高一生物第二节DNA的结构和DNA的复制苏教版知识精讲

1、高一生物第二节DNA 的结构和 DNA 的复制苏教版【本讲教育信息 】一、教学内容第二节DNA 的结构和DNA 的复制二、学习内容：解开 DNA 结构之谜DNA 的结构染色体的结构DNA 的复制三、学习目标概述 DNA 分子结构的主要特点概述 DNA 分子的复制过程四、学习重点：DNA 分子结构的主要特点、DNA 分子的复制过程五、学习难点DNA 分子结构的主要特点、DNA 分子的复制过程DNA 半保留复制六、学习过程1. 解开 DNA 结构之谜科学研究的杰出成果 20 世纪 30 年代后期，瑞典的科学家们证明 DNA 是不对称的。 第二次世界大战以后，科学家们用电子显微镜测定出 DNA 分子

2、的直径约为 2nm； 1951 年美国生物化学家查戈夫定量分析DNA 分子的碱基组成，发现A=T ，G=C 。 1952 年英国化学家富兰克琳（R. E. Franklin ）等采用X 射线衍射技术拍摄到DNA用心爱心专心结构的照片，确认DNA 为螺旋结构，并且是由不止一条链所构成的。 1953 年美国科学家沃森（J. D. Watson ）（左）和英国科学家克里克（F. Crick ）（右）提出 DNA 分子的双螺旋结构模型。2. DNA 的结构 化学结构： DNA 是一种生物大分子。 它的基本组成单位是脱氧核苷酸， 许多脱氧核苷酸聚合成为脱氧核苷酸链。组成脱氧核苷酸的碱基有4 种：腺嘌呤（

3、 A ）、鸟嘌呤（ G）、胞嘧啶（ C）和胸腺嘧啶（T）。 立体结构沃森和克里克认为： DNA 分子的立体结构是规则的双螺旋结构， 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，排列在外侧，构成基本骨架 碱基排列在内侧； DNA 分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对 碱基互补配对原则碱基配对有一定的规律： A 一定与 T 配对； G 一定与 C 配对。碱基之间的这种一一对应关系，叫做碱基互补配对原则。A 和 T 之间形成2 个氢键， G 和 C 之间形成3 个氢键。设计和制作DNA 分子双螺旋结构模型用心爱心专心 排在两侧的棉绳代表两条主链

4、主链间，用牙签代表碱基对该模型的不足之处：脱氧核糖与磷酸相间排列关系未显示碱基对不到位碱基配对关系，氢键，碱基与主链以何种成分成键 DNA 分子的多样性、特异性和相对稳定性组成 DNA 分子的碱基虽然只有4 种，但是碱基对的排列顺序却是千变万化的。如果一个 DNA 分子有 4000 个碱基对，这些碱基对可能的排列方式就有44000（即 1000800）种，不同的碱基对排列顺序就表示不同的遗传信息。 多样性碱基对排列顺序的千变万化，构成了DNA 分子的多样性 特异性碱基对的特定的排列顺序，构成了每一个DNA 分子的特异性。 相对稳定性主链的脱氧核糖和磷酸由磷酸二酯键构成，键能高，稳定性强，不易断

5、裂；主链间通过碱基对以氢键相连，既增加了稳定性，又利于解旋和复制。DNA 分子的双螺旋结构可以解释 DNA 分子在细胞分裂时能够复制，从而揭示基因复制和遗传信息传递的奥秘。 1962 年，沃森和克里克因提出 DNA 分子双螺旋结构模型及其遗传机制而获得诺贝尔生理学或医学奖。3. 染色体的结构在 20 世纪 70 年代以前，人们认为染色质的结构是组蛋白包裹在DNA 外面形成的纤维状结构。 1974 年，一些科学家通过染色质的酶切降解和电镜观察，发现核小体是染色质的基本组成单位，这使染色质结构的研究取得了重大进展现已确认， 染色质的基本成分主要包括DNA 和组蛋白， 此外还有非组蛋白和RNA 。这

6、些成分通过螺旋化和折叠，形成了一定的结构根据多方面的研究成果，科学家提出了从染色质到染色体的四级结构模型（下图）。用心爱心专心 一级结构染色质是一系列核小体相互连接成的念珠状结构核小体的核心是由组蛋白H 2A 、H2 B、H3、H4 各两个分子构成的八聚体， 在八聚体的表面缠绕有双螺旋 DNA 。在相邻的两个核小体之间，由DNA连接，称为连接线，在连接线部位结合有一个组蛋白分子H1。现在普遍认为，在组蛋白分子H1 存在时，每个核小体间紧密接触，形成直径为10nm 的纤维状结构，此时，DNA 的长度被压缩了约 7 倍。这就是染色体构型变化的一级结构。 二级结构由核小体连接起来的纤维状结构经螺旋化

7、形成中空的螺线管，这就是染色体构型变化的二级结构。螺线管的每一圈包括6 个核小体，外径约为 30nm。因此， DNA的长度在一级结构的基础上又被压缩了6 倍。 三级结构由螺线管进一步形成染色体的方式，现在有不同的看法。一些科学研究表明， 从人胚胎的成纤维细胞中分离出来的染色体，被温和地破坏后， 在光学显微镜下可见到有伸展的、直径约为400nm 的细线结构。在电子显微镜下观察这些细线时，判明它就是由直径 30nm 的螺线管螺旋化形成的筒状结构，称为超螺线管。这是染色体构型变化的三级结构。此时， DNA 的长度在二级结构的基础上被压缩了40 倍。 四级结构超螺线管再进一步螺旋折叠则形成染色体，这是

8、染色体构型变化的四级结构。 DNA 的长度在三级结构的基础上被压缩了5 倍。可见，染色体是由一条连续的DNA长链，经过四级盘旋、折叠而形成的。4. DNA 的复制（通过复制，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） DNA 复制以亲代 DNA 分子为模板合成子代DNA 分子的过程称为 DNA 复制。这一过程发生在细胞有丝分裂的间期和减数分裂的间期。 DNA 分子的复制方式半保留复制 米西尔森、斯塔尔证明DNA 分子复制方式的实验（1957 年）用心爱心专心细菌大约每20min 分裂一次，据此，可有目的的获得子一代、子二代细菌分析DNA 。材料培养基转入 14N 培养时间提取 DN

9、A链带分析14N 培养基 DNA （ 14N ）（对照）轻链（14NDNA ）放入有细菌15N 培养基0 分钟取样（亲代）重链（15NDNA ）CsCl 溶液DNA（DNA 双20 分钟取样（子一代）中链（ 14N/15N）的试管离（14N）链40 分钟取样（子二代）心处理中链轻链15均为 N） 实验证明，在新合成的每个DNA 分子中，都保留了原来DNA 分子中的一条链，因此，这种复制方式又被称为DNA 半保留复制。DNA 分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对，保证了复制能够精确地进行。 DNA 分子的复制过程（边解旋边复制）用心爱心专心 解旋复制开始时， DNA 分

10、子首先利用细胞提供的能量，在解旋酶等的作用下，把两条螺旋的双链解开，这个过程称为解旋。 合成子链以母链为模板，以周围环境中游离的脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一条子链。 子链与对应的母链盘绕成双螺旋结构新合成的子链不断地延伸，同时，每条子链与其对应的母链盘绕成双螺旋结构，分别形成一个新的DNA 分子。DNA 分子的复制是以DNA 分子的两条链为模板， 利用细胞中的原料 （ 4 种脱氧核苷酸） 、能量和酶等，通过碱基互补配对精确地进行的。复制结束后，1 个 DNA 分子就形成了2 个完全相同的DNA 分子。 DNA 分子复制的条件模板链；游离的四种脱氧核苷酸；ATP

11、 ；酶。【典型例题】1. 用一个 32P 标记的噬菌体侵染细菌，若该细菌解体后释放出32 个大小、形状一样的噬菌体，则其中含有32P 的噬菌体有（）A.0 个B.2个C. 30个D.32 个分析： 标记了一个噬菌体，等于标记了两条DNA 链，由于 DNA 为半保留复制，被标记的两条 DNA 链各进入两个噬菌体内，以后不管复制多少次，最终都只有2 个噬菌体被标记。答案： B2. 如果把含 15N 的 DNA 叫做重 DNA ，把含14N 的 DNA 叫做轻 DNA ，把一条链含15N，另一条链含 14N 的 DNA 叫做中间 DNA ，那么，将一个完全被15N 标记的 DNA 分子放入含14N

12、的培养基中培养，让其连续复制三代，则培养基内重DNA 、中间 DNA 和轻 DNA 的分子数目分别是（）A. 0，2，6B. 2，0， 6C. 2，4，2D. 6，0，2分析： 将含 15N 的重 DNA 放入含14N 的培养基中培养，让其连续复制三代，第一代产用心爱心专心生的是2 个中间 DNA ；该中间DNA 复制 2 次产生 8 个 DNA ，有 2 个中间 DNA ， 6 个轻DNA 。答案： A。3. 一个 DNA 分子中有1000 个碱基对，其中腺嘌呤占碱基总数的20，如果连续复制两次，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸的总数是（）A. 600B. 1200C. 1800D. 2400分析

13、：由题干得知腺嘌呤占碱基总数的20，由 A=T 可知 C=2000×（ 1 40%）/2=600 ，连续复制两次，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸的总数=600×（ 2n 1）=1800 。答案： C。4. DNA 组成分析表明下列的相关比值中哪一个是可变的（）A. A/TB. G/CC. （ A+T ） /（ G+C）D. （ A+G ） /（T+C ）分析： 在双链DNA分子中，A T ，G C， A+G T+C ，所以A/T 1，G/C 1。而 C 项中（ A+T ） / （ G+C ）的比值因DNA 分子种类不同而变化。答案： C5. 若一个双链DNA 分子的 G 占整个

14、 DNA 分子碱基的27，并测得 DNA 分子一条链上的 A 占这条链碱基的18，则另一条链上的A 的比例是（）A. 9B. 27C. 28D. 46分析： 据碱基互补配对原则进行计算。据题意：G 占整个DNA分子的27，依碱基互补配对原则：G C 27， G+C 54，那么A+T 1 54 46 ，又因为它的任何一条链中A+T 46，而其中A 18，则此链中T 46 18 28，另一条链中A 28。答案： C【模拟试题】 （答题时间： 70 分钟）一、选择题1. 下列有关核酸的叙述中错误的是（）A. 生物体内具有遗传功能的大分子化合物B. 细胞内生命物质的主要成分之一C. 由含氮碱基、脱氧核

15、糖和磷酸组成D. 由核苷酸聚合而成的大分子化合物2. 下列关于DNA 结构的描述错误的是（）A. 每一个 DNA 分子都是由一条多核苷酸链盘绕而成的螺旋结构B. 外侧是由磷酸与脱氧核糖交替连接构成的骨架，内部是碱基C. DNA 两条链上的碱基间以氢键相连，且A 与 T 配对、 G 与 C 配对D. DNA 的两条链等长，但是反向平行的3. 在一 DNA 片段中， 有腺嘌呤 m 个，占该片段全部碱基的比例为n，则 （）A. n 0.5B. n 0.5C. 胞嘧啶为n（ 1/2m l ）个D. 胞嘧啶为 n（ 1/2n l ）个4. 现有一待测核酸样品， 经检测后，对碱基个数统计和计算得到下列结果

16、： （ A+T ）（/G+C ） 1，（ A+G ） /（ T+C ） 1。根据此结果，该样品（）A. 无法被确定是脱氧核糖核酸还是核糖核酸B. 可被确定为双链 DNAC. 无法被确定是单链 DNA 还是双链 DNA用心爱心专心D. 可被确定为单链DNA5. 下列关于DNA 复制的叙述，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. 在复制过程中，解旋和复制几乎是同时进行的C. 解旋后以一条母链为模板合成两条新的子链D. 一条母链和任意一条子链形成一个新的DNA 分子6.（多选） DNA 分子之所以能够准确完成复制，是因为DNA 分子的结构是（）A. 独特的双螺旋结构B.

17、 两条链上的碱基均能进行碱基互补配对C. 两条链反向平行D. 磷酸和脱氧核糖排在外侧，碱基排在内侧7. 有甲、乙两个 DNA 分子，其碱基对数是一样的， 甲 DNA 分子中 A+T 占 75；乙 DNA分子中 A+T 占 35。这两个DNA 分子结构的稳定性为（）A. 甲 >乙B. 甲 <乙C. 甲乙D. 无法确定8. 有关鲫鱼的遗传物质完全水解的结果，下列说法正确的是（）A. 得到 4 种脱氧核苷酸B. 可得 4 种碱基C. 得到 5 种核苷酸D. 得到 5 种碱基， 2 种五碳糖和许多磷酸分子9. DNA 复制能够准确无误地进行，保证了子分子的结构与母分子的结构相同，其根本原因

18、是（）A. DNA 具有独特的双螺旋结构B.碱基有严格的互补配对关系C. 参与复制过程的酶有专一性D. 复制过程有充足的能量供给10. 一个被放射性元素标记的双链DNA 噬菌体侵染细菌，若此细菌破裂后释放出n 个噬菌体，则其中具有放射性元素的噬菌体占总数的（）A. 1/nB. 1/2nC. 2/nD. 1/211. 下列制作的DNA 双螺旋结构模型图中，连接正确的是（）12. 某 DNA 分子有 2000 个脱氧核苷酸，已知它的一条链上碱基A： G： T：C 1：2： 3：4，复制一次，则需要腺嘌呤脱氧核苷酸的数量是（）A. 200 个B. 300 个C. 400 个D. 800 个13. 假

19、设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 的原料，该细胞进行减数分裂产生的4 个精子中， 含 15N 标记的 DNA 的精子所占比例为（）A. 0B. 25C. 50D. 100 14. 组成 DNA 结构的基本成分是（）核糖脱氧核糖磷酸腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶胸腺嘧啶 尿嘧啶A. B. C.D. 15. DNA分子的基本骨架是（）A. 磷脂双分子层B. 规则双螺旋结构用心爱心专心C. 脱氧核糖和磷酸交替连接D. 碱基的连接16. 有一对氢键连接的脱氧核苷酸，已查明它的结构中有一个腺嘌呤，则它的其他组成应是（）A. 三个磷酸、三个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶B.

20、两个磷酸、两个脱氧核糖和一个胞嘧啶C. 两个磷酸、两个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶D. 两个磷酸、两个脱氧核糖和一个尿嘧啶17. 对双链 DNA 分子的叙述，下列哪一项是不正确的（）A. 若一条链A 和 T 的数目相等，则另一条链A 和 T 的数目也相等B. 若一条链G 的数目为C 的 2 倍，则另一条链G 的数目为C 的 0. 5 倍C. 若一条链的 A ： T ：G： C 1：2： 3： 4，则另一条链相应的碱基比为2： 1： 4： 3D. 若一条链的 G： T1： 2，则另一条链的 C：A 2： 118. 用 15N 同位素标记细菌的DNA 分子，再将它们放入含14N 的培养基中连续繁殖四代，

21、a、 b、 c 为三种 DNA 分子： a 只含 15N ， b 同时含 14N 和 15N ， c 只含 14N ，如下图，这三种DNA 分子的比例正确的是（）19.复制的 DNA 分子通过什么传给子细胞（）A. 染色体B. 细胞分裂C. 纺锤体D. 中心体20.下列对 DNA 分子复制的叙述中，错误的是（）A. 复制可发生在减数第一次分裂间期B. 复制的结果是半保留复制C. 复制时需要 DNA 聚合酶D. 复制时遵循的互补配对原则是A U， GC21. 某 DNA 分子中，碱基 A 与 T 之和，占全部碱基的42，若其中一条单链中，含胞嘧啶 24，则该链的互补链中，胞嘧啶占（）A. 12B

22、. 24C. 34D. 2622. 假如一个含311000 个碱基对，将这个DNA 分子放在用32P 的 DNA 分子含有P 标记的脱氧核苷酸的培养液中让其复制一次，则新形成的DNA分子的相对分子质量比原来增加了（）A. 1000B. 2000C. 500D. 无法确定二、非选择题23. 据下图完成下列问题：用心爱心专心（ 1）该图表示的生理过程是。该过程主要发生在细胞的部位。（ 2）图中的 1、 2、 3、 4、 5 分别是、。（ 3）假如经过科学家的测定，A 链上的一段（ M）中的 A ：T：C：G 为 2：1：1： 3，能不能根据碱基互补配对原则说明该科学家的测定是错误的？。 原 因是。

23、（ 4）如果以 A 链的 M 为模板，复制出的 B 链碱基比例应该是。24. 实验室现有如下材料：从某生物的体细胞中提取的一个DNA分子，具有放射性同位素 3H 标记的 4 种脱氧核苷酸，要在实验室内合成新的DNA 分子。（ 1）除了以上物质以外，还必须有和，才能合成第二代的DNA 分子。（ 2）在第二代的DNA 分子中，有个含有3H 的链。（ 3）在第二代的DNA 分子中，含有3H 的链的碱基序列（填“相同”或“不相同”）。（ 4）在第五代的全部 DNA分子中有个不含3H 的链。25. 根据下图所示 DNA 分子结构模式图完成问题：（ 1）用文字和符号写出图中的名称：；。（ 2）图中是指；其组成物质表示；表示。（ 3）图中表示；表示；表示。26. 某 DNA 分子的 2 条链分别为 m 链和 n 链，若 m 链中的（ A+G ） /（ T+C ） 0. 8 时，在 n 链中，这种比例是，这个比例关系在整个DNA 分子中是。若在 m 链中，（A+T ）/（G+C ） 0.8 时，在 n 链中，这种比例是，这个比例关系在整个DNA 分子中是。27. 现有从某生物体内提取的一