第2讲 DNA的结构、复制、基因是有遗传效应的DNA片段- 备战2024年高考生物大一轮复习课件

第七单元第2讲

DNA的结构

DNA的复制

基因通常是有遗传效应的DNA片段考点由高考知核心知识点预测DNA的结构、DNA的复制、基因是有遗传效应的DNA片段（2023·天津）（2023·山东）（2023·海南）（2023·北京）（2023·重庆）（2023·海南）（2023·浙江）（2023·广东）（2023·辽宁）（2023·河北）热点预测与趋势分析考察内容：①DNA的结构②DNA复制12DNA的结构3DNA的复制基因通常是有遗传效应的DNA片段1DNA的结构（1）DNA双螺旋模型构建者：沃森和克里克沃森和克里克搭建的DNA双螺旋结构模型1DNA的结构（2）DNA的分子组成①DNA的基本单位是：脱氧核苷酸磷酸基团脱氧核糖含氮碱基脱氧核糖P含氮碱基CH2O1'2'3'4'5'HHOHHHH脱氧核糖PA脱氧核糖PC脱氧核糖PG脱氧核糖PT(4种)C、H、O、N、P1DNA的结构②DNA双螺旋结构的主要特点如下:1.由两条单链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。2.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。3.两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对具有一定的规律：A=T和C=G。脱氧核糖PA脱氧核糖PC脱氧核糖PG脱氧核糖PT脱氧核糖PTC脱氧核糖PG脱氧核糖PA脱氧核糖P碱基之间的这种一一对应的关系，叫作碱基互补配对原则。5'5'3'3'DNA的结构模式图氢键碱基对（2）DNA的分子组成DNA双螺旋结构1DNA的结构1DNA的结构③DNA分子的结构特性。(2)多样性：如n个碱基对构成的DNA具有4n种碱基对排列顺序。(3)特异性：如每个DNA分子都有其特定的碱基对排列顺序。(1)稳定性：如两条主链磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变，碱基对构成方式不变等。④意义：DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。（2）DNA的分子组成1DNA的结构⑤制作DNA双螺旋结构模型（2）DNA的分子组成1DNA的结构DNA单链有关的计算A1=

,T1=

,C1=

,G1=

。A1C1T1G11链DNA分子2链T2G2A2C2T2A2G2C2A=

,C=

。TGDNA双链有关的计算A+C=

=

=

=

。

A+GT+CT+G50%（3）DNA分子的结构及相关计算1DNA的结构（A+G）/（T+C）=（A+C）/（T+G）=①两条链不互补的碱基之和相等。（A+G）/（A+T+G+C）=②两条链中不互补的碱基和与两条链碱基总数之比等于50%（1/2）。（A1+T1）/（A2+T2）=（G1+C1）/（G2+C2）=③一条链中互补碱基的和等于另一条链中互补碱基的和。11111/2（3）DNA分子的结构及相关计算1DNA的结构（A1+G1）/（T1+C1）=a则（A2+G2）/（T2+C2）=④一条链中不互补碱基的和之比等于另一条链中这种比值的倒数。⑤两条链中互补碱基和与两条链碱基总数之比，与任意一条链的这种比值相等。（A+T）/（A+T+G+C）=a则（A1+T1）/（A1+T1+G1+C1）=a1/a（3）DNA分子的结构及相关计算 DNA分子结构的“五、四、三、二、一”五种元素四种碱基或脱氧核苷酸三种物质二种长链一种结构C、H、O、N、PA、G、C、T磷酸基团、脱氧核糖、碱基两条脱氧核苷酸长链双螺旋结构

外侧：

交替连接，构成基本骨架，并按

方式排列成两条长链；平面结构内侧：两条链上的碱基通过

连成

，

遵循

原则（A

,G

）空间结构：

结构（右旋）磷酸、脱氧核糖反向平行双螺旋氢键碱基对＝T≡C碱基互补配对 DNA分子结构的双螺旋结构 DNA分子结构的特性(1)

性：如n个碱基对构成的DNA具有4n种碱基对排列顺序。(2)

性：如每个DNA分子都有其特定的碱基对排列顺序。(3)

性：如两条主链磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变，碱基对构成方式不变等。稳定多样特异2DNA的复制沃森和克里克紧接着提出了遗传物质自我复制的假说：DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸根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，这种复制方式称作半保留复制。脱氧核糖PA脱氧核糖PC脱氧核糖PG脱氧核糖PT脱氧核糖PTC脱氧核糖PG脱氧核糖PA脱氧核糖P2DNA的复制脱氧核糖PT脱氧核糖PTC脱氧核糖PG脱氧核糖PA脱氧核糖P5'3'脱氧核糖PT5'脱氧核糖PA脱氧核糖PC脱氧核糖PG脱氧核糖PT3'A脱氧核糖PG脱氧核糖P脱氧核糖PC脱氧核糖PG脱氧核糖PAC脱氧核糖P2DNA的复制提出假说假说一：全保留复制假说二：半保留复制（沃森和克里克）如何验证这个假说呢？关键思路是？2DNA的复制如何验证这个假说呢？关键思路是？区分亲代和子代的DNA标记亲代DNA的两条链，然后观察它们在子代DNA中如何分布？如何标记？2DNA的复制（1）DNA半保留复制的实验证据①方式推测：DNA分子复制方式为_____________。②实验方法：____________技术和________________技术③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密度居中半保留复制同位素标记密度梯度离心15N/15N-DNA14N/14N-DNA2DNA的复制【背景知识】15N和14N是氮元素的两种稳定同位素，这两种同位素的相对原子质量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，因此，利用离心技术可以在试管中分离开含有相对原子质量不同的氮元素的DNA。15N/15N-DNA15N/14N-DNA14N/14N-DNA2DNA的复制思考1、科学家为什么用大肠杆菌作为实验材料？思考2、如何让亲代DNA获得15N标记？思考3、如何让子代DNA获得14N标记？大肠杆菌大约20Min繁殖一代。将大肠杆菌放入含有15NH4Cl的培养液中培养若干代。将上述亲代大肠杆菌转入含14NH4Cl的培养液中。科学家先用含有15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖若干代，这时，大肠杆菌的DNA几乎都是15N标记的。然后，将大肠杆菌转移到含有14NH4Cl的普通培养液中。在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA，再将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA的位置。【实验过程】2DNA的复制演绎推理15N/15N-DNA15N/14N-DNA14N/14N-DNA15N/14N-DNA重带中带轻带中带实验过程实验结果大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代提取DNA，离心密度低高转移到含14NH4Cl的培养液中第一代提取DNA，离心第二代细胞再分裂一次细胞分裂一次提取DNA，离心2DNA的复制大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代提取DNA，离心密度低高转移到含14NH4Cl的培养液中第一代提取DNA，离心第二代细胞再分裂一次细胞分裂一次提取DNA，离心15N/15N-DNA15N/14N-DNA15N/14NDNA15N/14NDNA14N/14NDNA14N/14NDNA如果DNA复制是半保留复制第一代会出现的结果是第二代会出现的结果是与实验结果符合14N14N14N2DNA的复制大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代提取DNA，离心密度低高转移到含14NH4Cl的培养液中第一代提取DNA，离心第二代细胞再分裂一次细胞分裂一次提取DNA，离心15N/15N-DNA14N14N14N15N/15NDNA14N/14NDNA14N/14NDNA14N/14NDNA如果DNA复制是全保留复制第一代会出现的结果是第二代会出现的结果是与实验结果不相符15N/15NDNA14N/14NDNA2DNA的复制大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代提取DNA，离心密度低高第一代提取DNA，离心第二代提取DNA，离心与半保留复制的预期相符合。实验结果：实验结论：DNA分子复制的方式是半保留复制。2DNA的复制提出问题：做出假说：演绎推理：验证验证：得出结论：DNA是如何复制的？推测可能的复制方式半保留复制全保留复制预测两种复制模式下得到的子代DNA的可能情况及可能的实验结果。实验结果与半保留复制的预期相符。DNA分子复制的方式是半保留复制。DNA复制方式的探究历程2DNA的复制（2）DNA的复制①概念：DNA的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。②场所：③时间：④条件：细胞分裂（有丝分裂或减数分裂）前的间期模板原料酶能量亲代DNA分子中的两条母链以细胞中游离的4种脱氧核苷酸解旋酶、DNA聚合酶等ATP等真核生物：原核生物：DNA病毒：细胞核（主要）、线粒体、叶绿体拟核（主要）、细胞质（如：

）宿主细胞内质粒2DNA的复制DNA复制的过程的视频2DNA的复制⑤DNA复制的过程图解DNA聚合酶解旋酶3'5'3'3'5'5'5'3'母链2子链1母链15'3'碱基互补配对解旋解旋需要线粒体提供能量需要解旋酶解开两条螺旋的双链合成子链模板：解开的每一条母链原料：游离4种脱氧核苷酸原则：碱基互补配对酶：DNA聚合酶形成子代DNA每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构子链22DNA的复制⑥特点：⑦意义：使

从亲代传给子代，保持了遗传信息的

性。⑧精确复制的原因：①双螺旋结构为其提供

；②

原则及

复制使复制准确进行。半保留复制遗传信息连续精确模板碱基互补配对半保留、边解旋边双向复制（2）DNA的复制2DNA的复制(3)与DNA分子复制有关的计算大家发现了什么规律吗？2DNA的复制复制1次复制2次复制3次①将含有15N的DNA放在含有14N的培养液中连续复制n次，则(3)与DNA分子复制有关的计算子代DNA共有2n个含15N的DNA：只含15N的DNA：含14N的DNA：只含14N的DNA：2个0个2n个（2n-2）个脱氧核苷酸链共有2n＋1条含14N的链：（2n＋1－2）条含15N的链：2条2DNA的复制复制1次复制2次复制3次

②复制n次与第n次复制（设DNA分子中某碱基数为m）复制n次共需要某碱基的数目=第n次复制需要某种碱基的数目(3)与DNA分子复制有关的计算

m∙（2n-1）=

m∙（2n-2n-1）=

m∙2n-12DNA的复制③有丝分裂中染色体标记情况（绘图法）1条染色体上的双链DNA1条染色体上的2条姐妹染色单体(3)与DNA分子复制有关的计算过程图解(一般只研究一条染色体)复制一次(母链标记，培养液不含标记同位素)转至不含标记同位素的培养液中再培养一个细胞周期：复制一次着丝粒分裂2条被标记的染色体再复制一次着丝粒分裂只有1条单链被被标记的2条姐妹染色单体2条染色体中只有1条被标记2DNA的复制③有丝分裂中染色体标记情况（绘图法）1条染色体上的双链DNA1条染色体上的2条姐妹染色单体(3)与DNA分子复制有关的计算复制一次着丝粒分裂2条被标记的染色体再复制一次着丝粒分裂只有1条单链被被标记的2条姐妹染色单体2条染色体中只有1条被标记规律总结：若只复制一次，产生的子染色体都带有标记；若复制两次，产生的子染色体只有一半带有标记2DNA的复制(3)与DNA分子复制有关的计算复制减Ⅰ着丝粒分裂④减数分裂中染色体标记情况分析过程图解：减数分裂一般选取一对同源染色体为研究对象减Ⅱ着丝粒分裂减Ⅱ规律总结：由于减数分裂没有细胞周期，DNA只复制一次，因此产生的子染色体都带有标记。2DNA的复制(3)与DNA分子复制有关的计算⑤利用模型分析子细胞中染色体标记情况一个细胞连续分裂两次，最后形成的4个子细胞有三种情况：第一种情况是4个细胞都是；第二种情况是2个细胞是，1个细胞是，1个细胞是；第三种情况是2个细胞是，另外2个细胞是3基因通常是有遗传效应的DNA片段②基因是核酸分子的功能片段。基因控制生物性状，是一个有机的化学实体，同时是控制生物性状的功能单位。但是基因与性状的关系并不是一对一的，即我们常说的“一因一效”，另外还有“一因多效”及“多因一效”。(1)基因与遗传信息的关系①基因是有遗传效应的DNA片段，是针对遗传物质为DNA的生物来讲的，对于少数RNA病毒，基因则是有遗传效应的RNA片段，其遗传信息则为核糖核苷酸的排列顺序;3基因通常是有遗传效应的DNA片段染色体DNA是主要的

。蛋白质DNA基因脱氧核苷酸每个DNA分子含有

个基因基因通常是有

的DNA片段（本质）基因在染色体上呈

。基因是

的基本单位染色体是DNA的

。（DNA的载体还有

和

等）每条染色体含有

个DNA分子每个基因含有

个脱氧核苷酸脱氧核苷酸（碱基）的

代表遗传信息。主要载体线粒体叶绿体1个或2遗传物质多遗传效应线性排列决定生物性状许多个排列顺序(2)基因、DNA和染色体的关系DNA的复制证明DNA半保留复制的实验密度梯度离心法原理（CsCl）：拓展（不需要学生掌握）用超离心机对小分子物质溶液，长时间加一个离心力场达到沉降平衡，在沉降池内从液面到底部出现一定的密度梯度。若在该溶液里加入少量大分子溶液，则溶液内比溶剂密度大的部分就产生大分子沉降，比溶剂密度小的部分就会上浮，最后在离心力和浮力平衡的位置，集聚形成大分子带状物。需要学生掌握的内容：由于含14N的DNA的分子密度<含15N的DNA的分子密度，则，在密度梯度离心管内：双链都含14N的DNA在上方（轻带）双链都含15N的DNA在下方（重带）一条链含14N、另一条链含15N的DNA在轻带与重带之间（中带）实验过程：结论：DNA的复制是以半保留的方式进行的。即，新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链。DNA的复制过程解旋酶细胞提供的能量氢键断裂、DNA双螺旋的两条链解开解旋合成子链DNA聚合酶等酶以解开的每一条母链为模板，以细胞中游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一条子链形成子代DNA分子每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构形成与亲代完全相同的两个DNA分子复制特点：模板：DNA的两条链原料：游离的4种脱氧核苷酸能量：ATP酶：解旋酶、DNA聚合酶等DNA复制的条件：DNA复制的过程：边解旋边复制半保留复制多起点复制DNA精确复制的原因：DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板；碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行DNA复制的结果：DNA通过复制和细胞分裂，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。基因通常是有遗传效应的DNA片段基因：以DNA为遗传物质的生物：基因是有遗传效应的DNA片段以RNA为遗传物质的生物：基因是有遗传效应的RNA片段遗传信息：4种碱基的排列顺序（4种脱氧核苷酸的排列顺序/DNA中碱基对的排列顺序）DNA的多样性和特异性生物体多样性和特异性的根本原因：注意：基因中所含的碱基对只占DNA总碱基对数的一小部分。【答案】B考点1DNA的结构与复制（2023·天津·统考高考真题）下列生物实验探究中运用的原理，前后不一致的是（

）A．建立物理模型研究DNA结构－研究减数分裂染色体变化B．运用同位素标记法研究卡尔文循环－

研究酵母菌呼吸方式C．运用减法原理研究遗传物质－

研究抗生素对细菌选择作用D．孟德尔用假说演绎法验证分离定律－

摩尔根研究伴性遗传【答案】D（2023·山东·高考真题）将一个双链DNA分子的一端固定于载玻片上，置于含有荧光标记的脱氧核苷酸的体系中进行复制。甲、乙和丙分别为复制过程中3个时间点的图像，①和②表示新合成的单链，①的5'端指向解旋方向，丙为复制结束时的图像。该DNA复制过程中可观察到单链延伸暂停现象，但延伸进行时2条链延伸速率相等。已知复制过程中严格遵守碱基互补配对原则，下列说法错误的是（

）A．据图分析，①和②延伸时均存在暂停现象B．甲时①中A、T之和与②中A、T之和可能相等C．丙时①中A、T之和与②中A、T之和一定相等D．②延伸方向为5'端至3'端，其模板链3'端指向解旋方向【答案】B（2023·海南·高考真题）噬菌体ΦX174的遗传物质为单链环状DNA分子，部分序列如图。下列有关叙述正确的是（

）A．D基因包含456个碱基，编码152个氨基酸B．E基因中编码第2个和第3个氨基酸的碱基序列，其互补DNA序列是5′-GCGTAC-3′C．噬菌体ΦX174的DNA复制需要DNA聚合酶和4种核糖核苷酸D．E基因和D基因的编码区序列存在部分重叠，且重叠序列编码的氨基酸序列相同【答案】D（2022·重庆·统考高考真题）下列发现中，以DNA双螺旋结构模型为理论基础的是（

）A．遗传因子控制性状 B．基因在染色体上C．DNA是遗传物质 D．DNA半保留复制【答案】D（2022·海南·统考高考真题）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【答案】C（2022·浙江·高考真题）某同学欲制作DNA双螺旋结构模型，已准备了足够的相关材料，下列叙述正确的是（

）A．在制作脱氧核苷酸时，需在磷酸上连接脱氧核糖和碱