2025届高三生物一轮复习课件：DNA分子的结构、复制及基因的本质

【课前提问】2分钟 1、噬菌体侵染实验中短时间保温、搅拌和离心的目的分别是什么？ 第五单元 遗传的分子组成 第2讲 DNA分子的结构、复制 及基因的本质 2 考点解读 遗传的分子基础专题主要出现的考点有DNA的结构与复制，人类遗传物质的探索历程（主要从两个经典实验的实验方法和实验处理技巧等）和基因表达，如2022年广东卷T17，2022年广东卷T5、12，2021年广东卷T5等。 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 复习目标 （2023 •广东•17）放射性心脏损伤是由电离辐射诱导的大量心肌细胞凋亡产生的心脏疾病。一项新的研究表明，circRNA可以通过miRNA调控P基因表达进而影响细胞凋亡，调控机制见图。miRNA是细胞内一种单链小分子RNA，可与mRNA靶向结合并使其降解。circRNA是细胞内一种闭合环状RNA，可靶向结合miRNA使其不能与mRNA结合，从而提高mRNA的翻译水平。 回答下列问题： (1)放射刺激心肌细胞产生的_____________会攻击生物膜的磷脂分子，导致放射性心肌损伤。 (2)前体mRNA是通过_____________酶以DNA的一条链为模板合成的，可被剪切成circRNA等多种RNA。circRNA和mRNA在细胞质中通过对___________的竞争性结合，调节基因表达。 (3)据图分析，miRNA表达量升高可影响细胞凋亡，其可能的原因是_________。 (4)根据以上信息，除了减少miRNA的表达之外，试提出一个治疗放射性心脏损伤的新思路_________。 (2)过程： 20世纪30年代，科学家认识到：DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链。 1951年11月，英国生物物理学家威尔金斯（M.Wilkins）和同事富兰克林（R.E.Franklin）应用X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱，推算出DNA呈螺旋结构。 T C 【知识梳理】 一、DNA分子的结构(20分钟) 1、DNA双螺旋结构模型的构建 (1)构建者： 1953年，沃森（美国生物学家）和克里克（英国物理学家） 1952年春天，奥地利生物化学家查哥夫提出DNA分子碱基数量特点：在DNA中，腺嘌呤(A)的量=胸腺嘧啶(T)的量；鸟嘌呤(G)的量=胞嘧啶(C)的量。 2、DNA的结构 C、H、O、N、P 脱氧核苷酸 脱氧核糖和磷酸 碱基 5′－端 3′－端 相反 氢键 A G 碱基互补配对 反向平行 小结：DNA分子的结构 (1)每个DNA片段中有 个游离的磷酸基团， 个游离的羟基。而且在整个DNA分子中磷酸、 脱氧核糖和含氮碱基三者的数目 。 (2)每个脱氧核糖连接着 个磷酸，分别在 3号、5号碳原子上相连接。 (3)氢键：配对的碱基间形成碱基对，通过氢键相连，可用DNA解旋酶断裂，也可用高温断裂。G与C形成三个氢键，A与T只形成两个氢键。氢键越多，结合力越强。 G和C的含量越多，DNA的结构就越稳定。若某双链DNA碱基对为n，A有m个，则氢键数为 。 (4)磷酸二酯键：连接磷酸和相邻脱氧核苷酸的脱氧核糖的化学键，可用限制酶切断，可用DNA连接酶或DNA聚合酶连接。 (5)DNA的水解产物根据水解程度的不同而不同。 初步水解产物是 。 彻底水解产物是 。 2或1 2 相等 2 四种脱氧核苷酸 磷酸、脱氧核糖和四种含氮碱基 3n－m 3、DNA分子结构特点 4、DNA的功能：携带遗传信息（DNA分子中的碱基对的排列顺序代表遗传信息）。 ①多样性：碱基对的排列顺序千变万化。若DNA含有n个碱基对，则其可能有4n种碱基对排列顺序。 ②特异性：每个DNA分子都有其特定的碱基对排列顺序，代表了特定的遗传信息。 ③稳定性：两条主链磷酸与脱氧核糖交替连接排列在外侧构成基本骨架。内侧碱基通过氢键连接，碱基对配对方式不变等。 涉及到的基本骨架或基本支架有哪些？ ①有机大分子：碳链。 ②细胞骨架：蛋白质纤维。 ③细胞膜基本支架：磷脂双分子层。 ④DNA双螺旋结构基本骨架：脱氧核糖和磷酸交替连接。 【考题讲练】1、(2021·广东·T5)DNA双螺旋结构模型的提出是二十世纪自然科学的伟大成就之一。下列研究成果中，为该模型构建提供主要依据的是(　 　) ①赫尔希和蔡斯证明DNA是遗传物质的实验　 ②富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱　 ③查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等　 ④沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制 A.①② B.②③ C.③④ D.①④ B 【考题讲练】2、(2022·广东·T12)λ噬菌体的线性双链DNA两端各有一段单链序列。这种噬菌体在侵染大肠杆菌后其DNA会自连环化(如图)，该线性分子两端能够相连的主要原因是(　　 ) C A.单链序列脱氧核苷酸数量相等 B.分子骨架同为脱氧核糖与磷酸 C.单链序列的碱基能够互补配对 D.自连环化后两条单链方向相同 【考题讲练】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%和17.1%　　　B．31.3%和18.7% C．18.7%和31.3% D．17.1%和32.9% 【解析】由题中G＋C＝35.8%，可推知，在整个DNA分子中及任意一条链中该比值都相等。 可推知互补链中：T＝31.3%，C＝18.7%。 B 5、DNA中碱基数量的计算规律： 【方法归纳】双链DNA分子中碱基的计算规律 (1)嘌呤总数与嘧啶总数相等，即A＋G＝T＋C。 (2)在双链DNA分子中，互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等。根据双链DNA分子中A=T，G=C，图示如下： α链 —A—G—C—T—T—C—C—……m β链 —T—C—G—A—A—G—G—……m 则： 简记为“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等” Aα=Tβ Tα=Aβ Gα=Cβ Cα=Gβ (A+T)α=(A+T)β= (A+T)双链 (G+C)α=(G+C)β= (G+C)双链 (4)设 =n ，则 且以α链为模板合成的RNA中 。简记为“DNA两互补链中，不配对的两碱基之和的比值乘积为1”。 (5)在一个双链DNA分子中，某碱基占碱基总数的百分数等于每条链中该碱基所占比例的平均值。即 (3) 【考题讲练】3、（2024·浙江6月·T9）下列关于双链DNA分子结构的叙述，正确的是（     ） A．磷酸与脱氧核糖交替连接构成了DNA的基本骨架 B．双链DNA中T占比越高，DNA热变性温度越高 C．两条链之间的氢键形成由DNA聚合酶催化 D．若一条链的G+C占47%，则另一条链的A+T也占47% A 【考题讲练】4、(2021·北京·T4)酵母菌的DNA中碱基A约占32%，关于酵母菌核酸的叙述错误的是（ ） A.DNA复制后A约占32% B.DNA中C约占18% C.DNA中(A＋G)/(T＋C)＝1 D.RNA中U约占32% D 【课堂小结】 一、 DNA分子的结构 1.DNA双螺旋结构模型的构建 2.DNA的结构 3.DNA分子结构特点 4.DNA的功能： 5.DNA有关碱基数量的计算： 【当堂训练】1、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 【解析】设该单链中四种碱基含量分别为A1、T1、G1、C1，其互补链中四种碱基含量为A2、T2、C2、G2，DNA分子中四种碱基含量A、T、G、C。由碱基互补配对原则可知（A+C）/(T+G)=1，A曲线应为水平，A项错误；(A2+C2)/(T2+G2)=（T1+G1）/（A1+C1）,B曲线应为双曲线的一支，B项错误；（A+T）/（G+C）=（A1+A2+T1+T2）/(G1+G2+C1+C2)=(A1+T1)/(G1+C1),C项正确；（A1+T1）/(G1+C1)=(T2+A1)/(C2+G2),D项错误。 【当堂训练】2、(2021·全国甲卷，30)用一段由放射性同位素标记的DNA片段可以确定基因在染色体上的位置。某研究人员使用放射性同位素32P标记的脱氧腺苷三磷酸(dATP，dA－Pα～Pβ～Pγ)等材料制备了DNA片段甲(单链)，对W基因在染色体上的位置进行了研究，实验流程的示意图如下。 回答下列问题： (1)该研究人员在制备32P标记的DNA片段甲时，所用dATP的α位磷酸基团中的磷必须是32P，原因是_______________________________________________ ________________________________________________________________。 dATP分子中的两个特殊的化学键断裂后形成的dA－P是组成DNA的基本单位之一，所以α位磷酸基团中的磷是32P，才能使DNA具有32P的放射性 (2)该研究人员以细胞为材料制备了染色体样品，在混合操作之前去除了样品中的RNA分子，去除RNA分子的目的是________________ ___________ ___________________________________________________________。 防止RNA分子与DNA分子碱基互补配对结合，从而影响DNA与染色体对应位点的DNA结合 (3)为了使片段甲能够通过碱基互补配对与染色体样品中的W基因结合，需要通过某种处理使样品中的染色体DNA　　　　。 (4)该研究人员在完成上述实验的基础上，又对动物细胞内某基因的mRNA进行了检测，在实验过程中用某种酶去除了样品中的DNA，这种酶是___________________。 解旋 DNA酶(DNA水解酶) 【当堂训练】2、(2021·全国甲卷，30)用一段由放射性同位素标记的DNA片段可以确定基因在染色体上的位置。某研究人员使用放射性同位素32P标记的脱氧腺苷三磷酸(dATP，dA－Pα～Pβ～Pγ)等材料制备了DNA片段甲(单链)，对W基因在染色体上的位置进行了研究，实验流程的示意图如下。 【课前提问】2分钟 1、沃森和克里克DNA双螺旋结构模型的构建借鉴了哪些科学家的实验成果? 2、DNA分子结构特点有哪些什么？ 第五单元 遗传的分子组成 第2讲 DNA分子的结构、复制 及基因的本质（第2课时） 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 复习目标 21 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 对DNA分子复制的猜测： 【知识梳理】二、DNA的复制(20分钟) 复制一次 ＋ 复制一次 ＋ 复制一次 ＋ 沃森和克里克提出了遗传物质自我复制的假说：DNA分子复制时，DNA分子的双螺旋将解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的两条单链作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依据碱基互补配对原则，通过形成氢键，结合到作为模板的单链上。由于新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此，这种复制方式被称为半保留复制。 1、DNA半保留复制的实验证据（P53） (1)实验方法：同位素标记技术和密度梯度离心技术。 (2)实 验 者：美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔 (3)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。 (4)实验假设：DNA以半保留的方式复制。 (5)实验预期：离心后应出现3条DNA带。 ①重带(密度最大)：两条链都为15N标记的亲代双链DNA。 ②中带(密度居中)：一条链为14N标记，另一条链为15N标记的子代双链DNA。 ③轻带(密度最小)：两条链都为14N标记的子代双链DNA。 【知识梳理】二、DNA的复制 关键思路：通过实验区分亲代和子代的DNA。 (5)实验预期： ①若为半保留复制： (5)实验预期： ②若为全保留复制: (5)实验预期： ③若为弥散复制: (6)实验过程： (7)过程分析： ①立即取出，提取DNA→离心→全部重带。 ②繁殖一代后取出，提取DNA→离心→全部中带。 ③繁殖两代后取出，提取DNA→离心→1/2轻带、1/2中带。 (8)实验结论：DNA的复制是以半保留方式进行的。 排除DNA的复制是全保留复制 排除DNA复制是分散复制 【考题讲练】（2022·海南·T11）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 D 不能确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 【考题讲练】在氮源为14N和15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子分别为14N—DNA(相对分子质量为a)和15N—DNA(相对分子质量为b)。将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上，连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ)，用离心方法分离得到的结果如图所示。下列对此实验的叙述正确的是(　 　) A．Ⅰ代细菌DNA分子中两条链都是14N B．Ⅱ代细菌含15N的DNA分子占全部 DNA分子的1/4 C．预计Ⅲ代细菌DNA分子的平均相对 分子质量为(7a+b)/8 D．上述实验Ⅰ代→Ⅱ代的结果能证明DNA复制方式为半保留复制 C 2、DNA的复制 DNA复制 概念 以___________为模板合成子代DNA的过程 时间 场所 前的间期和 前的间期 主要是 ，线粒体和叶绿体中也存在 亲代DNA 有丝分裂 减数分裂 细胞核 过程 解旋 解旋酶断开氢键，将 DNA 双链解开螺旋 合成 DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，利用游离的4种脱氧核苷酸，按照碱基互补配对原则，按5’→3’方向各自合成与母链互补的一条子链 螺旋 每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构 DNA聚合酶的共同特征为： ①具有5’→3’聚合酶活性，这就决定了DNA只能沿着5’→3’方向合成； ②需要引物，DNA聚合酶不能催化DNA新链从头合成，只能催化dNTP加入核苷酸链的3'-OH末端。因而复制之初需要一段RNA引物的3’一OH端为起点，合成5’→3’方向的新链。 双向复制 DNA复制 条件 意义 精准 DNA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。 模板 原料 酶 亲代DNA的两条链 游离的4种脱氧核糖核苷酸 解旋酶、DNA聚合酶 主要由线粒体产生ATP供能 能量 模板 DNA具有独特的双螺旋结构，为复制提供精确的模板 配对 通过碱基互补配对原则，保证了复制能准确进行 特点 边解旋边复制 半保留复制 半不连续复制 两条子链的复制，一条连续，一条不连续 DNA一边解旋一边复制 子代DNA保留一条母链 两条子链复制方向相反 【思维拓展】 (1)生物体中DNA分子复制的场所： 凡是细胞内有DNA的地方均可复制，总结如下： 真核生物：细胞核(主要场所)、叶绿体、线粒体 原核生物：拟核、细胞质(如质粒的复制) DNA病毒：宿主细胞内 (2)外界条件对DNA复制的影响： 因为在DNA复制的过程中需要酶的催化作用和ATP供能，所以凡是影响酶活性和影响细胞呼吸的因素都会影响DNA的复制。 (3)DNA能够精确复制的原因： ①DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板； ②通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。 (4)在特殊情况下，在外界因素和生物内部因素的作用下，可以造成碱基配对发生差错，引发基因突变。 【考题讲练】（2023·山东·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 3.DNA复制的有关计算 (1)子代DNA分子数为2n个。 ①含有亲代链的DNA分子数为2个。 ②不含亲代链的DNA分子数为(2n-2)个。 ③含子代链的DNA有2n个。 (2)子代脱氧核苷酸链数为2n+1条。 ①亲代脱氧核苷酸链数为2条。 ②新合成的脱氧核苷酸链数为(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次复制需要消耗该脱氧核苷酸数为m·(2n-1)个。 ②第n次复制所需该脱氧核苷酸数为m·2n-1个。 【考题讲练】1.一个双链均被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。下列叙述错误的是 (　 　) A．该DNA分子的特异性与碱基对的排列顺序有关 B．复制过程需要2.4×104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的单链数目之比为1∶7 D．子代DNA分子中含32P的分子数目与只含31P的分子数目之比为1∶3 B 【考题讲练】2、(2021·浙江6月·T14)含有100个碱基对的一个DNA分子片段，其中一条链的A＋T占40%，它的互补链中G与T分别占22%和18%，如果连续复制2次，则需游离的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸数量为(　 　) A.240个 B.180个 C.114个 D.90个 B 【考题讲练】3、如图为某DNA分子片段，假设该DNA分子中有5 000对碱基，A＋T占碱基总数的34%，若该DNA分子在含14N的培养基中连续复制2次，下列叙述正确的是（ ） A.复制时作用于③处的酶为DNA聚合酶 B.DNA分子复制2次需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸9 900个 C.④处指的是腺嘌呤核糖核苷酸 D.子代中含15N的DNA分子占1/2 B 36 【课堂小结】 第3节 DNA的复制 1.DNA半保留复制的实验证据 2.DNA复制的过程 3.DNA复制的有关计算 【知识梳理】二、DNA的复制 【当堂训练】(10分钟) 1.真核细胞中某生理过程如图所示，下列叙述错误的是（ ） B A.a链和b链的方向相反，a链与c链的碱基序列相同 B.酶1可使磷酸二酯键断裂，酶2可催化磷酸二酯键的形成 C.该图表示DNA半保留复制过程，遗传信息传递方向是DNA→DNA D.植物细胞的线粒体和叶绿体中均可发生该过程 38 【当堂训练】2.（2016·全国课标卷Ⅰ·T29节选） 在有关DNA分子的研究中，常用32P来标记DNA分子。用α、β和γ表示ATP或dATP（d表示脱氧）上三个磷酸基团所处的位置（A－Pα～Pβ～Pγ或dA－Pα～Pβ～Pγ）。回答下列问题； （3）将一个某种噬菌体DNA分子的两条链用32P进行标记，并使其感染大肠杆菌，在不含有32P的培养基中培养一段时间。若得到的所有噬菌体双链DNA分子都装配成噬菌体（n个）并释放，则其中含有32P的噬菌体所占比例为2/n，原因是 。 一个含有32P标记的噬菌体双链DNA分子经半保留复制后，标记的两条单链只能分配到两个噬菌体的双链DNA分子中，因此在得到的n个噬菌体中只有2个带有标记。 一条链中 ⇒ 一条链中 ⇒ $$