2021版高考生物一轮复习第六单元遗传的分子基础第18讲DNA的结构复制与基因的本质课件 43页

第 18 讲　 DNA 的结构、复制与基因的本质 考点一　 DNA 分子的结构和基因的本质 研析教材 内化基本概念 1.DNA 分子的结构 2.DNA分子的特性 (1)多样性:不同的DNA分子中脱氧核苷酸数目不同, 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 种。 (2)特异性:每种DNA分子都有区别于其他DNA的特定的 ,代表了特定的遗传信息。 (3) 性:两条链磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变,碱基之间有氢键相连,使DNA分子具有稳定性。 排列顺序 4 n 碱基对排列顺序 稳定 3. 基因与染色体、 DNA 的关系 [ 纠误诊断 ] × (1) 沃森和克里克研究 DNA 分子的结构时 , 运用了构建数学模型的方法。 ( 　 　 ) 提示: 沃森和克里克运用了构建物理模型的方法。 (2) 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。 ( 　 　 ) (3) 分子大小相同、碱基含量相同的核酸分子所携带的遗传信息一定相同。 ( 　 　 ) √ 提示: 核酸分子所携带的遗传信息取决于碱基排列顺序。 × (4)DNA 分子一条链上的相邻碱基通过磷酸 — 脱氧核糖 — 磷酸相连。 ( 　 　 ) 提示: 一条链上相邻的碱基通过脱氧核糖 — 磷酸 — 脱氧核糖相连。 × (5) 不同生物的 DNA 分子中互补配对的碱基之和的比值一定不同。 ( 　 　 ) × 提示: 不同生物的DNA分子中A+T/G+C的比值可能相同。 (6)DNA 分子的多样性和特异性主要与它的空间结构密切相关。 ( 　 　 ) × 提示: DNA的空间结构都是双螺旋结构,与多样性和特异性无关。 (7) 人体内控制 β- 珠蛋白基因由 1 700 个碱基对组成 , 其碱基对可能的排列方式有 4 1 700 种。 ( 　 　 ) 提示: β-珠蛋白的基因的碱基排列方式是特定的。 × (8)HIV 的基因是指具有遗传效应的 RNA 片段。 ( 　 　 ) √ 思考探究 培养科学思维 1. 下图是 DNA 分子结构示意图 , 请据图思考回答 : (1) 由图 1 可知 , 每个 DNA 分子片段中 , 游离磷酸基团有 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 ( 填“①”或“②” ) 部位 , 限制性核酸内切酶和 DNA 连接酶作用于 ( 填“①”或“②” ) 部位。 2 脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖 氢键 磷酸二酯键 氢键 ② ① [ 深度思考 ] (1) 含 G 、 C 碱基对比较多的 DNA 分子热稳定性较高 , 为什么 ? 提示: G、C碱基对中含三个氢键,断裂时所需能量多。 (2) 基因是碱基对随机排列成的 DNA 片段吗 ? 提示: 基因中碱基对的排列顺序是特定的,特有的碱基对的排列顺序蕴含遗传信息,不是随机排列成的DNA片段。 2. 碱基互补配对原则及相关计算规律探究 (1) 碱基互补配对原则 : 在双链 DNA 分子中 ,A 一定与 T 配对 ,G 一定与 C 配对。 (2) 四个计算规律。 ①规律一 : 一个双链 DNA 分子中 ,A=T 、 C=G, 则 = , 即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。 ②规律二 : 在双链 DNA 分子中 , 互补的两碱基之和 ( 如 A+T 或 C+G) 占全部碱基的比值等于其任何一条单链中该种碱基比例的比值。 A+G C+T 倒数 提醒 : 在整个 DNA 分子中该比值等于 1 。 相等 相等 题型突破 提升核心素养 题型一　考查 DNA 分子的结构及特性 C 1. (2019 · 河北衡水金卷 ) 如图是某 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. 该 DNA 片段有两种碱基配对方式 , 四种核糖核苷酸 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 解析 : DNA 复制是边解旋边复制 ; 该 DNA 片段有两种碱基配对方式 , 即 A 与 T 配对 ,G 与 C 配对 , 四种脱氧核苷酸 ; 磷酸与脱氧核糖交替排列构成 DNA 分子的基本骨架 ;DNA 分子的两条链方向相反 ,a 链与 b 链的碱基互补配对。 2. (2019 · 河北衡水中学五调 )2018 年是 DNA 分子双螺旋结构被发现的第 65 年。下列关于 DNA 分子的叙述 , 错误的是 ( 　 　 ) A.DNA 分子中 G 和 C 所占的比例越高 ,DNA 分子的热稳定性越高 B.DNA 分子互补配对的两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构 C. 不同生物的 DNA 分子中 ,(A+T)/(G+C) 的值越接近 , 亲缘关系越近 D.DNA 分子发生碱基对替换后 , 不会改变 DNA 分子中嘧啶碱基所占的比例 C 解析 : 生物的遗传信息蕴藏在碱基对的排列顺序中 , 而与 DNA 分子中碱基的比例没有直接关系。 题型二　考查 DNA 分子中的碱基配对规律及相关计算 C 3. (2019 · 河北衡水金卷 ) 某已知序列的双链链状 DNA 分子由 200 个脱氧核苷酸组成 , 其中有胞嘧啶脱氧核苷酸 40 个。下列相关叙述正确的是 ( 　 　 ) A. 四种碱基和氢键构成了 DNA 分子的基本骨架 B. 每个脱氧核糖上均连接着 2 个磷酸和 1 个碱基 C. 该 DNA 分子一定含有 40 个鸟嘌呤脱氧核苷酸 D. 该 DNA 分子蕴含的遗传信息种类最多有 4 200 种 解析 : 在双链链状 DNA 分子中 , 磷酸和五碳糖 ( 脱氧核糖 ) 排列在外侧 , 构成 DNA 分子的基本骨架 ; 该双链 DNA 分子的末端脱氧核糖连接着 1 个磷酸和 1 个碱基 ; 已知该 DNA 分子含有 200 个脱氧核苷酸 , 其中有胞嘧啶脱氧核苷酸 40 个 , 根据碱基互补配对原则 , 该 DNA 分子中一定含有 40 个鸟嘌呤脱氧核苷酸 ; 该 DNA 分子的序列是已知的 , 其蕴含的遗传信息种类有 1 种。 4. (2017 · 海南卷 ) 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 : 双链DNA分子中A=T,G=C,前者之间是两个氢键,后者之间是三个氢键;碱基序列不同的双链DNA分子,前一比值不同,后一比值相同;前一个比值越小,双链DNA分子的稳定性越高;当两个比值相同时,只能推出4种碱基数目相同,无法判断出这个DNA分子是双链还是单链;双链DNA的复制方式为半保留复制,经半保留复制得到的DNA分子仍为双链,后一比值等于1。 题型三　考查基因的本质及与 DNA 和染色体的关系 5. (2019 · 重庆一模 ) 下列有关基因的叙述 , 错误的是 ( 　 　 ) A. 摩尔根将孟德尔的“遗传因子”这一名词重新命名为“基因” 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. 一个 DNA 分子上有多个基因 , 基因是有遗传效应的 DNA 片段 D. 研究表明 , 基因与性状的关系并不都是简单的线性关系 A 解析 : 摩尔根运用假说 — 演绎法证明基因在染色体上 , 约翰逊给“遗传因子”起了一个新名字为“基因” ;DNA 主要存在于染色体上 , 少量存在于细胞质中 , 故染色体是基因的主要载体 ; 基因是有遗传效应的 DNA 片段 , 一个 DNA 分子上有多个基因 ; 生物的性状是由基因和环境共同决定的 , 基因与性状的关系并不都是简单的线性关系。 6. (2019 · 河北衡水金卷 ) 如图表示细胞内与基因有关的物质或结构 , 其中 i 是遗传物质的主要载体。下列相关叙述正确的是 ( 　 　 ) A. 碱基对数目的差异是不同 f 携带信息不同的主要原因 B.f 在 i 上呈线性排列 ,f 与性状不是简单的一一对应关系 C.e 为核糖核苷酸 ,h 为蛋白质 D. 若 g 中 (G+C)/(A+T)=0.5, 则 A 占 g 中总碱基数的比例为 1/2 B 解析 : f为基因,不同基因携带信息不同的主要原因是碱基对的排列顺序不同;i为染色体,基因在染色体上呈线性排列,基因与性状不是简单的一一对应关系;e为基因的基本组成单位 —— 脱氧核糖核苷酸,h为组成染色体的成 分 —— 蛋白质;若g中(G+C)/(A+T)=0.5,假设G=C=n,则A=T=2n,故A占g中总碱基数的比例为1/3。 考点二　 DNA 分子的复制 研析教材 内化基本概念 1.DNA 分子复制的概念和时间 (1) 概念 : 以亲代 DNA 为模板合成子代 DNA 的过程。 (2) 时间 : 。 有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期 2. 复制过程图解 半保留复制 双螺旋 碱基互补配对原则 3. 特点 (1) 复制方式为 。 (2) 边解旋边复制。 4.DNA 分子精确复制的原因 (1)DNA 分子独特的 结构提供精确的模板。 (2) 保证复制精确进行。 5. 意义 使 从亲代传给子代 , 保持了遗传信息的 。 遗传信息 连续性 [ 纠误诊断 ] (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。 ( 　 　 ) 提示: 新合成的DNA分子的两条链有一条链是新合成的。 × (2)DNA 双螺旋结构全部解旋后 , 开始 DNA 的复制。 ( 　 　 ) × 提示: DNA复制时边解旋边复制。 (3) 单个脱氧核苷酸在 DNA 酶的作用下连接合成新的子链。 ( 　 　 ) × 提示: 在DNA聚合酶的作用下,单个脱氧核苷酸连接到DNA单链片段上形成子链。 (4) 所有的细胞中都要进行核 DNA 分子的复制。 ( 　 　 ) 提示: 哺乳动物成熟的红细胞因为无细胞核和各种细胞器而不能进行核 DNA 分子复制 ; 不分裂的细胞不存在 DNA 分子复制。 × (5) 复制后的两个子 DNA 分子将在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝点分裂时 , 随两染色单体分离而分开 , 分别进入两个子细胞中。 ( 　 　 ) √ 思考探究 培养科学思维 1. 分析各类生物体中 DNA 分子复制的场所 (1) 真核生物 : 。 (2) 原核生物 : 、细胞质 ( 如质粒中 DNA 的复制 ) 。 (3)DNA 病毒 : 。 2. 探究 DNA 分子复制过程中相关计算的规律 DNA 复制为半保留复制 , 若将亲代 DNA 分子复制 n 代 , 其结果分析如下 : 细胞核 ( 主要场所 ) 、叶绿体、线粒体 拟核 宿主细胞内 (1) 子代 DNA 分子数为 个。 ①含有亲代链的 DNA 分子数为 个。 ②只含亲代链的 DNA 分子数为 个。 ③不含亲代链的 DNA 分子数为 个。 ④含子代链的 DNA 分子数有 个。 (2) 子代脱氧核苷酸链数为 条。 ①亲代脱氧核苷酸链数为 条。 ②新合成的脱氧核苷酸链数为 条。 (3) 若模板 DNA 中含有 m 个碱基 , 其中 A 有 a 个 , 则 : ① 连续复制 n 次需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸数目为 个。 ②第 n 次复制需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸数目为 个。 2 n 2 0 (2 n -2) 2 n 2 n+1 2 (2 n+1 -2) [(m/2-a)×(2 n -1)] [(m/2-a)×2 n-1 ] 题型突破 提升核心素养 题型一　考查 DNA 复制的过程和特点 B 1. (2019 · 河北衡水中学五调 ) 正常情况下 ,DNA 分子在复制时 ,DNA 单链结合蛋白能与解旋后的 DNA 单链结合 , 使单链呈伸展状态而有利于复制。如图是大肠杆菌 DNA 复制过程的示意图 , 下列有关分析错误的是 ( 　 　 ) A. 在真核细胞中 ,DNA 复制可发生在细胞分裂的间期 B.DNA 复制时 , 两条子链复制的方向是相反的 , 且都是连续形成的 C. 如图所示过程可发生在大肠杆菌的拟核中 , 酶①和酶②都是在核糖体上合 成的 D.DNA 单链结合蛋白能防止解旋的 DNA 单链重新配对 解析 : DNA分子的两条链是反向平行的,从图中可以看出,在复制的过程中,子链的形成是由片段连接而成的。 2. (2019 · 河北衡水金卷 ) 真核细胞中 DNA 复制如图所示。下列表述错误的是 ( 　 　 ) A. 多起点双向复制能保证 DNA 复制在短时间内完成 B. 每个子代 DNA 都有一条核苷酸链来自亲代 C. 复制过程中氢键的破坏和形成都需要 DNA 聚合酶的催化 D.DNA 分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则 C 解析 : 多起点双向复制能加快复制速度 , 保证 DNA 复制在短时间内完成 ;DNA 的复制方式是半保留复制 , 每个子代 DNA 都有一条核苷酸链来自亲代 ; 复制过程中氢键的破坏和形成不需要 DNA 聚合酶的催化 ,DNA 聚合酶用于催化磷酸二酯键的形成 ; 由于碱基互补配对原则的存在 ,DNA 分子才得以准确复制。 题型二　 DNA 复制的相关计算 3. (2019 · 河北衡水中学四调 ) 一个双链均被 32 P 标记的 DNA 由 5 000 个碱基对组成 , 其中腺嘌呤占 20%, 将其置于只含 31 P 的环境中复制 3 次。下列叙述不正确的是 ( 　 　 ) A.DNA 复制是一个边解旋边复制的过程 B. 第三次复制需要 2.1×10 4 个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸 C. 子代 DNA 分子中含 32 P 的单链与含 31 P 的单链之比为 1∶7 D. 子代 DNA 分子中含 32 P 与含 31 P 的分子数之比为 1∶4 B 解析 : DNA分子中共有10 000个碱基,其中胞嘧啶3 000个,DNA第三次复制需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为(2 3 -1)×3 000-(2 2 -1)×3 000=1.2×10 4 (个)。 4.某DNA分子含m对碱基,其中腺嘌呤有A个。下列有关此DNA在连续复制时所需的胞嘧啶脱氧核苷酸数目的叙述中,错误的是(　 　) A.在第一次复制时,需要(m-A)个 B.在第二次复制时,需要2(m-A)个 C.在第n次复制时,需要2 n-1 (m-A)个 D.在n次复制过程中,总共需要2 n (m-A)个 D 解析 : 该DNA分子含胞嘧啶数目为(2m-2A)/2=(m-A)个;第二次复制时是以两个DNA分子为模板复制出4个DNA分子的过程,所以需要胞嘧啶脱氧核苷酸数目为2(m-A)个;DNA复制n次需胞嘧啶脱氧核苷酸数目为(m-A)(2 n -1)个;第n次复制所需的胞嘧啶脱氧核苷酸数目是n次复制所需的胞嘧啶脱氧核苷酸数减去(n-1)次复制所需的胞嘧啶脱氧核苷酸数目,即(m-A)(2 n -1)-(m-A)(2 n-1 -1)= [2 n-1 (m-A)]个。 题后提升 准确把握 DNA 复制的相关计算问题 (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 , 后者只包括最后一次复制。 (2) 碱基数目 : 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。 题型三　 DNA 半保留复制的实验分析 5. (2019 · 河北衡水金卷 ) 细菌在含 15 N 的培养基中繁殖数代后 , 细菌 DNA 的含氮碱基均含有 15 N, 然后再将其移入含 14 N 的培养基中培养 , 提取亲代及子代的 DNA 并离心 , 如图①～⑤为可能的结果 , 下列叙述错误的是 ( 　 　 ) A. 子一代 DNA 应为② B. 子二代 DNA 应为① C. 子三代 DNA 应为④ D. 亲代的 DNA 应为⑤ C 解析 : DNA 的复制方式是半保留复制 , 亲代 DNA 为 15 N/ 15 N, 在含 14 N 的培养基中培养 , 子一代的 DNA 应全为 14 N/ 15 N, 即图② ; 子二代 DNA 中 1/2 为 14 N/ 15 N 、 1/2 为 14 N/ 14 N, 即图① ; 子三代 DNA 中 1/4 为 14 N/ 15 N 、 3/4 为 14 N/ 14 N, 即图③ ; 亲代的 DNA 应为 15 N/ 15 N, 即图⑤。 6. (2018 · 浙江卷) 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的 B 解析 : 本活动中使用了 14 N和 15 N,即采用了同位素示踪技术,3个离心管中的条带是经密度梯度离心产生的;a管中只有重带,即 15 N/ 15 N - DNA,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管中只有中带,即DNA都是 15 N/ 14 N - DNA;c管中具有1/2中带( 15 N/ 14 N - DNA),1/2轻带( 14 N/ 14 N - DNA),综合a、b、c三支管可推测,a管中为亲代DNA: 15 N/ 15 N - DNA,b管中为在含 14 N的培养基上复制一代后的子代DNA: 15 N/ 14 N - DNA,c管中为在含 14 N的培养基上复制两代后的子代DNA:1/2 15 N/ 14 N - DNA、1/2 14 N/ 14 N - DNA,据实验结果可说明DNA分子的复制是半保留复制。 课堂小结 [ 构建知识网络 ] [ 强化思维表达 ] 1.DNA 的两条脱氧核苷酸链反向平行盘旋成规则的双螺旋结构。 2.DNA 双螺旋结构的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成的。 3.DNA 上的碱基对严格遵循碱基互补配对原则 , 通过氢键连接。 4.DNA 分子中脱氧核苷酸碱基的排列顺序代表了遗传信息。 5.DNA 复制具有边解旋边复制、半保留复制的特点。 6.DNA 复制需要解旋酶和 DNA 聚合酶的参与。 7. 基因是具有遗传效应的 DNA 片段。 8. 染色体是基因的主要载体 , 线粒体、叶绿体中也存在基因。