高考生物一轮课件第17讲DNA结构复制及基因的本质

基因的本质与表达第六单元第17讲DNA结构、复制 及基因的本质等级考(2017级)课标要求内容标准活动要求1．概述DNA分子结构的主要特点。2．概述DNA分子通过半保留方式进行复制。3．概述多数生物的基因是DNA分子的功能片段，有些病毒的基因在RNA分子上。1．搜集DNA分子结构模型建立过程的资料，并进行讨论和交流。2．制作DNA分子双螺旋结构模型。栏目导航考点一DNA分子结构与构建过程及其相关计算考点二DNA分子的复制及基因的概念课堂小结·内化体系随堂演练·巩固提升考点一DNA分子结构与构建过程及其相关计算1．DNA双螺旋结构模型的构建(1)构建者：_______________。(2)构建历程：推算→尝试→修正→获取碱基信息→验证。沃森和克里克具体如下：注意：DNA双螺旋结构模型属于物理模型。威尔金斯和富兰克林查哥夫A=TG=CTC2．DNA分子的结构层次C、H、O、N、P

A、T、G、C

脱氧核糖脱氧核苷酸磷酸脱氧核糖碱基氢键A

T

G

C

反向平行稳定多样4n

特异碱基对[归纳整合]1．利用数字巧记DNA分子结构2．DNA分子结构模型的构建及相关解读(1)由图甲可解读以下信息：(2)图乙是图甲的简化形式，其中①是磷酸二酯键，②是氢键。解旋酶作用于②部位，限制性核酸内切酶和DNA连接酶作用于①部位。[思维探究]下面是DNA分子结构模型，思考相关问题：(1)图中④能表示胞嘧啶脱氧核苷酸吗？为什么？提示：不能。组成DNA分子的两条链的方向相反，其中①是上一个脱氧核苷酸的组成物质。(2)图中碱基之间是如何连接的？提示：双链DNA中，反向平行的两条链之间的碱基通过氢键连接成碱基对，而同一条链上核苷酸之间是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连的。(3)DNA初步水解的产物和彻底水解的产物分别是什么？提示：初步水解的产物是4种脱氧核苷酸，彻底水解的产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。(4)如何根据碱基的种类和比例确定核酸的类型？提示：根据碱基的种类确定是DNA还是RNA，若含有碱基U则是RNA，若含有碱基T而不含有碱基U，则是DNA；根据碱基的比例确定是单链还是双链，若嘌呤数/嘧啶数＝1，则一般是双链，若嘌呤数/嘧啶数≠1，则是单链。[教材深挖]1．教材P48侧栏思考题：沃森和克里克在构建模型的过程中，利用了哪些他人的经验和成果？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。2．教材P49：“思考与讨论”：说出上述资料涉及到的科学知识与方法。提示：主要涉及物理学(主要是晶体学)、生物化学、数学和分子生物学等学科的知识。涉及的方法主要有：X射线衍射结构分析方法，其中包括数学计算法、建构模型的方法等。命题点一DNA分子结构模型的构建及其结构的判断与分析1．1953年沃森和克里克构建了DNA双螺旋结构模型，其重要意义在于(

)①证明DNA是主要的遗传物质②确定DNA是染色体的组成成分③发现DNA如何存储遗传信息④为DNA复制机制的阐明奠定基础A．①③

B．②③

C．②④

D．③④D

解析在沃森和克里克构建模型之前，就已经明确了染色体的组成成分；艾弗里等人通过大量的生物实验总结出DNA是主要的遗传物质，①②错误。沃森和克里克是在构建DNA双螺旋结构模型的基础上，提出DNA分子的半保留复制机制的；DNA双螺旋结构模型的构建使人们认识到DNA通过碱基对的排列顺序来携带遗传信息，③④正确。

2．(2017·海南卷，T24)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1D

解析由于双链DNA碱基A数目等于T数目，G数目等于C数目，故(A＋C)/(G＋T)为恒值1，A错。A和T碱基对含2个氢键，C和G含3个氢键，故(A＋T)/(G＋C)中，(G＋C)数目越多，氢键数越多，双链DNA分子的稳定性越高，B错。(A＋T)/(G＋C)与(A＋C)/(G＋T)两个比值相等，这个DNA分子可能是双链，也可能是单链，C错。经半保留复制得到的DNA分子，是双链DNA，(A＋C)/(G＋T)＝1，D正确。3．(2019·四川乐山一模)如图为核苷酸链结构图，下列叙述错误的是(

)A．能构成一个完整核苷酸的是图中的a和bB．图中与每个五碳糖直接相连的碱基有1个C．各核苷酸之间是通过化学键③连接起来的D．若该链为脱氧核苷酸链，从碱基组成上看，缺少的碱基是TA

解析核苷酸由1分子磷酸、1分子五碳糖和1分子碱基组成，b中磷酸与脱氧核苷不属于一个核苷酸分子；由题图可知，每个五碳糖都只有1个碱基与之直接相连；核苷酸之间通过磷酸二酯键相连形成核苷酸链，即图中③；脱氧核糖核苷酸根据碱基不同分为腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸，因此若该链为脱氧核苷酸链，从碱基组成上看，缺少的是胸腺嘧啶即碱基T。“三看法”判断DNA分子结构的正误命题点二DNA分子结构的相关计算4．(2019·广东江门一模)已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的35.8%，其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%。则在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的(

)A．32.9%,17.1%

B．31.3%,18.7%C．18.7%,31.3% D．17.1%,32.9%B

解析配对的碱基之和在一条链中与在整个DNA分子中的比例是相同的，因此，一条链中A、T、C、G的比例分别为31.3%、32.9%、17.1%和18.7%，根据碱基互补配对原则，它的互补链中T、C的比例分别为31.3%、18.7%。5．(2019·山西太原一模)现已知基因M含有碱基共N个，腺嘌呤n个，具有类似如图的平面结构，下列说法正确的是(

)A．基因M共有4个游离的磷酸基，氢键数目为＋n个B．如图a可以代表基因M，基因M的等位基因m可以用b表示；a链含有A的比例最多为2n/NC．基因M的双螺旋结构，脱氧核糖和磷脂交替排列在外侧，构成基本骨架D．基因M和它的等位基因m含有的碱基数可以不相等D

解析基因M的每一条链有1个游离的磷酸基，故有2个游离的磷酸基，氢键数为N－n个。基因是由两条脱氧核苷酸链组成的，图中a和b共同组成基因M。双螺旋结构中脱氧核糖和磷酸交替连接排列在外侧，构成基本骨架。等位基因是基因突变产生的，基因突变是指基因中碱基对的增添、缺失或替换，基因M和它的等位基因m的碱基数或排列顺序可以不同。解答有关碱基计算题的“三步曲”1．DNA的复制考点二DNA分子的复制及基因的概念

间期间期半保留复制能量解旋两条螺旋的双链母链氧核苷酸DNA聚合酶碱基互补配对模板链双螺旋结构2．染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系有遗传效应的DNA片段一个或两个许多个基因脱氧核苷酸排列顺序注：基因概念的准确表述应该是：基因是有遗传效应的核酸片段。[归纳整合]1．DNA分子连续复制两次图像及解读2．利用数学思想分析DNA复制过程中的数量关系DNA分子的复制为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则有：(1)DNA分子数：①子代DNA分子数＝2n个；②含有亲代DNA链的子代DNA分子数＝2个；③不含亲代DNA链的子代DNA分子数＝(2n－2)个。(2)脱氧核苷酸链数：①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝2n＋1条；②亲代脱氧核苷酸链数＝2条；③新合成的脱氧核苷酸链数＝(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，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸数为m×(2n－1)个；②n次复制需该脱氧核苷酸数＝m×2n个，n－1次复制需该脱氧核苷酸数＝m×2n－1个，则第n次复制需该脱氧核苷酸数＝2n×m－m×2n－1＝m×(2n－2n－1)＝m×2n－1个。[思维探究]下图是DNA复制的有关图示，A→B→C表示大肠杆菌的DNA复制。D→G表示哺乳动物的DNA分子复制。图中黑点表示复制起始点，“→”表示复制方向。(1)若A中含48502个碱基对，而子链延伸速度是105个碱基对/min，则此DNA分子复制完成约需30s。而实际上只需约16s。根据A→C图分析，是什么原因？提示：复制是双向进行的。(2)哺乳动物的DNA分子展开可达2m之长，若按A→C的方式复制，至少8h，而实际上约6h左右。据D→G图分析，是什么原因？提示：从多个起始点同时进行复制。(3)C与A相同，G与D相同，C、G能被如此准确地复制出来，原因是什么？提示：DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供精确的模板；DNA分子的碱基互补配对原则保证了DNA分子复制准确无误地完成。[教材深挖]1．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。2．教材P56“相关信息”：如何理解遗传物质是信息分子？提示：量子物理学奠基人薛定谔认为遗传是遗传信息的复制、传递与表达，遗传物质是一种信息分子。命题点一DNA分子复制的过程分析1．(2018·海南卷，T15)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

解析大肠杆菌14N14N在含有15N的培养基中繁殖，其中子一代大肠杆菌的DNA分子共2个，均为1条链含14N、1条链含15N，子二代大肠杆菌的DNA分子共4个，其中2个DNA分子为1条链含14N、1条链含15N，另外2个DNA分子为2条链均含15N；再转到含有14N的培养基中繁殖一代，子三代大肠杆菌的DNA分子共8个，其中2个DNA分子为2条链均含14N、其余6个DNA分子为1条链含14N、1条链含15N，所以15N14N和14N14N两种分子的比例为3∶1。2．(2019·湖南怀化市一模)下图为真核细胞DNA复制过程的模式图，据图分析，下列相关叙述错误的是(

)A．由图示得知，DNA分子复制的方式是半保留复制B．解旋酶能使双链DNA解开，但需要消耗ATPC．子代DNA分子的两条链是反向平行排列的D．DNA在复制过程中是先进行解旋，后半保留复制D

解析由图示可知，新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此复制的方式是半保留复制；解旋酶使DNA双链解开，需要消耗ATP；子代DNA分子的两条链是反向平行的；DNA在复制过程中是边解旋边半保留复制。根据图示信息判断DNA复制的类型在真核生物中，DNA复制一般是多起点复制。在原核生物中，DNA复制一般是一个起点。无论是真核生物还是原核生物，DNA复制大多数都是双向进行的。如图所示为真核生物DNA的多起点、双向复制：图中显示多起点复制，但多起点并非同时进行，其意义在于提高复制速率。命题点二DNA分子复制过程的有关计算3．(2019·河南洛阳一模)用15N标记含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60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．含有14N的DNA分子占100%B．复制过程中需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸640个C．含15N的链占1/8D．子代DNA中嘌呤与嘧啶之比是2∶3A

4．(2019·河南郑州调研)某DNA分子中含有1000个碱基对(P元素只含32P)。若将DNA分子放在只含31P的脱氧核苷酸的溶液中让其复制两次，则子代DNA的相对分子质量平均比原来(

)A．减少1500

B．增加1500C．增加1000 D．减少1000A

解析DNA分子复制2次形成了4个DNA分子。将含有1000个碱基对(P元素只含32P)的DNA分子放在只含31P的脱氧核苷酸的培养液中，其中有6条单链含有31P，减少的相对分子质量的总和是1000×6＝6000，因此每个DNA分子平均减少6000÷4＝1500，A项正确。DNA复制相关计算时四个易错点(1)复制次数：“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别：前者包括所有的复制，但后者只包括最后一次复制。(2)碱基数目：注意碱基的数目单位是“对”还是“个”。(3)复制模板：在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两个。(4)关键词语：看清是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词。1．DNA复制遵循碱基互补配对原则，新合成的DNA分子中两条链均是新合成的(

)2．单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链(

)3．DNA复制时，严格遵循A－U、C－G的碱基互补配对原则(

)4．在人体内，成熟的红细胞、浆细胞中不发生DNA的复制(

)课堂小结·内化体系×

……………………