2025届高三生物一轮复习 课件 DNA的结构、复制

DNA的结构、复制 DNA是怎样储存遗传信息的?又是怎样决定生物性状的? 命题规律 必备知识细目 高考试题分布 考点频度 DNA的结构 2021广东T5 2021北京T4 2023海南T13 中频 DNA的半保留复制 2021山东T5 2023山东T5 2024山东T15 2021海南T6 2022海南T11 2021辽宁T4 2023浙江T16 高频 考点一:双螺旋结构模型的构建 考点二:DNA的结构 考点三:计算 一、DNA模型的构建: 脱氧核苷酸种类 1.构建者? 2.威尔克斯和富兰克林的研究成果? 沃森和克里克据此推测DNA的结构? 3.查哥夫提出了DNA分子的碱基数量有什么关系? 沃森和克里克据此推测DNA的结构? 4.沃森和克里克构建的DNA模型中: DNA有几条链组成?方向? 基本骨架由哪些物质组成?分布? 碱基如何配对?分布? DNA衍射图谱 DNA具有螺旋结构 A=T,C=G A与T配对,C与G配对, DNA具有双螺旋结构 一、DNA模型的构建: 判断: 1.威尔克斯和富兰克林通过对DNA衍射图谱的有关数据进行分析,得出DNA分子呈螺旋结构 2.沃森和克里克用DNA衍射图谱得出DNA呈双螺旋结构 3.沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式 4.双螺旋模型的碱基互补配对原则解释了DNA分子具有稳定的直径 考点一:DNA双螺旋结构模型的构建:阅读课本P48-49 游离的磷酸基团端—5′端 羟基端—3′端 5′ 3′ 考点二:DNA分子的结构:阅读课本P50 A T A T T A G G G C C A T C DNA双螺旋结构 氢键 碱基对 1.两条链的方向? 2.DNA的元素组成? 3.氢键数?生活在热泉中的生物哪种碱基对含量相对多? 4.一条链上相邻两个碱基靠什么连接? 两条链之间两个碱基靠什么连接? 5.一个磷酸与几个脱氧核糖相连? 一个脱氧核糖与几个磷酸相连? 6.一个双链DNA分子有几个游离的磷酸基团? 环状DNA呢? 7.DNA初步水解和彻底水解的产物? 5′ 3′ 3′ 5′ A-T间2个氢键;C-G间3个氢键; 热泉中的生物C-G碱基对相对含量多 一条链:脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖 两条链:氢键 一个或两个 一个或两个 两个 0个 初步水解:脱氧核苷酸; 彻底水解:磷酸、脱氧核糖、含氮碱基 A T A T T A G G G C C A T C DNA双螺旋结构 1.紫框内结构能表示鸟嘌呤脱氧核苷酸吗? 2.DNA中的化学键? 解旋酶作用于哪个部位? DNA聚合酶呢? 限制酶和DNA连接酶作用于哪个部位? 5′ 3′ 5′ 突破一:DNA的结构 氢键、磷酸二酯键 氢键 磷酸二酯键 磷酸二酯键 考点二:DNA的结构 考点二:DNA的结构 ①在DNA双链中嘌呤数?(><=)嘧啶数。 在DNA双链中,任意两个不互补碱基和=? 三.“归纳法”求解DNA分子中的碱基数量的计算规律 ② 若 ,,则 , G1+C1 A1+T1 =m G2+C2 A2+T2 = G+C A+T = 互补碱基之和的比例在每条链及整个DNA分子中都相同, ③不互补碱基之和的比例在两条链中互为倒数,在整个DNA分子中为1 T2 +C2 A2+G2 = T +C A+G = T1 +C1 A1+G1 =a ④在双链DNA分子中,某碱基占双链DNA碱基总数的百分比,等于此种碱基在两条链中比值的_ 一半 C 例2.已知某DNA分子中,G与C之和占全部碱基总数的35.8%,其中一条链中的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%。则在它的互补链中,T和C分别占该链碱基总数的( ) A.32.9%,17.1% B.31.3%,18.7% C.18.7%,31.3% D.17.1%,32.9% 例3.(多选)下列关于DNA分子结构和功能的叙述,错误的是( ) A.双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的 B.磷酸与脱氧核糖交替连接构成DNA双链的基本骨架 C.磷酸二酯键既可以存在于DNA分子中,也可以存在于RNA分子中 D.DNA分子的两条链是反向平行的,并且游离的磷酸基团位于同一侧 E.DNA分子一条链上的相邻碱基通过磷酸—脱氧核糖—磷酸相连 F.沃森和克里克提出在DNA双螺旋结构中嘧啶数不等于嘌呤数 ADEF B 例1.从某生物组织中提取DNA进行分析,其4种碱基数的比例是鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基总数的46%。又知该DNA的一条链(H链),所含的碱基中有28%是腺嘌呤,问与H链互补的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的( ) A.42% B.27% C.26% D.14% 例4.某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成,根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图,下列正确的是( ) C 某科学家分析了多种生物DNA的碱基组成,一部分实验数据如以下两表所示。据表回答下面的问题 (1)不同生物的 DNA 中 4 种脱氧核苷酸的比例相同吗?这说明 DNA 具有什么特点? (3)除少数病毒外,所有生物的 DNA 都由 4 种相同的碱基组成,试从生命起源和进化的角度说明原因。 不同。这表明不同生物的 DNA 中脱氧核苷酸的组成不同,说明 DNA 的碱基排列顺序具有多样性。 说明生物是由共同祖先进化而来的。 某科学家分析了多种生物DNA的碱基组成,一部分实验数据如以下两表所示。据表回答下面的问题 (2)同种生物不同器官细胞的 DNA 中脱氧核苷酸的比例基本相同,这说明 DNA 具有什么特点?为什么? 不同生物的 A、T 之和与 G、C 之和的比值不一致,这说明了什么?为什么? 说明不同生物 DNA 的碱基组成不同,表明了 DNA 的多样性。 因为不同生物在漫长的进化过程中,形成了每种生物特有的 DNA 序列。 说明同种生物 DNA 的碱基组成具有一致性。 因为同一生物不同器官的细胞来自同一个受精卵有丝分裂产生,DNA 序列是相同的 1.稳定性: (1)DNA分子中磷酸和脱氧核糖交替排列的顺序稳定不变; (2)DNA分子双螺旋结构中间为碱基对,碱基之间形成氢键,从而维持了双螺旋结构的稳定; (3)DNA分子两条链间对应碱基严格按照碱基互补配对原则进行配对; (4)每个特定的DNA分子中,碱基对的数量和排列顺序稳定不变. 2.特异性:每种DNA分子有特定的脱氧核苷酸排列顺序 3.多样性:DNA分子之间的脱氧核苷酸数目和排列顺序不同 52页STS 在刑侦领域,DNA能像指纹一样用来鉴定个人身份(DNA指纹技术)。 这一方法的科学依据? 鉴定所用的材料? DNA指纹技术还可以应用哪些方面?如何鉴定? 三、DNA的结构特点: DNA分子具有特异性 考点一:探究DNA的复制方式 考点二:DNA复制过程、计算 考点三:复制过程中的标记问题 1、从子代DNA两条链的来源区分: 若子代DNA两条链_,为半保留复制 若子代DNA两条链_,为全保留复制 都是母链或都是子链 一条母链一条子链 2、如何区分母链和子链? 同位素标记法 一、DNA复制方式的推测—— 假说-演绎法 提出问题 DNA以什么方式复制? 作出假说 半保留复制 全保留复制 弥散复制 演绎推理 关键思路:通过实验区分亲代和子代的DNA 半保留复制 全保留复制 弥散复制 15N-15N 14N 14N 14N 2、如何区分母链和子链 同位素标记法 离心技术 如何将15N、14N标记的DNA分开呢? 15N标记母链,14N标记子链 演绎推理 14N 14N F1: P: F2: 14N 验证假说 得出结论 证明DNA的复制是半保留复制 1958年,美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔 一、DNA复制的推测—— 假说-演绎法 排除全保留复制 排除弥散复制 1.科学家? 实验原理? 2.实验用到的技术? 3.检测方法? 4.科学探究方法 ? 5.如果将子一代DNA通过热变性得到单链,再进行密度梯度离心,观察条带的位置。实验结果能否证明DNA进行半保留复制?请说明理由。 6.依据DNA的半保留复制方式,请你预测子三代的实验结果。 7.用15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌若干代,目的? 8.对照组? 同位素标记法、密度梯度离心法 检测DNA分子在试管中的位置 假说演绎法 不管半保留复制,还是全保留复制,子一代DNA热变性后单链都是一半含14N,一半含15N,无法区分半保留还是全保留复制。 2个DNA14N/15N,6个DNA14N/14N 使大肠杆菌的DNA链均含15N 14N培养的大肠杆菌的DNA离心做对照 (2022 海南高考)科学家曾提出DNA复制方式的三种假说:全保留复制、半保留复制和分散复制(图1)。对此假说,科学家以大肠杆菌为实验材料,进行了如下实验(图2): D 2021年山东高考T5. 利用农杆菌转化法,将含有基因修饰系统的 T-DNA 插入到水稻细胞 M 的某条染色体上,在该修饰系统的作用下,一个 DNA 分子单链上的一个 C 脱去氨基变为 U,脱氨基过程在细胞 M 中只发生一次。将细胞 M 培育成植株 N。下列说法错误的是( ) A. N 的每一个细胞中都含有 T-DNA B. N 自交,子一代中含 T-DNA 的植株占 3/4 C. M 经 n(n≥1)次有丝分裂后,脱氨基位点为 A-U 的细胞占 1/2n D. M 经 3 次有丝分裂后,含T-DNA 且脱氨基位点为 A-T 的细胞占 1/2 D 课本P56拓展应用:下图为果蝇DNA的电镜照片,图中的泡状结构叫做DNA复制泡,是DNA上正在复制的部分。 复制泡 二01 DNA的复制(阅读课本P55) 有丝分裂前的间期和减数分裂前的间期 2.时间: 3.场所: 真核生物: 1.概念: 以亲代DNA的为模板合成子代DNA的过程 叶绿体、线粒体 原核生物: 细胞核(主要) 拟核、细胞质(质粒) 解旋酶 1)模板(母链DNA) 2)原料 4种脱氧核苷酸 3)能量(ATP) 4.条件: 5.过程: 6.子链的延伸方向: 4)酶 DNA聚合酶 DNA连接酶 25 二.DNA的复制 过程: ①解旋(解旋酶)在ATP驱动下,解旋酶将DNA双螺旋的2条链解开。 ②合成子链(DNA聚合酶)以每一条母链为模板,以游离的将4种脱氧核苷酸为原料,按照碱基互补配对原则,在DNA聚合酶的作用下合成与母链互补的1条子链。 ③形成DNA 新合成的子链不断延伸,每条新链与其对应的模板链绕成双螺旋结构。 二01 DNA的复制 5.复制过程? 破坏和形成的化学键? 解旋酶 酶 DNA聚合酶 DNA连接酶 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ 前导链 5’ 3’ 冈崎片段 后随链 氢键、磷酸二酯键 6.DNA模板链的读取方向? 子链的延伸方向? 3’-5’ 5’-3’ 半不连续复制 27 7.DNA复制的结果?分布? 8.DNA精确复制的原因? 9.DNA复制的意义? 10.特点? 二.DNA的复制 例1.下面是DNA复制的有关图示。A B C表示大肠杆菌的DNA复制。D F表示哺乳动物的DNA复制。图中黑点表示复制起点,“ ”表示复制方向,“ ”表示时间顺序。 (1)若A中含有48502个碱基对,而子链延伸速率是105个碱基对/min,假设DNA分子从头到尾复制,则理论上此DNA分子复制约需30 s,而实际上只需约16 s,根据A C过程分析,这是因为_。 特点2:双向复制 复制是双向进行的 10.特点: 二、DNA的复制 特点1:半保留复制 (2)哺乳动物的DNA分子展开可达2m之长,若按A C的方式复制,至少需要8 h,而实际上只需要约2 h,根据D F过程分析,是因为_。 DNA分子中有多个复制起点 特点3:多起点复制(真核生物) (3)A F均有以下特点:延伸的子链紧跟着解旋酶,这说明DNA分子复制是_的。 边解旋边复制 特点4:边解旋边复制 10.特点: 二、DNA的复制 特点1:半保留复制 特点2:双向复制 课本P56拓展应用2 DNA上形成多个复制泡的意义? 复制泡 1.解旋酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、单链附着蛋白的作用? 2.复制子链的延伸方向? 两条链的延伸速率相同吗? 3.DNA的复制方式? 4.DNA两条链的方向? 5.图示DNA复制特点? 维持单链结构,且不被分解。 提高复制的效率, 多个起点并不同时开始复制 半保留复制 反向平行 半保留复制、边解旋边复制、 双向复制、多起点复制 拓展:真核生物与原核生物DNA复制的区别 真核生物 DNA 的复制从多个起点开始进行,使得复制能在较短时间内完成。 原核生物 DNA 的复制只有一个复制起点。 32 微视频:DNA分子的半保留复制过程 33 2023山东高考T5. 将一个双链DNA分子的一端固定于载玻片上,置于含有荧光标记的脱氧核苷酸的体系中进行复制。甲、乙和丙分别为复制过程中3个时间点的图像,①和②表示新合成的单链,①的5'端指向解旋方向,丙为复制结束时的图像。该DNA复制过程中可观察到单链延伸暂停现象,但延伸进行时2条链延伸速率相等。已知复制过程中严格遵守碱基互补配对原则,下列说法错误的是( ) A. 据图分析,①和②延伸时均存在暂停现象 B. 甲时①中A、T之和与②中A、T之和可能相等 C. 丙时①中A、T之和与②中A、T之和一定相等 D. ②延伸方向为5'端至3'端,其模板链3'端指向 解旋方向 D (不定项)滚环式复制是噬菌体DNA常见的复制方式,其过程如图。下列说法错误的是( ) A.a链的合成是从模板链的5' 3'端,不需要引物 B.b链在合成过程中会出现一个个的冈崎片段 C.合成子链时,宿主细胞内各种脱氧核苷酸消耗速度相同 D.该过程需要宿主细胞中DNA聚合酶和DNA连接酶的催化 DNA的复制 (1)将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基上培养,复制n次,则: 共产生子代DNA分子_个; 子代DNA分子中,含15N的DNA分子_个; 子代DNA分子中,含14N的DNA分子_个; 子代DNA分子中,只含15N的DNA分子_个; 子代DNA分子中,只含14N的DNA分子_个; 2n 2 2n 0 2n - 2 三、DNA复制的相关计算 (2)DNA复制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m (2n-1)。 ②第n次复制需要该种脱氧核苷酸数为m 2n-1。 将一个不含放射性同位素32P标记的大肠杆菌(拟核DNA呈环状,共含有m个碱基,其中有a个胸腺嘧啶)放在含有32P标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中培养一段时间,检测到如图 、 两种类型的DNA(虚线表示含有放射性的脱氧核苷酸链)。下列有关该实验的结果预测与分析,正确的是( ) A.DNA第二次复制产生的子代DNA有 、 两种类型,比例为1∶3 B.DNA复制后分配到两个子细胞时,其上的基因遵循基因分离定律 C.复制n次需要胞嘧啶的数目是个 D.复制n次形成的放射性脱氧核苷酸单链为2n+1-2条 (2021 海南高考)已知5-溴尿嘧啶(5-BU)可与碱基A或G配对。大肠杆菌DNA上某个碱基位点已由A—T转变为A—5-BU,要使该位点由A—5-BU转变为G—C,则该位点所在的DNA至少需要复制的次数是( ) A.1 B.2 C.3 D.4 (2022 河北保定高三月考)某DNA分子片段中共含有3 000个碱基,其中腺嘌呤占35%。现将该DNA分子片段用15N 同位素标记过的四种游离脱氧核苷酸为原料复制3次,将全部复制产物进行密度梯度离心,得到图甲结果;如果将全部复制产物加入解旋酶处理后再离心,则得到图乙结果。下列有关分析正确的是( ) A.X层与Y层中DNA分子质量比大于1∶3 B.Y层中含15N 标记的鸟嘌呤有3 600个 C.第二次复制结束时,含14N 的DNA分子占1/4 D.W层与Z层的核苷酸数之比是7∶1 D 1.减数分裂中染色体标记情况分析 三.减数分裂与有丝分裂中染色体标记情况分析 以一个细胞中的所有DNA的两条链被标记为例 减数分裂过程中所以四个子细胞中所有DNA分子均呈杂合状态,即“31P//32P”。 1.减数分裂中染色体标记情况分析 三.减数分裂与有丝分裂中染色体标记情况分析 2.有丝分裂中染色体标记情况分析 第一次分裂: 三.减数分裂与有丝分裂中染色体标记情况分析 第二次分裂: 分析:后期时,着丝点分裂,这时携带标记元素的染色体向两极移动时(分配时)是随机的,导致细胞的一极含标记元素的染色体的个数为0 ~ 10条(玉米:2N=20) 2.有丝分裂中染色体标记情况分析 三.减数分裂与有丝分裂中染色体标记情况分析 基因的本质 阅读课本P57-59 1.基因与DNA的关系? 2.基因与遗传信息的关系? 3.DNA的多样性和特异性? 4.基因的本质? 1、说明基因与DNA关系的实例 生物体内,基因数多于DNA数,所有基因中的碱基总数少于DNA分子的碱基总数 人类基因组计划测定的是24条染色体(22条常染色体+X+Y)上DNA的碱基序列。这24个DNA分子大约含31.6亿个碱基对。其中,构成基因的碱基总数的比例不超过2% 大肠杆菌的拟核有1个DNA分子,长度约为4.7 106个碱基对,在DAN分子上分布了大约4.4 103基因,每个基因平均约1.0 103碱基对。 基因是DNA 片段 转入水母绿色荧光蛋白基因的转基因小鼠,在紫外线的照射下,也能像水母一样发光。 将外源生长激素基因导入鲤鱼的受精卵,培育出了转基因鲤鱼。与对照组相比,转基因鲤鱼的生长速率加快。 基因能控制生物的性状 基因具有 遗传效应 基因是具有遗传效应的DNA片段 对于RNA病毒而言,基因是具有遗传效应的RNA片段 基因通常是有遗传效应的DNA片段 四.基因通常是有遗传效应的DNA片段 遗传效应:指具有复制、转录、翻译、重组、突变及调控等功能 下列是某同学构建的关于基因的概念模型,其中不合理的一组组合是 ①基因和染色体的关系是:基因在染色体上呈线性排列 ②一条染色体上有多个基因,基因中的碱基数小于DNA中的碱基总数 ③基因的本质是有遗传效应的DNA片段 ④基因携带的遗传信息藴藏在核糖核苷酸的排列顺序中 ⑤基因的功能除了携带遗传信息外还能在细胞核中直接控制蛋白质的合成 A. ①②④⑤ B. ①③④⑤ C. ③④⑤ D. ④⑤ 染色体 DNA 基因 2.基因-DNA-染色体的关系 四.基因通常是有遗传效应的DNA片段 基因在染色体上呈线性排列 基本单位 特定脱氧核苷酸排列顺序代表遗传信息 每个基因含许多个脱氧核苷酸 具有遗传效应的DNA片段 每个DNA分子中含许多个基因 每条染色体上含有1个或2个DNA分子 主要载体 脱氧 核苷酸 (4种) 基因 DNA 染色体 P41 核小体=DNA+组蛋白 2.基因-DNA-染色体的关系: 3.基因的结构 基因A 基因B 基因C 含有3个基因的DNA片段的模式图 RNA聚合酶是由多个肽链构成的蛋白质,能识别并与调控序列中的结合位点结合,催化转录形成RNA。 ②基因可以是一段DNA,但一段DNA不一定是基因。 ①基因能够储存、传递和表达遗传信息,也都可能发生突变,从而决定生物体的性状,4种碱基的排列顺序蕴藏着遗传信息。 能力训练 下图为果蝇某一条染色体上的几个基因示意图,下列有关叙述正确的是( ) A. R基因中的全部脱氧核苷酸序列都能编码蛋白质 B. R、S、N、O互为非等位基因 C.果蝇的每个基因都是由成百上千个核糖核苷酸组成的 D.每个基因中有一个碱基对的替换,都会引起生物性状的改变 B 2、基因 和基因 在某条染色体DNA上的相对位置如图所示。下列说法正确的是 A.基因 和基因 的结构差别仅在于内部碱基对的排列顺序不同 B.基因 中不一定具有遗传信息但一定具有遗传效应 C.四分体时期,基因 中的两条脱氧核苷酸链之间可能发生交叉互换 D.基因 与基因 位于同一条染色体上,减数分裂时一般不能发生分离 D 磷酸二酯键 氢键 解旋酶 限制性核酸内切酶 DNA连接酶 DNA聚合酶 总结:基因表达过程各种酶作用的部位 但不同!! RNA聚合酶、 高温、 自动连接,不需要酶 DNA水解酶 逆转录酶 RNA聚合酶 基因 染色体 位于 成分 蛋白质 DNA DNA是遗传物质 功能 实验证据 肺炎双球菌的转化实验 噬菌体侵染细菌实验 章节知识体系 半保留复制 复制方式 双螺旋结构 结构 形成 模板 脱氧核苷酸 基本单位 化学组成 磷酸 脱氧核糖 碱基 A、T、G、C 种类 碱基互补配对 排列顺序 蕴藏 通常有遗传效应的DNA片段 基因 携带 遗传信息 传递 多样性 排列顺序具有 蛋白质的合成 某些RNA的合成 基因的表达 指导 与性状 的关系 $$