第23讲 DNA的结构、复制及基因的本质-2025届高考生物一轮高效复习优质课件

第23讲 　 DNA的结构、复制及基因的本质 1.DNA分子的结构及相关计算 2.DNA的复制 3.基因通常是有遗传效应的DNA片段 1.DNA分子的结构及相关计算 2.DNA的复制 3.基因通常是有遗传效应的DNA片段 DNA分子的结构及相关计算 考点1 4 DNA双螺旋结构模型的构建 大本158 威尔金斯和富兰克林提供____________ DNA是以4种____________为单位连接而成的长链，分别含有_____________4种碱基 尝试建立多种不同的模型：双螺旋、三螺旋 失败 查哥夫提出DNA分子中 A的量等于 ,C的量等于 构建DNA 模型 沃森和克里克推算出DNA分子呈_____结构 脱氧核苷酸 A、T、G、C DNA衍射图谱 螺旋 修正、重建 验证 DNA具有恒定的直径；能解释4种碱基的数量关系；制作的模型与DNA的X射线衍射照片推算出的DNA双螺旋结构相符。 T G 沃森和克里克 双螺旋结构 沃森和克里克制作的DNA双螺旋结构模型 现存于伦敦科学博物馆 DNA的结构 大本158 C、H、O、N、P 脱氧核苷酸 此位置为氧O 2’号碳脱氧，连接的是-H DNA的结构 大本158 A与T配对，G与C配对 磷酸 碱基 脱氧核糖 A T A T T A G G G C C A T C 碱基对 游离的磷酸基团 游离的磷酸基团 5’ 5’ 3’ 3’ 3’,5′-磷酸二酯键 巩固应用 大本158 (1)由 条单链按_________方式盘旋成 _______结构 反向平行 双螺旋 2 (2)基本骨架：__________________排在外侧； 内侧排列：_______ (3)两条链上的碱基通过_____连接成碱基对， 且遵循______________原则。 脱氧核糖和磷酸交替连接 碱基 氢键 碱基互补配对 碱基之间的一一对应的关系： A与T配对，G与C配对 5’ 5’ 3’ 3’ 2个氢键 3个氢键 大本159 根据下列DNA的两模型思考回答： (1)由图1可知，每个DNA分子片段中，游离磷酸基团含有____个。单链中相邻碱基通过________________ ____ __ 连接。互补链中相邻碱基通过______连接。 (2)图2是图1的简化形式，其中①是_____________________，②是______。解旋酶作用于________部位，限制性核酸内切酶和DNA连接酶作用于________部位。 2 -脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖- 3’,5′-磷酸二酯键 氢键 ② ① 氢键 DNA聚合酶、RNA聚合酶 RNA聚合酶、加热解旋 DNA的变性： 碱基对的氢键断裂，双链变成单链 大本158 ①一个链状的双链DNA分子具有2个游离的磷酸基团，而环状DNA不存在。 ②氢键的形成不需要酶，但断裂需解旋酶或加热处理； G-C碱基对比例越大，DNA热稳定性越高。 ③相邻的碱基在DNA分子的一条单链中通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连接，在DNA的双链之间通过氢键相连接。 ④不是所有的脱氧核糖都连接着两个磷酸基团，两条链各有一个3′端的脱氧核糖连接着一个磷酸基团。　　　 DNA的复性： 变性DNA 在适当条件下，使两条彼此分开的链恢复到双螺旋结构 热变性DNA一般经缓慢冷却后即可复性，此过程称之为“退火” 解旋酶、RNA聚合酶、90-95℃ 55-60℃ DNA的结构 大本158 （1）碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的 具 n 个碱基对的DNA, 有 种碱基对排列顺序 4n 前提：不知ATGC数量 （2）碱基的特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子的 （3）稳定性：磷酸与脱氧核糖交替连接形成的基本骨架不变， 碱基之间互补配对形成氢键方式不变等 多样性 特异性 不同的生物，碱基对的排列顺序不同 双链结构不容易发生变异 大本18 染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系 大本160 一个或两个 有遗传效应的 DNA片段 许多个基因 脱氧核苷 酸排列顺序 或 碱基对的排列顺序 或 碱基的排列顺序 若某新型病毒含有尿嘧啶，则该病毒的遗传物质为______(中文名称)，其遗传信息指的是___ (1)沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式。( ) 提示　沃森和克里克以DNA衍射图谱为基础推算出DNA呈螺旋结构。 (2)某同学制作DNA双螺旋结构模型，在制作脱氧核苷酸时，需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基。( ) 提示　在制作脱氧核苷酸时，需在脱氧核糖上连接磷酸和碱基。 (3)制作DNA双螺旋结构模型时，鸟嘌呤与胞嘧啶之间用2个氢键连接物相连。( ) 提示　G、C之间形成3个氢键。 × × × (4)DNA每条链的5′端是羧基末端。( ) 提示　DNA每条链的5′端是磷酸基团末端，3′端是羟基(—OH)末端。 (5)生物体内DNA分子中(A＋T)/(G＋C)的值越大，双链DNA分子的稳定性越高。( ) 提示　G＋C含量越高，双链DNA分子越稳定。 (6)双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的。( ) 提示　DNA分子中不含核糖，一条链上相邻基本单位之间的磷酸与脱氧核糖之间以磷酸二酯键连接。 × × × 大本158 C 1.(2023·福州一中质检)下列关于DNA分子结构的叙述，正确的是(　　) A.DNA分子中含有四种核糖核苷酸 B.每个脱氧核糖上均连着两个磷酸和一个碱基 C.双链DNA分子中，碱基的数目和脱氧核糖的数目是相等的 D.双链DNA分子中，A＋T＝G＋C 大本159 C 2.(2023·广东深圳调研)下图是制作DNA双螺旋结构模型的过程图，下列叙述错误的是 (　　) A.图甲中②③交替连接构成DNA基本骨架 B.若一条链的下端是磷酸基团，则另一条链的上端也是磷酸基团 C.取两位同学制作的单链即可连接成DNA双链 D.丙到丁过程体现了DNA分子双螺旋的特点 大本159 DNA中碱基数量的计算规律 大本159 大本159 C 3.(2023·福建龙岩期末)若生物体内DNA分子中(G＋C)/(A＋T)＝a，(A＋C)/(G＋T)＝b，则下列有关两个比值的叙述中不正确的是(　　) A.a值越大，双链DNA分子的稳定性越高 B.DNA分子一条单链及其互补链中，a值相同 C.碱基序列不同的双链DNA分子，b值不同 D.经半保留复制得到的DNA分子，b值等于1 大本159 C 4.(2023·哈尔滨三中调研)在一个DNA分子中，腺嘌呤和胸腺嘧啶之和占全部碱基的42%，若其中一条链的胞嘧啶占该链碱基总数的24%，胸腺嘧啶占30%，则在其互补链上，胞嘧啶和胸腺嘧啶分别占(　　) A.12%和34% B.21%和24% C.34%和12% D.58%和30% DNA的复制 考点2 19 大本160 子一代 子二代 亲 代 全保留复制 半保留复制 分散复制 DNA以什么方式复制？ 新复制出的分子直接形成，完全没有旧的部分； 形成的分子两条链中一半是新的，一半是旧的； 新复制的分子中新旧都有，但分配是随机的 关键思路：通过实验区分亲代和子代的DNA 标记亲代DNA链，观察它们在子代DNA中如何分布 DNA半保留复制的实验证据 大本160 2.研究方法： 假说-演绎法 3.实验材料： 大肠杆菌 4.实验技术： 同位素标记法和密度梯度离心法 1.实验者： 美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔 （15N标记亲代DNA) 15N和14N是N元素的两种稳定同位素，这两种同位素的相对原子质量不同，因此，利用离心技术可以在试管中分离开含有不同N元素的DNA。 5.实验原理： 含15N的双链DNA密度大 含14N的双链DNA密度小 一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度居中 DNA半保留复制的实验证据 大本160 细胞再 分裂一次 转移到含14NH4Cl的培养液中 细胞分裂一次 提出DNA离心 提出DNA离心 提出DNA离心 排除DNA的复制是全保留复制 排除DNA的复制是分散复制 1 提出问题 2 作出假设 3 演绎推理 4 实验验证 5 实验结论 DNA的复制方式是半保留复制 1.将在14N培养基中连续多代培养的细菌转移到15N培养基中，培养两代后提取DNA进行密度梯度离心，实验结果应为 B B 2.(2023·江苏百校联考)下图为科学家设计的DNA合成的同位素标记实验，利用大肠杆菌探究DNA的复制过程，下列叙述正确的是 (　　) A.比较试管①和②的结果可证明DNA复制为半保留复制 B.实验中没有采用放射性同位素示踪的研究方法 C.可用噬菌体代替大肠杆菌进行上述实验，且提取DNA更方便 D.大肠杆菌在含有15NH4Cl的培养液中生长若干代，细胞中只有DNA含15N 大本162 真核细胞： DNA的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。 主要在细胞核中，但在线粒体、叶绿体也有DNA的复制 原核细胞： 主要在拟核中，在质粒处也有DNA的复制 细胞分裂前的间期(有丝分裂前的间期、减数分裂前的间期)，随着染色体的复制而完成。 1 概念： 2 DNA复制场所 3 发生时期(真核生物) DNA的半保留复制 病毒： 宿主细胞中 大本160 DNA的半保留复制 解旋 脱氧核苷酸 DNA聚合酶 碱基互补配对 模板、原料、能量、酶 断开氢键 作用于磷酸二酯键 DNA聚合酶只能从 引物3′端延伸DNA链 大本160 DNA的半保留复制 5 复制特点 （1）边解旋边复制（过程上） （2）半保留复制（结果上） 6 精确复制的原因 （1）DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板 （2）碱基互补配对原则，保证了复制能够准确地进行 7 复制的意义 你认为DNA复制会百分之百准确吗？如果复制出现错误，可能会产生什么影响？ 不一定，可能会出错，可能导致基因突变，引起生物体性状的改变。 DNA分子通过复制，将遗传信息从亲代细胞传给了子代细胞，保持了遗传信息的连续性 大本160 小结：DNA的复制 ①模板： ②原料： ③能量： ④酶 ： 4种游离的脱氧核苷酸 ATP 解旋酶、DNA聚合酶等 亲代DNA的两条母链 体内DNA复制以RNA片段作引物 (因为DNA聚合酶只能从引物3’端延伸DNA链) 大本330：引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸，作为新子链的合成起点,只能结合在母链的3'端，使DNA聚合酶能够从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸 DNA聚合酶不能催化DNA新链从头合成， 只能延长已存在的核苷酸链，即催化脱氧核苷酸加入核苷酸链的3'-OH端， 因此复制之初需要一段RNA(DNA)引物的作为合成起点，新链由其5'→3'延伸。 补充知识 大本160 条件: 其他: 将单个脱氧核苷酸连接到已有链上 与DNA相关的几种酶： 3.(2021·辽宁卷，4)下列有关细胞内的DNA及其复制过程的叙述，正确的是(　　) A.子链延伸时游离的脱氧核苷酸添加到3′端 B.子链的合成过程不需要引物参与 C.DNA每条链的5′端是羟基末端 D.DNA聚合酶的作用是打开DNA双链 A 大本163 拓展：复 制 原 点 复制原点处的A和T特别多，相对氢键少，不稳定，DNA容易解旋大本330 DNA分子复制时不是随机起始的，而是从特定的位点开始的，这一特定的位点叫做复制原点。想想复制原点是含A和T多，还是G和C多？ ①多复制起点 ②双向复制 ③半不连续复制 图中的复制环大小不一， 因为它们的复制时间有先后， 右侧最早，左侧最晚。 意义：提高了复制速率 复制原点是一段富含AT碱基的DNA序列，是DNA复制的起点 1.(2023·武汉市调研)如图为真核生物染色体上DNA复制过程示意图，有关叙述错误的是(　) A A.图中DNA复制是从多个起点同时开始的 B.图中DNA复制是边解旋边双向复制的 C.真核生物DNA复制过程中解旋酶作用于氢键 D.真核生物的这种复制方式提高了复制速率 大本162 DNA复制的相关计算 考点3 33 1.将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养液中连续复制n次，则： ①子代DNA共2n个 含15N的DNA分子： 个 只含15N的DNA分子： 个 含14N的DNA分子： 个 只含14N的DNA分子： 个 ②脱氧核苷酸链共2n＋1条 含15N的脱氧核苷酸链： 条 含14N的脱氧核苷酸链： 条 2 0 2n (2n－2) 2 (2n＋1－2) 1 图解法分析DNA复制相关计算 做题时看准是“含”还是“只含” 做题时看准是“DNA分子数”还是“链数” 大本161 1 图解法分析DNA复制相关计算 2.DNA分子复制过程中消耗的脱氧核苷酸数 ①若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为 __________。 ②第n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为 。 m·(2n－1) m·2n－1 碱基是“对”or“个” “DNA复制了n次”or“第n次复制” “DNA分子数”or“链数” “含”or“只含” 易错 包括所有的复制 只包括最后一次复制 B 3.(2023·襄阳四中调研)一个双链均被32P标记的DNA由5 000个碱基对组成，其中腺嘌呤占20%，将其置于只含31P的环境中复制3次。下列叙述不正确的是(　　) A.DNA复制是一个边解旋边复制的过程 B.第三次复制需要2.1×104个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸 C.子代DNA分子中含32P的单链与含31P的单链之比为1∶7 D.子代DNA分子中含32P与含31P的分子数之比为1∶4 大本162 1.2×104 C 4.(2023·江西南昌市调研)一个被15N标记的、含1 000个碱基对的DNA分子片段，其中一条链中T＋A占30%，若将该DNA分子放在含14N的培养基中连续复制3次，相关叙述正确的是(　　) A.该DNA分子的另一条链中T＋A占70% B.该DNA分子中含有A的数目为400个 C.该DNA分子第3次复制时需要消耗2 800个G D.经3次复制后，子代DNA分子中含14N的比例为7/8 大本162 2 细胞分裂过程中的同位素标记问题 (2)进行有丝分裂的细胞在细胞增殖过程中核DNA和染色体的标记情况分析 细胞DNA复制一次细胞分裂一次，如图为连续分裂两次的过程图(以一条染色体为例)。 由图可以看出，第一次有丝分裂形成的两个子细胞中所有核DNA分子均由一条亲代DNA链和一条子链组成；第二次有丝分裂后最终形成的子细胞中含亲代DNA链的染色体条数是0～2n(以体细胞染色体数为2n为例)。 大本161 2 细胞分裂过程中的同位素标记问题 (3)进行减数分裂的细胞在分裂过程中核DNA和染色体的标记情况分析 在进行减数分裂之前，DNA复制一次，减数分裂过程中细胞连续分裂两次。如图是一次减数分裂的结果(以一对同源染色体为例)。 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核DNA分子均由一条亲代DNA链和一条利用原料合成的子链组成。 大本162 将马蛔虫(2n＝4)的甲、乙两个精原细胞核DNA双链用32P标记，接着置于不含32P的培养液中培养，在特定的条件下甲细胞进行两次连续的有丝分裂、乙细胞进行减数分裂。下列相关叙述错误的是 A.甲在第一个细胞周期后，含32P的细胞数为2 B.甲在第二个细胞周期后，含32P的细胞数为2～4 C.乙在减数分裂Ⅰ后，含32P的细胞数为2 D.乙在减数分裂Ⅱ后，含32P的细胞数为2～4 D $$