高三生物学一轮复习讲义36 必修2 第五单元 第26讲　DNA的结构、复制和基因的本质

第26讲DNA的结构、复制和基因的本质1．概述DNA分子是由4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DNA分子通过半保留方式进行复制。考点1DNA分子的结构和基因的本质一、DNA的结构1．DNA双螺旋结构模型的构建(1)构建者：________和__________。(2)构建过程2．DNA双螺旋结构(1)DNA由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链按____________方式盘旋成双螺旋结构。(2)外侧：____________和________交替连接，构成主链基本骨架。(3)内侧：两条链上的碱基通过氢键连接成__________，并且碱基配对具有一定的规律：A=T(两个氢键)、G≡C(三个氢键)。1．(人教版必修2P50图3-8)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__________，另一端有一个羟基(—OH)，称作________，两条单链走向________，一条单链是从5′端到3′端的，另一条单链是从3′端到5′端的。2．(人教版必修2P52科学·技术·社会)应用DNA指纹技术时，首先需要用____________________酶将待检测的样品DNA切成片段，然后用________的方法将这些片段按大小分开，再经一系列步骤形成DNA指纹图。二、基因通常是有遗传效应的DNA片段1．说明基因与DNA关系的实例2．DNA片段中的遗传信息(1)遗传信息：蕴藏在4种碱基的________之中。(2)特点①多样性：碱基__________________的千变万化。②特异性：每一个DNA分子的碱基有特定的____________。(3)意义DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的____________。3．基因基因通常是有遗传效应的____________。有些病毒的遗传物质是RNA，对这类病毒而言，基因就是有遗传效应的________片段。[深化拓展]1．DNA结构的高考热点(1)(2)(3)(4)2．真核细胞和原核细胞基因的结构1．沃森和克里克研究DNA分子的结构时，运用了构建物理模型的方法。 ()2．沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式。 ()3．磷酸与核糖交替连接排列在外侧构成了DNA的基本骨架。 ()4．DNA中一条链的嘌呤数一定等于另一条链的嘌呤数。 ()5．DNA分子的多样性和特异性主要与它的空间结构密切相关。 ()6．DNA分子中G和C所占的比例越大，其稳定性越低。 ()7．基因研究最新发现表明，人与小鼠的基因约80%相同，则人与小鼠DNA碱基序列相同的比例也是80%。 ()1．某DNA片段的结构如图所示。β链的碱基序列为5′--3′。2．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中的多种生物的DNA中识别并分离出来，用于研究人类起源及进化，思考回答下列相关问题：(1)“引子”的彻底水解产物有，确定的依据是。(2)设计“引子”的DNA序列信息仅来自核DNA吗？。(3)设计“引子”前需要知道古人类的DNA序列吗？判断的依据是什么？。DNA分子的结构特点及相关计算1．(链接人教版必修2P50图3-8)如图是DNA分子结构的部分示意图，下列说法不正确的是()A．图中1表示磷酸基团，2表示脱氧核糖B．图中3与4是通过氢键连接起来的C．DNA复制时，DNA聚合酶可催化两个游离的脱氧核苷酸连接起来D．脱氧核苷酸中，磷酸基团和碱基分别连在脱氧核糖的5′-C和1′-C上2．(链接人教版必修2P52概念检测T3变式)假如某DNA片段中碱基A的数目为x，其比例为y，下列推断正确的是()A．碱基总数为xB．碱基C的数目为xC．嘌呤数与嘧啶数之比为xD．碱基G的比例为1-yDNA分子中碱基数量的计算规律制作DNA分子模型3．(链接人教版必修2P51探究·实践)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。下列叙述错误的是()A．制成的模型中，嘌呤碱基之和等于嘧啶碱基之和B．制作脱氧核苷酸时，磷酸和碱基连接在脱氧核糖上C．制作模型时，鸟嘌呤与胞嘧啶之间用3个氢键连接物相连D．制成的模型中，每个脱氧核糖都连接有2个磷酸4．(链接人教版必修2P51探究·实践)某同学欲制作长度为5个碱基对、内含两个腺嘌呤的DNA双螺旋结构模型。下列相关叙述错误的是()A．需要准备18个脱氧核糖和磷酸之间的连接物B．需要准备13个碱基之间的连接物C．能搭建出45种不同的DNA分子模型D．制成的模型两条脱氧核苷酸链反向平行基因的本质5．(链接人教版必修2P59正文)下列关于核苷酸、基因、核酸和染色体的说法错误的是()A．脱氧核苷酸在细胞中既是组成DNA的基本单位，也是组成基因的基本单位B．真核细胞中染色体是基因的主要载体，基因在染色体上呈线性排列C．染色体数目加倍时，组成染色体的DNA随之加倍D．流感病毒的基因是有遗传效应的RNA片段，能控制遗传性状考点2DNA的复制一、对DNA复制的推测1．沃森和克里克的半保留复制假说2．遗传物质自我复制的其他假说全保留复制是指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是____________。二、DNA半保留复制的实验证据1．实验者：美国生物学家____________________。2．实验方法：同位素标记技术和____________________。3．实验原理15N和14N是氮元素的两种______________，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。两条链被标记情况密度大小离心位置都是15N最大靠近试管的______部一条15N，一条14N居中位置________都是14N最小靠近试管的______部4．实验过程5．演绎推理假设DNA复制方式是半保留复制，预期实验结果：(1)立即取出，提取DNA，离心，获得______________。(2)繁殖一代，提取DNA，离心，获得______________。(3)繁殖二代，提取DNA，离心，获得____________________________。6．实验结果(1)提取亲代DNA→离心→位置靠近试管________。(2)繁殖一代后，提取DNA→离心→位置________。(3)繁殖二代后，提取DNA→离心→1/2位置________，1/2位置__________。7．实验结论：实验结果和假设DNA复制方式是半保留复制的预期结果一致，说明DNA的复制是以______________的方式进行的。(人教版必修2P55旁栏思考)第一代只出现一条居中的DNA条带，这个结果排除了__________复制方式。三、DNA复制的过程1．时间细胞分裂前的________。即__________________________________________________________________________________________________________________。2．场所(1)真核生物：主要在____________内，____________和__________也可以进行。(2)原核生物：主要在________。(3)DNA病毒：活的宿主细胞内。3．复制过程4．复制结果形成两个____________的DNA分子。5．准确复制的原因(1)DNA独特的__________结构，为复制提供了精确的模板。(2)通过________________，保证了复制能够准确地进行。6．意义将____________从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了____________________。[深化拓展]“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分子共2n个含②脱氧核苷酸链共2n+1条含(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。1．DNA复制遵循碱基互补配对原则，新合成的DNA分子的两条链均是新合成的。 ()2．DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制。 ()3．DNA复制时，新子链合成的方向是3′→5′。 ()4．复制后的两个子代DNA分子将在有丝分裂后期或减数分裂Ⅱ后期着丝粒分裂时，随染色单体分离而分开。 ()早在1966年，日本科学家冈崎提出DNA半不连续复制假说：DNA复制形成互补子链时，一条子链是连续形成，另一条子链不连续即先形成短链片段(如图1)。为验证这一假说，冈崎进行了如下实验：让T4噬菌体在20℃时侵染大肠杆菌70min后，将同位素3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，在2秒、7秒、15秒、30秒、60秒、120秒后，分离T4噬菌体DNA并通过加热使DNA分子变性、全部解螺旋，再进行密度梯度离心，以DNA单链片段分布位置确定片段大小(分子越小离试管口距离越近)，并检测相应位置DNA单链片段的放射性，结果如图2。(1)以3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，最终在T4噬菌体DNA中检测到放射性，其原因是。(2)图2中，与60秒结果相比，120秒结果中短链片段减少的原因是，该实验结果为冈崎假说提供的有力证据是。(3)据此推断DNA复制时，除了需要解旋酶、DNA聚合酶外，还需要酶。DNA复制方式的实验探究1．(链接人教版必修2P53图3-9、P54思考·讨论)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DNA复制的过程2．(链接人教版必修2P55图3-10)如图为某真核细胞中DNA复制过程的模式图，据图分析下列说法错误的是()A．DNA复制是一个边解旋边复制的过程B．该过程发生在细胞分裂前的间期C．酶①是解旋酶，酶②是DNA聚合酶D．酶①和酶②均作用于氢键3．(链接人教版必修2P56拓展应用T2变式)如图是果蝇DNA的电镜照片，图中泡状结构①、②和③是DNA复制过程中形成的复制泡。下列叙述不正确的是()A．多起点、边解旋边复制提高了复制效率B．③复制起始的时间早于①和②C．①②③中遵循碱基互补配对原则合成新链D．参与DNA复制的酶有解旋酶和DNA聚合酶DNA复制的相关计算4．(链接人教版必修2P56概念检测T3变式)将一个双链都被15N标记的DNA放在含14N的培养基中连续复制4次，收集相关实验数据，下列叙述错误的是()A．含有14N的DNA占全部DNA的比例为7/8B．含有15N的DNA占全部DNA的比例为1/8C．含有15N的DNA单链占全部DNA单链的比例为1/16D．含有14N的DNA单链占全部DNA单链的比例为15/161．(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．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%2．(2024·浙江1月卷)大肠杆菌在含有3H-脱氧核苷培养液中培养，3H-脱氧核苷掺入新合成的DNA链中，经特殊方法显色，可观察到双链都掺入3H-脱氧核苷的DNA区段显深色，仅单链掺入的显浅色，未掺入的不显色。掺入培养中，大肠杆菌拟核DNA第2次复制时，局部示意图如图。DNA双链区段①、②、③对应的显色情况可能是()A．深色、浅色、浅色B．浅色、深色、浅色C．浅色、浅色、深色D．深色、浅色、深色3．(2024·山东卷)制备荧光标记的DNA探针时，需要模板、引物、DNA聚合酶等。在只含大肠杆菌DNA聚合酶、扩增缓冲液、H2O和4种脱氧核苷酸(dCTP、dTTP、dGTP和碱基被荧光标记的dATP)的反应管①～④中，分别加入如表所示的适量单链DNA，已知形成的双链DNA区遵循碱基互补配对原则，且在本实验的温度条件下不能产生小于9个连续碱基对的双链DNA区。能得到带有荧光标记的DNA探针的反应管有()反应管加入的单链DNA①5′—GCCGATCTTTATA—3′3′—GACCGGCTAGAAA—5′②5′—AGAGCCAATTGGC—3′③5′—ATTTCCCGATCCG—3′3′—AGGGCTAGGCATA—5′④5′—TTCACTGGCCAGT—3′A．①② B．②③C．①④ D．③④4．(2023·山东卷)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