全程复习方略2014版高中生物 第三章 第二三节 dna的分子结构和特点 遗传信息的传递课件 浙科版必修

第二、三节 DNA的分子结构和特点 遗传信息的传递,一、DNA的分子结构 1.DNA双螺旋结构模型的构建者 _。 2.DNA的化学组成 (1)DNA的基本单位:_。 (2)写出图中各部分结构的名称: _;_;_。,沃森和克里克,脱氧核苷酸,磷酸,脱氧核糖,碱基,3.平面结构 (1)基本骨架:_、_交替连接而成的反向平行长链。 (2)内侧:遵循_原则。 (3)碱基对的种类:_。 4.空间结构 _。,磷酸,脱氧核糖,碱基互补配对,A=T(或T=A)、GC(或CG),规则的双螺旋结构,5.DNA分子的结构层次 组成元素:_ 组成化合物:_、磷酸、含氮碱基(A、G、C、T) 组成的基本单位:4种_ 一级结构:一般为_条脱氧核苷酸聚合链,少数为单链 (编码并储存遗传信息) 空间结构:多为_结构,C、H、O、N、P,脱氧核糖,脱氧核苷酸,两,双螺旋,二、DNA的复制 1.概念 是产生两个跟亲代DNA完全相同的_的过程。 2.时间 有丝分裂间期和_。 3. 条件,新DNA分子,减数第一次分裂前的间期,模板:_ 原料:细胞核中_ 能量:ATP 酶:解旋酶、_等,解旋后两条母链,游离的4种脱氧核苷酸,DNA聚合酶,4.过程 (1)解旋:在_的作用下,把两条螺旋的双链解开。 (2)合成子链:以解开的母链为模板,按_原则, 合成子链。 (3)形成新的DNA分子:每一条子链与其对应的母链盘绕成双 螺旋结构,形成两个新的DNA分子。 5.结果 一个DNA分子经复制产生两个_的子代DNA分子。,解旋酶,碱基互补配对,完全相同,1.DNA的两条核糖核苷酸链反向平行盘旋成双螺旋结构。( ) 【分析】对DNA空间结构认识不清,应是两条脱氧核苷酸链反向 平行盘旋成双螺旋结构。,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。( ) 【分析】磷酸、脱氧核糖交替连接,排列在外侧,构成DNA双螺 旋结构的基本骨架。,3.一段DNA无论有多长,游离的磷酸基团只有两个。( ) 【分析】DNA的两条单链各有一个游离的磷酸基团,但两者所处 的位置正好相反。,4.(2011海南T25D)真核细胞染色体DNA的复制发生在有丝分裂 前期。( ) 【分析】真核细胞染色体DNA的复制发生在有丝分裂的间期或 减数第一次分裂前的间期,不是有丝分裂前期。,5.含GC多的DNA比含A=T多的DNA更稳定。( ) 【分析】A=T只含两个氢键,而GC由于含三个氢键,稳定性更 高,所以含GC多的DNA更稳定。,6.正常情况下,一个DNA分子复制形成的一个子代DNA分子中模 板链与另一个子代DNA分子中新合成的子链碱基序列完全相同。 ( ) 【分析】正常情况下,在DNA分子复制后,一个子代DNA分子中模 板链与另一个子代DNA分子中新合成的子链碱基序列完全相同。 特殊情况下,由于外界因素和生物内部因素的作用,可能造成碱 基互补配对发生差错,引起基因突变。,考点 一 DNA分子的结构 1.DNA分子结构模式图信息解读,(1)基本结构脱氧核苷酸: 由磷酸、脱氧核糖、含氮碱基组成,三者之间的数量关系为 111。 磷酸:每个DNA片段中,游离的磷酸基团有2个。 (2)水解产物:DNA的初步水解产物是脱氧核苷酸,彻底水解产物 是磷酸、脱氧核糖和含氮碱基。 (3)DNA分子中存在的化学键: 氢键:碱基对之间的化学键,可用解旋酶断裂,也可加热断裂。 磷酸二酯键:磷酸和脱氧核糖之间的化学键,用限制性核酸内 切酶处理可切断,用DNA连接酶处理可连接。,2.DNA分子的结构特点 (1)稳定性:外侧的磷酸基团和脱氧核糖相间排列比较稳定;内侧的碱基对通过氢键连接。 (2)多样性:由碱基对的排列顺序的多样性决定。 (3)特异性:每一个特定的DNA分子都有自己特定的碱基对排列顺序。,【高考警示】 在DNA分子的一条单链中相邻的碱基A与T通过什么连接? 正确答案:脱氧核糖磷酸脱氧核糖。 错误答案:氢键。 分析:由于思维定式,看到“A与T连接”就想到氢键,实际上DNA分子两条单链上的碱基A与T通过氢键连接,一条单链中相邻的碱基A与T通过“脱氧核糖磷酸脱氧核糖”连接。,【典例1】(2013大同模拟)有关DNA分子结构的叙述,正确 的是( ) A.DNA分子由4种核糖核苷酸构成 B.DNA单链上相邻碱基以氢键连接 C.碱基与磷酸相连接 D.磷酸与脱氧核糖交替连接构成DNA链的基本骨架,【解析】选D。本题考查DNA分子的结构,意在考查对DNA分子的化学组成和空间结构的理解。DNA双链中两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。DNA中应是磷酸与脱氧核糖交替连接。,【变式训练】下列能正确表示DNA片段示意图的是( ) 【解析】选D。本题考查的知识点有:DNA分子的两条长链是反向平行的,而不是B选项中同向的(依据两条链中脱氧核糖分析);DNA中存在T,不存在U,可排除A选项;A与T之间形成两个氢键,G与C之间形成三个氢键,G与C含量多的DNA分子相对更加稳定,因此可排除C选项。,考点二 DNA的复制 1.复制的方式 (1)研究DNA复制的常用方法: 同位素示踪法和离心法,常标记3H、15N、32P,通过离心在试管中形成不同位置。 (2)实验证据: 时间:1958年。 材料:大肠杆菌。 方法:同位素示踪法。,步骤: 第一步:用15N标记的NH4Cl培养液培养大肠杆菌,获得15N-15N-DNA。 第二步:将大肠杆菌转移到含14N的普通培养液中培养。 第三步:在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA。 第四步:将提取的DNA进行离心,记录离心后试管中DNA的位置。,结果:出现三种情况: 第一种:立即取出提取DNA离心全部重带(15N-15N-DNA)。 第二种:繁殖一代后取出提取DNA离心全部中带(14N-15N-DNA)。 第三种:繁殖两代后取出提取DNA离心1/2轻带、1/2中带。 结论:DNA的复制是以半保留复制的方式进行的。,2.复制的场所 主要场所是细胞核,但在拟核、线粒体、叶绿体、细胞溶胶(如质粒)中也可进行DNA复制。 3.DNA复制的过程,4.影响DNA复制的条件 在DNA复制的过程中,需要酶的催化和ATP供能,凡是影响酶活性的因素和影响细胞呼吸的因素,都会影响DNA的复制。 5.DNA复制过程中遗传物质的变化 (1)一般情况下遗传物质不发生变化,其原因在于: DNA双螺旋结构为复制提供精确模板。 碱基互补配对原则保证了复制的准确性。 (2)偶然情况下也会出现复制差错,导致基因突变,从而为进化提供原材料。,6.DNA的半保留复制特点 新合成的每个DNA分子中,都保留了原来DNA分子中的一条链(模板链)。,【思维拓展】 由DNA复制可联想到的知识 (1)DNA复制与细胞周期的关系: 间期进行DNA复制,DNA复制时间的长短可影响细胞周期的长短。 (2)DNA复制与基因突变的联系: DNA复制一般是准确无误的,但有时由于内外环境因素的影响,DNA复制也会发生差错而导致基因突变。,【拓展延伸】 DNA分子复制的特点 由图可知DNA分子复制的特点是: (1)多个复制起点不同时开始复制。 (2)双向复制。 (3)边解旋边复制。 (4)半不连续复制,形成单链片段需DNA连接酶拼接。 (5)半保留复制。,【典例2】下列关于DNA分子复制的叙述中,正确的是 ( ) A.DNA分子在解旋酶的作用下,水解成脱氧核苷酸 B.DNA独特的双螺旋结构及碱基互补配对原则与DNA准确复制无关 C.解旋后以一条母链为模板合成两条新的子链 D.一条母链和一条子链形成一个新的DNA分子,【解析】选D。本题主要考查DNA分子的复制过程。在复制过程中,解旋酶打开连接两条脱氧核苷酸长链的氢键,这样每条母链都作模板,按照碱基互补配对原则,以脱氧核苷酸为原料,分别合成两条子链,合成后每条子链与其模板母链螺旋盘绕成新的双螺旋结构,分别形成两个新的子代DNA分子。在DNA复制过程中DNA独特的双螺旋结构及碱基互补配对原则,保证了DNA分子复制准确无误地进行。,【变式训练】当牛的精原细胞进行DNA复制时,细胞中不可能发生的是( ) A.基因重组 B.DNA解旋 C.基因突变 D.蛋白质合成 【解析】选A。基因重组包括交叉互换(减数第一次分裂前期)和非同源染色体的自由组合(减数第一次分裂后期),在间期不可能发生基因重组。,考点三 DNA分子复制问题的有关计算 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:,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)个。 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m(2n-1)个。 (2)第n次复制所需该脱氧核苷酸数为m2n-1个。 4.复制出现异常的结果 DNA复制过程中其中一条链发生差错,复制n代后,发生突变的DNA占全部DNA数的50%。,【高考警示】 莫混淆“经过n次复制”和“第n次复制” (1)经过n次复制是指复制了n次;而第n次复制,仅指第n次这一次复制。 (2)二者公式有差别,在计算时要注意题目中的关键词。,考查角度1 DNA复制过程中消耗的碱基数量 【典例3】某DNA分子含m对碱基,其中腺嘌呤有a个。下列有关 此DNA分子在连续复制时所需的胞嘧啶脱氧核苷酸数目的叙述 中,正确的是( ) A.复制3次时,需要(m-a)个 B.在第二次复制时,需要(m-a)个 C.在第n次复制时,需要2n-1(m-a)个 D.在n次复制过程中,总共需要2n(m-a)个,【解析】选C。双链DNA分子中,胞嘧啶脱氧核苷酸数目为(m-a);在第二次复制时,需要胞嘧啶脱氧核苷酸2(m-a)个;在n次复制过程中,总共需要胞嘧啶脱氧核苷酸(2n-1)(m-a)个。,【变式训练】某DNA分子共有a个碱基,其中含胞嘧啶m个,则 该DNA分子复制3次需要游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数应为多 少( ) A.7(a-m) B.8(a-m) C.7(a/2-m) D.8(2a-m) 【解析】选C。第一步计算出该DNA分子中胸腺嘧啶脱氧核苷 酸的数目:C+T=a/2,C=m,所以T=a/2-m;第二步计算出连续复 制3次所需的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目:(23-1)(a/2-m) =7(a/2-m)。,考查角度2 DNA复制时被标记染色体占的比例 【典例4】假定某高等生物体细胞的染色体数是10条,其中染色体中的DNA用3H-胸腺嘧啶标记,将该体细胞放入不含有3H的培养液中连续培养2代,则在形成第2代细胞的有丝分裂后期,没有被标记的染色体数为( ) A.5条 B.40条 C.20条 D.10条,【解析】选D。根据DNA分子的半保留复制特点,用3H标记的DNA分子,在不含3H的培养液中培养了第一代后,则每个细胞的每条染色体上的DNA分子中均含有一条单链是没有被标记的,而在产生第2代细胞的过程中,10条染色体经复制形成20条姐妹染色单体,其中一半染色单体的DNA是含有标记的,另一半染色单体是没有被标记的,则在有丝分裂后期形成的20条染色体中,有10条染色体没有被标记。,【互动探究】(1)形成第1代细胞的有丝分裂后期,被标记的染色体有几条? 提示:20条。由图示可知染色体全部被标记。 (2)上题中若是形成第2代细胞的有丝分裂中期,没有被标记的染色体数为几条? 提示:0条。着丝粒尚未分裂。,【变式训练】(2013丹东模拟)果蝇的体细胞含有8条染色体。现有一个果蝇体细胞,它的每条染色体的DNA双链都被32P标记。如果把该细胞放在不含32P的培养基中培养,使其连续分裂,那么将会在第几次细胞分裂中出现每个细胞的中期和后期都有8条被标记的染色体( ) A.第1次 B.第2次 C.第3次 D.第4次,【解析】选B。DNA复制特点是半保留复制。进行第1次分裂后形成的子代DNA中,DNA的两条链只有一条有32P标记。当进行第2次分裂时,DNA再次复制,子代DNA中只有一半有32P标记,分裂中期,共有8条染色体,每条染色体都有32P标记的DNA链;而后期,着丝粒分裂,形成16条染色体,则其中只有8条有32P标记。,DNA分子中碱基的计算方法 【典例】已知某双链DNA分子中,G与C之和占全部碱基总数的34%,其一条链中的T与C分别占该链碱基总数的32%和18%,则在它的互补链中,T和C分别占该链碱基总数的 ( ) A.34%和16% B.34%和18% C.16%和34% D.32%和18%,【解析】选A。 如图所示,设该DNA分子的两条链分别为1链和2链,双链DNA分子中,G与C之和占全部碱基总数的34%,则A+T=66%,又因为双链DNA分子中,互补配对的两种碱基之和占整个DNA分子比例和每条链中的比例相同,因此A1+T1=66%,G1+C1=34%,又因为T1与C1分别占该链碱基总数的32%和18%,则A1=66%-32%=34%,G1=34%-18%=16%,根据DNA分子的碱基互补配对关系,所以T2=A1=34%,C2=G1=16%。,【方法归纳】根据卡伽夫法则,在双链DNA分子中各种碱基之间存在一定的数量关系,而且有一定的规律,从以下三个方面归纳: (1)嘌呤总数与嘧啶总数的规律: 双链DNA中,由于A=T,G=C,则A+G=T+C,即嘌呤总数与嘧啶总数相等。,(2)互补碱基之和规律: 在双链DNA分子中,互补碱基之和所占比例在任意一条链及整 个DNA分子中都相等。 设双链DNA分子的两条链,分别是L、M,其中的一条链上AL+TL=n%,因为AL=TM,AM=TL,则:AL+TL=AM+TM=n%。所以A+T=(AL+AM+TL+TM)/2= =n%。 简记为“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等”。,(3)非互补碱基之和规律: 单链之间倒数:双链DNA分子中，非互补碱基之和所占 比例在两条互补链中互为倒数。 设双链DNA分子中，一条链上: 则: 互补链上 整个DNA分子中“1” 整个DNA分子中，非互补碱基之和为1，即:(AG)/(TC)=1。,【易错提醒】有关碱基计算的两个注意点 (1)运用碱基互补配对原则解决碱基比例问题时,应注意题中所给的和所求的碱基比例是占整个DNA分子的比例,还是占其中一条链的比例。 (2)运用碱基互补配对原则解决碱基比例问题时,应熟练掌握在双链DNA分子中,不配对的两种碱基之和占碱基总数的一半。 (3)上述所涉及的关系是针对双链DNA而言的,单链DNA无上述关系。,【变式训练】(2013赣州模拟)某双链DNA分子中,G+C之和 占全部碱基的35.8%,一条链的A和C分别占该链碱基总数的 32.9%和17.1%,则它的互补链中A和C分别占所在单链碱基总 数的( ) A.32.9%和17.1% B.31.3%和18.7% C.18.7%和31.3% D.17.2%和32.9% 【解析】选B。因为该DNA分子中G+C=35.8%,则该DNA分子中A+T=64.2%,且一条链中G+C、A+T之和占该链碱基总数分别为35.8%和64.2%。已知一条链中A、C分别占32.9%和17.1%,则该链中T、G分别占31.3%和18.7%,也就对应互补链中A、C所占的比例。,1.如图是四位同学自制的DNA结构模型,其中最准确的是( ),【解析】选B。DNA分子的基本结构单位是脱氧核苷酸,每分子的脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子的脱氧核糖和一分子的含氮碱基组成,磷酸是连接在脱氧核糖的第五位碳原子上,碱基是连接在第一位碳原子上。脱氧核苷酸之间是通过磷酸二酯键相连的,一个脱氧核苷酸分子的磷酸与另一个脱氧核苷酸分子的脱氧核糖形成磷酸二酯键。,2.已知一段双链DNA中碱基的对数和腺嘌呤的个数,能否知道 这段DNA中4种碱基的比例和(A+C)(T+G)的值( ) A.能 B.否 C.只能知道(A+C)(T+G)的值 D.只能知道4种碱基的比例,【解析】选A。因为A=T,知道腺嘌呤(A)的个数,就知道了T的个数,又知道总的碱基数,可以推算出G和C(因为G=C)的个数,从而计算出A、T、C、G的比例。在DNA双链中(A+C)(T+G)的值是固定的,为1。,3.现将含有两对同源染色体且核DNA都已用32P标记的一个细 胞,放在不含32P的培养基中培养,若该细胞连续进行4次有丝 分裂,则含32P的子细胞数量最少和最多分别是(不考虑交叉互 换)( ) A.2个、16个 B.2个、8个 C.4个、8个 D.4个、16个 【解析】选B。4个被32P标记的DNA,经复制4次后产生64个子代DNA,其中有8个DNA被32P标记;按自由组合原则,被32P标记的8个DNA最少可以全部分到2个细胞中,最多可分到8个细胞中,则含32P的子细胞数量最少和最多分别是2个和8个。,4.一个DNA分子的一条链上,腺嘌呤比鸟嘌呤多40%,两者之和 占DNA分子碱基总数的24%,则该DNA分子的另一条链上,胸腺 嘧啶占该链碱基数目的( ) A.28% B.24% C.14% D.44% 【解析】选A。已知A1+G1=(A+G+T+C)24%,A1=140%G1,所以 G1=10%(A+G+T+C),则A1=14%(A+G+T+C),又由于A1=T2,A2+T2 +C2+G2= (A+T+G+C),所以T2=28%(A2+T2+G2+C2)。,5.如图表示DNA分子复制的片段,图中a、b、c、d表示各条脱 氧核苷酸链。一般地说,下列各项中正确的是( ) A.a和c的碱基序列互补,b和c的碱基序列相同 B.a链中(A+C)/(G+T)的比值与d链中同项比值相同 C.a链中(A+T)/(G+C)的比值与b链中同项比值相同 D.a链中(G+T)/(A+C)的比值与c链中同项比值不同,【解析】选C。DNA复制的特点是半保留复制，b链是以a链为模 板合成的，a链和b链合成一个子代DNA分子。a链中 等于 b链中 。,6.如图为DNA分子的平面结构,虚线表示碱基间的氢键。请据图回答: (1)从主链上看,两条单链 平行;从碱基关系看,两条单链 。,(2) 和 相间排列,构成了DNA分子 的基本骨架。 (3)图中有 种碱基, 种碱基对。 (4)含有200个碱基的某DNA片段中碱基间的氢键共有260个。 请回答: 该DNA片段中共有腺嘌呤 个,C和G构成的碱基对 共 对。 在DNA分子稳定性的比较中, 碱基对的比例 越高,DNA分子稳定性越高。,【解析】(1)从主链上看,两条单链是反向平行的;从碱基关系看,两条单链遵循碱基互补配对原则。 (2)脱氧核糖与磷酸交替连接排列在外侧,构成DNA分子的基本骨架。 (3)图中涉及4种碱基,4种碱基之间的配对方式有两种,但碱基对的种类有4种,即A-T,T-A,G-C,C-G。 (4)假设该DNA片段只有A、T两种碱基,则200个碱基,100个碱基对,含有200个氢键,而实际上有260个氢键,即G-C和C-G碱基对共60个,所以该DNA中腺嘌呤数为(200-260)2=40个。由于G与C之间有三个氢键,A与T之间有两个氢键,因此,G与C构成的碱基对的比例越