2021版高考生物一轮复习第7单元遗传的分子基础第2讲DNA分子的结构和复制课件苏教版必修2 33页

第 2 讲　 DNA 分子的结构和复制 - 3 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 DNA 分子的结构 DNA 分子的结构 ( 填一填 ) 脱氧核 苷酸 A 、 G 、 C 、 T 反向 平行 脱氧核糖 磷酸 碱 基 氢键 碱基互补配对 原则 - 4 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 (1) 组成 DNA 的基本单位是脱氧核苷酸。 ( 　　 ) (2)DNA 的两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。 ( 　　 ) (3) 每个 DNA 分子中碱基数 = 磷酸数 = 脱氧核糖数。 ( 　　 ) (4) 双链 DNA 分子中嘌呤数等于嘧啶数。 ( 　　 ) (5)DNA 分子一条链上相邻的两个碱基通过 “ 脱氧核糖 — 磷酸 — 脱氧核糖 ” 间接相连。 ( 　　 ) (6)DNA 分子一条链中 A+T 所占比例等于与此链的互补链中 A+T 所占比例。 ( 　　 ) (7) 含有 G 、 C 碱基对比较多的 DNA 分子对热比较稳定。 ( 　　 ) √ √ √ √ √ √ √ 正误 判断 - 5 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 (8) 嘌呤碱基与嘧啶碱基的结合保证了 DNA 分子空间结构的相对稳定。 ( 　　 ) (9)DNA 分子中两条脱氧核苷酸链之间的碱基是通过氢键连接的。 ( 　　 ) (10) 磷酸与脱氧核糖交替连接构成 DNA 分子的基本骨架。 ( 　　 ) (11 ) 富兰克琳 和 威尔金斯对 DNA 双螺旋结构模型的建立也做出了巨大的贡献。 ( 　　 ) √ √ √ √ - 6 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 1 . DNA 分子结构模式图信息 解读 - 7 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 (1) 每个 DNA 片段中 , 游离的磷酸基团有 2 个。 (2) 之间的数量关系为 1 ∶ 1 ∶ 1 。 (3) 之间为磷酸二酯键 , 用限制性核酸内切酶处理可切断 , 用 DNA 连接酶处理可连接 。 (4) 两条链上碱基对之间的化学键为氢键 , 用解旋酶处理可断裂 , 加热处理也可断裂。 (5) 除了 3' 末端外 , 每个脱氧核糖连接着 2 个磷酸 , 分别与 3 号、 5 号碳原子相连接。 (6) 若碱基对数为 n , 则氢键数为 2 n~ 3 n , 若已知 A 有 m 个 , 则氢键数为 3 n-m 。 - 8 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 2 . DNA 分子特性 (1) 稳定性 : 磷酸和脱氧核糖交替连接 , 排列在外侧构成基本骨架。 (2) 多样性 : 碱基对多种多样的排列顺序。 (3) 特异性 : 每种 DNA 分子都有特定的碱基对排列顺序 , 代表了特定的遗传信息 。 拓展 点拨 (1) 脱氧核苷酸聚合形成长链的过程中产生水 , 即脱氧核苷酸 → DNA+H 2 O 。 (2)DNA 分子结构可简记为 5 种元素、 4 种碱基 (A 、 T 、 C 、 G) 、 3 种小分子、 2 条长链、 1 个双螺旋。 (3)DNA 分子中 , 脱氧核苷酸数 ∶ 脱氧核糖数 ∶ 磷酸数 ∶ 含氮碱基数 =1 ∶ 1 ∶ 1 ∶ 1 。 (4)DNA 分子彻底水解时得到的产物是脱氧核苷酸的基本组分 , 即脱氧核糖、磷酸、含氮碱基。 - 9 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 考向 1 　 DNA 分子的结构 1 .(2019 山东潍坊月考 ) 在一个双链 DNA 分子中 , 碱基总数为 m , 腺嘌呤碱基数为 n ,G 与 C 之间形成 3 个氢键 ,A 与 T 之间形成 2 个氢键。则下列有关叙述正确的是 ( 　　 ) ① 脱氧核苷酸数 = 磷酸数 = 碱基总数 = m ② 碱基之间的氢键数为 (3 m -2 n )/2 ③ 一条链中 A+T 的数量为 n ④ G 的数量为 m - n A. ①②③④ B . ②③④ C. ③④ D . ①②③ 答案 解析 解析 关闭 每个脱氧核苷酸分子含有一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子碱基 , 所以脱氧核苷酸数 = 磷酸数 = 碱基数 = m , 故①正确 ; 因为 A 和 T 之间有 2 个氢键、 C 和 G 之间有 3 个氢键 , 根据碱基互补配对原则 ,A=T= n , 则 C=G=( m -2 n )/2, 所以碱基之间的氢键数为 2 n +3( m -2 n )/2=(3 m -2 n )/2, 故②正确 ; 双链 DNA 中 ,A=T= n , 则根据碱基互补配对原则 , 一条链中 A+T 的数量为 n , 故③正确 ; 由②中计算可知 :G 的数量 =( m -2 n )/2, 故④错误。 答案 解析 关闭 D - 10 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 考向 2 DNA 分子中各碱基的比例 2 . 某研究小组测定了多个不同双链 DNA 分子的碱基组成 , 根据测定结果绘制了 DNA 分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在 DNA 分子中碱基数目比值的关系图 , 下列正确的是 ( 　　 ) 答案 解析 解析 关闭 根据 DNA 分子的结构特点可知 , 若 DNA 分子双链中 (A+T)/(C+G) 均为 m , 则每条链中 (A+T)/(C+G) 均为 m , 由此可判断 C 项正确、 D 项错误。 DNA 分子中 (A+C)/(T+G)=1, 而每条链中的 (A+C)/(T+G) 不能确定 , 但两条链中 (A+C)/(T+G) 互为倒数 , 故 A 、 B 两项错误。 答案 解析 关闭 C - 11 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 3 .(2017 海南 )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 答案 解析 解析 关闭 由于双链 DNA 中碱基 A=T 、 G=C, 故 (A+C)/(G+T) 为恒值 1,A 项错误。 A 和 T 碱基对含 2 个氢键 ,C 和 G 碱基对含 3 个氢键 ,(G+C) 数目越多 , 氢键数越多 , 故 (A+T)/(G+C) 比值越小 , 双链 DNA 分子的稳定性越高 ,B 项错误。 (A+T)/(G+C) 与 (A+C)/(G+T) 两个比值相同时 ,DNA 分子可能是双链 , 也可能是单链 ,C 项错误。经半保留复制得到的 DNA 分子是双链 DNA,(A+C)/(G+T)=1,D 项正确。 答案 解析 关闭 D - 12 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 DNA 分子的 复制 - 13 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 2 .DNA 分子复制的 过程 有丝分裂 间期 合成子链 脱氧核苷酸 完全相同 边解旋 碱基互补配对 遗传信息 遗传信息 - 14 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 (1)DNA 的自我复制有氢键的断裂。 ( 　　 ) (2)DNA 分子复制是从多起点同时开始的。 ( 　　 ) (3) 真核生物 DNA 分子复制过程需要解旋酶和能量。 ( 　　 ) (4)DNA 复制时需使用解旋酶将 DNA 解旋成两条单链后再复制。 ( 　　 ) (5) 在一个细胞周期中 ,DNA 复制过程中的解旋发生在两条 DNA 母链之间。 ( 　　 ) (6)DNA 复制就是基因表达的过程。 ( 　　 ) √ × 提示 : DNA 复制的多个起点并不是同时开始复制的。 √ × 提示 : DNA 复制 是边解旋边复制 。 √ × 提示 : 基因表达的过程指的是转录和翻译 。 正误 判断 - 15 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 1 . 研究 DNA 复制的常用方法 同位素标记法和离心法。常标记 3 H 、 15 N, 通过离心在试管中形成不同位置的 DNA 条带。 - 16 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 2 . DNA 复制的过程及意义 (1) 列表阐释要点 - 17 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 (2) 图形 整合 - 18 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 易 错警示 ( 1) 子代 DNA 分子中模板链与另一 DNA 分子中新合成的子链碱基序列完全相同。 (2) 影响细胞呼吸 (ATP 供给 ) 的所有因素都可能影响 DNA 复制。 (3)DNA 复制在体外也可进行 , 即 PCR 扩增技术 , 除满足上述条件外 ( 不需解旋酶 ), 还应注意温度、 pH 的控制及引物的加入。 - 19 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 考向 1 　 DNA 分子复制的过程 1 .(2018 年 6 月浙江 ) 某研究小组进行 “ 探究 DNA 的复制过程 ” 的活动 , 结果如图所示。其中培养大肠杆菌的唯一氮源是 14 NH 4 Cl 或 15 NH 4 Cl,a 、 b 、 c 表示离心管编号 , 条带表示大肠杆菌的 DNA 离心后在离心管中的分布位置。下列叙述错误的是 ( 　　 ) A. 本活动运用了同位素示踪和密度梯度离心技术 B.a 管的结果表明该管中的大肠杆菌是在含 14 NH 4 Cl 的培养液中培养的 C.b 管的结果表明该管中的大肠杆菌的 DNA 都是 15 N- 14 N -DNA 　 D. 实验结果说明 DNA 分子的复制是半保留复制 答案 解析 解析 关闭 探究 DNA 的复制过程中采用同位素示踪标记 14 N 和 15 N 元素 , 进行密度梯度离心 ,A 项正确 ;a 管中只有重带 , 表明该管中的大肠杆菌是在含 15 NH 4 Cl 的培养液中培养的 ,B 项错误 ;b 管中只有中带 , 即 DNA 都是 15 N- 14 N -DNA,C 项正确 ;c 管中具有 1/2 中带为 15 N- 14 N -DNA,1/2 轻带为 14 N- 14 N -DNA, 综合 a 、 b 、 c 三支管可推测 ,a 管中为亲代 DNA,b 管中为复制一代后的子代 DNA,c 管中为复制两代后的子代 DNA, 说明 DNA 分子的复制是半保留复制 ,D 项正确。 答案 解析 关闭 B - 20 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 2 . 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 DNA 双链解开 , 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 答案 解析 解析 关闭 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 双链解开的过程消耗 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的。 答案 解析 关闭 D 3 .(2019 广东惠州检测 ) 下图是某 DNA 片段的结构示意图 , 下列叙述正确的是 ( 　 ) A.DNA 复制时 , 解旋酶先将 ① 全部切割 , 再进行复制 B.DNA 分子中 A+T 含量高时稳定性较高 C. 磷酸与脱氧核糖交替排列构成 DNA 分子的基本骨架 D.a 链、 b 链方向相同 ,a 链与 b 链的碱基互补配对 - 21 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 答案 解析 解析 关闭 DNA 复制时边解旋边复制 ,A 项错误 ; 碱基 A 和 T 之间有两个氢键 , 碱基 G 和 C 之间有三个氢键 , 因此 G+C 含量高的 DNA 分子的相对稳定性较高 ,B 项错误 ; 磷酸与脱氧核糖交替排列构成 DNA 分子的基本骨架 ,C 项正确 ;DNA 分子的两条链方向相反 ,a 链与 b 链的碱基互补配对 ,D 项错误。 答案 解析 关闭 C - 22 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 考向 2 DNA 分子复制的相关计算 4 . 研究 人员将一种真核细胞在含有 15 NH 4 Cl 的培养液中培养后 , 将获得 15 N/ 15 N-DNA 的细胞 , 再转移到含有 14 NH 4 Cl 的普通培养基中培养 ,8 h 后提取 DNA 进行分析 , 得出含有 15 N/ 14 N-DNA 的比例为 1/16, 则理论上该细胞的细胞周期是 ( 　　 ) A.2 h B.4 h C.1 h D.1.6 h 答案 解析 解析 关闭 一个 DNA 分子复制 n 次 , 则形成的 DNA 分子中有 2/2 n 的 DNA 分子含有原来的链。根据题干信息 ,8 h 后含有 15 N/ 14 N 的 DNA 比例为 1/16, 即 2/2 5 , 则可判断该 DNA 分子复制了 5 次 , 细胞周期为 8/5=1.6(h) 。 答案 解析 关闭 D - 23 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 5 . 在 有关 DNA 分子的研究中 , 常用 32 P 来标记 DNA 分子。用 α 、 β 和 γ 表示 ATP 或 dATP(d 表示脱氧 ) 上三个磷酸基团所处的位置 (A-P α ~P β ~P γ 或 dA-P α ~P β ~P γ ) 。回答下列问题。 (1) 某种酶可以催化 ATP 的一个磷酸基团转移到 DNA 末端上 , 同时产生 ADP 。若要用该酶把 32 P 标记到 DNA 末端上 , 那么带有 32 P 的磷酸基团应在 ATP 的 　　　 ( 填 “ α ”“ β ” 或 “ γ ”) 位上。   (2) 若用带有 32 P 的 dATP 作为 DNA 生物合成的原料 , 将 32 P 标记到新合成的 DNA 分子上 , 则带有 32 P 的磷酸基团应在 dATP 的 　　　　 ( 填 “ α ”“ β ” 或 “ γ ”) 位上。   (3) 将一个某种噬菌体 DNA 分子的两条链用 32 P 进行标记 , 并使其感染大肠杆菌 , 在不含有 32 P 的培养基中培养一段时间。若得到的所有噬菌体双链 DNA 分子都装配成噬菌体 ( n 个 ) 并释放 , 则其中含有 32 P 的噬菌体所占比例为 2/ n , 原因是    　 。   - 24 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 答案 : (1) γ 　 (2) α 　 (3) 一个含有 32 P 标记的噬菌体双链 DNA 分子经半保留复制后 , 标记的两条单链只能分配到两个噬菌体的双链 DNA 分子中 , 因此在得到的 n 个噬菌体中只有 2 个带有标记 解析 : ( 1)ATP 水解时 , 远离腺苷的高能磷酸键断裂提供能量。 ATP 水解变为 ADP 时 , 要把其中的 32 P 标记到 DNA 末端上 , 那么带有 32 P 的磷酸基团应在 ATP 的 γ 位上。 (2) 若用带有 32 P 标记的 dATP 作为 DNA 生物合成的原料 ,dATP 要断裂两个高能磷酸键才变为脱氧核苷酸。所以要将 32 P 标记到新合成的 DNA 分子上 , 则带有 32 P 的磷酸基团应在 dATP 的 α 位上。 (3)DNA 分子的复制方式为半保留复制。一个噬菌体 DNA 分子用 32 P 标记后 , 在不含 32 P 的大肠杆菌中培养 , 不管复制多少代 , 复制形成的 n 个 DNA 分子中只有两个 DNA 分子含 32 P, 所以含有 32 P 的噬菌体所占比例为 2/ n 。 - 25 - 一、 DNA 分子的结构与复制的相关计算 1 . DNA 中碱基互补配对原则的有关计算 解题时先画出简图 , 根据碱基互补配对原则推知规律。   规律 1: 在双链 DNA 分子中 , 互补碱基两两相等 ,A=T,C=G , A+G=C+T , 即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。 规律 2: 在双链 DNA 分子中 , 互补的两碱基之和 ( 如 A+T 或 C+G) 占全部碱基的比例等于其任何一条单链中这两种碱基之和占该单链中碱基数的比例。 ( 单双链转化公式 ) - 26 - 规律 7: 若已知 A 占双链的比例 = c , 则 A 1 / 单链的比例无法确定 , 但最大值可求出 , 为 2 c , 最小值为 0 。 规律 3:DNA 分子一条链中 (A+G)/(C+T) 的比值的倒数等于互补链中该比值 , 在整个 DNA 分子中该比值等于 1 。 ( 不配对的碱基之和的比值在两条单链中互为倒数 ) 规律 4:DNA 分子一条链中 (A+T)/(C+G) 的比值等于其互补链和整个 DNA 分子中该比值。 ( 配对的碱基之和的比值在两条单链和双链中都相等 ) 规律 5: 不同生物的 DNA 分子中互补配对的碱基之和的比值不同 , 即 (A+T)/(C+G) 的比值不同。该比值体现了不同生物 DNA 分子的特异性。 - 27 - 应用体验 1 某双链 DNA 分子中 , 鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基的比例为 a , 其中一条链上鸟嘌呤占该链全部碱基的比例为 b , 则互补链中鸟嘌呤占整个 DNA 分子碱基的比例为 ( 　　 ) A. a/ 2 -b /2 B. a-b C.( a-b ) / (1 -a ) D. b-a /2 答案 解析 解析 关闭 依 题意 , 某双链 DNA 分子中 ,G+C= a , 依据碱基互补配对原则 , 则有 G=C= a /2, 即两条链中所含有的鸟嘌呤之和为 a /2; 一条链上鸟嘌呤 (G) 占该链全部碱基的比例为 b , 则占整个 DNA 分子碱基的比例 = b /2; 互补链中鸟嘌呤 (G) 占整个 DNA 分子碱基的比例 = a /2- b /2 。 答案 解析 关闭 A - 28 - 2 . DNA 复制的有关计算 DNA 复制 n 次 ( 注 : x 代表某碱基在 DNA 中的个数 , n 代表复制次数 ), 图示如下 : - 29 - (3) 复制 n 次需要的某种碱基数 : x (2 n -1) (4) 第 n 次复制需要的某种碱基数 :(2 n -2 n- 1 )x=2 n- 1 x - 30 - 应用体验 2 假设 用 32 P 、 35 S 分别标记了一个噬菌体中的 DNA 和蛋白质 , 其中 DNA 由 5 000 个碱基对组成 , 腺嘌呤占全部碱基的 30% 。用这个噬菌体侵染不含标记的大肠杆菌 , 共释放出 50 个子代噬菌体。下列叙述正确的是 ( 　　 ) A. 噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶等 B. 子代噬菌体中可以同时含有 32 P 、 35 S C. 该过程需要 10 5 个鸟嘌呤脱氧核苷酸 D. 含 32 P 与不含 32 P 的子代噬菌体的比例为 1 ∶ 24 答案 解析 解析 关闭 噬菌体增殖需要细菌提供原料、酶、能量等 , 但模板是由噬菌体提供的 ,A 项错误。噬菌体侵染大肠杆菌时只有它的 DNA 进入细菌体内 , 在细菌体内噬菌体 DNA 进行复制和控制自身蛋白质的合成 ( 细菌提供原料 ), 因此 , 子代噬菌体中只有两个噬菌体的 DNA 含有 32 P, 而所有噬菌体的蛋白质都不含 35 S,B 项错误。该噬菌体的 DNA 分子中鸟嘌呤的数量为 2 000 个 ,50 个子代 DNA 中有 2 个 DNA 分子各有一条链是原来 DNA 分子保留下来的 , 因此 , 合成 50 个子代 DNA 需要鸟嘌呤脱氧核苷酸的数量为 2 000×49=98 000( 个 ),C 项错误。含 32 P 与不含 32 P 的子代噬菌体的比例为 2 ∶ 48=1 ∶ 24,D 项正确。 答案 解析 关闭 D - 31 - 二、细胞分裂与 DNA 复制 1 . 细胞分裂过程中先进行 DNA 复制。 2 .DNA 复制的方式 : 半保留复制。 3 . 图示辨析 - 32 - - 33 - 应用体验 3 将一个含 24 条染色体的体细胞在体外环境中培养 , 该细胞经有丝分裂共形成 8 个细胞 , 这 8 个细胞中来自亲本细胞的脱氧核苷酸链与新合成的脱氧核苷酸链的比为 ( 　　 ) A.1 ∶ 8 B.1 ∶ 7 C.1 ∶ 6 D.1 ∶ 5 答案 解析 解析 关闭 该 细胞经有丝分裂形成 8 个细胞 ,8 个细胞是经过 3 次有丝分裂形成的 , 共有 8×24=192( 条 ) 染色体。而一条染色体含有 1 个 DNA 分子 , 故亲本细胞中有 24 个 DNA 分子 ,8 个子细胞中共有 192 个 DNA 分子。 1 个 DNA 分子由两条脱氧核苷酸长链构成 , 所以 8 个细胞共有脱氧核苷酸链 192×2=384( 条 ), 亲本细胞中共有 48 条脱氧核苷酸链。又因为 DNA 分子的复制是半保留复制 , 所以 8 个细胞的 48 条脱氧核苷酸链来自亲本细胞 , 新合成的脱氧核苷酸链为 336 条 (384-48=336), 则 48 ∶ 336=1 ∶ 7 。 答案 解析 关闭 B