2014届高考生物一轮复习用书（教材诠释+重点突破+课时训练）第六单元 第二课时 DNA分子的结构、复制及基因的本质课件 新人教版

1、第二课时DNA分子的结构、复制及基因的本质,一、DNA分子的结构,1.模型的构建者:沃森和克里克,2.化学组成,3.空间结构,4.结构特性,二、DNA分子的复制,1.对DNA分子复制的推测:沃森和克里克提出了遗传物质自我复制的假说,2.概念:以亲代DNA分子为模板,按碱基互补配对原则,合成子代DNA分子的过程,3.过程:解旋以母链为模板合成互补的子链延伸子链母链、子链盘绕成双螺旋结构,4.发生时期:有丝分裂间期和减数第一次分裂的间期,随染色体复制而完成,5.所需条件,6.特点:,7.精确复制的原因,8.意义,1.概念的理解,三、基因,2.基因的功能,一、DNA分子的结构,1.不同个体的DNA是

2、不相同的,但同一个体不同的体细胞中的细胞核内的DNA一般是相同的。经过复制得到的两条姐妹染色单体中的DNA一般也是相同的。,2.在脱氧核苷酸分子中,特别要注意三个小分子之间的连接,其中,脱氧核糖的1号碳原子与含氮碱基相连,5号碳原子与磷酸分子相连(如下图)。,3.DNA分子多样性和差异性表现在碱基的排列顺序千变万化上,而不是核苷酸和碱基的种类或数目。若一个DNA分子有1000个碱基,则由此组成的DNA分子共有,4500种。不同类型的生物或同种生物不同个体之间,因差异性的存在,在实践上可用于亲子鉴定、侦察罪犯、辨认尸体、确定不同生物之间的亲缘关系等方面。,4.n个核苷酸形成DNA双链时脱去(n-

3、2)个H2O,在形成单链RNA时,脱去(n-1)个H2O。,5.DNA分子中,脱氧核苷酸的数目=脱氧核糖的数目=含氮碱基的数目=磷酸的数目。,6.DNA分子各种碱基的数量关系,(1)在整个DNA分子中,A=T、G=C;A+G=T+C,A+C=T+,G;(A+G)/(T+C)=1。,(2)DNA分子的一条链中的A+T=另一条链的T+A;同理,G+C=C+G。,(3)两个非配对碱基之和占碱基总数的50%。即A+C=T+G=50%,A+G=T+C=50%。,(4)如果一条链中的(A+T)/(G+C)=a,则另一条链中的(A+T)/(G+C)比例也是a;如果一条链中的(A+G)/(T+C)=b,则另一

4、条链中(A+G)/(T+C)的比例是1/b。,比率等于另一条链中A+T的和占其链的碱基比率,还等于双链DNA分子中A+T的和占整个DNA分子的碱基比率。即:(A1+T1)%=(A2+T2)%=总(A+T)%;同理:(G1+C1)%=(G2+C2)%=总(G+C)%。,(5)在DNA分子一条链中,A+T的和占这一条链的碱基,规律精讲精析,DNA分子结构的“五、四、三、二、一”记忆,五种元素:C、H、O、N、P;,四种碱基:A、G、C、T,相应的有四种脱氧核苷酸;,三种物质:磷酸、脱氧核糖、含氮碱基;,两条长链:两条反向平行的脱氧核苷酸链;,一种螺旋:规则的双螺旋结构。,典例1(2011年安徽理综

5、)甲、乙图示 真核细胞内两种物质的合成过程,下列叙述正确的是 (),A.甲、乙所示过程通过半保留方式进行,合成的产物是双链核酸分子,B.甲所示过程在细胞核内进行,乙在细胞质基质中进行,C.DNA分子解旋时,甲所示过程不需要解旋酶,乙需要解旋酶,D.一个细胞周期中,甲所示过程在每个起点只起始一次,乙可起始多次,制,乙图表示转录。转录不是半保留方式,产物是单链RNA;真核细胞的DNA复制和转录可以发生在细胞核、线粒体及叶绿体中;DNA复制过程解旋需要解旋酶,转录时需要的RNA聚合酶具有解旋的功能;一个细胞周期DNA只复制一次,但要进行大量的蛋白质合成,所以转录多次发生。,【答案】D,【思路剖析】甲

6、图以DNA两条单链均为模板,而乙以一条链为模板,且产物是一条链,确定甲图表示DNA复,典例2(2010年江苏高考)下列关于核 酸的叙述中,正确的是(),A.DNA和RNA中的五碳糖相同,B.组成DNA与ATP的元素种类不同,C.T2噬菌体的遗传信息贮存在RNA中,D.双链DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数,【思路剖析】DNA含有脱氧核糖,RNA含有核糖,A项错误;DNA和ATP都是由C、H、O、N、P五种元素组成,B项错误;T2噬菌体遗传物质为DNA,故其遗传信息也储存在DNA中,C项错误;双链DNA嘌呤总是和嘧啶碱基互补配对,故两者数量相等,D项正确。,【答案】D,1.DNA复制的准确性:DNA分

7、子之所以能自我复制,取决于DNA的双螺旋结构,它为复制提供了模板;同时,由于碱基具有互补配对的特性,因此能确保复制的完成。,二、DNA分子的复制,规律精讲精析,在复制过程中,脱氧核苷酸序列具有相对的稳定性,但也可能发生差错即发生碱基对的增添、缺失或改变基因突变。这种稳定性与可变性的统一,是生物遗传和变异的物质基础和根本原因。,2.DNA复制中的相关计算,亲代DNA分子经 n 次复制后,则,(1)DNA分子数,子代DNA分子数:2n个。,含亲代母链的DNA分子数:2个。,不含亲代母链的DNA分子数:2n-2个。,(2)消耗的脱氧核苷酸数,若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,则经过n,次复制

8、后需要消耗该脱氧核苷酸个数为:m(2n-1)。,规律精讲精析,在分析细胞分裂问题时,常以染色体或DNA分子为研究对象,而在分析DNA分子复制问题时,一定要从DNA分子两条单链的角度考虑,所以复制后的一条染色体上的两个DNA分子都含有原来的单链。,典例3(2010年北京理综)科学家以大 肠杆菌为实验对象,运用同位素示踪技术及密度梯度离心方法进行了DNA复制方式的探索实验,实验内容及结果见下表。,请分析并回答:,(1)要得到DNA中的N全部被放射性标记的大肠杆菌B,必须经过代培养,且培养液中的是唯一氮源。,(2)综合分析本实验的DNA离心结果,第组结果对得到结论起到了关键作用,但需把它与第组和第组

9、的结果进行比较,才能说明DNA分子的复制方式是。,(3)分析讨论:,若子 代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带,则“重带”DNA来自于,据此可判断DNA分子的复制方式不是复制。,若将子代DNA双链分开后再离心,其结果(选填“能”或“不能”)判断DNA的复制方式。,若在同等条件下将子代继续培养,子n代DNA离心的结果是:密度带的数量和位置,放射性强度发生变化的是带。,若某次实验的结果中,子代DNA的“中带”比以往实验结果的“中带”略宽,可能的原因是新合成DNA单链中的N尚有少部分为。,【思路剖析】(1)据表,DNA在15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养多代,可得到大肠杆菌B。(2)若证

10、明DNA的复制方式为半保留复制,则需证明后代DNA的两条链,一条链是原来的,另一条链是新合成的,第3组结果与第1组、第2组的结果对比可以证实。(3)“轻”DNA为14N/14N DNA,“重”DNA为15N/15N DNA,据表,“重带”DNA来自于B。的结果是后代DNA的两条链或全是原来的,或全是新合成的,说明DNA分子的复制方式不是半保留复制。将子代DNA双链分开后再离心,无法判断后代DNA的两条链的来源,不能判断DNA的复制方式。将子代继续培养,子n代DNA的情况是有2个为15N/14N DNA,其余全为14N/14N DNA,所以子n代DNA离心的结果是:密度带的数量和位置没有变化,放

11、射性强度发生变化的是轻带。“中带”为15N/14N DNA,“中带”略宽,说明新合成DNA单链中的N尚有少部分为15N。,【答案】(1)多15NH4Cl(2)312半保留复制(3)B半保留 不能没有变化轻15N,1.DNA上有很多片段,其中有遗传效应的片段才叫基因,没有遗传效应的片段不叫基因。,2.对于真核细胞来说,染色体是基因的主要载体;线粒体和叶绿体是基因的次要载体。,3.对于原核细胞来说,基因在拟核中的DNA分子或质粒上, DNA是裸露的,并没有与蛋白质一起构成染色体,因此,没有染色体这一载体。,三、基因的本质,5.位于线粒体和叶绿体中的基因随线粒体和叶绿体传给子代,其遗传不符合孟德尔定

12、律。,4.位于染色体上的基因随染色体传递给子代,其遗传遵循孟德尔遗传定律。,规律精讲精析,1.生物体的DNA分子数目小于基因数目。生物体内所有基因的碱基总数小于DNA分子的碱基总数。这说明基因是DNA的片段,基因不是连续分布在DNA上的,而是由碱基序列将其分隔开的。,2.碱基排列顺序的千变万化,构成了DNA分子的多样性,而碱基特定的排列顺序,又构成了每一个DNA分子的特异性。DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。生物多样性的直接原因是蛋白质的多样性,而根本原因则是核酸的多样性。,典例4(2012年暨阳期中)DNA具有多 样性的原因是(),A.组成基因的碱基数目庞大,B.空

13、间结构千变万化,C.碱基种类有许多种,D.碱基排列顺序的千变万化,【思路剖析】DNA分子具有多样性、特异性和稳定性三个特点。其中,碱基排列顺序的千变万化,构成了DNA分子的多样性。在DNA分子的结构中,磷酸和脱氧核糖交替连接的顺序是固定不变的,碱基种类有A、T、G、C四种,空间结构为规则的双螺旋结构。,【答案】D,典例5(2012年宁德期末)揭示基因化 学本质的表述是(),A.基因是遗传物质的功能单位,B.基因是有遗传效应的DNA片段,C.基因是蕴含遗传信息的核苷酸序列,D.基因在染色体上呈线性排列,【思路剖析】从遗传学角度,基因是控制生物性状的遗传物质的结构和功能单位;从细胞学角度,基因在染

14、色体上呈线性排列;从分子学角度,基因是具有遗传效应的DNA片段,这也就揭示了基因的化学本质是DNA。,【答案】B,1.(2012年揭阳二模)决定双链DNA遗传特异性的是 (),A.脱氧核苷酸链上脱氧核糖和磷酸的排列顺序,B.嘌呤总数和嘧啶总数的比值,C.碱基互补配对原则,D.碱基数目及排列顺序,DNA分子共有的特点。,【答案】D,【思路剖析】在DNA中只有碱基的数目与排列顺序是可变的,对于A、B、C三个选项中的内容都是不同,2.某DNA分子中含有1000个碱基对(P元素全是32P)。若将DNA分子放在只含31P的脱氧核苷酸的培养液中让其复制两次,则子代DNA的相对分子质量平均比原来 (),A.

15、减少1500B.增加1500,C.增加1000 D.减少1000,分子的每条链都是含31P,还有两个DNA分子都是一条链是31P,另一条链是32P。前两个DNA分子的相对分子质量比原DNA分子共减少了4000,后两个DNA分子的相对分子质量比原来共减少了2000,这样四个DNA分子平均比原来减少了6000/4=1500。,【答案】A,【思路剖析】具有1000个碱基对的DNA分子连续分裂两次,形成四个DNA分子,这四个DNA分子中有两个DNA,3.根据右图回答下列问题:,(1)DNA分子复制是在位置解旋。,A.B.,C. D.,(2)Z链从细胞核中移到细胞质中,与某细胞器结合,这种细胞器的名称是

16、。,(3)若X链是Z链的模板,则Z的碱基顺序由上到下是。由X生成Z的场所主要是。组成Z的基本单位有种。,(4)建立DNA分子立体模型的科学家沃森和克里克认为DNA分子的空间结构是,(5)若要提取DNA,实验材料能选牛血吗?,原因是。,【思路剖析】(1)DNA分子解旋的实质是氢键断裂。(2)Z链如果是转录出来的mRNA,可与核糖体结合合成蛋白质。(3)Z链与X链互补,但要注意Z链是RNA,其碱基组成中有U无T,转录主要发生在细胞核中,RNA的基本组成单位是4种核糖核苷酸。(4)DNA的物理模型是一种双螺旋结构。(5)牛属于哺乳动物,哺乳动,物成熟的红细胞中无细胞核,所以不能用于提取DNA,一般采

17、用鸡血。,【答案】(1)A(2)核糖体(3)UACGA细胞核4(4)双螺旋结构(5)不能哺乳动物成熟的红细胞中无细胞核,一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分),1.(基础再现)基因芯片技术是近几年才发展起来的崭新技术,涉及生命科学、信息学、微电子学、材料学等众多的学科,固定在芯片上的各个探针是已知的单链DNA分子,而待测DNA分子用同位素或能发光的物质标记。如果这些待测的DNA分子中正好有能与芯片上的DNA配对的,它们就会结合起来,并在结合的位置发出荧光或者射线,出现“反应信号”,下列说法中不正确的是(),A.基因芯片的工作原理是碱基互补配对,B.待测的DNA分子首先要解旋变为单链,

18、才可用基因芯片测序,C.待测的DNA分子可以直接用基因芯片测序,D.由于基因芯片技术可以检测未知DNA碱基序列,因而具有广泛的应用前景,好比能识别的“基因身份”,【思路剖析】待测的DNA分子首先要解旋变为单链,才能与芯片上的DNA配对的。,【答案】C,2.(基础再现)DNA片段 ,经2次复制后得到四个片 段 、 、 、 。下列有关叙述 正确的是(),A.可能是第一次复制前一条链上的一个碱基发生了改变,其余正常,B.可能是第一次复制时一条链上的一个碱基配对错误,其余正常,其余正常,D.两次复制都正常,【思路剖析】 、 (或 ) 、 、 、 。,【答案】B,C.可能是第二次复制时一条链上的一个碱基

19、配对错误,3.(基础再现)在DNA分子双螺旋结构中,腺嘌呤与胸腺嘧啶之间有2个氢键,胞嘧啶与鸟嘌呤之间有3个氢键。现有四个DNA样品,根据样品中碱基的百分含量判断最有可能来自嗜热菌(生活在高温环境中)的是( ),A.含胸腺嘧啶32%的样品,B.含腺嘌呤17%的样品,C.含腺嘌呤30%的样品,D.含胞嘧啶15%的样品,【思路剖析】DNA分子双螺旋结构在高温条件下会分解,但不同的DNA分子,其发生分解的温度不同。AT 之间形成2个氢键、GC之间形成3个氢键,因此GC含量越多的生物,其DNA 的稳定性就越强。,【答案】B,4.(基础再现)已知某DNA分子中,G与C之和占全部碱基总数的35.8%,其中

20、一条链的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%,则在它的互补链中,T和C分别占该链碱基总数的(),A.32.9%和17.1%B.31.3%和18.7%,C.18.7%和31.3% D.17.1%和32.9%,求出该链中,G=18.7%,A=31.3%,则其互补链中T和C分别占该链碱基总数的31.3%和18.7%。,【答案】B,【思路剖析】由于整个DNA分子中G+C=35.8%,则每条链中G+C=35.8%,A+T=64.2%;由于其中一条链中T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%,由此可以,5.(视角拓展)右图为真核细胞DNA复制过程的模式图,据图分析, 相关叙述错误的是(

21、),A.由图示得知,DNA分子复制的方式是半保留复制,B.DNA解旋酶能使双链DNA解开,且需要消耗ATP,C.从图中可以看出合成两条子链的方向是相反的,D.DNA在复制过程中先全部解旋,后半保留复制,【思路剖析】DNA在复制时是边解旋边复制,D项错误。,【答案】D,6.(视角拓展)DNA分子经过诱变,某位点上的一个正常碱基(设为P)变成为尿嘧啶。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UA、AT、GC、CG。推测“P”可能是( ),A.胸腺嘧啶 B.腺嘌呤,C.胸腺嘧啶或腺嘌呤D.胞嘧啶,了突变,另一条链是正常的,因此得到的4个子代DNA分子中正常的DNA分子和

22、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GC或CG,因此P可能是G或C。,【答案】D,【思路剖析】由得到的4个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,7.(视角拓展)保证准确无误地进行DNA复制的关键步骤是(),A.解旋酶促使DNA的两条互补链分离,B.游离的脱氧核苷酸上的碱基与母链碱基进行互补配对,C.配对的脱氧核苷酸之间连接成与母链互补的子链,D.模板母链与互补子链盘绕成双螺旋结构,供了精确的模板,通过碱基互补配对原则,保证了复

23、制能够精确地进行。,【答案】B,【思路剖析】DNA分子独特的双螺旋结构,为复制提,8.(视角拓展)现将哺乳动物的细胞放在含31P磷酸培养基中,连续培养数代后得到G0代细胞,然后将G0代细胞移到含32P磷酸培养基中培养,经过1、2次细胞分裂后,分别得到G1、G2代细胞。再从G0、G1、G2三代细胞中提取DNA。经密度梯度离心后,得到下图结果,其中分别表示不同密度DNA离心后在试管中的位置,G0、G1、G2三代细胞DNA离心后的试管依次为(),A.、B.、,C.、D.、,【思路剖析】DNA分子的复制是半保留复制,新形成的子代DNA分子总是含有一条母链和一条子链;G0代,细胞中的DNA全部含31P,

24、密度较小,离心后DNA在试管中的位置应是上端,即图;G1代细胞是G0代细胞利用含32P的原料复制一代形成的,其DNA分子中一条链含31P,另一条链含32P,离心后DNA在试管中的位置应是中间,即图;G2代细胞是G1代细胞又利用含32P的原料复制一代形成的,新形成的DNA分子中,一半全部含32P,一半一条链含32P,另一条链含31P,故离心后DNA在试管中的位置应是中间和下端,即图。,【答案】C,9.(基础再现,16分)分析以下材料,回答有关问题:,材料一:在沃森和克里克提出双螺旋结构模型之前,人们已经证实了DNA分子是由许多脱氧核苷酸构成的长链,自然界中的DNA并不以单链形式存在,而是由两条链

25、结合形成的。,材料二:1949年到1951年期间,科学家Chargaff研究不同生物的DNA时发现,DNA分子中的嘧啶核苷酸的总数始终等于嘌呤核苷酸的总数;A的总数等于T的总数,G的总数等于C的总数,但(A+T)与(G+C)比值不是固定的,二、非选择题(本题共4小题,共52分),材料三:根据RFranklin等人对DNA晶体的X射线衍射分析表明,DNA分子由许多“亚单位”组成,而且每一层的间距为0.34 nm,而且整个DNA分子长链的直径是恒定的。,以上科学研究成果为1953年沃森和克里克提出DNA的双螺旋结构模型奠定了基础。请分析回答:,(1)材料一表明DNA分子是由两条组成的,其基本单位是

26、。,(2)嘧啶核苷酸的总数始终等于嘌呤核苷酸的总数,说明。,(3)腺嘌呤(A)的总数等于胸腺嘧啶(T)的总数,鸟嘌呤(G)的总数等于胞嘧啶(C)的总数,说明。,(4)A与T的总数和G与C的总数的比值不固定,说明。,(5)RFranklin等人提出的DNA分子中的亚单位事实上是。亚单位的间距都为0.34 nm,而且DNA分,子的直径是恒定的,这些特征表明。,(6)基于以上分析,沃森和克里克提出了各对应碱基之间的关系是,这种对应关系称为原则,并成功地构建了DNA分子的双螺旋结构模型。,分子中嘌呤与嘧啶之间一一对应(3)A与T一一对应,C与G一一对应(4)A与T之间的对应和C与G之间的对应互不影响(

27、5)碱基对DNA分子的空间结构非常规则(6)A与T配对,C与G配对碱基互补配对,【思路剖析】回答该问题关键是理解DNA分子的双螺旋结构特点以及碱基互补配对原则的内容。,【答案】(1)脱氧核苷酸长链脱氧核苷酸(2)DNA,10.(视角拓展,10分)下图为高等植物细胞DNA复制过程模式图,请根据图示过程回答问题:,(1)由图示得知,1个DNA分子复制出乙、丙2个DNA分子,其方式是。,(2)DNA解旋酶能使双链DNA解开,但需要细胞提供。除了图中所示酶外,丙DNA分子的合成还需要酶。,(3)从图中可以看出合成两条子链的方向。,(4)细胞中DNA复制的场所有;在复制完成后,乙、丙分开的时期为。,(5

28、)若一个卵原细胞的一条染色体上的-珠蛋白基因在复制时一条脱氧核苷酸链中一个A替换成T,则由该卵,原细胞产生的卵细胞携带该突变基因的概率是。,【思路剖析】(1)DNA复制的特点为半保留复制。(2)解旋酶使氢键断裂需要消耗能量,而丙DNA分子复制的过程中,两个片段的连接需要DNA连接酶。(3)DNA的两条链反向平行,但是复制的方向都是由53,所以复制的方向是相反的。(4)植物细胞中DNA复制的场所主要在细胞核,还可以发生在线粒体和叶绿体。复制后的子代DNA存在于染色单体中,故在有丝,分裂后期或减数第二次分裂后期随着着丝点的分裂而分离。(5)卵原细胞的一条染色体上的-珠蛋白基因在复制时一条脱氧核苷酸

29、链中一个A替换成T,则复制以后,这一对同源染色体中一条单体的A=T将替换成T=A,而四条单体最终要进入四个子细胞中,所以卵细胞携带突变基因的概率为1/4。,【答案】(1)半保留复制(2)能量(ATP)DNA连接(3)相反(4)细胞核、线粒体和叶绿体有丝分裂后期、减数第二次分裂后期(5)1/4,11.(高度提升,13分)近10年来,PCR技术(聚合酶链式反应)成为分子生物学实验室的一种常规手段,其原理是利用DNA半保留复制,在试管中进行DNA的人工复制(如下图),在很短的时间内,将DNA扩增几百万倍甚至几十亿倍,使实验室所需的遗传物质不再受限于活的生物体。,(1)加热使DNA双链打开,这一步是打开键,称为,在细胞中是在酶的作用下完成的。,(2)当温度降低时,引物与模板末端结合,在DNA聚合酶的作用下,引物沿模板延伸,最终合成2条DNA分子,此过程中原料是,遵循