内容正文:
2026届高考一轮复习
第25讲 DNA分子的结构、复制与基因的本质
考情分析 1.从命题题型和内容上看,试题以选择题为主,考查频率较高。其考查形式灵活,从基础选择题到解答题均有涉及。主要从以下几方面考查:DNA的双螺旋结构模型、DNA分子结构特点及计算、DNA半保留复制的实验、DNA复制的过程及计算等
2.从命题思路上看,从以下几个方面进行考查
(1)结合基因表达的相关过程考查DNA的结构和DNA复制的过程。
(2)利用科技前沿或特殊现象为载体,考查学生运用DNA的结构、本质和复制过程等知识去分析和解决新问题。
复习目标 1.构建DNA双螺旋结构模型,阐明DNA作为遗传物质所具有的结构特点,阐明DNA通过复制传递遗传信息。(生命观念)
2.掌握DNA复制过程及DNA复制过程中相关数量的计算,提高逻辑分析和计算能力;分析相关资料,理解基因通常是有遗传效应的DNA片段。(科学思维)
3.运用假说—演绎法探究DNA的复制方式。(科学探究)
考情解码·考点定标
2
1、DNA双螺旋结构模型的构建者
沃森
(J. D.Watson,1928-)
克里克
(F. Crick,1916-2004)
一、DNA分子的结构
威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱
DNA的结构单位:四种脱氧核苷酸,分别含有A、G、C、T四种碱基
沃森和克里克推算出DNA呈螺旋结构l,尝试建构模型:双螺旋、三螺旋
失败(配对违反化学规律)
查哥夫提出在DNA中A=T,G=C
沃森和克里克重新构建模型,让A和T配对,G和C配对,形成DNA双螺旋结构模型
2、DNA双螺旋结构模型的构建
一、DNA分子的结构
C、H、O、N、P
脱氧核糖核苷酸
元素组成
基本单位
一、DNA分子的结构
3、DNA的结构层次
思考:脱氧核苷酸是如何连接成为单链的呢?
O
P
CH2
OH
O
OH
H
OH
H
H
H
H
碱基
磷酸
5’
1’
2’
3’
4’
一分子磷酸
一分子脱氧核糖
一分子含氮碱基
C
胞嘧啶
T
胸腺嘧啶
A
腺嘌呤
G
鸟嘌呤
脱氧核糖上与碱基相连的碳叫作1'-C,与磷酸基团相连的碳叫作5'-C。
DNA的一条单链具有两个末端,有游离的磷酸基团的一端称作5'-端,有羟基的一端称作3'-端,两条单链方向相反.一条单链:5’-端(磷酸端)到3’-端(羟基端),另一条单链:
从3’-端到5’-端。
并非所有的DNA均具“双链”
A
T
G
C
磷酸二酯键
相邻脱氧核苷酸之间的聚合方式——
p
=
O
OH
O
碱基
3′
2′
1′
4′
CH2
O
OH
H
H
H
H
H
5′
p
=
OH
O
OH
O
碱基
3′
2′
1′
4′
CH2
O
H
H
H
H
H
5′
O
H
O
OH
H2O
磷酸二酯键
脱水缩合
一、DNA分子的结构
3′
5′
5′
3′
①DNA是由 条脱氧核苷酸单链
组成的,这两条链按 方式盘旋成 结构。
两
反向平行
双螺旋
②DNA中的 和 交替连接,排列在外侧,构成 。
排列在内侧。
脱氧核糖
磷酸
基本骨架
碱基
游离的磷酸基团,称作5′-端
一个羟基(—OH),称作3′-端
平面结构
一、DNA分子的结构
(2根氢键)
③两条链上的碱基通过_______连接成碱基对,并且碱基配对具有一定规律:A一定与___配对,G一定与___配对。碱基之间的这种一一对应的关系,叫作____________________(A—T,G—C)。
氢键
T
C
碱基互补配对原则
G—C碱基对所占比例越大,DNA分子的热稳定性越______。
(3根氢键)
氢键
G
C
A
T
高
一、DNA分子的结构
两条长链按______的方式盘旋成双螺旋结构。
反向平行
3’
5’
5’
3’
空间结构
一、DNA分子的结构
(2)位置关系
a.一个磷酸可与 个脱氧核糖相连
b.每个DNA分子片段中,有 个游离的磷酸基团
c.脱氧核糖数=磷酸数=含氮碱基数
d.A一T间有2个氢键,G—C间有3个氢键
(1)数量关系
a.单链中相邻碱基通过 连接
b.互补链中相邻碱基通过 相连
(3)连接方式
a.氢键:连接互补链中的互补配对的碱基
b.磷酸二酯键:连接单链中相邻的两个脱氧核苷酸
1或2
2
脱氧核糖一磷酸一脱氧核糖
氢键
4、DNA分子的双螺旋结构模型解读
一、DNA分子的结构
(4)酶的作用位点
①解旋酶:打开氢键,使DNA双链解开;
②DNA酶:打开磷酸二酯键,水解DNA;
③限制酶:识别双链DNA分子中的某种特定核苷酸序列,并使每条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开;
④DNA聚合酶:形成磷酸二酯键,使子链延伸;
⑤DNA连接酶:形成磷酸二酯键,连接DNA片段;
如图为 双螺旋结构的简化形式,其中①是 ,②是 。
磷酸二酯键
氢键
一、DNA分子的结构
(1)______性:具个碱基对的最多有
种碱基对排列顺序。
(2)______性:每种 分子都有其特定的碱基对排列顺序。
(3)______性:两条主链中磷酸与脱氧核糖交替连接的顺序不变,碱基配对方式不变等。
多样
特异
稳定
5、DNA 的结构特点
注意:DNA的多样性不涉及碱基种类和空间结构的多样性,注意与蛋白质多样性原因进行区别。
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。
一、DNA分子的结构
根据碱基互补配对原则可知,
A1=T2,A2=T1,G1=C2,G2=C1
(1) A1+A2=___________;G1+G2=___________。即:双链中A=_____,G=_____,
A+G=_________=_________=_________=_____________________。
T1+T2
C1+C2
T
C
T+C
A+C
T+G
1/2(A+G+T+C)
规律一:双链DNA分子中嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数,任意两个不互补碱基之和为碱基总数的一半。
习题.某生物细胞DNA的碱基中,腺嘌呤的分子数占22%,那么,胞嘧啶的分子数占( )
A.11% B.22% C.28% D.44%
C
C=50%–22%=28%
6、DNA中碱基的计算规律
一、DNA分子的结构
规律二: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,简记为“补则等”。
(2)A1+T1=__________;G1+C1=__________。
A2+T2
G2+C2
=
A1+T1
N1
A2+T2
=
N2
A+T
N
=
C1+G1
N1
C2+G2
=
N2
C+G
N
习题.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( ) A.35% B.29% C.28% D.21%
A
一、DNA分子的结构
习题 某DNA双链中,
一条链中 则互补链中的比值是 。
一条链中 则互补链中的比值是 。
即两者的关系是_____________。
T1+G1
= m
A1+C1
T2+G2
A2+C2
m
1
互为倒数
规律三:非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数,简记为“不补则倒”
=
(3)若 , 则
=
A+T
C+G
0.4
=
A+C
T+G
0.4
0.4
2.5
一、DNA分子的结构
(4)若 ,
则
N1
= a
A1
N2
A2
规律四:某种碱基在双链中所占的比例等于它在每一条单链中所占比例和的一半。
=b
N
=
A
a+b
2
(5)氢键数目
1000个碱基对共有2000个碱基
A=240
氢键数=240X2+760X3=2760
G+C= 1520
A+T= 480
T=240
G=C= 760
习题.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。
一、DNA分子的结构
对DNA分子复制的猜测
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
1、DNA半保留复制的实验分析
二、DNA的复制
(2)研究方法:
假说-演绎法
(3)实验材料:
大肠杆菌
(4)实验技术:
同位素标记技术和密度梯度离心法
(1)实验者:
美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔
(15N标记亲代DNA)
15N和14N是N元素的两种稳定同位素,这两种同位素的相对原子质量不同,因此,利用密度梯度离心技术可使分子量不同的DNA出现在离心管的不同位置。
(5)实验原理:
二、DNA的复制
①提出问题
DNA以什么方式复制?
②做出假设
①半保留复制
②全保留复制
③弥散复制
关键思路:通过实验区分亲代和子代的DNA
1958年美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔以大肠杆菌为实验材料,运用同位素标记技术和离心技术设计了一个巧妙的实验。
③演绎推理
二、DNA的复制
(6)实验过程:
半保留复制
15N
14N
14N
14N
15N
14N
P:
F1:
F2:
15N
15N
转移到含14NH4Cl的培养液中
提出DNA离心
细胞再分裂一次
提出DNA离心
细胞分裂一次
提出DNA离心
高密度带
中密度带
低密度带
中密度带
大肠杆菌在含15N的培养液中生长若干代,使DNA双链充分标记
③演绎推理
二、DNA的复制
全保留复制
P:
F1:
F2:
细胞再 分裂一次
15N
15N
转移到含14NH4Cl的培养液中
细胞分裂一次
提出DNA离心
提出DNA离心
提出DNA离心
高密度带
高密度带
低密度带
高密度带
15N
15N
14N
14N
14N
14N
15N
15N
低密度带
③演绎推理
二、DNA的复制
分散复制
P:
F1:
F2:
细胞再 分裂一次
15N
15N
转移到含14NH4Cl的培养液中
细胞分裂一次
提出DNA离心
提出DNA离心
提出DNA离心
高密度带
中密度带
中密度带
15N
14N
15N
14N
二、DNA的复制
③演绎推理
细胞再 分裂一次
转移到含14NH4Cl的培养液中
提出DNA离心
提出DNA离心
提出DNA离心
排除全保留复制
排除分散复制
大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代
15N/15N-DNA
重带
14N/14N-DNA
轻带
15N/14N-DNA
中带
15N/14N-DNA
中带
15N
14N
14N
14N
15N
14N
P:
F1:
F2:
15N
15N
实验步骤
预期结果
DNA的复制是以 进行的。
⑤实验结论
半保留复制的方式
二、DNA的复制
④实验验证
(1)概念:
细胞分裂前的间期
(2)时间:
(3)场所:
以____________________为模板合成子代DNA分子的过程。
亲代DNA分子
真核生物
细胞质:线粒体、叶绿体
细胞核(主要)
原核生物
拟核
(质粒)
细胞质
病毒:
活的宿主细胞
2、DNA的复制
二、DNA的复制
(4)过程:
二、DNA的复制
(4)过程:
DNA聚合酶
解旋酶
子链
DNA模板链
DNA聚合酶
DNA模板链
子链
DNA
解旋
合成子链
重新螺旋
条件:
结果:
解开的每一条母链
DNA聚合酶
4种脱氧核苷酸
3′
5′
5′
3′
解旋酶、能量
氢键断裂,双链解开
模板:
原料:
游离的4种脱氧核苷酸(dNTP)
酶:
原则:
碱基互补配对原则
方向:
5′端到3′端
能量:
一条母链和一条子链螺旋成为一个新的DNA分子
边解旋
边复制
ATP
ATP
ATP
实际是dNTP; 既可作为原料又可供能
(形成磷酸二酯键)
二、DNA的复制
5、条件:
6、方向:
7、结果:
8、意义:
4、过程:
解旋——合成子链——重新螺旋
模板:原料:
能量:
酶:
解开的每一条母链
游离的4种脱氧核苷酸
解旋酶、DNA聚合酶 等
ATP
子链的5' 端→ 3' 端
形成两个完全相同的DNA分子。
新复制出的两个子代DNA分子,通过细胞分裂分配到子细胞中去。
使遗传信息从亲代传递给子代,保持遗传信息的连续性,
使本物种保持相对稳定和延续。
二、DNA的复制
9、特点:
5'
3'
5'
3'
半保留复制
边解旋边复制
10、DNA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碱基具有互补配对的能力,保证了复制能够准确地进行。
DNA复制会百分之百准确吗?
如果复制出现错误,可能会产生什么影响?
会出错,可能导致基因突变,引起生物体性状的改变。
二、DNA的复制
a和c
b和d
的碱基排列顺序相同
解旋酶
DNA聚合酶
磷酸二酯键
氢键
如图为DNA分子复制的两个模型,请据图回答下列问题。
(1)图1中的酶1和酶2分别是什么酶?分别作用于图2中哪个部位?
(2)图1中的a、b、c、d四条脱氧核苷酸链中,哪些链的碱基排列顺序是相同的?
二、DNA的复制
DNA聚合酶的特点:不能从头合成DNA,而只能从3’端-OH连接脱氧核苷酸。因此,DNA复制需要引物,为DNA聚合酶提供3’-OH。
ATCGCGATAGCGTAGCTGCGACCTAGC
5’
3’
TAGCGCTATCGCATCGACGCTGGATCG
3’
5’
GGAUCG
5’
AUCGCG
5’
RNA引物Ⅰ
RNA引物Ⅱ
TAGCGCTATCGCATCGACGCT
3’
ATAGCGTAGCTGCGACCTAGC
3’
DNA的合成方向:从子链的 5’端向 3’端延伸。
【拓展延伸】
二、DNA的复制
【拓展延伸】原核生物环状DNA的复制
单起点、双向复制
二、DNA的复制
假设将一个全部被15N标记的双链DNA分子(亲代)转移到含14N的培养液中培养n代,结果如下:
(1)DNA分子数
①子n代DNA分子总数为______个。
②含15N的DNA分子数为______个。
③含14N的DNA分子数为______个。
④只含15N的DNA分子数为______个。
⑤只含14N的DNA分子数为_________个。
2n
2
2n
0
(2n-2)
3、DNA复制的相关计算
二、DNA的复制
假设将一个全部被15N标记的双链DNA分子(亲代)转移到含14N的培养液中培养n代,结果如下:
(2)脱氧核苷酸链数
①子代DNA中脱氧核苷酸链数
=_______条。
②亲代脱氧核苷酸链数=______条。
③新合成的脱氧核苷酸链数
=__________条。。
2n+1
2
(2n+1-2)
二、DNA的复制
3、DNA复制的相关计算
假设将一个全部被15N标记的双链DNA分子(亲代)转移到含14N的培养液中培养n代,结果如下:
(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次复制需消耗游离的该脱氧核苷酸数为________________个。
②若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,在第n次复制时,需消耗游离的该脱氧核苷酸数为________________个。
m·(2n-1)
m·2n-1
二、DNA的复制
3、DNA复制的相关计算
(1)复制次数: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,后者只包括最后一次复制。
(2)碱基数目:注意碱基的数目单位是“对”还是“个”。
(3)复制模板: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)关键词语:看清是“DNA分子数”还是“链数”,“含”还是“只含”等关键词。
易错提醒
DNA复制相关计算的4个易错点
二、DNA的复制
×
拓展延伸:DNA的半不连续复制
解旋方向
3
5
3
5
3´
5´
3´
5´
3´
5´
前导链
滞后链
冈崎片段
DNA的半不连续复制
汉水丑生侯伟作品
关于冈崎片段问题
1.产生的机制:
①DNA聚合酶不能从头合成DNA,而只能从3’端以5’端→3’端方向催化延伸聚合子代DNA链,因此DNA复制需要引物,为DNA聚合酶提供3’端。
②合成的子链实际上是由许多沿5’端→3’端方向合成的DNA片段连接起来的。DNA复制还需要解旋酶和DNA连接酶等的参与。
二、DNA的复制
①基因的概念
(1)基因通常是____________的 片段,具有相对独立性,是_________________的功能单位和结构单位。
(2)基因的位置:主要存在于染色体上,在染色体上呈______排列。
②基因的功能
(1)通过____________传递遗传信息。
(2)通过__________________表达遗传信息。
(3)基因的遗传信息蕴藏在___________________之中。
有遗传效应
控制生物性状
的复制
控制蛋白质的合成
4种碱基的排列顺序
线性
二、DNA的复制
(1)从数量上看,每个DNA分子上有 基因。
(2)从功能上看,基因是有 的DNA片段,能控制生物的性状。
(3)基因的位置, 是基因的主要载体,每个染色体含有 个DNA分子,每个DNA分子含有 基因,基因在染色体上呈 排列。
3.基因与DNA的关系
多个
遗传效应
染色体
1(或2)
多个
线性
①并不是所有的DNA片段都是基因,基因必须是有遗传效应的DNA片段。
②并不是所有的基因都位于染色体上,叶绿体和线粒体也是基因的载体。
易错提醒
二、DNA的复制
4.基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸的关系
是DNA的主要载体
每个染色体上有1个或2个DNA分子
基因通常是有遗传效应的DNA片段
每个DNA分子上含有多个基因
控制生物性状的结构功能单位
是主要的遗传物质
每个基因中含有成百上千脱氧核苷酸
基因中脱氧核苷酸的排列顺序代表
染色体
DNA
基因
脱氧核苷酸
基因在染色体上呈 排列
线性
遗传信息
染色体
二、DNA的复制
1.基因的概念:
通常是有遗传效应的DNA片段
①DNA病毒、细胞的基因、噬菌体的基因:有遗传效应的 。 ②RNA病毒的基因:有遗传效应的 。
DNA片段
RNA片段
基因1 基因2 基因3
DNA片段
放大
非编码区
非编码区
编码区
能转录相应的mRNA,进一步编码(翻译)出蛋白质的DNA区段
不直接编码蛋白质,能调控基因表达
不直接编码蛋白质,能调控基因表达
在人类基因组中,非编码区占比超过98%,远超编码区(约2%)
能编码特定的蛋白质,控制生物的性状
二、DNA的复制
遗传效应一般是指基因能够转录成 ,进而翻译成蛋白质,能够控制一定的性状。
与RNA聚合酶结合位点
RNA聚合酶识别并结合的位点,驱动基因转录出mRNA
启动子
终止子
本质:
位置:
作用:
是一段有特殊序列结构的DNA片段;
位于基因上游;
也是一段有特殊序列结构的DNA片段;
位于基因下游;
终止转录
本质:
位置:
作用:
启动子
终止子
非编码区
非编码区
编码区
编码区上游
编码区下游
①原核细胞的 基因结构:
二、DNA的复制
②真核细胞的基因结构:
编码区
非编码区
非编码区
与RNA聚合酶识别结合位点
内含子
外显子
启动子
终止子
编码区上游
编码区下游
外显子:能编码蛋白质的序列
内含子:不能编码蛋白质的序列
:有调控作用,上游有启动子,下游有终止子
非编码序列:包括非编码区和内含子
编码区
非编码区
真核细胞的基因结构
二、DNA的复制
1. (2025·广东·高考真题)Solexa测序是一种将PCR与荧光检测相结合的高通量测序技术。为了确保该PCR过程中,DNA聚合酶催化一个脱氧核苷酸单位完成聚合反应后,DNA链不继续延伸,应保护底物中脱氧核糖结构上的( )
A.1‘-碱基 B.2'-氢
C.3‘-羟基 D.5'-磷酸基团
DNA聚合酶催化延伸子链方向只能从5′→3′,故应保护底物中脱氧核糖结构上的3'-羟基
C
真题感知·命题洞见
2. (2025·北京·高考真题)1958年,Meselson和Stahl通过15N标记DNA的实验,
证明了DNA的半保留复制。关于这一经典实验的叙述正确的是( )
A.因为15N有放射性,所以能够区分DNA的母链和子链
B.得到的DNA带的位置有三个,证明了DNA的半保留复制
C.将DNA变成单链后再进行离心也能得到相同的实验结果
D.选择大肠杆菌作为实验材料是因为它有环状质粒DNA
15N没有放射性,它与14N只是氮元素的不同同位素,质量不同,可通过密度梯度离心技术区分含不同氮元素的DNA
B
无论是全保留还是半保留复制,都是只有两条条带,不能证明DNA的半保留复制
因为大肠杆菌繁殖快,容易培养,能在短时间内获得大量的子代,便于观察实验结果
真题感知·命题洞见
3. (2024·广西·高考真题)研究发现真核生物基因组DNA普遍存在5-甲基胞嘧啶和N6-甲基腺嘌呤,分别被称为DNA的第5、6个碱基。关于这两个碱基的说法,正确的是( )
A.均含有N元素
B.均含有脱氧核糖
C.都排列在DNA骨架的外侧
D.都不参与碱基互补配对
DNA存在5-甲基胞嘧啶和N6-甲基腺嘌呤,两者不含脱氧核糖
A
DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架,碱基排列在内侧
DNA双链存在A-T、G-C配对关系,5-甲基胞嘧啶和N6-甲基腺嘌呤参与碱基互补配对
真题感知·命题洞见
4. (2024·浙江·高考真题)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%
双链DNA中GC碱基对占比越高,DNA热变性温度越高
A
DNA聚合酶催化形成的是磷酸二酯键
在双链DNA分子中,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%
真题感知·命题洞见
1.(必修2 P50)DNA分子是由两条单链组成的,这两条链按 方式盘旋成 结构。
2.(必修2 P50)DNA分子的基本骨架由 连接。
3.(必修2 P50)DNA分子的结构具有稳定性的原因是
__________________________________________________________。
4.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________________________________________ _____。
双螺旋
反向平行
磷酸和脱氧核糖交替
外侧的脱氧核糖和磷酸交替排列的方式稳定不变,内侧碱基配对方式稳定不变。
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
长句作答类
48
5.DNA精确复制的原因: .
6. DNA复制所需的原料是 ,参与的酶有
等,复制的方式是 ,其过程遵循
原则。DNA复制时子链的延伸方向是 。
7.(必修2 P56 拓展应用)果蝇DNA形成多个复制泡的原因是:
.
8.(必修2 P59 正文)基因的遗传效应是指基因能够
的过程 。
DNA双螺旋结构提供精确模板,碱基互补配对原则保证能够准确进行
游离的四种脱氧核苷酸
解旋酶和DNA聚合酶
半保留复制
碱基互补配对
5′→3′
果蝇的DNA有多个复制起点,可从不同起点开始DNA的复制,由此提高了DNA复制的效率,为细胞分裂做好准备
复制、传递和表达性状
长句作答类
49
Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com)
Content Adaptive Encoding 3.0
$