2025届高三生物一轮复习课件： DNA复制 基因 线性排列

DNA复制、基因、线性排列 高中生物基础讲解 必修二 遗传与进化 郑宇轩 知识回顾 P A P G P T P C P T P C P A P G DNA的结构 3种组分：碱基、脱氧核糖、磷酸 2条反向平行的脱氧核苷酸链 1个规则的双螺旋结构 5种元素：C、H、O、N、P 4种脱氧核苷酸： 5’ 5’ 3’ 3’ 复制(replication) 是以DNA为模板的DNA合成，是基因组的复制过程。在这个过程中，亲代DNA作为合成模板，按照碱基配对原则合成子代分子，其化学本质是酶促脱氧核苷酸聚合反应。 复制 亲代DNA 子代DNA 一、对DNA复制的推测 假说内容：DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸根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，这种复制方式称作半保留复制。 半保留复制 全保留复制 二、DNA半保留复制的证据 实验原理： 15N和14N是N元素的两种稳定同位素，含15N的DNA比含14N的密度大。因此，利用离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA。 15N/15N-DNA 15N/14N-DNA 14N/14N-DNA 15N 15N 15N 14N 14N 14N 同位素标记技术、差速离心法 实验材料：大肠杆菌 二、DNA半保留复制的证据 实验过程及预期结果： 亲代 第一代 第二代 15N/15N-DNA 15N/14N-DNA 15N/14N-DNA 14N/14N-DNA 14N培养液 细胞分裂1次 细胞分裂2次 14N培养液 15N培养液 生长若干代 15N 15N 15N 14N 15N 14N 15N 14N 14N 15N 14N 14N 14N 14N 半保留复制 二、DNA半保留复制的证据 实验过程及预期结果： 亲代 第一代 第二代 15N/15N-DNA 14N/14N-DNA 14N培养液 细胞分裂1次 细胞分裂2次 14N培养液 15N培养液 生长若干代 15N 15N 15N 15N 14N 14N 15N 15N 14N 14N 14N 14N 14N 14N 15N/15N-DNA 14N/14N-DNA 15N/15N-DNA 全保留复制 二、DNA半保留复制的证据 实验结果： 实验结论： DNA的复制是以半保留的方式进行的。 与半保留复制的实验预期一致 15N/15N-DNA 15N/14N-DNA 15N/14N-DNA 14N/14N-DNA 小结： 提出假说 演绎推理 实验验证 得出结论 提出问题 假说演绎法 DNA以何种方式进行复制？ DNA半保留复制的假说 预测亲代、第一代、第二代DNA离心后在试管中的位置 实验结果与预期一致 DNA以半保留的方式进行复制 依据半保留复制的方式，子代DNA中保留了亲代的全部遗传信息，亲代与子代DNA之间碱基序列的高度一致遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的。 半保留复制的意义: 11 三、DNA复制的过程 1、DNA复制的过程 解旋酶： 氢键断裂 在细胞提供能量的驱动下，解旋酶将DNA双链解开。 (1)解旋 原核生物基因组是环状DNA，只有一个复制起点（origin）。 复制从起点开始，向两个方向进行解链，进行的是单点起始双向复制 DNA复制从起始点双向进行 通过放射自显影技术，显示复制中的图象 三、DNA复制的过程 （2）合成子链 以2条母链为模板 DNA聚合酶等 游离的脱氧核苷酸为原料 碱基互补配对原则 A P T P T P G P C P A P A P C P G P T P 5’ 3’ T P T P 母链 子链 磷酸二酯键 5’ 氢键 3’ DNA聚合酶 冈崎片段：1968年，冈崎夫妇用3H-脱氧胸苷标记T4噬菌体感染的大肠杆菌，然后通过碱性密度梯度离心法分离标记的DNA产物，发现短时间内首先合成的是较短的DNA片段。接着出现比较大的分子。最初出现的DNA片段长度约为1000个核苷酸左右，称为冈崎片段 Okzaki fragment DNA复制以半不连续方式进行 15 16 前导链连续复制而后随链不连续复制的方式，称为半不连续复制(semi-discontinuous replication) 。 沿着后随链的模板链合成的新DNA片段被命名为冈崎片段（Okazaki fragment） 沿着解链方向生成的子链DNA的合成是连续进行的，这股链称为前导链（leading strand） 另一股链因为复制方向与解链方向相反，不能连续延长，只能随着模板链的解开，逐段地从5′→3′生成引物并复制子链。模板被打开一段，起始合成一段子链；再打开一段，再起始合成另一段子链，这一不连续复制的链称为后随链（lagging strand） 三、DNA复制的过程 （3）形成子代DNA 每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。 A T G C A 5’ 3’ A C G T T 5’ 3’ A C G T T 5’ 3’ A T G C A 5’ 3’ A C G T T 5’ 3’ A T G C A 5’ 3’ 三、DNA复制的过程 2、基本条件 (1)模板 (2)原料 (3)能量 (4)酶 两条母链 4种脱氧核苷酸 ATP 解旋酶、DNA聚合酶 DNA连接酶 三、DNA复制的过程 3、特点 (1)边解旋边复制，边复制边螺旋 (2)半保留复制，多复制起点 (1)DNA独特的双螺旋结构为复制提供了精确模板。 (2)碱基互补配对原则保证了复制的精确进行。 4、DNA精确复制的原因 三、DNA复制的过程 6、时期 真核生物细胞分裂前的间期 真核生物主要在细胞核 保持了遗传信息的连续性 5、场所 7、意义 有丝分裂前的间期、减数第一次分裂前的间期 考点二 DNA的复制及基因的概念（命题·规律探究） 【考向1】围绕DNA复制过程与特点，考查演绎与推理能力 1.(2020·许昌市调研)如图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图，有关叙述错误的是(　　) A.图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的 B.图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的 C.真核生物DNA分子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 目录 @《创新设计》 6.下图表示DNA复制的过程，结合图示判断，下列有关叙述错误的是 A.DNA复制过程中首先需要解旋酶破坏DNA双链间的氢键，使两条链解开 B.DNA分子的复制具有双向复制的特点，生成的两条子链的方向相反 C.DNA分子的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段 D.DNA的两条子链都是连续合成的 √ 小结 1.概念： DNA的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。 4.基本条件： 模板、原料、能量、酶 5.特点： 边解旋边复制、边复制边螺旋、半保留复制、多复制起点 6.精确原因： DNA双螺旋结构 碱基互补配对原则 2.场所： 主要细胞核（线粒体、叶绿体） 3.时间： 有丝分裂前的间期、减数分裂Ⅰ前的间期 7.意义： 保持了遗传信息的连续性 四、知识应用 1、DNA复制的有关计算 ①DNA的个数= （1）已知一个全部N原子被15N标记的DNA分子，转移到含14N的培养基上培养复制n次后： ②含15N的DNA个数= 2n 2 ③只含15N的DNA个数= 0 ④含14N的DNA个数= ⑤只含14N的DNA个数= 2n 2n-2 15N 15N 15N 14N 15N 14N 15N 14N 14N 15N 14N 14N 14N 14N 四、知识应用 1、DNA复制的有关计算 15N 15N 15N 14N 15N 14N 15N 14N 14N 15N 14N 14N 14N 14N （1）已知一个全部N原子被15N标记的DNA分子，转移到含14N的培养基上培养复制n次后： ⑥脱氧核苷酸链总数= ⑦含15N的链数= ⑧含14N的链数= 2n+1 2 2n+1-2 四、知识应用 1、DNA复制的有关计算 15N 15N 15N 14N 15N 14N 15N 14N 14N 15N 14N 14N 14N 14N 例. 将DNA双链都被15N标记的大肠杆菌放在含有14N的培养基上培养，使其分裂3次，下列叙述正确的是（ ） C A所有大肠杆菌都含有15N B含有14N的大肠杆菌占所有大肠杆菌的比例为3/4 C含有15N的大肠杆菌占所有大肠杆菌的比例为1/4 D含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例为1/8 四、知识应用 1、DNA复制的有关计算 ①n次复制后，消耗的鸟嘌呤核苷酸个数= （2）已知一个DNA分子含有a个鸟嘌呤脱氧核苷酸，连续复制n次后，需要消耗周围环境中多少个鸟嘌呤脱氧核苷酸？ （2n-1）*a ②第n次复制，消耗的鸟嘌呤核苷酸个数= （2n-1）*a 15N 15N 15N 14N 15N 14N 15N 14N 14N 15N 14N 14N 14N 14N 四、知识应用 1、DNA复制的有关计算 例 .一个DNA分子中含有1000个碱基对，其中有400个腺嘌呤。如果它连续复制三次，消耗周围环境中腺嘌呤脱氧核苷酸 。第三次复制需要消耗腺嘌呤脱氧核苷酸 。 2800 1600 考点二 DNA的复制及基因的概念（命题·规律探究） 【考向2】DNA分子复制的相关计算 3.(不定项)某双链DNA分子中含有200个碱基，一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，关于该DNA分子说法不正确的是(　　) A.四种含氮碱基A∶T∶G∶C＝3∶3∶7∶7 B.连续复制两次，需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸120个 C.碱基排列方式共有4100种 D.含有4个游离的磷酸基 解析　该DNA分子的一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则另一条链上A∶T∶G∶C＝2∶1∶4∶3，整个DNA分子中A∶T∶G∶C＝3∶3∶7∶7，A正确；该DNA分子中A＝T＝30，G＝C＝70，连续复制两次，需要腺嘌呤脱氧核苷酸30×(22－1)＝90个，B错误；该DNA分子含有100个碱基对，30个A—T碱基对，70个G—C碱基对，碱基排列方式小于4100种，C错误；一个DNA分子由两条DNA链组成，含2个游离的磷酸基，D错误。 BCD 目录 @《创新设计》 四、知识应用 2、（经典高考题）DNA复制与细胞分裂的联系 例 . 蚕豆根尖细胞（2n=12）在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期，然后转移在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期，其染色体的放射性标记分布情况是（ ）A．每条染色体的两条单体都被标记 B. 每条染色体都只有一条单体被标记 C. 只有半数的染色体中一条单体被标记 D. 每条染色体的两条单体都被标记 3 1 31 11 B 四、知识应用 3、联系生活 (2)环丙沙星因能够抑制细菌DNA旋转酶的活性而成为一种广谱型抗菌药，细菌DNA旋转酶对于DNA复制至关重要。请结合本节知识说明环丙沙星可用于治疗疾病的道理。 A (1)某些药物可以抑制肿瘤细胞DNA的复制，从而达到控制癌症的目的。这些药物作用的细胞正处于细胞周期的（ ） A 间期 B 前期 C 中期 D 不能确定 环丙沙星能够抑制细菌的DNA复制过程， 细菌因不能分裂而无法增殖。 基因通常是有遗传效应的DNA片段 资料1 大肠杆菌细胞的拟核有1个DNA分子，长度约为 4700000个碱基对，在DNA分子上分布着大约4400个基因，每个基因的平均长度约为1 000个碱基对。 带有纤毛的大肠杆菌 一、证明基因与DNA关系的实例 大肠杆菌一个DNA上含有多个基因。 说明基因是一段DNA。 资料2 生长在太平洋西北部的一种海蛰能发出绿色荧光，这是因为海蛰的DNA分子上有一段长度为5 170个碱基对的片段---绿色荧光蛋白基因。转基因实验表明，转入了海蛰的绿色荧光蛋白基因的转基因鼠，在紫外线的照射下，也能象海蛰一样发光。 说明基因是特定的DNA片段，可拼接到其他生 物的DNA上去，有遗传效应,可独立起作用 基因是特定的DNA片段，可以切除，可以拼接到其他生物的 DNA上去，从而获得某种性状的表达，所以基因是遗传物质 的结构和功能单位。 资料3 人类基因组计划测定的是24条染色体（22条染色体+X+Y）上的DNA的碱基序列。其中，每条染色体上有一个DNA分子。这24个DNA分子大约有31.6亿个碱基对，其中，构成基因的碱基数占碱基总数的比例不超过2%。 并不是随便一段DNA就称为基因。基因 是一段DNA，但是一段DNA不一定是基因 --ATGCATGCATCCATGCTAGCCATCCCTAAGGACAG--- --TACGTACGTAGGTACGATCGGTAGGGATTCCTGTC--- 基因 基因 非基因片段 结论：基因通常是有遗传效应的DNA片段，它是生物体遗传的功能单位和结构单位. 综合上述资料，请你给基因下个定义？ 想一想 二:DNA片段如何蕴藏遗传信息? 4种碱基的排列顺序蕴 藏着遗传信息. 三:DNA的特点:多样性、特异性、稳定性。 假如决定脸型的一个基因 只有17个碱基对组成，那 么这种排列有多少种可能？ 417种。大约为172亿种。 基因中脱氧核苷酸的排列顺序就代表着遗传信息， 而基因中脱氧核苷酸的排列顺序又导致了控制不同性状 的基因之间的差别。归根到底，生物性状的遗传就 是基因通过四种脱氧核苷酸的序列来传递和 表达信息的。 基因和遗传信息的关系？ ①从基因在染色体(染色质)上的关系看：基因在染色体上具有一定的位置，并且呈线性排列。基因与染色体的行为具有一致性。 基因与染色体(染色质)、DNA、性状、遗传信息的关系？ 小结： ②从基因与DNA的关系看：每个DNA分子上有许多基因，基因通常是有遗传效应的DNA片段(DAN片段不一定是基因) 。 ③从基因与性状的关系看：基因是控制生物性状的结构和功能单位。 ④从基因与遗传信息的关系看：基因的脱氧核苷酸的排列顺序包含着遗传信息。对于某个基因来说，其“顺序”是固定的，而不同的基因，其脱氧核苷酸的顺序又是各不相同的。 染色体 DNA 基因 脱氧核苷酸 染色体是DNA的 主要载体 每个染色体上有一个或两个DNA分子 基因是有遗传效应 的DNA片段 每个DNA分子 上有许多基因 基因中的脱氧核苷酸排列顺序代表着遗传信息 每个基因由许多脱氧核苷酸组成 DNA是主要的 遗传物质 1．下列关于DNA、基因、染色体的叙述错误的是 A 基因是有遗传效应的DNA片段 B DNA是遗传信息的主要载体 C 基因在染色体上成念珠状排列 D DNA的相对稳定性决定染色体的相对稳定性 2．下列有关DNA与基因关系的叙述中，正确的是 A 基因是碱基对随机排列而成的DNA片段 B 一个DNA分子上有许多个基因 C DNA的碱基排列顺序就代表基因 D 组成不同的基因的碱基数量一定不同 C B 巩固练习： 3．DNA分子结构多样性的原因是 A 碱基配对方式的多样性 B 磷酸和脱氧核糖排列顺序的多样性 C 螺旋方向的多样性 D 碱基对排列次序的多样性 4．DNA指纹技术也可以帮助人们确认亲子关系， 这是因为 A 每个人的DNA指纹大多相同 B 每个人的DNA指纹是不同的 C 不同的个体的相同的组织中的DNA指纹是相同的 D DNA技术是检测DNA上碱基种类 D B 分析下面的概念图，回答有关问题： A 染色体 B + C DNA D 基因 E 脱氧核苷酸 构成 H 磷酸 + + F G （1）图中B是 ，F是 ，G是脱氧核糖。 （2 ）1个A与C有两种比例关系： 和 。 （3 ）每个C含有 个D，每个D中可以由 E 组成。 蛋白质 含N碱基 1：1 1：2 很多 成百上千 （4 ）D 和A的位置关系： 。 （5 ）从分子水平看D和C的关系是 。 （6）C的基本组成单位是图中的 。 （7 ）在E构成的链中，与一分子G相连接的有 分子H和 分子F. （8）遗传信息是D中 的排列顺序。 D在A上呈线性排列 基因（D）通常是有遗传效 应的DNA（C）片断 E 1 2（1） E（脱氧核苷酸） A 染色体 B + C DNA D 基因 E 脱氧核苷酸 构成 H 磷酸 + + F G 基因（Gene）是合成一种有功能的多肽链或RNA分子所必需的一段完整的DNA序列。a structural unit of inheritance. A sequence of chromosome DNA that is required for production of a functional product. 基因： 基因的三个基本特性： 1. 自我复制：保持遗传的连续性 2. 决定性状：可以表达 3. 可以突变: 适应环境 46 8.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)。将含15N的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 C.预计Ⅲ代细菌DNA分子的平均相对分子 质量为 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 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 10.遗传学家发现果蝇体内有一种名叫period(周期)的核基因，它编码的PER蛋白质与生物节律密切相关。下列有关说法错误的是 A.period基因的基本单位是核糖核苷酸 B.转录、翻译的过程都遵循碱基互补配对原则 C.period基因只存在于果蝇的特定细胞中以调控生物节律 D.利用荧光标记物质可知道period基因在染色体上的位置 √ √ 11.如图为某植物细胞的一个DNA分子中a、b、c三个基因的分布状况，图中Ⅰ、Ⅱ为无遗传效应的序列。下列有关叙述正确的是 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A.在植物的每个细胞中，a、b、c基因都会表达出相应蛋白质 B.a、b互为非等位基因，在亲子代间传递时可自由组合 C.b中碱基对若发生了增添、缺失或替换，则发生了基因突变，但性状不 一定改变 D.基因在染色体上呈线性排列，基因一定位于染色体上 √ $$