1、-1-专题专题1414DNADNA的分子结构与复制的分子结构与复制-2-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦课标导引课标解读教材内容学业水平1.概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成,通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构,碱基的排列顺序编码了遗传信息(1)双螺旋结构模型揭示了DNA分子的结构(2)碱基排列顺序编码了遗传信息水平二2.概述DNA分子通过半保留方式进行复制(1)DNA通过半保留方式进行复制(2)DNA复制是遗传物质从亲代向子代传递的基础水平二-3-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点2DNA的分子结构与模型制作1.DNA分子的组
2、成层次及结构特点-4-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点2-5-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点22.DNA分子的特性与应用(1)相对稳定性:DNA分子中磷酸和脱氧核糖交替连接的方式不变;两条链间碱基互补配对的方式不变。(2)多样性:不同的DNA分子中各种碱基数目不同,排列方式也不同。若某DNA分子中有n个碱基对,则排列方式有4n种。(3)特异性:每个特定的DNA分子都有区别于其他DNA的特定的碱基排列顺序,代表了特定的遗传信息。(4)应用:通过对DNA中核苷酸的序列分析,可以判断各种生物在进化中的亲缘关系、推测两个人的血缘
3、关系、进行案件相关人物的身份鉴定等。-6-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点23.DNA分子模型的制作实验步骤用不同颜色的卡纸剪成长方形代表碱基,用另一种颜色的卡纸剪成圆形代表磷酸,另一种颜色的卡纸剪成五边形代表脱氧核糖。使用订书机将磷酸、脱氧核糖、碱基连接,制作成一个个含有不同碱基的脱氧核苷酸模型。用铁丝把一个个脱氧核苷酸模型连接起来,形成一条多核苷酸的长链;根据碱基互补配对原则,制作一条与这条链完全互补的脱氧核苷酸长链。将脱氧核苷酸中的磷酸固定在细铁丝上,然后把两条链平放在桌子上,用铁丝把配对的碱基两两连接在一起。将两条链的末端分别与硬纸方块连接在一起,两
4、手分别提起硬纸方块,轻轻旋转,即可得到一个DNA分子双螺旋结构模型。-7-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点2考向考向1DNA的分子结构典例典例1(2020浙江7月选考)某DNA片段的结构如下图所示。下列叙述正确的是()A.表示胞嘧啶B.表示腺嘌呤C.表示葡萄糖D.表示氢键答案 D解析 表示胸腺嘧啶,A项错误;表示胞嘧啶,B项错误;表示脱氧核糖,C项错误;表示氢键,D项正确。-8-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点2考向考向2DNA分子中碱基比例计算典例典例2(2021浙江1月学考)某双链DNA分子含有A、T、G、C共4种碱基
5、,其中鸟嘌呤(G)分子数占20%,则胞嘧啶(C)分子数占()A.10%B.20%C.30%D.40%答案 B解析 根据卡伽夫法则,双链DNA分子中,胞嘧啶(C)与鸟嘌呤(G)的数目相等。-9-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点2考向考向3DNA双螺旋结构模型的制作典例典例3制作DNA双螺旋结构模型的流程如下:制作脱氧核苷酸制作脱氧核苷酸链制作双链DNA螺旋化。下列叙述错误的是()A.制作脱氧核苷酸时,将磷酸和碱基连在脱氧核糖的特定位置B.制作脱氧核苷酸链时,相邻脱氧核苷酸的磷酸基团直接相连C.制作双链DNA时,两条链之间的A与T配对、G与C配对D.DNA模型的
6、碱基序列中A+T的量不一定等于G+C的量-10-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点2答案 B解析 制作脱氧核苷酸时,将磷酸和碱基连在脱氧核糖的特定位置,A项正确;制作脱氧核苷酸链时,相邻脱氧核苷酸的磷酸基团不直接相连,而是一个脱氧核苷酸的磷酸基团与另一个脱氧核苷酸的脱氧核糖直接相连,B项错误;制作双链DNA时,两条链之间的A与T配对、G与C配对,C项正确;DNA模型的碱基序列中A+T的量不一定等于G+C的量,D项正确。-11-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点2考向考向4DNA分子结构模型建立过程典例典例4关于威尔金斯、沃森和
7、克里克、富兰克林、卡伽夫等人在DNA分子结构构建方面的突出贡献,下列说法正确的是()A.威尔金斯和富兰克林提供了DNA分子的电子显微镜图像B.沃森和克里克提出了DNA分子的双螺旋结构模型C.卡伽夫提出了A与T配对,C与G配对的正确关系D.富兰克林和卡伽夫发现A的量等于T的量、C的量等于G的量答案 B解析 在DNA分子结构构建方面,威尔金斯和富兰克林提供了DNA衍射图像,A项错误;沃森和克里克提出了DNA分子的双螺旋结构模型,B项正确;卡伽夫发现了A的量总是等于T的量、C的量总是等于G的量,C、D两项错误。-12-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点2考向考向5碱
8、基排列顺序编码了遗传信息典例典例5DNA指纹法在案件侦破工作中有着重要作用,从案发现场提取DNA样品,可为案件侦破提供证据。其中的生物学原理是不同人体内DNA()A.所含碱基种类不同B.所含五碳糖和磷酸不同C.空间结构不同D.所含的脱氧核苷酸排列顺序不同-13-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点2答案 D解析 不同的DNA分子所含碱基种类相同,A项错误;不同的DNA分子所含五碳糖和磷酸相同,B项错误;不同的DNA分子的空间结构都是双螺旋结构,C项错误;不同人体内的DNA所含的脱氧核苷酸排列顺序不同,即遗传信息不同,D项正确。-14-专题14DNA的分子结构与复
9、制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点21.模型化分析DNA分子的结构(1)DNA分子模型-15-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点2(2)模型解读一个脱氧核糖分子连接一个或两个磷酸基团,由于DNA两条链具有反向平行的特点,因此,应注意两条链上脱氧核苷酸的磷酸基团位置。如上图中,左链腺嘌呤脱氧核苷酸的磷酸基团为左上,而右链中腺嘌呤脱氧核苷酸的磷酸基团在右下。氢键数量越多,DNA越稳定。嘌呤与嘧啶有结构差异,嘌呤为双环结构,嘧啶为单环结构。DNA结构中,基本骨架固定不变,碱基对排列顺序千变万化。-16-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识
10、点1知识点22.DNA分子中碱基数量的计算规律根据上图,可得出:一条链中某碱基数目等于另一条链中与其配对的碱基数目,即,A1=T2,T1=A2,C1=G2,G1=C2,并可进一步推导出以下规律。规律1:互补的两种碱基数量相等,即A=T(A1+A2=T2+T1),C=G(C1+C2=G2+G1)。规律2:双链DNA中,嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数,即A+G=C+T。规律3: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=总碱基的50%。-17-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点2规律4:一条链中互补碱基的和等于另一条链中这两种碱基的和
11、,如A1+T1=A2+T2。规律5:配对的碱基之和的比例在两条单链和双链中都相等。-18-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点2规律7:不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值不同,即(A+T)/(C+G)的值不同。该比值体现了不同生物DNA分子的特异性。规律8:若已知A占双链的比例为c%,则A1占单链的比例无法确定,但可求出最大值为2c%,最小值为0。-19-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点2DNA的复制1.DNA分子的复制(1)DNA复制的特点及条件项目 内容概念 产生两个跟亲代DNA完全相同的新DNA分子的过程时间
12、 有丝分裂的间期或减数分裂前的间期(真核生物)场所 细胞核、线粒体、叶绿体(真核生物)特点 边解旋边复制方式 半保留复制条件模板:亲代DNA的两条链;原料:四种脱氧核苷酸;酶:解旋酶和DNA聚合酶等;能量:由ATP供能-20-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点2(2)DNA复制的过程(如下图)-21-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点2解旋:首先利用细胞提供的能量,在解旋酶的作用下,两条DNA链的配对碱基之间的氢键断开,双链解开,碱基暴露出来,形成两条母链。合成子链:分别以解开的每一段母链为模板,以细胞中游离的四种脱氧核苷酸为
13、原料,按碱基互补配对的原则,合成与母链互补的子链。形成子代DNA:每条子链与其对应的母链盘绕成双螺旋结构,从而形成两个与亲代DNA完全相同的DNA分子。(3)DNA复制的意义保证多细胞生物体的每个体细胞都携带相同的遗传信息;将亲代的遗传信息传递给子代,保持了前后代遗传信息的连续性,使子代能够继承亲代的性状。-22-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点2DNA复制过程的细节辨析(1)DNA复制时并不是两条链全部解旋后再复制产生新链,而是边解旋边复制。(2)DNA复制时,氢键断裂需要DNA解旋酶,但这并不是氢键断裂的唯一方式,如高温加热也能使氢键断裂,另外转录过程中
14、在RNA聚合酶的作用下也能使氢键断裂。(3)在DNA复制过程中,在解旋酶的作用下,两条链间的氢键断裂,暴露的碱基吸引配对的脱氧核苷酸与之配对,最后相邻的脱氧核苷酸的脱氧核糖和磷酸基团之间形成磷酸二酯键,产生子链。(4)在细胞分裂时,染色体上的DNA分子复制后,两条链分别位于两条姐妹染色单体中,会在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期分离。-23-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点22.探究DNA的复制过程(1)实验方法:同位素示踪技术和密度梯度离心技术。(2)实验原理若DNA的两条链都用15N标记,那么DNA分子密度较大,离心后应该在离心管的下部;若两条链中都含有
15、14N,那么DNA分子密度较小,离心后应该在离心管的上部;若DNA的两条链中一条含有15N,一条含有14N,那么DNA分子密度居中,离心后应该在离心管的中部。-24-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点2(3)实验过程-25-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点2-26-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点2考向考向1DNA复制的条件典例典例1下列关于DNA复制的叙述,正确的是()A.复制时以DNA的一条链为模板B.体细胞都能进行DNA复制C.DNA在完全解旋后才开始复制D.线粒体也能进行DNA复制
16、答案 D解析 DNA复制以亲代DNA分子的两条链为模板,A项错误;人成熟的红细胞内不会发生DNA的复制,B项错误;DNA复制以亲代DNA分子的两条链为模板,边解旋边复制,C项错误;线粒体含有DNA,因此线粒体也能进行DNA复制,D项正确。-27-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点2考向考向2DNA复制过程的计算典例典例215N标记的含有100个碱基对的DNA分子,其中有胞嘧啶60个,该DNA分子在14N的培养基中连续复制4次。其结果可能是()A.含有14N的DNA分子占7/8B.含有15N的DNA分子占1/8C.复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸700个-28
17、-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点2答案 B解析 由于DNA分子的复制是半保留复制,最终只有2个子代DNA为15N-14N-DNA,其余DNA均为14N-14N-DNA,故子代DNA都含14N,A项错误;DNA复制为半保留复制,不管复制几次,最终只有2个子代DNA含15N,所以复制4次后含有15N的DNA分子占 ,B项正确;含有100个碱基对的DNA分子中有胞嘧啶60个,则有腺嘌呤40个,故复制过程中需腺嘌呤脱氧核苷酸数量为(24-1)40=600(个),C项错误;复制4次后产生24=16(个)DNA分子,D项错误。-29-专题14DNA的分子结构与复制课标
18、导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点2考向考向3探究DNA的半保留式复制典例典例3-1(2021浙江1月学考)大肠杆菌长期在含15NH4Cl的培养液中生长,然后接种到不含15N的培养液中培养,连续分裂两次,全部子代大肠杆菌拟核DNA中含15N的DNA分子数占()A.12.5%B.25%C.50%D.100%答案 C解析 若1个被15N标记的大肠杆菌接种到不含15N的培养液中培养,连续分裂两次,共产生4个拟核DNA分子,其中含15N的拟核DNA有2个,故全部子代大肠杆菌拟核DNA中含15N的DNA分子数占50%。-30-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点2典例典例
19、3-2某研究小组进行“探究DNA的复制过程”的活动,结果如下图所示。其中培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl。a、b、c表示离心管编号,条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的分布位置。下列叙述错误的是()A.本活动运用了同位素示踪技术和密度梯度离心技术B.a管的结果表明该管中的大肠杆菌是在含14NH4Cl的培养液中培养的C.b管的结果表明该管中的大肠杆菌的DNA都是15N-14N-DNAD.实验结果说明DNA分子的复制是半保留复制-31-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点2答案 B解析 由题意“培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15N
20、H4Cl”和“条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的分布位置”可知,本活动运用了同位素示踪技术和密度梯度离心技术,A项正确;分析图示可知,a管中的DNA密度最大,表明该管中的大肠杆菌是在含15NH4Cl的培养液中培养的,B项错误;b管中的大肠杆菌的DNA都是15N-14N-DNA,C项正确;实验结果说明DNA分子的复制是半保留复制,D项正确。-32-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点2考向考向4DNA复制与细胞分裂典例典例4-1若将处于G1期的胡萝卜愈伤组织细胞置于含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养液中,培养至第二次分裂中期。下列叙述正确的是()A.每条染色
21、体中的两条染色单体均含3HB.每个DNA分子的两条脱氧核苷酸链均含3HC.每个DNA分子中均只有一条脱氧核苷酸链含3HD.每条染色单体均只有一个DNA分子的两条脱氧核苷酸链含3H-33-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点2答案 A解析 若将处于G1期的胡萝卜愈伤组织细胞置于含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养液中,在间期的S期时DNA复制1次,所以第一次细胞分裂完成后得到的子细胞中每一条染色体的DNA都只有一条链被3H标记。培养至第二次分裂中期,每条染色体中的两条染色单体均含3H标记,其中一条染色单体DNA的两条链均含3H,另一条染色单体DNA的一条链含3H。-
22、34-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点2典例典例4-2在含有BrdU的培养液中进行DNA复制时,BrdU会取代胸苷掺入到新合成的链中,形成BrdU标记链。当用某种荧光染料对复制后的染色体进行染色,发现含半标记DNA(一条链被标记)的染色单体发出明亮荧光,含全标记DNA(两条链均被标记)的染色单体荧光被抑制(无明亮荧光)。若将一个细胞置于含BrdU的培养液中,培养到第三个细胞周期的中期进行染色并观察。下列推测错误的是()A.1/2的染色体荧光被抑制B.1/4的染色单体发出明亮荧光C.全部DNA分子被BrdU标记D.3/4的DNA单链被BrdU标记-35-专题1
23、4DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点2答案 D解析 第三个细胞周期的中期有一半染色体上的DNA分子全为新合成的,荧光被抑制;另一半染色体的两条染色单体中一条染色单体的DNA两条链均为新合成,另一条染色单体的DNA一条链是新合成的,能发出荧光,A项正确。染色单体发出明亮荧光比例为-36-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点2DNA复制过程中的一些比例关系DNA复制为半保留复制,若将亲代DNA分子复制n代,其结果分析如下。-37-专题14DNA的分子结构与复制课标导引考点聚焦考点聚焦知识点1知识点2(1)子代DNA分子数为2n个含有亲代链的DNA分子数为2个。不含亲代链的DNA分子数为(2n-2)个。含子代链的DNA有2n个。(2)子代脱氧核苷酸链数为 条亲代脱氧核苷酸链数为2条。新合成的脱氧核苷酸链数为(-2)条。(3)消耗的脱氧核苷酸数若一亲代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。第n次复制所需该脱氧核苷酸数为m 个。
