第6单元第2讲DNA分子的结构复制与基因的本质-2024年高考生物一轮复习精优课件

必修2遗传与进化第六单元遗传的分子基础第2讲DNA分子的结构、复制与基因的本质考点一考点二课标要求核心素养1.概述多数生物的基因是DNA分子的功能片段，有些病毒的基因在RNA分子上。2．概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成，通常有两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构，碱基的排列顺序编码了遗传信息。3．概述DNA分子通过半保留方式进行复制。1.构建DNA分子双螺旋结构模型，阐明DNA分子作为遗传物质所具有的结构特点，阐明DNA分子通过复制传递遗传信息。(生命观念)2．掌握DNA复制过程，归纳DNA复制过程中相关数量计算，提高逻辑分析和计算能力；分析相关资料，得出基因通常是有遗传效应的DNA片段。(科学思维)3．运用假说—演绎法探究DNA分子的复制方式为半保留复制。(科学探究)考点一DNA的结构和基因的本质1．DNA分子的双螺旋结构(1)DNA分子由___条脱氧核苷酸链组成，这两条链按____________的方式盘旋成双螺旋结构。(2)外侧：____________和______交替连接，构成基本骨架。(3)内侧：两条链上的碱基通过氢键连接成_________。碱基互补配对遵循以下原则：A一定与T配对，G一定与C配对。两反向平行脱氧核糖磷酸碱基对2．DNA分子的特性(1)多样性：不同的DNA分子中脱氧核苷酸数目不同，____________多种多样。若某DNA分子中有n个碱基对，则其碱基对排列顺序最多有___种。

(2)特异性：每种DNA分子都有区别于其他DNA的特定的_____________________，代表了特定的遗传信息。(3)______性：两条链中磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变，碱基之间有氢键相连，使DNA分子具有稳定性。排列顺序4n碱基对排列顺序稳定3．基因的本质(1)染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系(2)基因与碱基的关系遗传信息蕴藏在____________的排列顺序中，构成基因的碱基数______(填“大于”“小于”或“等于”)DNA分子的碱基总数。4种碱基小于易错整合，判断正误。(1)DNA分子一条链上的相邻碱基通过“—磷酸—脱氧核糖—磷酸—”相连。(

)(2)DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基。(

)(3)双链DNA分子同时含有2个游离的磷酸基团，其中嘌呤碱基数等于嘧啶碱基数。(

)(4)DNA分子中每一个片段都是一个基因。(

)(5)基因只位于染色体上，所以染色体是基因的载体。(

)××√××1．DNA分子是否都是由两条链构成的？提示：不是。大部分DNA以双螺旋结构存在，但一经热或碱处理就会变为单链状态。在某些种类的DNA病毒中存在单链环状或单链线状的DNA分子，如圆环病毒科、细小病毒科的病毒。2．分析DNA两条链反向平行的原因。提示：脱氧核糖上与碱基相连的碳叫作1′－C，与磷酸基团相连的碳叫作5′－C。DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，这一端称作5′－端，另一端有一个羟基(—OH)，称作3′－端。DNA的两条单链走向相反，从双链的一端起始，一条单链是从5′－端到3′－端的，另一条单链则是从3′－端到5′－端的。3．在现代刑侦领域中，DNA指纹技术发挥着越来越重要的作用。只需要一滴血、精液或是一根头发等样品，刑侦人员就可以进行DNA指纹鉴定。此外，DNA指纹技术还可以用于亲子鉴定、死者遗骸的鉴定等。下图是DNA指纹图谱，根据下面的DNA指纹图谱判断，下列怀疑对象中谁是犯罪嫌疑人？提示：3号是犯罪嫌疑人。1．明确DNA结构的两种关系和两种化学键(1)2．DNA分子中碱基数量的计算规律考向

结合DNA分子的结构及特点，考查结构与功能观例1

(2022·漳州一模)如图为某双链DNA(由甲链和乙链组成)的局部结构简图，图中数字①～⑥表示不同物质或化学键。下列叙述正确的是(

)例

1CA．图中⑤为氢键，且③与④可为A—T碱基对或G—C碱基对B．图中①为腺嘌呤，②为胸腺嘧啶，①②通过氢键连接C．图中⑥为磷酸基团，此DNA片段中含有2个游离的磷酸基团D．图中甲链与乙链方向相反，但两条链碱基排列顺序相同解析：图中⑤为氢键，③与④之间有3个氢键，只能为G—C碱基对，A错误；图中①为腺嘌呤，②为胸腺嘧啶，①②通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接，B错误；图中⑥为磷酸基团，此DNA片段中含有2个游离的磷酸基团，C正确；图中甲链与乙链方向相反，两条链碱基排列顺序不相同，D错误。〔变式训练〕1．(2022·宁波二模)几个学生充分利用下表提供的材料正确搭建出DNA分子结构模型，但制作的DNA分子片段不尽相同，原因可能是(

)塑料片类别碱基G碱基C碱基A碱基T磷酸/脱氧核糖数量(个)3355充足B①每条脱氧核苷酸单链上的碱基数量不同②每条脱氧核苷酸单链上碱基种类不同③DNA片段上的碱基对的排列顺序不同④DNA片段上的碱基配对方式不同A．①②

B．②③

C．③④

D．①④解析：①表格中给出了碱基G和C各3个，A和T各5个，几个学生充分利用表格提供的材料搭建出DNA分子结构模型，每条链上的碱基数目都应该是8个；②每条脱氧核苷酸单链上碱基种类不同，构成的DNA分子不同；③碱基序列不同，构成的DNA分子不同；④每个DNA分子都遵循相同的碱基配对原则，即A与T配对，G与C配对，故选B。考向

考查基因的本质例2

(2023·辽宁模拟)基因是有遗传效应的DNA片段，眼色基因(红眼基因R、白眼基因r)位于果蝇的X染色体上，下列叙述正确的是(

)A．雌雄果蝇细胞内的基因都是随染色体的复制而复制的B．同一DNA分子上不可能同时含有两个控制眼色的基因C．果蝇正常的卵原细胞有丝分裂时红眼基因最多有4个D．白眼基因的两侧也都是基因，其中只有一条链可以转录血红蛋白基因例

2C解析：果蝇属于真核生物，其基因主要位于染色体上，但细胞质中也有分布，故果蝇细胞内的基因不都是随染色体的复制而复制的，A错误；一个DNA分子上有多个基因，同一DNA分子上可能同时含有两个控制眼色的基因，如朱红眼和深红眼，B错误；雌果蝇的基因型可能为XRXR，则该个体在有丝分裂间期复制后可能含有四个XR基因，即红眼基因最多有4个，C正确；基因是有遗传效应的DNA片段，一般而言白眼基因的两侧为非基因片段，且由于基因的选择性表达，控制白眼的基因不能转录出血红蛋白，D错误。┃┃拓展延伸►真、原核细胞基因的结构和表达(1)基因的结构(2)基因表达遗传信息①原核生物基因②真核生物基因〔变式训练〕2．(2023·江津区模拟)图甲为摩尔根等人研究并绘出的果蝇X染色体上几个基因的相对位置图，图乙为利用荧光标记各个基因，得到的基因在染色体上的位置图，由图分析，正确的是(

)AA．图甲和图乙都能说明一条染色体上有多个基因，且呈线性排列B．图甲中朱红眼基因和深红眼基因的遗传遵循自由组合定律C．图乙中方框内的四个荧光点所在的基因所含遗传信息一定不同D．图乙中从荧光点的分布来看，图中是两条含有染色单体的非同源染色体解析：据图甲可知，一条染色体上有多个基因，基因在染色体上呈线性排列；据图乙不同荧光点的位置分布可以说明基因在染色体上呈线性排列，A正确；图甲中朱红眼基因和深红眼基因位于同一条染色体上，其遗传不遵循自由组合定律，B错误；图乙中方框内的四个荧光点位置相同，说明这四个基因可能是相同基因(遗传信息相同)，也可能是等位基因(遗传信息不同)，因此，方框内的四个荧光点所在的基因所含遗传信息可能相同，C错误；由图乙可知，图示为两条染色体，二者形态大小相似、基因位点相同，是一对同源染色体，同时，每条染色体的同一位置有两个基因(荧光点)，据此可推测染色体中有染色单体，因此图乙是一对含有染色单体的同源染色体，D错误。考向

DNA结构的相关计算例3

(2023·福建龙岩高三质检)若生物体内DNA分子中(G＋C)/(A＋T)＝a，(A＋C)/(G＋T)＝b，则下列有关两个比值的叙述，不正确的是(

)A．a值越大，双链DNA分子的稳定性越高B．DNA分子一条单链及其互补链中，a值相同C．碱基序列不同的双链DNA分子，b值不同D．经半保留复制得到的DNA分子，b值等于1例

3C解析：G与C之间通过三个氢键相连，A与T之间通过两个氢键相连，a值越大，(G＋C)所占比例越大，双链DNA分子的稳定性越高，A正确；DNA分子中互补碱基之和的比值即(G＋C)/(A＋T)＝a，则在每条单链中(G＋C)/(A＋T)＝a，B正确；DNA分子中非互补碱基之和的比值等于1，即(A＋C)/(G＋T)＝b＝1，即碱基序列不同的双链DNA分子，其b值相同，C错误，D正确。┃┃归纳提示►解答有关碱基计算题的“三步曲”〔变式训练〕3．(2023·山东淄博高三月考)下列关于双链DNA分子结构的叙述，正确的是(

)A．某DNA分子含有500个碱基，可能的排列方式有4500种B．若质粒含有2000个碱基，则该分子同时含有2个游离的磷酸基团C．某DNA分子内胞嘧啶占25%，则每条单链上的胞嘧啶占25%～50%D．某DNA分子上有胸腺嘧啶312个，占总碱基的26%，则该DNA分子上有鸟嘌呤288个D解析：某DNA分子含有500个碱基，则可能的排列方式有4250种，A错误；质粒是环状DNA分子，其不含游离的磷酸基团，B错误；某DNA分子内胞嘧啶占25%，则每条单链上的胞嘧啶占0%～50%，C错误；某DNA分子上有胸腺嘧啶312个，占总碱基的26%，则该DNA分子上碱基总数为312÷26%＝1200(个)，根据碱基互补配对原则，该DNA分子中有鸟嘌呤1200×(50%－26%)＝288(个)，D正确。考点二DNA分子的复制及相关计算1．DNA分子复制的研究(1)方式推测：沃森和克里克提出遗传物质自我复制的假说：DNA分子复制方式为_______________。(2)实验证据①实验方法：____________________________________。半保留复制同位素示踪技术和离心技术②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。③实验假设：____________________________________。④实验预期：离心后应出现3条DNA带。重带(密度最大)：两条链都为15N标记的亲代双链DNA；中带(密度居中)：一条链为14N标记，另一条链为15N标记的子代双链DNA；轻带(密度最小)：两条链都为14N标记的子代双链DNA。DNA以半保留的方式复制⑤实验过程⑦实验结论：____________________________________。全部重带全部中带DNA的复制是以半保留方式进行的2．复制过程(1)概念：以_______________为模板合成_____________的过程。(2)时间：细胞有丝分裂的间期和减数分裂Ⅰ前的间期。亲代DNA子代DNA(3)图解(4)场所：真核生物在_________、_________和_________；原核生物在______和细胞质。(5)特点：__________________。(6)方式：_______________。(7)结果：形成__________________的DNA分子。细胞核线粒体叶绿体拟核边解旋边复制半保留复制两个完全相同3．DNA分子精确复制的原因(1)DNA分子的_________结构提供精确的模板。(2)_____________________保证复制准确进行。4．DNA分子复制的意义使____________从亲代传给子代，保持了遗传信息的_______。双螺旋碱基互补配对原则遗传信息连续性易错整合，判断正误。(1)植物细胞的线粒体和叶绿体中均可发生DNA的复制。(

)(2)真核生物DNA分子的复制过程需要解旋酶和能量。(

)(3)在一个细胞周期中，DNA复制过程中的解旋发生在两条DNA母链之间。(

)(4)DNA复制时，两条脱氧核苷酸链均可作为模板。(

)√√√√1．在细胞内，DNA的两条链都能作为模板，由于DNA分子的两条链是反向平行的，每条链都通过磷酸和脱氧核糖的3′、5′碳原子相连而成，因此每条链的两端是不同的，其中，一端是3′－端(3′羟基)，另一端是5′－端(5′磷酸基团)。在DNA复制中，DNA聚合酶催化合成的方向是5′→3′，而不是3′→5′。DNA复制又是边解旋边复制。请推测DNA聚合酶是如何催化DNA复制的？提示：DNA复制时，一条模板链是3′→5′走向，其互补链在5′→3′方向上连续合成，并称为前导链；另一条模板链是5′→3′走向，其互补链也是沿5′→3′方向合成，但是与前导链的合成方向正好相反，随着复制的进行会形成许多不连续的片段，最后不连续片段连成一条完整的DNA单链，称为后随链。如图所示：2．分析DNA复制过程(1)图示中的解旋酶和DNA聚合酶各有什么作用？提示：前者使氢键打开，DNA双链解旋；后者催化形成磷酸二酯键，从而形成新的子链。(2)蛙的红细胞和哺乳动物成熟的红细胞，是否都能进行图示过程？提示：蛙的红细胞进行无丝分裂，可进行DNA分子的复制；哺乳动物成熟的红细胞已丧失细胞核，也无各种细胞器，不能进行DNA分子的复制。(3)上图所示DNA复制过程若发生在细胞核内，形成的两个子DNA位置如何？其上面对应片段中基因是否相同？两个子DNA将于何时分开？提示：染色体复制后形成两条姐妹染色单体，刚复制产生的两个子DNA分子分别位于两条姐妹染色单体上，由着丝粒相连；其对应片段所含基因在无基因突变等特殊变异情况下应完全相同；两个子DNA分子将于有丝分裂后期或减数分裂Ⅱ后期着丝粒分裂时，随两条姐妹染色单体的分离而分开，分别进入两个子细胞中。1．归纳概括DNA复制的五个问题(1)复制的场所：主要场所是细胞核，但在拟核、线粒体、叶绿体、细胞质基质(如质粒)中也可进行DNA复制。(2)外界条件对DNA复制的影响：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。(3)复制方式：半保留复制。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)。(4)过程特点：边解旋边复制；多起点解旋和复制。(5)DNA复制的准确性①一般情况下，DNA分子能准确地进行复制。原因是DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板；通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。②特殊情况下，在外界因素和生物内部因素的作用下，可能造成碱基配对发生差错，引发基因突变。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的培养基中连续复制n次(如上图)，则：

①子代DNA(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m·(2n－1)个。②第n次复制需要该种脱氧核苷酸数为m·2n－1个。考向

DNA复制的过程及特点例4

(2022·山东日照高三一模)研究人员将1个含14N－DNA的大肠杆菌转移到以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中，培养1h后提取子代大肠杆菌的DNA。将DNA解开双螺旋，变成单链；然后进行密度梯度离心，试管中出现两种条带(如下图)。下列说法正确的是(

)例

4DA．由结果可推知该大肠杆菌的繁殖周期大约为15minB．根据条带的数目和位置可以确定DNA的复制方式C．解开DNA双螺旋的实质是破坏核苷酸之间的磷酸二酯键D．若直接将子代DNA进行密度梯度离心也能得到两条条带解析：14N单链：15N单链＝1:7，说明DNA复制了3次，因此可推知该细菌的繁殖周期大约为20min，A错误；由于DNA经过热变性后解开了双螺旋，变成单链，因此根据条带的数目和位置只能判断DNA单链的标记情况，但无法判断DNA的复制方式，B错误；解开DNA双螺旋的实质是破坏核苷酸之间的氢键，C错误；DNA复制3次，有1/4的DNA含15N和14N，为中带，3/4是只含15N的DNA，为重带，所以若直接将子代DNA进行密度梯度离心也能得到两条条带，D正确。〔变式训练〕4．下图中图1是DNA的某一片段，图2是DNA复制过程示意图。下列相关叙述中，错误的是(

)DA．图1中所示的DNA片段有两个游离的磷酸基团B．图1中④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸C．据图2可知DNA的复制过程需要消耗ATPD．图2中DNA聚合酶的作用是催化碱基对间氢键的形成解析：图1中每条脱氧核苷酸链的5′端有一个游离的磷酸基团，所以图1中含有两个游离的磷酸基团，A正确；由于图1中①是胞嘧啶，所以④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸，B正确；由图2可知，DNA的复制过程需要消耗ATP，C正确；DNA聚合酶的作用是催化相邻脱氧核苷酸间磷酸二酯键的形成，而不是氢键的形成，D错误。考向

考查DNA分子复制的相关计算例5

(2023·临沂模拟)现有DNA分子的两条单链均只含有14N(表示为14N/14N)的大肠杆菌，若将该大肠杆菌在含有15N的培养基中繁殖两代，再转到含有14N的培养基中繁殖一代，则理论上DNA分子的组成类型和比例分别是(

)A．有15N/14N和14N/14N两种，其比例为1:3B．有15N/15N和14N/14N两种，其比例为1:1C．有15N/15N和14N/14N两种，其比例为3:1D．有15N/14N和14N/14N两种，其比例为3:1例

5D解析：将只含有14N的大肠杆菌置于含有15N的培养基中繁殖两代后，由于DNA的半保留复制，得到的子代DNA为2个15N/15N－DNA和2个15N/14N－DNA，再将其转到含有14N的培养基中繁殖一代，会得到6个15N/14N－DNA和2个14N/14N－DNA，比例为3:1，故选D。┃┃易错提醒►有关DNA复制和计算的4点“注意”(1)DNA中氢键可由解旋酶催化断裂，同时需要ATP供能，也可加热断裂(体外)；而氢键是自动形成的，不需要酶和能量。(2)注意“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别，前者包括所有的复制，后者只包括第n次的复制。(3)DNA复制计算时看清题中所给出的碱基的单位是“对”还是“个”；所问的是“DNA分子数”还是“链数”，是“含”还是“只含”。(4)在真核生物中，DNA复制一般是多起点复制；在原核生物中，DNA复制一般是一个起点。无论是真核生物还是原核生物，DNA复制大多数都是双向进行的。〔变式训练〕5．(2023·滨州模拟)用15N标记两条链含有100个碱基对的DNA分子，其中胞嘧啶有60个，该DNA分子在含14N的培养基中连续复制3次。下列有关说法不正确的是(

)A．该DNA分子含有的氢键数目是260个B．该DNA分子复制3次共需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸320个C．子代DNA分子中含15N的单链与含14N的单链之比为1:7D．子代DNA分子中含15N的DNA分子与含14N的DNA分子之比为1:4B解析：该DNA分子有100个碱基对，其中胞嘧啶有60个，则G有60个，A和T各有40个，又知C、G之间有3个氢键，A、T之间有2个氢键，因此氢键数目为60×3＋40×2＝260(个)，A正确；该DNA分子含有腺嘌呤脱氧核苷酸(A)40个，则复制3次共需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸的数目为(23－1)×40＝280(个)，B错误；该DNA分子复制3次共产生8个DNA分子、16条DNA单链，其中2条链含15N，故含15N的单链与含14N的单链之比为2:14，即1:7，C正确；该DNA分子复制3次共产生8个DNA分子，其中2个DNA分子含有15N,8个DNA分子都含有14N，故二者之比为1:4，D正确。1．(2022·海南卷)科学家曾提出DNA复制方式的三种假说：全保留复制、半保留复制和分散复制(图1)。对此假说，科学家以大肠杆菌为实验材料，进行了如下实验(图2)：下列有关叙述正确的是(

)A．第一代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带，说明DNA复制方式一定是半保留复制B．第二代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带和1条轻带，说明DNA复制方式一定是全保留复制C．结合第一代和第二代细菌DNA的离心结果，说明DNA复制方式一定是分散复制D．若DNA复制方式是半保留复制，继续培养至第三代，细菌DNA离心后试管中会出现1条中带和1条轻带D解析：第一代细菌DNA离心后，试管中出现1条中带，则可以排除全保留复制，但不能肯定是半保留复制或分散复制，继续做子代ⅡDNA密度鉴定，若子代Ⅱ可以分出一条中密度带和一条轻密度带，则可以排除分散复制，同时肯定是半保留复制，ABC错误；若DNA复制方式是半保留复制，继续培养至第三代，形成的子代DNA只有两条链均为14N，或一条链含有14N一条链含有15N两种类型，