第18讲 DNA是主要的遗传物质及其结构与复制-【名师大课堂】2025年高考生物艺术生总复习必备（word教师用书）

第六单元　遗传的分子基础 第18讲　DNA是主要的遗传物质及其结构与复制 考点一　DNA是主要的遗传物质 1．格里菲思的实验——体内转化 （1）肺炎链球菌的特点 比较项目 S型 R型 菌落 　光滑　 　粗糙　 菌体 　有荚膜　 　无荚膜　 毒性 　有　 　无　 （2）实验过程及结果 （3）结果分析 a．实验①②对照说明：　R型活菌无毒性，S型活菌有毒性　。 b．实验②③对照说明：　加热杀死的S型细菌失去毒性　。 c．实验②③④对照说明：　加热杀死的S型细菌能使活R型细菌转化成S型细菌　。 （4）结论：加热杀死的S型细菌中含有使R型细菌转化为S型细菌的　转化因子　。 [提醒]　加热杀死S型细菌的过程中，其蛋白质和DNA均变性失活，但DNA在加热后随温度降低而又逐渐复性。 2．艾弗里的实验——体外转化 （1）实验过程及结果 （2）实验结果分析 a．实验②③④⑤对照说明：　蛋白质、RNA和酯　不是转化因子，　DNA　是转化因子。 b．实验①⑤对照说明：　只有完整的DNA　才能使R型活细菌发生转化，DNA被　DNA酶　水解后，不能使R型活细菌发生转化。 （3）实验结论：S型细菌的　DNA　是“转化因子”，即DNA是　遗传物质　。 [提醒]　（1）肺炎链球菌的转化实质是发生了基因重组，而不是基因突变。 （2）起转化因子作用的基本单位是完整的基因，即具有遗传效应的DNA片段。 3．噬菌体侵染细菌的实验 （1）实验材料：T2噬菌体和大肠杆菌。 ①噬菌体的结构 ②噬菌体的增殖（噬菌体侵染细菌的过程） （2）实验方法：　放射性同位素标记法　，用35S、32P分别标记噬菌体的　蛋白质　和　DNA　。 （3）实验过程及结果 ①标记噬菌体 ②已标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌 （4）实验结果分析 分组 结果 结果分析 对比实验(相互对照) 含12P的噬菌体＋大肠杆菌 上清液中几乎无32P，32P主要分布在宿主细胞 32P－DNA进入了宿主细胞 含35S的噬菌体＋大肠杆菌 宿主细胞内无35S，35S主要分布在上清液中 35S－蛋白质外壳未进入宿主细胞，留在外面 （5）结论：　DNA　是噬菌体的遗传物质。 4．证明RNA是遗传物质的实验 （1）过程及现象 （2）结论：　RNA　是遗传物质。 5．DNA是主要的遗传物质 生物类型 所含核酸 遗传物质 举例 细胞生物 真核生物 DNA和RNA __DNA__ 动物、植物、真菌等 原核生物 __DNA__ 细菌、放线菌等 非细胞生物 DNA病毒 仅DNA __DNA__ 乙肝病毒、T2噬菌体、天花病毒等 RNA病毒 仅RNA __RNA__ 烟草花叶病毒、艾滋病病毒，SARS病毒等 绝大多数生物的遗传物质是　DNA　，只有极少数生物的遗传物质是RNA，因而DNA是　主要　的遗传物质。 [学以致用] 诊断常考语句，澄清易错易混 1．（必修2　P42）DNA是由许多核糖核苷酸聚合而成的生物大分子，核糖核苷酸的化学组成包括磷酸、碱基和核糖。（　×　） 2．（必修2　P43）S型细菌有多糖类的荚膜，菌落表面粗糙，有致病性，可使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡。（　×　） 3．（必修2　P43）格里菲思实验可以推断，加热致死的S型细菌的DNA促使R型活细菌转化为S型活细菌。（　×　） 4．（必修2　P44）艾弗里去除S型细菌大部分糖类、蛋白质和脂质制成细胞提取物与R型活细菌混合培养，结果出现了S型活细菌。（　√　） 5．（必修2　P44）艾弗里提出DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。（　√　） 6．（必修2　P45）T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，它的头部和尾部的外壳都是由蛋白质构成的，头部含有DNA。（　√　） 7．（必修2　P45）T2噬菌体的化学组成中，60%是蛋白质，40%是DNA，仅蛋白质分子中含有硫，磷几乎都存在于DNA分子中。（　√　） 8．（必修2　P45）赫尔希和蔡斯分别用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培养基培养T2噬菌体。（　×　） 9．（必修2　P45）噬菌体侵染细菌的实验中搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离，离心的目的是让上清液中析出质量较轻的T2噬菌体颗粒，而离心管沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。（　√　） 10．（必修2　P46）赫尔希和蔡斯实验表明DNA是主要的遗传物质。（　×　） 11．（必修2　P46）遗传物质除DNA外，还有RNA，如烟草花叶病毒的遗传物质为RNA。（　√　） 12．（必修2　P46）在对照实验中，控制自变量可以采用“加法原理”或“减法原理”。（　√　） 阐述基本原理，突破长句表达 1．（源于必修2 P43图3－2）格里菲思第四组实验中，小鼠体内S型细菌、R型细菌含量的变化情况如图所示，则： （1）ab段R型细菌数量减少的原因是　小鼠体内形成大量的抗R型细菌的抗体，致使R型细菌数量减少　。 （2）bc段R型细菌数量增多的原因是　b之前，已有少量R型细菌转化为S型细菌，S型细菌能降低小鼠的免疫力，造成R型细菌大量繁殖　。 （3）后期出现的大量S型细菌是由　R型细菌转化成的S型细菌繁殖　而来的。 2．（源于必修2 P45）（1）搅拌、离心的目的在于　把蛋白质外壳和细菌分开，再分别检测其放射性　。 （2）某科研小组搅拌、离心后的实验数据如图所示，则： ①图中被侵染的细菌的存活率基本保持在100%，本组数据的意义是　作为对照组，以证明细菌未裂解　。 ②细胞外的32P含量有30%，原因是　有部分标记的噬菌体还没有侵染细菌　。 ③上清液中的35S先增大后保持在80%左右，原因是大约有20%的噬菌体没有与细菌分离。 1．比较肺炎链球菌体内和体外转化实验 项目 体内转化实验 体外转化实验 培养细菌 小鼠体内培养 培养基体外培养 实验原则 R型细菌与S型细菌的致病性对照 S型细菌体内各成分的相互对照 实验结果 已经加热致死的S型细菌能使R型活细菌转化为S型活细菌 S型细菌的DNA能使R型活细菌转化为S型活细菌 实验结论 已经加热致死的S型细菌体内含有某种“转化因子” DNA是S型细菌的遗传物质，而蛋白质等其他物质不是遗传物质 联系 ①所用材料相同，都是R型和S型肺炎链球菌； ②体内转化实验是基础，仅说明加热后杀死的S型细菌体内含有某种“转化因子”，而体外转化实验则进一步说明“转化因子”就是DNA； ③实验设计都遵循对照原则、单一变量原则 2.艾弗里肺炎链球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌实验的比较 项目 艾弗里肺炎链球菌转化实验 噬菌体侵染细菌实验 实验思路 设法将DNA与其他物质分开，单独、直接地研究它们各自的作用 设计原则 对照原则和单一变量原则 处理方式 的区别 分别用蛋白酶、RNA酶、DNA酶和酯酶处理S型细菌的细胞提取物，之后与R型活细菌混合培养 同位素标记法：分别标记DNA和蛋白质的特征元素(32P和35S) 实验结论 DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质 DNA是遗传物质，不能证明蛋白质不是遗传物质 3.噬菌体侵染细菌实验中上清液和沉淀物放射性分析 （1）32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌 （2）35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌 [真题真练] （2024·甘肃卷）科学家发现染色体主要是由蛋白质和DNA组成。关于证明蛋白质和核酸哪一种是遗传物质的系列实验，下列叙述正确的是（　D　） A．肺炎链球菌体内转化实验中，加热致死的S型菌株的DNA分子在小鼠体内可使R型活菌的相对性状从无致病性转化为有致病性 B．肺炎链球菌体外转化实验中，利用自变量控制的“加法原理”，将“S型菌DNA＋DNA酶”加入R型活菌的培养基中，结果证明DNA是转化因子 C．噬菌体侵染实验中，用放射性同位素分别标记了噬菌体的蛋白质外壳和DNA，发现其DNA进入宿主细胞后，利用自身原料和酶完成自我复制 D．烟草花叶病毒实验中，以病毒颗粒的RNA和蛋白质互为对照进行侵染，结果发现自变量RNA分子可使烟草出现花叶病斑性状 解析：格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验未单独研究每种物质的作用，在艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验中，S型菌株的DNA分子可使R型活菌的相对性状从无致病性转化为有致病性，A错误；在肺炎链球菌的体外转化实验中，利用自变量控制中的“减法原理”设置对照实验，通过观察只有某种物质存在或只有某种物质不存在时，R型菌的转化情况，最终证明了DNA是遗传物质，例如“S型菌DNA＋DNA酶”组除去了DNA，B错误；噬菌体为DNA病毒，其DNA进入宿主细胞后，利用宿主细胞的原料和酶完成自我复制，C错误；烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，以病毒颗粒的RNA和蛋白质互为对照进行侵染，结果发现RNA分子可使烟草出现花叶病斑性状，而蛋白质不能使烟草出现花叶病斑性状，D正确。故选D。 要语必背 1．(必修2 P43)已经加热致死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——转化因子。 2．(必修2 P44)DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。 3．(必修2 P46)因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。 考点二　DNA分子的结构、复制及基因的本质 1．DNA分子的结构层次 [提醒]　DNA初步水解产物是4种脱氧核苷酸，彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。 2．结构特点 （1）基本骨架：　磷酸、脱氧核糖　交替连接，排列在外侧。 （2）主链：两条脱氧核苷酸长链　反向　平行盘旋而成。 （3）碱基对 [提醒]　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。 3．DNA分子的特性 （1）相对稳定性：DNA分子中　磷酸和脱氧核糖　交替连接的方式不变，两条链间　碱基互补配对　的方式不变。 （2）多样性：不同的DNA分子中　脱氧核苷酸　的数目不同，排列顺序多种多样。若某DNA分子中有n个碱基对，则排列顺序有　4n　种。 （3）特异性：每种DNA分子都有区别于其他DNA的特定的　碱基排列顺序　，代表了特定的遗传信息。 4．DNA的复制 （1）DNA复制的假说与证据 ①沃森和克里克的假说：　半保留　复制。 ②实验材料：大肠杆菌。 ③实验方法：　同位素　标记法、密度梯度离心技术。 ④实验过程 ⑤实验结论：DNA分子复制的特点是　半保留复制　。 （2）DNA的复制过程 概念 以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程 时期 分裂间期 过程 解旋→合成子链→子链延伸→亲子链复旋 条件 模板：亲代DNA的每一条链 原料：4种游离的__脱氧核苷酸__ 能量：__ATP__释放的能量 酶：__解旋酶__和__DNA聚合酶__ 结果 1个DNA复制形成2个__完全相同__的DNA 特点 边解旋边复制，__半保留__复制 精确 复制 独特的__双螺旋结构__提供精确的模板；__碱基互补配对__原则保证复制准确进行 意义 将__遗传信息__从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了__遗传信息__的连续性 5.基因的本质 （1）染色体、DNA和基因的关系 （2）基因与碱基的关系 遗传信息蕴藏在　4种碱基　的排列顺序中，构成基因的碱基数　小于　（填“大于”“小于”或“等于”）DNA分子的碱基总数。 [学以致用] 诊断常考语句，澄清易错易混 1．（必修2　P49）沃森和克里克以威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱的有关数据为基础，推算出DNA呈螺旋结构。（　√　） 2．（必修2　P49）沃森和克里克提出腺嘌呤的量等于胸腺嘧啶的量，鸟嘌呤的量等于胞嘧啶的量。（　×　） 3．（必修2　P50）在DNA双螺旋结构中，DNA中的核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架。（　×　） 4．（必修2　P50）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。（　√　） 5．（必修2　P53）沃森和克里克提出了遗传物质自我复制的假说。（　√　） 6．（必修2　P53～55）1958年，科学家以大肠杆菌为实验材料，运用同位素标记技术，证实了DNA的确是以半保留的方式复制的。（　√　） 7．（必修2　P55）DNA复制开始时，在细胞提供的能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开。（　√　） 8．（必修2　P55）DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，以4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一条子链。（　√　） 9．（必修2　P56）DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。（　√　） 10．（必修2　P56）DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。（　√　） 11．（必修2　P58）一个DNA分子上有许多个基因，每一个基因都是特定的DNA片段，有着特定的遗传效应。（　√　） 12．（必修2　P59）遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中。（　√　） 阐述基本原理，突破长句表达 1．（源于必修2 P51探究·实践）DNA只有4种脱氧核苷酸，能够储存足够量遗传信息的原因是　构成DNA的4种脱氧核苷酸的数目成千上万，脱氧核苷酸的排列顺序千差万别　。 2．下列为DNA复制的有关图示，A→B→C表示大肠杆菌的DNA复制，D→E→F表示哺乳动物的DNA分子复制。图中黑点表示复制起点，“→”表示复制方向，“⇨”表示时间顺序。 （1）哺乳动物体细胞中的DNA分子展开可达2 m之长，若按A～C图的方式复制，至少需要8 h，而实际上只需约6 h，根据D～F图分析，原因是　DNA分子从多个起点（双向）复制　。 （2）A～F图均有以下特点：延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA分子复制的特点是　边解旋边复制　。 （3）若A中含有48 502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，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　复制是双向进行的　。 （4）C与A相同，F与D相同，C、F能被如此准确地复制出来，是因为　DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供精确的模板，碱基互补配对原则保证DNA分子复制的准确无误　。 1．DNA结构解读 （1）由图1可解读以下信息 ①— ②— ③— ④— （2）图2是图1的简化形式，其中①是磷酸二酯键，②是氢键。解旋酶作用于②部位，DNA聚合酶、限制性内切核酸酶和DNA连接酶作用于①部位。 2．DNA的结构中的相关计算（注意是单链还是双链，碱基对数还是碱基个数） （1）涉及DNA单链碱基计算的3个解题步骤 （2）以DNA双链为研究对象时碱基数量的关系 ①A、T、G、C的关系：A＝T，G＝C。 ②DNA双链中，两个不互补的碱基之和相等，并为碱基总数的1/2，即（A＋G）＝（T＋C）＝（A＋C）＝（T＋G）＝1/2×碱基总数。 ③非互补碱基和之比：（A＋G）/（T＋C）＝（A＋C）/（T＋G）＝1。 结论：DNA双链中非互补碱基之和相等。 （3）以DNA单链为研究对象时碱基数量的关系 ①A1＝T2，G1＝C2，C1＝G2，T1＝A2。 ②若1链中（A1＋G1）/（T1＋C1）＝m，则2链中（A2＋G2）/（T2＋C2） ＝1/m。 结论：两链间非互补碱基和之比互为倒数。 （4）DNA双链和单链中碱基数量的关系 ①若双链DNA中的一条链上A1＋T1＝n%，则 ⇒A1＋T1＝A2＋T2＝n%，所以A＋T＝（A1＋A2＋T1＋T2）/2＝（n%＋n%）/2＝n%。 结论：在同一DNA中，单链中某互补碱基之和所占的比例与双链中该互补碱基之和所占的比例相等。 ②若1链中A1所占比例为X1，2链中A2所占比例为X2，则整个DNA中A所占比例为（X1＋X2）/2。 结论：某碱基占双链DNA碱基总数的比例等于相应碱基占相应单链比例之和的一半。 3．DNA分子的复制类型（科学思维：分析与综合） （1）如图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图。 ①图中显示DNA分子复制是从多个起点开始的，但多起点并非同时进行； ②图中显示DNA分子复制是边解旋边双向复制的； ③真核生物的这种复制方式的意义在于提高了复制速率； ④一个细胞周期中每个起点一般只起始1次。 （2）原核生物DNA复制通常为单起点，双向复制。 4．DNA分子复制过程中相关计算的规律 若将双链被15N标记的DNA转移到含14N的培养基中培养，复制n（n≥1）次，其结果如下： （1）DNA分子数分析 子代DNA分子数 2n 含15N的DNA分子数 2 含14N的DNA分子数 2n 只含14N的DNA分子数 2n－2 （2）脱氧核苷酸链数分析 子代DNA中脱氧核苷酸链数 2n＋1 含15N的脱氧核苷酸链数 2 含14N的脱氧核苷酸链数 2n＋1－2 （3）消耗的脱氧核苷酸数： ①若一亲代DNA含有某种脱氧核苷酸m个，则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸为m×（2n－1）。 ②若进行第n次复制，则需消耗游离的该脱氧核苷酸数为[m×（2n－1）－m×（2n－1－1）]＝m×2n－1个。 [真题真练] （2024·浙江卷）下列关于双链DNA分子结构的叙述，正确的是（　A　） 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% 解析：DNA的外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构成的基本骨架，内侧是碱基通过氢键连接形成的碱基对，A正确；双链DNA中GC碱基对占比越高，DNA热变性温度越高，B错误；DNA聚合酶催化形成的是磷酸二酯键，C错误；互补的碱基在单链上所占的比例相等，若一条链的G＋C占47%，则另一条链的G＋C也占47%，A＋T占1－47%＝53%，D错误。故选A。 要语必背 1．(必修2 P55)DNA的复制是以半保留的方式进行的。 2．(必修2 P56)DNA复制是一个边解旋边复制的过程，需要模板、原料、能量和酶等基本条件。 3．(必修2 P56)DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。 4．(必修2 P56)DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。 5．(必修2 P59)遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中；碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性，而碱基特定的排列顺序，又构成了每个DNA分子的特异性。 6．(必修2 P59)DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。 7．(必修2 P50)碱基互补配对原则：A(腺嘌呤)一定与T(胸腺嘧啶)配对，G(鸟嘌呤)一定与C(胞嘧啶)配对，碱基之间的这种一一对应关系，叫作碱基互补配对原则。 8．(必修2 P55)DNA的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。 9．(必修2 P59)基因通常是有遗传效应的DNA片段。 学科网（北京）股份有限公司 $$