DNA分子的結(jié)構(gòu)、復制和基因的本質(zhì)

【新課程標準】內(nèi)容要求活動要求學業(yè)要求1.概述多數(shù)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。2.概述DNA分子是由四種脫氧核苷酸構(gòu)成，通常由兩條堿基互補配對的反向平行長鏈形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，堿基的排列順序編碼了遺傳信息。3.概述DNA分子通過半保留方式進行復制。1.搜集DNA分子結(jié)構(gòu)模型建立過程的資料并進行討論和交流。2.制作DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。結(jié)合DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，閘明DNA分子作為遺傳物質(zhì)所具有的特征。(生命觀念、科學思維)第20講DNA結(jié)構(gòu)、復制及基因的本質(zhì)DNA分子的結(jié)構(gòu)及相關(guān)計算考點一

1.回歸教材，熟悉DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)過程。2.總結(jié)DNA分子的結(jié)構(gòu)特點。3.分析DNA分子中相關(guān)的數(shù)量關(guān)系、位置關(guān)系、化學鍵。4.分析DNA分子的三大特性。5.脫氧核苷酸、遺傳信息、基因、DNA、染色體之間的關(guān)系？考點一DNA的分子結(jié)構(gòu)

知識總結(jié)DNA分子結(jié)構(gòu)的探索歷程【科學探究】科學家貢獻威爾金斯和富蘭克林DNA的X射線衍射圖譜查哥夫提出堿基A的量總是等于T的量，C的量總是等于G的量沃森和克里克提出了DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型沃森和克里克提出腺嘌呤的量等于胸腺嘧啶的量;鳥嘌呤的量等于胞嘧啶的量?！?.元素組成：2.基本單位：3.單體種類：C、H、O、N、P脫氧（核糖）核苷酸磷酸基團腺嘌呤脫氧（核糖）核苷酸胸腺嘧啶脫氧（核糖）核苷酸胞嘧啶脫氧（核糖）核苷酸鳥嘌呤脫氧（核糖）核苷酸P脫氧核糖含氮堿基ATGCDNA的結(jié)構(gòu)4.結(jié)構(gòu)特點

外側(cè)：

交替連接，構(gòu)成基本骨架，并按

方式排

平面結(jié)構(gòu)列成兩條長鏈；內(nèi)側(cè)：兩條鏈上的堿基通過

連成

，遵循

原則。（A

,G

）

空間結(jié)構(gòu)：

結(jié)構(gòu)（右旋）磷酸、脫氧核糖反向平行雙螺旋氫鍵堿基對＝T≡C堿基互補配對A脫氧核糖POCPTPGPT脫氧核糖POAPGPCP脫氧核糖脫氧核糖脫氧核糖OOO脫氧核糖O脫氧核糖O脫氧核糖O知識延伸注意：每個DNA分子含有

個游離的磷酸基團。2磷酸二酯鍵氫鍵5，3，3，5，只與一個脫氧核糖相連DNA的基本單位一條脫氧核苷酸鏈DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)P1.

單鏈中兩個相鄰脫氧核苷酸之間通過什么鍵相連接？2.

單鏈中相鄰的兩個堿基通過什么鍵相連接？3.

單鏈中一個磷酸可與幾個脫氧核糖相連？PPP磷酸二酯鍵脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖一個或兩個5.總結(jié)：氫鍵ATATTAGGGCCATC堿基對五種元素：C、H、O、N、P四種堿基：A、T、C、G三種物質(zhì)：兩條長鏈：一種螺旋：規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)磷酸、脫氧核糖、含氮堿基兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈氫鍵關(guān)系:A=TG≡CDNA分子中G/C含量越多，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定知識延伸斷裂連接氫鍵DNA復制：轉(zhuǎn)錄：PCR技術(shù)：獲取目的基因：磷酸二酯鍵基因工程中切開DNA片段：水解DNA：DNA復制時連接單體：RNA復制時連接單體：基因工程中連接DNA片段：逆轉(zhuǎn)錄時連接單體：解旋酶RNA聚合酶高溫自動斷裂限制酶自動連接，不需要酶DNA水解酶DNA聚合酶RNA聚合酶DNA連接酶逆轉(zhuǎn)錄酶6.DNA分子的特性①多樣性：具有n個堿基對的DNA分子具有

種堿基序列；②特異性：每種DNA分子都有其特定的

；③穩(wěn)定性：

磷酸與脫氧核糖

形成基本骨架的方式不變；堿基之間

方式不變。4n堿基序列互補配對形成氫鍵交替連接具有規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。堿基對的排列順序的千變?nèi)f化?！鲈\斷辨析(1)DNA分子中的每個磷酸均連接著一個脫氧核糖和一個堿基()(2)DNA分子一條鏈上的相鄰堿基通過磷酸—脫氧核糖—磷酸相連()(3)嘌呤堿基與嘧啶堿基的結(jié)合保證了DNA分子空間結(jié)構(gòu)的相對穩(wěn)定()(4)分子大小相同、堿基含量相同的核酸分子所攜帶的遺傳信息一定相同()(5)DNA分子的多樣性和特異性主要與它的空間結(jié)構(gòu)密切相關(guān)()××√××1．1953年，沃森和克里克建立了DNA分子的結(jié)構(gòu)模型，兩位科學家于1962年獲得諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。關(guān)于DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點，敘述錯誤的是(

)A．DNA分子的兩條鏈呈現(xiàn)反向平行雙螺旋結(jié)構(gòu)B．脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)C．堿基對構(gòu)成DNA分子的基本骨架D．兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對解析：DNA分子是由兩條鏈組成的，這兩條鏈是反向平行的，A正確；DNA分子的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)構(gòu)成基本骨架，B正確，C錯誤；兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接形成堿基對，D正確。答案：CA1T2T1A2G1C2C1G2DNA雙鏈在DNA雙鏈中：A=T，G=CA＋G=T＋C=總堿基×50%，即嘌呤總數(shù)=嘧啶總數(shù)=?=?A1+T1=m1/2總A2+T21/2總總A+T規(guī)律：配對的兩堿基之和在單、雙鏈中所占比例相等。=m=mA1+G1T1+C1=nA2+G2T2+C2=?=n1規(guī)律：DNA兩互補鏈中，不配對的兩堿基之和的比值乘積為1.7.DNA分子的計算【例】從某生物組織中提取DNA進行分析，其中鳥嘌呤與胞嘧啶之和占全部堿基數(shù)的46%，又知該DNA分子的一條鏈（H鏈）所含的堿基中28%是腺嘌呤，24%是胞嘧啶，則與H鏈相對應的另一條鏈中，腺嘌呤、胞嘧啶分別占該鏈全部堿基數(shù)的（A）A.26%、22%B.24%、28%

C.14%、11%D.11%、14%解析

∵

C+G=46%∴C1+G1=C2+G2=46%

又∵C1=24%∴C2=G1=46%－24%=22%

[規(guī)律·技法]

1、全保留復制：新復制出的分子直接形成，完全沒有舊的部分；2、半保留復制：形成的分子一半是新的，一半是舊的；

3、分散復制：新復制的分子中新舊都有，但分配是隨機組合的；復制一次復制一次沃森和克里克推測是半保留復制模型復制一次親代DNA子代DNA

（一）DNA分子復制方式的探究（假說——演繹法）第二課時考點二DNA分子的復制及基因的概念實驗結(jié)論：DNA的復制是以半保留的方式進行的重帶(下部)15N/15N中帶(中間)15N/14N輕帶(上部)14N/14N中帶(中間)15N/14N檢測方案（

法和

法）同位素標記密度梯度離心提出假說演繹推理驗證假說假說演繹（1）DNA的復制是半保留復制（2）子代DNA可能的情況及如何設(shè)計實驗驗證這種現(xiàn)象（3）通過實驗進行驗證（4）得出結(jié)論：DNA分子的復制方式為

。（一）DNA分子復制方式的探究半保留復制■診斷辨析······························································································(1)單個脫氧核苷酸在DNA酶的作用下連接合成新的子鏈()(2)DNA復制時，嚴格遵循A－U、C－G的堿基互補配對原則()(3)在人體內(nèi)，成熟的紅細胞、漿細胞中不發(fā)生DNA的復制()(4)DNA分子復制時解旋酶與DNA聚合酶不能同時發(fā)揮作用()(5)DNA分子中每一個片段都是一個基因()××√××1．(2016·高考全國卷Ⅱ)某種物質(zhì)可插入DNA分子兩條鏈的堿基對之間，使DNA雙鏈不能解開。若在細胞正常生長的培養(yǎng)液中加入適量的該物質(zhì)，下列相關(guān)敘述錯誤的是(

)A．隨后細胞中的DNA復制發(fā)生障礙B．隨后細胞中的RNA轉(zhuǎn)錄發(fā)生障礙C．該物質(zhì)可將細胞周期阻斷在分裂中期D．可推測該物質(zhì)對癌細胞的增殖有抑制作用解析：某物質(zhì)可插入DNA分子兩條鏈的堿基對之間，使DNA雙鏈不能解開，說明該物質(zhì)會阻礙DNA分子的解旋，因此會阻礙DNA分子的復制、轉(zhuǎn)錄和抑制細胞增殖，A、B、D三項均正確；因DNA分子的復制發(fā)生在細胞分裂間期，所以該物質(zhì)可將細胞周期阻斷在分裂間期，C項錯誤。答案：C2．如圖所示為某DNA復制過程的部分圖解，其中rep蛋白具有解旋的功能。下列相關(guān)敘述錯誤的是(

)A．rep蛋白可破壞A與C、T與G之間形成的氫鍵B．DNA結(jié)合蛋白可能具有防止DNA單鏈重新形成雙鏈的作用C．DNA復制具有邊解旋邊復制和半保留復制的特點D．隨從鏈之間的缺口需要DNA連接酶將其補齊解析：rep蛋白具有解旋功能，破壞的是A與T、G與C之間的氫鍵；從題圖中可看出有了DNA結(jié)合蛋白后，堿基對之間不能再形成氫鍵，可以防止DNA單鏈重新形成雙鏈；DNA連接酶可以將隨從鏈之間的缺口通過磷酸二酯鍵連接，從而形成完整的單鏈。答案：A（二）DNA分子的復制1.過程（

復制）親代DNA兩條DNA母鏈解旋解旋酶平面DNA復制DNA聚合酶盤繞子代DNA氫鍵磷酸二酯鍵多位點邊解旋邊雙向2.條件：模板：親代DNA分子中的

母鏈原料：游離的四種

。酶：

酶和

酶能量：3.原則：

原則每條脫氧核苷酸解旋DNA聚合ATP堿基互補配對（二）DNA分子的復制4.特點：5.意義：使

從親代傳給子代，保持了遺傳信息的

性。6.精確復制的原因：①雙螺旋結(jié)構(gòu)為其提供

；②

原則及

復制使復制準確進行。半保留復制遺傳信息連續(xù)精確模板堿基互補配對半保留（二）DNA分子的復制7.場所：

真核生物：原核生物：DNA病毒：8.時間：細胞核（主要）、線粒體、葉綠體擬核（主要）、細胞質(zhì)（如：

）宿主細胞內(nèi)主要

間期或

的間期（該過程中容易發(fā)生

）有絲分裂減數(shù)第一次分裂前基因突變（二）DNA分子的復制質(zhì)?！纠浚?019·全國卷Ⅰ）用體外實驗的方法可合成多肽鏈。已知苯丙氨酸的密碼子是UUU，若要在體外合成同位素標記的多肽鏈，所需的材料組合是（C）①同位素標記的tRNA②蛋白質(zhì)合成所需的酶③同位素標記的苯丙氨酸④人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸⑤除去了DNA和mRNA的細胞裂解液A.①②④B.②③④C.③④⑤D.①③⑤（二）DNA分子的復制【解析】本題以基因表達的相關(guān)知識為載體，考查運用所學知識，對某些生物學問題作出合理判斷的能力；試題通過對體外合成多肽鏈所需材料的判斷，體現(xiàn)了對生命觀念素養(yǎng)中結(jié)構(gòu)與功能觀要素的考查。體外合成同位素標記的多肽鏈需以標記的氨基酸(同位素標記的苯丙氨酸等)為原料，以RNA(人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸)為模板，除去了DNA和mRNA的細胞裂解液既可防止DNA和mRNA對體外多肽鏈合成過程的干擾，又可提供翻譯過程所需的核糖體、tRNA、酶等。故選C。（二）DNA分子的復制DNA分子的復制為半保留復制，一個DNA分子復制n次，則有：(1)DNA分子數(shù)①子代DNA分子數(shù)＝___個；②含有親代DNA鏈的子代DNA分子數(shù)＝___個；③不含親代DNA鏈的子代DNA分子數(shù)＝_______個。2n2(2n－2)第三課時(2)脫氧核苷酸鏈數(shù)①子代DNA分子中脫氧核苷酸鏈數(shù)＝______條；②親代脫氧核苷酸鏈數(shù)＝__條；③新合成的脫氧核苷酸鏈數(shù)＝_________條。(3)消耗的脫氧核苷酸數(shù)①若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，經(jīng)過n次復制需要消耗該脫氧核苷酸數(shù)為__________個。②第n次復制需該脫氧核苷酸數(shù)＝_______個。2n＋12(2n＋1－2)m·(2n－1)m·2n－1【例】某DNA分子含m對堿基，其中腺嘌呤有A個，下列有關(guān)此DNA在連續(xù)復制時所需的胞嘧啶脫氧核苷酸數(shù)目的敘述中，錯誤的是（D）A.在第一次復制時，需要（m-A）個B.在第二次復制時，需要2（m-A）個C.在第n次復制時，需要2n-1（m-A）個D.在n次復制過程中，總共需要2n（m-A）個【解析】A.DNA復制一次，可產(chǎn)生2個DNA；由于每個DNA分子中含有胞嘧啶脫氧核苷酸m-A個，所以復制一次時，需要m-A個。A正確；B.在第二次復制時，2個DNA分子會形成4個DNA分子，相當于形成2個新的DNA，所以需要2（m-A）個。B正確；C.在第n次復制后，會形成2n個DNA分子，所以需要（2n-2n-1）（m-A）=2n-1（m-A）。C正確；D.n次復制過程中，1個DNA分子變?yōu)閭€2nDNA分子，總共需要（2n-1）（m-A）個。D錯誤。故選：D。2.與細胞分裂相關(guān)的計算（繪圖法）①有絲分裂第一次有絲分裂用15N標記1對同源染色體上的2個DNA分子每條同源染色體上的每條染色體單體均帶有標記分裂形成2個子細胞，每個子細胞中的每條染色體均帶有標記①有絲分裂第二次有絲分裂分裂形成4個子細胞，子細胞類型有4種組合方式①①有

的子細胞帶有標記②②③有

的子細胞帶有標記④④

子細胞帶有標記③1/23/4全部②減數(shù)分裂15N標記1對同源染色體上的兩個DNA分子同源染色體分離姐妹染色單體分離分裂形成4個子細胞，全部子細胞中的每條染色體均帶有標記。3．用15N標記含有100個堿基對的DNA分子(其中有腺嘌呤60個)，該DNA分子在含14N的培養(yǎng)基中連續(xù)復制4次。下列有關(guān)判斷錯誤的是(

)A．含有15N的DNA分子有兩個B．含有14N的DNA分子占總數(shù)的7/8C．第4次復制消耗胞嘧啶脫氧核苷酸320個D．復制共產(chǎn)生16個DNA分子解析：由于DNA分子的復制是半保留復制，親代DNA分子的兩條鏈始終存在于子代的兩個DNA分子中，因此含有15N的DNA分子有兩個；該DNA分子是在含14N的培養(yǎng)基中復制的，新形成的子鏈均含有14N，故所有DNA分子都含14N；根據(jù)堿基互補配對原則，DNA分子含有100個堿基對，其中腺嘌呤有60個，則胞嘧啶有40個，第4次復制需消耗胞嘧啶脫氧核苷酸數(shù)＝24－1×40＝320(個)；1個DNA分子經(jīng)過4次復制，共產(chǎn)生DNA分子數(shù)＝24＝16(個)。答案：B4．一個雙鏈均被32P標記的DNA由5000個堿基對組成，其中腺嘌呤占20%，將其置于只含31P的環(huán)境中復制3次。下列敘述錯誤的是(

)A．該DNA分子的特異性與堿基對的排列順序有關(guān)B．復制過程需要2.4×104個游離的胞嘧啶脫氧核苷酸C．子代DNA分子中含32P的單鏈與含31P的單鏈數(shù)目之比為1∶7D．子代DNA分子中含32P的分子數(shù)目與只含31P的分子數(shù)目之比為1∶3解析：由題可知，該DNA分子中胞嘧啶占30%，則該DNA復制時需要消耗游離的胞嘧啶脫氧核苷酸數(shù)為10000×30%×(23－1)＝2.1×104。

答案：B四基因的本質(zhì)染色體DNA是主要的

。蛋白質(zhì)DNA基因脫氧核苷酸每個DNA分子含有

個基因基因是有

的DNA片段（本質(zhì)）基因在染色體上呈

?；蚴?/p>

的基本單位染色體是DNA的

。（DNA的載體還有

和

等）每條染色體含有

個DNA分子每個基因含有

個脫氧核苷酸脫氧核苷酸（堿基）的

代表遺傳信息。主要載體線粒體葉綠體1個或2遺傳物質(zhì)多遺傳效應線性排列決定生物性狀成千上萬排列順序1．(2018·高考海南卷)現(xiàn)有DNA分子的兩條單鏈均只含有14N(表示為14N14N)的大腸桿菌，若將該大腸桿菌在含有15N的培養(yǎng)基中繁殖兩代，再轉(zhuǎn)到含有14N的培養(yǎng)基中繁殖一代，則理論上DNA分子的組成類型和比例分別是(

)A．有15N14N和14N14N兩種，其比例為1∶3B．有15N15N和14N14N兩種，其比例為1∶1C．有15N15N和14N14N兩種，其比例為3∶1D．有15N14N和14N14N兩種，其比例為3∶1解析：大腸桿菌14N14N在含有15N的培養(yǎng)基中繁殖，其中子一代大腸桿菌的