高考生物一轮复习第六单元基因的本质与表达第17讲DNA结构复制及基因的本质课件 46页

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。 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=T G=C T C 2 ． 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 　 4 n 　 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 P 48 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 P 49 ： “ 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 ．③④ D 　 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 1 D 　 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 b B ．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 T A 　 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 1.5N ＋ 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 2 n / N C ．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 1.5 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＝ 2 n 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＝ (2 n － 2) 个。 (2) 脱氧核苷酸链数： ①子代 DNA 分子中脱氧核苷酸链数＝ 2 n ＋ 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＝ (2 n ＋ 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 ×(2 n － 1) 个； ② n 次复制需该脱氧核苷酸数＝ m ×2 n 个， n － 1 次复制需该脱氧核苷酸数＝ m ×2 n － 1 个，则第 n 次复制需该脱氧核苷酸数＝ 2 n × m － m ×2 n － 1 ＝ m ×(2 n － 2 n － 1 ) ＝ m ×2 n － 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 48 502 个碱基对，而子链延伸速度是 10 5 个碱基对 /min ，则此 DNA 分子复制完成约需 30 s 。而实际上只需约 16 s 。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 2 m 之长，若按 A→C 的方式复制，至少 8 h ，而实际上约 6 h 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 P 53 “ 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 P 56 “ 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 14 N( 表示为 14 N 14 N) 的大肠杆菌，若将该大肠杆菌在含有 15 N 的培养基中繁殖两代，再转到含有 14 N 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 15 N 14 N 和 14 N 14 N 两种，其比例为 1∶3 B ．有 15 N 15 N 和 14 N 14 N 两种，其比例为 1∶1 C ．有 15 N 15 N 和 14 N 14 N 两种，其比例为 3∶1 D ．有 15 N 14 N 和 14 N 14 N 两种，其比例为 3∶1 D 　 解析　 大肠杆菌 14 N 14 N 在含有 15 N 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 14 N 、 1 条链含 15 N ，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 14 N 、 1 条链含 15 N ，另外 2 个 DNA 分子为 2 条链均含 15 N ；再转到含有 14 N 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 14 N 、其余 6 个 DNA 分子为 1 条链含 14 N 、 1 条链含 15 N ，所以 15 N 14 N 和 14 N 14 N 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 ATP C ．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 15 N 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 14 N 的培养基中连续复制 4 次，其结果可能是 ( 　　 ) A ．含有 14 N 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 15 N 的链占 1/8 D ．子代 DNA 中嘌呤与嘧啶之比是 2∶3 A 　 4 ． (2019 · 河南郑州调研 ) 某 DNA 分子中含有 1 000 个碱基对 (P 元素只含 32 P) 。若将 DNA 分子放在只含 31 P 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 1 500 　　　　　 B ．增加 1 500 C ．增加 1 000 D ．减少 1 000 A 　 解析　 DNA 分子复制 2 次形成了 4 个 DNA 分子。将含有 1 000 个碱基对 (P 元素只含 32 P) 的 DNA 分子放在只含 31 P 的脱氧核苷酸的培养液中，其中有 6 条单链含有 31 P ，减少的相对分子质量的总和是 1 000 × 6 ＝ 6 000 ，因此每个 DNA 分子平均减少 6000÷4 ＝ 1 500 ， 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 × 　 ……………………………………………………………………………………………………………… ◎ × 　 × 　 √ 　 5 ．将已被 15 N 标记了 DNA 的大肠杆菌在含 14 N 的培养基中培养繁殖一代，若子代大肠杆菌的 DNA 分子中既含有 14 N ，又含有 15 N ，则可说明 DNA 的复制为半保留复制 ( 　　 ) 6 ． DNA 分子复制时解旋酶与 DNA 聚合酶不能同时发挥作用 ( 　　 ) 7 ．真核细胞的基因只存在于细胞核中，而核酸并非仅存在细胞核中 ( 　　 ) 8 ．核酸分子中每一个片段都是一个基因 ( 　　 ) 9 ．真核细胞基因中核糖核苷酸的排列顺序代表遗传信息 ( 　　 ) 10 ．基因只位于染色体上，所以染色体是基因的载体 ( 　　 ) × 　 × 　 × 　 × 　 × 　 × 　 1 ．配对的碱基， A 与 T 之间形成 2 个氢键， G 与 C 之间形成 3 个氢键， C － G 对占比例越大， DNA 结构越稳定。 2 ． DNA 复制的场所并非只在细胞核，真核生物中，除细胞核外还有线粒体、叶绿体；而原核生物中， DNA 分子复制的场所有拟核、细胞质。 3 ． DNA 复制发生于细胞分裂间期和在 DNA 病毒繁殖时，其中的细胞分裂并非仅指减数分裂和有丝分裂。 4 ． DNA 分子并非全部解旋后才开始进行 DNA 复制，而是边解旋边复制。 ……………………………………………………………………………………………………………… ◎ 5 ．遗传效应是指基因能够转录成 mRNA ，进而翻译成蛋白质，能够控制一定的性状。 6 ． DNA 分子中还存在着不具有遗传效应的片段，在真核细胞中这部分片段所占比例很大，这些片段不是基因。 7 ．通常的基因是指双链 DNA 片段，而 RNA 病毒的基因是指具有遗传效应的 RNA 片段。