2019-2020学年高中生物 第四章 遗传的分子基础 第二节 DNA分子的结构和复制 苏教版必修2.doc

第二节dna分子的结构和复制1.dna分子双螺旋结构及其特点。(重点)2.dna的复制过程、结果。(重点)3dna结构和复制的相关计算。(难点)一、阅读教材p6769分析dna分子的结构1解开dna分子结构之谜(1)20世纪30年代后期：瑞典科学家们证明了dna分子是不对称的。二战后，科学家们用电子显微镜测出dna分子直径约为2 nm。(2)1951年：查哥夫发现腺嘌呤(a)的量总是等于胸腺嘧啶(t)的量，鸟嘌呤(g)的量总是等于胞嘧啶(c)的量。(3)1952年：富兰克琳采用x射线衍射技术拍摄到dna分子结构的照片，确认dna分子为螺旋结构，而不是由一条链构成。(4)1953年：沃森和克里克提出dna分子的双螺旋结构模型。dna分子的化学组成(1)基本单位：dna是一种生物大分子，它的基本组成单位是脱氧核苷酸。(2)碱基组成：腺嘌呤(a)、鸟嘌呤(g)、胞嘧啶(c)、胸腺嘧啶(t)。dna分子的结构(1)立体结构：dna分子的立体结构是双螺旋结构。(2)结构特点：由两条链组成，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。dna分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在双螺旋的外侧，构成基本骨架。dna分子两条链上的碱基，通过氢键连接成碱基对，排列在双螺旋的内侧。(3)碱基互补配对原则：a与t配对；g与c配对。a与t之间形成2个氢键，g与c之间形成3个氢键。dna结构的“五、四、三、二、一”五种元素：c、h、o、n、p；四种碱基：a、g、c、t，相应的有四种脱氧核苷酸；三种物质：磷酸、脱氧核糖、含氮碱基；两条长链：两条反向平行的脱氧核苷酸链；一种螺旋：规则的双螺旋结构。dna分子的多样性和特异性(1)多样性：碱基对排列顺序千变万化。(2)特异性：每个dna分子碱基对的特定排列顺序，构成了dna分子的特异性。5设计和制作dna分子双螺旋结构模型(1)制作原理：dna的脱氧核苷酸双链反向平行，磷酸与脱氧核糖交替连接，排列在外侧，构成基本骨架。碱基排列在内侧，碱基对通过氢键连接，碱基互补配对。(2)制作程序：设计制作计划，准备材料绘出dna模型的设计图制作若干个磷酸、脱氧核糖、碱基若干个脱氧核苷酸脱氧核苷酸链dna分子的平面结构dna分子双螺旋结构。二、阅读教材p7072分析dna分子的复制概念：以亲代dna分子为模板合成子代dna分子的过程。时间：有丝分裂间期和减数第一次分裂间期。场所：主要是细胞核。过程(1)复制方式：半保留复制。(2)复制模板：dna分子的两条链。(3)复制条件原料：游离的4种脱氧核苷酸；酶：解旋酶和dna聚合酶等；能量。意义：确保了遗传信息传递的连续性，使细胞得以增殖，使生物种族的繁衍得以延续。 判一判(1)dna的两条核糖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。()(3)两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。()(4)dna上碱基对的形成遵循碱基互补配对原则，即ac，gt。() 连一连dna分子的结构及其碱基数量关系dna分子具有规则的双螺旋结构。结合教材p6869内容完成以下探究。 探究1完善dna分子的结构层次图并思考下面问题，分析dna分子的结构(1)从dna的平面结构图中可以看出，和a配对的一定是t，和g配对的一定是c，碱基对之间靠氢键连接。其中，at之间形成2个氢键，gc之间形成3个氢键。(2)结合教材分析dna的双螺旋结构dna分子是由2条链构成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。dna分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基对排列在内侧。两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。 探究2结合模型制作情况，统计全班同学制得的模型并总结dna分子的特征(1)制得的不同的dna分子中脱氧核苷酸的数目有差异，排列顺序多种多样，说明dna分子具有多样性。(2)每一种dna分子都有特定的碱基对排列顺序，说明dna分子具有特异性。(3)通过模型观察发现：位于外侧的基本骨架一定是由磷酸和脱氧核糖交替连接形成的，不会改变；两条链间的碱基互补配对方式稳定不变。上述两点说明dna分子在空间结构上是稳定的，即dna分子具有稳定性。1dna的结构外侧内侧构成方式磷酸和脱氧核糖交替连接，两条主链呈反向平行，有规则地盘旋成双螺旋主链上对应碱基以氢键连接成对，对应碱基之间互补(at，gc)配对，碱基平面之间平行排列位置双螺旋结构外侧双螺旋结构内侧动态变化相对稳定碱基比率和碱基序列可变模型图解2.碱基比例与双链dna分子的共性及特异性(1)共性：不因生物种类的不同而不同。1；1；1。(2)特异性：的值在不同dna分子中是不同的，是dna分子多样性和特异性的表现。 突破1dna分子结构1下图为dna分子结构示意图，对该图的描述正确的是()a和相间排列，构成了dna分子的基本骨架b的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸c含腺嘌呤17%的dna比含胞嘧啶15%的dna耐热性高d在dna分子的一条单链中，相邻的碱基是通过氢键连接的解析：选c。由图可知是磷酸，是脱氧核糖，是含氮碱基胞嘧啶，磷酸和脱氧核糖交替连接构成了dna分子的基本骨架，故a错误。不是一个完整的核苷酸，应是和下面的磷酸才构成胞嘧啶脱氧核苷酸，故b错误。a和t之间是2个氢键，而c和g之间是3个氢键，含腺嘌呤17%的dna含有胞嘧啶33%，故c正确。在dna分子的一条单链中，相邻的碱基是通过脱氧核糖磷酸脱氧核糖连接的，故d错误。 突破2dna双螺旋模型的制作2如图表示某同学在制作dna双螺旋结构模型时，制作的一条脱氧核苷酸链，下列表述不正确的是()a能表示一个完整脱氧核苷酸的是图中的a或bb图中与每个五碳糖直接相连的碱基只有1个c相邻脱氧核苷酸之间通过化学键连接起来d从碱基上看，缺少的碱基是t解析：选a。图中所示a表示的是一个完整的脱氧核苷酸；图中与五碳糖直接相连的碱基只有1个；表示的是磷酸二酯键，相邻的脱氧核苷酸通过此键相连接；脱氧核苷酸中的碱基共有4种，即a、g、c、t。“三看法”判断dna分子结构的正误一看外侧链成键位置是否正确，正确的成键位置在一分子脱氧核苷酸的5号碳原子上的磷酸基与相邻核苷酸的3号碳原子之间；二看外侧链是否反向平行；三看内侧链碱基之间配对是否遵循碱基互补配对原则。 dna分子的复制及其相关计算以亲代dna分子为模板合成子代dna分子的过程称为dna分子复制。结合教材p70最后一段p72内容完成以下探究。 探究1完成科学家实验过程分析，理解dna分子的复制方式(1)0 min取样的试管中是含15n的重链带；20 min取样的试管中是含15n和14n的杂合链带，40 min取样的试管中既有含15n和14n的杂合链带又有含14n的轻链带。(2)由以上结果得出：dna复制时总是保留一条母链，新合成一条子链，这样的复制方式叫做半保留复制。 探究2完善下图，理解dna分子复制过程探究1中，随着细菌分裂次数的增多，离心后试管中所含的15n/14ndna的数量如何变化？提示：不发生变化。 突破1dna分子复制的实验分析1细菌在15n培养基中繁殖数代后，使细菌dna的含氮碱基皆含有15n，然后再移入14n培养基中培养，抽取其子代的dna经高速离心分离，下图为可能的结果，下列叙述错误的是()a第一次分裂的子代dna应为b第二次分裂的子代dna应为c第三次分裂的子代dna应为d亲代的dna应为解析：选a。dna复制是半保留复制，第一次分裂产生的子代dna都是一条链含15n，另一条链含14n，应为图；亲代的dna的两条链都含15n，应为图；一个亲代dna分裂两次后共产生4个dna，其中有两个dna只含14n，另两个dna是一条链含15n，另一条链含14n。 突破2dna复制过程2如图表示真核细胞dna复制过程的模式图，据图分析，下列相关叙述错误的是()a解旋酶能使dna双链解开，但需要消耗atpbdna分子复制的方式是半保留复制cdna分子的复制需要引物，且两条子链的合成方向是相反的d因为dna分子在复制时需严格遵循碱基互补配对原则，所以新合成的两条子链的碱基序列是完全一致的解析：选d。由图可知，从解旋酶的参与过程可以看出，解旋酶使dna双链分开，并且这个过程消耗了atp，a正确；dna复制为半保留复制，因为新合成的dna单链和对应的母链组成了新的dna分子，b正确；分析图中有引物的参与，两条子链的合成过程的方向是相反的，c正确；dna的复制中新合成的两条子链分别与母链发生碱基互补配对，说明新合成的两条子链的碱基序列不是一致的，d错误。核心知识小结网络构建关键语句1.沃森和克里克提出dna分子的双螺旋结构。2.组成dna分子的碱基有四种：腺嘌呤(a)、鸟嘌呤(g)、胸腺嘧啶(t)、胞嘧啶(c)。3.dna分子具有稳定性、特异性和多样性。4.dna分子的复制过程是边解旋边复制。5.dna分子的复制方式是半保留复制。6.dna分子的复制使遗传信息从亲代传给子代，从而确保了遗传信息的连续性。随堂检测 知识点一dna分子的结构1如图为某同学在学习dna的结构后画的含有两个碱基对的dna片段(“”代表磷酸基团)，下列为几位同学对此图的评价，其中正确的是()a甲说：“物质组成和结构上没有错误”b乙说：“只有一处错误，就是u应改为t”c丙说：“至少有三处错误，其中核糖应改为脱氧核糖”d丁说：“如果说他画的是rna双链则该图应是正确的”解析：选c。dna中含有的五碳糖应为脱氧核糖，而不是核糖，同时dna不含碱基u，而是含碱基t，a错误；图中有三处错误：五碳糖应为脱氧核糖，而不是核糖；dna不含碱基u，而是含碱基t；两个相邻核苷酸之间的磷酸二酯键连接不正确，应是前一个核苷酸的脱氧核糖与后一个核苷酸的磷酸基团连接形成磷酸二酯键，b错误，c正确；如果是rna双链，磷酸二酯键的连接不正确，d错误。2同源染色体上的dna分子之间最可能相同的是()a脱氧核苷酸的种类 b磷酸二酯键的数目c碱基对的排列顺序 d的比值解析：选a。dna分子中含有4种碱基，则脱氧核苷酸的种类是4种，a正确；等位基因上脱氧核苷酸数目不一定相同，则脱水聚合形成的磷酸二酯键的数目不一定相同，b错误；同源染色体上的dna分子中基因可能是相同基因，也可能是等位基因，所以二者碱基对排列顺序可能不同，c错误；不同dna分子中(at)/(gc)的比值可能不同，说明dna分子具有特异性，d错误。3如图为dna测序仪显示的某真核生物dna片段一条链的碱基排列顺序图片。其中图1的碱基排列顺序已经解读，其顺序是：ggttatgcgt，那么图2显示的碱基排列顺序应该是()agcttgcgtat bgatgcgttcgctagtctggct dgctgagttag解析：选b。图1为dna测序仪显示的某真核生物dna片段一条链的碱基排列顺序图片。图1的碱基排列顺序已经解读，其顺序是：ggttatgcgt，所以图中碱基序列应从下向上读，且由左至右的顺序依次是acgt，所以图2中碱基序列为：gatgcgttcg，a、c、d错误，b正确。 知识点二dna分子的复制4某亲本dna分子双链均以白色表示，以灰色表示第一次复制出的dna子链，以黑色表示第二次复制出的dna子链，该亲本双链dna分子连续复制两次后的产物是()解析：选d。dna第一次复制亲代2条白链分离到2个子代dna中，这2个子代dna各含有1条白链和1条灰链，第二次复制2个子代dna的4条母链分离到4个子代dna中，另外再合成4条新子链(黑)，这样两次复制后4个子代dna都各含1条黑链，其中2个dna分子还各含1条白链，另外2个dna分子还各含1条灰链。综上所述，d正确。5如图为真核生物染色体上dna分子复制过程示意图，有关叙述错误的是()a图中dna分子复制是从多个起点同时开始的b图中dna分子复制是边解旋边双向复制的c真核生物dna分子复制过程需要解旋酶d真核生物的这种复制方式提高了复制速率解析：选a。从图中可以看出有多个复制起点，但由于复制环的大小不同，所以复制起始的时间有先有后。dna分子复制是边解旋边双向复制的，真核生物dna分子复制过程需要解旋酶、dna聚合酶等酶的参与。这种半保留复制的模式不仅保持前后代的稳定性，而且每次复制都可产生两个dna分子，提高了复制效率。6下面图甲中dna分子有a和d两条链，将图甲中某一片段放大后如图乙所示，结合所学知识回答下列问题：(1)从图甲可看出dna复制的方式是_。(2)图甲中，a和b均是dna分子复制过程中所需要的酶，其中b能将单个的脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链，从而形成子链；则a是_酶，b是_酶。(3)图甲过程在根尖分生区细胞中进行的场所有_。(4)图乙中，7是_。dna分子的基本骨架由_交替连接而成；dna分子两条链上的碱基通过_连接成碱基对，并且遵循_原则。解析：(1)亲代dna的两条母链a链和d链分别作为模板链，按照碱基互补配对原则生成新子链b链和c链，这样子代dna各含有亲代dna一条链，为半保留复制。(2)dna复制需要解旋酶将双链解旋提供模板链。a为解旋酶，b为dna聚合酶将单个的脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链，从而形成子链。(3)根尖分生区细胞的dna主要位于细胞核，线粒体也含有少量dna，都可以进行甲过程。(4)图乙中，7是dna基本单位胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸，dna分子的基本骨架由磷酸和脱氧核糖交替连接而成；dna分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且遵循碱基互补配对原则。答案：(1)半保留复制(2)解旋dna聚合(3)细胞核、线粒体(4)胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸磷酸与脱氧核糖氢键碱基互补配对课时作业一、选择题11953年watson和crick构建了dna双螺旋结构模型，其重要意义在于()证明dna是主要的遗传物质确定dna是染色体的组成成分发现dna如何储存遗传信息为dna复制机制的阐明奠定基础abc d解析：选d。证明dna是遗传物质的实验是肺炎双球菌的体外转化实验和噬菌体侵染细菌的实验，由于绝大多数生物的遗传物质是dna，因此dna是主要的遗传物质，错误，排除a项；watson和crick构建dna双螺旋结构模型时没有从染色体中提取dna，也不涉及蛋白质等其他成分，故不能确定dna是染色体的组成成分，错误，排除b、c两项；dna的双螺旋结构模型揭示了dna的构成，其遗传信息储存在4种碱基的排列顺序之中，并且指出了dna两条链上的碱基遵循碱基互补配对原则，为dna复制机制的阐明奠定了基础，故正确。2某同学制作一dna片段模型，现准备了10个碱基t的塑料片，8个碱基a的塑料片，30组脱氧核糖和磷酸的塑料片，那么还需准备碱基c的塑料片数目是()a14 b8c7 d16解析：选c。因为30组脱氧核糖和磷酸塑料片可制成含15个碱基对的dna分子模型，而该同学已准备了10个碱基t的塑料片，8个碱基a的塑料片，这样仅能构成8个at碱基对，剩下的7个碱基对若全为gc碱基对，则还需要准备g、c碱基塑料片各7片。3如图所示，b是由1分子磷酸、1分子碱基和1分子a构成的化合物，下列叙述正确的是()a若m为腺嘌呤，则b肯定为腺嘌呤脱氧核苷酸b在禽流感病原体、幽门螺杆菌体内b均为4种c在人体细胞质中，b只有4种d若a为脱氧核糖，则由b构成的核酸完全水解，得到的化合物最多有6种解析：选d。若m为腺嘌呤，则b为腺嘌呤脱氧核苷酸或腺嘌呤核糖核苷酸，故a错误；禽流感病原体为病毒，其内b有4种，幽门螺杆菌为原核生物，细胞中的b有8种，故b错误；人体细胞质中存在dna和rna，所以b有8种，故c错误；若a为脱氧核糖，则b为脱氧核苷酸，由脱氧核苷酸构成的dna完全水解得到：a、t、c、g四种碱基、磷酸和脱氧核糖，故d正确。4下列关于dna结构的叙述中，错误的是()a大多数dna分子由两条核糖核苷酸长链盘旋而成为螺旋结构b外侧是由磷酸和脱氧核糖交替连接构成的基本骨架，内侧是碱基cdna两条链上的碱基间以氢键相连，且a与t配对，c与g是配对ddna的两条链反向平行解析：选a。绝大多数dna分子由两条脱氧核苷酸长链盘旋而成为双螺旋结构，而不是由核糖核苷酸长链盘旋而成。5不同的基因携带不同的遗传信息的原因不包括()a(at)/(gc)的值不同b磷酸和核糖排列顺序不同c碱基对的排列顺序不同d脱氧核苷酸的排列顺序不同解析：选b。不同的基因中的脱氧核苷酸(或碱基对)的排列顺序不同，不同的排列顺序代表的遗传信息不同；不同的基因中at/gc的值不同；不同的基因中都是脱氧核糖和磷酸交替连接构成其基本骨架，所以b错误。6如图表示dna复制的过程，结合图示分析下列有关叙述，错误的是()adna复制过程中首先需要解旋酶破坏dna双链之间的氢键，使两条链解开bdna分子的复制具有双向复制的特点c从图示可知，dna分子具有多起点复制的特点，缩短了复制所需的时间ddna分子的复制需要dna聚合酶催化合成子链解析：选c。从图中无法获得有关dna分子多起点复制的信息，c项错误。7在dna复制开始时，将大肠杆菌放在含低剂量3h标记的脱氧胸苷(3hdt)的培养基中，3hdt可掺入正在复制的dna分子中，使其带有放射性标记。几分钟后，将大肠杆菌转移到含高剂量3hdt的培养基中培养一段时间。收集、裂解细胞，抽取其中的dna进行放射性自显影检测，结果如图所示。据图可以作出的推测()a复制起始区在高放射性区域 bdna复制为半保留复制cdna复制从起始点向两个方向延伸 ddna复制方向为ac解析：选c。根据题干信息：dna复制开始时，先将大肠杆菌放在含低剂量3h标记的脱氧胸苷(3hdt)的培养基中，几分钟后，再转移到含高剂量3hdt的培养基中培养一段时间，结果如图，可得出复制起始区在低放射性区域，a错误；中间为低放射性区域，两边为高放射性区域，说明dna复制从起始点向两个方向延伸，c正确；而根据放射性自显影检测无法得出dna复制为半保留复制，b错误；dna复制方向为abc，d错误。8下列与真核细胞内dna分子复制的有关叙述，正确的是()a复制过程中先全部解旋，再半保留复制b复制过程主要发生在有丝分裂前期cdna连接酶催化两个游离的脱氧核苷酸之间的连接d复制后两个子代dna分子的碱基序列一般相同解析：选d。复制过程中是边解旋边复制，形成的子代dna含有亲代dna分子的一条链为半保留复制，a错误；复制的时间是有丝分裂的间期和减数第一次分裂的间期，b错误；dna连接酶是在两个dna片段之间形成磷酸二酯键，c错误；复制后两个子代dna分子的碱基序列一般相同，d正确。9如果把人的精原细胞核中的46个dna分子用15n标记，此细胞在不含标记的环境中依次经过1次有丝分裂和1次减数分裂，则下列相关描述正确的是()a在有丝分裂的后期，含有放射性的染色体有92条b在减数第一次分裂后期，一个初级精母细胞中含有放射性的dna有92个c在减数第二次分裂中期，一个次级精母细胞中含放射性的dna是46个d形成的8个精细胞中，含有放射性的细胞最少占25%解析：选a。精原细胞中每个dna都有15n，根据半保留复制可知，有丝分裂后期产生的92个dna分子都有15n，a正确；经过有丝分裂产生的子细胞中，每个dna都有放射性，但每个dna只有一条链有放射性，因此减数第一次分裂后期，形成的46条染色体都有放射性，其中46个dna有放射性，另外46个dna没有，b错误；减数第二次分裂一个次级精母细胞中含放射性的dna只有23个，c错误；减数分裂产生的8个细胞中，至少有4个有放射性，占1/2，d错误。10双脱氧核苷酸常用于dna测序，其结构与脱氧核苷酸相似，能参与dna的合成，且遵循碱基互补配对原则。dna合成时，在dna聚合酶作用下，若连接上的是双脱氧核苷酸，子链延伸终止；若连接上的是脱氧核苷酸，子链延伸继续。在人工合成体系中，有适量的序列为gtacatacatg的单链模板、胸腺嘧啶双脱氧核苷酸和4种脱氧核苷酸。则以该单链为模板合成出的不同长度的子链最多有()a2种 b3种c4种 d5种解析：选d。胸腺嘧啶与腺嘌呤配对，模板链中有4个腺嘌呤，任何一个腺嘌呤都有可能与胸腺嘧啶双脱氧核苷酸配对而使子链终止，再加上不与双脱氧核苷酸配对的一种，不同长度的子链最多有5种。11把培养在含轻氮(14n)环境中的细菌转移到含重氮(15n)的环境中培养相当于繁殖一代的时间，然后放回原来的环境中培养相当于连续繁殖两代的时间后，分析细菌dna分子组成，则下列选项正确的是()选项dna分子轻氮型中间型重氮型a3/41/4b1/43/4c1/21/2d1/21/2解析：选a。细菌繁殖一代后，dna分子为中间型，连续繁殖两代后，形成的8个dna分子中，中间型有2个，占1/4；轻氮型有6个，占3/4。12流式细胞仪可根据细胞中dna含量的不同对细胞分别计数。研究者用某抗癌物处理体外培养的癌细胞。24小时后用流式细胞仪检测，结果如图。对检测结果的分析错误的是()ab峰中细胞的dna含量是a峰中的2倍ba峰和b峰之间的细胞正进行dna复制c处于分裂期的细胞均被计数在a峰中d此抗癌药物抑制了癌细胞dna的复制解析：选c。由图可知，在b峰中细胞的dna含量为80，而a峰中细胞的dna含量为40；在a峰与b峰之间细胞内的dna在逐渐加倍，所以正进行着dna分子的复制；通过实验组和对照组中，b峰细胞的数量可以看出，实验组中进行dna复制的癌细胞数量明显减少，则说明该药物对癌细胞dna复制有抑制作用；在细胞分裂期中前、中、后三个时期的细胞应位于b峰，而末期的细胞应位于a峰处，c项错误。二、非选择题13如图是dna片段的结构图，请据图回答：(1)图甲是dna片段的_结构，图乙是dna片段的_结构。(2)填出图中部分结构的名称：2_，3_，5_。(3)从图中可以看出dna分子中的两条链是由_和_交替连接构成的。(4)连接碱基对的化学键是_，碱基配对的方式如下：即_与_配对；_与_配对。(5)从图甲可以看出组成dna分子的两条链的方向是_的，从图乙可以看出组成dna分子的两条链相互缠绕成_结构。解析：(1)从图中可以看出：图甲表示的是dna分子的平面结构，而图乙表示的是dna分子的立体(空间)结构。(2)图中2表示的是一条脱氧核苷酸单链片段，3表示脱氧核糖，而5表示的是腺嘌呤脱氧核苷酸。(3)从图甲的平面结构可以看出