2027届高三生物一轮复习课件第2讲：DNA分子的结构、复制

第六单元　遗传的分子基础 第2讲　DNA分子的结构、复制及基因的本质 4、磷酸二酯键用 酶可断裂，用 酶可连接。 （一）DNA分子结构的主要特征 1、DNA双螺旋结构模型建立者： ，在构建过程中运用了那种经典方法？ 沃森、克里克 构建物理模型 2 、组成DNA的单体是 ，DNA的基本骨架是？ 限制性内切核酸 DNA聚合酶，DNA连接酶 5、若某DNA分子中有n个碱基对，则排列顺序有 种。 4n 6、单链中相邻碱基的连接方式? 脱氧核糖--磷酸--脱氧核糖 7、DNA初步水解产物是 ，彻底水解产物是 。 四种脱氧核苷酸 磷酸、脱氧核糖、4种含氮碱基 3、每个DNA片段中，游离的磷酸基团有 个，拟核中的DNA，游离的磷酸基团有 个。 2 0 脱氧核苷酸 一、DNA的结构 反向平行 3.结构特点 　　⑴稳定性：规则的双螺旋结构使其结构相对稳定，一般不易改变。 　　⑵多样性：虽然构成DNA的碱基只有四种，但由于构成每个DNA分子的碱基对数、碱基种类及排列顺序多样，可形成多种多样的DNA分子。 　　⑶特异性：对一个具体的DNA分子而言，其碱基对特定的排列顺序可使其携带特定的遗传信息，决定该DNA分子的特异性。 若DNA含有n个碱基对，则其可能有4n种碱基对排列顺序。逆转录酶可连接单个脱氧核苷酸 2 在现代刑侦领域中，DNA指纹技术正在发挥着越来越重要的作用，此外，DNA指纹技术还可以用于亲子鉴定等。 如图是通过提取某小孩和其母亲以及待测定的四位男性的DNA，分别经合适的酶处理后，形成若干DNA片段，然后进行电泳等一系列步骤得到的一组DNA指纹图，请分析：F1～F4中，谁是该小孩真正生物学上的父亲？为什么？ 小孩的DNA指纹图中一条带与母亲DNA指纹图中的一条带相同，另一条带与F2DNA指纹图中的一条带相同。 小孩 母亲 例1．下图是某DNA片段的结构示意图，下列叙述正确的是(　　) A．图中①是氢键，②是脱氧核苷酸链的5′端，③是3′端 B．DNA分子中A＋T含量高时稳定性较高 C．磷酸与脱氧核糖交替排列构成DNA分子的基本骨架 D．a链、b链方向相同，a链与b链的碱基互补配对 C 考查DNA分子的结构和特点 C　[图中①是氢键，②是脱氧核苷酸链的3′端，③是5′端，A项错误；碱基A和T之间有两个氢键，碱基G和C之间有三个氢键，因此G＋C含量高时DNA分子的相对稳定性较高，B项错误；磷酸与脱氧核糖交替排列构成DNA分子的基本骨架，C项正确；DNA分子的两条链反向平行，a链与b链的碱基互补配对，D项错误。] 4 5 例2、已知某链状DNA分子含有200个碱基，而碱基间的氢键共有260个。如图为该DNA分子的部分平面结构，虚线表示碱基间的氢键。下列有关叙述正确的是 (　　) A．该DNA分子的每个脱氧核糖上均连着两个磷酸和一个碱基 B．该DNA分子中一条脱氧核苷酸链上的两个相邻碱基之间是以氢键连接的 C．G与C构成的碱基对的比例越高，该DNA分子稳定性越差 D．该DNA分子中共有腺嘌呤40个，C和G构成的碱基对共60个 D 解析：链状DNA分子中两条链的末端各有一个脱氧核糖只与一个磷酸相连。该DNA分子双链上配对的碱基之间是以氢键连接的，而单链上两个相邻碱基之间是以“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接的。由于G与C之间有三个氢键，A与T之间有两个氢键，因此，G与C构成的碱基对的比例越高，DNA分子稳定性越高。假设该DNA分子中A、T的数目各为x，C、G的数目各为y，则有2x＋2y＝200,2x＋3y＝260，解得x＝40，y＝60，则其应含有G—C或C—G碱基对共60个，该DNA分子中腺嘌呤数为40个。 5 例3（上海卷）用卡片构建DNA平面结构模型，所提供的卡片类型和数量如下表所示，以下说法正确的是 (　　) 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 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．可构建45种不同碱基序列的DNA B 氢键数目计算：若碱基对为n，则氢键数为2n～3n；若已知A有m个，则氢键数为 。 3n－m 解析：由表中给定的碱基A为2个，C为2个，并结合碱基互补配对原则可知最多可构建4个脱氧核苷酸对；构成的双链DNA片段中A与T间的氢键共有4个，G与C共有6个，即最多有10个氢键；DNA中位于一端的脱氧核糖分子均与1分子磷酸相连，位于内部的脱氧核糖分子均与2分子磷酸相连；4个碱基对可构建44种不同碱基序列的DNA。 6 1）某DNA分子（双链）的碱基中，鸟嘌呤(G)占36%，则胸腺嘧啶(T) 为_____。 14% （二）DNA分子中碱基数目的计算规律 2）一个DNA分子（双链）的碱基中，腺嘌呤（A）占20%，那么在含有100个碱基对的DNA分子（双链）中，胞嘧啶（C）应是__ _个 60 ∵A=T， G=C ∴ A+G=T+C = 50%，A+C=T+G=50% 规律1：DNA分子（双链）中任意两不互补碱基之和恒等于 。 碱基总数的50% 7 2）已知某双链DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的34%，其一条链中的T与C分别占该链碱基总数的32%和18%，则在它的互补链中，T和 C分别占该链碱基总数的 A．34%和16% B．34%和18% C．16%和34% D．32%和18% 例、 DNA分子的一条单链中，A=20%，T=22%，求整个 DNA分子中G= _____ 29% A 规律2：互补两碱基之和在单双链中所占比例 。 A1 +T1 +G1 +C1 A1 +T1 = c% A2 +T2 +G2 +C2 A2 +T2 = c% A+T A+T+G+C = c% 相等 A T G C C T A G 8 3）DNA分子的一条链中， A+G/T+C = b，则另一条互补链中 A+G/T+C =_____ 规律3：不互补碱基之和之比在两条单链（互补链）中互为 。 1 b A2+G2 T2+C2 = T1+C1 = b A1+G1 1 b 倒数 规律4：不同生物的DNA分子中 (A＋T)/(G ＋ C)的值 （相同/不同） 不同生物的DNA分子中（A＋ G）/（T＋C）的比值 （相同/不同） 不同 相同 例题、DNA分子的稳定性与碱基对之间的氢键数目有关。下列关于生物体内DNA分子中(A＋T)/(G＋C)与(A＋C)/(G＋T)两个比值的叙述，正确的是（ ） A．碱基序列不同的双链DNA分子，后一比值不同 B．前一个比值越大，双链DNA分子的稳定性越高 C．当两个比值相同时，可判断这个DNA分子是双链 D．经半保留复制得到的DNA分子，后一比值等于1 D A T G C C T A G 解析：双链DNA分子中，互补碱基两两相等，即A＝T，C＝G，则A＋C＝G＋T，即A＋C与G＋T的比值为1。因此，碱基序列不同的双链DNA分子，后一比值相同；DNA分子中，C和G之间有3个氢键，A与T之间有2个氢键，则C与G的含量越高，DNA稳定性越高，因此，前一个比值越大，C与G的含量越低，双链DNA分子的稳定性越低；当两个比值相同时，这个DNA分子可能是双链，也可能是单链；经半保留复制得到的DNA分子，后一比值等于1。 10 15N/15N-DNA 重带 15N/14N-DNA 14N/14N-DNA 轻带 中带 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，利用假说演绎法证实了DNA的复制为半保留复制。 二、DNA的复制 （一）DNA半保留复制的实验证据 大肠杆菌的DNA几乎都被15N标记 15N/14N-DNA 中带 亲代 第1代 第2代 实验验证 例1．DNA的复制方式，可以通过设想来进行预测，可能的情况是全保留复制、半保留复制、分散(弥散)复制三种。究竟是哪种复制方式呢？用下面设计实验来证明DNA的复制方式。 实验步骤：a．在氮源为14N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14N­DNA(对照)； b．在氮源为15N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为15N­DNA(亲代) c．将亲代15N大肠杆菌转移到氮源为含14N的培养基中，再连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ)，用密度梯度离心法分离，不同分子量的DNA分子将分布在试管中的不同位置上。 实验预测： (1)如果与对照(14N/14N)相比，子代Ⅰ能分辨出两条DNA带：一条_______ _带和一条__ ______带，则可以排除半保留复制和分散复制。 (2)如果子代Ⅰ只有一条中密度带，则可以排除____ ____，但不能肯定是____ ______。 轻(14N/14N) 重(15N/15N) 全保留复制 半保留复制或分散复制 解析：从题目中的图示可知，深色为亲代DNA的脱氧核苷酸链(母链)，浅色为新形成的子代DNA的脱氧核苷酸链(子链)。因此全保留复制后得到的两个DNA分子，一个是原来的两条母链重新形成的亲代DNA分子，一个是两条子链形成的子代DNA分子；半保留复制后得到的每个子代DNA分子的一条链为母链，一条链为子链；分散复制后得到的每个子代DNA分子的单链都是由母链片段和子链片段间隔连接而成的。 13 (3)如果子代Ⅰ只有一条中密度带，再继续做子代ⅡDNA密度鉴定：若子代Ⅱ可以分出__ ______和______ __，则可以排除分散复制， 同时肯定是半保留复制； 如果子代Ⅱ不能分出上述两条密度带，则排除________，同时确定为________。 一条中密度带 一条轻密度带　 半保留复制　 分散复制 例1．DNA的复制方式，可以通过设想来进行预测，可能的情况是全保留复制、半保留复制、分散(弥散)复制三种。究竟是哪种复制方式呢？用下面设计实验来证明DNA的复制方式。 实验步骤：a．在氮源为14N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14N­DNA(对照)； b．在氮源为15N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为15N­DNA(亲代) c．将亲代15N大肠杆菌转移到氮源为含14N的培养基中，再连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ)，用密度梯度离心法分离，不同分子量的DNA分子将分布在试管中的不同位置上。 解析：从题目中的图示可知，深色为亲代DNA的脱氧核苷酸链(母链)，浅色为新形成的子代DNA的脱氧核苷酸链(子链)。因此全保留复制后得到的两个DNA分子，一个是原来的两条母链重新形成的亲代DNA分子，一个是两条子链形成的子代DNA分子；半保留复制后得到的每个子代DNA分子的一条链为母链，一条链为子链；分散复制后得到的每个子代DNA分子的单链都是由母链片段和子链片段间隔连接而成的。 14 例2．下图为科学家设计的DNA合成的同位素标记实验，利用大肠杆菌探究DNA的复制过程，下列叙述正确的是(　　) A．比较试管①和②的结果可证明DNA复制为半保留复制 B．实验中没有采用放射性同位素示踪的研究方法 C．可用噬菌体代替大肠杆菌进行上述实验，且提取DNA更方便 D．大肠杆菌在含有15NH4Cl的培养液中生长若干代，细胞中只有DNA含15N B B　[比较试管①、②和③的结果可证明DNA复制为半保留复制，A项错误；本实验采用的是同位素标记和密度梯度离心的研究方法，没有采用放射性同位素示踪的研究方法，B项正确；噬菌体不能利用培养基培养，因此不能用噬菌体代替大肠杆菌进行上述实验，C项错误；大肠杆菌的蛋白质、RNA等都含有氮，D项错误。] 15 （二）DNA复制的过程 1.解旋（能量） 解旋酶 2.合成 DNA聚合酶 模板，原料，碱基互补配对原则 母链(模板链) 子链(新合成的链) 四种脱 氧核苷酸 3.复旋形成子代DNA 3’ 3’ 5’ 3’ 5’ 5’ 3’ 5’ 母链(模板链) 5′­端→3′­端 在解旋酶的作用下，双链螺旋的DNA打开氢键，解开成为两条单链，每条单链均作为模板合成新的DNA。 17 （二）DNA复制的过程 1．时间 细胞分裂前的_ __。即______ ___________________________。 2．场所 (1)真核生物：主要在______内，______ ______也可以进行。 (2)原核生物：主要在____。DNA病毒：活的宿主细胞内。 4．复制方式和特点：___ _____ 。 5．准确复制的原因 (1)DNA独特的______结构，为复制提供了精确的模板。 (2)通过____________，保证了复制能够准确地进行。 6．意义：将遗传信息从亲代传给子代，保持了遗传信息的连续性。 间期 有丝分裂前的间期和减数分裂Ⅰ前的间期 细胞核 线粒体和叶绿体 拟核 半保留复制、边解旋边复制　 双螺旋 碱基互补配对 3、基本条件： 模板、原料、能量、酶 19 原核细胞DNA复制通常只有一个起点，真核细胞DNA复制有多个起点 19 引物酶需引发前体护送才能催化引物合成 例1．如图表示环状DNA复制的一种方式，因只有一个复制起始点，该DNA分子复制形成复制泡而呈现希腊字母θ形，随着复制的进行，复制泡逐渐扩大，直至产生2个相同的环状DNA分子。下列相关叙述错误的是(　　) A．复制泡的逐渐扩大与解旋酶和DNA聚合酶相关 B．在复制泡的扩大过程中有氢键的断开和氢键的形成 C．复制泡中的每条DNA子链均通过连续复制逐步向两侧延伸 D．子代DNA中包含一条母链和一条子链且没有游离的磷酸基团 C 20 C　[复制泡的逐渐扩大与解旋酶逐渐打开氢键和DNA聚合酶催化子链形成有关，A正确；在复制泡的扩大过程中，解旋酶打开氢键，子链形成时，新的脱氧核苷酸上的碱基和母链上的碱基之间自动形成氢键，B正确；图示的复制方式为不连续方式复制产生的DNA子链，C错误；由于DNA是环状，子代中没有游离的磷酸基团，由于复制是半保留复制，子代DNA中含一条母链和一条子链，D正确。] 例2．关于DNA分子复制机制，科学家用荧光染料给Rep(DNA解旋酶中作为引擎的那部分结构，驱动复制叉的移动)加上了绿色荧光蛋白从而获知被标记的分子相对于DNA分子的运动轨迹，结果如图所示。下列相关叙述错误的是(　　) A．Rep可以破坏相邻核苷酸之间的磷酸二酯键 B．DNA结合蛋白可能具有防止DNA单链重新形成双链的作用 C．根据材料推断Rep推动复制叉移动是通过水解ATP提供能量 D．DNA复制具有边解旋边复制和半保留复制的特点 A A　[根据Rep蛋白的功能可推断出，Rep蛋白应为解旋酶，该酶能破坏氢键，A错误；DNA结合蛋白缠绕在DNA单链上，可防止单链之间重新螺旋化，B正确；根据材料推断Rep推动复制叉移动是通过水解ATP提供能量，C正确；根据题意和图示分析可知：DNA复制具有边解旋边复制和半保留复制的特点，D正确。] 21 例3．如图所示为DNA复制的较为详细的图解，据图分析下列相关叙述错误的是(　　) A．仅在解旋酶和DNA聚合酶的催化下，DNA复制不能顺利进行 B．在DNA复制的过程中，可能会出现尿嘧啶与腺嘌呤互补配对现象 C．图示DNA复制的特点有边解旋边复制以及半保留复制等 D．复制完成后，前导链和随后链所在单链碱基排列顺序相同 D 【解析】从图示信息可知，DNA复制需要拓扑异构酶Ⅱ、解旋酶、引物合成酶、聚合酶Ⅰ、聚合酶Ⅲ等多种酶的催化，A正确；在DNA复制过程中，RNA引物能与模板链互补形成杂交链，该杂交链中可能含有碱基对A—U，B正确；从图中信息可知，DNA复制的特点有边解旋边复制和半保留复制等，C正确；从图中信息可知，前导链和随后链都是新合成的子链，而两条子链上的碱基是互补的，D错误。 22 谢谢 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 $