新高考适用2024版高考生物一轮总复习必修2遗传与进化第6单元遗传的分子基础第2讲DNA分子的结构复制与基因的本质课件

这是一份新高考适用2024版高考生物一轮总复习必修2遗传与进化第6单元遗传的分子基础第2讲DNA分子的结构复制与基因的本质课件，共60页。PPT课件主要包含了考点一，考点二，反向平行，脱氧核糖，碱基对，排列顺序，碱基对排列顺序，种碱基，②真核生物基因，半保留复制等内容，欢迎下载使用。
第六单元　遗传的分子基础
第2讲　DNA分子的结构、复制与基因的本质
考点一　DNA的结构和基因的本质
1．DNA分子的双螺旋结构
(1)DNA分子由___条脱氧核苷酸链组成，这两条链按____________的方式盘旋成双螺旋结构。(2)外侧：____________和______交替连接，构成基本骨架。(3)内侧：两条链上的碱基通过氢键连接成_________。碱基互补配对遵循以下原则：A一定与T配对，G一定与C配对。
2．DNA分子的特性(1)多样性：不同的DNA分子中脱氧核苷酸数目不同，____________多种多样。若某DNA分子中有n个碱基对，则其碱基对排列顺序最多有___种。 (2)特异性：每种DNA分子都有区别于其他DNA的特定的_____________________，代表了特定的遗传信息。(3)______性：两条链中磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变，碱基之间有氢键相连，使DNA分子具有稳定性。
3．基因的本质(1)染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系
(2)基因与碱基的关系遗传信息蕴藏在____________的排列顺序中，构成基因的碱基数______(填“大于”“小于”或“等于”)DNA分子的碱基总数。
易错整合，判断正误。(1)DNA分子一条链上的相邻碱基通过“—磷酸—脱氧核糖—磷酸—”相连。( 　　)(2)DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基。( 　　)(3)双链DNA分子同时含有2个游离的磷酸基团，其中嘌呤碱基数等于嘧啶碱基数。( 　　)(4)DNA分子中每一个片段都是一个基因。( 　　)(5)基因只位于染色体上，所以染色体是基因的载体。( 　　)
1．DNA分子是否都是由两条链构成的？提示：不是。大部分DNA以双螺旋结构存在，但一经热或碱处理就会变为单链状态。在某些种类的DNA病毒中存在单链环状或单链线状的DNA分子，如圆环病毒科、细小病毒科的病毒。
2．分析DNA两条链反向平行的原因。提示：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(—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。
3．在现代刑侦领域中，DNA指纹技术发挥着越来越重要的作用。只需要一滴血、精液或是一根头发等样品，刑侦人员就可以进行DNA指纹鉴定。此外，DNA指纹技术还可以用于亲子鉴定、死者遗骸的鉴定等。下图是DNA指纹图谱，根据下面的DNA指纹图谱判断，下列怀疑对象中谁是犯罪嫌疑人？
提示：3号是犯罪嫌疑人。
1．明确DNA结构的两种关系和两种化学键(1)
2．DNA分子中碱基数量的计算规律
考向　结合DNA分子的结构及特点，考查结构与功能观例1 　　(2022·漳州一模)如图为某双链DNA(由甲链和乙链组成)的局部结构简图，图中数字①～⑥表示不同物质或化学键。下列叙述正确的是( 　　)
A．图中⑤为氢键，且③与④可为A—T碱基对或G—C碱基对B．图中①为腺嘌呤，②为胸腺嘧啶，①②通过氢键连接C．图中⑥为磷酸基团，此DNA片段中含有2个游离的磷酸基团D．图中甲链与乙链方向相反，但两条链碱基排列顺序相同解析：图中⑤为氢键，③与④之间有3个氢键，只能为G—C碱基对，A错误；图中①为腺嘌呤，②为胸腺嘧啶，①②通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接，B错误；图中⑥为磷酸基团，此DNA片段中含有2个游离的磷酸基团，C正确；图中甲链与乙链方向相反，两条链碱基排列顺序不相同，D错误。
〔变式训练〕1．(2022·宁波二模)几个学生充分利用下表提供的材料正确搭建出DNA分子结构模型，但制作的DNA分子片段不尽相同，原因可能是( 　　)
①每条脱氧核苷酸单链上的碱基数量不同②每条脱氧核苷酸单链上碱基种类不同③DNA片段上的碱基对的排列顺序不同④DNA片段上的碱基配对方式不同A．①② 　B．②③ 　C．③④ 　D．①④
解析：①表格中给出了碱基G和C各3个，A和T各5个，几个学生充分利用表格提供的材料搭建出DNA分子结构模型，每条链上的碱基数目都应该是8个；②每条脱氧核苷酸单链上碱基种类不同，构成的DNA分子不同；③碱基序列不同，构成的DNA分子不同；④每个DNA分子都遵循相同的碱基配对原则，即A与T配对，G与C配对，故选B。
考向　考查基因的本质例2 　　(2023·辽宁模拟)基因是有遗传效应的DNA片段，眼色基因(红眼基因R、白眼基因r)位于果蝇的X染色体上，下列叙述正确的是( 　　)A．雌雄果蝇细胞内的基因都是随染色体的复制而复制的B．同一DNA分子上不可能同时含有两个控制眼色的基因C．果蝇正常的卵原细胞有丝分裂时红眼基因最多有4个D．白眼基因的两侧也都是基因，其中只有一条链可以转录血红蛋白基因
解析：果蝇属于真核生物，其基因主要位于染色体上，但细胞质中也有分布，故果蝇细胞内的基因不都是随染色体的复制而复制的，A错误；一个DNA分子上有多个基因，同一DNA分子上可能同时含有两个控制眼色的基因，如朱红眼和深红眼，B错误；雌果蝇的基因型可能为XRXR，则该个体在有丝分裂间期复制后可能含有四个XR基因，即红眼基因最多有4个，C正确；基因是有遗传效应的DNA片段，一般而言白眼基因的两侧为非基因片段，且由于基因的选择性表达，控制白眼的基因不能转录出血红蛋白，D错误。
┃┃拓展延伸►真、原核细胞基因的结构和表达(1)基因的结构
(2)基因表达遗传信息①原核生物基因
〔变式训练〕2．(2023·江津区模拟)图甲为摩尔根等人研究并绘出的果蝇X染色体上几个基因的相对位置图，图乙为利用荧光标记各个基因，得到的基因在染色体上的位置图，由图分析，正确的是( 　　)
A．图甲和图乙都能说明一条染色体上有多个基因，且呈线性排列B．图甲中朱红眼基因和深红眼基因的遗传遵循自由组合定律C．图乙中方框内的四个荧光点所在的基因所含遗传信息一定不同D．图乙中从荧光点的分布来看，图中是两条含有染色单体的非同源染色体
解析：据图甲可知，一条染色体上有多个基因，基因在染色体上呈线性排列；据图乙不同荧光点的位置分布可以说明基因在染色体上呈线性排列，A正确；图甲中朱红眼基因和深红眼基因位于同一条染色体上，其遗传不遵循自由组合定律，B错误；图乙中方框内的四个荧光点位置相同，说明这四个基因可能是相同基因(遗传信息相同)，也可能是等位基因(遗传信息不同)，因此，方框内的四个荧光点所在的基因所含遗传信息可能相同，C错误；由图乙可知，图示为两条染色体，二者形态大小相似、基因位点相同，是一对同源染色体，同时，每条染色体的同一位置有两个基因(荧光点)，据此可推测染色体中有染色单体，因此图乙是一对含有染色单体的同源染色体，D错误。
考向　DNA结构的相关计算例3 　　(2023·福建龙岩高三质检)若生物体内DNA分子中(G＋C)/(A＋T)＝a，(A＋C)/(G＋T)＝b，则下列有关两个比值的叙述，不正确的是( 　　)A．a值越大，双链DNA分子的稳定性越高B．DNA分子一条单链及其互补链中，a值相同C．碱基序列不同的双链DNA分子，b值不同D．经半保留复制得到的DNA分子，b值等于1
解析：G与C之间通过三个氢键相连，A与T之间通过两个氢键相连，a值越大，(G＋C)所占比例越大，双链DNA分子的稳定性越高，A正确；DNA分子中互补碱基之和的比值即(G＋C)/(A＋T)＝a，则在每条单链中(G＋C)/(A＋T)＝a，B正确；DNA分子中非互补碱基之和的比值等于1，即(A＋C)/(G＋T)＝b＝1，即碱基序列不同的双链DNA分子，其b值相同，C错误，D正确。
┃┃归纳提示►解答有关碱基计算题的“三步曲”
〔变式训练〕3．(2023·山东淄博高三月考)下列关于双链DNA分子结构的叙述，正确的是( 　　)A．某DNA分子含有500个碱基，可能的排列方式有4500种B．若质粒含有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分子内胞嘧啶占25%，则每条单链上的胞嘧啶占25%～50%D．某DNA分子上有胸腺嘧啶312个，占总碱基的26%，则该DNA分子上有鸟嘌呤288个
解析：某DNA分子含有500个碱基，则可能的排列方式有4250种，A错误；质粒是环状DNA分子，其不含游离的磷酸基团，B错误；某DNA分子内胞嘧啶占25%，则每条单链上的胞嘧啶占0%～50%，C错误；某DNA分子上有胸腺嘧啶312个，占总碱基的26%，则该DNA分子上碱基总数为312÷26%＝1 200(个)，根据碱基互补配对原则，该DNA分子中有鸟嘌呤1 200×(50%－26%)＝288(个)，D正确。
考点二　DNA分子的复制及相关计算
1．DNA分子复制的研究(1)方式推测：沃森和克里克提出遗传物质自我复制的假说：DNA分子复制方式为_______________。(2)实验证据①实验方法：____________________________________。
同位素示踪技术和离心技术
②实验原理：含15N的双链DNA密度大，含14N的双链DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度居中。③实验假设：____________________________________。④实验预期：离心后应出现3条DNA带。重带(密度最大)：两条链都为15N标记的亲代双链DNA；中带(密度居中)：一条链为14N标记，另一条链为15N标记的子代双链DNA；轻带(密度最小)：两条链都为14N标记的子代双链DNA。
DNA以半保留的方式复制
⑦实验结论：____________________________________。
DNA的复制是以半保留方式进行的
2．复制过程(1)概念：以_______________为模板合成_____________的过程。(2)时间：细胞有丝分裂的间期和减数分裂Ⅰ前的间期。
(4)场所：真核生物在_________、_________和_________；原核生物在______和细胞质。(5)特点：__________________。(6)方式：_______________。(7)结果：形成__________________的DNA分子。
3．DNA分子精确复制的原因(1)DNA分子的_________结构提供精确的模板。(2)_____________________保证复制准确进行。4．DNA分子复制的意义使____________从亲代传给子代，保持了遗传信息的_______。
易错整合，判断正误。(1)植物细胞的线粒体和叶绿体中均可发生DNA的复制。( 　　)(2)真核生物DNA分子的复制过程需要解旋酶和能量。( 　　)(3)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。( 　　)(4)DNA复制时，两条脱氧核苷酸链均可作为模板。( 　　)
1．在细胞内，DNA的两条链都能作为模板，由于DNA分子的两条链是反向平行的，每条链都通过磷酸和脱氧核糖的3′、5′碳原子相连而成，因此每条链的两端是不同的，其中，一端是3′－端(3′羟基)，另一端是5′－端(5′磷酸基团)。在DNA复制中，DNA聚合酶催化合成的方向是5′→3′，而不是3′→5′。DNA复制又是边解旋边复制。请推测DNA聚合酶是如何催化DNA复制的？
提示：DNA复制时，一条模板链是3′→5′走向，其互补链在5′→3′方向上连续合成，并称为前导链；另一条模板链是5′→3′走向，其互补链也是沿5′→3′方向合成，但是与前导链的合成方向正好相反，随着复制的进行会形成许多不连续的片段，最后不连续片段连成一条完整的DNA单链，称为后随链。如图所示：
2．分析DNA复制过程(1)图示中的解旋酶和DNA聚合酶各有什么作用？提示：前者使氢键打开，DNA双链解旋；后者催化形成磷酸二酯键，从而形成新的子链。
(2)蛙的红细胞和哺乳动物成熟的红细胞，是否都能进行图示过程？提示：蛙的红细胞进行无丝分裂，可进行DNA分子的复制；哺乳动物成熟的红细胞已丧失细胞核，也无各种细胞器，不能进行DNA分子的复制。
(3)上图所示DNA复制过程若发生在细胞核内，形成的两个子DNA位置如何？其上面对应片段中基因是否相同？两个子DNA将于何时分开？提示：染色体复制后形成两条姐妹染色单体，刚复制产生的两个子DNA分子分别位于两条姐妹染色单体上，由着丝粒相连；其对应片段所含基因在无基因突变等特殊变异情况下应完全相同；两个子DNA分子将于有丝分裂后期或减数分裂Ⅱ后期着丝粒分裂时，随两条姐妹染色单体的分离而分开，分别进入两个子细胞中。
1．归纳概括DNA复制的五个问题(1)复制的场所：主要场所是细胞核，但在拟核、线粒体、叶绿体、细胞质基质(如质粒)中也可进行DNA复制。(2)外界条件对DNA复制的影响：在DNA复制的过程中，需要酶的催化和ATP供能，凡是影响酶活性的因素和影响细胞呼吸的因素，都会影响DNA的复制。
(3)复制方式：半保留复制。新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链(模板链)。(4)过程特点：边解旋边复制；多起点解旋和复制。(5)DNA复制的准确性①一般情况下，DNA分子能准确地进行复制。原因是DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供精确的模板；通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。②特殊情况下，在外界因素和生物内部因素的作用下，可能造成碱基配对发生差错，引发基因突变。
2．“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
(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。
考向　DNA复制的过程及特点例4 　　(2022·山东日照高三一模)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(如下图)。下列说法正确的是( 　　)
A．由结果可推知该大肠杆菌的繁殖周期大约为15 minB．根据条带的数目和位置可以确定DNA的复制方式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．若直接将子代DNA进行密度梯度离心也能得到两条条带
解析：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繁殖周期大约为20 min，A错误；由于DNA经过热变性后解开了双螺旋，变成单链，因此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，B错误；解开DNA双螺旋的实质是破坏核苷酸之间的氢键，C错误；DNA复制3次，有1/4的DNA含15N和14N，为中带，3/4是只含15N的DNA，为重带，所以若直接将子代DNA进行密度梯度离心也能得到两条条带，D正确。
〔变式训练〕4．下图中图1是DNA的某一片段，图2是DNA复制过程示意图。下列相关叙述中，错误的是( 　　)
A．图1中所示的DNA片段有两个游离的磷酸基团B．图1中④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸C．据图2可知DNA的复制过程需要消耗ATPD．图2中DNA聚合酶的作用是催化碱基对间氢键的形成
解析：图1中每条脱氧核苷酸链的5′端有一个游离的磷酸基团，所以图1中含有两个游离的磷酸基团，A正确；由于图1中①是胞嘧啶，所以④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸，B正确；由图2可知，DNA的复制过程需要消耗ATP，C正确；DNA聚合酶的作用是催化相邻脱氧核苷酸间磷酸二酯键的形成，而不是氢键的形成，D错误。
考向　考查DNA分子复制的相关计算例5　　 (2023·临沂模拟)现有DNA分子的两条单链均只含有14N(表示为14N/14N)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15N/14N和14N/14N两种，其比例为1:3B．有15N/15N和14N/14N两种，其比例为1:1C．有15N/15N和14N/14N两种，其比例为3:1D．有15N/14N和14N/14N两种，其比例为3:1
解析：将只含有14N的大肠杆菌置于含有15N的培养基中繁殖两代后，由于DNA的半保留复制，得到的子代DNA为2个15N/15N－DNA和2个15N/14N－DNA，再将其转到含有14N的培养基中繁殖一代，会得到6个15N/14N－DNA和2个14N/14N－DNA，比例为3:1，故选D。
┃┃易错提醒►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。
〔变式训练〕5．(2023·滨州模拟)用15N标记两条链含有100个碱基对的DNA分子，其中胞嘧啶有60个，该DNA分子在含14N的培养基中连续复制3次。下列有关说法不正确的是( 　　)A．该DNA分子含有的氢键数目是260个B．该DNA分子复制3次共需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸320个C．子代DNA分子中含15N的单链与含14N的单链之比为1:7D．子代DNA分子中含15N的DNA分子与含14N的DNA分子之比为1:4
解析：该DNA分子有100个碱基对，其中胞嘧啶有60个，则G有60个，A和T各有40个，又知C、G之间有3个氢键，A、T之间有2个氢键，因此氢键数目为60×3＋40×2＝260(个)，A正确；该DNA分子含有腺嘌呤脱氧核苷酸(A)40个，则复制3次共需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸的数目为(23－1)×40＝280(个)，B错误；该DNA分子复制3次共产生8个DNA分子、16条DNA单链，其中2条链含15N，故含15N的单链与含14N的单链之比为2:14，即1:7，C正确；该DNA分子复制3次共产生8个DNA分子，其中2个DNA分子含有15N,8个DNA分子都含有14N，故二者之比为1:4，D正确。
1．(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，继续做子代ⅡDNA密度鉴定，若子代Ⅱ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，ABC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，或一条链含有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正确。
2．(2022·浙江卷)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，下列叙述正确的是( 　　)A．在制作脱氧核苷酸时，需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基B．制作模型时，鸟嘌呤与胞嘧啶之间用2个氢键连接物相连C．制成的模型中，腺嘌呤与胞嘧啶之和等于鸟嘌呤和胸腺嘧啶之和D．制成的模型中，磷酸和脱氧核糖交替连接位于主链的内侧
解析：在制作脱氧核苷酸时，需在脱氧核糖上连接磷酸和碱基，A错误；鸟嘌呤和胞嘧啶之间由3个氢键连接，B错误；DNA的两条链之间遵循碱基互补配对原则，即A＝T、C＝G，故在制作的模型中A＋C＝G＋T，C正确；DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架，碱基在内侧，D错误。
3．(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：单链序列脱氧核苷酸数量相等和分子骨架同为脱氧核糖与磷酸都不是该线性DNA分子两端能够相连的原因，A、B错误；据图可知，单链序列的碱基能够互补配对，这是该线性DNA分子两端能够相连的主要原因，C正确；该线性DNA分子自连环化后两条单链方向相反，D错误。
4．(2021·广东卷)DNA双螺旋结构模型的提出是二十世纪自然科学的伟大成就之一。下列研究成果中，为该模型构建提供主要依据的是( 　　)①赫尔希和蔡斯证明DNA是遗传物质的实验②富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱③查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等④沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制A．①②　B．②③　C．③④　D．①④