第17讲　DNA的结构、复制及基因的本质高考生物大一轮单元复习课件（新教材新高考）

第六单元·遗传的分子基础第17讲DNA的结构、复制及基因的本质概述DNA分子的结构及主要特点；概述DNA分子通过半保留方式进行复制；概述基因的概念。2022：河北卷、浙江卷、广东卷、海南卷2021：广东卷(5)、河北卷(16)、全国甲卷(30)2020：全国卷Ⅲ(1)课标要求——明考向近年考情——知规律

结构与功能观：DNA的双螺旋结构特点与DNA半保留复制的机制；DNA分子的多样性决定遗传信息的多样性；物质与能量观：DNA复制需要模板、原料、能量和酶等基本条件。模型建模：制作DNA分子双螺旋结构模型，通过查哥夫对DNA碱基含量的测定，构建碱基数量关系模型；演绎推理：运用假说一演绎法探究DNA半保留复制。探究与分析：通过建立DNA分子结构模型和探究DNA复制方式，培养实验设计及结果分析的能力。认同学科交叉与生物科学发展的密切联系。了解核酸鉴定技术在生产实践中的运用。生命观念科学思维科学探究科学探究DNA的结构及相关计算12DNA的复制及基因的概念思维导学1DNA的结构及相关计算(1)沃森和克里克构建的DNA分子模型和富兰克林拍摄的DNA分子的X光衍射照片都属于物理模型(

)(2)嘌呤碱基与嘧啶碱基的结合保证了DNA分子空间结构的相对稳定(

)(3)相对分子质量大小和碱基含量相同的核酸携带的遗传信息一定相同(

)(4)DNA分子中每个脱氧核糖上均连接着一个磷酸和一个碱基(

)(5)G—C碱基对的比例越大，DNA分子的稳定性越高(

)(6)不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值可能相同(

)(7)DNA分子中一条链上的相邻碱基通过氢链连接(

)××√√×√×长句默写1.DNA中的

，构成基本骨架；__________________排列在内侧。2.DNA只有4种脱氧核苷酸，能够储存足够量遗传信息的原因是___________________________________________________________________________________。脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧配对的碱基

构成DNA的4种脱氧核苷酸的数目成千上万，脱氧核苷酸的排列顺序千差万别基础梳理1．DNA双螺旋结构模型的构建(1)构建者：美国生物学家________英国物理学家_______沃森克里克(2)过程脱氧核苷酸DNA衍射图谱2.DNA的结构C、H、O、N、P脱氧核苷酸1’2’3’4’5’组成元素小分子单体脱氧核糖和磷酸

碱基5′－端3′－端相反氢键AG碱基互补配对反向平行利用数字“五、四、三、二、一”巧记DNA分子的结构巧学妙记(1)DNA初步水解产物是4种脱氧核苷酸，彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。(2)相邻的碱基在DNA分子的一条单链中通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连接，在DNA的双链之间通过“氢键”相连接。(3)除双链DNA末端的两个脱氧核糖外，其余每个脱氧核糖都连接着2个磷酸。每个双链DNA片段中，游离的磷酸基团有2个。(4)对于原核细胞来说，拟核中的DNA分子或者质粒DNA均是裸露的，没有与蛋白质一起构成染色体。3.DNA的结构特点碱基对氢键涉及到的基本骨架或基本支架有哪些？(1)有机大分子：碳链。(2)细胞骨架：蛋白质纤维。(3)细胞膜基本支架：磷脂双分子层。(4)DNA双螺旋结构基本骨架：脱氧核糖和磷酸交替连接。1.DNA双螺旋结构的热考点2.DNA中碱基数量的计算规律补则等，不补则倒素养培优三步解决DNA分子中有关碱基比例的计算搞清题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子碱基的比例，还是占DNA分子一条链上碱基的比例。第一步审题构建一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的相应碱基。第一步建模根据碱基互补配对原则及其规律，结合已知条件，对问题进行求解。第一步解题素养提升生命观念——结构与功能观1．DNA只含有4种脱氧核苷酸，它为什么能够储存足够量的遗传信息？提示：DNA虽然只含有4种脱氧核苷酸，但是碱基的排列顺序却是千变万化的。碱基排列顺序的千变万化，使DNA储存了大量的遗传信息。科学思维——演绎与推理2．DNA初步水解产物与彻底水解产物有什么不同？提示：DNA分子初步水解的产物是四种脱氧核糖核苷酸；彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖、四种含氮碱基。社会责任——实践与应用3．必修2P52“科学·技术·社会”：通过DNA指纹技术可获得嫌疑人的信息，根本原因是什么？提示：每个人DNA的脱氧核苷酸序列不同。围绕DNA结构模型，考查生命观念B赫尔希和蔡斯通过噬菌体侵染大肠杆菌的实验，证明了DNA是遗传物质，与构建DNA双螺旋结构模型无关，①不符合题意；沃森和克里克根据富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱，推算出DNA分子呈螺旋结构，②符合题意；查哥夫发现的DNA中腺嘌呤(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，为沃森和克里克构建正确的碱基配对方式提供了依据，③符合题意；沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制未能为DNA双螺旋结构模型的构建提供依据，④不符合题意。故选B。1.(2021·广东卷，5)DNA双螺旋结构模型的提出是二十世纪自然科学的伟大成就之一。下列研究成果中，为该模型构建提供主要依据的是(

) ①赫尔希和蔡斯证明DNA是遗传物质的实验②富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱③查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等④沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制 A.①②B.②③

C.③④ D.①④2．(2020·浙江卷，T3)某DNA片段的结构如图所示。下列叙述正确的是(

)

A．①表示胞嘧啶

B．②表示腺嘌呤

C．③表示葡萄糖

D．④表示氢键D分析图示可知，A(腺嘌呤)与①配对，根据碱基互补配对原则，则①为T(胸腺嘧啶)，A错误；②与G(鸟嘌呤)配对，则②为C(胞嘧啶)，B错误；DNA分子中所含的糖③为脱氧核糖，C错误；DNA两条链中配对的碱基通过④氢键相连，D正确。(1)因为dATP分子中的两个特殊化学键断裂后形成的dA－P(腺嘌呤脱氧核糖核苷酸)是组成DNA的基本单位之一，所以只有α位磷酸基团中的磷是32P，才能使DNA合成原料具有放射性，最终使合成的DNA具有32P的放射性。3.(2021·全国甲卷，30)用一段由放射性同位素标记的DNA片段可以确定基因在染色体上的位置。某研究人员使用放射性同位素32P标记的脱氧腺苷三磷酸(dATP，dA－Pα～Pβ～Pγ)等材料制备了DNA片段甲(单链)，对W基因在染色体上的位置进行了研究，实验流程的示意图如下。回答下列问题：(1)该研究人员在制备32P标记的DNA片段甲时，所用dATP的α位磷酸基团中的磷必须是32P，原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________。dATP分子中的两个特殊的化学键断裂后形成的dA－P是组成DNA的基本单位之一，所以α位磷酸基团中的磷是32P，才能使DNA具有32P的放射性(2)由题意可知，本实验的目的是用一段由放射性同位素标记的DNA片段确定W基因在染色体上的位置，在混合操作之前应去除样品中的RNA分子，若不去除RNA分子，则RNA分子会与DNA分子碱基互补配对结合，从而影响DNA与染色体对应位点的DNA结合，导致无法确定基因在染色体上的位置。3.(2021·全国甲卷，30)用一段由放射性同位素标记的DNA片段可以确定基因在染色体上的位置。某研究人员使用放射性同位素32P标记的脱氧腺苷三磷酸(dATP，dA－Pα～Pβ～Pγ)等材料制备了DNA片段甲(单链)，对W基因在染色体上的位置进行了研究，实验流程的示意图如下。(2)该研究人员以细胞为材料制备了染色体样品，在混合操作之前去除了样品中的RNA分子，去除RNA分子的目的是_______________________________________________________________________________________________。

防止RNA分子与DNA分子碱基互补配对结合，从而影响DNA与染色体对应位点的DNA结合(3)DNA要先解开双链，片段甲才能通过碱基互补配对与染色体样品中的W基因结合，因此，需要通过某种处理使样品中的染色体DNA解旋。(4)因为酶具有专一性，故应用DNA酶(或DNA水解酶)去除样品中的DNA。3.(2021·全国甲卷，30)用一段由放射性同位素标记的DNA片段可以确定基因在染色体上的位置。某研究人员使用放射性同位素32P标记的脱氧腺苷三磷酸(dATP，dA－Pα～Pβ～Pγ)等材料制备了DNA片段甲(单链)，对W基因在染色体上的位置进行了研究，实验流程的示意图如下。(3)为了使片段甲能够通过碱基互补配对与染色体样品中的W基因结合，需要通过某种处理使样品中的染色体DNA

。(4)该研究人员在完成上述实验的基础上，又对动物细胞内某基因的mRNA进行了检测，在实验过程中用某种酶去除了样品中的DNA，这种酶是___________________。解旋DNA酶(DNA水解酶)借助DNA结构的相关计算，考查科学思维能力C根据碱基互补配对原则，双链DNA中，一条链中的A和T分别与互补链中的T和A配对，一条链中的G和C分别与互补链中的C和G配对，故一条链中A和T的数量相等，则互补链中A和T的数量也相等，一条链中G为C的2倍，则互补链中G为C的1/2，A、B正确；一条链中C∶T＝1∶2，则互补链中G∶A＝1∶2，C错误；双链DNA分子中，一条链中A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则互补链中A∶T∶G∶C＝2∶1∶4∶3，D正确。4.下列关于双链DNA的叙述，错误的是(

)A.一条链中A和T的数量相等，则互补链中A和T的数量也相等B.一条链中G为C的2倍，则互补链中G为C的1/2 C.一条链中C∶T＝1∶2，则互补链中G∶A＝2∶1 D.一条链中A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则互补链中A∶T∶G∶C＝2∶1∶4∶35．从分子水平上对生物多样性或特异性的分析，错误的是(

)

A．碱基对排列顺序的千变万化，构成了DNA分子基因的多样性

B．碱基对特定的排列顺序，构成了每一个DNA分子基因的特异性

C．一个含有2000个碱基的DNA分子，其碱基对可能的排列顺序有41000种

D．人体内控制β－珠蛋白的基因由1700个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有41700种D碱基对的排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性，A正确；碱基对的特定的排列顺序，构成了每一个DNA分子基因的特异性，B正确；一个含2000个碱基的DNA分子，其碱基对可能的排列方式就有41000种，C正确；β－珠蛋白基因碱基对的排列顺序，是β－珠蛋白所特有的，D错误。2DNA的复制及基因的概念(1)解旋酶破坏碱基对间的氢键，DNA聚合酶催化形成磷酸二酯键(

)(2)单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链

(

)(3)DNA完全解旋后，以两条母链为模板各合成一条子链(

)(4)在人体内,成熟的红细胞、浆细胞中不发生DNA的复制(

)(5)DNA复制时两条子链相互螺旋，形成子代DNA分子(

)(6)基因必定是有遗传效应的DNA片段

(

)(7)DNA分子上有基因，基因并不都在染色体上(

)(8)等位基因位于同一个DNA分子的两条脱氧核苷酸链上(

)√××√××√×基础梳理1.DNA半保留复制的实验证据梅塞尔森斯塔尔假说—演绎法密度梯度离心法实验人员美国生物学家__________和________研究方法_______________实验材料大肠杆菌实验技术同位素标记技术和

实验原理含15N的双链DNA密度大，含14N的双链DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度居中半保留半保留的方式2.DNA的复制DNA复制概念以___________为模板合成子代DNA的过程时间场所

前的间期和

前的间期主要是

，线粒体和叶绿体中也存在条件主要由线粒体产生ATP供能亲代DNA有丝分裂减数分裂细胞核模板原料酶能量__________________________________________________________________亲代DNA的两条链游离的四种脱氧核苷酸解旋酶、DNA聚合酶等DNA复制过程结果解旋合成螺旋________________________________________________________________________________________________________________________________解旋酶断开氢键，将DNA双链解开螺旋每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构一个DNA分子形成了两个

的DNA分子。完全相同DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，利用游离的4种脱氧核苷酸，按照碱基互补配对原则，按5’→3’方向各自合成与母链互补的一条子链DNA复制特点意义DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传给了子代细胞，保持了遗传信息的________。精准

半不连续复制DNA一边解旋一边复制子代DNA保留一条母链两条子链的复制，一条连续，一条不连续两条子链复制方向相反边解旋边复制半保留复制

双向复制连续性模板DNA具有独特的___________结构，为复制提供精确的模板配对通过_____________________原则，保证了复制能准确进行双螺旋碱基互补配对巧记DNA复制的“二、二、三、四”3.基因的本质(1)基因的概念基因通常是具有____________的DNA片段；有些病毒的遗传物质RNA，对这类病毒而言，基因就是有遗传效应的_______片段。

遗传效应RNA（2）染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系许多个基因

脱氧核苷酸排列顺序一个或两个有遗传效应的DNA片段提醒基因可以是一段DNA，但一段DNA不一定是基因。1.明确作用于DNA的4种酶2.“图解法”分析DNA复制相关计算(1)将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养液中连续复制n次，则：①子代DNA共2n个含15N的DNA分子：

个只含15N的DNA分子：

个含14N的DNA分子：

个只含14N的DNA分子：

个②脱氧核苷酸链共2n＋1条含15N的脱氧核苷酸链：

条含14N的脱氧核苷酸链：

条202n(2n－2)2(2n＋1－2)(2)DNA分子复制过程中消耗的脱氧核苷酸数①若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为__________。②第n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为

。m·(2n－1)m·2n－1DNA复制相关计算的4个易错点(1)复制次数：“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别：前者包括所有的复制，但后者只包括最后一次复制。(2)碱基数目：注意碱基的数目单位是“对”还是“个”。(3)复制模板：在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两个。(4)关键词语：看清是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词。素养培优真、原核细胞基因的结构素养提升科学思维——演绎与推理1.能否通过对第一代DNA解旋获得的DNA单链进行离心的结果确定DNA复制的方式是全保留复制还是半保留复制？

提示

不能，因为两种复制得到的第一代DNA分子解旋后再离心所得条带一样，无法区分。2.DNA分子经过诱变，某位点上的一个正常碱基(设为M)变成了尿嘧啶，该DNA连续复制两次得到的4个子代DNA分子相应位点上的碱基对分别为U－A、A－T、G－C、C－G，推测“M”可能是什么？写出推导过程。提示鸟嘌呤或胞嘧啶。由4个子代DNA分子的碱基对可知该DNA分子经过诱变处理后，其中1条链上的碱基发生了突变，另一条链是正常的，所以得到的4个子代DNA分子中正常的DNA分子和异常的DNA分子各占1/2，因此含有G与C、C与G的2个DNA分子是未发生突变的。这两个正常的DNA分子和亲代DNA分子的碱基组成是一致的，即亲代DNA分子中的碱基组成是G－C或C－G，因此M可能是G或C。3．通常DNA分子复制从一个复制起始点开始，有单向复制和双向复制，如图所示：放射性越高的3H­胸腺嘧啶脱氧核糖核苷(3H­脱氧胸苷)，在放射自显影技术的图像上，感光还原的银颗粒密度越高。请利用放射性自显影技术、低放射性3H­脱氧胸苷和高放射性3H­脱氧胸苷，设计实验以确定大肠杆菌DNA复制的方向，简要写出①实验思路；②预测实验结果和得出结论。科学探究——探究与设计提示：实验思路：复制开始时，首先用含低放射性3H­脱氧胸苷培养基培养大肠杆菌，一段时间后转移到含有高放射性3H­脱氧胸苷的培养基中继续培养，用放射自显影技术观察复制起点和复制起点两侧银颗粒密度情况。预测实验结果及结论：若复制起点处银颗粒密度低，一侧银颗粒密度高，则DNA分子复制为单向复制；若复制起点处银颗粒密度低，复制起点的两侧银颗粒密度高，则DNA分子复制为双向复制。围绕DNA结构和复制，考查生命观念C根据题意，“引子”是利用现代人的DNA序列设计并合成的，其本质是DNA或RNA，DNA的彻底水解产物有磷酸基团、脱氧核糖、四种碱基，RNA的彻底水解产物有磷酸基团、核糖、四种碱基，A错误；人的细胞核、线粒体中均有DNA，故设计“引子”的DNA序列信息可以来自核DNA或线粒体DNA，B错误；设计“引子”前不需要知道古人类DNA序列，“引子”是利用现代人的DNA序列设计的，C正确；双链DNA解旋成单链后才能与“引子”序列发生碱基互补配对，从而被识别，D错误。1．(2021·山东卷)我国考古学家利用现代人的DNA序列设计并合成了一种类似磁铁的“引子”，成功将极其微量的古人类DNA从提取自土壤沉积物的多种生物的DNA中识别并分离出来，用于研究人类起源及进化。下列说法正确的是(

)A．“引子”的彻底水解产物有两种B．设计“引子”的DNA序列信息只能来自核DNAC．设计“引子”前不需要知道古人类的DNA序列D．土壤沉积物中的古人类双链DNA可直接与“引子”结合从而被识别2．(2021·福建选择考适应性测试)下列关于遗传物质的叙述，错误的是(

)

A．双链DNA分子的基本骨架由脱氧核糖和磷酸交替连接构成

B．T2噬菌体侵染细菌后，利用自身携带的解旋酶催化DNA的复制

C．利用DNA指纹技术鉴定身份的依据是个体的DNA具有特异性

D．通过基因修饰或基因合成能对蛋白质进行改造或制造新蛋白质

B脱氧核糖和磷酸交替连接构成双链DNA分子的基本骨架，A正确；T2噬菌体侵染细菌后，其DNA复制所需要的解旋酶由宿主细胞提供，B错误；DNA分子具有多样性和特异性，利用DNA指纹技术鉴定身份的依据是个体的DNA具有特异性，C正确；基因通过转录、翻译控制蛋白质的合成，通过基因修饰或基因合成可对蛋白质进行改造或制造新蛋白质，D正确。围绕DNA复制过程，考查科学思维能力A分析题图可知，图中的三个复制起点复制的DNA片段的长度不同，圈比较大的表示复制开始的时间较早，因此DNA复制的起始时间不同，A错误；题图中DNA的复制过程是边解旋边双向复制的，B正确；DNA的复制首先要在解旋酶的作用下使双链间的氢键断裂，C正确；真核生物的DNA复制具有多个起点，这种复制方式加速了复制过程，提高了复制速率，D正确。3.(2022·武汉市调研)如图为真核生物染色体上DNA复制过程示意图，有关叙述错误的是(

)A.图中DNA复制是从多个起点同时开始的B.图中DNA复制是边解旋边双向复制的C.真核生物DNA复制过程中解旋酶作用于氢键D.真核生物的这种复制方式提高了复制速率4.图示DNA复制过程，下列叙述正确的是

A.DNA复制过程中不需要引物，也不需要能量

B.新形成的两条单链复制的方向不同且均为连续复制

C.该过程在蛙的红细胞和哺乳动物的红细胞均能发生

D.复制后的两个DNA分子位于一条或两条染色体上DDNA复制过程需要引物引导复制的开始，也需要消耗ATP，A错误；DNA分子是反向平行的，而复制的时候只能是从5′－端向3′－端延伸，所以两条子链合成方向相反，且据图可知，并非两条链均为连续复制，B错误；哺乳动物成熟红细胞不能进行DNA分子复制，C错误；复制后的两个DNA分子位于一条(着丝粒断裂之前)或两条染色体上(着丝粒断裂之后)，D正确。结合DNA复制的相关计算，考查科学思维能力

B一条链的A＋T占40%，则它的互补链中A＋T也占40%，双链中A＋T也占40%。双链中G＋C占60%，G＝C，则DNA中C占30%，所以含有100个碱基对