必修二DNA分子的結(jié)構(gòu)復(fù)制與基因

必修二DNA分子的結(jié)構(gòu)復(fù)制與基因第1頁/共59頁項目內(nèi)容要求考點1.DNA的化學(xué)組成2.DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)3.DNA的復(fù)制與基因ⅡⅡⅡ重難點DNA分子組成、結(jié)構(gòu)和DNA分子復(fù)制的過程、原理和基因的概念第2頁/共59頁題型年份及考卷考點選擇題2008年上海、江蘇卷2009年江蘇、廣東卷DNA的結(jié)構(gòu)、復(fù)制和基因非選擇題2009年廣東卷DNA的結(jié)構(gòu)和復(fù)制第3頁/共59頁自主梳理一、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建1．構(gòu)建模型時對DNA分子的認識(1)DNA分子是以4種

為單位連接而成的長鏈，這4種脫氧核苷酸分別含有

四種堿基；(2)在DNA分子中，

的量總是等于胸腺嘧啶(T)的量，

的量總是等于胞嘧啶(C)的量。脫氧核苷酸A、T、C、G腺嘌呤(A)鳥嘌呤(G)第4頁/共59頁2．模型建立1953年，由美國生物學(xué)家

和英國物理學(xué)家

建立。二、DNA分子的結(jié)構(gòu)特點1．結(jié)構(gòu)特點(1)由兩條脫氧核苷酸鏈

盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。(2)

和

交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；(3)兩條鏈上的堿基通過

連接成

，排列在內(nèi)側(cè)。沃森克里克反向平行脫氧核糖磷酸氫鍵堿基對第5頁/共59頁2．堿基互補配對原則在DNA分子中，A(腺嘌呤)一定與

配對，G(鳥嘌呤)一定與

配對。即堿基配對方式A＝T、G＝C。T(胸腺嘧啶)C(胞啶嘧)第6頁/共59頁互動探究DNA分子結(jié)構(gòu)上有什么特性？提示穩(wěn)定性、特異性、多樣性。第7頁/共59頁要點歸納一、DNA分子的結(jié)構(gòu)1．有關(guān)DNA分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)第8頁/共59頁2．關(guān)于平面結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)(雙螺旋結(jié)構(gòu))第9頁/共59頁特點：(1)兩條鏈反向平行；(2)脫氧核糖與磷酸交替排列在外側(cè)；(3)兩條長鏈的堿基之間靠氫鍵連接成堿基對，堿基對的形成遵循堿基互補配對原則。第10頁/共59頁3．DNA分子的結(jié)構(gòu)特點(1)穩(wěn)定性：使DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素取決于：①堿基對間的氫鍵；②疏水作用(或堿基的堆積力)；疏水的堿基彼此堆積，避開了水相，一般認為后者對雙螺旋的穩(wěn)定性貢獻最大。(2)多樣性：堿基對(或脫氧核苷酸對)排列順序的千變?nèi)f化，構(gòu)成了DNA的多樣性→遺傳信息的多樣性→生物多樣性。(3)特異性：每個DNA分子堿基對的排列順序是特定的，構(gòu)成了每個DNA分子的特異性→遺傳信息的特異性→生物的特異性。第11頁/共59頁二、堿基互補配對原則及其推論1．原則：A—T，T—A；G—C，C—G。圖示為：第12頁/共59頁2．推論：在一個DNA分子中(1)腺嘌呤與胸腺嘧啶相等，鳥嘌呤與胞嘧啶相等，即A＝T，G＝C。(2)嘌呤總數(shù)與嘧啶總數(shù)相等，即A＋T＝T＋C。(3)不配對的兩堿基之和的比值等于1，即。(4)互補配對堿基之和所占比例“三不變”，即在一條鏈中互補配對堿基之和所占該鏈堿基的比例，等于其在互補鏈中的比例，也等于在整個DNA分子中所占比例及在mRNA中所占比例。第13頁/共59頁感悟拓展1．以上原則及推論僅適用于雙鏈DNA分子的堿基計算，不適用于單鏈DNA分子的堿基計算。2．應(yīng)用上述推論，還可以解決轉(zhuǎn)錄時mRNA中相關(guān)堿基數(shù)目和比例的計算等問題。第14頁/共59頁1(上海高考)組成DNA結(jié)構(gòu)的基本成分是 (

)①核糖②脫氧核糖③磷酸④腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶⑤胸腺嘧啶⑥尿嘧啶A．①③④⑤ B．①②④⑥C．②③④⑤ D．②③④⑥第15頁/共59頁解析組成DNA的基本單位是脫氧核苷酸。脫氧核苷酸是由磷酸、脫氧核糖和堿基(腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶)組成，核糖及尿嘧啶則是組成RNA的成分。答案

C第16頁/共59頁有一對氫鍵連接的脫氧核苷酸，已查明它的結(jié)構(gòu)中有一個腺嘌呤，則它的其他組成成分應(yīng)是 (

)A．三個磷酸、三個脫氧核糖和一個胸腺嘧啶B．兩個磷酸、兩個脫氧核糖和一個胞嘧啶C．兩個磷酸、兩個脫氧核糖和一個胸腺嘧啶D．兩個磷酸、兩個脫氧核糖和一個尿嘧啶第17頁/共59頁答案

C解析一個脫氧核苷酸是一由分子磷酸、一分子脫氧核糖和一分子含氮堿基組成，因為組成脫氧核苷酸的含氮堿基只有A、T、C、G四種，所以只有四種脫氧核苷酸。又依據(jù)題中“有一對氫鍵連接的脫氧核苷酸”，則必定形成堿基對，按照堿基互補配對原則，與腺嘌呤配對的一定為胸腺嘧啶，而其他成分相同。第18頁/共59頁自主梳理關(guān)于DNA復(fù)制(1)概念：

(2)場所：

(3)時間：(4)條件：以親代DNA分子為模板合成子代DNA分子的過程細胞核有絲分裂間期和減數(shù)第一次分裂間期模板、原料、酶、能量第19頁/共59頁(5)基礎(chǔ)：(6)過程：(7)特點：

和

(8)意義：DNA是雙螺旋結(jié)構(gòu)和嚴格按堿基互補配對原則邊解旋邊復(fù)制半保留復(fù)制邊解旋邊復(fù)制從親代傳給子代，保持遺傳信息的連續(xù)性第20頁/共59頁互動探究1.生物體中DNA分子復(fù)制的具體場所有哪些？提示真核生物：細胞核、線粒體、葉綠體；原核生物；擬核、質(zhì)粒；病毒：宿主細胞內(nèi)。2．若復(fù)制出錯，會產(chǎn)生什么影響？提示發(fā)生基因突變。第21頁/共59頁要點歸納1．場所：主要是在細胞核(凡是細胞內(nèi)有DNA的地方均可復(fù)制)第22頁/共59頁3．過程：邊解旋邊復(fù)制。解旋→合成子鏈→母、子鏈組成雙螺旋。4．特點：半保留復(fù)制。新合成的每個DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的一條鏈(模板鏈)。5．結(jié)果：一個DNA分子形成了兩個DNA分子。新復(fù)制出的2個子代DNA分子通過細胞分裂分配到2個子細胞中去。第23頁/共59頁6．復(fù)制簡記：“1個主要場所(細胞核),2種時期，3步過程，4個條件”。7．若取一個全部N原子被15N標記的DNA分子(0代)，轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)(復(fù)制)若干代，其結(jié)果分析如下表：第24頁/共59頁第25頁/共59頁第26頁/共59頁感悟拓展①子代DNA分子中，含14N的有2n個，只含14N的有(2n－2)個，做題時應(yīng)看準是“含”還是“只含”。②無論復(fù)制多少次，含15N的DNA分子始終是2個，占總數(shù)比例為。③子代DNA分子的鏈中，總鏈數(shù)2n×2＝2n＋1條。含15N的鏈始終是2條，占總數(shù)比例＝。做題時，應(yīng)看準是“DNA分子數(shù)”還是“鏈數(shù)”。④若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，經(jīng)過n次復(fù)制需要消耗游離的該脫氧核苷酸m×(2n－1)個。第27頁/共59頁2將用15N標記的一個DNA分子放在含有14N的培養(yǎng)基中讓其復(fù)制三次，則含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例和占全部DNA單鏈的比例依次為 (

)A．1/2,1/4

B．1/4,1/8C．1/4,1/6 D．1/8,1/8第28頁/共59頁解析DNA分子的復(fù)制為半保留復(fù)制，復(fù)制過程中DNA的兩條鏈均可作為母鏈(模板)來形成子鏈，形成兩個DNA分子，子代DNA的兩條鏈中，一條來自母鏈，一條是新合成的子鏈。復(fù)制三次指連續(xù)同步復(fù)制，共形成8個DNA分子。在8個DNA分子的16條單鏈中，只有某2個DNA分子含有原來標記的15N(第一代)DNA分子的母鏈。答案

B第29頁/共59頁某DNA分子共有a個堿基，其中含胞嘧啶m個，則該DNA分子復(fù)制3次，需要游離的胸腺嘧啶脫氧核苷酸數(shù)為 (

)A．7(a－m)B．8(a－m)C．7(a－m)D．8(2a－m)第30頁/共59頁答案

C解析DNA分子復(fù)制后，產(chǎn)生的DNA分子與親代DNA分子是完全相同的，即堿基的種類、數(shù)量及排列順序都是相同的，利用公式M＝x×(2n－1)，其中M為DNA分子復(fù)制過程中需要某種游離的脫氧核苷酸的數(shù)量，x為親代DNA分子中該種脫氧核苷酸的數(shù)目，n為DNA分子復(fù)制的次數(shù)。由題知親代DNA分子中，T＝(a－2m)/2，則該DNA分子復(fù)制3次后需堿基T為[(a－2m)/2]×(23－1)。第31頁/共59頁自主梳理1．一個DNA上有

個基因。構(gòu)成基因的堿基數(shù)

(填“大于”、“小于”、“等于”)DNA分子的堿基總數(shù)。2．基因是有

的DNA片段。3．遺傳信息蘊藏在

之中。4．DNA分子具有

和

，這是生物體多樣性和特異性的物質(zhì)基礎(chǔ)。許多小于遺傳效應(yīng)4種堿基對的排列順序多樣性特異性第32頁/共59頁互動探究DNA分子上所有的堿基序列都是遺傳信息嗎？基因的功能是什么？提示不是，只有基因中控制生物遺傳性狀的脫氧核苷酸序列才為遺傳信息；基因的作用是傳遞遺傳信息和表達遺傳信息，從而控制生物的性狀。第33頁/共59頁要點歸納一、基因概念的理解1．從結(jié)構(gòu)上看(1)基因是DNA分子上一個個特定的片段，一個DNA分子上有很多個基因。(2)基因與DNA結(jié)構(gòu)一樣，也是由四種脫氧核苷酸按一定順序排列而成的序列。(3)每個基因的脫氧核苷酸數(shù)目及排列順序是特定的。(4)不同的基因，差別在于堿基數(shù)目及排列順序不同。(5)基因中堿基的排列順序代表遺傳信息。第34頁/共59頁二、基因與脫氧核苷酸、遺傳信息、DNA、染色體、蛋白質(zhì)、生物性狀之間的關(guān)系1．染色體、DNA、基因、脫氧核苷酸的關(guān)系第35頁/共59頁2．基因、染色體、蛋白質(zhì)、性狀的關(guān)系第36頁/共59頁感悟拓展(1)對于真核細胞來說，染色體是基因的主要載體；線粒體和葉綠體也是基因的載體。(2)對于原核細胞來說，擬核中的DNA分子或者質(zhì)粒DNA均是裸露的，沒有與蛋白質(zhì)一起構(gòu)成染色體。(3)位于染色體上的基因隨著染色體傳遞給子代，其遺傳遵循孟德爾遺傳規(guī)律。位于線粒體和葉綠體中的基因隨線粒體和葉綠體傳給子代，是控制細胞質(zhì)遺傳的基因，特點是母系遺傳。第37頁/共59頁命題熱點1關(guān)于DNA分子半保留復(fù)制的有關(guān)計算【例1】含有32P或31P的磷酸，兩者化學(xué)性質(zhì)幾乎相同，都可參與DNA分子的組成，但32P比31P質(zhì)量大?，F(xiàn)將某哺乳動物的細胞放在含有31P磷酸的培養(yǎng)基中，連續(xù)培養(yǎng)數(shù)代后得到G0代細胞。然后將G0代細胞移至含有32P磷酸的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，經(jīng)過第1、2次細胞分裂后，分別得到G1、G2代細胞。再從G0、G1、G2代細胞中提取DNA，經(jīng)密度梯度離心后得到結(jié)果如圖。由于DNA分子質(zhì)量不同，因此在離心管內(nèi)的分布不同。若①、②、③分別表示輕、中、重三種DNA分子的位置，請回答：第38頁/共59頁(1)G0、G1、G2三代DNA離心后的試管分別是圖中的：G0________；G1________；G2________。第39頁/共59頁(2)G2代在①、②、③三條帶中DNA數(shù)的比例是________。(3)圖中①、②兩條帶中DNA分子所含的同位素磷分別是：條帶①________，條帶②________。(4)上述實驗結(jié)果證明DNA的復(fù)制方式是____________________________________________________________。DNA的自我復(fù)制能使生物的____________保持相對穩(wěn)定。第40頁/共59頁答案

(1)A

B

D

(2)022(3)31P

32P和31P(4)半保留復(fù)制遺傳特性解析首先應(yīng)該看懂圖解，知道輕、中、重三種DNA劃分的標準：由兩條含31P的脫氧核苷酸組成的是輕DNA；由一條含31P的脫氧核苷酸組成的鏈和另一條含32P的脫氧核苷酸組成的鏈形成的是中DNA；由兩條含32P的脫氧核苷酸組成的是重DNA。然后回顧DNA的復(fù)制過程：①解旋，由一個DNA分子形成兩條半分子母鏈。②以每一條母鏈為模板，按照堿基配對的原則，從周圍吸收新的脫氧核苷酸，形成新的子鏈，產(chǎn)生兩個子代DNA第41頁/共59頁分子。注意，此時在含有31P磷酸的培養(yǎng)基中，含31P的脫氧核苷酸參與構(gòu)成子鏈；在含有32P磷酸的培養(yǎng)基中，含32P的脫氧核苷酸參與構(gòu)成子鏈。③DNA分子的復(fù)制是半保留復(fù)制，即復(fù)制后形成的子代DNA中，每個DNA分子都只含有一條子鏈，另一條則為母鏈。根據(jù)題意：G0代細胞中的DNA全部由含31P的脫氧核苷酸組成，是輕DNA；G1代是以G0代細胞中的DNA為模板，以含32P的脫氧核苷酸為原料形成的兩個DNA分子，每一個DNA分子中，母鏈含31P，子鏈含32P，是中DNA；G2代是以G1代為模板，以含32P的脫氧核苷酸為原料形成的四個DNA分子，有兩個DNA分子，母鏈含31P，子鏈含32P，是中DNA，另兩個DNA分子，母鏈、子鏈都含32P，是重DNA。第42頁/共59頁拓展提升DNA復(fù)制中用DNA聚合酶，而基因工程中用DNA連接酶，兩者作用對象有所區(qū)別：DNA連接酶是將DNA片段進行連接，而DNA聚合酶是將單個游離的脫氧核苷酸連接。第43頁/共59頁命題熱點2關(guān)于實驗考查探究DNA復(fù)制是全保留還是半保留復(fù)制的方法：同位素標記＋離心處理，根據(jù)試管中DNA的分布位置確定復(fù)制方式。第44頁/共59頁【例2】某校一個生物活動小組要進行研究性學(xué)習(xí)。對生物學(xué)史上的經(jīng)典實驗進行驗證，也是研究性學(xué)習(xí)的內(nèi)容之一。這個小組借助某大學(xué)的實驗設(shè)備，對有關(guān)DNA復(fù)制的方式進行探索，有人認為DNA是全保留復(fù)制，也有人認為DNA是半保留復(fù)制。為了證明這兩種假設(shè)，這個小組設(shè)計了下列實驗程序，請完成實驗并對結(jié)果進行預(yù)測。第45頁/共59頁(1)實驗步驟：第一步：在氮源為14N的培養(yǎng)基上生長的大腸桿菌，其DNA分子均為14N－DNA；在氮源為15N的培養(yǎng)基上生長的大腸桿菌，其DNA分子均為15N－DNA。用某種離心方法分離得到的結(jié)果如上圖所示，其DNA分別分布在輕帶和重帶上。第二步：將親代大腸桿菌(含15N)轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)基上繁殖一代(Ⅰ)。請分析：如果DNA位于________帶位置，則是全保留復(fù)制；如果DNA位于________帶位置，則是半保留復(fù)制。第46頁/共59頁第三步：為了進一步驗證第二步的推測結(jié)果，將親代大腸桿菌(含15N)轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)基上再連續(xù)繁殖一代(Ⅱ)。請分析：如果DNA位于____________帶位置，則是全保留復(fù)制；如果DNA位于____________帶位置，則是半保留復(fù)制。(2)有人提出：第一代(Ⅰ)的DNA用解旋酶處理后再離心，就能直接判斷DNA的復(fù)制方式，如果輕帶和重帶各占，則一定為半保留復(fù)制。第47頁/共59頁你認為這位同學(xué)說法是否正確？______________。原因是_____________________________________________________________________________________________________________________。答案

(1)1/2重和1/2輕全中1/4重和3/4輕1/2中和1/2輕(2)不正確無論半保留復(fù)制還是全保留復(fù)制，如果研究DNA鏈的情況，結(jié)果是一致的，無法區(qū)分第48頁/共59頁解析如果DNA的復(fù)制方式為全保留復(fù)制，則一個親代15N－15N的DNA分子，子代兩個DNA分子是：一個15N－15N，一個14N－14N，其在離心管中分布的位置是一半在輕帶、一半在重帶；如果DNA的復(fù)制方式為半保留復(fù)制，則一個親代15N－15N的DNA分子，子代兩個DNA分子都是15N－14N，其在離心管中分布的位置全部在中帶。第49頁/共59頁1．(2009·江蘇高考)下圖為真核生物染色體上DNA分子復(fù)制過程示意圖，有關(guān)敘述錯誤的是 (

)第50頁/共59頁A．圖中DNA分子復(fù)制是從多個起點同時開始的B．圖中DNA分子復(fù)制是邊解旋邊雙向復(fù)制的C．真核生物DNA分子復(fù)制過程需要解旋酶D．真核生物的