2027届高三生物人教版一轮复习课件6.2DNA的结构、复制、基因本质

第26讲 DNA的结构、基因的本质 大概念五 遗传信息主要编码在DNA分子上 DNA是怎样储存遗传信息的？又是怎样决定生物性状的？ 1 DNA 结构 特 点 两条单链反向平行、形成双螺旋结构 内侧：碱基通过氢键连接成碱基对 基因 外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接 复制 基本单位 结 构 C、H、O、N、P 4种脱氧核苷酸 组成元素 细胞分裂前的间期 : 时期 :过程 特点 边解旋边复制 特异性：有特定的碱基序列 稳定性：有独特而稳定的双螺旋结构 多样性：碱基对的排列顺序多种多样 半保留复制 重新螺旋←合成子链←解旋 条件 :原料 :模板 : 酶 :能量 DNA的两条链 解旋酶、DNA聚合酶等 ATP 游离的脱氧核苷酸 通常是有遗传效应的DNA片段 本质 思维导图 2 从查哥夫处得知_______________________ 考点1：DNA结构模型构建的主要探索成果 沃森和克里克　 沃森和克里克推算出 。 尝试构建模型：双螺旋、三螺旋 重新构建模型，让A与T，C与G配对，双螺旋模型构建成功 威尔金斯和富兰克林提供_______________ DNA的结构单位:4种脱氧核苷酸，分别含有 4种碱基 DNA衍射图谱 A、G、C、T A与T，G与C的量相等 1 构建者： 2 构建过程： DNA呈螺旋结构 书P48-49 3 考点2：DNA双螺旋结构书P50，大本P152 热门考点1：DNA的初步水解产物？彻底水解产物？ DNA初步水解产物是脱氧核苷酸(4种) DNA彻底水解产物是磷酸(1种)、脱氧核糖(1种)、碱基(4种)。 元素 小分子 基本单位 DNA结构解读: (1)基本骨架:________________交替连接, 排列在外侧。 (2)主链:两条脱氧核苷酸长链______平行盘旋而成。 (3)碱基对 磷酸、脱氧核糖 反向 相邻核苷酸通过 相连。 两条链上的碱基通过_____连接成碱基对 氢键 磷酸二酯键 热门考点2：每个链状DNA分子中，有几个游离的磷酸基团？ 热门考点3：一个磷酸基团可以连接几个脱氧核苷酸？ 2个 1个或2个 1.DNA分子的一条单链中，相邻碱基通过 “ ”相连。 相邻核苷酸通过 相连。 2.互补链中相邻碱基通过 相连。 脱氧核糖和磷酸交替连接，构成基本骨架 碱 基 外 侧： 内 侧： 3′ 5′ 5′ 3′ 脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖 氢键 磷酸二酯键 易错分析： 考点2：DNA双螺旋结构 1 DNA的分子结构 5 考点2：DNA双螺旋结构 2 DNA的结构特点 3．碱基的特定的排列顺序，构成了DNA分子的__________。 2．碱基的排列顺序千变万化，构成了DNA分子的________。若某DNA分子中有n个碱基对，则排列顺序有 种。 多样性 特异性 A G G T C T A G … T C C A G A T C … 4种 4种 4种 4种 4种 4种 4种 4种 … T A A T C G G C 4n 1．磷酸和脱氧核糖交替连接的方式不变；两条链间碱基互补配对的方式不变。这说明DNA分子结构具有 性。 相对稳定 6 2.下图是DNA分子结构模式图，用文字填出1—10的名称 胸腺嘧啶(T) 胞嘧啶（C） 鸟嘌呤 (G) 腺嘌呤 (A) 脱氧核糖 磷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸 碱基对 氢键 一条脱氧核苷酸链的片段 １. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. __ 1 2 3 4 5 6 7 8 10 9 G T C A 课堂练习：课本 p52 7 磷酸二酯键 氢键 解旋酶 （断开） 限制性内切核酸酶 （断开） DNA连接酶 （形成） DNA聚合酶 （形成） RNA聚合酶 （断开） 8 【命题探究·释疑解惑】 【典例】(2022·浙江6月高考)某同学欲制作DNA双螺旋结构模型,已准备了足够的相关材料。下列叙述正确的是(　　) A.在制作脱氧核苷酸时,需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基 B.制作模型时,鸟嘌呤与胞嘧啶之间用2个氢键连接物相连 C.制成的模型中,腺嘌呤与胞嘧啶之和等于鸟嘌呤与胸腺嘧啶之和 D.制成的模型中,磷酸和脱氧核糖交替连接位于主链的内侧 聚焦考查点:DNA分子的结构特点及相关计算。 √ 【解析】选C。在制作脱氧核苷酸时,需在脱氧核糖上连接磷酸和碱基,A错误。制作模型时,鸟嘌呤与胞嘧啶之间用3个氢键连接物相连,B错误。由碱基互补配对原则可知,制成的模型中,腺嘌呤与胞嘧啶之和等于鸟嘌呤与胸腺嘧啶之和,C正确。制成的模型中,磷酸和脱氧核糖交替连接位于主链的外侧,D错误。 【扣点专练·通法悟道】 1.某同学欲制作DNA双螺旋结构模型,已准备了足够的相关材料。下列叙述错误的是(　　) A.制成的模型中,嘌呤碱基之和等于嘧啶碱基之和 B.制作脱氧核苷酸时,磷酸和碱基连接在脱氧核糖上 C.制作模型时,鸟嘌呤与胞嘧啶之间用3个氢键连接物相连 D.制成的模型中,每个脱氧核糖都连接2个磷酸 √ 【解析】选D。DNA的两条链之间遵循碱基互补配对原则,即A-T、C-G,故腺嘌呤(A)与鸟嘌呤(G)之和等于胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)之和,A正确;根据脱氧核苷酸的结构图可知,在制作脱氧核苷酸时,需在脱氧核糖上连接磷酸和碱基,B正确;制作模型时,腺嘌呤与胸腺嘧啶之间形成2个氢键,要用2个氢键连接物相连,鸟嘌呤与胞嘧啶之间形成3个氢键,要用3个氢键连接物相连,C正确;在制成的模型中,每条单链的一端的脱氧核糖只连接1个磷酸,D错误。 2.下列关于双链DNA分子结构的叙述,正确的是(　　) A.某双链DNA分子中有胸腺嘧啶312个,占总碱基的比例为26%,则该DNA分子上有鸟嘌呤288个 B.若质粒含有2 000个碱基,则该分子同时含有2个游离的磷酸基团 C.某双链DNA分子中胞嘧啶占25%,则每条单链上的胞嘧啶占25%~50% D.核苷酸数目相同的2个DNA分子,其氢键数目一定相同 √ 【解析】选A。某DNA分子上有胸腺嘧啶312个,占总碱基比例为26%,则该DNA分子上碱基总数为312÷26%=1 200个,任意不互补的两个碱基之和等于碱基总数的一半,根据碱基互补配对原则,该DNA分子中有鸟嘌呤1 200 ×(50%-26%) =288个,A正确;质粒是环状DNA分子,其不含游离的磷酸基团,B错误;某双链DNA分子中胞嘧啶占25%,则每条单链上的胞嘧啶占该链全部碱基数目的0%~50%,C错误;A-T之间有2个氢键、C-G之间有3个氢键,因此核苷酸数目相同的2个DNA分子,其氢键数目不一定相同,D错误。 染色体 DNA 基因 脱氧核苷酸 ①一条染色体含有_________个DNA分子 ②染色体是DNA的___________。 1个或2 主要载体 ①数量：每个DNA分子上含有____个基因 ②本质：基因通常是有__________的DNA片段 多 遗传效应 ②基因中 代表遗传信息 脱氧核苷酸（碱基）的排列顺序 ①每个基因中含有许多脱氧核苷酸 考点3：染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系 呈线性排列 遗传效应的功能体现：控制性状与生命活动，通常基因通过表达出蛋白质来控制生物性状。 注意： 所有的基因都编码蛋白质或肽链。 不是 思考：如何理解“有遗传效应”？ 15 考点3：DNA碱基数目的相关计算规律 例题1：一个DNA分子有1000个碱基对，其中A=240个，该DNA分子中总共含有_____个氢键。 1000个碱基对共有2000个碱基 A=240 氢键数=240×2+760×3=2760 G+C= 1520 A+T= 480 T=240 G=C= 760 1 氢键数目 碱基互补配对原则 （3个氢键） G C A T （2个氢键） 先算ATCG的数量，再算氢键 16 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 A=T，C=G A+G = ?+? A+C = ?+? 在整个双链DNA中： T+C 50% T+G = 推论2： 推论1： 规律一：双链DNA分子中嘌呤总数＝嘧啶总数， 例题2：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% 任意两个不互补碱基之和为碱基总数的一半。 嘌呤%+嘧啶%=1 嘌呤%=嘧啶%= A+G C+T = = ? = = 50% 考点3：DNA碱基数目的相关计算规律 17 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 m m A2+C2+G2+T2 = A1+T1 A1+C1+G1+T1 T2+A2 = T+A A1 = T2，T1 = A2 在整个双链DNA中： A+C+G+T A1+T1 设 ，求 =？ A+T A+T+G+C = n A1+T1+ G1+C1 A2+T2 =？ A2+T2+ G2+C2 n n 例题3：某DNA中G+C占整个DNA碱基总数的56%，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 G+C A+T+G+C = 56% G1 A1+T1+ G1+C1 =21% 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”。 G2 A2+T2+ G2+C2 = C1 A2+T2+ G2+C2 =？ 考点3：DNA碱基数目的相关计算规律 ¼+¼=2/8 18 设DNA一条链为1链，互补链为2链。 根据碱基互补配对原则: 可知：A1=T2 ， A2=T1，G1 = C2 ， G2 =C1。 在DNA双链中： A = T ， G = C A2+G2 T2+C2 A1+G1 T1+C1 = b 设 ，求 =？ A+G T+C =？ 1/b 1 针对训练3 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 。 = A1+T1 C1+G1 0.4 = A1+C1 T1+G1 0.4 0.4 2.5 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 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 A2+T2 C2+G2 A2+C2 T2+G2 考点3：DNA碱基数目的相关计算规律 19 基因的种类一般分为结构基因、转录基因和调控基因。 结构基因的功能： 具有转录和翻译功能，能控制生物性状（编码蛋白质或肽链）。 转录基因的功能： 只有转录功能，没有翻译功能，能转录形成tRNA和rRNA。 调控基因的功能： 不能进行转录和翻译，只能调控其他基因的表达。 知识拓展 ：基因的结构 遗传效应的功能体现：控制性状与生命活动 基因的遗传效应通过指导蛋白质合成，直接或间接调控生物体的表型特征和生理过程： 直接控制：某些基因编码结构蛋白（如胶原蛋白、血红蛋白），直接构成细胞或组织的成分。 间接控制：多数基因编码酶或调节蛋白，通过催化生化反应或调控基因表达，影响代谢途径、细胞分化、器官发育等。 非编码RNA的调控作用：部分基因不编码蛋白质，而是生成非编码RNA（如miRNA、lncRNA），通过调控其他基因的表达或RNA稳定性，参与细胞周期、应激反应等过程。 例子：胰岛素基因编码胰岛素蛋白，调节血糖水平；HOX基因家族编码转录因子，控制胚胎体节的形成和肢体发育。 20 基因通常是有_______________________。 遗传效应的DNA片段 DNA病毒、细胞生物：                                RNA病毒： DNA片段 基因是有遗传效应的 。 RNA片段 基因是有遗传效应的 。 基因A 基因B 基因C 非基因片段 非基因片段 非基因片段 非基因片段 一段DNA不一定是基因 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。 考点4：基因的本质 DNA片段 基因1 基因2 基因3 放大 非编码区 非编码区 编码区 编码区上游 编码区下游 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。 非编码区：不能转录为相应的mRNA，不能编码蛋白质的区段，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%） 22 1、原核细胞的基因结构 知识拓展 ：基因的结构 编码区（基因） 非编码区 非编码区 启动子 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： 终止子 编码区上游 编码区下游 23 2、真核细胞的基因结构 知识拓展 ：基因的结构 启动子 前体mRNA 转录 成熟mRNA 汉水丑生侯伟作品 终止子 编码区上游 编码区下游 剪切、拼接 外显子 内含子 外显子 内含子 能转录相应的mRNA，进一步能编码蛋白质的DNA序列。 能转录相应的mRNA，但却不能编码蛋白质的DNA序列。 编码区（基因） 非编码区 非编码区 不编码氨基酸的序列在RNA自身的催化作用下被切除 24 原核细胞 真核细胞 不同点 编码区是 的 编码区是间隔的、 的 相同点 都由能够 的编码区和具有 作用的非编码区组成的 连续 不连续 3、原核细胞与真核细胞的基因结构比较 （2）编码相同数目氨基酸的蛋白质，原核细胞与真核细胞基因结构一样长吗？ （1）非编码序列： 包括非编码区和内含子 【思考】 真核细胞基因结构更长，因为真核生物的基因还包括内含子（不编码蛋白质）。 编码蛋白质 调控 原核生物的基因：不能编码蛋白质的序列= 非编码区 真核生物的基因：不能编码蛋白质的序列= 非编码区+内含子 25 易错提醒 DNA结构的两种关系和两种化学键 (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 26 长句表达 (必修2 P51“探究·实践”讨论T1)DNA能够储存足够量的遗传信息的原因: _____________________________________________________________ ____________________________。 DNA虽然只含有4种脱氧核苷酸,但是碱基的排列顺序却是千变万化的, 使DNA储存了大量的遗传信息 长句表达 1.(必修2 P57“问题探讨”)转基因鲤鱼生长速度更快的原因:外源生长激素基 因整合到转基因鲤鱼的DNA中,并发挥了促进__________合成的功能,而生长 激素可使鲤鱼的生长速度加快。 2.(必修2 P59“拓展应用”T2延伸)人脸识别技术具有可行性的原因是______ ______________________,而这些都是由基因决定的,这说明了基因的特 异性。 生长激素 每个 人都有独特的面部特征 【扣点专练·通法悟道】 1.基因通常是有遗传效应的DNA片段。下列有关判断正确的是(　　) A.水稻、玉米等真核生物的基因就是有遗传效应的DNA片段 B.禽流感病毒、新型冠状病毒的RNA片段就是控制性状的基因 C.原核生物的基因既可以是DNA也可以是RNA,但通常是DNA D.基因也具有多样性和特异性,这和基因的核苷酸连接方式有关 √ 【解析】选A。真核生物的基因是有遗传效应的DNA片段,水稻、玉米均为真核生物,A正确;禽流感病毒、新型冠状病毒的基因是有遗传效应的RNA片段,而不是任意的RNA片段,B错误;原核生物的遗传物质是DNA,其基因是有遗传效应的DNA片段,C错误;不同基因核苷酸的连接方式是相同的,基因的多样性与特异性与基因中核苷酸的连接方式无关,D错误。 从教材走向高考 2.(必修2 P52“科学·技术·社会”改编)在刑侦领域中,DNA指纹技术发挥着越来越重要的作用,我国公安在开展打击拐卖妇女儿童的专项斗争中,应用DNA指纹技术进行亲子鉴定。请回答: (1)“DNA指纹”实际上是指DNA中的______________, DNA指纹技术依据的主要原理是DNA双链之间的__________________原则。  (2)每个人的DNA指纹图是独一无二的,是因为每个人的DNA中___________________________不同,这体现了DNA结构具有__________的特点。  碱基序列 碱基互补配对 碱基排列顺序(或遗传信息) 特异性 【解析】(1)人的遗传信息主要分布于染色体上的DNA中。两个随机个体具有相同DNA序列的可能性微乎其微,因此,DNA可以像指纹一样用来识别身份,这种方法就是DNA指纹技术。“DNA指纹”实际上是指DNA中的碱基序列,即其中包含的遗传信息,DNA指纹技术依据的主要原理是DNA双链之间的碱基互补配对原则。 (2)虽然每个人的DNA均由4种脱氧核苷酸组成,但每个人的DNA中碱基排列顺序(或遗传信息)不同,所以每个人的DNA指纹图是独一无二的,这体现了DNA结构具有特异性的特点。 (3)检测时,主要比对被检测个体的DNA链之间的吻合度。如图为某小孩与其母亲和四位男性的DNA比对结果,则该小孩的生物学父亲是______(填字母)。  B 【解析】(3)小孩的遗传物质来自其母亲和父亲,检测时,主要比对被检测个体的DNA链之间的吻合度。小孩的两条条带其中一条与母亲其中一条相同,另一条与B图其中一条相同,所以B是小孩的生物学父亲。 DNA的复制 考点1 DNA半保留复制的实验证据 ②作出假说 推测可能的复制方式。 ④实验验证，得出结论 实验、得出结论、验证假说。 ①提出问题 DNA是如何复制的？ ③演绎推理 根据复制模式， 预测实验结果。 假说——演绎法 研究方法： in the following communications. We were not aware of the details of the results presented there when we devised our structure, which rests mainly though not entirely on published experimental data and stereo-chemical arguments. It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the gengtic material. Full details of the structure, including the con-ditions assumed in building it , together with a set of co-ordinates for the atoms, will be published elsewhere. 《核酸的分子结构》论文节选 值得注意的是，我们提出的这种碱基特异性配对方式，暗示着遗传物质进行复制的一种可能的机制 36 2 作出假设 (2)全保留复制 子代DNA的双链都是新合成的 (1)半保留复制(沃森和克里克提出） 子代DNA的双链，一半是新的，一半是旧的 复制 一次 复制一次 考点1：DNA半保留复制的实验证据 保留指的是保留旧链 37 1.要通过实验“探究DNA复制是哪种方式？” 关键思路是什么？ 2.肉眼看不见DNA，如何区分亲代和子代的DNA呢？ 把子链和母链区别开，观察它在新DNA中出现的情况。 同位素标记法 3.该实验用什么元素做标记? 15N和14N 15N和14N是N元素的两种稳定的同位素(无放射性)， 这两种同位素的相对原子质量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大； 考点1：DNA半保留复制的实验证据 4.不同密度的DNA分子是随机混合在一起的，应如何区分？ 密度梯度离心技术 密度梯度离心技术是一种基于颗粒密度差异进行分离的分子生物学技术，通过在离心管内形成连续或不连续的密度梯度介质，利用离心力使不同密度的生物颗粒分层，实现高纯度分离。 演示图例，我们为是什么能一眼看出来它是那种复制方式？ 一个体系内DNA有放射性，能说明这个体系内的所有DNA都有放射性么 38 3 演绎推理 15N 14N 14N 14N 15N 14N P F1 F2 14N复制 （1）半保留复制 15N 15N （2）全保留复制 15N 15N 15N 15N 14N 14N 14N复制 14N复制 14N复制 14N 14N 15N 15N 画一画分别按照半保留复制、全保留复制的方式复制两次，DNA中15N和14N的分布情况 高密度带 中密度带 低密度带 中密度带 15N/15N-DNA 15N/14N-DNA 15N/14N-DNA 14N/14N-DNA 高密度带 高密度带 低密度带 高密度带 低密度带 15N/15N-DNA 14N/14N-DNA 15N/15N-DNA 14N/14N-DNA 15N/15N-DNA 轻带 中带 重带 39 5 得出结论 亲代 第一代 第二代 15N/ 14N 15N/ 15N 15N/ 14N 14N/ 14N 重带 中带 1/2中带 1/2轻带 ：DNA复制是半保留复制。 考点1：DNA半保留复制的实验证据 4 实验验证 40 1.实验者: 美国生物学家__________和__________。 2.研究方法: 3.实验材料: 梅塞尔森 斯塔尔 假说—演绎法 大肠杆菌（繁殖快，20min一代） 4.实验技术: 5.实验原理: 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。　　　 密度 低 高 14N/14N—DNA 15N/14N—DNA 15N/15N—DNA (轻带) (中带) (重带) 6 小结 梅塞尔森 斯塔尔 以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。 (1)DNA复制的概念： (3)发生时期： (4)场所： 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： 宿主细胞 细胞分裂前的间期 (5)实质： 遗传信息的复制 考点2：DNA复制 (2)结果： 一个DNA分子形成两个完全相同的DNA分子 42 DNA聚合酶 解旋酶 复制分叉 子链 DNA模板链 DNA聚合酶 DNA模板链 子链 DNA （断开氢键） 4种脱氧核苷酸 一条母链和一条子链螺旋成为一个新的DNA分子 DNA聚合酶 碱基互补配对原则 解开后的每一条母链 游离的4种dNTP ③结果： ①能量： ②酶： ①模版： ②原料： ③酶： ④原则： ⑤方向： 子链的5'端→3'端 （形成磷酸二酯键） 断开氢键，解开双链 细胞提供能量 解旋酶 解旋 合成子链 重新螺旋 5′ 3′ 3′ 5′ 考点2：DNA的复制 (6)过程： 实际是dNTP（脱氧核苷三磷酸） 作用：①作为原料 ②供能 【[细胞秘事36] 准确率99.999999%，DNA复制到底多复杂？】 https://www.bilibili.com/video/BV155G9zdE4m/?share_source=copy_web&vd_source=5dd0e6a639ce2af45ae3fb86d3b216d6 43 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 真题必刷 ①原核生物和真核生物DNA复制的共同特点： 单起点双向复制（原核生物） 多起点双向复制（真核生物），提高复制效率。 ①边解旋边复制 (从过程上看) ②半保留复制 (从结果上看) 考点2：DNA的复制 (7)特点： ②不同点： 5' 3' 5' 3' 45 你认为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。 将遗传信息从亲代传给子代，从而保持遗传信息的连续性。 (9)精确复制的原因： (8)复制的意义： 考点2：DNA的复制 （1）DNA独特的 结构提供精确的模板。 （2） 保证复制准确地进行。 双螺旋 碱基互补配对原则 46 【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 1．如图为DNA分子复制的模型，请据图回答下列问题。 （1）已知DNA聚合酶只能从子链的5’向3’移动，当母链是a时，子链的合成方向是？ （2）当母链是b时，子链DNA的合成方向是？还能连续合成吗？ 子链DNA的合成方向是5‘到3’（连续合成） 子链DNA按照5‘到3’不连续合成，形成片段 （3）冈崎片段该怎么连接成完整的DNA链呢？ DNA连接酶 连接DNA片段 形成磷酸二酯键 冈崎片段 a b 绿色部分代表什么 47 1、为什么DNA的复制需要RNA引物？ ATCGCGATAGCGTAGCTGCGACCTAGC 5’ 3’ TAGCGCTATCGCATCGACGCTGGATCG 3’ 5’ GGAUCG 5’ AUCGCG 5’ RNA引物Ⅰ RNA引物Ⅱ TAGCGCTATCGCATCGACGCT 3’ ATAGCGTAGCTGCGACCTAGC 3’ DNA聚合酶特点：不能从头合成DNA，而只能延伸3’-端DNA链。 因此，DNA复制需要引物，为DNA聚合酶提供3’。 【拓展延伸】DNA复制的引物 引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸。 在细胞中为一段单链RNA（后被酶切除）， 在PCR中为一段人工合成的单链DNA。 2、什么是引物？ DNA的合成方向：总是从子链的5‘端向3’端延伸。 后随链合成过程中，先合成的小片段的引物被切除，切除引物留下的空隙由后合成的相邻片段继续延长来补充。各个片段由DNA连接酶将其连成一条完整的DNA子链。 ③切除引物后，子链会比母链短一截(如图中连续复制链)，这就是端粒DNA在每次细胞分裂后缩短的原因，可由端粒酶延长。 48 (1)双链DNA中T占比越高，DNA热变性温度越高。(2024·浙江6月选考，9B) ( ) (2)沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式。(2022·广东卷，5D) ( ) (3)某同学制作DNA双螺旋结构模型，在制作脱氧核苷酸时，需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基。(2022·浙江6月选考，13A) ( ) 易错辨析 沃森和克里克以DNA衍射图谱为基础推算出DNA呈螺旋结构。 双链DNA中GC碱基对占比越高，DNA热变性温度越高。 在制作脱氧核苷酸时，需在脱氧核糖上连接磷酸和碱基。 × × × 49 (4)制作DNA双螺旋结构模型时，鸟嘌呤与胞嘧啶之间用2个氢键连接物相连。(2022·浙江6月选考，13B) ( ) (5)DNA每条链的5′端是羟基末端。(2021·辽宁卷，4C) ( ) (6)与RNA分子相比，DNA分子特有的碱基是U。(2017·浙江4月选考，6改编) ( ) 易错辨析 DNA每条链的5′端是磷酸基团末端，3′端是羟基(—OH)末端。 G、C之间形成3个氢键。 与RNA分子相比，DNA分子特有的碱基是T。 × × × 50 长句表达 1.(必修2 P53“问题探讨”讨论1改编)碱基互补配对原则与DNA复制机制的关 系:碱基互补配对原则是指两条链的碱基之间有准确的一一对应关系,暗示 DNA的复制可能需要先________________________,然后通过碱基互补配对 合成互补链。 2.(必修2 P56“拓展应用”2延伸)果蝇DNA形成多个复制泡的原因:说明果蝇 的DNA有多个__________,可同时从不同起点开始DNA的复制,由此加快 ________________,为细胞分裂做好物质准备。 解开DNA双螺旋的两条链 复制起点 DNA复制的速率 返回 【命题探究·释疑解惑】 【典例】如图1、2分别为DNA分子结构及复制示意图。请据图回答下列问题。 (1)1953年沃森和克里克提出了DNA双螺旋结构模型。该模型认为:DNA分子中的____________________交替连接,排列在外侧,构成基本骨架;碱基排列在内侧。图1中由①②③构成的④称为________________________。  脱氧核糖与磷酸　 鸟嘌呤脱氧核苷酸 返回 (2)从图2可以看出,DNA复制有多个起点,其意义在于___________________;图中所示的A酶为________酶,作用于DNA结构中的氢键。DNA复制所需基本条件主要包括________________________ (至少答出两点)等。从图2还可以看出DNA复制时,一条子链是连续合成的,而另一条子链是_________________,即先形成短链片段再通过______________酶相互连接。  (3)若在一单链中=n,则在另一条互补链中其比例为______,在整个DNA分子中其比例为_________。  聚焦考查点:DNA复制及相关计算。 提高了复制速率 解旋 模板、酶、原料和能量 不连续合成的 DNA连接 n n 返回 【解析】(1)DNA分子中的脱氧核糖与磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本 骨架。图1中由①②③构成的④称为鸟嘌呤脱氧核苷酸,是DNA的基本组成 单位之一。(2)DNA复制从多个起点开始,能提高复制速率。图中所示的A酶 为解旋酶,作用于碱基之间的氢键,使DNA双螺旋结构打开。DNA复制所需 基本条件主要包括模板、酶、原料和能量等。由图2可知,DNA复制时,一条 子链是连续合成的,而另一条子链是不连续合成的,即先形成短链片段再通 过DNA连接酶相互连接。(3)一条单链上=n,根据碱基互补配对原则,与 该链互补的另一条链上=n,整个DNA分子中== =n。 返回 【扣点专练·通法悟道】 1.如图表示洋葱根尖细胞中DNA分子复制过程,非复制区与复制区的相接区域会形成“Y”字形结构,称为“复制叉”。下列说法正确的是(　　) A.该过程只需要解旋酶和DNA连接酶2种酶参与 B.解旋酶在复制叉部位将DNA双链解开,消耗ATP C.前导链由3'端向5'端的延伸无须ATP的驱动 D.该过程只发生在细胞核内,与染色体同步复制 √ 返回 【解析】选B。该过程需要解旋酶、DNA连接酶、DNA聚合酶3种酶参与,A错误;据图可知,解旋酶结合在复制叉的部位,催化双链解旋,此过程消耗能量,B正确;DNA子链的延伸需要消耗能量,C错误;线粒体中也存在DNA分子,因此该过程也可以发生在线粒体中,D错误。 返回 2.一个双链均被32P标记的DNA由5 000个碱基对组成,其中腺嘌呤占20%,将其置于只含31P的环境中复制3次。下列叙述错误的是(　　) A.DNA复制是一个边解旋边复制的过程 B.第三次复制需要2.1×104个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸 C.子代DNA分子中含32P的单链与含31P的单链之比为1∶7 D.子代DNA分子中含32P与含31P的分子数之比为1∶4 √ 返回 【解析】选B。DNA复制是一个边解旋边复制的过程,A正确;DNA分子中共有10 000个碱基,其中胞嘧啶3 000个,DNA第三次复制需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为(23-1)×3 000-(22-1)×3 000=1.2×104(个),B错误;含32P的单链只有两条,所有的链数=23×2=16,所以子代DNA分子中含32P的单链与含31P的单链之比为2∶14=1∶7,C正确;含32P的DNA有两个,所有DNA都含31P,所以子代DNA分子中含32P与含31P的分子数之比为1∶4,D正确。 返回 考点三　DNA复制与细胞分裂中染色体的同位素标记 返回 【命题探究·释疑解惑】 【典例】某雄性动物细胞(染色体数为46条)的DNA双链均被15N标记,将该细胞置于含14N的培养基中培养,经两次连续分裂后形成4个大小相等的子细胞。下列有关说法正确的是(　　) A.若子细胞中染色体数都为46条,则这46条染色体的DNA双链一定为14N/14N B.若子细胞中染色体数都为23条,则这23条染色体的DNA双链一定为15N/14N C.若子细胞中染色体数都为46条,则这46条染色体的DNA双链一定为15N/14N D.若子细胞中染色体数都为23条,则这23条染色体的DNA双链一定为14N/14N 聚焦考查点:细胞分裂中染色体的同位素标记情况。 √ 返回 1 有丝分裂中染色体标记问题 DNA复制与细胞中的染色体标记问题 取一个全部N被15N标记的DNA分子， 转移到含14N的培养基中培养(复制)2代 复制 . . 分裂1次 复制 复制 . . . . 分裂2次 分裂2次 培养一个细胞周期， 产生的子染色体都带有标记 培养2个细胞周期，产生的子染色体一半带有标记 61 2 减数分裂中染色体标记问题 DNA复制与细胞中的染色体标记问题 将含有15N的DNA转至含14N标记培养液中培养 复制 . . . . 减Ⅰ . . . . 减Ⅱ 减Ⅱ 减数分裂产生的子染色体都带有标记 62 【解析】选B。若子细胞中染色体数为46条,则这两次分裂进行的是有丝分裂。由于DNA分子的复制方式为半保留复制,因此第一次有丝分裂形成的两个子细胞中的46个核DNA分子的双链均为15N/14N。经过第二次有丝分裂前的间期复制后,细胞中的每条染色体含有的两个染色单体中的DNA分子一个双链是15N/14N,一个双链是14N/14N;到第二次有丝分裂后期,经过着丝粒分裂后的细胞中含有的92条染色体中只有46个DNA分子双链为15N/14N,另外的46条染色体上的DNA分子双链为14N/14N。再加上有丝分裂后期分开的染色体随机进入不同的细胞中,因此经过第二次有丝分裂形成的4个子细胞 返回 中含有的46条染色体上的DNA分子双链不一定都为14N/14N,而是这46条染色体含有的DNA分子中表现为双链14N/14N的数目可能为0~46,A、C错误。若子细胞中染色体数为23条,则经过的这两次分裂为减数分裂,由于该过程中DNA分子只复制了一次,根据DNA分子半保留复制的特点,这23条染色体的DNA双链一定都为15N/14N,B正确,D错误。 返回 【扣点专练·通法悟道】 1.(2026·东莞联考)果蝇因其易饲养、繁殖快、染色体少、性状明显等特点,成为遗传学研究的理想材料。将果蝇(2=8)的1个精原细胞中的全部DNA用32P标记后置于不含标记的培养液中进行培养,一段时间后得到4个子细胞(不考虑染色单体互换和染色体变异)。下列叙述错误的是(　　) A.4个子细胞中含有32P标记的细胞至少有2个 B.若没有进行有丝分裂,则4个细胞各含有4条放射性的染色体 C.若只进行1次有丝分裂,则4个细胞各含有4条放射性的染色体 D.若进行2次有丝分裂,则4个细胞均含有放射性标记的染色体 √ 返回 【解析】选D。若进行减数分裂,4个子细胞的每条染色体均含一个被部分标记的DNA分子,因此4个子细胞均含放射性;若进行两次有丝分裂,第一次分裂后的两个子细胞均含放射性,第二次分裂时每个子细胞可能分配到部分标记的染色体,至少有两个子细胞含放射性,A正确。若没有进行有丝分裂即进行减数分裂,减数分裂Ⅰ后,每个子细胞的4条染色体均含被部分标记的DNA,减数分裂Ⅱ时,姐妹染色单体分离,每个子细胞的4条染色体仍含放射性,B正确。若只进行1次有丝分裂,产生两个精原细胞,每个细胞中8条染色体均带32P标记(经过半保留复制,复制后所有DNA含31P-32P链), 若只进行1次 返回 减数分裂Ⅰ,每个精原细胞作为初级精母细胞,复制后含16条染色单体(每条染色体中的其中一个单体DNA均含32P链)。减数分裂Ⅰ后期同源染色体分离,产生两个次级精母细胞(各含4条染色体,但每条染色体含1条带标记的染色单体),所以得到4个细胞(即共4个次级精母细胞),每个细胞含4条染色体,均带标记,C正确;两次有丝分裂后,第2次分裂时每条染色体随机分配标记的姐妹染色单体,可能存在没有放射性标记的染色体的细胞,D错误。 返回 2.5-溴尿嘧啶脱氧核苷(BrdU)可代替胸腺嘧啶脱氧核苷参与DNA复制,细胞在含BrdU的培养液中培养若干细胞周期,经染色可观察到不同染色体的染色结果,如表所示。SCEs是指两条姐妹染色单体之间的同源片段的互换。在某细胞周期,经染色后发现了如图所示的色差染色体。 下列关于该色差染色体的成因分析,错误的是(　　) A.第1个细胞周期中无浅蓝色染色体,但之后的细胞周期总能观察到深蓝色染色单体 B.第2个细胞周期的每条染色体的两条染色单体着色都不同 C.第3个细胞周期的某细胞中可能全为浅蓝色染色体 D.若第1个细胞周期发生交换,第1个细胞周期能观察到色差染色体 √ 返回 【解析】选D。根据DNA半保留复制的特点,第1个细胞周期的每条染色体的染色单体都只有一条链含有BrdU,所有染色单体染色都为深蓝色,但由于最初模板链存在,所以之后总会观察到深蓝色染色单体,A正确;第2个细胞周期的每条染色体复制之后,每条染色体上的两条染色单体均为一条单体双链都含有BrdU,呈浅蓝色,一条单体只有一条链含有BrdU呈深蓝色,故着色都不同,B正确;由于染色体着丝粒分裂后,姐妹染色单体随机移向两极,因此第2个细胞周期结束后,如果某细胞的每条染色体中,都是两条单链含BrdU的染色单体分到了同一个子细胞,那这个细胞中的染色体可能全为浅蓝色,C正确;若第1个细胞周期发生交换,染色单体全为深蓝色,无色差,D错误。 返回 体验高考·淬炼考能 1.(2025·北京高考)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 √ 返回 【解析】选B。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,进而区分DNA的母链和子链,A错误;在15N标记DNA的实验中,得到的DNA带的位置有轻带(两条链都含14N)、中带(一条链含14N,一条链含15N)、重带(两条链都含15N)三个。根据不同代DNA在离心后出现的这些带的位置和比例,证明了DNA的半保留复制,B正确;若将DNA解链为单链后离心,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,C错误;选择大肠杆菌作为实验材料是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,而不是因为它有环状质粒DNA,D错误。 返回 2.(2023·山东高考)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 √ 返回 【解析】选D。本题主要考查DNA的半保留复制的过程。据图分析,图甲时新合成的单链①比②短,图乙时①比②长,图丙时①和②一样长,可以说明①和②延伸时均存在暂停现象,A正确。由于①和②表示新合成的单链,所以①和②两条链中碱基是互补的。图甲时新合成的单链①比②短,但②中多出的部分可能不含有A、T,因此①中A、T之和与②中A、T之和可能相等,B正确。①和②两条链中碱基是互补的,丙为复制结束时的图像,新合成的单链①和②等长,因此丙时①中A、T之和与②中A、T之和一定相等,C正确。DNA分子复制时,延伸方向都是由子链的5'端→3'端,所以②延伸方向为5'端至3'端。①和②两条单链由一个双链DNA分子复制而来,其中一条母链合成子链①时,子链①的5'端指向解旋方向,那么另一条母链合成子链②时,其模板链5'端指向解旋方向,D错误。 返回 3.(2022·广东高考)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 √ 返回 【解析】选C。单链序列脱氧核苷酸数量相等、分子骨架同为脱氧核糖与磷酸交替连接,不能决定线性DNA分子两端能够相连,A、B错误;据图可知,单链序列的碱基能够互补配对,决定线性DNA分子两端能够相连,C正确;DNA的两条链是反向的,因此自连环化后两条单链方向相反,D错误。 返回 4.(2021·浙江6月高考)在DNA复制时,5-溴尿嘧啶脱氧核苷(BrdU)可作为原料,与腺嘌呤配对,掺入新合成的子链。用Giemsa染料对复制后的染色体进行染色,DNA分子的双链都含有BrdU的染色单体呈浅蓝色,只有一条链含有BrdU的染色单体呈深蓝色。现将植物根尖放在含有BrdU的培养液中培养,取根尖用Giemsa染料染色后,观察分生区细胞分裂中期染色体的着色情况。下列推测错误的是(　　) A.第一个细胞周期的每条染色体的两条染色单体都呈深蓝色 B.第二个细胞周期的每条染色体的两条染色单体着色都不同 C.第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体均为1/4 D.根尖分生区细胞经过若干个细胞周期后,还能观察到深蓝色的染色单体 √ 返回 【解析】选C。第一个细胞周期每条染色体的两条染色单体的DNA分子中只有一条链含有BrdU,都呈深蓝色,A正确;第二个细胞周期每条染色体的两条染色单体的DNA分子,一个有一条链含有BrdU,另一个两条链都含有BrdU,着色都不同,B正确;第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体数不确定,C错误;根尖分生区细胞经过若干个细胞周期后,仍存在DNA分子只有一条链含有BrdU的染色单体,呈深蓝色,D正确。 返回 瞭望高考·探悟动态 锁定新情境: 冈崎片段 　　科学家冈崎提出了DNA的半不连续复制模型,即DNA复制时一条子链是连续合成的,而另外一条子链是先合成短的DNA片段(称为冈崎片段),再连接形成较长DNA分子。端粒是位于染色体末端的一段特殊序列的DNA—蛋白质复合体,后来科学研究发现端粒的缩短可能与DNA的这种复制方式密切相关。如图展示了某DNA部分片段及复制过程: 返回 基于核心素养的新考向: 1.(结构与功能观)DNA分子复制的方式是______________,DNA子链的延伸方向是__________(填“5'→3'”或“3'→5'”)。  2.(模型与建模)若图1中该段DNA分子控制合成一段含有120个氨基酸的多肽链,则该DNA分子上至少有________个碱基对。若α链中(A+G)/(T+C)=0.4,则在β链中(A+G)/(T+C)的值为________。  半保留复制　　 5'→3' 360 2.5 返回 【解析】1.DNA的复制方式是半保留复制,即保留一条母链,合成一条新链;由于DNA聚合酶只能与模板链的3'端结合,因此DNA子链的延伸方向是 5'→3'。 2.该段DNA分子控制合成一段含有120个氨基酸的多肽链,则mRNA上至少有120个密码子,转录该mRNA的DNA上有360个碱基对。α链中A+G的数量等于β链中T+C的数量,反之亦然,所以α链中(A+G)/(T+C)的值与β链中该值互为倒数,α链中为0.4,β链中为2.5。 返回 3.(推理)根据图2分析,DNA半不连续复制的原因是_____________________ ________________________________________________________。  在复制过程中,引物最终会被酶切除,引物切除后的部分“空白”区域,可以通过新链合成修复。但子链最末端引物被切除后的“空白”区域无法修复,根据以上信息推测,端粒缩短的原因可能是________________________________ ______________________________________________________________。  DNA在复制时边解旋边复制,并且DNA聚合酶只能从5'→3'催化子链的形成　 最末端的引物被切除后形成的“空白”区域无法修复,从而造成端粒DNA序列的缩短,进而导致端粒的缩短 返回 EVCapture4.1.9软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn 注:表示不含BrdU的DNA单链;表示含BrdU的DNA单链。 1个DNA分子中BrdU的掺入情况 未掺入 只有1 条掺入 2条 均掺入 染色结果 深蓝色 深蓝色 浅蓝色 $