【备战2023高考】生物总复习——专题19《DNA分子的结构、复制、基因的本质》课件（新教材新高考）

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1.最新考纲（1）基因的概念Ⅱ（2）DNA分子结构的主要特点Ⅱ（3）DNA分子的复制Ⅱ2.最近考情2022广东卷（5、12）；2022.6浙江卷（13）；2021·辽宁卷（4）、2021·北京卷（4）、2021·广东卷（5）、2021·河北卷（16）、2021·全国甲卷（30）、2020·全国卷Ⅲ（1）
1.生命观念——结构与功能观：DNA的结构决定DNA的功能2.科学思维——分析与综合：建立DNA分子双螺旋结构模型、阐明DNA复制 过程。 模型与建模：建立DNA分子双螺旋结构模型3.科学探究——实验设计与结果分析：探究DNA的半保留复制，培养实验 设计与结果分析能力
DNA分子的结构及特性
1、DNA分子的化学组成
C H O N P
DNA中文全称:　　　组成元素:　　　　　　　　基本单位:　　　　　　　　　
考点1 DNA分子的结构及特性
脱去H2O，形成磷酸二酯键
2、双螺旋结构特点（1）DNA分子是由两条链构成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。（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；碱基对排列在内侧。（3）两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。碱基配对的规律是：A与T配对，G与C配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫做碱基互补配对原则。
注意：①脱氧核糖上与碱基相连的碳叫作1'-C，与磷酸基团相连的碳叫作5'-C。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5'-端，另一端有一个羟基(一OH)，称作3'-端。DNA的两条单链走向相反，从双链的一端起始，一条单链是从5-端到3-端的，另一条单链则是从3-端到5'-端的。②A—T碱基对与G—C碱基对具有相同的形状和直径，这样组成的DNA分子具有恒定的直径。A与T之间两个氢键，G与C之间三个氢键，G与C含量越高，越稳定。③脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键连接。
2、DNA分子的特性(1)稳定性：空间结构相对稳定。①位于外侧的基本骨架一定是由磷酸和脱氧核糖交替连接形成的，不会改变。②两条链间的碱基互补配对方式稳定不变，总是A与T、G与C配对。碱基对及其侧链基团对维持DNA分子的空间结构的稳定有着重要的作用。(2)多样性：不同的DNA分子中脱氧核苷酸的数目有差异，排列顺序多种多样。(3)特异性：每一种DNA分子都有特定的碱基排列顺序。
如图是某DNA分子的局部结构示意图，请据图回答下列问题：
(1)写出图中序号代表结构的中文名称：①____________，⑦____________________，⑧________________________________________________________________________，⑨________________________________________________________________________。(2)图中DNA片段中碱基对有________对，该DNA分子应有________个游离的磷酸基团。(3)如果将14N标记的细胞培养在含15N标记的脱氧核苷酸的培养液中，此图所示的_________________________(填序号)中可检测到15N。若细胞在该培养液中分裂4次，该DNA分子也复制4次，则得到的子代DNA分子中含14N的DNA分子和含15N的DNA分子的比例为________。(4)若该DNA分子共有a个碱基，其中腺嘌呤有m个，则该DNA分子复制4次，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸为___个。
DNA分子结构的相关计算
考点2 DNA分子结构的相关计算
1、DNA双链中的两条互补链的碱基数相等。 A1＋G1+T1＋C1= A2＋G2+T2＋C22、DNA中任意两个不互补的碱基之和恒等，占碱基总数的50%。 A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G＝50%。3、DNA双链中的一条单链的T＋C/(A＋G)的值与其互补链的T＋C/(A＋G)的值互为倒数关系。（T1＋C1）/（A1＋G1）=（A2＋G2）/（T2＋C2）
4、DNA双链中，一条单链的G＋C/(A＋T)的值与其互补链的G＋C/(A＋T)的值是相等的，也与整个DNA分子中的G＋C(A＋T)的值相等。（G1＋C1）/（A1＋T1）= （G2＋C2）/（A2＋T2）=（G总＋C总）/（A总＋T总）5、DNA一条链中A占的比例为a%，另一条链中A占的比例为b%，则整个DNA分子中A占的比例为(a%＋b%)/2。
1、某双链DNA分子中，G占28%，求A占多少？2、在DNA的一个单链中，A+G/T+C=0.2，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？
5 1
3、某双链DNA分子中，A与T之和占整个DNA碱基总数的44%，其中一条链上G占该链碱基总数的24%。求另一条链上G占其所在链碱基总数的百分含量。4、若双链DNA分子一条链A:T:C:G=2:3:4:5,则另一条链相应的碱基比是多少？
9．某双链DNA分子含有200个碱基，一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则关于该DNA分子的叙述正确的是(　　)A．该DNA分子含有4个游离的磷酸基团B．该DNA分子连续复制两次，需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸120个C．该DNA分子中四种含氮碱基的比例是A∶T∶G∶C＝3∶3∶7∶7D．该DNA分子的碱基排列方式共有4100种 答案　C
某病毒的DNA分子共有碱基600个，其中一条链的碱基比例为A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，在侵染宿主细胞时共消耗了嘌呤类碱基2 100个。下列相关叙述错误的是(　　)A．该病毒DNA在宿主细胞中进行半保留复制B．子代病毒的DNA中(A＋T)/(C＋G)＝3/7C．该病毒在宿主细胞内复制产生了8个子代DNAD．该病毒DNA复制3次共需要360个腺嘌呤脱氧核苷酸 答案　D
DNA分子半保留复制的发现
考点3 DNA分子半保留复制的发现
1、沃森和克里克(半保留复制) 遗传物质的自我复制假说：DNA分子复制时，DNA分子的双螺旋将解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的两条单链作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依据碱基互补配对原则，通过形成氢键，结合到作为模板的单链上。 由于新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此，这种复制方式被称做半保留复制。
2、其他观点：全保留复制 弥散复制是什么情况？
二、半保留复制的实验证据1、实验设计者：美国生物学家梅塞尔生和斯塔尔2、实验方法：同位素标记法和密度梯度技术。 实验的关键：区分亲代和子代的DNA。3、实验原理： 如果DNA的两条都含15N标记，那么这样的DNA密度大，离心时应该在试管的底部；两条链中都含14N，那么这样的DNA密度小，离心时应该在试管的上部；两条链中一条含有15N，一条含有14N，那么这样的DNA密度居中，离心时应该在试管的中部。
4、实验思路 先获得15N标记的大肠杆菌，然后转移到含14N的培养液中，在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA，再对提取的DNA离心，记录离心管中DNA的位置。 预期结果（1）半保留复制的预期结果：①提取亲代DNA→离心→底部。②繁殖一代后，提取DNA→离心→居中。③繁殖两（n）代后，提取DNA→离心→1/2(2/2n)居中，1/2(1-2/2n)靠上。
（2）全保留复制预期结果：①提取亲代DNA→离心→底部。②繁殖一代后，提取DNA→离心→1/2底部，1/2靠上③繁殖两（n）代后，提取DNA→离心→1/4（1/2n）底部，3/4（1-1/2n）靠上。【思考】繁殖一代即可区分复制方式，为什么要繁殖两代？ 繁殖两代可以排除弥散复制。5、进行实验，得出结论实验结果和预期的一致，说明DNA的复制是以半保留的方式进行的。
)现有DNA分子的两条单链均只含有14N(表示为14N14N)的大肠杆菌，若将该大肠杆菌在含有15N的培养基中繁殖两代，再转到含有14N的培养基中繁殖一代，则理论上DNA分子的组成类型和比例分别是(　　)A．有15N14N和14N14N两种，其比例为1∶3B．有15N15N和14N14N两种，其比例为1∶1C．有15N15N和14N14N两种，其比例为3∶1D．有15N14N和14N14N两种，其比例为3∶1 答案　D
考点4 DNA分子复制的过程
1、概念：2、场所：3、时期：4、条件
以亲代DNA分子为模板合成子代DNA分子的过程
细胞核（主要）、线粒体、叶绿体，(拟核、质粒)
主要发生在有丝分裂间期和减数分裂间期
DNA解旋酶、DNA聚合酶等
解旋→合成子链，延伸→形成子代DNA
(1)解旋：DNA分子首先利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，把两条螺旋的双链解开。
(2)合成子链：以解开的每一段母链为模板，在DNA聚合酶等酶的作用下，利用细胞中游离的四种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的子链。
子链的方向：5’→3’DNA聚合酶只能催化3’末端连接脱氧核苷酸
前导链（连续） 滞后链（不连续，需要DNA连接酶连接）
(3)形成子代DNA：每条子链与其对应的母链盘旋成双螺旋结构，从而形成两个与亲代DNA完全相同的DNA分子。
6、复制特点：7、复制的结果：8、精准复制的原因：9、复制的意义：
边解旋边复制、半保留复制
(1)DNA分子独特的双螺旋结构提供精确模板；(2)通过碱基互补配对原则保证了复制准确地进行。
使遗传信息从亲代传给子代，保证了遗传信息的连续性。
10、子链合成方向：5’→3’。 DNA聚合酶只能催化子链从5’→3’的合成（DNA聚合酶只能将脱氧核苷酸连接到已知链的3’端）。连续合成（前导链），不连续合成（滞后链） 11、 真核生物：多起点不同时双向复制，出现大小不同的复制环。 原核生物：单起点双向复制。
如图1表示的是细胞内DNA复制过程，图2表示图1中RNA引物去除并修复的过程。相关叙述不正确的是(　　)
A．两条子链合成过程所需的RNA引物数量不同B．酶1、2可催化RNA降解，去除引物C．酶3是DNA聚合酶，催化游离的核糖核苷酸连接到DNA单链上D．酶4是DNA连接酶，催化两个DNA单链片段的连接
有关DNA分子复制的计算
考点5 有关DNA分子复制的计算
一个15N标记DNA分子，在含14N的环境中复制n次。根据上表归纳：若培养n代，结果是：1、DNA分子数子代DNA分子总数＝2n个。含15N的DNA分子数＝2个。含14N的DNA分子数＝2n个。只含15N的DNA分子数＝0个。只含14N的DNA分子数＝2n－2个。含15N的DNA分占总数比例为2n(2) 。
2、脱氧核苷酸链数子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝2n＋1条。含15N的脱氧核苷酸链数＝2条。含14N的脱氧核苷酸链数＝(2n＋1－2)条。含15N的链占总链数比例为2n＋1(2)＝2n(1)。3、消耗的脱氧核苷酸数设亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸a个，则：①经过n次复制，共需消耗游离的该脱氧核苷酸a·(2n－1)个。②在第n次复制时，共需消耗游离的该脱氧核苷酸a·2n－1个。
一个15N标记DNA分子，在含14N的环境中复制n次。
某DNA分子片段中共含有3 000个碱基，其中腺嘌呤占35%。现将该DNA分子片段用15N标记过的四种游离脱氧核苷酸为原料复制3次，将全部复制产物进行密度梯度离心，得到图甲结果；如果将全部复制产物加入解旋酶处理后再离心，则得到图乙结果。下列有关分析正确的是(　　)
A．X层与Y层中DNA分子质量比大于1∶3B．Y层中含15N标记的鸟嘌呤有3 600个C．X层中含有的氢键数是Y层的1/3倍D．W层与Z层的核苷酸数之比是4∶1 答案　C
将马蛔虫(2n＝4)的甲、乙两个精原细胞核DNA双链用32P标记，接着置于不含32P的培养液中培养，在特定的条件下甲细胞进行两次连续的有丝分裂、乙细胞进行减数分裂。下列相关叙述正确的是(　　)A．甲在第一个细胞周期后，含32P的细胞数为2，且每个细胞中含有32P的染色体数为0～4B．甲在第二个细胞周期后，含32P的细胞数为2～4，且每个细胞含有32P的染色体数为0～4C．乙在减数分裂Ⅰ后，含32P的细胞数为2，且每个细胞中含有32P的染色体数为0～2D．乙在减数分裂Ⅱ后，含32P的细胞数为2～4，且每个细胞中含有32P的染色体数为0～2 答案　B
DNA复制与细胞分裂的综合考查
基因通常是具有遗传效应的DNA片段
考点6 基因通常是具有遗传效应的DNA片段
1、基因与DNA的关系（1）生物体内的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。这说明什么？ 基因是DNA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）基因能够指导相应蛋白质的合成、控制生物体的性状，说明什么？ 基因具有特定的遗传效应。【归纳总结】一个DNA分子上有许多个基因，每一个基因都是特定的DNA片段，有着特定的遗传效应。DNA必然蕴含了大量的遗传信息。
2、基因与染色体的关系（1）基因在染色体上呈线性排列。（2）染色体是基因的主要载体，但不是唯一载体，如线粒体、叶绿体中也有少量的DNA，也是基因的载体。3、DNA分子的多样性和特异性 碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性，而碱基特定的排列顺序，又构成了每个DNA分子的特异性； DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。生物界多样性的直接原因是蛋白质的多样性；生物界多样性的根本原因是核酸的多样性。
4、DNA上分布着许多个基因，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，如人类免疫缺陷病毒(艾滋病病毒)、流感病毒等。对这类病毒而言，基因就是有遗传效应的RNA片段。5、DNA能够储存足够量的遗传信息；遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中；
下图为果蝇某一条染色体上的几个基因示意图，下列有关叙述正确的是(　　)
A．R基因中的全部脱氧核苷酸序列都能编码蛋白质B．R、S、N、O互为非等位基因C．果蝇的每个基因都是由成百上千个核糖核苷酸组成的D．每个基因中有一个碱基对的替换，都会引起生物性状的改变 答案　B