高三生物基础复习 第三单元 DNA分子的结构、复制和与基因的关系课件 新人教版必修2.ppt

2020 4 9 第三单元dna分子的结构 复制和与基因的关系 2020 4 9 第19讲 考点整合 脱氧核苷酸 五碳糖 脱氧核糖 含氮碱基 2020 4 9 双螺旋结构模型 2020 4 9 氢键形成碱基对 具有稳定的直径 a t g c 2020 4 9 反向平行 碱基 2020 4 9 大肠杆菌 同位素示踪法 半保留复制 2020 4 9 碱基互补配对 双螺旋结构 间期 减数分裂第一次分裂 两条母链 atp 解旋酶 2020 4 9 边解旋边复制 双螺旋结构 碱基互补配对原则 2020 4 9 遗传效应 遗传信息 特定的排列 dna 2020 4 9 探究点一dna分子的结构 第19讲 要点探究 1 dna分子的化学组成 1 组成元素 c h o n p 2 基本组成单位 脱氧核苷酸 每个脱氧核苷酸分子均含一分子磷酸 一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基 不同的脱氧核苷酸分子只有含氮碱基不同 含氮碱基的种类是四种 a 腺嘌呤 g 鸟嘌呤 c 胞嘧啶 t 胸腺嘧啶 据此脱氧核苷酸分为腺嘌呤脱氧核苷酸 鸟嘌呤脱氧核苷酸 胞嘧啶脱氧核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸四种 脱氧核苷酸结构如图 2020 4 9 3 dna分子是由许多个脱氧核苷酸通过聚合方式相互连接形成脱氧核苷酸长链 脱氧核苷酸之间通过形成磷酸二酯键连接 每个dna分子含两条脱氧核苷酸长链 2020 4 9 2 dna双螺旋结构模型 见图19 3 1953年 美国生物学家沃森和英国物理学家克里克提出dna分子的双螺旋结构学说 其主要内容是 1 dna分子是由两条链组成的 这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构 2020 4 9 2 dna分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接 排列在外侧 构成骨架 碱基排列在内侧 3 两条长链上的碱基通过氢键连接成碱基对 按碱基互补配对原则形成碱基对 即a与t配对 g与c配对 3 碱基互补配对原则 2020 4 9 2020 4 9 2020 4 9 4 dna分子的结构特点 1 稳定性 dna分子的稳定型主要表现在两个方面 一是基本骨架 外侧的磷酸和脱氧核糖相间排列 比较稳定 二是内侧的碱基对通过氢键连接 2 多样性 dna分子的多样性是由碱基对的排列顺序的多样性决定的 n个碱基对可以构成4n种dna分子 2020 4 9 3 特异性 dna分子的特异性是指每一个特定的dna分子都有自己特定的碱基对排列顺序 控制特定性状的dna分子中碱基排列顺序是稳定不变的 如控制合成唾液淀粉酶的基因中 不论是哪个人 这段dna分子中碱基排列顺序是稳定不变的 说明 1 从碱基对比例的角度看 决定dna分子特异性的是a t g c 2 a t间有两个氢键 g c间有三个氢键 所以g c的比例越高 dna分子越稳定 2020 4 9 3 核苷酸形成dna或者rna时要脱去水分子 n个核苷酸形成dna双链时脱去 n 2 个水 在形成单链rna时 脱去 n 1 个水 4 dna分子多样性和差异性主要表现在碱基的排列顺序千变万化上 而不是核苷酸和碱基的种类 若一dna分子由n个碱基对构成 则可代表的遗传信息有4n种 注 n是碱基对的数量 2020 4 9 例1 2010 长沙模拟 图19 4是四位同学制作的dna分子结构模型 其中正确的是 b 2020 4 9 解析 构成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 d错 脱氧核苷酸之间是通过磷酸二酯键相联系的 一个分子的脱氧核苷酸的磷酸基与另一个脱氧核苷酸分子的脱氧核糖 第三个碳原子上基团 形成磷酸二酯键 a c错 2020 4 9 点评 本题要求学生掌握dna分子中磷酸和脱氧核糖的连接方式 帮助学生理解dna双螺旋结构模型 下面的变式题主要考查dna 基因 染色体之间的关系 2020 4 9 变式题下列有关染色体 dna 基因 脱氧核苷酸的说法 不正确的是 a 在dna分子结构中 与脱氧核糖直接相连的一般是一个磷酸基和一个碱基b 基因是具有遗传效应的dna片段 一个dna分子上可含有成百上千个基因c 一个基因含有许多个脱氧核苷酸 基因的特异性是由脱氧核苷酸的排列顺序决定的d 染色体是dna的主要载体 一条染色体上含有1个或2个dna分子 a 2020 4 9 解析 在单独存在的脱氧核苷酸中 与脱氧核糖直接相连的一个磷酸基和一个碱基 但是在dna分子中与脱氧核糖相连的是一个碱基和两个磷酸基 所以a错 2020 4 9 探究点二有关dna分子的复制和计算 1 dna分子复制的概念dna分子复制指的是以亲代dna分子为模板来合成子代dna的过程 dna分子的复制实质上是遗传信息的复制 2 dna复制的时间 场所 1 细胞核中的dna复制细胞核中dna复制的场所都是在细胞核中 无丝分裂中dna分子复制发生在无丝分裂之前 有丝分裂中dna复制的时间是有丝分裂间期 减数分裂中dna的复制时间是减数第一次分裂前的间期 2020 4 9 2 细胞质中的dna复制细胞质中的dna复制主要指线粒体和叶绿体中的dna分子复制 这些dna分子复制的时间不固定 3 原核生物 主要在拟核 病毒 在活的宿主细胞内 3 dna复制的过程 边解旋边复制 图19 5 2020 4 9 2020 4 9 1 解旋提供准确模板 亲代dna在解旋酶的作用下 把两条螺旋的双链解开 形成两条母链 模板链 解旋是使两条链之间的氢键断裂 需atp提供能量 2 合成互补子链 以解开的两条母链为模板 以周围环境中游离的脱氧核苷酸为原料 在dna聚合酶的作用下 按照碱基互补配对原则 合成与母链互补的两条子链 3 子母链结合形成新dna分子 在dna聚合酶的作用下 随着解旋过程的进行 新合成的子链不断地延伸 同时每条子链与其对应的母链互相盘绕成双螺旋 解旋完即复制完 形成新的dna分子 这样一个dna分子就形成了两个完全相同的dna分子 2020 4 9 4 dna分子复制的基本条件 1 模板 解旋后的dna分子的两条单链 2 原料 周围游离的脱氧核苷酸 3 能量 atp水解提供 4 酶 指一个完整的酶系统 包括很多种酶 如dna解旋酶 dna聚合酶等 除了以上的条件外 还需相对稳定的细胞内部条件以保证酶的活性 如 一定的温度 ph等 5 dna复制的特点 1 边解旋边复制 2020 4 9 2 半保留复制 即在子代双链中 有一条是亲代原有的链 另一条 子链 则是新合成的 保留了亲代dna分子的一半 其中一条链 6 dna复制结果 一个亲代dna分子形成了两个完全相同的子代dna分子 7 dna复制的意义 dna分子通过复制 使遗传信息从亲代传给子代 保持了遗传信息的连续性 8 dna分子复制的准确性取决于 1 dna独特的双螺旋结构 为复制提供了精确的模板 2020 4 9 2 严格按照碱基互补配对原则 因此能确保复制精确的完成 9 与dna分子复制相关的计算 1 dna分子连续复制n次 可以形成2n个子代dna分子 且含有亲代的dna单链的子代dna分子数是2个 占所有子代dna分子的比例为2 2n 不含亲代dna单链的子代dna数是2n 2个 2 若dna分子中含某种碱基a个时 则 复制n次 需要从环境中获得合成dna的原料 即含该种碱基的脱氧核苷酸 或碱基 的数目为a 2n 1 注意原来的亲代dna分子是作为模板 不需要合成 2020 4 9 第n次复制时 需要从环境中获得合成dna的原料 含该种碱基的脱氧核苷酸 或碱基 的数目为a 2n 1 注意第n次复制时 模板dna分子有2n 1个 所以需要新合成的dna分子数是2n 2n 1 2n 1 说明 注意dna分子复制与噬菌体侵染细菌实验的联系 例如用3h标记的噬菌体n个 侵染大肠杆菌 在普通培养基中培养一段时间后 统计得知培养基中共有噬菌体后代m个 则此时培养基中含被标记的噬菌体比为2n m 2020 4 9 a 2020 4 9 解析 本题通过信息考查与dna复制相关知识 从图中能看出各子链长短不同 复制并不同时开始 所以a不对 图中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聚合酶等参与 这种半保留复制的模式不仅保持前后代的稳定性 每次复制都可产生两个dna分子 提高了效率 点评 本题通过图像信息考查学生对dna复制的理解 帮助学生理解dna复制过程及特点 而下面的变式题主要从与dna分子复制相关的计算方面设题 2020 4 9 变式题 2011 宣汉模拟 用15n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的培养基中连续复制四次 其结果不可能是 a 含有15n的dna分子占1 8b 含有14n的dna分子占7 8c 复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个d 复制结果共产生16个dna分子 b 2020 4 9 解析 由于dna的复制是半保留复制 经过四次复制形成16个dna分子 有2个dna分子中一条链含有15n 另一条链含有14n 其余14个dna分子两条链全部含有14n 该dna分子中含有胞嘧啶60个 由此计算出含有鸟嘌呤60个 腺嘌呤和胸腺嘧啶各有40个 复制四次需要腺嘌呤脱氧核苷酸的数量为40 24 1 600个 选项中a c d正确 b错误 2020 4 9 探究点三dna半保留复制的特点及其应用 1 对dna分子复制的推测沃森和克里克发表了dna双螺旋模型之后不久 于同年又紧接着发表了dna半保留复制的假说 dna分子复制时 dna分子的双螺旋将解开 互补的碱基之间的氢键断裂 解开的两条单链作为复制的模板 游离的脱氧核苷酸依据碱基互补配对原则 通过形成氢键 结合到作为模板的单链上 由于新合成的每个dna分子中 都保留了原来dna分子中的一条链 因此 这种复制方式被称做半保留复制 2 dna半保留复制的实验证据 2020 4 9 1958年梅赛尔 meselson 和斯特尔 stahl 的实验首次有力地支持了半保留复制方式 他们先将大肠杆菌放在15nh4c1培养基中生长 使几乎所有的dna都被15n标记后 再将细菌移到只含有14nh4cl的培养基中培养 随后 离心 由于14n dna分子密度较轻 停留在离管口这较近的位置 15n dna密度较大停留在较低的位置上 当含有15n dna的细胞在14nh4cl培养液中培养一代后 只有一条区带介于14n dna与15n dna之间 这时在15n dna区已没有区带 说明这时的dna一条链来自15n dna 另一条链为新合成的含有14n的新链 2020 4 9 培养两代后则在14n dna区又出现一条带 在14nh4c1中培养的时间愈久 14n dna区带愈强 而14n 15n dna区带逐渐减弱 但始终未出现其他新的区带 按照半保留复制方式培养两代 只能出现14n 15n dna两种分子 而且随着代数的增加14n dna逐渐增加 梅塞尔和斯特尔的实验完全证实了半保留复制的设想 过程和离心结果如图19 7所示 2020 4 9 2020 4 9 例3 2010 新田模拟 某校一个生物活动小组要进行研究性学习 对生物学史上的经典实验进行验证 也是研究性学习的内容之一 这个小组借助某大学的实验设备 对有关dna复制的方式进行探索 有人认为dna是全保留复制 也有人认为dna是半保留复制 为了证明这两种假设 这个小组设计了下列实验程序 请完成实验并对结果进行预测 1 实验步骤 第一步 在氮源为14n的培养基上生长的大肠杆菌 其dna分子均为14n dna 在氮源为15n的培养基上生长的大肠杆菌 其dna分子均为15n dna 用某种离心方法分离得到的结果如图19 8所示 其dna分别分布在轻带和重带上 2020 4 9 2020 4 9 第二步 将子一代 dna分子放在含14n的培养基上繁殖一代 请分析 如果dna位于 带位置 则是全保留复制 如果dna位于 带位置 则是半保留复制 第三步 为了进一步验证第二步的推测结果 将子一代 dna分子放在含14n的培养基上再连续繁殖一代 请分析 如果dna位于 带位置 则是全保留复制 如果dna位于 带位置 则是半保留复制 1 2重和1 2轻 全中 1 4重和3 4轻 1 2中和1 2轻 2020 4 9 2 有人提出 第一代 的dna用解旋酶处理后再离心 就能直接判断dna的复制方式 如果轻带和重带各占1 2 则一定为半保留复制 你认为这种说法是否正确 原因是 不正确 2020 4 9 解析 如果dna的复制方式为全保留复制 则一个亲代15n 15n的dna分子 其子代两个dna分子是 一个15n 15n 一个14n 14n 在离心管中分布的位置是一半在轻带 一半在重带 如果dna的复制方式为半保留复制 则一个亲代15n 15n的dna分子 其子代两个dna分子都是15n 14n 在离心管中分布的位置全部在中带 2020 4 9 点评 加强学生对经典实验和dna半保留复制的过程的理解 要求学生掌握基本的实验推理能力 从而加深对dna半保留复制特点的理解 下面的变式题主要从dna分子半保留复制与细胞分裂的关系设题 2020 4 9 变式题 2010 广东质检 如果将含有一对同源染色体的精原细胞的dna分子用15n标记 并供给14n原料 那么 该细胞进行减数分裂产生的4个精子中 含15n标记的精子所占的比例为 a 25 b 50 c 75 d 100 d 2020 4 9 解析 在一次减数分裂过程中 dna复制1次 根据dna半保留复制的特点 每个新的dna分子都有1条链含15n标记 故含15n标记的精子所占的比例为100 2020 4 9 探究点四dna与基因的关系 2020 4 9 1 基因是有遗传效应的dna片段其基本单位也是脱氧核苷酸 且脱氧核苷酸的排列顺序决定了基因的多样性和特异性 2 染色体 dna 基因 脱氧核苷酸的关系 2020 4 9 2020 4 9 说明 真核细胞中的线粒体 叶绿体上也有基因 原核细胞中dna是裸露的 没有与蛋白质一起构成染色体 4 基因的基本功能 1 遗传信息的传递 发生在传种接代过程中 通过复制实现遗传信息由亲代到子代的传递 2 遗传信息的表达 发生在生物个体发育过程中 是通过转录和翻译控制蛋白质合成的过程 通过遗传信息的表达控制个体的发育过程 2020 4 9 例4下列关于基因的说法 错误的是 a 基因是有遗传效应的dna片段b 基因的脱氧核苷酸的排列顺序就代表遗传信息c 基因是控制生物性状的遗传物质的功能单位和结构单位d 基因是染色体上的一段 d 2020 4 9 解析 真核生物基因的主要载体是染色体 而染色体的主要成分是dna和蛋白质 因此可以说基因是染色体上dna中有遗传效应的一个片段 不能说基因是染色体上的一段 点评 帮助学生理解基因的概念以及基因的功能等