1、第2讲DNA的分子结构和特点、遗传信息的传递【知识梳理】【知识梳理】一、一、DNADNA分子的结构特点分子的结构特点1.DNA1.DNA双螺旋结构模型的构建者双螺旋结构模型的构建者:_:_。2.DNA2.DNA分子的化学组成分子的化学组成:(1)(1)基本组成元素基本组成元素:_:_。沃森和克里克沃森和克里克C C、H H、O O、N N、P P(2)(2)基本单位基本单位:_:_。脱氧核苷酸脱氧核苷酸脱氧核苷酸脱氧核苷酸胸腺嘧啶胸腺嘧啶腺嘌呤腺嘌呤3.3.空间结构空间结构:由两条脱氧核苷酸链按由两条脱氧核苷酸链按_方式盘方式盘旋成的旋成的_结构。结构。4.4.平面结构平面结构:(1)(1)外
2、侧外侧:由由_和和_交替连接构成基本骨架。交替连接构成基本骨架。(2)(2)内侧内侧:两条链上的碱基遵循两条链上的碱基遵循_原则原则,通通过过_形成碱基对。形成碱基对。(3)(3)碱基对的种类碱基对的种类:_:_。反向平行反向平行双螺旋双螺旋磷酸磷酸脱氧核糖脱氧核糖碱基互补配对碱基互补配对氢键氢键A=T(A=T(或或T=A)T=A)、GC(GC(或或CG)CG)二、二、DNADNA的复制的复制1.1.概念概念:是产生两个跟亲代是产生两个跟亲代DNADNA完全相同的完全相同的_的过程。的过程。2.2.时间时间:有丝分裂间期和有丝分裂间期和_。新新DNADNA分子分子减数分裂前的间期减数分裂前的间
3、期解旋后两条母链解旋后两条母链4 4种脱氧核苷酸种脱氧核苷酸DNADNA聚合酶聚合酶4.4.过程过程:解旋解旋:在有关酶的作用下在有关酶的作用下,把两条螺旋的双链解开把两条螺旋的双链解开合成子链合成子链:以解开的母链为模板以解开的母链为模板,按按_原则原则,合成子链合成子链形成新的形成新的DNADNA分子分子:每一条子链与其对应的母链盘绕成每一条子链与其对应的母链盘绕成_结构结构,形成两个新的形成两个新的DNADNA分子。分子。碱基互补配对碱基互补配对双螺旋双螺旋5.5.结果结果:一个一个DNADNA分子经复制产生两个分子经复制产生两个_的子的子代代DNADNA分子。分子。6.6.意义意义:D
4、NA:DNA复制是遗传物质从复制是遗传物质从_向向_传递的基传递的基础。础。完全相同完全相同亲代亲代子代子代【速记卡片】【速记卡片】1.DNA1.DNA分子结构特点的分子结构特点的“五四三二一五四三二一”:“五五”:五种元素五种元素CC、H H、O O、N N、P P。“四四”:四种碱基四种碱基AA、T T、G G、C(C(对应四种脱氧核苷对应四种脱氧核苷酸酸)。“三三”:三种物质三种物质磷酸基团、脱氧核糖、碱基。磷酸基团、脱氧核糖、碱基。“二二”:二条脱氧核苷酸长链二条脱氧核苷酸长链(A-T(A-T、G-CG-C二种碱基配对二种碱基配对方式方式)。“一一”:一种空间结构一种空间结构规则的双螺
5、旋结构。规则的双螺旋结构。2.DNA2.DNA复制的两个必记知识点复制的两个必记知识点:(1)DNA(1)DNA复制特点复制特点:边解旋边复制、半保留复制。边解旋边复制、半保留复制。(2)(2)复制的复制的“四要素四要素”。模板模板:DNA:DNA分子的两条链。分子的两条链。原料原料:游离的四种脱氧核苷酸。游离的四种脱氧核苷酸。酶酶:解旋酶和解旋酶和DNADNA聚合酶等。聚合酶等。能量能量:细胞呼吸产生的细胞呼吸产生的ATPATP。3.DNA3.DNA复制的场所和意义复制的场所和意义:(1)(1)场所。场所。真核细胞真核细胞:细胞核细胞核(主要主要)、线粒体、叶绿体。、线粒体、叶绿体。原核细胞
6、原核细胞:拟核、细胞质。拟核、细胞质。(2)(2)意义意义:DNA:DNA复制是遗传物质从亲代向子代传递的基复制是遗传物质从亲代向子代传递的基础。础。考点一考点一DNADNA分子的结构及模型制作分子的结构及模型制作1.DNA1.DNA分子的结构分子的结构:(1)(1)基本组成单位基本组成单位脱氧核苷酸。脱氧核苷酸。DNADNA分子中磷酸基团、脱氧核糖、含氮碱基之间的分子中磷酸基团、脱氧核糖、含氮碱基之间的数量比为数量比为111111。戊糖戊糖:脱氧核糖。脱氧核糖。碱基碱基:共有共有4 4种种,分别是分别是A(A(腺嘌呤腺嘌呤)、T(T(胸腺嘧啶胸腺嘧啶)、G(G(鸟嘌呤鸟嘌呤)、C(C(胞嘧啶
7、胞嘧啶)。(2)(2)结构中的结构中的“键键”。磷酸二酯键磷酸二酯键:相邻两个脱氧核苷酸的磷酸基团和脱相邻两个脱氧核苷酸的磷酸基团和脱氧核糖之间形成的化学键氧核糖之间形成的化学键,用限制性核酸内切酶处理用限制性核酸内切酶处理可切断可切断,用用DNADNA连接酶处理可连接。连接酶处理可连接。氢键氢键:碱基对之间的化学键为氢键碱基对之间的化学键为氢键,可用解旋酶断裂可用解旋酶断裂,也可加热断裂。也可加热断裂。A A与与T T之间含两个氢键之间含两个氢键,G,G与与C C之间含三之间含三个氢键。个氢键。2.DNA2.DNA分子的特点分子的特点:(1)(1)相对稳定性相对稳定性:磷酸基团和脱氧核糖交替
8、连接磷酸基团和脱氧核糖交替连接,排列排列在外侧构成基本骨架。在外侧构成基本骨架。(2)(2)多样性多样性:不同的不同的DNADNA分子中脱氧核苷酸的数目不同分子中脱氧核苷酸的数目不同,排列顺序多种多样。若某排列顺序多种多样。若某DNADNA分子中有分子中有n n个碱基对个碱基对,则则排列顺序有排列顺序有4 4n n种种,其中其中n n代表碱基对数。代表碱基对数。(3)(3)特异性特异性:每个每个DNADNA分子都有特定的碱基对排列顺序分子都有特定的碱基对排列顺序,代表了特定的遗传信息。代表了特定的遗传信息。3.DNA3.DNA分子中碱基的计算方法分子中碱基的计算方法:在双链在双链DNADNA分
9、子中各种碱基之间存在一定的数量关系分子中各种碱基之间存在一定的数量关系,而且有一定的规律而且有一定的规律,从以下三个方面归纳从以下三个方面归纳:(1)(1)嘌呤总数与嘧啶总数的规律。嘌呤总数与嘧啶总数的规律。双链双链DNADNA中中,由于由于A=T,G=C,A=T,G=C,则则A+G=T+C,A+G=T+C,即嘌呤总数与嘧即嘌呤总数与嘧啶总数相等。啶总数相等。(2)(2)互补碱基之和规律。互补碱基之和规律。在双链在双链DNADNA分子中分子中,互补碱基之和所占比例在任意一条互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个链及整个DNADNA分子中都相等。分子中都相等。设双链设双链DNADNA分子的两条链
10、分子的两条链,分别是分别是L L、M,M,其中的一条链其中的一条链上上A AL L+T+TL L=n%,=n%,因为因为A AL L=T=TM M,A,AM M=T=TL L,则则:A:AL L+T+TL L=A=AM M+T+TM M=n%=n%。所。所以以A+T=(AA+T=(AL L+A+AM M+T+TL L+T+TM M)/2=n%)/2=n%。简记为。简记为“配对配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等的两碱基之和在单、双链中所占比例相等”。n%n%2(3)(3)非互补碱基之和规律。非互补碱基之和规律。单链之间单链之间倒数倒数:双链双链DNADNA分子中分子中,非互补碱基之非互补碱
11、基之和的比值在两条互补链中互为倒数。和的比值在两条互补链中互为倒数。设双链设双链DNADNA分子中分子中,一条链上一条链上:=m,:=m,则则:,:,互补链上互补链上=1111AGTC11221122AGTCmTCAG2222AG1TCm。整个整个DNADNA分子中分子中“1”“1”。整个整个DNADNA分子中分子中,非互补碱基之和的比值为非互补碱基之和的比值为1,1,即即:(A+G)/(T+C)=1(A+G)/(T+C)=1。4.4.制作制作DNADNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型:(1)(1)原理原理:DNA:DNA分子的空间结构特点分子的空间结构特点规则的双螺旋规则的双螺旋结构。结构。(
12、2)(2)实验目的实验目的:通过制作通过制作DNADNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型,加深对加深对DNADNA分子结构特点的理解和认识。分子结构特点的理解和认识。(3)(3)制作步骤。制作步骤。选择材料制作若干个磷酸、脱氧核糖、碱基选择材料制作若干个磷酸、脱氧核糖、碱基 多多个脱氧核苷酸个脱氧核苷酸 脱氧核苷酸长链脱氧核苷酸长链 一个一个DNADNA分分子子 DNADNA双螺旋结构双螺旋结构(4)(4)注意事项。注意事项。选材时选材时,用不同形状和颜色的材料分别代表脱氧核用不同形状和颜色的材料分别代表脱氧核糖、磷酸和不同的碱基。糖、磷酸和不同的碱基。要选用有一定强度和韧性的支架和连接的材料。要
13、选用有一定强度和韧性的支架和连接的材料。【提分技法】【提分技法】解答碱基计算的解答碱基计算的“三个三个”步骤步骤第一步第一步:搞清题中所给的和所求的碱基比例是占整个搞清题中所给的和所求的碱基比例是占整个DNADNA分子的比例还是占其中一条链的比例。分子的比例还是占其中一条链的比例。第二步第二步:画出一个画出一个DNADNA分子模式图分子模式图,并在图中标出已知并在图中标出已知和所求的碱基。和所求的碱基。第三步第三步:根据碱基互补配对原则及有关规律进行计算。根据碱基互补配对原则及有关规律进行计算。【典例】【典例】(2017(2017浙江浙江1111月选考真题月选考真题)某真核生物某真核生物DNA
14、DNA片段的结构示意图如下。下列叙述正确的是片段的结构示意图如下。下列叙述正确的是()A.A.的形成需要的形成需要DNADNA聚合酶催化聚合酶催化B.B.表示腺嘌呤脱氧核苷酸表示腺嘌呤脱氧核苷酸C.C.的形成只能发生在细胞核的形成只能发生在细胞核D.D.若若a a链中链中A+TA+T占占48%,48%,则则DNADNA分子中分子中G G占占26%26%【解题指导】【解题指导】本题主要考查本题主要考查DNADNA片段的结构特点。图片段的结构特点。图中中表示氢键表示氢键,它的形成不需要它的形成不需要DNADNA聚合酶催化聚合酶催化;表表示腺嘌呤示腺嘌呤;表示磷酸二酯键表示磷酸二酯键,它的形成不仅发
15、生在真它的形成不仅发生在真核生物的细胞核中核生物的细胞核中,还发生在叶绿体和线粒体中还发生在叶绿体和线粒体中;a;a链链中中A+T=48%,A+T=48%,互补链互补链A+T=48%,A+T=48%,则则DNADNA中中A+T=48%,G+C=52%,A+T=48%,G+C=52%,且且G=C=26%G=C=26%。答案答案:D D【加固训练】【加固训练】(2015(2015浙江浙江1010月选考真题月选考真题)如图表示某同学制作的如图表示某同学制作的DNADNA双螺旋结构模型的一个片段。其中存在的错误双螺旋结构模型的一个片段。其中存在的错误有有()A.3A.3处处B.5B.5处处C.7C.7
16、处处D.8D.8处处【解析】【解析】选选C C。DNADNA不含有尿嘧啶不含有尿嘧啶(U);(U);组成组成DNADNA的糖是的糖是脱氧核糖而不是核糖脱氧核糖而不是核糖;碱基互补配对应该是腺嘌呤与碱基互补配对应该是腺嘌呤与胸腺嘧啶胸腺嘧啶(A(A与与T);T);胞嘧啶与鸟嘌呤之间应该是三个氢胞嘧啶与鸟嘌呤之间应该是三个氢键键;图中腺嘌呤和鸟嘌呤的碱基结构错误图中腺嘌呤和鸟嘌呤的碱基结构错误;胞嘧啶所在胞嘧啶所在的脱氧核苷酸中有的脱氧核苷酸中有2 2处错误处错误,即磷酸连接位置错误即磷酸连接位置错误,五五碳糖的结构错误。碳糖的结构错误。考点二考点二DNADNA复制及有关计算复制及有关计算1.DN
17、A1.DNA复制的总结复制的总结:场所场所真核细胞真核细胞:细胞核细胞核(主要主要)、线粒体、叶绿体、线粒体、叶绿体原核细胞原核细胞:拟核、细胞质拟核、细胞质特点特点 半保留复制半保留复制;多个复制起点多个复制起点过程过程图解图解意义意义遗传信息的传递遗传信息的传递,使物种保持相对稳定和延使物种保持相对稳定和延续续;由于复制差错而出现基因突变由于复制差错而出现基因突变,从而为进化从而为进化提供了原始选择材料提供了原始选择材料2.DNA2.DNA复制为半保留复制复制为半保留复制,若将亲代若将亲代DNADNA分子复制分子复制n n代代,其结果分析如下其结果分析如下:(1)DNA(1)DNA分子数。
18、分子数。子代子代DNADNA分子数分子数=2=2n n个。个。含有亲代含有亲代DNADNA链的子代链的子代DNADNA分子数分子数=2=2个。个。不含亲代不含亲代DNADNA链的子代链的子代DNADNA分子数分子数=(2=(2n n-2)-2)个。个。(2)(2)脱氧核苷酸链数。脱氧核苷酸链数。子代子代DNADNA分子中脱氧核苷酸链数分子中脱氧核苷酸链数=2=2n+1n+1条。条。亲代脱氧核苷酸链数亲代脱氧核苷酸链数=2=2条。条。新合成的脱氧核苷酸链数新合成的脱氧核苷酸链数=(2=(2n+1n+1-2)-2)条。条。(3)(3)消耗的脱氧核苷酸数。消耗的脱氧核苷酸数。若一亲代若一亲代DNAD
19、NA分子含有某种脱氧核苷酸分子含有某种脱氧核苷酸m m个个,经过经过n n次次复制复制,需要消耗该脱氧核苷酸需要消耗该脱氧核苷酸m(2m(2n n-1)-1)个。个。第第n n次复制所需该脱氧核苷酸数为次复制所需该脱氧核苷酸数为m2m2n-1n-1个。个。(4)(4)复制出现异常的结果复制出现异常的结果:DNA:DNA复制过程中其中一条链复制过程中其中一条链发生差错发生差错,复制复制n n代后代后,发生突变的发生突变的DNADNA占全部占全部DNADNA数的数的50%50%。【典例】【典例】(2017(2017浙江浙江4 4月选考真题月选考真题)若将处于若将处于G G1 1期的期的胡萝卜愈伤组
20、织细胞置于含胡萝卜愈伤组织细胞置于含3 3H H标记的胸腺嘧啶脱氧核标记的胸腺嘧啶脱氧核苷培养液中苷培养液中,培养至第二次分裂中期。下列叙述正确培养至第二次分裂中期。下列叙述正确的是的是()A.A.每条染色体中的两条染色单体均含每条染色体中的两条染色单体均含3 3H HB.B.每个每个DNADNA分子的两条脱氧核苷酸链均含分子的两条脱氧核苷酸链均含3 3H HC.C.每个每个DNADNA分子中均只有一条脱氧核苷酸链含分子中均只有一条脱氧核苷酸链含3 3H HD.D.每条染色单体均只有一个每条染色单体均只有一个DNADNA分子的两条脱氧核苷分子的两条脱氧核苷酸链含酸链含3 3H H【解题指导】【
21、解题指导】本题借助同位素标记法考查本题借助同位素标记法考查DNADNA的复的复制。制。DNADNA的复制方式是半保留复制的复制方式是半保留复制,将胡萝卜愈伤组织将胡萝卜愈伤组织细胞置于含细胞置于含3 3H H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷培养液中标记的胸腺嘧啶脱氧核苷培养液中,两两次分裂后次分裂后,会出现有一条链被会出现有一条链被3 3H H标记的双链标记的双链DNADNA和双链和双链都被都被3 3H H标记的标记的DNA,DNA,这种情况下这种情况下,一个双链一个双链DNADNA构成一条构成一条染色单体染色单体,故每条染色单体都含有故每条染色单体都含有3 3H H标记标记,A,A项正确。项正确。两次
22、分裂后两次分裂后,既会出现两条脱氧核苷酸链均含既会出现两条脱氧核苷酸链均含3 3H H的情的情况况,也会出现只有一条脱氧核苷酸链含也会出现只有一条脱氧核苷酸链含3 3H H的情况的情况,B,B、C C、D D均错误。均错误。答案答案:A A【加固训练】【加固训练】用用3232P P标记了玉米体细胞标记了玉米体细胞(含含2020条染色体条染色体)的的DNADNA分子双链分子双链,再将这些细胞转入不含再将这些细胞转入不含3232P P的培养基中的培养基中培养培养,在第二次细胞分裂的中期、后期在第二次细胞分裂的中期、后期,一个细胞中的一个细胞中的染色体总条数和被染色体总条数和被3232P P标记的染
23、色体条数分别是标记的染色体条数分别是()A.A.中期中期2020和和2020、后期、后期4040和和2020B.B.中期中期2020和和1010、后期、后期4040和和2020C.C.中期中期2020和和2020、后期、后期4040和和1010D.D.中期中期2020和和1010、后期、后期4040和和1010【解析】【解析】选选A A。用。用3232P P标记了玉米体细胞标记了玉米体细胞(含含2020条染色体条染色体)的的DNADNA分子双链分子双链,转入不含转入不含3232P P的培养基中培养的培养基中培养,第一次第一次分裂产生的子细胞每一条染色体含的一个分裂产生的子细胞每一条染色体含的一
24、个DNADNA分子有分子有一条链含一条链含3232P P标记。在第二次细胞分裂的中期时标记。在第二次细胞分裂的中期时,每一每一条染色体含的两个条染色体含的两个DNADNA分子有一条链含分子有一条链含3232P P。在细胞分。在细胞分裂后期裂后期,染色体有染色体有4040条条,但含但含3232P P标记的染色体只有一半标记的染色体只有一半(20(20条条)。【易错易混】【易错易混】1.ATP1.ATP中的中的“A”DNAA”DNA分子中的分子中的“A”:A”:ATPATP中的中的“A”A”是腺苷是腺苷,DNA,DNA分子中的分子中的“A”A”是腺嘌呤。是腺嘌呤。2.DNA2.DNA分子复制并非一
25、定准确无误分子复制并非一定准确无误:在在DNADNA分子复制过程中分子复制过程中,也可能发生差错也可能发生差错,它是生物遗它是生物遗传和变异的物质基础和根本原因。传和变异的物质基础和根本原因。3.DNA3.DNA分子经过分子经过n n次复制的结果与第次复制的结果与第n n次复制的结果不次复制的结果不同同:经过经过n n次复制形成次复制形成2 2n n个个DNADNA分子分子,第第n n次复制形成次复制形成2 2n-1n-1个个DNADNA分子。分子。4.4.脱氧核苷酸链数脱氧核苷酸链数DNADNA分子数分子数:在分析被标记在分析被标记DNADNA分子所占的比例时分子所占的比例时,要注意的是要注
26、意的是DNADNA分子数分子数,还是脱氧核苷酸链数还是脱氧核苷酸链数,二者之间的关系是二者之间的关系是1212的关系。的关系。【强化训练】【强化训练】1.1.如图是四种化合物的化学组成如图是四种化合物的化学组成,“,“”中所对应的中所对应的名称正确的是名称正确的是()A.A.腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸B.B.腺苷腺苷C.C.腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸D.D.腺嘌呤腺嘌呤【解析】【解析】选选C C。据图可知。据图可知为腺嘌呤核糖核苷酸为腺嘌呤核糖核苷酸;为为腺嘌呤腺嘌呤;为腺嘌呤脱氧核苷酸为腺嘌呤脱氧核苷酸;为腺嘌呤核糖核苷为腺嘌呤核糖核苷酸。酸。【加固训练】【加固训练】下列有关下列
27、有关DNADNA复制的叙述复制的叙述,不正确的是不正确的是()A.DNAA.DNA在复制过程中可能会发生差错在复制过程中可能会发生差错B.DNAB.DNA的复制过程是先解旋后复制的复制过程是先解旋后复制C.DNAC.DNA的复制通常发生在细胞分裂间期的复制通常发生在细胞分裂间期D.DNAD.DNA复制过程需要复制过程需要DNADNA聚合酶聚合酶【解析】【解析】选选B B。一般情况下。一般情况下,子代子代DNADNA与亲代与亲代DNADNA保持一保持一致致,但也有可能发生差错但也有可能发生差错,A,A项正确项正确;DNA;DNA的复制过程是的复制过程是边解旋边复制边解旋边复制,B,B项错误项错误
28、;DNA;DNA复制通常发生在细胞分裂复制通常发生在细胞分裂间期间期,需要需要DNADNA聚合酶等聚合酶等,C,C、D D项正确。项正确。2.2.先用同位素先用同位素1414C C标记一个标记一个DNADNA分子分子,然后加入含有然后加入含有1212C C的游离的脱氧核苷酸的游离的脱氧核苷酸,在适宜的条件下经过在适宜的条件下经过n n次复制后次复制后,所得子代所得子代DNADNA分子中含有分子中含有1212C C的脱氧核苷酸链数与含的脱氧核苷酸链数与含1414C C的脱氧核苷酸链数之比是的脱氧核苷酸链数之比是()A.2A.2n n11B.(2B.(2n n-2)n-2)nC.(2C.(2n n-2)2-2)2D.(2D.(2n n-1)1-1)1【解析】【解析】选选D D。n n次复制后次复制后,可得可得2 2n n个个DNADNA分子分子,其中含其中含有有1414C C标记的标记的DNADNA只有只有2 2个个,含有含有1414C C的脱氧核苷酸链数也的脱氧核苷酸链数也只有只有2 2个个,因此经过因此经过n n次复制后次复制后,所得子代所得子代DNADNA分子中含分子中含有有1212C C的脱氧核苷酸链数与含的脱氧核苷酸链数与含1414C C的脱氧核苷酸链数之比的脱氧核苷酸链数之比是是(2(2n n-1)-1)22=(222=(2n n-1)1-1)1。
