2026届高三生物一轮复习课件第38讲DNA的结构、复制和基因的本质

讲师：xxx 学案 38 DNA的结构、 复制和基因的本质 课标要求 1.概述DNA分子是由4种脱氧核苷酸构成的，通常由两条碱基互补配对的反向平行长链盘旋成双螺旋结构，碱基的排列顺序编码了遗传信息。 2.概述DNA分子通过半保留方式进行复制。 考情分析 1.DNA结构模型的构建 2022·重庆·T4　2022·广东·T5　2021·广东·T5 2.DNA结构、特点与计算 2025·湖北·T14　2024·河北·T5　2022·广东·T12　2021·北京·T4 3.DNA复制过程及计算 2025·广东·T7　2025·北京·T5　2023·北京·T21　2023·山东·T5　2022·海南·T11　2021·海南·T6　2021·辽宁·T4 4.DNA复制与细胞分裂 2021·山东·T5 知识构建 通常是有遗传效应的DNA片段 某DNA片段的结构如图所示。下列叙述正确的是（ ） A. ①表示胞嘧啶 B. ②表示腺嘌呤 C. ③表示葡萄糖 D. ④表示氢键 D 真题引领 考点一 DNA的结构及相关计算 一、DNA结构模型的构建 ——标志生物学研究进入分子水平 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 1.(2021·广东，5)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 元素 化学组成 基本单位 平面结构 空间结构 C、H、O、N、P 磷酸基团 脱氧核糖 含氮碱基 脱氧核糖核酸 5种元素： 4种 基本单位： 3种分子： 2条链（一般）： 1种空间结构： 二、DNA分子的结构 思考1：DNA的水解产物？彻底水解产物？ 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)。 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 思考2：一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 思考 3：两条链之间的碱基如何连接？ 通过氢键相连 3’ 5’ 3’ 二、DNA分子的结构 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 3’ 5’ 3’ 二、DNA分子的结构 1、磷酸和脱氧核糖交替连接排列在外侧—构成基本骨架 2、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 两条链的结构： 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 3’ 5’ 3’ 二、DNA分子的结构 思考4：每个DNA分子片段中，有几个游离的磷酸基团？ 2个 思考5：一个磷酸基团可以连接几个脱氧核糖？ 1个或2个 磷酸与脱氧核糖 碱基配对方式 脱氧核苷酸 4n 碱基排列顺序 遗传信息储存在碱基（脱氧核苷酸）的排列顺序中 三、DNA分子的结构特点 ① 互补碱基相等，即A＝T，G＝C， A＋G＝T＋C ，即嘌呤碱基等于嘧啶碱基数。 ② 不互补碱基相加占一半， A＋G= T＋C = 双链50% ③ 链1，链2和双链中互补碱基所占比例相等 A1+T1 = A2+T2 = A+T 链1 链2 双链 ④非互补碱基之和比值，在链1、链2上互补（倒数） A1+C1 =m ，则 T1+G1 A2+C2 = 1 T2+G2 m 有时候可以用代入法 四、DNA分子中有关碱基比例计算—— “三步曲” (单双链转化) [2024浙江卷6月] 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 [2024湖南多校联考期末] 用卡片构建DNA平面结构模型,所提供的卡片类型和数量如表所示,下列说法正确的是(　　) A. 最多可构建4种脱氧核苷酸,5个脱氧核苷酸对 B. 构成的双链DNA片段最多有10个氢键 C. DNA中每个脱氧核糖均与1分子磷酸相连 D. 最多可构建44种不同碱基序列的DNA 卡片类型 脱氧核糖 磷酸 碱基 A T G C 卡片数量 10 10 2 3 3 2 B 针对训练 第一步 第二步 第三步 搞清题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子碱基的比例，还是占DNA分子一条链上碱基的比例 根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。 画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基。 四、DNA分子中有关碱基比例计算—— “三步曲” 考点二 DNA的复制 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 一、DNA半保留复制的实验证据 1.实验者: 美国生物学家__________和__________。 2.研究方法: 3.实验材料: 4.实验技术: 5.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 一、DNA半保留复制的实验证据 [2022海南高考] 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 (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： 一、DNA半保留复制的实验证据 6.实验验证及结果: 一、DNA半保留复制的实验证据 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。 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 一、DNA半保留复制的实验证据 亲代DNA分子含有a个某物质（如a个胞嘧啶） 则复制n次需要原料a的数量是______________________ 则复制第n次需要原料a的数量是____________________ （２ｎ－１）×a ２ｎ－１ ×a 2.分子消耗计算： 4.(2024·广东东莞调研)一个15N标记的、含1 000个碱基对的DNA分子片段，其中一条中T＋A占30%，若将该DNA分子放在14N的培养基中连续复制3次，相关叙述正确的是(　　) A.该DNA分子的另一条链中T＋A占70% B.该DNA分子中含有A的数目为400个 C.该DNA分子第3次复制时需要消耗2 800个G D.经3次复制后，子代DNA分子中含14N的比例为7/8 C [2024浙江] 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 B [补充背景] BrdU可以用代替碱基T与碱基A进行互补配对。若DNA中含有T，这样的DNA构成的染色（单）体经吉姆萨染色呈深色；若DNA中只含有BrdU，这样的DNA构成的染色（单）体经吉姆萨染色呈浅色。 染色体或单体中有T染色较深 置于不含T含BrdU的培养基中培养 第一次有丝分裂中期 置于不含T含BrdU的培养基培养 第二次有丝分裂中期 二、DNA的复制过程 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 二、DNA的复制过程 ①解旋：解旋酶催化（氢键断裂） (在DNA聚合酶的催化下，利用游离的脱氧核苷酸进行） ②以母链为模板进行碱基互补配对 ③ 形成两个 子代DNA 母链 子链 二、DNA的复制过程 5. DNA的复制过程 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； ③双向复制；④真核生物有多个复制起点 （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 二、DNA的复制过程 P56拓展应用：图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图， 据图分析，DNA分子复制还有什么特点？ DNA有多个复制起点，可从不同起点开始DNA的复制，由此加快了DNA复制的速率，为细胞分裂做好准备 DNA复制与“冈崎片段” DNA复制时，由于DNA聚合酶合成方向均是5′端到3′端方向，而DNA的两条链是反向平行的，故在复制叉附近解开的DNA链，一条是5′端到3′端方向，另一条是3′端到5′端方向。那么如何解释DNA的两条链是同时进行复制的呢？ 滞后链的合成是由DNA聚合酶合成的不连续、相对较短的DNA片段通过DNA连接酶连接而成的长链，此不连续、相对较短的DNA片段称为冈崎片段。如图： 9．(2024·佛山模拟)DNA复制时，一条新子链可以进行连续复制，而另一条链只能先合成新链片段即冈崎片段(如图所示)。DNA聚合酶不能直接起始DNA新链或冈崎片段的合成，需先借助引物酶以DNA为模板合成RNA引物，DNA聚合酶再在引物的末端上聚合脱氧核苷酸。当DNA整条单链合成完毕或冈崎片段相连后，DNA聚合酶再把RNA引物水解掉，换上相应的DNA片段。下列叙述错误的是(　　) B A．引物酶属于RNA聚合酶 B．DNA复制时，一条新子链按5′→3′方向进行，而另一条链复制方向相反，按3′→5′方向进行 C．DNA聚合酶既能催化磷酸二酯键形成也能催化磷酸二酯键断裂 D．对DNA进行标记时，标记物应在胸腺嘧啶上 作业 38 考点二 基因的本质 基因通常是有遗传效应的DNA片段 1. 相关实验 资料1. 大肠杆菌细胞的拟核有1个DNA分子， 长度约为4700 000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1000个碱基对。 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比例不超过2%。 资料1和资料3说明？ 并不是随便一段DNA就称为基因。基因是一段DNA片段。 那什么样的DNA片段就是基因？ 一、基因通常是有遗传效应的DNA片段 资料2. 某些海蛰DNA上有一段5170个碱基对的荧光蛋白基因。转入了绿色荧光蛋白基因的转基因鼠也能发光。 资料2和资料4说明？ 基因是有遗传效应的。 资料1和资料3说明？ 基因是一段DNA片段。 基因是遗传物质的结构单位和功能单位。 ＋ 资料4（来自问题探讨）： 我国科学家将外源生长激素基因导入鲤鱼的受精卵，培育出了转基因鲤鱼。与对照组相比，转基因鲤鱼的生长速率加快。 【深挖教材】真、原核细胞基因的结构区别 一、基因通常是有遗传效应的DNA片段 [典例] 图中表示一个DNA分子上三个片段A、B、C。 1)片段A和C之所以能称为基因，是因为它们都是 _______________。 2)基因A和基因C的不同之处的根本原因是 _____________________ __________________。 3) 片段B的为什么不能称作基因 __________________________________________。 4)一般情况下，在一个DNA分子中类似于B的片段的长度要________类似于A的片段的长度。 5)在人类染色体DNA不表达的片段中有一部分是串连重复的序列，它们在个体之间具有显著的差异性，这种短序列应该位于图中的________。 有遗传效应的DNA片段 碱基对的数目和排列顺序不同 B的碱基序列不携带遗传信息，不具有遗传效应 大于 基因间区B 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 二、不同生物的基因组测序 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 三、基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸的关系 关键 · 真题必刷 2．(2022·广东，12)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(　　) 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 答案　C 作业 38 作业38讲 12.（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 D Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 $