1、第16讲DNA分子的结构、复制 与基因的本质1.概述DNA分子结构的主要特点。2.概述DNA分子通过半保留方式进行复制。3.概述多数生物的基因是DNA分子功能片段,有些病毒的基因在RNA分子上。4.活动:制作DNA分子双螺旋结构模型。-3-必备知识梳理关键能力突破DNA半保留复制与基因的本质1.DNA双螺旋结构的形成-4-必备知识梳理关键能力突破-5-必备知识梳理关键能力突破2.DNA的双螺旋结构(1)DNA由两条脱氧核苷酸链组成,这些链按反向平行的方式盘旋成双螺旋结构。(2)外侧:脱氧核糖和磷酸交替连接构成主链基本骨架。(3)内侧:两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。碱基互补配对遵循以下原则
2、:A=T(两个氢键)、GC(三个氢键)。巧记利用数字“五、四、三、二、一”巧记DNA分子结构-6-必备知识梳理关键能力突破3.DNA分子的特性(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分子中脱氧核苷酸数目不同,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4n种。(3)特异性:每种DNA分子都有区别于其他DNA的特定的碱基对排列顺序,代表了特定的遗传信息。-7-必备知识梳理关键能力突破凝练核心素养凝练核心素养1.生命观念通过掌握DNA分子的结构与功能,形成结构与功能相适应的观念。2.科学思维运用模型建
3、构的方法,逐步认识DNA分子的空间结构、平面结构以及化学组成,培养空间想象能力。3.科学探究通过分析沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型的研究过程,感悟两位科学家所运用的多种研究方法,获得科学研究的思想和科学研究的精神。-8-必备知识梳理关键能力突破(生命观念、科学思维)下图为DNA分子结构图像,据图分析下列问题。-9-必备知识梳理关键能力突破(1)图中不能(填“能”或“不能”)表示胞嘧啶脱氧核苷酸,一个DNA分子片段中有2个游离的磷酸基团。(2)双链DNA中,反向平行的两条链之间的碱基通过氢键连接成碱基对,而同一条链上核苷酸之间是通过磷酸二酯键相连的。(3)解旋酶作用的部位是(填数字),限制
4、性核酸内切酶和DNA连接酶作用的部位是(填数字)。(4)DNA初步水解的产物是4种脱氧核苷酸,DNA彻底水解的产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。(5)根据碱基的种类确定是DNA还是RNA,若含有碱基U则是RNA,若含有碱基T而不含有碱基U,则是DNA;根据碱基的比例确定是单链还是双链,若嘌呤数/嘧啶数=(填“=”或“”)1,则一般是双链,若嘌呤数/嘧啶数(填“=”或“”)1,则是单链。-10-必备知识梳理关键能力突破考向1DNA分子的结构1.(2018陕西故城一中月考)20世纪50年代初,查哥夫对多种生物DNA做了碱基定量分析,发现(A+T)/(C+G)的比值如下表。结合所学知识,你认为能得
5、出的结论是()A.猪的DNA结构比大肠杆菌的DNA结构更稳定一些B.小麦和鼠的DNA所携带的遗传信息相同C.小麦DNA中(A+T)的数量是鼠DNA中(C+G)数量的1.21倍D.同一生物不同组织的DNA碱基组成相同 答案解析解析关闭由于碱基A与T之间有两个氢键,而G与C之间有三个氢键,DNA分子中氢键的数量越多,即(A+T)/(C+G)比值越小,DNA分子的结构越稳定,因此大肠杆菌的DNA分子结构最稳定,A项错误;小麦和鼠的DNA分子中(A+T)/(C+G)的比值相同,但所携带的遗传信息不同,B项错误;小麦DNA中(A+T)/(C+G)的比值为1.21,说明小麦DNA中A+T的数量是C+G数量
6、的1.21倍,但不一定是鼠DNA中C+G数量的1.21倍,C项错误;同一生物不同组织的DNA相同,故碱基组成相同,D项正确。答案解析关闭D-11-必备知识梳理关键能力突破“三看法”判断DNA分子结构的正误-12-必备知识梳理关键能力突破考向2DNA分子结构的相关计算2.(2018山东淄博万杰朝阳学校月考)下列关于双链DNA分子结构的叙述,正确的是()A.某DNA分子含有500个碱基,可能的排列方式有4500种B.若质粒含有2 000个碱基,则该分子同时含有2个游离的磷酸基团C.某DNA分子内胞嘧啶占25%,则每条单链上的胞嘧啶占25%50%D.某DNA分子上有胸腺嘧啶312个,占总碱基比例为2
7、6%,则该DNA分子上有鸟嘌呤288个 答案解析解析关闭某DNA分子含有500个碱基,该DNA分子中碱基比例已确定,可能的排列方式小于4250种,A项错误;质粒是环状DNA分子,不含游离的磷酸基团,B项错误;某DNA分子内胞嘧啶占25%,则每条单链上的胞嘧啶占0%50%,C项错误;某DNA分子上有胸腺嘧啶312个,占总碱基比例为26%,则该DNA分子上碱基总数为31226%=1 200个,根据碱基互补配对原则,该DNA分子中有鸟嘌呤1 200(50%-26%)=288个,D项正确。答案解析关闭D-13-必备知识梳理关键能力突破-14-必备知识梳理关键能力突破2.DNA分子中有关碱基比例计算的解
8、题步骤(1)搞清题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子碱基的比例,还是占DNA分子一条链上碱基的比例。(2)画一个DNA分子模式图,并在图中标出已知和所求的碱基:(3)根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。-15-必备知识梳理关键能力突破DNA半保留复制及相关实验1.DNA复制的假说与证据(1)沃森和克里克的假说:半保留复制。-16-必备知识梳理关键能力突破以上实验证明DNA分子复制的特点是 半保留复制 。-17-必备知识梳理关键能力突破2.DNA的复制过程-18-必备知识梳理关键能力突破3.基因的概念基因是有遗传效应的遗传物质的片段。在绝大多数生物中,基因是有遗传效应的DNA片段;在R
9、NA病毒中,基因是有遗传效应的RNA片段。(1)绝大多数生物的基因是有遗传效应的DNA片段。(2)RNA病毒的基因是有遗传效应的RNA片段。研究证明,遗传物质除了DNA以外,还有RNA。有些病毒不含有DNA,只含有蛋白质和RNA,如烟草花叶病毒。从烟草花叶病毒中提取出来的蛋白质,不能使烟草感染病毒,但是,从这些病毒中提取出来的RNA,却能使烟草感染病毒。因此,在这些病毒中,RNA是遗传物质。引起传染性非典型肺炎(SARS)的病原体是一种冠状病毒(corona virus),该病毒就属于RNA病毒。除了冠状病毒之外,造成人类疾病的RNA病毒还有小儿麻痹病毒(polio virus)、脑炎病毒(c
10、erebritis virus)和流感病毒(influenza virus)等,其中的遗传物质都是RNA。-19-必备知识梳理关键能力突破基因是有遗传效应的遗传物质的片段,是遗传物质的结构和功能单位。在绝大多数生物中,基因是有遗传效应的DNA片段,在RNA病毒中,基因是有遗传效应的RNA片段。一个或两个 有遗传效应 许多 线性 许多 脱氧核苷酸排列顺序-20-必备知识梳理关键能力突破凝练核心素养凝练核心素养1.生命观念通过对DNA复制过程的分析,建立起结构与功能相适应的观念;通过分析基因与DNA的关系,建立起基因是有遗传效应的DNA片段的观念。2.科学思维运用假说演绎的方法,根据DNA分子双螺
11、旋结构模型,推测DNA分子的自我复制过程,并通过实验证实DNA半保留复制机制。-21-必备知识梳理关键能力突破(生命观念、科学思维)下图为染色体上DNA分子的复制过程,据图分析下列问题。-22-必备知识梳理关键能力突破(1)请完成图中填空。(2)蛙的红细胞进行无丝分裂,能(填“能”或“不能”)进行DNA分子的复制;哺乳动物成熟的红细胞无细胞核,也无各种细胞器,不能(填“能”或“不能”)进行DNA分子的复制。(3)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代DNA分子即位于两条姐妹染色单体中,由着丝点相连,其对应片段所含基因在无突变等特殊情况下应完全相同,两个子代DNA分子将于有丝分裂
12、后期或减数第二次分裂后期着丝点分裂时,随两条姐妹染色单体分离而分开,分别进入两个子细胞中。-23-必备知识梳理关键能力突破考向1DNA复制过程分析1.(2019广东深圳调研)正常情况下,DNA分子在细胞内复制时,双螺旋解开后会产生一段单链区,DNA结合蛋白(SSB)能很快地与单链结合,防止解旋的单链重新配对,而使DNA呈伸展状态,SSB在复制过程中可以重复利用,下列有关推理合理的是()A.SSB是一种解开DNA双螺旋的解旋酶B.SSB与单链的结合将不利于DNA复制C.SSB与DNA单链既可结合也可分开D.SSB与单链的结合遵循碱基互补配对原则 答案解析解析关闭根据题干中“双螺旋解开后会产生一段
13、单链区,DNA结合蛋白(SSB)能很快地与单链结合”,说明SSB不是一种解开DNA双螺旋的解旋酶,A项错误;SSB与单链的结合有利于DNA复制,B项错误;SSB与DNA单链既可结合也可分开,C项正确;SSB是一种DNA结合蛋白,故与单链的结合不遵循碱基互补配对原则,D项错误。答案解析关闭C-24-必备知识梳理关键能力突破1.生物体中DNA分子复制的场所(1)真核生物:细胞核(主要场所)、叶绿体、线粒体。(2)原核生物:拟核、细胞质(如质粒中DNA的复制)。(3)DNA病毒:宿主细胞内。2.子代DNA随姐妹染色单体分开的时间(1)有丝分裂:后期。(2)减数分裂:减数第二次分裂后期。-25-必备知
14、识梳理关键能力突破考向2DNA分子复制的相关计算2.(2018山东德州夏津一中月考)下列关于DNA的相关计算中,正确的是()A.具有1 000个碱基对的DNA,腺嘌呤有600个,则每一条链上都具有胞嘧啶200个B.具有m个胸腺嘧啶的DNA片段,复制n次后共需要2nm个胸腺嘧啶C.具有m个胸腺嘧啶的DNA片段,第n次复制需要2n-1m个胸腺嘧啶D.无论是双链DNA还是单链DNA,A+G所占的比例均是1/2 答案解析解析关闭根据碱基互补配对原则,具有1 000个碱基对的DNA,A+T+C+G=2 000个,A=T=600个,C=G=400个,但在该DNA分子的每一条链上,所具有的胞嘧啶不一定是20
15、0个,A项错误;具有m个胸腺嘧啶的DNA片段,复制n次后共需要(2n-1)m个胸腺嘧啶,B项错误;具有m个胸腺嘧啶的DNA片段,第n次复制共需要(2n-1)m-(2n-1-1)m=2n-1m个胸腺嘧啶,C项正确;在双链DNA分子中,A+G所占的比例是1/2,在单链DNA分子中,A+G所占的比例不一定是1/2,D项错误。答案解析关闭C-26-必备知识梳理关键能力突破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14N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100%B.复制过程中需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸640个C.含15N的链占1/8
16、D.子代DNA中嘌呤与嘧啶之比是2 3 答案解析解析关闭 答案解析关闭-27-必备知识梳理关键能力突破DNA分子复制中的相关计算DNA分子的复制为半保留复制,一个DNA分子复制n次,则有:1.DNA分子数(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=(2n-2)个。-28-必备知识梳理关键能力突破2.脱氧核苷酸链数(1)子代DNA分子中脱氧核苷酸链数=2n+1条;(2)亲代脱氧核苷酸链数=2条;(3)新合成的脱氧核苷酸链数=(2n+1-2)条。3.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
17、次复制需要消耗该脱氧核苷酸数为m(2n-1)个;(2)n次复制需该脱氧核苷酸数=m2n个,n-1次复制需该脱氧核苷酸数=m2n-1个,则第n次复制需该脱氧核苷酸数=2nm-m2n-1=m(2n-2n-1)=m2n-1个。-29-1 2 3 4 51.下列关于DNA分子结构的叙述,正确的是()A.DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的单链结构B.DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基C.DNA分子两条链之间总是嘌呤与嘧啶形成碱基对D.DNA分子一条链上的相邻碱基通过磷酸脱氧核糖磷酸相连 答案解析解析关闭DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的双链结构,A项错误;DNA分子
18、中的绝大多数磷酸连接着两个脱氧核糖,且磷酸不与碱基直接相连,B项错误;DNA分子一条链上的相邻碱基通过脱氧核糖磷酸脱氧核糖相连,D项错误。答案解析关闭C-30-1 2 3 4 52.某双链DNA分子中,鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基的比率为a,其中一条链上鸟嘌呤占该链全部碱基的比例为b,则()A.互补链中含2个游离的磷酸基团B.互补链中鸟嘌呤与胞嘧啶所占比例为aC.互补链中鸟嘌呤占该链碱基的比率为(a-b)/2D.以互补链为模板转录产生的某mRNA中鸟嘌呤与胞嘧啶所占比率为a 答案解析解析关闭双链DNA分子的每条链含有1个游离的磷酸基团,A项错误;在双链DNA分子中,鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基
19、的比率与每条链中鸟嘌呤与胞嘧啶所占的比率相等,B项正确;互补链中鸟嘌呤占该链的比率为a-b,C项错误;转录是以DNA上某基因的一条链为模板,所以转录产生的mRNA中鸟嘌呤与胞嘧啶所占比率是不确定的,D项错误。答案解析关闭B-31-1 2 3 4 53.真核细胞中DNA复制如下图所示,下列表述错误的是()A.多起点双向复制能保证DNA复制在短时间内完成B.每个子代DNA都有一条脱氧核苷酸链来自亲代C.复制过程中氢键的破坏和形成都需要DNA聚合酶的催化D.DNA分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则 答案解析解析关闭DNA复制过程中氢键的破坏需要解旋酶的催化,但氢键的形成不需要酶的催化,C项错误。答
20、案解析关闭C-32-1 2 3 4 54.下列关于基因、DNA和染色体关系的叙述,错误的是()A.染色体主要由蛋白质和DNA组成B.每条染色体上都有许多个DNA分子C.一个DNA分子上有多个基因D.基因是具有遗传效应的DNA片段 答案解析解析关闭染色体主要由DNA和蛋白质两种物质组成,A项正确;每条染色体含有一个或2个DNA分子,B项错误;基因是DNA上决定生物性状的小片段,一个DNA分子上有多个基因,C、D两项正确。答案解析关闭B-33-1 2 3 4 55.DNA的复制方式,可以通过设想来进行预测,可能的情况是全保留复制、半保留复制、分散(弥散)复制三种。究竟是哪种复制方式呢?用下面设计实
21、验来证明DNA的复制方式。-34-1 2 3 4 5实验步骤:a.在氮源为14N的培养基中生长的大肠杆菌,其DNA分子均为14N-DNA(对照);b.在氮源为15N的培养基中生长的大肠杆菌,其DNA分子均为15N-DNA(亲代);c.将亲代15N大肠杆菌转移到氮源为14N的培养基中,再连续繁殖两代(和),用密度梯度离心法分离,不同相对分子质量的DNA分子将分布在试管中的不同位置上。-35-1 2 3 4 5实验预测:(1)如果与对照(14N/14N)相比,子代能分辨出两条DNA带:一条带和一条带,则可以排除和分散复制。(2)如果子代只有一条中密度带,则可以排除,但不能肯定是。(3)如果子代只有
22、一条中密度带,再继续做子代DNA密度鉴定:若子代可以分出和,则可以排除分散复制,同时肯定是半保留复制;如果子代不能分出两条密度带,则排除,同时确定为。-36-1 2 3 4 5答案(1)轻(14N/14N)重(15N/15N)半保留复制(2)全保留复制半保留复制或分散复制(3)一条中密度带一条轻密度带中、轻半保留复制分散复制解析 从题目中的图示可知,深色为亲代DNA的脱氧核苷酸链(母链),浅色为新形成的子代DNA的脱氧核苷酸链(子链)。因此全保留复制后得到的两个DNA分子,一个是原来的两条母链重新形成的亲代DNA分子,一个是两条子链形成的子代DNA分子;半保留复制后得到的每个子代DNA分子的一条链为母链,一条链为子链;分散复制后得到的每个子代DNA分子的单链都是由母链片段和子链片段间隔连接而成的。
