第17讲 DNA的结构、复制及基因的本质-【备战一轮】最新高考生物一轮复习优质课件

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1、落实考点。一轮复习时要在熟读课本、系统掌握基础知识、基本概念和基本原理后，要找出重点和疑点；通过结合复习资料，筛选出难点和考点，有针对地重点复习。这就需要在掌握重点知识的同时，要善于进行知识迁移和运用，提高分析归纳的能力。2、注重理论联系实际。生物的考试并不仅仅是考概念，学会知识的迁移非常重要，并要灵活运用课本上的知识。不过特别强调了从图表、图形提取信息的能力。历年高考试题，图表题都占有比较大的比例。那些图表题虽不是教材中的原图，但它源于教材而又高于教材，是对教材内容和图表的变换、深化、拓展，使之成了考查学生读图能力、综合分析能力、图文转换能力的有效途径。3、一轮复习基础知识的同时，还要重点“攻坚”，突出对重点和难点知识的理解和掌握。这部分知识通常都是学生难于理解的内容，做题时容易出错的地方。分析近几年的高考生物试题，重点其实就是可拉开距离的重要知识点。　4、学而不思则罔，思而不学则殆。这一点对高三生物一轮复习很重要。尤其是对于错题。错题整理不是把错题抄一遍。也不是所有的错题都需要整理。
DNA的结构及相关计算
DNA的复制及基因的概念
一、DNA双螺旋结构模型的建构
DNA的结构单位：四种脱氧核苷酸
沃森和克里克推算出DNA呈螺旋结构，尝试建构模型：双螺旋、三螺旋→失败（配对违反化学规律）
威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱
在DNA中，腺嘌呤（A）=胸腺嘧啶（T），鸟嘌呤（G）=胞嘧啶（C）
据此，沃森和克里克构建出DNA双螺旋结构模型。
能解释A、T、C、G的数量关系
制作的模型与基于拍摄的X射线衍射照片推算出的DNA双螺旋结构相符
1.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
1.DNA的基本单位：
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链是由脱氧核苷酸脱水缩合连接而成的长链。
3',5'-磷酸二酯键
1.由 条单链按_________方式盘旋成_______结构。
和 交替连接，构成基本骨架；
两条链上的碱基通过 连接形成 ，且A只和 配对、G只和 配对，碱基之间的一一对应的关系，就叫作 。
氢键越多，结构越稳定，即含G、C碱基对比例越大，结构越稳定，更耐高温。
磷酸、脱氧核糖、含氮碱基
两条反向平行的脱氧核苷酸链
A=T G≡C
三、DNA分子的结构特性
在生物体内，一个最短DNA分子也大约有4000个碱基对，碱基对有：A—T、T—A、G—C、C—G。请同学们计算DNA分子有多少种？
碱基对的特定排列顺序。
①外部稳定的基本骨架——磷酸和脱氧核糖交替连接形成；
②内部碱基对稳定——通过氢键连接，严格遵循碱基互补配对原则， 加强稳定性；
③空间结构稳定——规则的双螺旋结构。
碱基对的数量不同、排列顺序的千变万化。
遗传信息：DNA分子中的碱基对的排列顺序。
四、制作DNA双螺旋结构模型
某同学想制作一段具有10对碱基对的DNA片段模型，他在准备材料时至少需要：(1)代表磷酸的球形塑料片几个？(2)代表四种碱基的长方形塑料片几个？(3)代表脱氧核糖的五边形塑料片几个？ (4)可组装出几种该DNA片段模型？
2.用卡片构建DNA平面结构模型,所提供的卡片类型和数量如表所示, 下列说法正确的是(　　)
A.最多可构建4种脱氧核苷酸,5个脱氧核苷酸对B.构成的双链DNA片段最多有10个氢键C.DNA中每个脱氧核糖均与1分子磷酸相连D.最多可构建44种不同碱基序列的DNA
2.如图为某同学在学习了DNA分子的结构后画的含有2个碱基对的DNA分子片段(其中“○”代表磷酸基团)，下列为几位同学对此图的评价，其中哪位同学的评价较合理？
①甲认为该图没有什么物质和结构上的错误。②乙认为该图至少有3处错误，其中核糖应改为脱氧核糖，U应改为T，DNA单链中脱氧核苷酸的磷酸基团应与相邻脱氧核苷酸3′碳上的羟基脱水形成磷酸二酯键。③丙认为如果他画的是双链RNA分子，则该图就是正确的。
该同学要画的为DNA分子结构图，图中的错误有：①五碳糖应为脱氧核糖；② 碱基不含尿嘧啶(U)；③磷酸与磷酸之间无化学键的连接，磷酸应与脱氧核糖交替连接。故乙同学评价较合理。
3.图中1为DNA分子片段的一条链，2为碱基对， 3为氢键，4为一个脱氧核苷酸。
(1)双链DNA中，游离的磷酸基团有 个。每个脱氧核糖一般连接着 个磷酸，一条单链上有 个脱氧核糖只连接一个磷酸。
(3)A与T之间有 个氢键，G与C之间有 个氢键。若碱基对数为n，则氢键数为2n～3n，若已知A有m个，则氢键数为 ；若已知G有m个，则氢键数为 。
五、DNA分子中的碱基数量的计算规律
1.两种DNA结构模型解读
2.双链DNA分子中有关单链碱基的计算
A1= , T1= , C1= , G1= 。
3.双链DNA分子中有关计算
(1)一个双链DNA分子中，嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数， 即A+G=T+C。
注意：一个双链DNA分子中，A+T与C+G不一定相等， 而且一般都不相等。
在双链DNA分子中：∵ A = T G = C
∴A+G = T+C
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）/（G+C）的值不同。该比值体现了不同生物的DNA分子的特异性。
∴A+G = T+C
(2)在DNA双链中，任意两个非互补碱基和的比例_______， 并为碱基总数的_____。
∴A+G/(A+G+C+T) =T+C/(A+G+C+T)
任意两个非互补碱基和的比例为1，则可能为双链。
若为双链，则任意两个非互补碱基和的比例为1。
非互补碱基：不配对的碱基
（3）双链DNA分子中，互补碱基之和与碱基总数之比， 与任意一条链的这种比值相等。
设A1+G1+C1+T1=m，则A2+G2+C2+T2=m
∴ A+G+C+T=2m
∵ A1 = T2、T1 = A2 ，则A1+T1=A2+T2 ,，A+T=(A1+T1)+(A2+T2)
(4)在双链DNA分子的两条互补链中，非互补碱基之和比例互为倒数。
(5)双链DNA分子中，互补碱基之和的比例在任意一条链及整个 DNA分子中都相同。
（6）某碱基在双链中所占的比例等于它在每条单链中所占比例的 平均值。
即某种碱基在1链中占m%，在互补链（即2链）中占n%，则这种碱基在双链中应占(m+n)/2 %
（7）若已知A在双链中所占的比例为c%，则A1在单链中所占的比例 无法确定，但最大值为2c%，最小值为0 。
【例题】在一个双链DNA分子中A占22%，则A在其中一条单链中的数值能确定吗？
能确定范围，0%≤A1≤44%
（8）DNA分子的总氢键数=
2(A-T碱基对数)+3(G-C碱基对数)
4.根据碱基比例对核酸样品进行判定
可能是双链DNA可能是单链DNA
4.已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的35.8%，其中一条链中的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%，17.1%　　　B.31.3%，18.7%C.18.7%，31.3%　　　D.17.1%，32.9%
(A＋T)%＝(A1＋T1)%＝(A2＋T2)%=64.2% T1=32.9% T2=?(G＋C)%＝(G1＋C1)%＝(G2＋C2)%=35.8% C1=17.1% C2=?
5.下列有关双链DNA分子的叙述，正确的是（ ）A.若DNA分子一条链中的碱基A所占比例为a，则另一条链的碱基C所占比例为1/(2-a)B.如果一条链上(A＋T)∶(G＋C)＝m，则另一条链上该比值也为mC.如果一条链上的A∶T∶G∶C＝2∶2∶3∶3，则另一条链上该比值为3∶3∶2∶2D.由50个碱基对组成的DNA分子片段中至少含有氢键的数量为150个
6.某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成，根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图，下列正确的是（ ）
7.酵母菌的DNA中碱基A约占32%，关于酵母菌核酸的叙述错误的是（ ）A.DNA复制后A约占32%B.DNA中C约占18%C.DNA中(A＋G)/(T＋C)＝1D.RNA中U约占32%
一、DNA复制的推测——假说演绎法
（1）关键思路：通过实验区分亲代和子代的DNA。
标记亲代DNA链，然后观察它们在子代DNA中如何分布。
1958年，美国生物学家梅塞尔森（M.Meselsn）和斯塔尔（F.Stahl）以大肠杆菌为材料，利用15N和14N进行同位素标记，将亲代DNA全部标记为15N，并将其放入14N的环境中培养。15N和14N是N元素的两种稳定的同位素，这两种同位素的相对原子质量不同，因此，利用离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA。
同位素标记法、密度梯度离心法
15N / 14N-DNA
15N / 15N-DNA
14N / 14N-DNA
14N / 15N-DNA
转移到含14NH4Cl的培养液中
4.实验验证，得出结论
证明DNA的复制是半保留复制
有丝分裂前的间期和减数第一次分裂前的间期,随着染色体的复制而完成。（真核生物）
指以亲代DNA的两条链为模板合成子代DNA的过程。
⑴解旋：在ATP的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开。
⑵定序：游离的脱氧核苷酸按碱基互补配对原则随机地与两条母链 的碱基配对，确定子链的脱氧核苷酸排列顺序。
⑶合成子链：在DNA聚合酶的催化下从子链的5'端把子链的脱氧 核苷酸聚合成脱氧核苷酸链。
合成方向：子链的5’端→ 3’端
⑷形成子代DNA分子：每条新链与其对应的模板链盘绕成 双螺旋结构。
解旋酶，DNA聚合酶等
①边解旋边复制 (从过程上看)
②半保留复制 (从结果上看)
加快复制速度，减少DNA突变可能
从子链的5' 端向 3' 端延伸
9.DNA精确复制的原因
（1）DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板。
（2）通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。
一个DNA分子就形成了两个完全相同的DNA分子。（两个子代DNA分子，通过细胞分裂分配到子细胞中）
将遗传信息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。
1.下面是DNA复制的有关图示。A→B→C表示大肠杆菌的DNA复制。D→F表示哺乳动物的DNA复制。图中黑点表示复制起点，“→”表示复制方向，“⇨”表示时间顺序。
(1)若A中含有48502个碱基对，而子链延伸速率是105个碱基对/min，假设DNA分子从头到尾复制，则理论上此DNA分子复制约需30 s，而实际上只需约16 s，根据A→C过程分析，这是因为_____________________。
(2)哺乳动物的DNA分子展开可达2m之长，若按A→C的方式复制，至少需要8 h，而实际上只需要约2 h，根据D→F过程分析，是因为________________________。
DNA分子中有多个复制起点
特点2：多起点复制（真核生物）
(3)A→F均有以下特点：延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA分子复制是______________的。
2.如图为真核生物染色体上DNA复制过程示意图， 有关叙述错误的是(　　)
A.图中DNA复制是从多个起点同时开始的B.图中DNA复制是边解旋边双向复制的C.真核生物DNA复制过程中解旋酶作用于氢键D.真核生物的这种复制方式提高了复制速率
模板链：3’→5’合成子链方向：5’→3’
DNA聚合酶不能催化DNA新链从头合成，只能催化dNTP加入核苷酸链的3'-OH末端。因而复制之初需要一段RNA(DNA)引物的3’一OH端为起点，合成5’→3’方向的新链。
DNA聚合酶只能从引物3′端延伸DNA链。
A.DNA复制过程中，双链会局部解旋B.Ⅰ所示的DNA链被3H标记C.双链DNA复制仅以一条链作为模板D.DNA复制方式是半保留复制
3.大肠杆菌拟核DNA是环状DNA分子。将无放射性标记的大肠杆菌，置于含3H标记的dTTP的培养液中培养，使新合成的DNA链中的脱氧胸苷均被3H标记。在第二次复制未完成时将DNA复制阻断，结果如图所示。下列对此实验的理解错误的是(　　)
三、DNA复制的有关计算
无论DNA复制多少次，含有母链的DNA分子永远只有两条。
(1)1个DNA分子连续复制n代，共产生 个子代DNA分子，子代DNA分子中共有单链 条；其中，旧链 条，新链 条。
(2)亲代DNA第n代复制增加的DNA分子数为 。
（3）完全含亲代母链的DNA分子数为 , 不含亲代母链的DNA分子数为 。
(4)若一个亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则：①经过连续n次复制，需消耗游离的该脱氧核苷酸数目为 个。②第n次复制时，需消耗游离的该脱氧核苷酸 个。
(1)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，但后者只包括第n次的复制。(2)注意碱基的单位是“对”还是“个”。(3)切记在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两个。(4)看清试题中问的是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词，以免掉进陷阱。
特别提醒：“DNA复制”相关题目的4点“注意”
4.含有100个碱基对的一个DNA分子片段，其中一条链的A＋T占40%，它的互补链中G与T分别占22%和18%，如果连续复制2次，则需游离的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸数量为（ ）A.240个 B.180个C.114个 D.90个
5.如图为某DNA分子片段，假设该DNA分子中有5 000对碱基，A＋T占碱基总数的34%，若该DNA分子在含14N的培养基中连续复制2次，下列叙述正确的是（ ）A.复制时作用于③处的酶为DNA聚合酶B.DNA分子复制2次需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸9 900个C.④处指的是腺嘌呤核糖核苷酸D.子代中含15N的DNA分子占1/2
四、有丝分裂与减数分裂中染色体标记情况分析
复制产生的两个子代DNA分子位于一条染色体的两条姐妹染色单体上，由着丝点连在一起，在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝点分裂时分开，分别进入两个子细胞中。
以一个细胞中的所有DNA的两条链被标记为例
1.有丝分裂中染色体标记情况分析
用15N标记1对同源染色体上的2个DNA分子
每条同源染色体上的每条染色体单体均带有标记
分裂形成2个子细胞，每个子细胞中的每条染色体均带有标记
分裂形成4个子细胞，子细胞类型有4种组合方式。
①有 的子细胞 带有标记
②③有 的子细胞 带有标记
④ 子细胞带有标记
2.减数分裂中染色体标记情况分析
15N标记1对同源染色体上的两个DNA分子
分裂形成4个子细胞，全部子细胞中的每条染色体均带有标记。
6.用32P标记玉米体细胞(含有20条染色体)的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养，在第二次细胞分裂的中期、后期及所产生的子细胞中被32P标记的染色体数分别为（ ）A.20、40、20 B.20、20、20C.20、20、0～20 D.20、40、0～20
五、基因通常是有遗传效应的DNA片段
RNA病毒体内的基因是：有遗传效应的RNA片段。