2026届高三生物一轮复习课件第20讲 DNA的结构与复制及基因的本质

2026 第20讲 DNA的结构、复制 及基因的本质 必修二 第六单元 遗传的物质基础 课标要求 1、通过掌握DNA的结构特点和功能，理解生命的延续和发展 2、通过假说-演绎法探究DNA的半保留复制。 3、概述多数生物的基因是DNA分子额功能片段，有些病毒的基因在RNA分子上。 目录 PART 01 DNA分子的结构及基因的本质 PART 02 DNA的 复制 PART 03 真题精练 PART 04 DNA中碱基数量的计算规律 DNA分子的结构及基因的本质 01 4 一、DNA双螺旋结构模型的构建 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，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 DNA分子的结构及基因的本质 考点一 C、H、O、N、P 脱氧核苷酸 二、DNA的结构 DNA分子的结构及基因的本质 考点一 A与T配对， G与C配对 磷酸 碱基 脱氧核糖 二、DNA的结构 DNA分子的结构及基因的本质 考点一 三、DNA的结构特点 多样性 特异性 稳定性 碱基排列顺序的千变万化 每一个DNA分子都有特定的碱基排列顺序 磷酸与脱氧核糖交替连接形成的基本骨架不变， 碱基之间互补配对形成氢键方式不变 DNA的变性：碱基对的氢键断裂，双链变成单链 DNA的复性：变性DNA 在适当条件下，使两条彼此分开的链恢复到双螺旋结构 热变性DNA一般经缓慢冷却后即可复性，此过程称之为" 退火" 解旋酶、RNA聚合酶、90-95℃ 55-60℃ DNA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 DNA分子的结构及基因的本质 考点一 a. 一个磷酸可与1或2个脱氧核糖相连； b. 每个DNA分子片段中，有2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； DNA双螺旋结构的热门考点 2、位置关系 1、数量关系： a.单链中相邻碱基通过脱氧核糖一磷酸一脱氧核糖连接； b.互补链中相邻碱基通过氢键相连； 【注意】DNA分子中氢键越多，越稳定。 拓展延伸 解旋酶 DNA酶 限制酶 DNA聚合酶 DNA连接酶 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； 4、酶的作用位点 打开氢键，使DNA双链解开 打开磷酸二酯键，水解DNA； 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； 形成磷酸二酯键，使子链延伸； 形成磷酸二酯键，连接DNA片段； DNA双螺旋结构的热门考点 拓展延伸 四、基因通常是有遗传效应的DNA片段 本质上： 结构上： 功能上： 位置上： 基因通常是有遗传效应的DNA片段 对于RNA病毒，基因是有遗传效应的RNA片段 基因是含有特定遗传信息的核苷酸序列 基因是遗传物质的结构和功能的基本单位 基因通常在染色体上呈线性排列 DNA分子的结构及基因的本质 考点一 五、基因与染色体、DNA的关系 1个或2个 有遗传 多个 脱氧核苷酸排列顺序 效应 DNA分子的结构及基因的本质 考点一 A. R基因中的全部脱氧核苷酸序列都能编码蛋白质 B. R、S、N、O互为非等位基因 C. 果蝇的每个基因都是由成百上千个核糖核苷酸组成的 D. 每个基因中有一个碱基对的替换，都会引起生物性状的改变 下图为果蝇某一条染色体上的几个基因示意图，下列有关叙述正确的是（ ） B 真题精炼 在人类的基因组中，编码蛋白质的基因序列只占人类基因组全长的2%，其余98%的序列都是非编码序列。研究表明，这些非编码序列也具有重要功能，如内含子序列，基因与基因之间的间隔区序列，都能转录为非编码RNA。它们虽然不能被翻译为蛋白质，但是发挥着重要的生理和生化功能。有科学家建议将这些转录生成此类非编码RNA的DNA片段称为RNA基因。下列有关说法正确的是( ) A. RNA基因的基本单位是核糖核苷酸 B. tRNA是由DNA的非编码序列转录形成的 C. 生物遗传信息的多样性仅由基因的编码区决定 D. 人体细胞内的DNA是主要的遗传物质 B 真题精炼 噬菌体的基因组比较小，但又必须要编码一些维持其生命和复制所必需的基因，在选择的压力下，形成了重叠基因。重叠基因是指两个或两个以上的基因共有一段DNA序列的不同可读框，编码不同的蛋白质。重叠基因有多种重叠方式，例如，大基因内包含小基因（如图）；前后两个基因首尾重叠；几个基因的重叠等。近年来，在果蝇和人中也存在重叠基因，例如人类神经纤维病I型基因内含子中含有3个小基因（由互补链编码）。下列叙述错误的是（ ） A．同一个基因的编码区中可能存在多个起始密码子 B．基因的重叠可能对基因表达具有调控作用 C．重叠基因的转录方向可能不是一致的 D．这是一种充分利用碱基资源的机制 A 真题精炼 六、原核基因和真核基因 1、基因的结构 DNA分子的结构及基因的本质 考点一 2、基因的表达差异 不同生物的基因组测序 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 拓展延伸 人 (44＋XY 44＋XX) 果蝇 (6＋XY 6＋XX) 家蚕 (54＋ZW 54＋ZZ) 玉米 (20♀♂同株) 基因组 22＋X＋Y （24条） 3＋X＋Y（5条） 27＋Z＋W（29条） 10条 染色体组 22＋X(或Y)＝23条 3＋X(或Y) ＝4条 27＋Z(或W) ＝28条 10 基因组和染色体组中的染色体的区别 染色体组: 细胞中的一组非同源染色体, 它们在形态和功能上各不相同，但是携带着控制一种生物生长、发育、遗传和变异的全部信息。 拓展延伸 02 DNA的复制 20 一、探究DNA复制的方式 1、实验材料： 大肠杆菌 2、实验方法： 3、实验原理： 4、研究方法： 同位素标记技术、密度梯度离心技术 15N和14N是氮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。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。 假说演绎法 DNA的复制方式为半保留复制 1 提出问题 2 作出假设 密度梯度离心是一种利用梯度介质（如氯化铯）在离心力场中分离颗粒的物理技术。不同颗粒之间存在沉降系数差时，在一定离心力作用下，颗粒各自以一定速度沉降，在密度梯度不同区域上形成区带的方法。 考点二 DNA的复制 1 提出问题 2 作出假设 3 演绎推理 半保留复制 15N 14N 14N 14N 15N 14N P: F1: F2: 15N 15N 14N复制 全保留复制 15N 15N 15N 15N 14N 14N 14N 14N 15N 15N 14N复制 14N复制 14N复制 考点二 DNA的复制 细胞再 分裂一次 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 排除DNA的复制是全保留复制 排除DNA的复制是全保留复制 1 提出问题 2 作出假设 3 演绎推理 4 实验验证 5 实验结论 DNA的复制方式是半保留复制 15N 14N 14N 14N 15N 14N P: F1: F2: 15N 15N 14N复制 14N复制 考点二 DNA的复制 F2排除DNA的复制是分散复制 23 二、DNA复制的过程 1.概念：以亲代DNA分子为模版合成子代DNA分子的过程 2.DNA复制场所 （1）真核细胞：主要在 中，但在 也有DNA的复制； （2）原核细胞：主要在 中，在质粒处也有DNA的复制。 （3）DNA病毒：活的宿主细胞内 3.发生时期(真核生物) 细胞分裂前的 。 间期 (有丝分裂前的间期、减数分裂前的间期) 细胞核 线粒体、叶绿体 拟核 考点二 DNA的复制 二、DNA复制的过程 4. 过程 解旋酶 解开的2条母链 脱氧核苷酸 DNA聚合酶 ① ② ③ 5. 结果 一个DNA分子形成两个完全相同的DNA分子。 考点二 DNA的复制 二、DNA复制的过程 6. DNA复制的特点 （1）边解旋边复制 (从过程上看) （2）半保留复制 (从结果上看) 加快复制速度，减少DNA突变可能 保证复制的准确进行 （3）半不连续复制 （4）多起点双向复制（真核生物染色体DNA） DNA双链的反向平行结构和DNA聚合酶只能沿着5’向3’的方向合成新的脱氧核苷酸链 考点二 DNA的复制 真核生物(多起点、边解旋边双向、半不连续) ①图中显示DNA复制是从多个起点开始的，但多起点并非同时进行 真核生物的这种复制方式的意义在于提高了复制速率 DNA的复制方向 ②DNA分子复制时不是随机起始的，而是从特定的位点开始的，这一特定的位点叫做复制原点 复制原点处的A和T特别多，相对氢键少，不稳定，DNA容易解旋。 拓展延伸 原核生物、真核生物中线粒体、叶绿体DNA(单起点、双向、半不连续) DNA的复制方向 拓展延伸 03 DNA中碱基数量的计算规律 29 一、DNA分子中的碱基数量的计算规律 根据碱基互补配对原则可知：A1=T2 ， T1=A2， G1 = C2 ， C1=G2， 在双链DNA中： A = T ， G = C A＋G =A+C =T+G =T+C =碱基总数的50% 规律一：双链DNA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相等，并为碱基总数的50% 不是所有DNA分子中嘌呤碱基总数一定等于嘧啶碱基总数因为部分DNA呈单链结构，在此类DNA分子中嘌呤数与嘧啶数可能相等也可能不等。 考点三 DNA中碱基数量的计算规律 30 一、DNA分子中的碱基数量的计算规律 根据碱基互补配对原则可知：A1=T2 ， T1=A2， G1 = C2 ， C1=G2， 在双链DNA中： A = T ， G = C A+T G+C A1+T1 G1+C1 A2 +T2 G2 +C2 = = A1 +T1 （A+T） 1 2 = = A2 +T2 （G+C） 1 2 G1 +C1 G2 +C2 = = 规律二：互补碱基之和所占比例在任意一条链与整个DNA分子中都相等 简记为“补则等” 不同生物的DNA分子中，互补配对的碱基之和的比值不同，即（A+T）/（G+C）的值不同，该比值体现了不同生物的DNA分子的特异性。 考点三 DNA中碱基数量的计算规律 31 一、DNA分子中的碱基数量的计算规律 根据碱基互补配对原则可知：A1=T2 ， T1=A2， G1 = C2 ， C1=G2， 在双链DNA中： A = T ， G = C 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” A1+G1 T1+C1 =a T2+C2 A2+G2 =1/a A+G T+C =1 考点三 DNA中碱基数量的计算规律 32 一、DNA分子中的碱基数量的计算规律 根据碱基互补配对原则可知：A1=T2 ， T1=A2， G1 = C2 ， C1=G2， 在双链DNA中： A = T ， G = C 规律四：某碱基在双链DNA中所占比例等于它在每条单链比值之和的一半 =n A2 A2+T2+G2+C2 =m A1 A1+T1+G1+C1 A A+T+G+C = m+n 2 若已知A%为m%，求A1%是无法确定的，但可推测A1%的最大值为2m%，最小值为0. 考点三 DNA中碱基数量的计算规律 33 已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的35.8%，其中一条链中的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%。则在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的（ ） A.32.9%，17.1%　　　 B.31.3%，18.7% C.18.7%，31.3%　　　 D.17.1%，32.9% B 真题精炼 34 （2014.山东）某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成，根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图，下列正确的是（ ） C 2 2 真题精炼 35 (1)子代DNA分子数： ①含有15N链的DNA分子数为2个。 ②只含15N链的DNA分子数为0个。 ③不含15N链的DNA分子数为2n-2个。 ④含14N链的DNA分子数有2n个。 (2)子代脱氧核苷酸链数： ①亲代脱氧核苷酸链数为2条。 ②新合成的脱氧核苷酸链数为2n+1-2条。 DNA复制为半保留复制，若将亲代DNA分子(15N)复制n代，其结果分析如下： 二、DNA复制的有关计算 考点三 DNA中碱基数量的计算规律 36 (3)消耗的脱氧核苷酸数： 若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个， ①连续n次复制，需要消耗该脱氧核苷酸数为m·(2n－1)个； ②第n次复制，所需该脱氧核苷酸数＝m·2n－1。 二、DNA复制的有关计算 考点三 DNA中碱基数量的计算规律 37 (1)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，但后者只包括第n次的复制。 (2)注意碱基的单位是“对”还是“个”。 (3)切记在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)看清试题中问的是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词。 DNA复制相关题目的4点“注意” 拓展延伸 38 $