高三一轮复习生物：第28讲 DNA的结构、复制与基因的概念

第18讲DNA的结构、复制与基因的概念

DNA的结构及相关计算考点一考点二DNA的复制及基因的概念1.DNA双螺旋结构模型的构建沃森和克里克

脱氧核苷酸TG2.DNA的结构C、H、O、N、P脱氧核苷酸2.DNA的结构磷酸脱氧核糖碱基A与T配对G与C配对3.DNA的结构特点 (1)______性：具n个碱基对的DNA可能有4n种碱基对排列顺序。 (2)______性：每种DNA分子都有其特定的碱基对

。

(3)______性：如两条主链磷酸与脱氧核糖交替连接的顺序不变，碱基配对方式不变等。多样特异稳定排列顺序并不是碱基配对方式决定的元素→物质→基本单位→脱氧核苷酸链→平面结构→立体结构1.DNA双螺旋模型构建者：。2.DNA双螺旋结构的构成：沃森和克里克①威尔金斯和富兰克林提供的DNA的X射线衍射图谱；②查哥夫的研究成果：腺嘌呤(A)=胸腺嘧啶(T)，鸟嘌呤(G)=胞嘧啶(C)这一数量关系等。在构建DNA模型的过程中利用了他人的哪些经验和成果？CHONP脱氧核糖含氮碱基磷酸四种脱氧核苷酸AGCT一条脱氧核苷酸链ACTDNA双链平面TCAAGGCTG…………………………一、DNA的结构及相关计算3’5’

3.DNA的结构一、DNA的结构及相关计算(1)DNA分子由___条脱氧核苷酸链组成，这两条链按__________的方式盘旋成双螺旋结构。(2)外侧：_________________和_____________交替连接，构成基本骨架。(3)内侧：两条链上的碱基通过氢键连接成__________。(4)遵循

：A一定与T配对，G一定与C配对。两

反向平行脱氧核糖磷酸碱基对碱基互补配对原则[易错提醒]

G、C碱基对越多，DNA分子中的氢键越多，DNA分子越稳定。(1)多样性：不同的DNA分子中脱氧核苷酸数目不同，排列顺序多种多样。若某DNA分子中有n个碱基对，则其碱基对排列顺序有4n种。(2)特异性：每种DNA分子都有区别于其他DNA的特定的碱基对排列顺序，代表了特定的遗传信息。(3)稳定性：外侧的脱氧核糖和磷酸交替排列的方式稳定不变，内侧碱基配对方式稳定不变。4.DNA的结构特性

与DNA空间结构无关。DNA的结构模型的解读磷酸二酯键氢键解旋酶限制性内切核酸酶DNA连接酶DNA聚合酶AGCTTCGAAT磷酸二酯键5，3，3，5，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

端，另一端有一个羟基(—OH)，称作

，两条单链走向

，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。5′3′端相反5.DNA分子的方向：6.DNA分子结构的解读(1)数量关系：

①每个DNA片段中，含2个游离的磷酸基团。

②脱氧核苷酸、磷酸、脱氧核糖、含氮碱基，四者之间的数量关系为1∶1∶1：1。(2)水解情况：

①DNA初步水解产物：脱氧核苷酸(4种)；

②DNA彻底水解产物：磷酸、脱氧核糖和含氮碱基(6种)。(3)化学键：

①氢键：碱基对之间的化学键，可用解旋酶断裂，也可加热断裂，RNA聚合酶断裂。

②磷酸二酯键：磷酸和脱氧核糖之间的化学键，用限制性内切核酸酶处理可切割，用DNA连接

酶(DNA聚合酶、RNA聚合酶)处理可连接。

DNA的结构及相关计算一DNA的分子结构(3)单链中，互补碱基之和的比值在两条互补链中相等。设双链DNA分子中,一条链上:

=m,则:

=

=

m

,即互补链上

=m。二、DNA中碱基数量的计算规律

(2)双链中，任意两种不互补的碱基数量之和占碱基总数的一半,即嘌呤之和=嘧啶之和=总碱基数×50%,

A+G=T+C=A+C=T+G=(A+T+C+G)×50%,

=

=1(1)双链中，互补的两种碱基数量相等,即A=T,C=G。

DNA的结构及相关计算A1+T1G1+C1A1+T1G1+C1A2+T2G2+C2A2+T2G2+C2(4)单链中，非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数。设双链DNA分子中,一条链上:

=m,则:

=

=m,即互补链上

=

。二、DNA中碱基数量的计算规律

DNA的结构及相关计算(5)单链中，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分子的一条链上A1+T1=n%,因为A1=T2,A2=T1,则:A1+T1=A2+T2=n%。所以A+T=

=

=n%。简记为“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等”。1、双链DNA中，A=T，G=C。

2、单链DNA中，A1=T2，T1=A2，G1=C2，C1=G2。

3、两条单链中碱基的总数相等，且为双链碱基总数的一半。规律总结

碱基是“对”还是“个”所占比例是“一条链”还是“双链”易错点【例】从某生物组织中提取DNA进行分析，其中鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的46%，又知该DNA分子的一条链（H链）所含的碱基中28%是腺嘌呤，24%是胞嘧啶，则与H链相对应的另一条链中，腺嘌呤、胞嘧啶分别占该链全部碱基数的（）A.26%、22%B.24%、28%

C.14%、11%D.11%、14%二、DNA中碱基数量的计算规律

DNA的结构及相关计算【解析】已知：

求：

∵∴

又∵∴同理可得：A

(1)沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式。(2022·广东卷，5D)(

)(2)某同学制作DNA双螺旋结构模型，在制作脱氧核苷酸时，需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基。(2022·浙江6月选考，13A)(

)(3)制作DNA双螺旋结构模型时，鸟嘌呤与胞嘧啶之间用2个氢键连接物相连。(2022·浙江6月选考，13B)(

)×××(4)DNA每条链的5′端是羟基末端。(2021·辽宁卷，4C)(

)(5)与RNA分子相比，DNA分子特有的碱基是U。(2017·浙江4月选考，6改编)(

)(6)生物体内DNA分子中(A＋T)/(G＋C)的值越大，双链DNA分子的稳定性越高。(2017·海南卷，24B)(

)×××根据下列DNA的两模型思考回答：(1)由图1可知，每个DNA分子片段中，游离磷酸基团含有________个。单链中相邻碱基通过______________________________连接。互补链中相邻碱基通过________连接。(2)图2是图1的简化形式，其中①是___________，②是________。解旋酶作用于________部位，限制性内切核酸酶和DNA连接酶作用于________部位。2—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—氢键磷酸二酯键氢键②①D1.(2024·河北唐山检测)某DNA部分片段结构如图所示，下列叙述正确的是(

)A.③为磷酸二酯键，③的形成需要RNA聚合酶催化B.①代表氢键，①的形成与断裂需要ATP提供能量C.片段中碱基②与五碳糖构成的脱氧核苷与ATP中的腺苷相同D.若该DNA一条链中碱基A与T之和占48%，则整个DNA中碱基C占26%CD2.(不定项)(2024·山东烟台调研)下列关于DNA分子结构的叙述，正确的是(

) A.DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的单链结构 B.DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基 C.DNA分子两条链之间总是嘌呤与嘧啶形成碱基对 D.DNA两条链的5′­端各具有1个游离的磷酸基团，且一条链的脱氧核苷酸的磷酸与另一个脱氧核苷酸的3′­C连接1.DNA半保留复制的实验证据半保留同位素标记1.DNA半保留复制的实验证据全部重带半保留复制2.DNA复制 (1)概念、时间、场所间期

细胞核(2)过程解旋脱氧核苷酸DNA聚合酶碱基互补配对(3)类型多个复制速率单(4)结果一个DNA分子形成了两个__________的DNA分子。(5)DNA准确复制完全相同双螺旋碱基互补配对遗传信息遗传信息3.染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系一个或两个

有遗传效应的DNA片段许多个基因

脱氧核苷酸排列顺序DNA半保留复制的实验证据——假说-演绎法

1.提出问题DNA以什么方式复制？2.作出假设若要探究复制方式，关键要观察什么结果？区分母链和子链(区分亲代和子代DNA)(2)全保留复制新复制出的分子直接形成，完全没有旧的复制一次亲代DNA子代DNA(1)半保留复制(沃森和克里克提出）形成的分子一半是新的，一半是旧的复制一次亲代DNA子代DNADNA的复制及基因的概念实验者：实验材料：实验方法：大肠杆菌（繁殖快，20min一代）同位素标记技术和密度梯度离心技术实验过程：大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔实验原理：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，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，因此，利用离心技术可以在试管中分离开含有不同N元素的DNA。高密度带中密度带低密度带15N14N15N15N14N14NDNA半保留复制的实验证据——假说-演绎法

DNA的复制及基因的概念1.提出问题2.作出假设3.演绎推理（1）半保留复制P:F1:F2:15N15N14N复制（2）全保留复制15N15N15N15N14N14N14N复制14N复制14N复制15N14N15N14N14N14N15N14N15N14N14N14N14N14N15N15N14N14N14N14NDNA半保留复制的实验证据——假说-演绎法

DNA的复制及基因的概念15N14N14N14N15N14NP:F1:F2:细胞再

分裂一次15N15N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离心排除DNA的复制是全保留复制排除DNA的复制是全保留复制1.提出问题2.作出假设3.演绎推理4.实验验证14N复制14N复制5.实验结论DNA的复制方式是半保留复制DNA半保留复制的实验证据——假说-演绎法

DNA的复制及基因的概念高密度带15N15N中密度带15N14N中密度带5N14N低密度带14N14NDNA复制的过程

真核细胞：

以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。主要在细胞核，其次在线粒体、叶绿体等。原核细胞：主要在拟核中，其次在质粒处。细胞分裂前的间期(有丝分裂前的间期、减数分裂前的间期)。1.概念：2.场所:3.发生时期(真核生物)DNA的复制及基因的概念4.条件DNA聚合酶：催化形成磷酸二酯键，将单个脱氧核苷酸连接成长链。解旋酶：断裂氢键，将DNA双螺旋的两条链解开。氢键的形成不需要酶的催化。5.过程:ATP，解旋酶催化（氢键断裂）DNA双螺旋的两条链解开以两条母链为模板在DNA聚合酶的催化下，利用游离的脱氧核苷酸进行碱基互补配对，分别合成与母链互补的一条子链。①解旋：②合成子链:③形成子代DNA：新合成的子链不断延伸，一条母链和一条子链盘绕成双螺旋结构，形成新的DNA分子。DNA聚合酶只能催化子链从5/→3/合成，并且需要引物。DNA复制的过程

DNA的复制及基因的概念6.复制特点:（1）边解旋边复制（2）半保留复制①多复制起点②双向复制意义：提高了复制速率，

减少了变异的发生。DNA复制的过程

DNA的复制及基因的概念7.精确复制的原因:（1）DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板；（2）碱基互补配对原则，保证了复制能够准确地进行。DNA复制会百分之百准确吗？如果复制出现错误，可能会产生什么影响？8.复制的意义:会出错，可能导致基因突变，也可能引起生物体性状的改变。将遗传信息从亲代传给子代，从而保持遗传信息的连续性。DNA复制的相关计算

1.将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养液中连续复制n次，则：①子代DNA共2n个含15N的DNA分子：

个只含15N的DNA分子：

个含14N的DNA分子：

个只含14N的DNA分子：

个②脱氧核苷酸链共2n＋1条含15N的脱氧核苷酸链：

条含14N的脱氧核苷酸链：

条202n(2n－2)2(2n＋1－2)DNA复制的过程

DNA的复制及基因的概念2.DNA分子复制过程中消耗的脱氧核苷酸数①若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为

。②第n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为

。m·(2n－1)m·2n－1①包括所有的复制，②只包括最后一次复制。“DNA复制了n次”、“第n次复制”；碱基是“对”、“个”;“DNA分子数”、“链数”。“含”、“只含”；易错点基因的概念

一

基因与DNA(2)遗传信息①DNA病毒、细胞的遗传信息：

分子中

的排列顺序。②RNA病毒的遗传信息:

分子中

的排列顺序。DNA(碱基对)脱氧核苷酸RNA(碱基)核糖核苷酸(1)基因通常是有遗传效应的

。

①DNA病毒、细胞的基因：有遗传效应的

。

②RNA病毒的基因：有遗传效应的

。

DNA片段DNA片段RNA片段基因2间区间区基因3基因1DNA的复制及基因的概念二

基因、DNA、染色体之间的关系个或两个有遗传多个脱氧核苷酸排列顺序一效应DNA的复制及基因的概念DNA片段基因1

基因2

基因3放大终止子非编码区非编码区编码区编码区上游编码区下游启动子原核基因终止子编码区非编码区非编码区内含子外显子启动子编码区上游编码区下游真核基因知识补充基因的结构非编码区非编码区编码区编码区上游编码区下游启动子终止子①编码区：能转录相应的mRNA，进一步编码出蛋白质的DNA序列。②非编码区：不编码蛋白质,含有能调控遗传信息表达的DNA序列(如启动子、终止子）。原核细胞的基因结构：原核基因（连续的）编码区非编码区非编码区内含子外显子启动子终止子编码区上游编码区下游真核基因编码区非编码区：能转录相应的mRNA，进一步能编码蛋白质的DNA序列能转录相应的mRNA，然后在翻译前就被剪切掉，不能编码蛋白质的DNA序列不编码蛋白质，含有能调控遗传信息表达的DNA序列，包括启动子、终止子等。外显子：内含子：真核细胞的基因结构：（不连续）非编码区非编码区编码区编码区上游编码区下游启动子终止子编码区非编码区非编码区内含子外显子启动子终止子编码区上游编码区下游原核基因真核基因RNA聚合酶识别并结合的位点，驱动转录启动子终止子本质：位置：作用：是一段特殊序列结构的DNA片段；位于基因上游；本质：位置：作用：是一段特殊序列结构的DNA片段；位于基因下游；终止转录第28讲DNA的结构、复制与基因的概念

(1)DNA分子复制时，子链的合成过程不需要引物参与。(2021·辽宁卷，4B)(

)(2)DNA聚合酶的作用是打开DNA双链。(2021·辽宁卷，4D)(

)(3)烟草花叶病毒的RNA可通过复制将遗传密码传递给子代。(2020·浙江1月选考，21B)(

)×××(4)果蝇体细胞中核DNA分子通过转录将遗传信息传递给子代。(2020·浙江1月选考，21C)(

)(5)洋葱根尖细胞中DNA聚合酶主要在G2期通过转录和翻译合成。(2020·浙江1月选考，21D)(

)××如图是人类某染色体DNA的片段，含有基因A、基因b和无遗传效应的片段M。请思考：(1)基因A和b的本质区别是什么？提示不同基因的本质区别在于其脱氧核苷酸序列不同。(2)决定mRNA上终止密码子的碱基对是否位于M处？若M中插入若干个脱氧核苷酸对是否可引发基因突变？提示M为无遗传效应的非基因片段，故其无转录功能，当然不存在决定mRNA上终止密码子的碱基对，M中即使插入若干脱氧核苷酸对也不会引发基因突变。(3)A复制时b是否也复制？A转录时，b是否也转录？其转录的模板链一定相同吗？提示DNA分子复制为全程复制，故A复制时b也复制，但基因表达却为“选择性表达”，故A转录时，b未必转录，即使都转录，其模板链也未必相同。考向1

结合DNA复制的过程分析，考查科学思维1.(2022·海南卷，11)科学家曾提出DNA复制方式的三种假说：全保留复制、半保留复制和分散复制(图1)。对此假说，科学家以大肠杆菌为实验材料，进行了如下实验(图2)：图1图2D下列有关叙述正确的是(

)A.第一代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带，说明DNA复制方式一定是半保留复制B.第二代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带和1条轻带，说明DNA复制方式一定是全保留复制C.结合第一代和第二代细菌DNA的离心结果，说明DNA复制方式一定是分散复制D.若DNA复制方式是半保留复制，继续培养至第三代，细菌DNA离心后试管中会出现1条中带和1条轻带A2.(2024·广东惠州调研)如图为某原核细胞DNA分子的复制方式模式图，图中“→”表示复制方向。下列叙述错误的是(

)A.由图可知，该DNA分子复制方式为多起点双向复制B.除图示酶外，DNA分子复制还需DNA聚合酶等C.DNA分子复制时，子链的延伸方向是相同的D.解旋经过含G—C碱基对较多的区域时，消耗的能量相对较多CD考向2结合DNA复制过程中的有关计算，考查科学思维3.(不定项)(2024·山东教育联盟联考)病毒X174和红藻的遗传信息都储存于DNA中，前者的DNA为单链结构，鸟嘌呤约占全部碱基的21%，后者的核DNA为双链结构，鸟嘌呤占全部碱基的32%。下列叙述正确的是(

) A.病毒X174中胞嘧啶占全部碱基的29% B.病毒X174中的RNA与DNA序列互补 C.红藻的核DNA中胞嘧啶占全部碱基的32% D.病毒X174的DNA比红藻的DNA更容易突变C4.(2024·广东东莞调研)一个15N标记的、含1000个碱基对的DNA分子片段，其中一条中T＋A占30%，若将该DNA分子放在14N的培养基中连续复制3次，相关叙述正确的是(

) A.该DNA分子的另一条链中T＋A占70% B.该DNA分子中含有A的数目为400个 C.该DNA分子第3次复制时需要消耗2800个G D.经3次复制后，子代DNA分子中含14N的比例为7/8C考向3