2025届高考生物一轮总复习第6单元遗传的分子基础第24讲DNA的结构和复制基因的本质课件

这是一份2025届高考生物一轮总复习第6单元遗传的分子基础第24讲DNA的结构和复制基因的本质课件，共52页。PPT课件主要包含了素养目标，沃森和克里克，脱氧核苷酸，ATGC，相反的，反向平行，脱氧核糖，碱基对，磷酸和脱氧核糖，碱基互补配对等内容，欢迎下载使用。
考点一　DNA的结构和基因的本质
1.DNA双螺旋结构模型的构建(1)构建者:　　　　　　　　。 (2)构建过程
2.DNA结构(1)图解DNA双螺旋结构
①DNA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:两链上碱基通过氢键连接成　　　 。碱基互补配对遵循以下原则:A=T(两个氢键)、G≡C(三个氢键)。 
(2)DNA的结构特点
3.染色体、DNA、基因和核苷酸的关系
有遗传效应的DNA片段
链高考·前挂后连(1)沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式。[2022·广东卷](　　)(2)某同学制作DNA双螺旋结构模型,在制作脱氧核苷酸时,需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基。[2022·浙江卷](　　)(3)生物体内DNA分子中(A+T)/(G+C)的值越大,双链DNA分子的稳定性越高。[2017·海南卷](　　)(4)双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的。[2014·全国Ⅱ卷](　　)
1.DNA结构的两种关系和两种化学键
2.双链DNA分子中碱基数量的计算
考向一 结合DNA分子的结构及特点,考查结构与功能观1.以下是探究DNA的结构时科学家提供的资料:①通过分析物理性质发现,细胞中的环境是亲水的而DNA分子的含氮碱基是疏水的,磷酸基团是亲水的;②嘌呤是双环化合物,所占空间大,嘧啶是单环化合物,所占空间小,但DNA螺旋直径是恒定的,约为2 nm;③富兰克林曾把DNA晶体上下颠倒180°,发现其衍射图谱是一样的。据材料分析下列说法不正确的是(　　)A.根据资料①得出磷酸基团可能排列在外侧,含氮碱基可能排列在内侧B.根据资料②得出嘌呤与嘧啶可能相互配对,使DNA螺旋的直径恒定C.根据资料②可推测出鸟嘌呤与胞嘧啶配对,腺嘌呤与胸腺嘧啶配对D.根据资料②③得出DNA分子可能具有两条链,且是反向平行的关系
解析 由资料①“细胞中的环境是亲水的而DNA分子的含氮碱基是疏水的,磷酸基团是亲水的”,推测磷酸基团因为亲水性可能排列在外侧,含氮碱基因疏水性可能排列在内侧,A项正确;根据资料②“嘌呤是双环化合物,所占空间大,嘧啶是单环化合物,所占空间小,但DNA螺旋直径是恒定的”,可以推测嘌呤与嘧啶可能相互配对,使DNA螺旋的直径恒定,B项正确;根据资料②,可以推测嘌呤与嘧啶可能相互配对,但无法推测鸟嘌呤与胞嘧啶配对、腺嘌呤与胸腺嘧啶配对,C项错误;根据资料②“嘌呤是双环化合物,所占空间大,嘧啶是单环化合物,所占空间小,但DNA螺旋直径是恒定的”、资料③“富兰克林把DNA晶体上下颠倒180°,发现其衍射图谱是一样的”,推测DNA分子可能具有两条反向平行排列的链,D项正确。
考向二 借助DNA分子结构相关计算,考查科学思维能力2.(2024·广东广州联考)某双链(α链和β链)DNA分子中鸟嘌呤与胞嘧啶的数量之和占全部碱基总数的56%,α链中腺嘌呤占该链的28%。下列叙述错误的有(　　)①β链中腺嘌呤与胸腺嘧啶的数量之和占该链碱基总数的44%②β链中鸟嘌呤与胞嘧啶所占的比例相等,均是28%③α链中胸腺嘧啶所占的比例是16%④α链中嘧啶所占的比例最多为72%⑤在不同DNA分子中(A+C)/(G+T)的比值不同,体现了DNA分子的特异性A.一项　　　B.两项　　　C.三项　　　D.四项
解析 某双链(α链和β链)DNA分子中鸟嘌呤与胞嘧啶的数量之和占全部碱基总数的56%,则α链中鸟嘌呤与胞嘧啶的数量之和占该链全部碱基的56%,α链中腺嘌呤与胸腺嘧啶的数量之和占该链碱基总数的1-56%=44%,在双链DNA分子中,互补碱基两两相等,A=T,C=G,β链中腺嘌呤与胸腺嘧啶的数量之和占该链碱基总数的44%,①正确;α链中腺嘌呤与胸腺嘧啶的数量之和占该链碱基总数的44%,已知α链中腺嘌呤占28%,则α链中胸腺嘧啶所占的比例是44%-28%=16%,③正确;α链中鸟嘌呤与胞嘧啶的数量之和占该链全部碱基的56%,若该链无鸟嘌呤,则嘧啶所占的比例最多,即为56%+16%=72%,④正确;由于A=T,C=G,在不同DNA分子中(A+C)/(G+T)的比值均为1,不同DNA分子的(A+T)与(G+C)的比值的不同,体现了DNA分子的特异性,⑤错误。
考向三 围绕基因的本质,考查生命观念3.人染色体DNA中存在不表达的串联重复序列,对这些序列进行体外扩增、电泳分离后可得到个体的DNA指纹图谱。该技术可用于亲子鉴定和法医学分析。下列叙述错误的是(　　)A.DNA分子的多样性、特异性及稳定性是DNA鉴定技术的基础B.串联重复序列在父母与子女之间的遗传不遵循孟德尔遗传定律C.指纹图谱显示的DNA片段虽不能指导蛋白质的合成,但可以用于现代刑侦领域D.每个人的DNA指纹图是独一无二的,可以根据分析指纹图的吻合度来帮助确认身份
解析 不同生物的DNA分子碱基序列不同,同一生物DNA的碱基具有特异性和稳定性,DNA分子的多样性、特异性及稳定性是DNA鉴定技术的基础,A项正确;串联重复序列存在于染色体上,在父母与子女之间的遗传遵循孟德尔遗传定律,B项错误;指纹图谱显示的DNA片段是一段不表达的串联重复序列,不编码蛋白质,但其具有特异性,可用于现代刑侦领域,C项正确; DNA分子具有特异性,每个人的DNA指纹图是独一无二的,可以根据分析指纹图的吻合度来帮助确认身份,D项正确。
考点二　DNA的复制及相关计算
1.DNA半保留复制的实验证据
1/2轻带、1/2中带
2.DNA复制的过程(1)概念:以　　　　　　为模板合成　　 　　　的过程。 (2)发生时期:在真核生物中,这一过程是在　　　　 　,随着染色体的复制而完成的。 
(4)场所:真核生物的　　 　　　　　　　　;原核生物的　　　　　和细胞质。(5)结果:一个DNA分子形成了两个　　　　　　的DNA分子。 (6)意义:DNA通过复制,将　　　　　　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。 
细胞核、线粒体和叶绿体
1.“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:
(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。
2.有关DNA复制和计算的4点“注意”(1)DNA中氢键可由解旋酶催化断裂,同时需要ATP供能,也可加热断裂(体外);而氢键是自动形成的,不需要酶和能量。(2)注意“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别,前者包括所有的复制,后者只包括第n次的复制。(3)DNA复制计算时看清题中所给出的碱基的单位是“对”还是“个”;所问的是“DNA分子数”还是“链数”,是“含”还是“只含”。(4)在真核生物中,DNA复制一般是多起点复制;在原核生物中,DNA复制一般是一个起点。无论是真核生物还是原核生物,DNA复制大多数都是双向进行的。
练思维·考教衔接[根据2010北京卷、2006全国卷情境设计]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。
(1)请分析并回答下列问题。①若子Ⅰ代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带,则“重带”DNA来自　　　,据此可判断DNA分子的复制方式不是　　　　　复制。 ②若将子Ⅰ代DNA双链分开后再离心,根据其结果　　　　　(填“能”或“不能”)判断DNA的复制方式。 ③若在同等条件下将子Ⅱ代继续培养,子n代DNA离心的结果是密度带的数量和位置　　　　　　,宽度发生变化的是　　　带。 
(2)将一个带有某种噬菌体DNA分子的两条链用32P进行标记,并使其感染大肠杆菌,在不含有32P的培养基中培养一段时间。若得到的所有噬菌体双链DNA分子都装配成噬菌体(n个)并释放,则其中含有32P的噬菌体所占比例为2/n,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 提示 一个含有32P标记的噬菌体双链DNA分子经半保留复制后,标记的两条单链只能分配到两个噬菌体的双链DNA分子中,因此在得到的n个噬菌体中只有2个带有标记
考向一 分析DNA半保留复制的实验证据,考查科学探究1.研究人员将1个含14N-DNA的大肠杆菌转移到以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中,培养1 h后提取子代大肠杆菌的DNA。将DNA解开双螺旋,变成单链,然后进行密度梯度离心,试管中出现两种条带(如图)。
下列说法正确的是(　　)A.由结果可推知,该大肠杆菌的细胞周期大约为15 minB.若直接将子代DNA进行密度梯度离心也能得到两条条带C.解开DNA双螺旋的实质是破坏核苷酸之间的磷酸二酯键D.根据条带的数目和位置可以确定DNA的复制方式为半保留复制
解析 由于14N单链∶15N单链=1∶7,说明DNA复制了3次,因此可推知该细菌的细胞周期大约为60÷3=20(min),A项错误;DNA复制3次,有2个是15N/14N DNA,为中带,有6个是15N/15N DNA,为重带,B项正确;解开DNA双螺旋的实质是破坏碱基对之间的氢键,C项错误;将DNA解开双螺旋,变成单链,根据条带的数目和位置只能判断DNA单链的标记情况,但无法判断DNA的复制方式,D项错误。
2.同位素标记可用于示踪物质的运行和变化规律。利用放射性同位素标记时,通常应用放射性元素可以发出射线的原理并结合放射自显影技术以显示实验结果;利用稳定同位素标记时,区分不同分子则主要依据其相对分子质量差异。科学家将大肠杆菌的DNA全部用15N进行标记,然后将其转移到含14NH4Cl的培养液中培养繁殖三代,测定各代DNA分子,实验结果如图所示。下列说法正确的是(　　)A.图中阴影是利用放射自显影技术显示的结果B.A显示15N/15N-DNA分子所在的位置C.若将亲代DNA分子与子二代DNA分子混合后测定,可以出现3条带D.若将子三代DNA分子进行热变性后测定,可以出现3条带
解析 15N不具有放射性,故图中阴影是利用密度梯度离心显示的结果,A项错误;A出现的时间比B要晚,再根据DNA的半保留复制,推测A不是显示15N/15N-DNA分子所在的位置,B项错误;亲代DNA分子两条链含15N,子二代的DNA,有的DNA一条链含有15N,一条链含14N,有的DNA两条链都含有14N,故若将亲代DNA分子与子二代DNA分子混合后测定,可以出现3条带,C项正确;子三代DNA分子,有的DNA一条链含有15N,一条链含14N,有的DNA两条链都含有14N,热变性后DNA形成单链,可以出现2条带,D项错误。
考向二 围绕DNA复制过程与特点,考查理解能力3.(2024·广东广州统考)真核细胞DNA的复制是一个复杂的过程,其边解旋边复制时会形成独特的DNA复制泡结构,该过程需要多种酶的参与。下列有关叙述错误的是(　　)A.DNA聚合酶不能起始独立合成新的DNA链B.DNA聚合酶催化脱氧核苷酸基团加到延伸中的DNA链的—OH末端C.一条DNA复制时会形成多个复制泡,说明DNA复制是多起点复制D.在每个DNA复制泡中DNA复制都需要解旋酶和DNA聚合酶各一个
解析 DNA聚合酶要从引物的3'-端开始连接脱氧核苷酸,催化游离的脱氧核苷酸加到延伸中的DNA链的3'-端即—OH末端,所以DNA聚合酶不能起始独立合成新的DNA链,A、B两项正确;形成多个复制泡说明DNA复制为多起点复制,C项正确;在DNA复制泡中DNA复制为双向复制,所以需要的解旋酶、DNA聚合酶不止一个,D项错误。
4.(2024·广州大学附中模拟)环状双链DNA的正链(a链)由一核酸内切酶在特定的位置切开,游离出一个3'-OH末端和一个5'-磷酸基末端,5'-磷酸基末端在酶的作用下,固着到细胞膜上。随后,在DNA聚合酶催化下,以环状负链(b链)为模板,从正链(a链)的3'-OH末端加入与负链(b链)互补的脱氧核苷酸,使链不断延长,通过滚动而合成新的正链。与此同时,以伸展的正链为模板,合成互补的新的负链。最后合成两个子代双链分子,下列说法错误的是(　　)A.滚环复制起始时需要特异的酶在起始点切开一条链的磷酸二酯键B.滚环复制中需要用到DNA连接酶C.每条子链的合成都需要合成引物D.滚环复制中,负链滚动方向为逆时针
解析 从图中看出,滚环复制起始需要切开某个位点的磷酸二酯键,打开环状结构,A项正确;滚环复制合成的子链需要在DNA连接酶的作用下首尾相连形成环状,B项正确;滚环复制前亲代双链DNA的一条链在DNA复制起点处被切开,其5'-端游离出来,此后开始复制,由于DNA复制过程中子链的延伸在3'-OH端,结合图示可知,滚环复制在3'-OH端开始以切开的该链为引物向前延伸,不需要合成引物,C项错误;由图可知,以环状负链(b链)为模板,从正链(a链)的3'-OH末端加入与负链(b链)互补的脱氧核苷酸,使链不断延长,通过逆时针滚动而合成新的正链,D项正确。
考向三 围绕DNA分子复制的相关计算,考查演绎推理能力5.一个双链均被32P标记的DNA置于只含31P的环境中复制3次。下列叙述错误的是(　　)A.DNA复制是一个边解旋边复制的过程B.复制时在DNA聚合酶的催化下利用四种核糖核苷酸合成子链C.子代DNA分子中含32P的单链与含31P的单链之比为1∶7D.子代DNA分子中含32P与含31P的分子数之比为1∶4
解析 DNA的复制是边解旋边复制、且是半保留复制,A项正确;复制时在DNA聚合酶的催化下利用四种游离的脱氧核苷酸为原料合成子链,B项错误;由题意可知,被32P标记的DNA单链是2条,含有31P的单链是2×8-2 =14(条),因此子代DNA分子中含32P的单链与含31P的单链之比为1∶7,C项正确;子代DNA分子中含32P的DNA分子数是2个,含31P的DNA分子数是8个,二者之比是1∶4,D项正确。
1.(2022·广东卷)λ噬菌体的线性双链DNA两端各有一段单链序列。这种噬菌体在侵染大肠杆菌后其DNA会自连环化(如下图所示),该线性分子两端能够相连的主要原因是(　　)A.单链序列脱氧核苷酸数量相等B.分子骨架同为脱氧核糖与磷酸C.单链序列的碱基能够互补配对D.自连环化后两条单链方向相同
解析 分析图中DNA两端单链的碱基序列可知,单链序列的碱基能够互补配对,从而使其DNA自连环化,C项符合题意。
2.(2022·海南卷)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
解析 第一代细菌DNA离心后,试管中出现1条中带,则可以排除全保留复制,但不能肯定是半保留复制或分散复制,继续做第二代细菌DNA密度鉴定,若第二代细菌DNA可以分出一条中密度带和一条轻密度带,则可以排除分散复制,同时肯定是半保留复制,A、B、C三项错误;若DNA复制方式是半保留复制,继续培养至第三代,形成的子代DNA只有两条链均为14N及一条链含有14N一条链含有15N两种类型,因此细菌DNA离心后试管中只会出现1条中带和1条轻带,D项正确。
3.(2021·海南卷)已知5-溴尿嘧啶(BU)可与碱基A或G配对。大肠杆菌DNA上某个碱基位点已由A—T转变为A—BU,要使该位点由A—BU转变为G—C,则该位点所在的DNA至少需要复制的次数是(　　)A.1　　　　　　B.2C.3D.4
解析 根据题意可知,BU可以与A或G配对,由于大肠杆菌DNA上某个碱基位点已由A—T转变为A—BU,所以复制一次可能会得到G—BU,复制第二次时会得到G—C,所以至少需要经过2次复制后,才能实现该位点由A—BU转变为G—C,B项正确。
4.(2021·辽宁卷)下列有关细胞内的DNA及其复制过程的叙述,正确的是(　　)A.子链延伸时游离的脱氧核苷酸添加到3'-端B.子链的合成过程不需要引物参与C.DNA每条链的5'-端是羟基末端D.DNA聚合酶的作用是打开DNA双链
解析 子链延伸时由5'-端→3'-端合成,故游离的脱氧核苷酸添加到3'-端,A项正确;子链的合成过程需要引物参与,B项错误;DNA每条链的5'-端是磷酸基团末端,3'-端是羟基末端,C项错误;解旋酶的作用是打开DNA双链,D项错误。
5.(2021·山东卷)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。下列说法正确的是(　　)A“引子”的彻底水解产物有两种B.设计“引子”的DNA序列信息只能来自核DNAC.设计“引子”前不需要知道古人类的DNA序列D.土壤沉积物中的古人类双链DNA可直接与“引子”结合从而被识别
解析 根据题干信息“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”,可以推测“引子”是一段单链DNA序列,根据碱基互补配对的原则去探测古人类DNA中是否有与该序列配对的碱基序列。根据分析,“引子”是一段DNA序列,彻底水解产物有磷酸、脱氧核糖和四种含氮碱基,共6种产物,A项错误;由于线粒体中也含有DNA,因此设计“引子”的DNA序列信息还可以来自线粒体DNA,B项错误;根据题干信息“利用现代人的DNA序列设计并合成了‘引子’”,说明设计“引子”前不需要知道古人类的DNA序列,C项正确;土壤沉积物中的古人类双链DNA需要经过提取,且在体外经过加热解旋后,才能与“引子”结合,而不能直接与“引子”结合,D项错误。
1.(必修2第50页图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,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.(必修2第51页“探究·实践”)DNA只有4种脱氧核苷酸,能够储存足够量遗传信息的原因是  　。 提示 构成DNA的4种脱氧核苷酸的数目成千上万,脱氧核苷酸的排列顺序千差万别
3.(必修2第56页“拓展应用2”)真核细胞中DNA复制的速率一般为50~100 bp/s,果蝇DNA的电镜照片中有一些泡状结构,叫作DNA复制泡,是DNA上正在复制的部分,果蝇DNA上形成多个复制泡,这说明   　。提示 果蝇的DNA有多个复制起点,可同时从不同起点开始DNA复制,由此加快DNA复制的速率,为细胞分裂做好物质准备 4.(必修2第62页“非选择题1”)DNA分子杂交技术可以用来比较不同种生物DNA分子的差异。两种生物的DNA分子的单链形成杂合双链区的部位越多,说明这两种生物的亲缘关系越近,为什么?提示 形成杂合双链区的部位越多,两种生物互补的碱基序列越多,DNA碱基序列的一致性越高,说明在生物进化过程中,DNA碱基序列发生的变化越小,因此亲缘关系越近
5.(必修2第55页图3-10)在细胞分裂过程中,DNA复制得到的两个DNA分子一定相同吗?　　　　　。理由是　　　 　 　　　　　　　　　　。 
若是复制过程中发生了基因突变,会导致两个DNA分子不同