高考生物一轮复习第二讲DNA分子的结构复制基因的本质

高考生物一轮复习讲考纲考情讲核心素养构思维导图真题再现知识总结内容导航第六单元基因的本质与表达第二讲DNA分子的结构、复制、基因的本质讲考纲考情1.最新考纲（1）人类对遗传物质的探索过程Ⅱ（2）DNA分子结构的主要特点Ⅱ（3）DNA分子的复制Ⅱ2.最近考情2021全国卷乙(5)、20120全国卷Ⅰ(1)2018全国卷Ⅰ(2)、2018全国卷Ⅱ(5)2018全国卷Ⅲ(1)、2017全国卷Ⅰ(29)2017全国卷Ⅱ(2)课堂目标听课问题1.结合DNA双螺旋结构模型，阐明DNA分子转录、翻译的过程2.基因与性状的关系1.列举RNA的种类、功能2.说明遗传信息的转录和翻译过程3.比较遗传信息、密码子及反密码子的概念4.说明中心法则的内容、基因对性状的控制方式及基因与性状的对应关系3.目标要求讲核心素养1.生命观念——结构与功能观：认识DNA分子作为遗传物质所应具备的特征；DNA的结构决定DNA的功能2.科学思维——分析与综合：总结细菌转化实验和噬菌体侵染实验的原理和过程；模型与建模：建立DNA分子双螺旋结构模型3.科学探究——实验设计与结果分析：分析人类在对遗传物质探究的实验设计思路；验证DNA分子通过半保留方式进行复制构思维导图第二讲DNA分子的结构、复制、基因的本质213DNA分子的结构与基因的本质DNA分子的复制与DNA分子相关的计算4真题再现（一）DNA分子结构的探索历程【科学探究】科学家贡献威尔金斯和富兰克林DNA的X射线衍射图谱查哥夫提出碱基A的量总是等于T的量，C的量总是等于G的量沃森和克里克提出了DNA分子的双螺旋结构模型知识总结（二）DNA分子的元素组成和基本单位【生命观念】1.元素组成：C、H、O、N、P2.基本单位：脱氧（核糖）核苷酸3.单体种类：碱基为A：腺嘌呤脱氧（核糖）核苷酸碱基为T：胸腺嘧啶脱氧（核糖）核苷酸碱基为G：鸟嘌呤脱氧（核糖）核苷酸碱基为C：胞嘧啶脱氧（核糖）核苷酸P脱氧核糖含氮碱基知识总结（三）DNA双螺旋结构的形成【生命观念】注意：每个DNA分子含有2个游离的磷酸基团。知识总结1.图解DNA分子结构(3)内侧：两条链上的碱基通过氢键连接成________。（三）DNA双螺旋结构的形成【生命观念】知识总结2.DNA的双螺旋结构内容并非所有的DNA均具“双链”(1)DNA由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链按__________方式盘旋成双螺旋结构。反向平行(2)外侧：________和_____交替连接构成基本骨架。脱氧核糖磷酸其形成不需要酶，而断裂需解旋酶或加热处理碱基对G—C碱基对所占比例越大，DNA热稳定性越强提醒一个双链DNA分子具有2个游离的磷酸基团，而环状DNA中则无。碱基互补配对遵循以下原则：A===T(两个氢键)、G≡C(三个氢键)。（三）DNA双螺旋结构的形成【生命观念】知识总结3.DNA分子结构模型解读(1)数量关系每个DNA分子片段中，游离磷酸基团有2个；A—T碱基对有2个氢键，G—C碱基对有3个氢键；脱氧核糖数=磷酸数=含氮碱基数(3)化学键氢键：连接互补链中相邻碱基；磷酸二酯键：连接单链中相邻两个脱氧核苷酸(2)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，通过氢键连接（四）DNA分子的特性【生命观念】知识总结碱基对（四）基因的本质【生命观念】知识总结1.染色体、DNA和基因的关系2.基因与碱基的关系遗传信息蕴藏在________的排列顺序中，构成基因的碱基数_____（填“大于”“小于”或“等于”）DNA分子的碱基总数。4种碱基小于对于RNA病毒来说，基因是有遗传效应的RNA片段提醒并非所有DNA片段都是基因，基因通常是有遗传效应的DNA片段，不是连续分布在DNA上的，而是由碱基序列将不同的基因分隔开。【知识拓展】与相关化学键断裂和连接有关的酶断裂连接氢键DNA复制：解旋酶转录：RNA聚合酶PCR技术：高温获取目的基因：自动断裂自动连接，不需要酶磷酸二酯键基因工程中切开DNA片段：限制酶水解DNA：DNA水解酶DNA复制时连接单体：DNA聚合酶RNA复制时连接单体：RNA聚合酶基因工程中连接DNA片段：DNA连接酶逆转录时连接单体：逆转录酶（一）教材深挖知识拓展1.反向平行的两条链的碱基之间通过_______连接；同一条链上碱基之间通过“_____________________________”相连；一条链上的脱氧核苷酸之间通过_____________连接。氢键—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—磷酸二酯键2.DNA初步水解的产物是________________，彻底水解的产物是______________________________。4种脱氧核苷酸磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基3.(必修2P58科学·技术·社会）如何获得DNA指纹图谱？该技术有哪些应用？提示：应用DNA指纹技术，首先需要用合适的酶将待检测的样品DNA切成片段，然后用电泳的方法将这些片段按大小分开，再经过一系列步骤，最后形成DNA指纹图。此技术被广泛应用于刑侦领域、亲子鉴定、遗骸鉴定等。（一）教材深挖知识拓展4.(必修2P50“图3-8”)DNA多样性的原因？5.(必修2P50图3-8)怎样理解DNA的反向平行？6.(必修2P51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什么？7.(必修2P59“正文信息”)基因遗传效应是指什么？基因都是DNA片段吗？答：与其空间结构无关,其多样性的原因是不同DNA的碱基排列顺序是千变万化的。答：DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，称作5'－端，另一端有一个羟基(-OH)，称作3'-端，两条单链走向相反，一条单链是从5'-端到3'-端的，另一条单链是从3'-端到5'-端的。答：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。答：指基因具有复制、转录、翻译等功能,能够控制一定的性状的功能。基因通常是具有遗传效应的DNA片段;但有些病毒遗传物质是RNA,基因就是具有遗传效应的RNA片段。8.(必修2教材P48侧栏思考题)沃森和克里克在构建模型的过程中，借鉴了他人的哪些经验和成果？9.如何判断某核酸样品是DNA，还是RNA？是双链还是单链？(科学思维)（一）教材深挖知识拓展提示：①当时科学界已经发现的证据有组成DNA分子的单位是脱氧核苷酸；DNA分子是由含4种碱基的脱氧核苷酸长链构成的；②英国科学家威尔金斯和富兰克林提供的DNA的X射线衍射图谱；③美国生物化学家鲍林按照X射线衍射分析的实验数据建立模型的方法；④奥地利著名生物化学家查哥夫的研究成果。提示：含U的为RNA，含T的为DNA；若为双链，遵循碱基互补配对原则，即A＝T(或U)，G＝C；单链中四种碱基之间没有严格的数量关系。1）DNA中并不是所有的脱氧核糖都连着两个磷酸基团，两条链各有一个脱氧核糖连着一个磷酸基团。2）双链DNA中A与T分子数相等，G与C分子数相等，但A＋T的量不一定等于G＋C的量。3）DNA中，当（A＋G）/（T＋C）＝1时，可能是双链DNA，也可能是单链DNA。4）并非所有的DNA分子均具“双链”，有的DNA分子为单链。5）DNA的特异性是由碱基的排列顺序决定的，而不是由配对方式决定的，配对方式只有四种：A—T、C—G、T—A、G—C。（二）有关DNA结构的5点提醒知识拓展第二讲DNA分子的结构、复制、基因的本质213DNA分子的结构与基因的本质DNA分子的复制与DNA分子相关的计算4真题再现知识总结1.DNA半保留复制的实验证据(1)研究方法：______________。(2)实验技术：同位素示踪法和密度梯度离心法。(3)实验原理：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(4)实验假设：DNA以半保留的方式复制。沃森和克里克提出的（一）DNA分子复制方式的探究【科学探究】知识总结（1）提出问题DNA分子是如何复制的？（2）提出假说假说一：全保留复制假说二：半保留复制（沃森和克里克）假说——演绎法方式推测：沃森和克里克提出遗传物质自我复制的假说——DNA分子复制方式为半保留复制。2.DNA分子的复制方式的实验证据（一）DNA分子复制方式的探究【科学探究】知识总结假说——演绎法2.DNA分子的复制方式的实验证据（一）DNA分子复制方式的探究【科学探究】（3）演绎推理检测方案（同位素标记法和密度梯度离心法）实验预期：离心后应出现3条DNA带。重带(密度最大):两条链都为15N标记的亲代双链DNA；中带(密度居中):一条链为14N标记，另一条链为15N标记的子代双链DNA；轻带(密度最小):两条链都为14N标记的子代双链DNA。知识总结假说——演绎法2.DNA分子的复制方式的实验证据（一）DNA分子复制方式的探究【科学探究】（3）演绎推理①全保留复制（2）半保留复制知识总结假说——演绎法2.DNA分子的复制方式的实验证据（一）DNA分子复制方式的探究【科学探究】(4)检验推理(实验过程)过程分析：立即取出，提取DNA→离心→全部重带。繁殖一代后取出，提取DNA→离心→全部中带。繁殖两代后取出，提取DNA→离心→1/2轻带、1/2中带。(5)实验结论：DNA的复制是以半保留方式进行的。知识总结（二）DNA分子的复制【生命观念】1.概念、时间、场所、实质间期减数第一次分裂前细胞核2.条件：模板：亲代DNA分子中的每条母链原料：游离的四种脱氧核苷酸酶：解旋酶和DNA聚合酶能量：ATP3.原则：碱基互补配对原则知识总结（二）DNA分子的复制【生命观念】4.过程（多位点边解旋边双向复制）解旋脱氧核苷酸DNA聚合酶碱基互补配对解旋复制盘绕两条DNA母链平面DNA子代DNA氢键磷酸二酯键亲代DNA解旋酶DNA聚合酶知识总结（二）DNA分子的复制【生命观念】7.场所：真核生物：细胞核（主要）、线粒体、叶绿体原核生物：拟核（主要）、细胞质（如：质粒）DNA病毒：宿主细胞内8.时间：主要有丝分裂间期或减数第一次分裂前的间期（该过程中容易发生基因突变）5.特点：________边复制(过程上)、半保留复制(结果上)。每个DNA分子都保留原DNA的一条链边解旋6.准确复制的原因和意义①原因：DNA分子具有独特的________结构，为复制提供了精确的模板，通过____________原则及半保留复制，保证了复制能准确进行。②意义：DNA分子通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，从而保持了遗传信息的________。双螺旋碱基互补配对连续性知识拓展教材深挖1.探究DNA复制方式用什么样的科学方法？涉及哪些生物学技术手段？具体检测观察指标是什么？提示：假说—演绎法；同位素示踪技术和密度梯度离心技术；DNA带在试管中所在的位置2.DNA复制过程中需要_________________等细胞器的参与。复制完成后形成的两个DNA分子，这两个DNA分子的结构不一定相同，可能的原因是___________________________。在细胞分裂的__________________________________期分离开。核糖体、线粒体在复制过程中可能发生变异有丝分裂后期或减数第二次分裂后3.(必修2教材P53“侧栏思考题”)如何在实验中区分亲代与子代的DNA分子？提示：本实验是根据半保留复制原理和DNA密度的变化来设计的。在本实验中根据试管中DNA带所在的位置就可以区分亲代与子代的DNA了。第二讲DNA分子的结构、复制、基因的本质213DNA分子的结构与基因的本质DNA分子的复制与DNA分子相关的计算4真题再现（一）与DNA分子结构有关的计算【科学思维】知识总结DNA分子中碱基比例的计算步骤第一步：搞清题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子碱基的比例，还是占DNA分子一条链上碱基的比例。第二步：画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基。第三步：根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。DNA碱基互补配对原则是指在DNA分子形成碱基对时，A一定与T配对，G一定与C配对的一一对应关系。推论如下:1)双链DNA分子中嘌呤总数与密啶总数相等，即A+G=T+C。简记为:“DNA分子中两个非互补碱基之和是DNA分子总碱基数的一半”。（一）与DNA分子结构有关的计算【科学思维】知识总结碱基互补配对原则及相关计算3)双链DNA分子中，非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数。设双链DNA分子中一条链上，,则，互补链中简记为:"DNA两条互补链中,不配对两碱基之和的比值互为倒数,乘积为1"。4)双链DNA分子中，若，则。2)在双链DNA分子中，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。设在双链DNA分子中的一条链上A1+T1=n%，则A1=T2、A2=T1→A1+T1=A2+T2=n%，所以A＋T=(A1+A2+T1+T2)/2=(n%+n%)/2=n%。简记为:“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等”。（二）与DNA分子复制有关的计算【科学思维】1.同位素标记型（绘图法）知识总结（二）与DNA分子复制有关的计算【科学思维】知识总结【例】（2020·开原市第二高级中学高三二模）一个双链均被32P标记的DNA由5000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.该DNA分子的特异性与碱基对的排列顺序有关B.复制过程需要2.4×104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的单链数目之比为1:7D.子代DNA分子中含32P与只含31P的分子数目之比为1:3B1.同位素标记型（绘图法）（二）与DNA分子复制有关的计算【科学思维】知识总结2.一个亲代DNA连续复制n次后，则：(1)子代DNA分子数：2n个①无论复制多少次，含15N的DNA分子始终是2个做题时看准是“含”还是“只含”②含14N的DNA分子有2n个，只含14N的DNA分子有(2n－2)个做题时看准是“DNA分子数”还是“链数”(2)子代DNA分子总链数：2n×2＝2n＋1条①无论复制多少次，含15N的链始终是2条②含14N的链数是(2n＋1－2)条(3)消耗的脱氧核苷酸(碱基)数（设DNA分子中某碱基数为m）①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，则需消耗游离的该脱氧核苷酸数为m×2n－1个（二）与DNA分子复制有关的计算【科学思维】知识总结3.与染色体相关的计算（绘图法）1条染色体上的1个DNA1条染色体上的2个DNA1条染色单体上的1个DNADNA分子半保留复制图像及解读（二）与DNA分子复制有关的计算【科学思维】知识总结3.与染色体相关的计算（绘图法）【例】(2020·山东高三期中)在含有BrdU的培养液中进行DNA复制时，BrdU会取代胸苷掺入到新合成的链中，形成BrdU标记链。当用某种荧光染料对复制后的染色体进行染色，发现含半标记DNA(一条链被标记)的染色单体发出明亮荧光，含全标记DNA(两条链均被标记)的染色单体荧光被抑制(无明亮荧光)。若将一个细胞置于含BrdU的培养液中，培养到第三个细胞周期的中期进行染色并观察。下列推测错误的是（）A.1/2的染色体荧光被抑制B.1/4的染色单体发出明亮荧光C.全部DNA分子被BrdU标记D.3/4的DNA单链被BrdU标记C（二）与DNA分子复制有关的计算【科学思维】知识总结4.与细胞分裂相关的计算（绘图法）(1)进行有丝分裂过程中核DNA和染色体的标记情况分析细胞DNA复制一次细胞分裂一次，如图为连续分裂两次的过程图(以一条染色体为例)。由图可以看出，第一次有丝分裂形成的两个子细胞中所有核DNA分子均由一条亲代DNA链和一条子链组成；第二次有丝分裂后最终形成的子细胞中含亲代DNA链的染色体条数是0～2n(以体细胞染色体数为2n为例)。（二）与DNA分子复制有关的计算【科学思维】知识总结第一次有丝分裂用15N标记1对同源染色体上的2个DNA分子每条同源染色体上的每条染色体单体均带有标记分裂形成2个子细胞，每个子细胞中的每条染色体均带有标记①②④③第二次有丝分裂分裂形成4个子细胞，子细胞类型有4种组合方式①有1/2的子细胞带有标记②③有3/4的子细胞带有标记④全部子细胞带有标记4.与细胞分裂相关的计算（绘图法）(1)进行有丝分裂过程中核DNA和染色体的标记情况分析（二）与DNA分子复制有关的计算【科学思维】知识总结4.与细胞分裂相关的计算（绘图法）(1)进行减数分裂过程中核DNA和染色体的标记情况分析在进行减数分裂之前，DNA复制一次，减数分裂过程中细胞连续分裂两次。如图是一次减数分裂的结果(以一对同源染色体为例)。分裂形成4个子细胞，全部子细胞中的每条染色体均带有标记。15N标记1对同源染色体上的两个DNA分子同源染色体分离姐妹染色单体分离第二讲DNA分子的结构、复制、基因的本质213DNA分子的结构与基因的本质DNA分子的复制与DNA分子相关的计算4真题再现1.[2021广东，5，2分]DNA双螺旋结构模型的提出是二十世纪自然科学的伟大成就之一。下列研究成果中，为该模型构建提供主要依据的是()①赫尔希和蔡斯证明DNA是遗传物质的实验②富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱③查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等④沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制A.①② B.②③ C.③④ D.①④B[解析]沃森和克里克以威尔金斯和其同事富兰克林提供的DNA衍射图谱的有关数据为基础，推算出DNA分子呈双螺旋结构；从查哥夫那里得到腺嘌呤的量总是等于胸腺嘧啶的量，鸟嘌呤的量总是等于胞嘧啶的量，于是他们改变了碱基配对方式，让A与T配对，G与C配对，构建出新的DNA模型。所以为该模型提供主要依据的是②③，故选B。2．(2018·江苏卷)下列关于DNA和RNA的叙述，正确的是(

)A．原核细胞内DNA的合成都需要DNA片段作为引物B．真核细胞内DNA和RNA的合成都在细胞核内完成C．肺炎双球菌转化实验证实了细胞内的DNA和RNA都是遗传物质D．原核细胞和真核细胞中基因表达出蛋白质都需要DNA和RNA的参与D3.[2018海南，15，2分]现有DNA分子的两条单链均只含有14N（表示为14N14N）的大肠杆菌，若将该大肠杆菌在含有15N的培养基中繁殖两代，再转到含有14N的培养基中繁殖一代，则理论上DNA分子的组成类型和比例分别是()A.有15N14N和14N14N两种，其比例为1∶3B.有15N15N和14N14N两种，其比例为1∶1C.有15N15N和14N14N两种，其比例为3∶1D.有15N14N和14N14N两种，其比例为3∶1D[解析]将含有14N14N的大肠杆菌置于含有15N的培养基中繁殖两代后，由于DNA的半保留复制，得到的子代DNA为2个15N15N－DNA和2个14N15N－DNA，再将其转到含有14N的培养基中繁殖一代，会得到6个15N14N－DNA和2个14N14N－DNA，比例为3∶1，D正确。4．(2017·海南卷)DNA分子的稳定性与碱基对之间的氢键数目有关。下列关于生物体内DNA分子中(A＋T)/(G＋C)与(A＋C)/(G＋T)两个比值的叙述，正确的是(

)A．碱基序列不同的双链DNA分子，后一比值不同B．前一个比值越大，双链DNA分子的稳定性越高C．当两个比值相同时，可判断这个DNA分子是双链D．经半保留复制得到的DNA分子，后一比值等于1D5.[2019天津，1，6分]用3H标记胸腺嘧啶后合成脱氧核苷酸，注入真核细胞，可用于研究()A.DNA复制的场所 B.mRNA与核糖体的结合C.分泌蛋白的运输 D.细胞膜脂质的流动A[解析]DNA复制需要模板DNA链、原料脱氧核苷酸、能量ATP以及DNA聚合酶，用3H标记胸腺嘧啶后合成脱氧核苷酸，注入真核细胞，可用于研究DNA复制的场所，A符合题意。6.[2018浙江4月选考，22，2分]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