高考生物复习第三单元基因的本质第2讲DNA分子的结构与复制全国公开课一等奖百校联赛示范课赛课特等奖P

第2讲DNA分子结构与复制第1页一、DNA分子结构1．DNA双螺旋结构特点(1)两条链________盘旋成双螺旋结构。(2)__________和__________交替连接，排列在外侧，组成基本骨架；__________排列在内侧。(3)两条链上碱基经过__________连接成碱基对。2．碱基互补配对标准A(腺嘌呤)一定与________配对；G(鸟嘌呤)一定与__________配对。知识梳理第2页二、DNA分子复制概念以__________为模板合成__________分子过程时间__________间期和__________间期场所__________(主要)条件模板：__________原料：游离4种__________能量：__________酶：__________、DNA聚合酶等标准碱基互补配对标准过程__________→合成互补子链→形成________特点①__________②__________复制结果1个DNA分子→2个__________意义确保了亲子代之间__________第3页自主查对：一、1.反向平行脱氧核糖磷酸碱基氢键2．T(胸腺嘧啶)

C(胞嘧啶)二、亲代DNA子代DNA有丝分裂减数第一次分裂细胞核DNA两条链脱氧核苷酸ATP解旋酶解旋子代DNA分子边解旋边复制半保留子代DNA分子遗传信息连续性第4页1．DNA复制与DNA结构有何联络？2．DNA复制方式和特点有何试验证据？第5页考点1

DNA分子结构1．DNA分子组成和结构(1)基本元素组成：C、H、O、N、P五种元素。(2)基本组成单位——4种脱氧核苷酸。腺嘌呤(A)…………腺嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤(G)…………鸟嘌呤脱氧核苷酸胞嘧啶(C)…………胞嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶(T)………胸腺嘧啶脱氧核苷酸考点突破第6页(3)DNA分子组成层次(4)平面结构——两条脱氧核苷酸长链反向平行第7页(5)DNA双螺旋结构①DNA分子是由两条脱氧核苷酸长链，按反向平行(指一条链起点为磷酸，另一条链起点为脱氧核糖)方式盘绕成双螺旋结构。②基本骨架由磷酸和脱氧核糖交替连接而成。③中间碱基严格按碱基互补配对标准(A与T配对，G与C配对)形成碱基对。④DNA分子中，脱氧核苷酸数∶脱氧核糖数∶磷酸数∶含氮碱基数＝1∶1∶1∶1。第8页2．DNA分子多样性与特异性(1)多样性：碱基对(或脱氧核苷酸对)排列次序千变万化，组成了DNA多样性。(2)特异性：每个DNA分子碱基正确排列次序是特定。(3)与生物多样性关系：DNA多样性决定,蛋白质多样性表达,生物多样性。第9页应用指南1．DNA分子结构含有相正确稳定性是DNA作为遗传物质基本条件之一，但其稳定性原因并不是脱氧核糖与磷酸交替连接。2．碱基正确排列次序代表了遗传信息，所以DNA含有储存遗传信息功效，而且信息量极大。若一DNA分子由n个碱基对组成，则可代表遗传信息有4n种(注：n是碱基正确数量)。第10页4．DNA分子多样性和特异性从分子水平上解释了生物体含有多样性和特异性原因。5．碱基互补配对标准推论①规律一：一个双链DNA分子中，A＝T、C＝G、A＋G＝C＋T，即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。②规律二：在双链DNA分子中，互补两碱基和(如A＋T或C＋G)占全部碱基比等于其任何一条单链中该种碱基百分比比值，且等于其转录形成mRNA中该种百分比比值。第11页第12页例1下列图是四位同学制作DNA分子结构模型，其中正确是(

)[解析]

组成DNA分子基本结构单位是脱氧核苷酸，每分子脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基组成，磷酸是连接在脱氧核糖第五位碳原子上，碱基是连接在第一位碳原子上。脱氧核苷酸之间是经过磷酸二酯键相联络，一个分子脱氧核苷酸磷酸基与另一个脱氧核苷酸分子脱氧核糖(第三个碳原子上基团)形成磷酸二酯键。[答案]

B第13页对点训练1已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数35.8%，其中一条链T与C分别占该链碱基总数32.9%和17.1%，则在它互补链中，T和C分别占该链碱基总数(

)A．32.9%和17.1%B．31.3%和18.7%C．18.7%和31.3%D．17.1%和32.9%解析：因为整个DNA分子中G＋C＝35.8%，则每条链中G＋C＝35.8%，A＋T＝64.2%；因为其中一条链中T与C分别占该链碱基总数32.9%和17.1%，由此能够求出该链中，G＝18.7%，A＝31.3%，则其互补链中T和C分别占该链碱基总数31.3%和18.7%。答案：B第14页考点2

DNA半保留复制1．复制场所：主要场所是细胞核，但在拟核、线粒体、叶绿体、细胞质基质(如质粒)中也进行DNA复制。2．复制条件复制除模板、原料、能量、酶外，还需相对稳定细胞内部条件以确保酶活性，如：一定温度、pH等。3．同位素示踪法和离心技术证实DNA半保留复制(或DNA分子连续复制计算规律)已知某一DNA分子用15N标识(0代)，将含有该标识DNA分子细胞(或某种细菌)转移到只含14N培养基中培养(进行DNA复制)若干代后，其DNA分子数、脱氧核苷酸链数及相关百分比以下表：第15页第16页应用指南1．复制“准确性”：DNA分子之所以能自我复制，取决于DNA双螺旋结构，它为复制提供了模板；同时，因为碱基含有互补配正确特征，所以能确保复制完成。2．复制“差错”：在复制过程中，脱氧核苷酸序列含有相正确稳定性，但也可能发生差错即发生碱基正确增添、缺失或改变——基因突变。这种稳定性与可变性统一，是生物遗传和变异物质基础和根本原因。3．用3H标识噬菌体n个，侵染大肠杆菌，在普通培养基中培养一段时间后，统计得知培养基中共有噬菌体后代m个，则此时培养基中含被标识噬菌体比为2n/m。第17页例2

DNA分子经过诱变，某位点上一个正常碱基(设为P)变成了尿嘧啶。该DNA连续复制两次，得到4个子代DNA分子对应位点上碱基对分别为U－A、A－T、G－C、C－G。推测“P”可能是(

)A．胸腺嘧啶B．腺嘌呤C．胸腺嘧啶或腺嘌呤 D．胞嘧啶[解析]依据半保留复制特点，DNA分子经过两次复制后，突变链形成两个DNA分子中含有U—A、A—T碱基对，而另一条正常链形成两个DNA分子中含有G—C、C—G碱基对，所以替换可能是G，也可能是C。[答案]

D第18页对点训练2近10年来，PCR技术(聚合酶链式反应)成为分子生物学试验室一个常规伎俩，其原理是利用DNA半保留复制，在试管中进行DNA人工复制(以下列图)，在很短时间内，将DNA扩增几百万倍甚至几十亿倍，使试验室所需遗传物质不再受限于活生物体。第19页(1)加热使DNA双链打开，这一步是打开__________键，称为__________，在细胞中是在__________酶作用下完成。(2)当温度降低时，引物与模板末端结合，在DNA聚合酶作用下，引物沿模板延伸，最终合成2条DNA分子，此过程中原料是__________，遵照标准是________________。(3)“PCR”技术必需条件，除了模板、原料、ATP、酶以外，最少还有三个条件，即液体环境、适宜__________和__________。(4)假设一个模板DNA分子中有800个碱基对，其中含有腺嘌呤600个，若经过PCR技术共消耗周围环境中游离胞嘧啶脱氧核苷酸6200个，则该模板DNA在PCR扩增仪中已经复制了__________次。第20页答案：(1)氢解旋解旋(2)脱氧核苷酸碱基互补配对标准(3)温度酸碱度(4)5第21页考点3试验面面观：试验结果、结论预测与分析有些试验结果能够直接用肉眼观察出来，而很多试验是化学反应类型，肉眼观察不到，应该考虑加入指示剂，借助颜色改变或仪器辅助观察。试验结果可采取文字、表格、坐标曲线等方式描述。1．试验结果预测试验结果是由试验变量而引发改变，而试验结论是依据试验结果作出一个推论。一个正确试验设计应到达试验目标，即得出结论就是试验目标。尤其注意搞清试验目标是“验证”还是“探究”。第22页假如是“验证型”试验，如“验证……”、“证实……”都可预测到与试验目标一致结果。联络试验目标得出结论。结论是合理、科学、必定。不少结论是在试验要验证内容中寻找。(此时普通只有一个结果和对应结论，且结论与试验目标相对应)。若是“探究型”试验，如“探究……”预测试验结果不唯一，大多有三种可能：“变量促进结果；变量抑制结果；变量与结果无关”，或“全必定；全否定；一必定一否定”等。2．观察变量确实定因变量与观察变量有时是不一样，对于因变量不能直接观察，应该经过对应伎俩转换，将因变量间接展现出来，便于观察。如细胞分裂中染色体能够经过染色、借助显微镜观察，呼吸强度可经过测定密闭装置中气压改变来表现等。第23页3．试验结论归纳提炼试验结果是试验所得到直观现象，如测得相关数据，试验对象展现特殊颜色、气味、形态、生理等方面改变，所以试验结果应是对试验现象直接陈说。而试验结论是在试验结果基础上，依据已经有知识合理迁移，经过推理和判断，得出关于生命现象最本质认识。如“判定葡萄糖是可溶性还原糖”试验中，葡萄糖与斐林试剂共热后出现砖红色沉淀，这是试验结果，“葡萄糖是可溶性还原糖”则是试验结论。第24页例3

某校一个生物活动小组要进行研究性学习，对生物学史上经典试验进行验证。这个小组借助某大学试验设备，对相关DNA复制方式进行探索，有些人认为DNA是全保留复制，也有些人认为DNA是半保留复制。为了证实这两种假设，这个小组设计了以下试验程序，请完成试验并对结果进行预测。试验步骤：第一步：在氮源为14N培养基上生长大肠杆菌，其DNA分子均为14N—DNA；在氮源为15N培养基上生长大肠杆菌，其DNA分子均为15N—DNA。用某种离心方法分离得到结果如图所表示，其DNA分别分布在轻带和重带上。第25页第二步：将亲代大肠杆菌(含15N)转移到含14N培养基上繁殖一代(I)，请分析：假如DNA出现__________，则是全保留复制；假如DNA出现__________，则是半保留复制。第26页第三步：为了深入验证第二步推测结果，将亲代大肠杆菌(含15N)转移到含14N培养基上连续繁殖两代(Ⅱ)，请分析：假如DNA出现__________，则是全保留复制；假如DNA出现__________，则是半保留复制。[解析]

亲代大肠杆菌(含15N)转移到含14N培养基上繁殖一代(I)后，全保留复制话，2个DNA分子中1个DNA是14N－DNA、另外1个DNA是15N－DNA，故二分之一在轻带位置，二分之一在重带位置；半保留复制话，2个DNA分子中都是各一条链含14N、一条链含15N，故全部位于中带位置。

第27页亲代大肠杆菌(含15N)转移到含14N培养基上连续繁殖两代(Ⅱ)后，全保留复制话，4个DNA分子中1个DNA是15N—DNA、另外3个DNA是14N—DNA，故3/4在轻带位置，1/4在重带位置；半保留复制话，2个DNA分子中都是各一条链含14N、一条链含15N，另2个DNA分子全是14N—DNA，故二分之一在中带位置，二分之一在轻带位置。[答案]二分之一在轻带位置，二分之一在重带位置全部位于中带位置3/4在轻带位置，1/4在重带位置二分之一在中带位置，二分之一在轻带位置第28页例1

DNA分子一个碱基对改变没有改变DNA分子结构(

)A．正确 B．不正确错因分析

对DNA分子结构与DNA分子空间结构分辨不清。解析

一对碱基改变没有改变DNA分子空间结构，但改变了DNA分子化学结构，即碱基序列发生了改变。答案

B第29页例2

某DNA分子含m对碱基，其中腺嘌呤有A个。以下相关此DNA在连续复制时所需胞嘧啶脱氧核苷酸数目标叙述中，错误是(

)A．在第一次复制时，需要(m－A)个B．在第二次复制时，需要2(m－A)个C．在第n次复制时，需要2n－1(m－A)个D．在n次复制过程中，总共需要2n(m－A)个第30页错因分析对DNA复制过程中“第n次”还是“n次”复制所需某种碱基数量计算原理不清。已知DNA分子中碱基数，求复制n次与第n次所需某碱基数目：某DNA分子中含某碱基a个，复制n次，则共需加入含该碱基脱氧核苷酸为a×(2n－1)个，因为最初亲代DNA分子做模板不需要原料；但第n次复制时所需含该碱基脱氧核苷酸为a×(2n－1)－a×(2n－1－1)＝a×2n－1。解析

该DNA分子含胞嘧啶数目为m－A，复制n次需胞嘧啶脱氧核苷酸数目为(m－A)(2n－1)。答案

D第31页典例1

细胞内某一DNA片段中有30%碱基为A，则该片段中(

)A．G含量为30%B．U含量为30%C．嘌呤含量为50%D．嘧啶含量为40%考查角度

DNA分子碱基种类计算第32页解析本题考查DNA两条链碱基互补配对标准。依据碱基互补配对标准，一段DNA片段总A含量为30%，则T含量也是30%，依据碱基互补配对标准，A＝T，C＝G，所以嘌呤总数等于嘧啶总数，嘌呤总数为50%。答案

C第33页典例2

蚕豆根尖细胞在含3H标识胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标识培养基中继续分裂至中期，其染色体放射性标识分布情况是(

)A．每条染色体两条单体都被标识B．每条染色体中都只有一条单体被标识C．只有半数染色体中一条单体被标识D．每条染色体两条单体都不被标识考查角度

DNA复制与细胞分裂第34页解析依据DNA复制时半保留复制特点，完成一次复制蚕豆根尖细胞中染色体均被标识(3H)，但DNA分子只有一条链被标识(3H)，所以在下一个细胞周期中每条染色体中只有一条染色单体被标识。答案

B第35页典例3

科学家以大肠杆菌为试验对象，利用同位素示踪技术及密度梯度离心方法进行了DNA复制方式探索试验，试验内容及结果见下表。组别1组2组3组4组培养液中唯一氮源14NH4Cl15NH4Cl14NH4Cl14NH4Cl繁殖代数多代多代一代两代培养产物ABB子I代B子Ⅱ代操作提取DNA并离心离心结果仅为轻带(14N/14N)仅为重带(15N/15N)仅为中带(15N/14N)1/2轻带(14N/14N)1/2中带(15N/14N)第36页请分析并回答：(1)要得到DNA中N全部被放射性标识大肠杆菌B，必须经过__________代培养，且培养液中__________是唯一氮源。(2)综合分析本试验DNA离心结果，第__________组结果对得到结论起到了关键作用，但需把它与第__________组和第__________组结果进行比较，才能说明DNA分子复制方式是__________。(3)分析讨论：①若子I代DNA离心结果为“轻”和“重”两种密度带，则“重带”DNA来自于__________，据此可判断DNA分子复制方式不是__________复制。第37页②若将子Ⅰ代DNA双链分开后再离心，其结果__________(选填“能”或“不能”)判断DNA复制方式。③若在同等条件下将子Ⅱ代继续培养，子n代DNA离心结果是：密度带数量和位置__________，放射性强度发生改变是__________带。④若某次试验结果中，子Ⅰ代DNA“中带”比以往试验结果“中带”略宽，可能原因是新合成DNA单链中N还有少部分为__________。考查角度

DNA复制特点第38页解析本题以图表为信息载体，综合考查微生物培养及DNA复制相关知识。(1)DNA复制方式是半保留复制，即子代DNA中总有一条链来自亲代DNA，复制代数越多，含亲代DNA母链DNA分子百分比越低，所以，要想取得DNA被全部标识大肠杆菌，必须经过多代培养(最少第二代中才出现)；由表可知，所供物质中唯一氮源是15NH4Cl。(2)因为第一组是A完全含14NDNA，第二组B是经多带培养后完全被15N标识DNA，而第三组是第二组B经过一次复制形成子代DNA，其离心结果显示，新合成DNA全部为中带，即一条链含被标识15N，一条链含为被标识14N。在得到结论时，必须是将第一组A(全部轻代)与第二组B(全部重带)进行比较，才能说明B子一代全部中带取得方式是半保留复制。

第39页(3)①若子Ⅰ代出现两条代，分别是轻带和重带，则重带DNA只能来自B被15N标识DNA，轻带只能来自新合成DNA，所以，可推测DNA复制方式不是一条链来自亲代DNA，一条链新合成半保留复制，而成为全保留；②若将子Ⅰ代DNA双链分开，则离心结果也会出现轻带和重带两条带，则不能判断DNA复制方式。③若将子Ⅱ代继续培养，则子n代离心，密度带仍为中带和轻带两条，仍是中带含有放射性，放射性强度发生改变位置在中带，放射性衰减；④若试验结果中子I代中带略宽，其最可能原因是新合成DNA单链中仍有部分被15N标识。答案

(1)多15NH4Cl(2)3

1

2半保留复制(3)①B半保留②不能③没有改变轻④15N第40页1．下列图示DNA分子复制片段，图中a、b、c、d表示各条脱氧核苷酸链。普通地说，以下各项正确是(

)A．a和c碱基序列互补B．b和c碱基序列相同C．a链中(A＋T)/(G＋C)比值与b链中同项比值不一样D．a链中(A＋T)/(G＋C)比值与c链中同项比值相同随堂过关第41页解析：本题考查DNA分子复制特点，即半保留复制。在a、b、c、d四条脱氧核苷酸链中，其中a和b、d碱基互补，d和a、c碱基互补，b和d、a和c碱基序列相同。在双链DNA分子中，A＝T、G＝C，则一条链中(A＋T)或(G＋C)与互补链中(A＋T)或(G＋C)相同，则a链中(A＋T)/(G＋C)比值与b链中同项比值相同，与c链中同项比值也相同。答案：D第42页2．在一个DNA分子中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基数目标54%，其中一条链中鸟嘌呤、胸腺嘧啶分别占该链碱基总数22%和28%，则由该链转录信使RNA中鸟嘌呤占碱基总数(

)A．24%

B．22%C．26% D．23%解析：双链DNA中，A＋T占全部碱基总数54%，则一条单链中A＋T占该链碱基总数54%，按下面图示分析：答案：A第43页3．将用15N标识一个DNA分子放在含有14N培养基中，让其复制三次，则含有15NDNA分子占全部DNA分子百分比、含有14NDNA分子占全部DNA分子百分比以及含有15N脱氧核苷酸链占全部DNA单链百分比依次是(

)A．1/2,7/8,1/4 B．1/4,1,1/8C．1/4,7/8,1/8 D．1/8,1,1/8解析：用15N标识一个DNA分子放在含有14N培养基中，让其复制三次，则产生DNA分子共有23＝8个，共有16条脱氧核苷酸链，其中含有15NDNA分子有2个，含有15N脱氧核苷酸链有2条，含14NDNA分子为8个，含14N脱氧核苷酸链有16－2＝14条。答案：B第44页4．如图为大肠杆菌DNA分子结构示意图(片段)。请据图回答下列问题：(1)图中1表示__________，2表示__________，1、2、3结合在一起结构叫__________。(2)图中3有__________种，汉字名字分别是__________。第45页(3)含有200个碱基某DNA片段中碱基间氢键共有260个。请回答：①该DNA片段中共有腺嘌呤__________个，C和G共__________对。②该片段复制4次，共需原料胞嘧啶脱氧核苷酸__________个。③在DNA分子稳定性比较中，__________碱基正确百分比高，DNA分子稳定性高。(4)假定大肠杆菌只含14NDNA相对分子质量为a；只含15NDNA相对分子质量为b。现将只含15NDNA培养到含14N培养基中，子一代DNA平均相对分子质量为__________，子二代DNA平均相对分子质量为__________。第46页答案：(1)磷酸脱氧核糖脱氧核苷酸(2)2鸟嘌呤、胞嘧啶(3)40

60

900

C和G

(4)(a＋b)/2

(3a＋b)/4第47页相关DNA复制方式试验探究关于DNA复制方式探究，充分表达了假说—演绎法，即在克里克假说基础上，经过演绎推理，最终经过试验得以验证。1．试验材料：大肠杆菌。2．试验方法：放射性同位素标识技术和离心技术。3．试验假设：DNA以半保留方式复制。4．试验过程：(见图)(1)大肠杆菌在含15N标识NH4Cl培养基中繁殖几代，使DNA双链充分标识15N。第48页(2)将含15N大肠杆菌转移到14N标识普通培养基中培养。(3)在不一样时刻搜集大肠杆菌并提取DNA(间隔时间为大肠杆菌繁殖一代所需时间)。(4)将提取DNA进行离心，统计离心后试管中DNA位置。第49页5．试验