养基中连续复制4次。下列结果不可能的是( ) A

24、.含有14N的DNA分子占7/8 B.含有15N的脱氧核苷酸链占1/16 C.复制过程中需游离腺嘌呤脱氧核苷酸600个 D.复制后共产生16个DNA分子 答案 A 解析 DNA进行的是半保留复制,又因所用培养基含14N,所以后代含14N的 DNA分子占100%;1个DNA分子连续复制4次会得到16个DNA分子,32条脱 氧核苷酸链,其中有2条脱氧核苷酸链为母链(含15N),位于两个子代DNA分 子中,故含15N的脱氧核苷酸链占1/16;DNA分子中不相配对的两种碱基之 和等于碱基总数的一半,C与A不配对,故该DNA中A的数目为2001/2- 60=40(个),而该DNA分子连续复制4次会得到1

25、6个DNA,相当于新合成30条 DNA分子单链,故需要游离腺嘌呤脱氧核苷酸为30240=600(个)。 考向4 DNA复制与细胞分裂中染色体标记问题 4.将某精原细胞(2n=8)的DNA分子用15N标记后置于含14N的培养基中培养, 经过连续两次细胞分裂形成4个子细胞,检测分裂过程和分裂后细胞中的 情况。下列推断正确的是( ) A.若进行有丝分裂,则含15N染色体的子细胞比例为1/2 B.若进行有丝分裂,则第二次分裂中期细胞中含14N的染色单体有8条 C.若进行减数分裂,则减中期含14N的染色单体有8条 D.若进行减数分裂,则子细胞中每条染色体均含15N 答案 D 解析 (1)若进行两次有丝分

26、裂,则进行两次DNA分子的复制,如下图所示 (以一条染色体为例): 第一次有丝分裂形成的两个子细胞中所有染色体上的DNA分子均呈杂合 状态,即15N/14N-DNA,第二次有丝分裂复制后的染色体上两条染色单体中 只有一条染色单体含有15N,DNA分子为15N/14N-DNA,而另一条染色单体 只含有14N,DNA分子为14N/14N-DNA,在后期时两条染色单体的分离是随 机的,所以最终形成的子细胞的染色体中可能都含有15N,也可能不含15N,子 细胞中含有15N的染色体条数是08条。则连续两次分裂形成的4个子细胞 中含有15N的细胞个数可能为4、3、2。 (2)若进行减数分裂,则只进行了一次DNA分子的复制,其染色体中的DNA 标记情况如图所示(以1对同源染色体为例): 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,所以四个子细胞中所有DNA分子均呈杂合状态,即15N/14N-DNA。