高考生物一轮复习 第七单元 遗传的分子基础（第24课时）DNA分子的结构和复制课件

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1、第24课时DNA分子的结构和复制 考纲内容 要求 命题特点 备考指南考纲导学考纲导学(1)DNA分子结构的主要特点B考查内容:DNA的结构与复制考查形式:常以模式图或实验分析形式进行考查(1)结合有关图示,联系必修1“核酸”的有关知识,理解DNA的化学组成和空间结构(2)联系细胞分裂的有关知识,理解DNA复制的场所、结果及意义等(3)通过实例分析,总结DNA结构和复制中的有关计算规律(4)通过“DNA双螺旋结构模型的制作”,进一步理解DNA的化学组成、结构及与功能相适应的特点(2)DNA分子的复制B考点一考点一DNA分子的结构分子的结构一、解开一、解开DNA分子结构之谜分子结构之谜1.20世纪

2、30年代后期,瑞典科学家们证明了DNA分子是 的。第二次世界大战以后,科学家们又用电子显微镜测定出DNA分子的直径约为 。2.1951年,奥地利生物化学家查哥夫在定量分析DNA分子的碱基组成后,发现腺嘌呤(A)的量总是等于 的量,鸟嘌呤(G)的量总是等于 的量。教材研读教材研读不对称不对称2 nm胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)胞嘧啶胞嘧啶(C)3.1952年,英国化学家富兰克琳采用X射线衍射技术拍摄到DNA分子结构的照片,确认DNA分子为 结构,而不是由一条链构成。4.1953年,美国科学家沃森和英国科学家克里克提出DNA分子的 结构模型。二、二、DNA分子的化学组成和结构分子的化学组成和结构(一)化

3、学组成螺旋螺旋双螺旋双螺旋(二)结构1.平面结构2.立体结构规则的双螺旋结构(1)主要特点:a.DNA分子由两条 链按 方式盘旋成双螺旋结构。b.DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在双螺旋的 ,构成 。脱氧核苷酸脱氧核苷酸反向平行反向平行外侧外侧基本骨架基本骨架c.DNA分子两条链上的碱基,通过氢键连接成 ,排列在双螺旋的 ,碱基之间遵循 原则,即A一定与T配对;G一定与C配对,在碱基对中,A和T之间形成 个氢键,G和C之间形成 个氢键。(2)特性:a. 性:DNA分子的双螺旋结构是相对稳定的。b. 性:碱基对排列顺序的千变万化。c. 性:碱基对特定的排列顺序。碱基对碱基对内侧内侧碱基

4、互补配对碱基互补配对23稳定稳定多样多样特异特异考点二考点二DNA分子的复制分子的复制一、概念、时间和场所一、概念、时间和场所二、过程二、过程三、特点三、特点1. (从复制过程看)。2. (从复制结果看)。四、复制的结构基础和意义四、复制的结构基础和意义1.结构基础:(1)独特的双螺旋结构为复制提供了精确的 。(2) 保证了复制的精确进行。2.意义:通过DNA分子的复制,确保了 传递的连续性,才会使细胞得以增殖,使生物 得以延续。边解旋边复制边解旋边复制半保留复制半保留复制模板模板碱基互补配对原则碱基互补配对原则遗传信息遗传信息种族的繁衍种族的繁衍1.(2014江苏单科,4C)富兰克林和威尔金

5、斯对DNA双螺旋结构模型的建立也作出了巨大的贡献。( )2.双链DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数。( )3.植物细胞的线粒体和叶绿体中均可发生DNA的复制。( )4.DNA有氢键,RNA没有氢键。( )5.DNA聚合酶在细胞核内合成。( )6.磷酸与脱氧核糖交替连接构成DNA链的基本骨架。( )7.真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶和能量。( )8.真核细胞核DNA的复制发生在有丝分裂前期。( )9.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。( )10.DNA分子一条链上相邻的两个碱基通过“脱氧核糖磷酸脱氧核糖”间接相连。( )突破一突破一DNA分子的结构分子的结构1.D

6、NA分子结构模式图信息解读(1)每个DNA片段中,游离的磷酸基团有2个。考点突破考点突破(2)、 、之间的数量关系为1 1 1。(3)单链中和 之间的化学键为磷酸二酯键,用限制性核酸内切酶处理可切断,用DNA连接酶处理可连接。(4)互补链中碱基对之间的化学键为氢键,可用解旋酶断裂,也可加热断裂。2.DNA分子结构上的特性(1)稳定性:指DNA分子双螺旋结构的相对稳定性。原因是:DNA分子基本骨架是磷酸和脱氧核糖交替连接而成,从头至尾没有变化。碱基配对方式始终不变,即AT,CG。(2)多样性:构成DNA分子的碱基只有4种,配对方式只有两种,但是碱基对的数目却可以成千上万,设某DNA分子中有n个碱

7、基对,在DNA分子上有一个碱基对,此碱基对可能是AT或TA或CG或GC,即每一个碱基对有4种类型的可能性,故n对碱基的可能排列顺序是4n种,从而构成了DNA分子的多样性,也决定了遗传信息的多样性。(3)特异性:每个特定的DNA分子中都具有特定的碱基对排列顺序,而特定的碱基对排列顺序中有遗传效应的片段代表遗传信息,所以每个特定的DNA分子中都储存着特定的遗传信息,这种特定的碱基对排列顺序就构成了DNA分子的特异性。易混辨析 涉及DNA的水解产物、氢键及碱基计算的易错点(1)水解产物及氢键数目计算DNA水解产物:初步水解产物是脱氧核苷酸,彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和含氮碱基。氢键数目计算:若碱基

8、对为n,则氢键数为2n3n;若已知A有m个,则氢键数为3n-m。(2)碱基计算不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值不同,即(A+T)/(C+G)的值不同。该比值体现了不同生物DNA分子的特异性。若已知A占双链的比例为c%,则A占单链的比例无法确定,但最大值可求出为2c%,最小值为0。DNA分子中碱基数量计算1.在DNA双链中嘌呤总数与嘧啶总数相等,即A+G=T+C。2.在双链DNA分子中,互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等。设在双链DNA分子中的一条链上A1+T1=n%,因为A1=T2,A2=T1,则:A1+T1=A2+T2=n%。所以A+T=A1+A2+T1+

9、T2=n%。简记为“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等”。3.设双链DNA分子中,一条链上:=m,则=m,所以互补链上=。简记为:“DNA两互补链中,不配对两碱基之和的比值乘积为1。” %2nn1111AGTC1111AGTC2222TCAG2222AGTC1m考向一结合相关图示考向一结合相关图示,考查考查DNA分子的结构及特点分子的结构及特点1.(2015江苏扬州期中测试,14,2分)如图为DNA分子片段结构示意图,对该图的正确描述是( )A.和相间排列,构成了DNA分子的基本骨架B.图中、和构成了一分子胞嘧啶脱氧核苷酸C.每个脱氧核糖分子均与两个磷酸基团相连D.DNA单链中相邻的两个

10、碱基通过“脱氧核糖磷酸脱氧核糖”连接 答案 D分析图示是磷酸,是脱氧核糖,两者交替排列,构成了DNA分子的基本骨架,故A错;不是一个完整的胞嘧啶脱氧核苷酸,故B错;DNA两条单链末端的脱氧核糖分子只连接一个磷酸基团,故C错;DNA单链中相邻的两个碱基通过“脱氧核糖磷酸脱氧核糖”连接,故D正确。考向二结合考向二结合DNA分子的结构特点分子的结构特点,考查考查DNA分子中碱基的相关计算分子中碱基的相关计算2.(2015江苏苏、锡、常、镇一模,12,2分)下列关于双链DNA分子结构的叙述,正确的是( )A.某DNA分子有胸腺嘧啶312个,占总碱基比为26%,则该DNA上有鸟嘌呤288个B.若质粒含有

11、2 000个碱基,则该分子同时含有2个游离的磷酸基团C.某DNA分子含有500个碱基,可能的排列方式有4500种D.某DNA分子内胞嘧啶占25%,则每条单链上的胞嘧啶占25%50% 答案 AT=26%,按碱基互补配对原则,A=26%,C=G=(1-226%)2=24%,则该DNA上有鸟嘌呤31226%24%=288(个),A正确;质粒是环状的DNA分子,因此不含游离的磷酸基团,B错误;某DNA分子含有500个碱基,可能的排列方式有4250种,C错误;某DNA分子内胞嘧啶占25%,则每条单链上的胞嘧啶占050%,D错误。3.经检测得知,一双链DNA分子中鸟嘌呤的数目为x,其占碱基总量的比例是y,

12、以下推断正确的是( )A.与鸟嘌呤互补的碱基所占的比例是(1-y)B.该DNA分子的嘌呤碱基和嘧啶碱基的比值是x/yC.该DNA分子的碱基之间的氢键数是x(1+2/y)D.与鸟嘌呤不互补的碱基数目是x(1-2y)/y 答案 D由题意可知,G、C所占比例都为y,数量都为x;A、T所占比例都为(1/2-y),数量都为(x/y)-2x/2=(x/2y)-x。与鸟嘌呤互补的碱基所占比例是y。该DNA分子的嘌呤碱基和嘧啶碱基的比值是1。G、C之间有三个氢键,A、T之间有两个氢键,该DNA分子的碱基之间的氢键数目是3x+2(x/2y)-x=x+x/y。A、T与G不互补,其数目为x(1-2y)/y。突破二突

13、破二DNA分子的复制分子的复制DNA分子复制的要点 DNA复制的机理碱基互补配对;边解旋边复制 DNA复制的场所真核细胞:细胞核(主要)、线粒体、叶绿体原核细胞:拟核、细胞质(细胞质基质) DNA复制的 条件 模板亲代DNA的两条链 原料4种游离的脱氧核苷酸 能量ATP 酶DNA解旋酶、DNA聚合酶等 DNA复制的特点半保留复制;多起点复制 DNA复制的意义遗传信息的传递,使物种保持相对稳定由于复制差错而出现基因突变,从而为进化提供了原始的选择材料与DNA分子复制有关的计算由于DNA分子的复制是半保留复制,一个DNA分子连续进行n次复制,可形成2n个子代DNA,其中只有2个DNA分子含有最初亲

14、代的母链。图解如下:(1)DNA不论复制多少次,产生的子代DNA分子中含母链的DNA分子数总是2个,含母链也总是2条。(2)计算比值:n次复制后,形成的子代DNA分子中,含亲代DNA母链的有两个,占子代DNA总数的=;亲代DNA分子含母链两条,占子代DNA中脱氧核苷酸链总数的=。(3)计算原料用量:复制所需的脱氧核甘酸数=a(2n-1)个,其中的a为所求的脱氧核苷酸在原来DNA(即作模板的亲代DNA)分子中的数量。(4)同位素示踪法和离心技术证明DNA的半保留复制(或DNA分子连续复制的计算规律),已知某一DNA分子用15N标记(0代),将含有该标记DNA分子的细胞(或某种细菌)转移到只含14

15、N的培养基中培养(进行DNA复制)若干代后,其DNA分子数、脱氧核苷酸链数及相关比例如表:22n112n122n12n世代 DNA分子的特点DNA分子中脱氧核苷酸链的特点分子总数细胞中的DNA分子离心后在管中的位置不同DNA分子占全部DNA分子的比例总链数不同脱氧核苷酸链占全部链的比例只含15N的分子含14N、15N的杂种分子 只含14N的分子含15N的链含14N的链01全在下部10021012全在中部01041/21/2241/2中部1/2上部01/21/281/43/4381/4中部3/4上部01/43/4161/87/8n2n2/2n中部(1-2/2n)上部02/2n(或1/2n-1)1

16、-2/2n2n+11/2n1-1/2n易混辨析 涉及DNA复制的三个易错点(1)在做有关DNA分子复制的计算题时,应看准是“含”还是“只含”,是“DNA分子数”还是脱氧核苷酸“链数”。(2)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分子中都含有原来的一条单链。(3)对DNA复制过程中“第n次”还是“n次”复制所需某种脱氧核苷酸数量的计算已知DNA分子中碱基数,求复制n次与第n次复制所需某种脱氧核苷酸的数目:某DNA分子中含某种脱氧核苷酸a个,复制n次,则共需加入该种脱氧核苷酸a

17、(2n-1)个;但第n次复制时需加入该种脱氧核苷酸为a(2n-1)-a(2n-1-1)=a2n-1。 考向一以半保留复制为基础考向一以半保留复制为基础,考查考查DNA复制的过程复制的过程1.(2015江苏涟水中学阶段检测一,6,2分)如图表示DNA分子复制的片段,图中a、b、c、d表示各条脱氧核苷酸链。下列各项正确的是( )A.此过程需要ATP和尿嘧啶脱氧核苷酸B.b和c的碱基序列相同C.真核细胞中此过程发生的唯一场所是细胞核D.a链中(A+G)/(T+C)的比值与c链中同项比值相同 答案 D图中所示过程为DNA分子的复制,需要DNA作为模板,四种脱氧核苷酸为原料、ATP提供能量、酶的催化,D

18、NA中不含尿嘧啶脱氧核苷酸,所以不需要尿嘧啶脱氧核苷酸,故A错误;DNA的两条链之间按照碱基互补配对原则由氢键相连,且是半保留复制,则由图可知a链和c链碱基序列相同、b链和d链碱基序列相同,所以b和c的碱基序列不同,能够互补配对,故B错误;细胞内有DNA分布的地方都可以进行DNA的复制,所以真核细胞中发生此过程的场所有细胞核、线粒体和叶绿体,故C错误;根据上述分析:a链和c链碱基序列相同,所以a链中(A+G)/(T+C)的比值与c链中同项比值相同,故D正确。2.下列关于DNA复制的叙述,正确的是( )A.DNA复制时,严格遵循AU、CG的碱基互补配对原则B.DNA复制时,两条脱氧核苷酸链均可作

19、为模板C.DNA分子全部解旋后才开始进行DNA复制D.脱氧核苷酸必须在DNA酶的作用下才能连接形成子链 答案 BDNA复制时,严格遵循AT、CG的碱基互补配对原则;DNA是以两条脱氧核苷酸链作为模板进行复制的;DNA分子边解旋边复制;脱氧核苷酸必须在DNA聚合酶的作用下才能连接形成子链。考向二以半保留复制为基础考向二以半保留复制为基础,考查考查DNA复制过程的相关计算复制过程的相关计算3.(2015江苏常州中学1月调研,9,2分)用15N标记含有100个碱基对的DNA分子(其中有腺嘌呤60个),该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次。下列有关判断错误的是( )A.含有15N的DNA分子有

20、两个B.含有14N的DNA分子占总数的7/8C.第四次复制消耗胞嘧啶脱氧核苷酸320个D.复制结果共产生16个DNA分子 答案 B由于DNA分子的复制是半保留复制,亲代DNA分子的两条链始终存在于子代中两个DNA分子中,因此含有15N的DNA分子有两个,故A正确;该DNA分子是在含14N的培养基中复制的,故16个DNA分子都含14N,比例为100%,故B错误;根据碱基互补配对原则,DNA分子中腺嘌呤有60个,胞嘧啶就有40个,第四次复制消耗胞嘧啶脱氧核苷酸=(24-23)40=320(个),故C正确;1个DNA经过4次复制,共产生24=16个DNA分子,故D正确。突破三突破三DNA分子双螺旋结

21、构模型的制作分子双螺旋结构模型的制作1.实验原理DNA分子具有特殊的空间结构规则的双螺旋结构,这一结构的主要特点是:(1)DNA分子由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成。(2)DNA分子中的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)DNA分子两条链上的碱基按照互补配对原则两两配对,并且以氢键连接。2.实验目的通过制作DNA双螺旋结构模型,加深对DNA分子结构特点的理解和认识。3.材料用具硬塑料方框2个(长约10 cm),细铁丝2根(长约0.5 m),圆形塑料片(代表磷酸)若干,双层五边形塑料片(代表脱氧核糖)若干,4种不同颜色的长方形塑料片(代表4种不同碱基)若

22、干,粗铁丝2根(长约10 cm),订书钉。4.实验步骤(1)先做支架取一个硬塑料方框,在硬塑料方框一侧的两端各拴上一条长约0.5 m或视制作的长链长度而定的细铁丝。(2)制作脱氧核苷酸模型将一个圆形塑料片(代表磷酸)和一个长方形塑料片(4种不同颜色的长方形塑料片分别代表4种不同的碱基),分别用订书钉连接在一个剪好的五边形塑料片上(代表脱氧核糖),用同样的方法制作出一个个含有不同碱基的脱氧核苷酸模型。(3)制作多核苷酸长链模型将若干个制成的脱氧核苷酸模型,按照一定的碱基顺序(可自行设定)依次穿在长细铁丝上。(4)制作DNA平面结构模型。按同样方法制作好DNA的另一条脱氧核苷酸链(注意碱基与第一条

23、链上碱基互补配对,但两条链方向相反),用订书钉将两条链之间的互补碱基连接好。(5)制作DNA的空间结构模型。将穿好脱氧核苷酸长链的两条细铁丝的末端分别拴到另一个硬塑料方框一侧的两端,并在所制模型的背侧用两根较粗的铁丝加固。双手分别提起硬塑料方框,拉直双链,向右旋转一下,即可得到一个DNA分子的双螺旋空间结构模型。5.注意事项(1)A与T的一端应剪成相互吻合的形状,G和C也如此。(2)这两种碱基对模型的长度应相等,以保证DNA分子中两条平行链之间的距离相等。(3)两条链中的脱氧核苷酸的个数必须相等。(4)两条长链并排时,必须保证碱基之间能够相互配对。(5)两条长链走向相反。 考向结合模型制作考向

24、结合模型制作,考查考查DNA分子结构的相关知识分子结构的相关知识1.如图为某同学在学习DNA的结构后画的含有两个碱基对的DNA片段(“”代表磷酸基团),下列为几位同学对此图的评价,其中正确的是( )A.甲说:“物质组成和结构上没有错误”B.乙说:“只有一处错误,就是U应改为T”C.丙说:“至少有三处错误,其中核糖应改为脱氧核糖”D.丁说:“如果说他画的是RNA双链则该图应是正确的” 答案 C本题考查DNA分子的结构。DNA分子中含有的五碳糖应为脱氧核糖,而不是核糖,不含碱基U,而是含碱基T,两个相邻核苷酸之间的磷酸二酯键连接不正确,应是前一个核苷酸的脱氧核糖与后一个核苷酸的磷酸基团连接。故C正确。2.(2016江苏宿迁三校学情调研,20,2分)以下是某同学制作的脱氧核苷酸对模型,其中正确的是( ) 答案 D选项A中,从五碳糖和磷酸基团的形态和位置可判断,两条脱氧核苷酸链不是反向平行的,A错误;选项B中,A与T之间的氢键应该是两个而不是三个,B错误;选项C中,含氮碱基(C)应连接在五碳糖的1号位上(如下图所示),且G与C之间应有三个氢键,C错误。