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1、第第1616讲 讲 DNADNA分子的结构、复制分子的结构、复制 与基因的本质与基因的本质 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分子功能片段,有些病毒的基因在 RNA分子上。 4.活动:制作DNA分子双螺旋结构模型。 考点1 -3- 必备知识梳理关键能力突破 DNA半保留复制与基因的本质 1.DNA双螺旋结构的形成 考点1 -4- 必备知识梳理关键能力突破 考点1 -5- 必备知识梳理关键能力突破 2.DNA的双螺旋结构 (1)DNA由 两 条脱氧核苷酸链组成,这些链按 反向平行 的方式盘旋成双螺旋结构。 (2)外侧:
2、脱氧核糖 和 磷酸交替连接构成主链基本骨架。 (3)内侧:两条链上的碱基通过氢键连接成 碱基对 。 碱基互补配对遵循以下原则:A=T(两个氢键)、GC(三个氢键)。 巧记 利用数字“五、四、三、二、一”巧记DNA分子结构 考点1 -6- 必备知识梳理关键能力突破 3.DNA分子的特性 (1)相对稳定性:DNA分子中 磷酸和脱氧核糖 交替连接 的方式不变,两条链间 碱基互补配对 的方式不变。 (2)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,则排列顺序有 4n 种。 (3)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
3、,代表了特定的遗传信息。 考点1 -7- 必备知识梳理关键能力突破 凝练核心素养凝练核心素养 1.生命观念通过掌握DNA分子的结构与功能,形成结构与功 能相适应的观念。 2.科学思维运用模型建构的方法,逐步认识DNA分子的空间 结构、平面结构以及化学组成,培养空间想象能力。 3.科学探究通过分析沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模 型的研究过程,感悟两位科学家所运用的多种研究方法,获得科学 研究的思想和科学研究的精神。 考点1 -8- 必备知识梳理关键能力突破 (生命观念、科学思维)下图为DNA分子结构图像,据图分析下列 问题。 考点1 -9- 必备知识梳理关键能力突破 (1)图中 不能 (填“
4、能”或“不能”)表示胞嘧啶脱氧核苷酸,一 个DNA分子片段中有 2 个游离的磷酸基团。 (2)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 磷酸二酯键 相连的。 (3)解旋酶作用的部位是 (填数字),限制性核酸内切酶和 DNA连接酶作用的部位是 (填数字)。 (4)DNA初步水解的产物是 4种脱氧核苷酸 ,DNA彻底水 解的产物是 磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基 。 (5)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 =
5、(填“=”或“”)1, 则一般是双链,若嘌呤数/嘧啶数 (填“=”或“”)1,则是单链。 考点1 -10- 必备知识梳理关键能力突破 考向1 DNA分子的结构 1.(2018陕西故城一中月考)20世纪50年代初,查哥夫对多种生物 DNA做了碱基定量分析,发现(A+T)/(C+G)的比值如下表。结合所 学知识,你认为能得出的结论是( ) A.猪的DNA结构比大肠杆菌的DNA结构更稳定一些 B.小麦和鼠的DNA所携带的遗传信息相同 C.小麦DNA中(A+T)的数量是鼠DNA中(C+G)数量的1.21倍 D.同一生物不同组织的DNA碱基组成相同 答案解析解析 关闭 由于碱基A与T之间有两个氢键,而G
6、与C之间有三个氢键,DNA分子中氢键 的数量越多,即(A+T)/(C+G)比值越小,DNA分子的结构越稳定,因此大肠 杆菌的DNA分子结构最稳定,A项错误;小麦和鼠的DNA分子中(A+T)/(C+G) 的比值相同,但所携带的遗传信息不同,B项错误;小麦DNA中(A+T)/(C+G) 的比值为1.21,说明小麦DNA中A+T的数量是C+G数量的1.21倍,但不一定 是鼠DNA中C+G数量的1.21倍,C项错误;同一生物不同组织的DNA相同,故 碱基组成相同,D项正确。 答案解析 关闭 D 考点1 -11- 必备知识梳理关键能力突破 “三看法”判断DNA分子结构的正误 考点1 -12- 必备知识梳
7、理关键能力突破 考向2 DNA分子结构的相关计算 2.(2018山东淄博万杰朝阳学校月考)下列关于双链DNA分子结 构的叙述,正确的是( ) A.某DNA分子含有500个碱基,可能的排列方式有4500种 B.若质粒含有2 000个碱基,则该分子同时含有2个游离的磷酸基 团 C.某DNA分子内胞嘧啶占25%,则每条单链上的胞嘧啶占 25%50% D.某DNA分子上有胸腺嘧啶312个,占总碱基比例为26%,则该 DNA分子上有鸟嘌呤288个 答案解析解析 关闭 某DNA分子含有500个碱基,该DNA分子中碱基比例已确定,可能的排列方 式小于4250种,A项错误;质粒是环状DNA分子,不含游离的磷酸
8、基团,B项错 误;某DNA分子内胞嘧啶占25%,则每条单链上的胞嘧啶占0%50%,C项错误; 某DNA分子上有胸腺嘧啶312个,占总碱基比例为26%,则该DNA分子上碱基 总数为31226%=1 200个,根据碱基互补配对原则,该DNA分子中有鸟嘌 呤1 200(50%-26%)=288个,D项正确。 答案解析 关闭 D 考点1 -13- 必备知识梳理关键能力突破 考点1 -14- 必备知识梳理关键能力突破 2.DNA分子中有关碱基比例计算的解题步骤 (1)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。 (2)画一个DNA分子模式图,并在图中
9、标出已知和所求的碱基: (3)根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。 考点1 -15- 必备知识梳理关键能力突破 DNA半保留复制及相关实验 1.DNA复制的假说与证据 (1)沃森和克里克的假说: 半保留 复制。 考点1 -16- 必备知识梳理关键能力突破 以上实验证明DNA分子复制的特点是 半保留复制 。 考点1 -17- 必备知识梳理关键能力突破 2.DNA的复制过程 考点1 -18- 必备知识梳理关键能力突破 3.基因的概念 基因是有遗传效应的遗传物质的片段。在绝大多数生物中,基因 是有遗传效应的DNA片段;在RNA病毒中,基因是有遗传效应的 RNA片段。 (1)绝大多数生物的基因是有遗
10、传效应的DNA片段。 (2)RNA病毒的基因是有遗传效应的RNA片段。研究证明,遗传 物质除了DNA以外,还有RNA。有些病毒不含有DNA,只含有蛋白 质和RNA,如烟草花叶病毒。从烟草花叶病毒中提取出来的蛋白质, 不能使烟草感染病毒,但是,从这些病毒中提取出来的RNA,却能使 烟草感染病毒。因此,在这些病毒中,RNA是遗传物质。引起传染 性非典型肺炎(SARS)的病原体是一种冠状病毒(corona virus),该病 毒就属于RNA病毒。除了冠状病毒之外,造成人类疾病的RNA病 毒还有小儿麻痹病毒(polio virus)、脑炎病毒(cerebritis virus)和流 感病毒(influ
11、enza virus)等,其中的遗传物质都是RNA。 考点1 -19- 必备知识梳理关键能力突破 基因是有遗传效应的遗传物质的片段,是遗传物质的结构和功能 单位。在绝大多数生物中,基因是有遗传效应的DNA片段,在RNA 病毒中,基因是有遗传效应的RNA片段。 一个或两个 有遗传效应 许多 线性 许多 脱氧核苷酸排列顺序 考点1 -20- 必备知识梳理关键能力突破 凝练核心素养凝练核心素养 1.生命观念通过对DNA复制过程的分析,建立起结构与功能 相适应的观念;通过分析基因与DNA的关系,建立起基因是有遗传 效应的DNA片段的观念。 2.科学思维运用假说演绎的方法,根据DNA分子双螺旋结 构模型
12、,推测DNA分子的自我复制过程,并通过实验证实DNA半保 留复制机制。 考点1 -21- 必备知识梳理关键能力突破 (生命观念、科学思维)下图为染色体上DNA分子的复制过程,据图分 析下列问题。 考点1 -22- 必备知识梳理关键能力突破 (1)请完成图中填空。 (2)蛙的红细胞进行无丝分裂, 能 (填“能”或“不能”)进行DNA 分子的复制;哺乳动物成熟的红细胞无 细胞核 ,也无各种 细 胞器 , 不能 (填“能”或“不能”)进行DNA分子的复制。 (3)染色体复制后形成两条 姐妹染色单体 ,刚复制产生的两个 子代DNA分子即位于两条 姐妹染色单体 中,由着丝点相连,其 对应片段所含基因在无
13、突变等特殊情况下应 完全相同 ,两个子 代DNA分子将于有丝分裂后期或减数第二次分裂后期 着丝点 分裂时,随两条 姐妹染色单体 分离而分开,分别进入两个子细 胞中。 考点1 -23- 必备知识梳理关键能力突破 考向1 DNA复制过程分析 1.(2019广东深圳调研)正常情况下,DNA分子在细胞内复制时,双 螺旋解开后会产生一段单链区,DNA结合蛋白(SSB)能很快地与单 链结合,防止解旋的单链重新配对,而使DNA呈伸展状态,SSB在复 制过程中可以重复利用,下列有关推理合理的是( ) A.SSB是一种解开DNA双螺旋的解旋酶 B.SSB与单链的结合将不利于DNA复制 C.SSB与DNA单链既可
14、结合也可分开 D.SSB与单链的结合遵循碱基互补配对原则 答案解析解析 关闭 根据题干中“双螺旋解开后会产生一段单链区,DNA结合蛋白(SSB)能很 快地与单链结合”,说明SSB不是一种解开DNA双螺旋的解旋酶,A项错 误;SSB与单链的结合有利于DNA复制,B项错误;SSB与DNA单链既可结合也 可分开,C项正确;SSB是一种DNA结合蛋白,故与单链的结合不遵循碱基互 补配对原则,D项错误。 答案解析 关闭 C 考点1 -24- 必备知识梳理关键能力突破 1.生物体中DNA分子复制的场所 (1)真核生物:细胞核(主要场所)、叶绿体、线粒体。 (2)原核生物:拟核、细胞质(如质粒中DNA的复制
15、)。 (3)DNA病毒:宿主细胞内。 2.子代DNA随姐妹染色单体分开的时间 (1)有丝分裂:后期。 (2)减数分裂:减数第二次分裂后期。 考点1 -25- 必备知识梳理关键能力突破 考向2 DNA分子复制的相关计算 2.(2018山东德州夏津一中月考)下列关于DNA的相关计算中,正 确的是( ) A.具有1 000个碱基对的DNA,腺嘌呤有600个,则每一条链上都具 有胞嘧啶200个 B.具有m个胸腺嘧啶的DNA片段,复制n次后共需要2nm个胸腺嘧 啶 C.具有m个胸腺嘧啶的DNA片段,第n次复制需要2n-1m个胸腺嘧 啶 D.无论是双链DNA还是单链DNA,A+G所占的比例均是1/2 答案
16、解析解析 关闭 根据碱基互补配对原则,具有1 000个碱基对的DNA,A+T+C+G=2 000 个,A=T=600个,C=G=400个,但在该DNA分子的每一条链上,所具有的胞嘧 啶不一定是200个,A项错误;具有m个胸腺嘧啶的DNA片段,复制n次后共需 要(2n-1)m个胸腺嘧啶,B项错误;具有m个胸腺嘧啶的DNA片段,第n次复 制共需要(2n-1)m-(2n-1-1)m=2n-1m个胸腺嘧啶,C项正确;在双链DNA 分子中,A+G所占的比例是1/2,在单链DNA分子中,A+G所占的比例不一定 是1/2,D项错误。 答案解析 关闭 C 考点1 -26- 必备知识梳理关键能力突破 3.用15
17、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14N培养基中连续复制4次,其结果可能是( ) A.含有14N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15N的链占1/8 D.子代DNA中嘌呤与嘧啶之比是2 3 答案解析解析 关闭 答案解析 关闭 考点1 -27- 必备知识梳理关键能力突破 DNA分子复制中的相关计算 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=2n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=(2n-2
18、)个。 考点1 -28- 必备知识梳理关键能力突破 2.脱氧核苷酸链数 (1)子代DNA分子中脱氧核苷酸链数=2n+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=(2n+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(2n-1)个; (2)n次复制需该脱氧核苷酸数=m2n个,n-1次复制需该脱氧核苷酸 数=m2n-1个,则第n次复制需该脱氧核苷酸数=2nm-m2n-1=m(2n-2n- 1)=m2n-1个。 考点1 -29- 1 2 3 4 5 1.下列关于DNA分子结构的叙述,正确的是
19、( ) 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分子一条链上的相邻碱基通过磷酸脱氧核糖磷酸相连 答案解析解析 关闭 DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的双链结构,A项错误;DNA分 子中的绝大多数磷酸连接着两个脱氧核糖,且磷酸不与碱基直接相连,B 项错误;DNA分子一条链上的相邻碱基通过脱氧核糖磷酸脱氧核糖相 连,D项错误。 答案解析 关闭 C 考点1 -30- 1 2 3 4 5 2.某双链DNA分子中,鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基的比率为a, 其中
20、一条链上鸟嘌呤占该链全部碱基的比例为b,则( ) A.互补链中含2个游离的磷酸基团 B.互补链中鸟嘌呤与胞嘧啶所占比例为a C.互补链中鸟嘌呤占该链碱基的比率为(a-b)/2 D.以互补链为模板转录产生的某mRNA中鸟嘌呤与胞嘧啶所占比 率为a 答案解析解析 关闭 双链DNA分子的每条链含有1个游离的磷酸基团,A项错误;在双链DNA分子 中,鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基的比率与每条链中鸟嘌呤与胞嘧啶 所占的比率相等,B项正确;互补链中鸟嘌呤占该链的比率为a-b,C项错误; 转录是以DNA上某基因的一条链为模板,所以转录产生的mRNA中鸟嘌呤与 胞嘧啶所占比率是不确定的,D项错误。 答案解析 关
21、闭 B 考点1 -31- 1 2 3 4 5 3.真核细胞中DNA复制如下图所示,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都有一条脱氧核苷酸链来自亲代 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 答案解析解析 关闭 DNA复制过程中氢键的破坏需要解旋酶的催化,但氢键的形成不需要酶的 催化,C项错误。 答案解析 关闭 C 考点1 -32- 1 2 3 4 5 4.下列关于基因、DNA和染色体关系的叙述,错误的是 ( ) A.染色体主要由蛋白质和DNA组成 B.每条染色体上都有许多个DN
22、A分子 C.一个DNA分子上有多个基因 D.基因是具有遗传效应的DNA片段 答案解析解析 关闭 染色体主要由DNA和蛋白质两种物质组成,A项正确;每条染色体含有一个 或2个DNA分子,B项错误;基因是DNA上决定生物性状的小片段,一个DNA分 子上有多个基因,C、D两项正确。 答案解析 关闭 B 考点1 -33- 1 2 3 4 5 5.DNA的复制方式,可以通过设想来进行预测,可能的情况是全保留 复制、半保留复制、分散(弥散)复制三种。究竟是哪种复制方式 呢?用下面设计实验来证明DNA的复制方式。 考点1 -34- 1 2 3 4 5 实验步骤: a.在氮源为14N的培养基中生长的大肠杆菌,
23、其DNA分子均为14N- DNA(对照); b.在氮源为15N的培养基中生长的大肠杆菌,其DNA分子均为15N- DNA(亲代); c.将亲代15N大肠杆菌转移到氮源为14N的培养基中,再连续繁殖两 代(和),用密度梯度离心法分离,不同相对分子质量的DNA分子 将分布在试管中的不同位置上。 考点1 -35- 1 2 3 4 5 实验预测: (1)如果与对照(14N/14N)相比,子代能分辨出两条DNA带: 一条 带和一条 带,则可以排除 和分 散复制。 (2)如果子代只有一条中密度带,则可以排除 , 但不能肯定是 。 (3)如果子代只有一条中密度带,再继续做子代DNA密度鉴定: 若子代可以分出
24、 和 , 则可以排除分散复制,同时肯定是半保留复制;如果子代不能分 出 两条密度带,则排除 ,同时确定 为 。 考点1 -36- 1 2 3 4 5 答案 (1)轻(14N/14N) 重(15N/15N) 半保留复制 (2)全保留复制 半保留复制或分散复制 (3)一条中密度带 一条轻密度带 中、轻 半保留复制 分散复 制 解析 从题目中的图示可知,深色为亲代DNA的脱氧核苷酸链(母 链),浅色为新形成的子代DNA的脱氧核苷酸链(子链)。因此全保留 复制后得到的两个DNA分子,一个是原来的两条母链重新形成的亲 代DNA分子,一个是两条子链形成的子代DNA分子;半保留复制后 得到的每个子代DNA分子的一条链为母链,一条链为子链;分散复 制后得到的每个子代DNA分子的单链都是由母链片段和子链片段 间隔连接而成的。