2027届高三生物人教版一轮复习课件第六单元 第26课时 DNA的结构、复制和基因的本质

第26课时　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分子的结构与基因的本质 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　2024·浙江6月选考·T9　2022·广东·T12　2021·北京·T4 2.DNA的复制 3.DNA复制过程及计算：2025·北京·T5　2025·广东·T7　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 一 DNA分子的结构与基因的本质 1、DNA双螺旋结构模型的构建 沃森和克里克 （1）构建者：　　　　　　。 （2）构建过程 已知DNA的组成，不知DNA的结构 威尔金斯和富兰克林拍摄的DNA的X射线衍射图谱 “X”意味着DNA分子是螺旋的 沃森和克里克推测DNA为螺旋结构 1、DNA双螺旋结构模型的构建 （2）构建过程 已知DNA的组成，不知DNA的结构 威尔金斯和富兰克林拍摄的DNA的X射线衍射图谱 “X”意味着DNA分子是螺旋的 沃森和克里克推测DNA为螺旋结构 沃森和克里克搭建多种双螺旋和三螺旋结构模型，但都被否定了 查哥夫发现DNA中A＝T，C＝G 沃森和克里克成功搭建DNA双螺旋模型 推测：A与　　配对，G与　　配对 T C 推测：碱基在双螺旋内侧，磷酸－脱氧核糖在外侧 一 DNA分子的结构与基因的本质 2．DNA的结构 元素组成 小分子 单体 P 磷酸 含氮的碱基 （A、T、C、G） 　　　　　　　　　　　　． C、H、O、N、P 　　　　　　　　　　　　． ４种脱氧核苷酸 P OH OH O O CH2 H O H OH H H H 碱基 脱氧核糖 H H 2．DNA的结构 平面结构 空间结构 外侧：　　和　　　　交替连接，排列在外侧，构成基本骨架； 内侧：　　排列在内侧，通过氢键连接成碱基对，碱基互补配对原则是 　　　　　　　　　　。 磷酸 脱氧核糖 碱基 A与T配对，G与C配对 两条长链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构 5’-端：游离的磷酸基团，3’-端：羟基（-OH） 一 DNA分子的结构与基因的本质 3．DNA的结构特点 每个DNA分子都有特定的碱基排列顺序 若DNA含有n个碱基对，则其可能有4n种碱基排列顺序 多样性 特异性 两条主链上磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变，碱基配对方式不变 稳定性 一 DNA分子的结构与基因的本质 源于必修2 P51探究·实践：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 教程隐性知识 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。 归纳总结 10 归纳总结 DNA双螺旋结构的热考点 数量关系 一个磷酸基团可与1或2个脱氧核糖相连 每个DNA分子片段中，有2个游离的磷酸基团 脱氧核糖数=磷酸数=含氮碱基数 A—T间有2个氢键，G—C间有三个氢键 11 归纳总结 DNA双螺旋结构的热考点 位置关系 单链中相邻碱基通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接 互补链中相邻碱基通过氢键相连 DNA单链 12 归纳总结 DNA双螺旋结构的热考点 连接方式 氢键：连接互补链中互补配对的碱基 磷酸二酯健：连接单链中相邻的两个脱氧核苷酸 13 归纳总结 与DNA相关的几种酶 项目 解旋酶 DNA酶 限制酶 DNA聚合酶 DNA连接酶 作用部位 氢键 磷酸二酯键 磷酸二酯键 磷酸二酯键 磷酸二酯键 作用对象 DNA DNA DNA 单个的脱氧核苷酸 DNA片段 作用结果 将双链DNA分子局部解旋为单链 打开磷酸二酯键，水解DNA 切割DNA 将单个的脱氧核苷酸连接到DNA单链末端 将两个DNA片段连接成完整的DNA分子 14 一 DNA分子的结构与基因的本质 4．DNA中碱基数量的计算规律 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 根据碱基互补配对原则可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1 N1 N2 N 推理1：双链DNA中有四种碱基，两两相等，两两互补；即A＝T，C＝G，A＋C＝T＋G＝50%总碱基数， A＋G＝T＋C＝50%总碱基数（嘌呤数＝嘧啶数） ；已知任意一碱基的比例，便可知其他三种碱基比例。 一 DNA分子的结构与基因的本质 4．DNA中碱基数量的计算规律 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 根据碱基互补配对原则可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1 N1 N2 N 推理2：已知DNA一条链中的碱基比例，可求另一条链中的碱基比例 C1+G1 = a A1+T1 若1链中 ，则2链中 ，双链中 C2+G2 A2+T2 =a C+G = a A+T 即，配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等。 一 DNA分子的结构与基因的本质 4．DNA中碱基数量的计算规律 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 根据碱基互补配对原则可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1 N1 N2 N 推理2：已知DNA一条链中的碱基比例，可求另一条链中的碱基比例 T1+G1 = b A1+C1 若1链中 ，则2链中 ，双链中 T2+G2 A2+C2 T+G = 1 A+C 即，DNA两条互补链中，不配对的两碱基之和的比值互为倒数。 b 1 = 一 DNA分子的结构与基因的本质 4．DNA中碱基数量的计算规律 A1 T2 T1 A2 G1 C2 C1 G2 DNA双链 1链 2链 根据碱基互补配对原则可知，A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1 N1 N2 N 推理3： 双链DNA分子中，碱基A的比例为两条单链相应碱基比例的平均值 若A1=a%，A2=b%，则A= 2 a+b % 5．基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸的关系 脱氧核苷酸 基因的脱氧核苷酸排列顺序代表 . 基因 每个基因中含有许多脱氧核苷酸 基因在染色体上呈 排列 是遗传物质的结构和功能单位 DNA 是主要的遗传物质 基因通常是有遗传效应的DNA片段 每个DNA分子含有许多个基因 染色体 每条染色体上含有一个或两个DNA分子 染色体是DNA的主要载体 遗传信息 线性 拓展延伸 真、原核细胞基因的结构 RNA聚合酶结合位点，提供转录开始信号 提供转录终止信号 编码区：能编码出蛋白质的区段 非编码区：不直接编码蛋白质，能调控基因表达 20 自我诊断 (1)沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式(2022·广东，5) × 提示　沃森和克里克以DNA衍射图谱为基础推算出DNA呈螺旋结构。 (2)双螺旋模型的碱基互补配对原则解释了DNA分子具有稳定的直径 (2022·河北，8) √ 考向一　DNA的结构分析 强化·迁移应用 1.(2021·山东，4)我国考古学家利用现代人的DNA序列设计并合成了一种类似磁铁的“引子”，成功将极其微量的古人类DNA从提取自土壤沉积物中的多种生物的DNA中识别并分离出来，用于研究人类起源及进化。下列叙述正确的是 A.“引子”的彻底水解产物有两种 B.设计“引子”的DNA序列信息只能来自核DNA C.设计“引子”前不需要知道古人类的DNA序列 D.土壤沉积物中的古人类双链DNA可直接与“引子”结合从而被识别 √ 考向一　DNA的结构分析 强化·迁移应用 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 √ 考向一　DNA的结构分析 强化·迁移应用 3.(2024·浙江6月选考，9)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% √ 二 DNA的复制 1、DNA半保留复制的实验证据（假说—演绎法） DNA复制的假说 亲代双链DNA 亲代双链DNA 亲代双链DNA 半保留复制 全保留复制 分散复制 梅塞尔森 斯塔尔 大肠杆菌 二 DNA的复制 1、DNA半保留复制的实验证据（假说—演绎法） 方法： 法、离心技术 同位素标记 14N/14N—DNA 15N/14N—DNA 15N/15N—DNA (轻带) (中带) (重带) 密度梯度离心技术 二 DNA的复制 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。 二 DNA的复制 1、DNA半保留复制的实验证据（假说—演绎法） 过 程 亲代大肠杆菌 提取DNA→离心 繁殖一代 提取DNA→离心 繁殖两代 提取DNA→离心 1、DNA半保留复制的实验证据（假说—演绎法） 演绎推理 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 提取DNA，离心 提取DNA，离心 提取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 1、DNA半保留复制的实验证据（假说—演绎法） 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 提取DNA，离心 细胞再分裂一次 提取DNA，离心 细胞分裂一次 提取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 演绎推理 1、DNA半保留复制的实验证据（假说—演绎法） 演绎推理 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 提取DNA，离心 提取DNA，离心 提取DNA，离心 高密度带 中密度带 中密度带 15N 14N 15N 14N 1、DNA半保留复制的实验证据（假说—演绎法） 实验验证 细胞再 分裂一次 转移到含14NH4Cl的培养液中 提取DNA，离心 提取DNA，离心 提取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 实验步骤 实验结果 实验结果与半保留复制的演绎结果相同 二 DNA的复制 1、DNA半保留复制的实验证据（假说—演绎法） 得出结论 15N 14N 14N 14N 15N 14N P: F1: F2: 15N 15N 证明DNA的复制是以半保留的方式进行的 细胞分裂前的 。 2、DNA的复制 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 间期 以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。 有丝分裂间期和 减数分裂前的间期 1 概念： 2 发生时期： 3 场所： 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 ①需要细胞提供能量 ②需要　　　　的作用 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 模板： 原料： 游离的4种 　　　　　　。 酶： 原则： 　　　　　　原则 方向： 5′端到3′端 每条子链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构 边解旋 边复制 ATP ATP （形成磷酸二酯键） 2、DNA的复制 ③结果：将DNA双螺旋的两条链解开 脱氧核苷酸 　　　　　　　等 碱基互补配对 (特点：　　　　　　；半保留复制) 边解旋边复制 2、DNA的复制 4 结果： 一个DNA分子形成了两个 的DNA分子。 完全相同 DNA独特的　　　　结构，为复制提供了精确的模板，通过　　　　　　原则，保证了复制能够准确进行 2、DNA的复制 5 DNA准确复制 双螺旋 原因 碱基互补配对 意义 DNA通过复制，将　　　　从亲代细胞传递给子代细胞，从而保证了　　　　的连续性 遗传信息 遗传信息 二 DNA的复制 3、“图解法”分析DNA复制的相关计算 (1)将DNA被15N标记的大肠杆菌放在含有14N的培养液中繁殖n代，则： ①子代DNA共　　个 其中， 含15N的DNA分子数为_____个。 只含15N的DNA分子数为_____个。 含14N的DNA分子数为_____个。 只含14N的DNA分子数为________个 2 0 2n 2n (2n－2) 二 DNA的复制 3、“图解法”分析DNA复制的相关计算 (1)将DNA被15N标记的大肠杆菌放在含有14N的培养液中繁殖n代，则： ②脱氧核苷酸链共　　　　条 其中， 含15N的脱氧核苷酸链：_____条。 含14N的脱氧核苷酸链：________条。 2n＋1 2 (2n＋1－2) 二 DNA的复制 3、“图解法”分析DNA复制的相关计算 (2)DNA分子复制过程中消耗的脱氧核苷酸数： ①若亲代的DNA分子中含有某种脱氧核苷酸 m个，经过 n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为　　　　　。 m·(2n－1) ②第n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为　　　　。 m·2n－1 DNA复制的拓展 形成·解题能力 1．DNA的复制需要引物：DNA聚合酶不能从头合成DNA，而只能从已存在的DNA链的3′端延长，因此DNA复制需要引物(在细胞中是一段与模板DNA互补配对的短链RNA，PCR中的引物是DNA)。 DNA复制的拓展 形成·解题能力 2．半不连续复制 (1)据图可知，连续复制链(前导链)延伸方向与解旋方向 ，不连续复制链(后随链)延伸方向与解旋方向 。 相同 相反 DNA复制的拓展 形成·解题能力 2．半不连续复制 (2)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 酶将其连成一条完整的DNA子链。 DNA连接 DNA复制的拓展 形成·解题能力 2．半不连续复制 (3)切除引物后，子链会比母链短一截(如图中前导链)，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。 DNA复制的拓展 形成·解题能力 3．双向复制：绝大多数DNA采取双向复制，少数DNA单向复制 DNA复制的拓展 形成·解题能力 4．真核生物染色体DNA的复制特点 ①图中显示DNA复制是从 个起点开始的，但多个起点并非同时进行； ②图中显示DNA复制是边解旋边 向复制的； ③真核生物的这种复制方式的意义在于提高了复制速率； ④一个细胞周期中每个起点一般只起始1次。 多 双 必修2教材56页 DNA复制的拓展 形成·解题能力 5．几种环状DNA的复制：θ复制、D环复制、滚环复制 (1) θ复制：如大肠杆菌DNA复制，特点是 起点 向复制。 单 双 DNA复制的拓展 形成·解题能力 (2)D环复制：如线粒体或叶绿体DNA复制，特点是两条链复制 (填“同步”或“不同步”)。 不同步 5．几种环状DNA的复制：θ复制、D环复制、滚环复制 DNA复制的拓展 形成·解题能力 (3)滚环复制：如某些噬菌体单链DNA、环状质粒的复制。 5．几种环状DNA的复制：θ复制、D环复制、滚环复制 考向二　DNA复制过程 强化·迁移应用 4.(2025·广东，7)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 √ 考向二　DNA复制过程 强化·迁移应用 5.(2023·山东，5)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，下列叙述错误的是 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 √ 课堂小结 $