适用于新高考新教材浙江专版2025届高考生物一轮总复习第5单元遗传的分子基础第17讲DNA的分子结构与复制课件浙科版

第17讲DNA的分子结构与复制复习目标考情分析概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成,通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构,碱基的排列顺序编码了遗传信息(生命观念)DNA的结构与复制是学习遗传和变异知识的基础,是高考的命题点之一,特别是DNA的复制可以结合细胞增殖、变异等知识综合考查,是一个难点。如2024年浙江1月选考T10、2023年6月选考T16均涉及DNA复制知识在进行“活动:制作DNA双螺旋结构模型”时,运用建构模型的科学方法认识DNA结构(科学探究)概述DNA通过半保留方式进行复制(生命观念)通过“活动:探究DNA的复制过程”,领悟科学的本质特征(科学探究)考点一遗传信息编码在DNA分子上落实主干基础特别提醒(1)一个双链DNA分子具有2个游离的磷酸基团,而环状DNA不存在游离磷酸基团。(2)在一条脱氧核苷酸链中,相邻的碱基之间的连接物不是氢键,而是“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”。(3)DNA分子的每条脱氧核苷酸链中,除最末端的一个脱氧核糖只连接一个磷酸基团外,其余均连接着两个磷酸基团。(4)卡伽夫法则表示的是碱基之间的数量关系,不是配对关系。[练一练]1.判断下列说法正误。(1)DNA分子中每个五碳糖上连接一个磷酸和一个含N碱基。(

)提示

DNA分子中每个脱氧核糖上连接一个或两个磷酸基团和一个含N碱基。(2)马和鼠体细胞具有相同数目的染色体,但性状差异很大,根本原因是DNA分子中碱基配对方式不同。(

)提示

马和鼠的DNA分子中碱基配对方式相同,都是A与T配对,G与C配对。××(3)不同的DNA分子由不同数量的脱氧核苷酸组成,碱基数目不同,排列方式也不同。两种生物的亲缘关系越近,它们细胞内DNA的核苷酸序列也越相近。(

)(4)制作DNA双螺旋结构模型时,用不同颜色的卡纸剪成长方形碱基,用其他颜色的卡纸剪成圆形代表脱氧核糖,另一种颜色的卡纸剪成五边形,代表磷酸。(

)提示

用不同颜色的卡纸剪成长方形碱基,用其他颜色的卡纸剪成五边形代表脱氧核糖,另一种颜色的卡纸剪成圆形,代表磷酸。√×2.结合必修2第61页“课外读”思考:沃森和克里克于1953年构建了DNA双螺旋结构模型,这项研究被认为是20世纪生物学的一大成就,其重要性可以和19世纪达尔文和孟德尔的成就相媲美,其重要意义是什么?提示

发现DNA如何存储遗传信息,为阐明DNA的复制奠定基础。突破命题视角考向一

DNA的分子结构[典例1]下列有关双链DNA结构的叙述,正确的是(

)A.DNA分子中磷酸基团数与含氮碱基数相等B.DNA的一条链上相邻碱基A-T之间以氢键连接C.某DNA分子内胞嘧啶占25%,则每条单链上的胞嘧啶占25%D.DNA双螺旋结构以及碱基间的氢键使DNA分子具有较强的特异性A解析

由于DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸,一分子脱氧核苷酸由1分子磷酸、1分子含氮碱基和1分子脱氧核糖组成,DNA分子中的磷酸基团数一定等于含氮碱基数,A项正确;氢键是连接DNA两条链碱基对的化学键,1条单链中相邻的碱基A与T不直接相连,而是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接,B项错误;如果DNA分子内胞嘧啶占25%,胞嘧啶分布在两条DNA单链上,因此每一条单链上胞嘧啶占0~50%,C项错误;DNA分子的特异性是由特定的碱基对的排列顺序决定的,双螺旋结构以及碱基间的氢键使DNA分子具有较强的稳定性,D项错误。总结归纳(1)DNA分子中相关计算规律①互补的两个碱基数量相等,即A=T,C=G。②任意两个不互补的碱基之和占总碱基数的50%。③一条链中互补的两种碱基的和等于另一条链中这两种碱基的和。④一条链中互补的两种碱基之和占该单链碱基数的比例等于DNA分子两条链中这两种碱基之和占总碱基数的比例。(2)DNA分子的特性①不同的DNA分子由不同数量的脱氧核苷酸组成,碱基数目不同,排列方式也不同。自然界每个DNA分子的碱基有成千上万个,排列方式构成了巨大数字,表现出DNA的多样性。②每个特定的DNA分子都具有特定的碱基排列顺序,构成了DNA分子的特异性。③两条主链磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变,碱基对构成方式不变等,表现出DNA分子的稳定性。(3)DNA分子中不同的碱基排列顺序可以储存不同的遗传信息。通过对DNA中核苷酸的序列分析,可以判断各种生物进化中的亲缘关系,可以判断两人的血缘关系,可以鉴定案件中的人物身份等。[对点练]

1.某基因片段含有400个碱基,其中一条链上A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4。下列叙述正确的是(

)A.一条脱氧核苷酸链上相邻的碱基A和T之间以氢键连接B.该基因片段另一条链上的4种碱基A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4C.该基因片段中胞嘧啶脱氧核苷酸有140个D.该基因片段中碱基A+T的量始终等于C+G的量C解析

该基因片段的碱基对之间是以氢键相连,但一条脱氧核苷酸链上相邻的碱基A和T之间通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连,A项错误;根据碱基互补配对原则可知,该基因片段另一条链上的4种含氮碱基A∶T∶G∶C=2∶1∶4∶3,B项错误;该基因片段中碱基总数为400个,C所占比例为7/20,可算出C的数目为140个,C项正确;因为A与T配对、C与G配对,该基因片段中的碱基A+G的量始终等于C+T的量,D项错误。2.某真核生物DNA片段的结构示意图如下,下列叙述错误的是(

)A.图中①可以用解旋酶或RNA聚合酶断裂,也可加热断裂B.图中G占的比例越高,DNA的热稳定性越强C.细胞周期末期时染色体变为染色质,图中DNA双螺旋解开D.此DNA中可能包含多个基因,且这些基因转录的模板链可能不同C解析

有丝分裂末期染色体变为染色质,形态发生改变,DNA双螺旋未解开。

考向二

制作DNA双螺旋结构模型[典例2](2023浙江名校协作体二模)某同学制作了含6个碱基对的规则的DNA双螺旋结构模型。下列叙述错误的是(

)A.若含3个A-T碱基对,则需要的连接物共49个B.若含3个C-G碱基对,代表4种碱基的材料数量相等C.磷酸基团和含氮碱基交替连接排列在主链的外侧D.搭建脱氧核苷酸时,每个磷酸分子连着1个脱氧核糖C解析

一分子脱氧核苷酸中磷酸与脱氧核糖之间需要通过一个连接物相连,同时相邻核苷酸之间还需要一个连接物将相邻核苷酸连接形成链状,因此搭建6个碱基对的DNA结构模型,需要磷酸与脱氧核糖的连接物为(6×2-1)×2=22(个);由于含有3个A-T碱基对,则需要碱基对之间的连接物为3×2+3×3=15(个);需要碱基与脱氧核糖的连接物为12个,因此,共需要的连接物为22+15+12=49(个),A项正确。若含3个C-G碱基对,代表4种碱基的材料数量相等,都是3个,B项正确;DNA双螺旋结构模型中,磷酸基团和脱氧核糖交替连接排列在主链的外侧,形成基本骨架,C项错误;由于一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构成,所以搭建脱氧核苷酸时,每个磷酸分子连着1个脱氧核糖,D项正确。易错提示(1)制作“脱氧核苷酸模型”:按照每个脱氧核苷酸的结构组成,挑选模型部件,组装成若干个脱氧核苷酸。(2)制作“多核苷酸长链模型”:按照一定的碱基排列顺序,将若干个脱氧核苷酸依次连接起来,组成一条多核苷酸长链。在组装另一条核苷酸长链时,方法相同,但要注意两点,一是两条长链的单核苷酸数目必须相同,二是两条长链并排时,必须保证碱基之间能够相互配对,不能随意组装。这是实验成败的关键所在。(3)制作DNA分子平面结构模型:按照碱基互补配对的原则,将两条多核苷酸长链互相连接起来。(4)制作DNA分子的立体结构(双螺旋结构):把DNA分子平面结构旋转一下,即可得到一个DNA分子的双螺旋结构模型。[对点练]

3.某研究小组进行“制作DNA双螺旋结构模型”的活动。下列叙述正确的是(

)A.选取材料时,用4种不同颜色的材料分别表示脱氧核糖、磷酸和碱基B.制作DNA双螺旋结构模型时,每个脱氧核糖上连接一个磷酸和一个碱基C.DNA双螺旋结构模型中,嘧啶数与嘌呤数相等直接体现了碱基互补配对原则D.若搭建6个碱基对的DNA结构模型,磷酸与脱氧核糖之间的连接物需要22个D解析

构成DNA的脱氧核苷酸由1分子磷酸、1分子含氮碱基、1分子脱氧核糖组成,由于含氮碱基是A、T、G、C四种,因此共有6种小分子,所以材料的颜色应该是6种,A项错误;制作DNA双螺旋结构模型时,DNA分子中大多数脱氧核糖能与2个磷酸基团相连,只有每条链末端的一个脱氧核糖只连接一个磷酸基团,B项错误;DNA双螺旋结构模型中,嘧啶数与嘌呤数相等,体现了嘌呤和嘧啶配对,但不能直接体现碱基互补配对,C项错误;一分子脱氧核苷酸中磷酸与脱氧核糖之间需要通过一个连接物相连,同时相邻核苷酸之间还需要一个连接物将相邻核苷酸连接形成链状,因此若搭建6个碱基对的DNA结构模型,需要磷酸与脱氧核糖的连接物(6×2-1)×2=22(个),D项正确。4.(2023浙江舟山选考模拟)现提供代表A、T、C、G四种碱基的材料共20个,其中A、T各4个,C、G各6个。代表磷酸、脱氧核糖以及连接物的材料数目不限,制作一个有10个碱基对的线性DNA分子模型。下列叙述正确的是(

)A.可制作的DNA种类最多为410B.该模型中代表磷酸二酯键的连接物有20个C.某人先后进行两次制作,所用到的连接物的数目可能不同D.若制作的DNA分子中一条链上C+G占该链的48%,则该DNA分子中A占26%D解析

由于A-T有4对,G-C有6对,因此能搭建的DNA分子模型种类少于410,A项错误;有10个碱基对,代表磷酸二酯键的连接物有18个,B项错误;某人先后进行两次制作,所用到的连接物的数目相同,但是碱基对的排列顺序可能不同,C项错误;一条链中C+G占48%,根据碱基互补配对原则,该DNA分子中C+G占48%,则A+T占52%,则DNA分子中A占26%,D项正确。考点二DNA通过复制传递遗传信息落实主干基础特别提醒(1)与DNA有关的酶有DNA聚合酶、DNA酶、限制酶和DNA连接酶。(2)DNA复制的特点:边解旋边复制(过程);半保留复制(结果)。[练一练]1.判断下列说法正误。(1)DNA复制能够准确无误地进行,其主要原因一是独特的双螺旋结构为复制提供精确的模板,二是碱基互补配对原则保证了复制准确进行。(

)(2)分裂的细胞需DNA复制,其细胞核中应能合成有活性的DNA聚合酶。(

)提示

DNA聚合酶是蛋白质,合成的场所是核糖体。(3)DNA分子的两条链均可作为复制的模板。其中解旋酶使DNA分子两条链之间的氢键断裂。(

)√×√(4)复制形成的核DNA分子在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期,当着丝粒分裂时,两姐妹染色单体分开,分别移向细胞两极,此时子DNA随染色单体分开而分开。(

)√2.结合必修2第67页“小资料”思考:将植物的根尖分生组织放在含有BrdU的培养液中进行培养,BrdU能取代胸苷掺入新合成的DNA链中。取出根尖组织用姬姆萨染料染色,在第二个细胞分裂中期时被染色的染色体出现色差(如图b)。各个细胞分裂中期染色体如下图所示。染色体出现色差的原因是什么?c图四个细胞内共有多少DNA单链含BrdU?色差染色体的出现能证明什么?提示

其中1个DNA的2条单链都含BrdU。7/8。DNA的复制方式为半保留复制。突破命题视角考向一

探究DNA的复制过程[典例1]某研究小组进行“探究DNA的复制过程”的活动,结果如图所示。其中培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl,a、b、c表示离心管编号,条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的分布位置。下列叙述错误的是(

)A.本活动运用了同位素示踪和密度梯度离心技术B.a管的结果表明该管中的大肠杆菌是在含14NH4Cl的培养液中培养的C.b管的结果表明该管中的大肠杆菌的DNA都是15N-14N-DNAD.实验结果说明DNA分子的复制是半保留复制B解析

本活动中用到了14N和15N,即采用了同位素示踪技术,3个离心管中的条带需经密度梯度离心才可得到,A项正确;a管中只有重带,即15N-15N-DNA,表明该管中的大肠杆菌是在含15NH4Cl的培养液中培养的,B项错误;b管中只有中带,即DNA都是15N-14N-DNA,C项正确;c管中具有1/2为15N-14N-DNA,1/2为14N-14N-DNA,综合a、b、c三支管可推测,a管中为亲代DNA:15N-15N-DNA,b管中为复制一代后的子代DNA:15N-14N-DNA,c管中为复制两代后的子代DNA:1/215-N14N-DNA、1/214N-14N-DNA,说明DNA分子的复制是半保留复制,D项正确。总结归纳探究DNA的复制方式(1)实验预测:DNA的复制方式,可能的情况是全保留复制、半保留复制、分散(弥散)复制三种。(2)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14N-DNA(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15N-DNA(亲代)。c.将亲代15N大肠杆菌转移到氮源为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,不同密度的DNA分子将分布在试管中的不同位置上。(3)实验结果与结论:a.如果与对照(14N14N)相比,子代Ⅰ能分辨出两条DNA带:一条14N14N带和一条15N15N带,则可以排除半保留复制、分散(弥散)复制。b.如果子代Ⅰ只有一条中密度带,则可以排除全保留复制,但不能肯定是半保留复制、分散(弥散)复制。c.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可以分出一条中带和一条轻带,则可以排除分散复制,同时肯定半保留复制;如果子代Ⅱ不能分出中、轻密度两条带,则排除半保留复制,同时确定为分散(弥散)复制。[对点练]

1.(2024浙江1月选考改编)大肠杆菌在含有3H-脱氧核苷培养液中培养,3H-脱氧核苷掺入到新合成的DNA链中,经特殊方法显色,可观察到双链都掺入3H-脱氧核苷的DNA区段显深色,仅单链掺入的显浅色,未掺入的不显色。掺入培养中,大肠杆菌拟核DNA第2次复制时,局部示意图如图。DNA双链区段①、②、③对应的显色情况可能是(

)A.深色、浅色、浅色B.浅色、深色、浅色C.浅色、浅色、深色

D.深色、浅色、深色B解析

因为掺入一条链显浅色,掺入两条链显深色,由图可知,①单链掺入3H-脱氧核苷,即显浅色,②双链都掺入3H-脱氧核苷,即显深色,③单链掺入3H-脱氧核苷,即显浅色。2.(2023浙江舟山质检)科学家开展了真核生物DNA复制方式的探究实验。实验过程是将蚕豆根尖细胞在含3H标记的脱氧核苷酸培养液中培养,让细胞进行分裂,完成一个细胞周期后再放入不含放射性标记的培养液中继续培养,通过放射自显影技术观察有丝分裂中期染色体和染色单体的放射性。下图表示DNA复制的几种假说。下列叙述错误的是(

)A.若DNA复制方式是半保留复制,则第一个细胞周期的中期细胞内所有染色单体都有放射性B.若DNA复制方式是全保留复制,则第一个细胞周期的中期细胞内所有染色体都有放射性C.若DNA复制方式是分散复制,则第二个细胞周期的中期细胞内所有染色体都有放射性D.半保留复制和全保留复制假说的确定至少需获得两次细胞分裂的实验结果D解析

若DNA复制方式是半保留复制,则第一个细胞周期的中期细胞着丝粒没有断裂,一个染色体包含两条姐妹染色单体,两条姐妹染色单体中均有一条核苷酸链有放射性,一条核苷酸链没有放射性,所有染色单体都有放射性,A项正确;若DNA复制方式是全保留复制,则第一个细胞周期的中期细胞着丝粒没有断裂,一个染色体包含两条姐妹染色单体,两条姐妹染色单体中一条染色单体有放射性,一条染色单体没有放射性,B项正确;若DNA复制方式是分散复制,则第二个细胞周期的中期细胞内所有染色体都有放射性,C项正确;由上述A、B项分析可知,只需获得一次细胞分裂的实验结果就能证明是半保留复制还是全保留复制,D项错误。考向二

DNA的复制[典例2]用15N标记含有200个碱基对的DNA分子,其中有胞嘧啶120个。该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次,其结果可能是(

)A.含14N的DNA分子占7/8B.共需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸1200个C.含15N的脱氧核苷酸链占全部DNA单链的1/8D.子代DNA分子中嘌呤与嘧啶之比是2∶3B解析

由于DNA分子的复制是半保留复制,最终只有2个子代DNA分子一条链含15N,一条链含14N,其余DNA都只含14N,故全部子代DNA都含14N;含有200个碱基对(400个碱基)的DNA分子,其中有胞嘧啶120个,可得A=80个,故复制过程中需腺嘌呤脱氧核苷酸(24-1)×80=1

200(个);DNA复制为半保留复制,不管复制几次,最终子代DNA都保留亲代DNA的2条母链,故16个DNA分子中,含有15N的脱氧核苷酸链占全部DNA单链的2/32=1/16;子代DNA分子中嘌呤与嘧啶之比是1∶1。总结归纳DNA分子复制中相关计算的方法与规律DNA分子复制为半保留复制,若将一个被15N标记的双链DNA分子转移到含14N的培养液中培养(复制)若干代,其结果分析如下:(1)子代DNA分子数:2n个。①无论复制多少次,含15N的DNA分子数始终是2个。②含14N的DNA分子有2n个,只含14N的DNA分子有(2n-2)个,做题时应看准是“含”还是“只含”。(2)子代DNA分子的总链数:2n×2=2n+1条。①无论复制多少次,含15N的链数始终是2条。做题时应看准是“DNA分子数”还是“链数”。②含14N的链数是(2n+1-2)条。(3)消耗的脱氧核苷酸数①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,则经过n次复制,需要消耗游离的该脱氧核苷酸数为m·(2n-1)个。②若进行第n次复制,则需消耗该脱氧核苷酸数为m·2n-1个。[对点练]

3.(2021浙江6月选考)含有100个碱基对的一个DNA分子片段,其中一条链的A+T占40%,它的互补链中G与T分别占22%和18%,如果连续复制2次,则需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数量为(

)A.240个 B.180个C.114个 D.90个B解析

分析题意可知,该DNA片段含有100个碱基对,即每条链含有100个碱基,其中一条链(设为1链)的A+T占40%,即A1+T1=40个,则C1+G1=60个;互补链(设为2链)中G与T分别占22%和18%,即G2=22,T2=18,可知C1=22,则G1=60-22=38=C2,故该DNA片段中C=22+38=60。已知DNA复制了2次,则DNA的个数为4,4个DNA中共有胞嘧啶脱氧核苷酸的数量为4×60=240(个),原DNA片段中有60个胞嘧啶脱氧核苷酸,则需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数量为240-60=180(个)。4.如图所示为真核细胞内基因Y的结构简图,共含有2000个碱基对,其中碱基A占20%,下列说法正确的是(

)A.基因Y复制两次,共需要4800个游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸B.基因Y复制时解旋酶作用于①③两处C.若②处T/A替换为G/C,则Y控制的性状一定发生改变D.Y的等位基因y中碱基A也可能占20%D解析

该基因共有2

000对脱氧核苷酸,A占20%,则鸟嘌呤占30%,因此该基因中含有鸟嘌呤数目为2

000×2×30%=1

200(个),则基因复制2次,需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸数目=(22-1)×1

200=3

600(个),A项错误;基因Y复制时解旋酶作用于③处,即氢键,B项错误;若②处T/A替换为G/C,由于密码子的简并等原因,Y控制的性状不一定发生改变,C项错误;Y的等位基因y是基因突变形成的,基因突变是由碱基对的缺失、插入或替换引起的,因此y中碱基A也可能占20%,D项正确。考向三

DNA复制与细胞增殖[典例3](2023浙江诸暨诊断)若将某一细胞中的一条染色体用14C充分标记,其同源染色体用32P充分标记,置于不含放射性的培养液中培养,经过连续两次细胞分裂(不考虑交叉互换)。下列说法正确的是(

)A.若进行有丝分裂,则四个细胞中可能都有放射性B.若进行有丝分裂,则第二次分裂中期细胞中每条染色体都含有14C和32PC.若进行减数分裂,则最终形成的四个细胞中都含有14C和32PD.若进行减数分裂,则四个细胞中可能两个有放射性,两个没有放射性A解析

若进行有丝分裂,DNA复制一次,再平均分配,第一次分裂形成的两个子细胞都含有14C和32P,但由于DNA半保留复制,所以含有放射性的DNA只有一条链含有放射性,另一条链没有放射性,第二次有丝分裂形成的四个细胞可能三个有放射性,一个没有放射性;可能两个有放射性,两个没有放射性;可能四个都有放射性,A项正确。若进行有丝分裂,则第二次分裂中期细胞中一条染色体含有14C,其同源染色体含有32P,而不是每条染色体上都有14C和32P,B项错误。若进行减数分裂,DNA只复制一次,由于一对同源染色体分别用14C和32P标记,减数第一次分裂时同源染色体分离,两个子细胞一个含14C,一个含32P,两个子细胞分别进行减数第二次分裂形成四个子细胞,两个含14C,两个含32P,C、D两项错误。总结归纳绘制模型图理解DNA复制和细胞分裂的关系[对点练]

5.(2021浙江6月选考)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1/4D.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C解析

DNA的复制方式为半保留复制,在第一个细胞周期的间期,DN