江苏高三生物一轮复习第6单元　第27讲　DNA的结构和复制导学案

第27讲DNA的结构和复制【课标要求】1.概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成的，通常由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；2.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；3.概述DNA分子通过半保留方式进行复制；4.实验：制作DNA分子双螺旋结构模型。考点1DNA分子结构及制作模型考点透析知识1DNA结构模型的构建1.主要构建者：沃森和克里克。2.构建过程3.【教师选讲】构成DNA和RNA的5种常见碱基的结构式及其配对形成的氢键(图3中虚线)图1知识2DNA分子的结构1.DNA的结构DNA是规则的双螺旋结构，其反向平行的两条长链是由4种脱氧核苷酸通过碱基互补配对形成的。巧记：DNA分子结构的“五、四、三、二、一”解疑释惑DNA分子结构模型解读图1图2(1)由图1可解读以下信息：(2)图2是图1的简化形式，其中①代表3′，5′－磷酸二酯键，②是氢键。(填编号)归纳总结几种化合物中常考的“键”(1)DNA分子中含有磷酸二酯键和氢键。RNA分子中含有磷酸二酯键，部分含有氢键。(注：氢键不是化学键。)①磷酸二酯键存在于核苷酸内部和核苷酸之间，一般DNA聚合酶、RNA聚合酶、限制性内切核酸酶和DNA连接酶作用于核苷酸之间的磷酸二酯键；②解旋酶、RNA聚合酶和高温均能破坏氢键，但氢键的形成不需要酶。(2)蛋白质分子中含有肽键和氢键，有的蛋白质分子中还含有二硫键(存在于链内或链之间)。(3)ATP和ADP中分别含有2个和1个特殊的化学链(磷酐键)。2.DNA结构的特点(1)稳定性：磷酸和脱氧核糖交替连接，排列在外侧构成基本骨架。(2)多样性：碱基对多种多样的排列顺序。如n个碱基对组成的DNA分子，可能的碱基对排列顺序有4n种(其中n代表碱基对数)。(3)特异性：每种DNA分子都有特定的碱基(对)排列顺序，代表了特定的遗传信息。思辨小练判断下列说法的正误：(1)双链DNA分子中一条链上的相邻碱基是通过氢键相连的。(×)(2)一个双链DNA分子中含有2个或0个游离的磷酸基团。(√)提示：环状DNA没有游离的磷酸基团，链状DNA含有2个游离的磷酸基团。(3)DNA分子中，G和C的相对含量越高，DNA分子的热稳定性越高。(√)(4)DNA中的脱氧核糖都连接着两个磷酸基团。(×)提示：DNA两条链各有一个3′端的脱氧核糖连接着一个磷酸基团。典题说法考向1DNA分子的结构(2024·浙江6月卷)下列关于双链DNA分子结构的叙述，正确的是(A)A.磷酸与脱氧核糖交替连接构成了DNA的基本骨架B.双链DNA中T占比越高，DNA热变性温度越高C.两条链之间的氢键形成由DNA聚合酶催化D.若一条链的G＋C占47%，则另一条链的A＋T也占47%【解析】DNA的外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架，内侧是碱基通过氢键连接形成的碱基对，A正确；双链DNA中，G—C碱基对占比越高，DNA热变性温度越高，B错误；DNA聚合酶催化形成的是磷酸二酯键，C错误；互补的碱基在单链上所占的比例相等，若一条链的G＋C占47%，则另一条链的G＋C也占47%，A＋T占1－47%＝53%，D错误。深度指津DNA分子中碱基互补配对相关计算(1)规律一：一个双链DNA分子中，A＝T、C＝G，则A＋G＝C＋T，即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。(2)规律二：在双链DNA分子中，互补的两碱基之和如A＋T或C＋G占全部碱基的比值等于其任何一条单链中该种碱基之和所占的比值。(3)规律三：在双链DNA中，一条单链的(A1＋G1)/(T1＋C1)的值与其互补单链的(A2＋G2)/(T2＋C2)的值互为倒数关系。但在整个DNA分子中(A＋G)/(T＋C)等于1。(4)规律四：在双链DNA中，一条单链的(A＋T)/(G＋C)的值，与该互补链的(A＋T)/(G＋C)的值是相等的，与整个DNA分子中的(A＋T)/(G＋C)的值是相等的。注：规律一、二要求理解并记忆，规律三、四理解即可。考向2制作DNA双螺旋结构模型某同学欲制作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(C)A.在制作脱氧核苷酸时，需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基B.制作模型时，鸟嘌呤与胞嘧啶之间用2个氢键相连C.制成的模型中，腺嘌呤与胞嘧啶之和等于鸟嘌呤和胸腺嘧啶之和D.制成的模型中，磷酸和脱氧核糖交替连接位于主链的内侧【解析】在制作脱氧核苷酸时，需在脱氧核糖上连接磷酸和碱基，A错误；配对的鸟嘌呤和胞嘧啶之间由3个氢键连接，B错误；DNA的两条链之间遵循碱基互补配对原则，即A＝T、C＝G，故在制作的模型中，A＋C＝G＋T，C正确；DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架，碱基在内侧，D错误。考点2基因的概念考点透析1.基因的概念基因通常是有遗传效应的DNA片段。有些病毒的遗传物质是RNA，对此类病毒而言，基因就是有遗传效应的RNA片段。注：这里的“遗传效应”主要是指指导蛋白质合成、控制生物体性状等，即遗传物质的“复制、遗传和表达”。2.基因、DNA及染色体的关系思辨小练1.判断下列说法的正误：(1)DNA可以划分成若干片段，每个片段都是基因。(×)提示：只有具有遗传效应的DNA片段才是基因，而不是任意片段。(2)有些病毒只有RNA，故该病毒没有基因。(×)提示：对于RNA病毒，其具有遗传效应的RNA也是基因。(3)细胞质内的基因也能控制生物性状，有些性状是细胞核基因和细胞质基因共同控制的。(√)2.基因、DNA、染色体三者的关系(1)基因与DNA的关系：两者的化学成分是一样的，基本组成单位都是脱氧核苷酸。(2)基因与染色体的关系：基因与染色体是线性的平行关系(即基因与染色体的行为存在一致性。这个“推论”的提出者是萨顿，而证明此推论的是摩尔根及其学生，运用的是“假说—演绎法”)。①等位基因存在于同源染色体上，染色体的行为与基因的遗传有很大关系。②每条染色体上有许多个基因。(3)染色体与DNA的关系：染色体是DNA的主要载体。①染色体主要由蛋白质和DNA组成(还含有少量RNA)，分布在细胞核中(真核生物的DNA主要分布在细胞核中)。②叶绿体、线粒体、原核生物的拟核、质粒，以及部分病毒中也有DNA。典题说法考向对基因概念的理解(2024·北京卷)摩尔根和他的学生们绘出了第一幅基因位置图谱，示意图如下，相关叙述正确的是(A)果蝇X染色体上一些基因的示意图A.所示基因控制的性状均表现为伴性遗传B.所示基因在Y染色体上都有对应的基因C.所示基因在遗传时均不遵循孟德尔定律D.四个与眼色表型相关基因互为等位基因【解析】性染色体上基因控制的性状总是与性别相关联，题图所示基因控制的性状均表现为伴性遗传，A正确；X染色体和Y染色体存在非同源区段，所以Y染色体上不一定含有与所示基因对应的基因，B错误；在性染色体上的基因(位于细胞核内)遵循孟德尔遗传定律，C错误；等位基因是指位于一对同源染色体相同位置上，控制同一性状不同表现类型的基因，图中四个与眼色表型相关基因位于同一条染色体上，其基因不是等位基因，D错误。审答指导由图示可知，控制果蝇图示性状的基因在该染色体上呈线性排列，果蝇的四个与眼色表型相关的基因位于同一条染色体上。抽取孕妇静脉血后，可从中分离出胎儿游离DNA，测定其碱基序列，对比分析后可确定胎儿是否患遗传病。下列叙述错误的是(A)A.胎儿细胞中的DNA都存在于染色体上B.DNA一般呈双链，以碳链为基本骨架C.胎儿与母亲的DNA脱氧核苷酸的排列顺序不完全相同D.胎儿DNA的脱氧核苷酸排列顺序储存着胎儿的遗传信息【解析】人体基因中的脱氧核苷酸(碱基对)排列顺序代表遗传信息，不同的基因含有不同的脱氧核苷酸排列顺序。胎儿细胞中的DNA主要存在于染色体上，少部分存在于线粒体中，A错误。考点3DNA的复制考点透析1.对DNA复制方式的探究DNA复制方式的三种假说DNA半保留复制的实验证据技术密度梯度离心、同位素标记法过程结论DNA以半保留的方式复制2.DNA的复制概述概念以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程时期有丝分裂前的间期和减数分裂前的间期场所DNA存在的场所，主要是细胞核过程解旋→合成子链→子链延伸→亲子链复旋条件①模板：亲代DNA的每一条链；②原料：4种游离的脱氧核苷酸；③能量：ATP释放的能量(用于解旋)；④酶：解旋酶和DNA聚合酶等结果正常情况下，1个DNA复制形成2个与亲代DNA完全相同的DNA特点边解旋边复制、半保留复制等意义将遗传信息从亲代传给子代，从而保持了遗传信息的连续性3.DNA的复制过程深度指津DNA分子复制的特点(以真核细胞的DNA复制为例进行模型构建)(1)DNA分子复制的一般共性：半保留复制、边解旋边复制、子链延伸方向是5′→3′(DNA复制中DNA聚合酶复制子链DNA的机制：①将游离的脱氧核苷酸添加到双链核酸引物链的3′端；②催化以DNA为模板的子链延伸)。(2)DNA分子复制是从多个起点开始的，但多起点并非同时进行。(3)DNA分子复制是边解旋边双向复制的。(4)半不连续复制：子链延伸方向与解旋方向一致时，子链复制是连续的；反之则不连续。(5)基于真核生物基因组较大，真核生物的这种复制方式的意义在于提高了复制速率。思辨小练判断下列说法的正误：(1)DNA复制时，严格遵循A—T、C—G的碱基互补配对原则。(√)(2)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。(√)(3)原核细胞内DNA的合成都需要DNA片段作为引物。(×)(4)在DNA的复制过程中，只需要解旋酶和DNA聚合酶。(×)典题说法考向1探究DNA复制方式及DNA复制相关计算某双链仅含15N的DNA分子含有2400个碱基，胞嘧啶占28%。该DNA分子在以14N为原料的培养基中复制3次，将全部产物进行密度梯度离心，得到图甲实验结果，将全部复制产物解旋后再离心，则得到图乙实验结果。下列有关分析错误的是(A)A.密度梯度离心的实验结果支持全保留复制理论B.1层全部是仅含14N的DNA,2层中含有的DNA数是1层的1/3C.3层与4层的核苷酸链数之比为7∶1D.从外界吸收的游离的胸腺嘧啶为3696个，其在乙中全部分布在3层【解析】DNA为半保留复制，含15N的DNA在以14N标记的脱氧核苷酸为原料的培养基中复制3次，得到8个DNA分子，其中2个为15N/14N－DNA,6个为14N/14N－DNA。全保留复制只会出现重链、轻链，该实验中出现了中链14N/15N,因此密度梯度离心的实验结果不支持全保留复制理论，A错误；由上述分析可知，子代DNA分子中，2个为15N/14N型(2层)，6个为14N/14N型(1层)，故2层中含有的DNA数是1层的1/3,B正确；解旋后共16个单链，3层为14个14N核苷酸链，4层为2个15N核苷酸链，故3层与4层的核苷酸链数之比为7∶1,C正确；由题意可计算出，该双链DNA中胸腺嘧啶数为2400×[(1－28%×2)÷2]＝528个，复制3次，需要消耗的胸腺嘧啶为528×(23－1)＝3696,3层全为被14N标记的DNA链，从外界吸收的游离的胸腺嘧啶全被14N标记，故在3层，D正确。深度指津“图解法”分析DNA复制过程中的数量关系DNA分子的复制为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则有：(1)DNA分子数①子代DNA分子数＝2n个。②含有亲代DNA链的子代DNA分子数＝2个。③不含亲代DNA链的子代DNA分子数＝2n－2个。(2)脱氧核苷酸链数①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝2n＋1条。②子代中含有亲代的脱氧核苷酸链数＝2条。③新合成的脱氧核苷酸链数＝2n＋1－2条。注意：a.若初始为1个DNA分子，在DNA分子复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核糖核苷酸单链的DNA分子都只有2个。b.看清试题中问的是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词。(3)消耗的脱氧核苷酸数①若一亲代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。②n次复制后，DNA分子含该种脱氧核苷酸数＝m×2n个，(n－1)次复制后，DNA分子含该种脱氧核苷酸数＝m×2n－1个，则第n次复制需该种脱氧核苷酸数＝m×2n－m×2n－1＝m×(2n－2n－1)＝m×2n－1个。注意看清两点：a.碱基的单位是“对”还是“个”。b.“DNA分子复制了n次”还是“第n次复制”，前者包括所有的复制，但后者只包括第n次的复制。考向2DNA复制过程(2025·如皋期初)如图为大肠杆菌拟核DNA的复制示意图，复制从一个起点开始，形成复制泡，“→”表示子链延伸方向。现将未被标记的大肠杆菌置于含18O标记的dGTP(三磷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸)的培养液中培养，使新合成的DNA链中的dG(脱氧鸟苷)均被18O标记，以下说法正确的是(C)A.该过程利用了放射性同位素标记技术B.图中复制泡形成于有丝分裂前的间期，复制起点A—T碱基对含量较高C.一个复制叉内的半不连续复制与DNA聚合酶催化的子链延伸方向有关D.dG(脱氧鸟苷)由脱氧核糖和鸟嘌呤组成，是DNA的基本组成单位【解析】18O没有放射性，该过程利用了同位素标记技术，A错误；大肠杆菌是原核生物，不进行有丝分裂，B错误；脱氧核苷酸是DNA的基本组成单位，由脱氧核糖、鸟嘌呤和磷酸组成，D错误。考向3DNA复制与细胞分裂的关系(2024·无锡江阴二中)5－溴尿嘧啶(BrdU)与胸腺嘧啶脱氧核苷类似，能够与腺嘌呤(A)配对，掺入新合成的DNA子链中。DNA的一条链含有BrdU的染色单体为α型，DNA的两条链均含BrdU的染色单体为β型。将洋葱根尖分生组织的某一细胞放在含BrdU的培养液中进行培养时，所有子细胞的分裂都同步进行。关于子细胞(2n＝16)处于第二、三个细胞周期时的姐妹染色单体情况的叙述，错误的是(D)A.第二次分裂中期每个细胞含α型染色单体16条B.第二次分裂中期所有细胞中的α型染色单体共32条C.第三次分裂中期每个细胞中的α型染色单体为0～16条D.第三次分裂中期所有细胞中的α型染色单体共