2025届高三生物一轮复习课件第20讲DNA分子的结构、复制与基因的本质

第六单元 遗传的分子基础 第20讲 DNA分子的结构、复制与基因的本质 考情分析 考点 由高考知核心知识点 预测 DNA分子的结构、复制与基因的本质 考点一：DNA分子的结构（3年9考，全国卷3年0考） （2024·湖北）DNA分子结构 （2024·湖南）DNA分子结构 （2022·重庆）DNA分子结构 （2022·河北）DNA分子结构 （2022·浙江）DNA分子结构 （2022·广东）DNA分子结构 （2024·浙江）DNA分子的复制 （2023·山东）DNA分子的复制 （2022·海南）DNA分子的复制 题型：选择题、解答题 内容：本专题知识难度较低、较高的两级分化，要求基础要扎实。考查学生对相关实验的整体性的认识,或结合一些情景信息或表格信息设置题目，考查学生的应变能力、获取信息和综合分析能力。 考点二：DNA分子的复制（3年16考，全国卷3年1考） 考点三：基因通常是有遗传效应的DNA片段（3年3考，全国卷3年0考） 1.概述DNA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 2.概述DNA通过半保留方式进行复制 3.概述多数生物的基因是DNA的功能片段，有些病毒的基因在RNA分子上 课标要求 1.DNA双螺旋结构：DNA双螺旋结构的特点？ 2.什么是遗传信息？DNA的多样性、DNA的特异性？生物体多样性和特异性的物质基础是什么？ 3.DNA复制有关计算：通过模型（画图）分析一个DNA复制n次， 子代DNA的总数？含15N的DNA数量？只含15N的DNA数量？含14N的DNA数量？只含14N的DNA数量？ 子代DNA脱氧核苷酸链数？15N的链数？14N的链数？ 4.DNA复制：时间？场所？过程？结果？特点?方式？DNA准确复制的原因？ DNA准确复制的意义？ 解旋酶、DNA聚合酶作用？基因与DNA的关系？ 自主梳理课本（必修二）3.3-3.4 考点一 DNA分子的结构 知识点一、DNA结构模型的构建 1.模型构建者 1953年，美国生物学家沃森和英国物理学家克里克。 2.模型构建过程 DNA是以4种 为单位连接而成的长链, 这4种脱氧核苷酸分别含有 4种碱基 脱氧核苷酸 A、T、G、C 威尔金斯和富兰克林获得了DNAX射线的衍射图谱 双螺旋和三螺旋结构模型 构建模型1 否定 (碱基位于螺旋的外部,骨架在内部) 双螺旋结构模型 (磷酸—脱氧核糖骨架在外部,碱基在内部，且相同碱基进行配对) 构建模型2 否定 查哥夫提出DNA分子碱基数量关系: 。 A=T,G=C 双螺旋结构模型 (A与T配对,G与C配对, DNA分子稳定) 构建模型3 基本单位： 考点一 DNA分子的结构 知识点二、DNA（脱氧核糖核酸）的结构 5种基本元素： C、H、O、N、P 4种 脱氧核苷酸 3种小分子： 一分子磷酸、一分子脱氧核糖、一分子含氮碱基 脱氧 核糖 含氮碱基 磷酸 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ A腺嘌呤 G鸟嘌呤 C胞嘧啶 T胸腺嘧啶 热门考点1： DNA的水解产物？彻底水解产物？ （含氮碱基不同） DNA初步水解产物是脱氧核糖(4种) DNA彻底水解产物是磷酸(1种)、 脱氧核糖(1种)、 碱基(4种)。 考点一 DNA分子的结构 知识点二、DNA（脱氧核糖核酸）的结构 A C G 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ 2条链（一般）： T C G 磷酸和脱氧核糖交替连接排列在外侧—构成基本骨架 碱基排列在内侧，通过氢键相连构成碱基对，遵循碱基互补配对原则 碱基对的比例越高，DNA分子越稳定 磷酸二酯键 氢键 考点一 DNA分子的结构 知识点二、DNA（脱氧核糖核酸）的结构 2条链（一般）： 反向平行 A C G 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ T C G 磷酸二酯键 氢键 5’端 OH 3’端 【教材隐性知识】DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，称作5′－端；另一端有一个羟基(—OH)，称作3′－端；两条单链走向相反 3’端 5’端 考点一 DNA分子的结构 知识点二、DNA（脱氧核糖核酸）的结构 2条链（一般）： 反向平行 A C G 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ T C G 磷酸二酯键 氢键 5’端 OH 3’端 3’端 5’端 每个DNA分子片段中，有几个游离的磷酸基团？ 2个 一个磷酸基团可以连接几个脱氧核糖？ 1个或2个 考点一 DNA分子的结构 知识点二、DNA（脱氧核糖核酸）的结构 2条链（一般）： 反向平行 A C G 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ T C G 磷酸二酯键 氢键 5’端 OH 3’端 3’端 5’端 一条链上的碱基如何连接？ 通过脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖相连接 两条链之间的碱基如何连接？ 通过氢键相连 考点一 DNA分子的结构 知识点四、巧解DNA分子中有关碱基比例计算—— “三步曲” 1.一个DNA分子有1000个碱基对，其中A=240个，该DNA分子中含有___个氢键。 2.某生物细胞DNA分子的碱基中，腺嘌呤的分子数占18%，那么鸟嘌呤的分子数占_______。 3.某DNA中A+T占整个DNA碱基总数的44%，其中一条链上的G占该链碱基总数的21%，那么，对应的另一条互补链上的G占该链碱基总数的比例是____ 4.DNA的一个单链中（A+T）/（G+C）=0.4,上述比例在其互补单链和整个DNA分子中分别是_____、_____。 5.DNA的一个单链中（A+C）/（G+T）=0.4,上述比例在其互补单链和整个DNA分子中分别是_____、_____。 考点二 DNA的复制 知识点一、DNA半保留复制的实验证据 ①全保留复制：新复制出的分子直接形成，完全没有旧的部分； ②半保留复制：形成的分子一半是新的，一半是旧的； ③弥散复制：新复制的分子中新旧都有，但分配是随机组合的 复制一次 复制一次 复制一次 1.对DNA分子复制的猜测 考点二 DNA的复制 知识点一、DNA半保留复制的实验证据 1.对DNA分子复制的猜测 如何验证这个假说呢？关键思路是？ 关键思路：通过实验区分亲代和子代的DNA 问题1：DNA是肉眼看不可见的，如何做区分亲代和子代的DNA呢？ 梅塞尔森 斯塔尔 1958年 同位素标记技术 大肠杆菌（繁殖快，20min一代） 考点二 DNA的复制 知识点一、DNA半保留复制的实验证据 2.实验者: 美国生物学家__________和__________。 3.研究方法: 4.实验材料: 5.实验技术: 6.实验原理: 梅塞尔森 斯塔尔 假说—演绎法 大肠杆菌 同位素标记法和密度梯度离心法 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。　　　 轻带 中带 重带 考点二 DNA的复制 知识点一、DNA半保留复制的实验证据 7.DNA复制方式的探究: 如果子代Ⅰ只有一条中密度带： 如果子代Ⅰ只有一条中密度带，再继续做子代ⅡDNA密度鉴定 若子代Ⅱ可以分出一条中密度带和一条轻密度带，则可以排除分散复制，同时肯定半保留复制；如果子代Ⅱ不能分出中、轻密度两条带，则排除半保留复制，同时确定为弥散复制。 则可以排除全保留复制，但不能肯定是半保留复制或分散复制。 考点二 DNA的复制 知识点一、DNA半保留复制的实验证据 8.实验验证及结果: 实验结果与半保留推理结果相同。 得出结论: DNA复制方式为半保留复制。 (5)只含14N 的分子_______个 将含有15N标记的DNA分子（亲代）放到含14N的培养液中连续复制n次 15N 15N 15N 14N 亲代 复制1次 15 14 14 15 复制2次 15 14 14 14 14 14 14 15 复制3次 15 14 14 14 14 14 14 15 14 14 14 14 14 14 14 14 ...... 复制n次 (1)共有DNA分子 个 2n (2)含15N 的分子____个 2 (4)含14N 的分子_____个 2n (3)只含15N 的分子___个 2n -2 0 1.分子数目计算： 考点二 DNA的复制 知识点二、DNA半保留复制相关计算问题 考点二 DNA的复制 知识点二、DNA半保留复制相关计算问题 将含有15N标记的DNA分子（亲代）放到含14N的培养液中连续复制n次 15N 15N 15N 14N 亲代 复制1次 15 14 14 15 复制2次 15 14 14 14 14 14 14 15 复制3次 15 14 14 14 14 14 14 15 14 14 14 14 14 14 14 14 ...... 复制n次 (1)脱氧核苷酸链共 条 2n+1 (2)含15N 的链_______条 2 （3）含14N 的链__________条 2n+1 -2 2.脱氧核苷酸链数计算： 15N 15N 15N 14N 亲代 复制1次 15 14 14 15 复制2次 15 14 14 14 14 14 14 15 复制3次 15 14 14 14 14 14 14 15 14 14 14 14 14 14 14 14 ...... 复制n次 第1次复制需要腺嘌呤m个 3.碱基个数计算： 假设在亲代DNA中含有腺嘌呤m个 第2次复制需要腺嘌呤2m个 第3次复制需要腺嘌呤4m个 第n次复制需要腺嘌呤 m×2n-1 个 复制n次共需要腺嘌呤 个 m×(2n -1) 1→ 2n 新合成的DNA分子共2n -1 考点二 DNA的复制 知识点二、DNA半保留复制相关计算问题 【特别提示】“DNA复制”相关题目的4点“注意” (1)注意“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别，前者包括所有的复制，但后者只包括第n次的复制。 (2)注意碱基的单位是“对”还是“个”。 (3)切记在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两个。 (4)看清试题中问的是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词，以免掉进陷阱。 考点二 DNA的复制 知识点三、DNA复制的过程 概念 场所 时期 条件 DNA的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。 主要是在细胞核(次要在线粒体、叶绿体) 细胞分裂（有丝分裂或减数分裂）前的间期 DNA的复制 模板 原料 酶 能量 亲代DNA分子中的两条母链 以细胞中游离的4种脱氧核苷酸 解旋酶、DNA聚合酶等 ATP等 考点二 DNA的复制 知识点三、DNA复制的过程 特点 精确复制的原因 意义 方向 结果 ①半保留复制；②边解旋边复制； （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。 将遗传信息从亲代传给子代，从而保持遗传信息的连续性。 一个DNA分子形成两个完全相同的DNA分子 从子链的5' 端向 3' 端延伸 DNA复制的过程 22 考点三 基因通常是有遗传效应的DNA片段 知识点一、基因本质 1.基因是通常是有遗传效应的DNA片段。 理解：（1）基因通常是DNA的片段 （2）基因是有遗传效应的片段 2.有些病毒的遗传物质是RNA，对于这些病毒而言，基因就是有遗传效应的RNA片段。 能编码蛋白质 考点三 基因通常是有遗传效应的DNA片段 知识点二、不同生物的基因组测序（常考点） 生物种类 人类 果蝇 水稻 玉米 体细胞染色体数 染色体组成 基因组测序染色体数 原因 44＋XY 44＋XX 6＋XY 6＋XX 24 20 24 (22常＋X、Y) 5 (3常＋X、Y) 12 10 X、Y染色体非同源区段基因不同 雌雄同株， 无性染色体 22对常染色体+1对性染色体 3对常染色体 +1对性染色体 12对常 染色体 10对常 染色体 考点三 基因通常是有遗传效应的DNA片段 知识点三、基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸的关系 染色体 DNA是主要的 。 蛋白质 DNA 基因 脱氧核苷酸 每个DNA分子含有 个基因 基因通常是有 的DNA片段（本质） 基因在染色体上呈 。 基因是 的基本单位 染色体是DNA的 。 （DNA的载体还有 和 等） 每条染色体含有 个DNA分子 每个基因含有 个脱氧核苷酸 脱氧核苷酸（碱基）的 代表遗传信息。 主要载体 线粒体 叶绿体 1个或2 遗传物质 多 遗传效应 线性排列 决定生物性状 许多个 排列顺序 　高考真题演练 1.（2024·湖北·高考真题）模拟实验是根据相似性原理，用模型来替代研究对象的实验。比如“性状分离比的模拟实验”（实验一）中用小桶甲和乙分别代表植物的雌雄生殖器官，用不同颜色的彩球代表D、d雌雄配子；“建立减数分裂中染色体变化的模型”模拟实验（实验二）中可用橡皮泥制作染色体模型，细绳代表纺锤丝；DNA分子的重组模拟实验（实验三）中可利用剪刀、订书钉和写有DNA序列的纸条等模拟DNA分子重组的过程。下列实验中模拟正确的是（ ） A．实验一中可用绿豆和黄豆代替不同颜色的彩球分别模拟D和d配子 B．实验二中牵拉细绳使橡皮泥分开，可模拟纺锤丝牵引使着丝粒分裂 C．实验三中用订书钉将两个纸条片段连接，可模拟核苷酸之间形成磷酸二酯键 D．向实验一桶内添加代表另一对等位基因的彩球可模拟两对等位基因的自由组合 实验一中小球的大小、质地应该相同，使抓摸时手感一样，以避免人为误差，而绿豆和黄豆的大小、手感不同 实验二中牵拉细绳使橡皮泥分开，可模拟纺锤丝牵引姐妹染色单体分离形成染色体，而着丝粒的分裂不是纺锤丝牵引的，是酶在起作用 向实验一桶内添加代表另一对等位基因的彩球可模拟雌雄配子的自由组合 　高考真题演练 2.（2024·河北·高考真题）某病毒具有蛋白质外壳，其遗传物质的碱基含量如表所示，下列叙述正确的是（ ） 碱基种类 A C G T U 含量（％） 31.2 20.8 28.0 0 20.0 A．该病毒复制合成的互补链中G＋C含量为51.2％B．病毒的遗传物质可能会引起宿主DNA变异C．病毒增殖需要的蛋白质在自身核糖体合成D．病毒基因的遗传符合分离定律 由表可知，该病毒为RNA病毒，根据碱基互补配对原则可知，该病毒复制合成的互补链中G＋C含量与原RNA含量一致，为48.8％ 逆转录病毒经逆转录得到的DNA可能整合到宿主细胞的DNA上，引起宿主DNA变异 病毒增殖需要的蛋白质在宿主细胞的核糖体上合成 必需是进行有性生殖的真核生物的细胞核基因遗传才遵循基因的分离定律，病毒基因的遗传不符合分离定律 　高考真题演练 3.（2024·浙江·高考真题）大肠杆菌在含有³H-脱氧核苷培养液中培养，³H-脱氧核苷掺入到新合成的 DNA链中，经特殊方法显色，可观察到双链都掺入³H-脱氧核苷的 DNA区段显深色，仅单链掺入的显浅色，未掺入的不显色。掺入培养中，大肠杆菌拟核 DNA 第2 次复制时，局部示意图如图。DNA 双链区段①、②、③对应的显色情况可能是（ ） A．深色、浅色、浅色 B．浅色、深色、浅色C．浅色、浅色、深色 D．深色、浅色、深色 大肠杆菌在含有³H-脱氧核苷培养液中培养，DNA的复制方式为半保留复制，大肠杆菌拟核 DNA 第1 次复制后产生的子代DNA的两条链一条被³H标记，另一条未被标记，大肠杆菌拟核 DNA 第2 次复制时，以两条链中一条被³H标记，另一条未被标记的DNA分子为模板，结合题干显色情况，DNA 双链区段①为浅色，②中两条链均含有³H显深色，③中一条链含有³H一条链不含³H显浅色，ACD错误，B正确 　高考真题演练 4.（2023·山东·高考真题）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 据图分析，图甲时新合成的单链①比②短，图乙时①比②长，因此可以说明①和②延伸时均存在暂停现象 ①和②两条链中碱基是互补的，图甲时新合成的单链①比②短，但②中多出的部分可能不含有A、T，因此①中A、T之和与②中A、T之和可能相等 ①和②两条链中碱基是互补的，丙为复制结束时的图像，新合成的单链①与②等长，图丙时①中A、T之和与②中A、T之和一定相等 ①和②两条单链由一个双链DNA分子复制而来，其中一条母链合成子链时①的5'端指向解旋方向，那么另一条母链合成子链时②延伸方向为5'端至3'端，其模板链5'端指向解旋方向 题后悟道·归纳 有关DNA结构的5点提醒 1）DNA中并不是所有的脱氧核糖都连着两个磷酸基团，两条链各有一个脱氧核糖连着一个磷酸基团。 2）双链DNA中A与T分子数相等，G与C分子数相等，但A＋T的量不一定等于G＋C的量。 3）DNA中，当（A＋G）/（T＋C）＝1时，可能是双链DNA，也可能是单链DNA。 4）并非所有的DNA分子均具“双链”，有的DNA分子为单链。 5）DNA的特异性是由碱基的排列顺序决定的，而不是由配对方式决定的，配对方式只有四种：A—T、C—G、T—A、G—C。 　高考真题演练 5.（2022·重庆·高考真题）下列发现中，以DNA双螺旋结构模型为理论基础的是（ ） A．遗传因子控制性状 B．基因在染色体上 C．DNA是遗传物质 D．DNA半保留复制 孟德尔利用假说—演绎法提出了生物的性状是由遗传因子控制的，总结出了分离定律，并未以DNA双螺旋结构模型为理论基础 萨顿根据基因与染色体的平行关系，运用类比推理法得出基因位于染色体上的推论，并未以DNA双螺旋结构模型为理论基础 艾弗里、赫尔希和蔡斯等科学家，设法将DNA和蛋白质分开，单独、直接地研究它们的作用，证明了DNA是遗传物质，并未以DNA双螺旋结构模型为理论基础 沃森和克里克成功构建DNA双螺旋结构模型，并进一步提出了DNA半保留复制的假说， DNA半保留复制，以DNA双螺旋结构模型为理论基础 　高考真题演练 6.（2022·海南·高考真题）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）：下列有关叙述正确的是（ ） A．第一代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带，说明DNA复制方式一定是半保留复制B．第二代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带和1条轻带，说明DNA复制方式一定是全保留复制C．结合第一代和第二代细菌DNA的离心结果，说明DNA复制方式一定是分散复制D．若DNA复制方式是半保留复制，继续培养至第三代，细菌DNA离心后试管中会出现1条中带和1条轻带 不能肯定是半保留复制或分散复制 是半保留复制 若DNA复制方式是半保留复制，继续培养至第三代，形成的子代DNA只有两条链均为14N，或一条链含有14N一条链含有15N两种类型，因此细菌DNA离心后试管中只会出现1条中带和1条轻带 题后悟道·归纳 有关DNA计算的2点“注意”(1)注意“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别，前者包括所有的复制，后者只包括第n次的复制。(2)DNA复制计算时看清题中所给出的碱基的单位是“对”还是“个”；所问的是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”。 $$