高三一轮复习生物：DNA的结构、复制及基因的本质课件

第20讲DNA的结构、复制以及基因的本质3.1亲代传递给子代的遗传信息主要编码在DNA分子上3.1.1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3.1.2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3.1.3概述DNA分子通过半保留方式进行复制内容要求考情清单：(2022广东,12)(2022海南,11)(2021辽宁,4)(2022广东,5)(2021广东,5)(2022河北,8)考点情境利用DNA电泳技术确认遇难者身份既准确又高效。电泳技术是将待测样品放在光滑的凝胶薄膜上，并加上直流电场,可利用分子所带电荷不同来分离多核苷酸片段。如图是通过提取某遇难者B生前遗迹DNA和四位遇难者遗体的DNA进行扩增,并采用特定酶处理后进行电泳所得到的一组DNA指纹图谱。请回答下列问题：(1)DNA的中文名称是

，组成元素是

。DNA是细胞内核酸的一种，核酸是细胞内

的物质，在生物体的

中具有极其重要的作用。(2)采用特定

酶对DNA进行处理后进行电泳，结果可确定

是遇难者B的遗体。(3)DNA指纹技术主要利用了DNA分子具有

的特点。组成DNA分子的基本组成单位只有4种，遇难者的DNA都不一样，这是因为:脱氧核糖核酸C、H、O、N、P携带遗传信息遗传、变异和蛋白质的生物合成限制组成遇难者DNA的脱氧核苷酸的数目和排列顺序不同F2特异性DNA的双螺旋结构有哪些主要特点？考点一：DNA分子的结构及特点威尔金斯和富兰克林提供____________DNA是以4种__________为单位连接而成的长链，分别含有_____________4种碱基沃森和克里克推算出DNA分子呈_____结构尝试建立多种不同的模型：双螺旋、三螺旋被否定查哥夫提出DNA分子中A的量等于

,C的量等于

。

构建DNA

模型脱氧核苷酸A、T、G、CDNA衍射图谱螺旋修正、重建验证DNA具有恒定的直径；能解释4种碱基的数量关系；制作的模型与DNA的X射线衍射照片推算出的DNA双螺旋结构相符。TG沃森和克里克双螺旋结构

沃森和克里克制作的DNA双螺旋结构模型现存于伦敦科学博物馆1DNA双螺旋结构模型的构建2DNA的结构C、H、O、N、P脱氧核苷酸磷酸脱氧核糖A与T配对，G与C配对1．(必修2P50图3-8)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_______，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′-端3′-端相反DNA链是由脱氧核苷酸脱水缩合形成磷酸二酯键连接而成的长链。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②①2DNA的结构（1）碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的

。具n个碱基对的DNA,有

种碱基对排列顺序4n（前提：不知ATGC数量）（2）碱基的特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子的

。（3）稳定性：磷酸与脱氧核糖交替连接形成的基本骨架不变，

碱基之间互补配对形成氢键方式不变等多样性特异性不同的生物，碱基对的数目可能不同，碱基对的排列顺序肯定不同。双链结构不容易发生变异DNA的变性：碱基对的氢键断裂，双链变成单链DNA的复性：变性DNA在适当条件下，使两条彼此分开的链恢复到双螺旋结构热变性DNA一般经缓慢冷却后即可复性，此过程称之为"退火"解旋酶、RNA聚合酶、90-95℃55-60℃3DNA的结构特点DNA双螺旋结构的热考点刮奖区DNA双螺旋结构的热考点刮奖区刮奖区刮奖区刮奖区刮奖区4．(2022·广东卷)λ噬菌体的线性双链DNA两端各有一段单链序列。这种噬菌体在侵染大肠杆菌后其DNA会自连环化(如图)，该线性分子两端能够相连的主要原因是(

)

A．单链序列脱氧核苷酸数量相等 B．分子骨架同为脱氧核糖与磷酸C．单链序列的碱基能够互补配对 D．自连环化后两条单链方向相同√考向突破D(2022·南京模拟)科学家在人体快速分裂的细胞中发现了DNA的四螺旋结构，形成该结构的DNA单链中富含G，每4个G之间通过氢键等形成一个正方形的“G4平面”，继而形成立体的“G四联体螺旋结构”(如图)。下列叙述错误的是(

)A．组成该结构的基本单位为脱氧核糖核苷酸B．用解旋酶可以打开该结构中的氢键C．每个“G四联体螺旋结构”中含有一个游离的磷酸基团D．该结构中(A＋G)/(T＋C)的值与双链DNA相等考向突破设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则可知：A1=T2

，T1=A2，G1=C2

，

C1=G2。则在双链DNA中：A=T，G=C。A+G=T+C=A+C=T+G=碱基总数的50%例1：某生物细胞DNA分子的碱基中，腺嘌呤的分子数占18%，那么鸟嘌呤的分子数占（）A.9%B.18%C.32%D.64%C规律一：在双链DNA中

总数与

总数相等，即A＋G等于T＋C嘌呤碱基嘧啶碱基4DNA分子中碱基数量的计算规律4DNA分子中碱基数量的计算规律A1+T1（A+T）12==A2

+T2例2、某双链DNA分子中，A与T之和占整个DNA碱基总数的54%，其中一条链上G占该链碱基总数的22%。求另一条链上G占其所在链碱基总数的百分含量是多少？24%（G+C）12G1+C1G2+C2==A+TG+CA1+T1G1+C1A2+T2G2+C2==规律二4DNA分子中碱基数量的计算规律A1+C1T1+G1T2+G2A2+C2=例3：DNA分子中一条单链中，（A+G）/（T+C）=0.4，则互补链中和整个DNA分子中该比值分别是（）A.0.4和0.6B.2.5和1.0C.0.4和0.4D.0.6和1.0B规律三：A+GT+C=1三步解决DNA分子中有关碱基比例的计算第一步第二步第三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。画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基。根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。（2024·浙江）下列关于双链DNA分子结构的叙述，正确的是（

）A．磷酸与脱氧核糖交替连接构成了DNA的基本骨架B．双链DNA中T占比越高，DNA热变性温度越高C．两条链之间的氢键形成由DNA聚合酶催化D．若一条链的G+C占47%，则另一条链的A+T也占47%A考向突破考点二：基因的本质(1)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(2)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

。核酸片段DNA片段RNA片段基因2间区间区基因3基因11基因与DNA个或两个有遗传多个脱氧核苷酸排列顺序一效应2脱氧核苷酸、基因、DNA、染色体之间的关系DNA片段基因1基因2基因3放大非编码区非编码区编码区编码区上游编码区下游编码区：能转录相应的mRNA，进一步编码（翻译）出蛋白质的DNA区段。非编码区：不能转录为相应的mRNA，不能编码蛋白质的区段。拓展：基因结构拓展：基因结构启动子终止子编码区非编码区非编码区编码区上游编码区下游连续的、不间隔的RNA聚合酶识别并结合的位点，驱动基因转录出mRNA。启动子本质：位置：作用：是一段有特殊序列结构的DNA片段位于基因上游1.原核生物的基因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连续的、不间隔的终止转录。终止子本质：位置：作用：也是一段有特殊序列结构的DNA片段位于基因下游1.原核生物的基因结构2.真核生物的基因结构启动子终止子非编码区非编码区编码区编码区上游编码区下游间隔的、不连续的内含子外显子外显子内含子能转录相应的mRNA，进一步能编码蛋白质的DNA序列。能转录相应的mRNA，但却不能编码蛋白质的DNA序列。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转录初级RNA成熟mRNA剪切、拼接2.真核生物的基因结构原核生物真核生物不同点编码区是

的编码区是间隔的、

的相同点都有能够编码蛋白质的

和具有调控作用的

区组成的连续不连续编码区非编码非编码序列=非编码区原核基因非编码序列真核基因=非编码区+内含子由于部分密码子（终止密码子）无对应氨基酸等原因，基因中的遗传信息部分通过密码子反映到蛋白质的分子结构上1.(2024·张家口一模)下列有关基因的描述，错误的是(

)A.对于绝大多数生物来说，基因是有遗传效应的DNA片段B.基因中的碱基排列顺序千变万化，构成了基因的多样性C.基因可通过DNA分子复制把遗传信息传递给下一代D.基因中的遗传信息均通过密码子反映到蛋白质的分子结构上D考向突破2.(2024·广州模拟)下列有关基因、DNA、染色体的说法，错误的是(

)A.碱基特定的排列顺序构成了每一个DNA分子的特异性B.随着细胞质基因的发现，基因与染色体的关系可概括为染色体是基因的主要载体C.分子大小相同、碱基含量相同的基因所携带的遗传信息一定相同D.一条染色体上含有1个或2个DNA分子C考向突破3.(2024·抚顺二模)λ噬菌体的线性双链DNA两端各有一段单链序列，在侵染大肠杆菌后，其DNA会自连环化，如图所示。下列关于λ噬菌体DNA的说法，错误的是(

)A.DNA自连环化前后，嘌呤碱基所占的比例保持不变B.DNA自连环化时，需要DNA聚合酶将单链片段两端连接C.DNA自连环化时，单链片段不会脱去游离的磷酸基团D.该线性DNA分子两端能够相连的主要原因是单链序列的碱基能够互补配对DNA连接酶B考向突破考点三：DNA的复制1探究DNA复制的方式同位素示踪技术和离心技术中带14N/14N轻带重带根据试管中DNA带所在的位置就可以区分亲代与子代的DNA15N/14N15N/15N①实验方法：_________________________________。②实验原理：分裂一次提取DNA离心15NH4CI15N/15N-DNA14NH4Cl再分裂一次繁殖若干代上中下上中下提取DNA离心上中下哪个位置？哪个位置？15NH4CI提取DNA离心14NH4Cl14NH4Cl③实验过程1探究DNA复制的方式1探究DNA复制的方式假说—演绎法步骤证明过程1.观察实验，提出问题2.解释问题，提出假说①半保留复制

②全保留复制

③弥散复制

DNA如何进行复制？合作探究：请依据半保留复制假说和全保留复制假说分别演绎推理大肠杆菌子一代、子二代DNA的标记情况，并画出实验预期结果。演绎推理，预期结果复制方式子一代子二代若是半保留复制若是全保留复制①半保留复制15N/14N-DNA15N/15N-DNA14N/14N-DNA15N/14N-DNA15N14N15N15N14N15N14N15N14N14N14N14N14N15N细胞再

分裂一次转移到含14NH4Cl的培养液中细胞分裂一次提出DNA离心提出DNA离心提出DNA离心PF1F23.演绎推理3.演绎推理15N14N15N15N14N15N14N15N14N14N14N14N14N15NPF1F215N/15N-DNA15N/15N-DNA14N/14N-DNA15N/15N-DNA细胞再

分裂一次转移到含14NH4Cl的培养液中细胞分裂一次提出DNA离心提出DNA离心提出DNA离心14N/14N-DNA②全保留复制14N/15N-DNA15N/15N-DNA14N/15N-DNA15N14N15N15N15N14N14N15N15N14N15N14N15N14N细胞再

分裂一次转移到含14NH4Cl的培养液中细胞分裂一次提出DNA离心提出DNA离心提出DNA离心PF1F23.演绎推理③弥散复制4.实验验证，得出结论第一代重带第二代中带第三代轻带中带排除全保留复制排除分散复制证明DNA的复制是半保留复制有丝分裂前的间期和减数第一次分裂前的间期,随着染色体的复制而完成。（真核生物）2.时间3.场所（1）真核生物：1.概念指以亲代DNA的两条链为模板合成子代DNA的过程。叶绿体、线粒体（2）原核生物：细胞核（主要）拟核、细胞质（质粒）4.过程（3）病毒：宿主细胞内2DNA复制的过程（1）解旋：在ATP的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开。CGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATACGTATACGGCTAGCCGTA3'5'CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ATP解旋酶4.过程（2）定序：游离的脱氧核苷酸按碱基互补配对原则随机地与两条母链的

碱基配对，确定子链的脱氧核苷酸排列顺序。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT形成氢键4.过程CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT（3）合成子链：在DNA聚合酶的催化下从母链的3'端把子链的脱氧

核苷酸聚合成脱氧核苷酸链。合成方向：子链的5'端→3'端形成磷酸二酯键ACGCAAGCTAGTCATTADNA聚合酶5'3'TATGCATGATCGAGCTT5'3'ATPATP4.过程（4）形成子代DNA分子：

每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATAA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT5'3'TAGCCGTATAGCCGATAT3'5'TTACGCGTATATATA5'3'4.过程解旋酶酶5’3’3’5’DNA聚合酶5’3’前导链5’3’冈崎片段DNA连接酶DNA聚合酶的底物：脱氧核苷酸DNA连接酶的底物：DNA片段后随链前导链与后随链：互补配对模板链：3’→5’合成子链方向：5’→3’4.过程5’3’3’5’5’3’前导链5’3’冈崎片段后随链DNA聚合酶不能催化DNA新链从头合成，只能催化游离的脱氧核苷酸加入已有链的3'-OH末端。因而复制之初需要一小段RNA片段的3'-OH端为起点，合成5'→3'方向的新链。DNA聚合酶只能从已有链的3′端延伸DNA链。4.过程3′5′子链的延伸方向是5′→3′DNA聚合酶3′5′模板链子链DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有链的3′端子链合成需要引物:

引物为DNA聚合酶提供了游离的3′端，使DNA聚合酶从3′端延伸子链。(DNA聚合酶不具有从头合成子链的功能)DNA聚合酶

引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸。用于PCR的引物通常为20~30个核苷酸。在细胞中为一段单链RNA，在PCR中为一段人工合成的单链DNA。什么是引物子链延伸子链延伸-5′3′-引物5′--3′5′--3′引物3′--5′引物5.条件6.原则（3）能量亲代DNA的两条链4种游离的脱氧核苷酸解旋酶、DNA聚合酶、DNA连接酶一般是ATP（1）模板（2）原料（4）酶碱基互补配对原则7.特点①边解旋边复制(从过程上看)②半保留复制(从结果上看)加快复制速度，减少DNA突变可能保证了复制的准确进行从子链的5'端向3'端延伸8.方向2DNA复制的过程9.DNA精确复制的原因（1）DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板。（2）通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。10.结果一个DNA分子就形成了两个完全相同的DNA分子。（两个子代DNA分子，通过细胞分裂分配到子细胞中）11.DNA制的意义将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。2DNA复制的过程拓展延伸：复制原点复制原点处的A和T特别多，相对氢键少，不稳定，DNA容易解旋。DNA分子复制时不是随机起始的，而是从特定的位点开始的，这一特定的位点叫做复制原点。想想复制原点是含A和T多，还是G和C多？①多复制起点②双向复制③半不连续复制图中的复制环大小不一，因为它们的复制时间有先后，右侧最早，左侧最晚。意义：提高了复制速率(1)真核细胞内DNA复制的复制原点2.已知果蝇的基因组大小为1.8×108bp（bp表示碱基对），真核细胞中DNA复制的速率一般为50～100bp/s。下图为果蝇DNA的电镜照片，图中的泡状结构叫作DNA复制泡，是DNA上正在复制的部分。请你推测果蝇DNA形成多个复制泡的原因。二、拓展应用说明果蝇的DNA有多个复制起点，可同时从不同起点开始DNA复制，由此加快DNA复制的速率，为细胞分裂做好物质准备。课本P56复制泡(2)原核细胞内DNA复制的复制原点

大肠杆菌染色体DNA双向复制模式拓展延伸：复制原点2023山东高考T5.将一个双链DNA分子的一端固定于载玻片上，置于含有荧光标记的脱氧核苷酸的体系中进行复制。甲、乙和丙分别为复制过程中3个时间点的图像，①和②表示新合成的单链，①的5'端指向解旋方向，丙为复制结束时的图像。该DNA复制过程中可观察到单链延伸暂停现象，但延伸进行时2条链延伸速率相等。已知复制过程中严格遵守碱基互补配对原则，下列说法错误的是（）A.据图分析，①和②延伸时均存在暂停现象B.甲时①中A、T之和与②中A、T之和可能相等C.丙时①中A、T之和与②中A、T之和一定相等D.②延伸方向为5'端至3'端，其模板链3'端指向解旋方向D3DNA复制的相关计算①子代DNA分子数

：②只含15N的DNA数

：③含15N的DNA数

：④只含14N的DNA数

：⑤含14N的DNA数

：(2)脱氧核苷酸链数：2×2n=2n+1①含15N的链数

：②含14N的链数

：③子代DNA中被标记的DNA所占的比例

：④子代中被标记的链占总链数的比例

：一个被15N标记的DNA转移到14N的培养基中培养，复制了n次：(1)子代DNA：2n个0个2个2n-2个2n个2条2n+1-2条2/2n=1/2n-12/2n+1=1/2n15N15N15N14N14N15N15N15N14N14N14N14N14N14N14N3DNA复制的相关计算（1）复制n次，共需要消耗游离的该种脱氧核苷酸数？

个亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸数为m个，则：（2）复制第n次时，共需要消耗游离的该种脱氧核苷酸数？

个m（2n-1）m·2n-115N15N15N14N14N15N15N14N14N14N14N14N14N14N(1)注意“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别，

前者包括所有的复制，但后者只包括第n次的复制。(2)注意碱基的单位是“对”还是“个”。(3)切记在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)看清试题中问的是“DNA分子数”还是“链数”，

“含”还是“只含”等关键词，以免掉进陷阱。特别提醒：“