资源简介

(共99张PPT)
一轮复习
必修二 遗传与变异
基因
认识存在
位置
遗传变异
是什么
第十八讲 DNA的结构、复制及基因的本质
复习目标要求
1.概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成，通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构，碱基的排列顺序编码了遗传信息。
2.概述DNA分子通过半保留方式进行复制。
3.理解基因的概念。
主要考点 必备知识
考点一　DNA分子的结构及相关计算
考点二　DNA的复制　
考点三　基因通常是有遗传效应的DNA片段
概念图
概念图
DNA的结构、基因的本质、DNA的复制 基础梳理回扣
1.DNA双螺旋结构：
（1）模型构建者？模型构建依据？
（2） DNA双螺旋结构的特点？
（3）画出1个脱氧核苷酸；怎样辨别脱氧核糖的1’-C 和5’-C？怎样辨别DNA一条单链的5’-端、3’-端？P50
（4）画出一段DNA的平面结构（以三对碱基为例），标出磷酸二酯键，标出5’-端、3’-端。
（5）1个双链DNA含有游离的磷酸基团、游离的脱氧核糖个数？
每个磷酸基团连接几个脱氧核糖？ 每个脱氧核糖连接几个磷酸基团？
相邻碱基的连接方式？ 哪种碱基对多时DNA更稳定？
一个DNA片段，共含有n对碱基，G-C碱基对有m对，则DNA中氢键数？磷酸二酯键的个数？
2.什么是遗传信息？DNA的多样性、DNA的特异性？生物体多样性和特异性的物质基础是什么？P59
3.基因与DNA的关系？P57课题
4.DNA复制：时间？场所？过程？结果？特点 方式？
DNA准确复制的原因？ DNA准确复制的意义？ 解旋酶、DNA聚合酶作用？ P56-57
考点一
DNA分子的结构及相关计算
问题导引
1.通过分析DNA的探究历程构建出DNA的结构模型，并分析其结构特点；
2.准确理解基因通常是有遗传效应的DNA片段这一表述；
3.DNA是如何携带遗传信息的？
4.如何理解DNA的多样性和特异性
20世纪初
1951-1952
1952
1951年
DNA的结构单位：
四种脱氧核苷酸
科赛尔、琼斯、列文
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）
物理模型
X射线衍射技术
威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱
查哥夫
在DNA中，
腺嘌呤（A）=胸腺嘧啶（T），
鸟嘌呤（G）=胞嘧啶（C）
一、DNA双螺旋结构模型的建构
（1）20世纪30年代，科学家认识到：DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链，这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、C、G四种碱基。
脱氧(核糖)核苷酸
A(腺嘌呤）
T(胸腺嘧啶)
C(胞嘧啶)
G(鸟嘌呤)
一、DNA双螺旋结构模型的建构
鸟嘌呤脱氧核苷酸
胞嘧啶脱氧核苷酸
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
腺嘌呤脱氧核苷酸
（1）脱氧核苷酸的种类
一、DNA双螺旋结构模型的建构
（2）1951年11月，英国生物物理学家威尔金斯（M.Wilkins）和同事富兰克林（R.E.Franklin）应用X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱。
M.Wilkins
R.E.Franklin
“X”形意味着DNA分子是螺旋的
X射线晶体衍射法
一、DNA双螺旋结构模型的建构
碱基组成 碱基比例
A G C T A/T G/C (A+G)/(T+C) (A+T)/(G+C)
人 30.9 19.9 19.8 29.4 1.05 1.01 1.03 1.52
鸡 28.8 20.5 21.5 29.2 0.99 0.95 0.97 1.38
海胆 32.8 17.7 17.3 32.1 1.02 1.02 1.02 1.85
酵母菌 31.3 18.7 17.1 32.9 0.95 1.09 1.00 1.79
大肠杆菌 24.7 26 25.7 23.6 1.05 1.01 1.03 0.93
20世纪40年代，测定几种生物DNA分子中4种碱基的数量关系
奥地利生物化学家查哥夫
（3）查哥夫法则：
在DNA中，腺嘌呤(A)的量=胸腺嘧啶(T)的量；
鸟嘌呤(G)的量=胞嘧啶(C)的量。
一、DNA双螺旋结构模型的建构
据此，沃森和克里克构建出DNA双螺旋结构模型。
T
C
G
A
A
G
C
T
01
03
02
DNA具有恒定的直径
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
一、DNA双螺旋结构模型的建构
1.DNA的基本单位：
脱氧核苷酸
2.脱氧核苷酸的组成
一分子磷酸
一分子脱氧核糖
一分子含氮碱基
C
胞嘧啶
T
胸腺嘧啶
A
腺嘌呤
G
鸟嘌呤
O
P
CH2
OH
O
OH
H
OH
H
H
H
H
碱基
磷酸
5’
1’
2’
3’
4’
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。
3.元素组成：
C、H、O、N、P
回顾对DNA的认识
O
OH
H
H2O
磷酸二酯键
DNA链是由脱氧核苷酸脱水缩合连接而成的长链。
4.DNA链的形成：
回顾对DNA的认识
1
5’
A
T
G
C
T
A
C
G
3’
5’
3’
3',5'-磷酸二酯键
1.由 条单链按_________方式盘旋成_______结构。
反向平行
双螺旋
2
5’
3’
5’
3’
二、DNA分子的结构
A
T
A
T
T
A
G
G
G
C
C
A
T
C
磷酸
和 交替连接，构成基本骨架；
2.外侧：
碱基对
内侧:
脱氧核糖
3.碱基互补配对原则
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
氢键
T
C
碱基互补配对原则
碱基对
碱基对
二、DNA分子的结构
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胸腺嘧啶（T）
胞嘧啶（C）
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。
二、DNA分子的结构
A
T
A
T
T
A
G
G
G
C
C
A
T
C
4.总结：
五种元素：
C、H、O、N、P
四种碱基：
A、T、C、G
三种物质：
两条长链：
一种螺旋：
规则的双螺旋结构
磷酸、脱氧核糖、含氮碱基
两条反向平行的脱氧核苷酸链
氢键关系:
A=T G≡C
二、DNA分子的结构
教材隐性知识：①源于必修2 P50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源于必修2 P51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___________________________________
___________________________________。
5′－端
3′－端
相反
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
①DNA中两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，A—T含2个氢键，G—C含3个氢键。
②DNA中并不是所有的脱氧核糖都连着两个磷酸基团，两条链各有一个脱氧核糖连着一个磷酸基团。
③双链DNA中A与T分子数相等，G与C分子数相等，但A＋T的量不一定等于G＋C的量。
④DNA中，当(A＋G)/(T＋C)＝1时，可能是双链DNA，也可能是单链DNA。
特别提醒：有关DNA结构的7点提醒
⑤并非所有的DNA分子均具“双链”，有的DNA分子为单链。
⑥DNA的特异性是由碱基的排列顺序决定的，而不是由配对方式决定的，配对方式只有四种：A—T、C—G、T—A、G—C。
⑦并非所有DNA片段都是基因，基因是有遗传效应的DNA片段，不是连续分布在DNA上的，而是由碱基序列将不同的基因分隔开。
特别提醒：有关DNA结构的7点提醒
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？
44000
2.特异性：
碱基对的特定排列顺序。
3.稳定性：
1.多样性：
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。
三、DNA分子的结构特性
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？
20
20
20
410
制作脱氧核苷酸
制作出一个个含有不同碱基的脱氧核苷酸模型
四、制作DNA双螺旋结构模型
将制成的脱氧核苷酸模型连接成长链。
制作脱氧核苷酸链
四、制作DNA双螺旋结构模型
制作DNA平面结构模型：将两条链间的碱基连接。
碱基互补配对原则
A
T
G
C
T
A
C
G
制作脱氧核苷酸链
四、制作DNA双螺旋结构模型
制作DNA空间结构模型：双手分别提起两端，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。
制作脱氧核苷酸链
四、制作DNA双螺旋结构模型
1.两种DNA结构模型解读
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
磷酸二酯键
氢键
解旋酶
限制性内切核酸酶
DNA连接酶
DNA聚合酶
2.双链DNA分子中有关单链碱基的计算
A1= , T1= ,
C1= , G1= 。
T2
A2
G2
C2
五、DNA分子中的碱基数量的计算规律
五、DNA分子中的碱基数量的计算规律
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。
五、DNA分子中的碱基数量的计算规律
3.双链DNA分子中有关计算
在双链DNA分子中：∵ A = T G = C
∴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_____。
恒等
50%
也可写成：
∴A+G/(A+G+C+T) =T+C/(A+G+C+T)
=
A+G
T+C
T+G
A+C
=1
A+C
T+G
T+C
A+G
=
=
=50%
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
五、DNA分子中的碱基数量的计算规律
3.双链DNA分子中有关计算
（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)
A+T
2m
m
A1 +T1
m
A2 +T2
=
=
故
五、DNA分子中的碱基数量的计算规律
3.双链DNA分子中有关计算
(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。
A1+G1
T1+C1
在一条链中，
= m
A1+G1
T1+C1
则
= m
=
T2+C2
A2+G2
A2+G2
T2+C2
在互补链中，
= 1/m
(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。
A+T
G+C
G1+C1
A1 +T1
G2+C2
A2 +T2
=
=
补则等，不补则倒。
五、DNA分子中的碱基数量的计算规律
3.双链DNA分子中有关计算
（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。
A
A+T+G+C
A1
A1+T1+G1+C1
A2
A2+T2+G2+C2
A1 +A2
A1+T1+G1+C1
A2
A1+T1+G1+C1
A1
A1+T1+G1+C1
A
(A+T+G+C)×1/2
=
=
=
=
A
A+T+G+C
( )
1/2
A1
A1+T1+G1+C1
A2
A2+T2+G2+C2
+
+
=
+
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 %
五、DNA分子中的碱基数量的计算规律
3.双链DNA分子中有关计算
（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
是否含
有U
是
否
则含有RNA
为DNA
A+C
T+G
是否=1
是
否
可能是双链DNA可能是单链DNA
则为单链
DNA
五、DNA分子中的碱基数量的计算规律
例1.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%
B
(A＋T)%＝(A1＋T1)%＝(A2＋T2)%=64.2% T1=32.9% T2=
(G＋C)%＝(G1＋C1)%＝(G2＋C2)%=35.8% C1=17.1% C2=
例2.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m
C.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∶2
D.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
B
例3.(2023·北京，4)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)＝1
D.RNA中U约占32%
D
1.（多选）下列关于DNA分子结构和功能的叙述，错误的是( )
A.双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的
B.磷酸与脱氧核糖交替连接构成DNA双链的基本骨架
C.磷酸二酯键既可以存在于DNA分子中，也可以存在于RNA分子中
D.DNA分子的两条链是反向平行的，并且游离的磷酸基团位于同一侧
E.DNA分子一条链上的相邻碱基通过磷酸—脱氧核糖—磷酸相连
F.沃森和克里克提出在DNA双螺旋结构中嘧啶数不等于嘌呤数
ADEF
2.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( )
C
对位练习
一、易错辨析
1.DNA分子中每个脱氧核糖上均连接着一个磷酸和一个碱基(　　)
2.每个DNA分子中，都是碱基数＝磷酸数＝脱氧核苷酸数＝脱氧核糖数(　　)
3.G—C碱基对的比例越大，DNA分子的稳定性越高(　　)
4.在环状DNA和链状DNA结构中，均有两个游离磷酸(　　)
5.两条链上互补的碱基通过氢键连接成碱基对(　　)
6.DNA分子中一条链上的相邻碱基通过氢链连接(　　)
√
×
√
√
×
×
7.每个DNA分子中一般都会含有四种脱氧核苷酸(　　)
8.DNA分子的两条链是反向平行的，并且游离的磷酸基团位于同一侧(　　)
9维持基因结构稳定的键主要是磷酸二酯键和氢键(　　)
√
×
√
一、易错辨析
10.DNA分子一条链上的相邻碱基通过“磷酸—脱氧核糖—磷酸”相连(　　)
11.DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基(　　)
12.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(　　)
13.某双链DNA分子中一条链上A∶T＝1∶2，则该DNA分子中A∶T＝2∶1(　　)
×
×
√
×
14.DNA中有氢键，RNA中没有氢键(　　)
15.DNA分子中嘌呤数一定等于嘧啶数(　　)
16.某DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数，该DNA分子一定是双链DNA(　　)
×
×
×
二、填空默写
1.(必修2 P50)DNA分子是由两条单链组成的，这两条链按　　　　方式盘旋成 结构。
2.(必修2 P50)DNA分子的基本骨架由 连接。
3.(必修2 P50)DNA分子内侧由两条链上的碱基通过 形成碱基对，即A和 配对(氢键有 个)，G和 配对(氢键有 个)。碱基之间的这种一一对应的关系，叫碱基互补配对原则。双链DNA中A(腺嘌呤)的量总是和T(胸腺嘧啶)的量相等，C(胞嘧啶)的量总是和G(鸟嘌呤)的量相等。
双螺旋
反向平行
磷酸和脱氧核糖交替
氢键
T
2
C
3
二、填空默写
4.染色体是DNA的 ，每条染色体上有 个DNA分子。基因的本质： 。
5.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_______
_____________________________________________________________ 。
主要载体
1或2
通常是有遗传效应的DNA片段
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
6.必修2 P50：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。
5′－端
3′－端
相反
DNA复制方式
考点二
2.作出假说
推测可能的复制方式。
1.提出问题
DNA是如何复制的？
（1）半保留复制
（2）全保留复制
（3）分散复制
3.演绎推理
（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。
一、DNA复制的推测——假说演绎法
1958年，美国生物学家梅塞尔森（M.Meselson）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。
（2）科学方法：
同位素标记法、密度梯度离心法
一、DNA复制的推测
①半保留复制
3.演绎推理
15N / 14N-DNA
15N / 15N-DNA
14N / 14N-DNA
15N / 14N-DNA
15N
14N
15N
15N
14N
15N
14N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
15N
细胞再 分裂一次
转移到含14NH4Cl的培养液中
细胞分裂一次
提出DNA离心
提出DNA离心
提出DNA离心
P
F1
F2
一、DNA复制的推测
②全保留复制
3.演绎推理
15N
14N
15N
15N
14N
15N
14N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
15N
P
F1
F2
15N / 15N-DNA
15N / 15N-DNA
14N / 14N-DNA
15N / 15N-DNA
细胞再 分裂一次
转移到含14NH4Cl的培养液中
细胞分裂一次
提出DNA离心
提出DNA离心
提出DNA离心
14N / 14N-DNA
一、DNA复制的推测
③分散复制
3.演绎推理
14N / 15N-DNA
15N / 15N-DNA
14N / 15N-DNA
15N
14N
15N
15N
15N
14N
14N
15N
15N
14N
15N
14N
15N
14N
细胞再 分裂一次
转移到含14NH4Cl的培养液中
细胞分裂一次
提出DNA离心
提出DNA离心
提出DNA离心
P
F1
F2
一、DNA复制的推测
4.实验验证，得出结论
第一代
第二代
第三代
重带
中带
轻带
中带
排除
全保留复制
排除
分散复制
证明DNA的复制是半保留复制
一、DNA复制的推测
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）
2.时间：
3.场所:
①真核生物：
1.概念：
指以亲代DNA的两条链为模板合成子代DNA的过程。
叶绿体、线粒体
②原核生物：
细胞核（主要）
拟核、细胞质（质粒）
4.过程:
③病毒：
宿主细胞内
二、DNA的复制
4.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。
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
3'
5'
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
ATP
解旋酶
二、DNA的复制
4.过程:
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。
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
A
C
G
C
A
A
G
C
T
A
G
T
C
A
T
T
A
T
A
T
G
C
A
T
G
A
T
C
G
A
G
C
T
T
形成氢键
二、DNA的复制
4.过程:
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
3'
5'
A
C
G
C
A
A
G
C
T
A
G
T
C
A
T
T
A
T
A
T
G
C
A
T
G
A
T
C
G
A
G
C
T
T
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
形成磷酸二酯键
A
C
G
C
A
A
G
C
T
A
G
T
C
A
T
T
A
DNA聚合酶
5'
3'
T
A
T
G
C
A
T
G
A
T
C
G
A
G
C
T
T
5'
3'
ATP
ATP
二、DNA的复制
4.过程:
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。
C
C
G
T
A
G
T
A
T
A
C
G
G
C
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
C
G
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
C
G
A
T
C
G
T
A
T
A
T
A
A
3'
5'
A
C
G
C
A
A
G
C
T
A
G
T
C
A
T
T
A
T
A
T
G
C
A
T
G
A
T
C
G
A
G
C
T
T
5'
3'
T
A
G
C
C
G
T
A
T
A
G
C
C
G
A
T
A
T
3'
5'
T
T
A
C
G
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
5'
3'
二、DNA的复制
新合成的子链
DNA聚合酶
DNA聚合酶
DNA解旋酶
游离的脱氧核苷酸
二、DNA的复制
5.条件:
6.原则:
③能量
亲代DNA的两条链
4种游离的脱氧核苷酸
解旋酶，DNA聚合酶等
一般是ATP
①模板
②原料
④酶
碱基互补配对原则
7.特点:
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
保证了复制的准确进行
从子链的5' 端向 3' 端延伸
8.方向:
二、DNA的复制
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。
10.结果
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）
11.DNA制的意义
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。
二、DNA的复制
例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_____________________。
特点1：双向复制
复制是双向进行的
(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。
边解旋边复制
特点3：边解旋边复制
(4)C与A相同，F与D相同，C、F能被如此准确地复制出来，是因为
____________________________________________________
____________________________________________________
① DNA独特的双螺旋结构为复制提供精确的模板。
② 复制过程严格遵循碱基互补配对原则。
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。
模 板 链：3’→5’
合成子链方向：5’→3’
DNA聚合酶只能从引物3′端延伸DNA链
1
拓展
解旋酶
酶
5’
3’
3’
5’
DNA聚合酶
5’
3’
前导链
5’
3’
冈崎片段
DNA连接酶
DNA聚合酶的底物：
脱氧核苷酸
DNA连接酶的底物：
DNA片段
后随链
前导链与后随链：
互补配对
模板链：3’→5’
合成子链方向：5’→3’
1
拓展
5’
3’
3’
5’
3’
前导链
5’
3’
冈崎片段
后随链
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。
亲代DNA分子
复制1次
复制2次
复制3次
2
22
23
复制n次
2n
……
无论DNA复制多少次，含有母链的DNA分子永远只有两条。
三、DNA复制的有关计算
(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。
2n
2n＋1
2
2n＋1－2
(2)亲代DNA第n代复制增加的DNA分子数为 。
2n-1
（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 。
2n－2
0
(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。
m·(2n－1)
m·2n－1
三、DNA复制的有关计算
(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”
三、DNA复制的有关计算
A
C
T
T
G
A
C
G
A
T
G
A
A
C
T
G
C
T
复制
染色体数目不变
DNA数目加倍
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。
A
C
T
T
G
A
C
G
A
T
G
A
A
C
T
G
C
T
A
C
T
T
G
A
C
G
A
T
G
A
A
C
T
G
C
T
四、有丝分裂与减数分裂中染色体标记情况分析
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
第
一
次
有
丝
分
裂
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
四、有丝分裂与减数分裂中染色体标记情况分析
1.有丝分裂中染色体标记情况分析
第
二次
有
丝
分
裂
分裂形成4个子细胞，子细胞类型有4种组合方式。
①
①有 的子细胞
带有标记
②
②③有 的子细胞
带有标记
④
④ 子细胞带有标记
③
1/2
3/4
全部
四、有丝分裂与减数分裂中染色体标记情况分析
以一个细胞中的所有DNA的两条链被标记为例
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
同源染色体分离
姐妹染色单体分离
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。
四、有丝分裂与减数分裂中染色体标记情况分析
一个含有2n条染色体的细胞，其染色体DNA的两条链都被标记，在不含有标记的原料中进行连续两次分裂，产生４个子细胞。
规律总结：
1.若进行有丝分裂，则含有标记的子细胞数为２或３或４
2.若进行减数分裂，则含有放射性的子细胞数为４。
一个细胞中最多有2n条染色体被标记
每个细胞中有n条染色体被标记
考向　DNA复制过程及实验证据辨析
1.14N和15N是N元素的两种稳定同位素，含15N的DNA比含14N的DNA密度大。为探究DNA复制的方式，科学家先用含有15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌，繁殖若干代得到的大肠杆菌，其DNA几乎都被15N标记；再将大肠杆菌转移到含有14NH4Cl的普通培养液中培养。收集不同时期的大肠杆菌，提取DNA并进行离心处Z理，离心后试管中DNA的位置如图所示。下列推测不合理的是( )
A.子代DNA的两条链可能都含有15N
B.1号带中的DNA的氮元素都是14N
C.实验结果证明DNA复制方式为半保留复制
D.3号带的DNA为亲代大肠杆菌的DNA
A
解析：由于DNA分子的复制方式为半保留复制，培养液中含有
14NH4Cl，所以子代DNA的两条链不可能都含有15N，A
错误；
1号带中的DNA的氮元素都是14N，相对质量最轻，离心后分布在试管上端，B正确；
3号带分布在试管的下端，说明DNA分子的两条链都是15N，为亲代大肠杆菌的DNA，D正确。
考向　DNA复制过程的有关计算
1.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∶3
B.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
C
解析：X层(2个DNA分子含有14N和15N)与Y层(6个DNA分
子只含15N)中DNA分子质量比小于1∶3，A错误；
1个DNA中鸟嘌呤G＝450个，Y层(6个DNA分子只
含15N)中含15N标记的鸟嘌呤G＝450×6＝2 700个，B错误；
X层中有2个DNA分子，Y层中有6个DNA分子，故X层中含有的氢键数是Y层的1/3倍，C正确；
W层(14个含有15N的DNA单链)与Z层(2个含有14N的DNA单链)的核苷酸数之比是14∶2＝7∶1，D错误。
考向　DNA复制与细胞分裂的关系
1.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0～4
B.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0～4
C.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0～2
D.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
B
解析：一个细胞周期中DNA分子只进行一次半保留复制，因此甲在第1个细胞周期后，全部细胞均含32P，且每个细胞中的每条染色体都含有32P，即每个细胞中含有32P的染色体数为4，A错误；
第一个细胞周期结束形成的2个子细胞的每个DNA分子都有一条链含有32P，另一条链含有31P。在第二个细胞周期中，DNA分子又进行了一次半保留复制，则形成的8个DNA分子中，有4个DNA分子是一条链含有32P，另一条链含有31P，另外4个DNA分子都只含31P，而在有丝分裂后期，姐妹染色单体分开后随机移向两极，因此甲在第2个细胞周期后，有2个或3个或4个细胞含32P，且每个细胞含有32P的染色体数为0～4，B正确；
解析：减数分裂前的间期，DNA分子只进行一次半保留复制，因此乙经过减数分裂Ⅰ后，形成的2个细胞均含32P，且每个细胞中的每条染色体都含有32P，在减数分裂Ⅱ前期和中期，有2条染色体含有32P，在减数分裂Ⅱ后期和末期，有4条染色体含有32P，即每个细胞中含有32P的染色体数为2或4，C错误；
乙在减数分裂Ⅱ后，将形成4个精细胞，每条染色体含有32P，故4个细胞均含32P，D错误。
一、易错辨析
1.DNA复制时，严格遵循A—T、C—G的碱基互补配对原则，并且新合成的DNA分子中两条链均是新合成的(　　)
2.DNA分子复制时，解旋酶与DNA聚合酶不能同时发挥作用(　　)
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分子复制过程中的解旋在细胞核中进行，复制在细胞质中进行 (　　)
5.原核细胞内DNA的合成都需要DNA片段作为引物(　　)
6.在DNA的复制过程中，只需要解旋酶和DNA聚合酶(　　)
×
√
×
×
×
×
二、填空默写
1.DNA复制的特点是 。
2.DNA精确复制的原因： 提供了复制的模板，________
_________保证了复制的精确进行。
3.与DNA复制有关的碱基计算
(1)一个DNA连续复制n次后，DNA分子总数为 。
(2)第n代的DNA分子中，含原DNA母链的有2个，占 。
(3)若某DNA分子中含碱基T为a，则连续复制n次，所需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为 ；第n次复制时所需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为 。
边解旋边复制、半保留复制
DNA双螺旋结构
碱基互补
配对原则
2n
1/2n－1
a×(2n－1)
a×2n－1
二、填空默写
4.果蝇DNA形成多个复制泡的原因是_______________________________
______________________________________________________________________。
果蝇的DNA有多个复制起点，可从不同起点开始DNA的复制，由此加快了DNA复制的速率，为细胞分裂做好准备
基因通常是有遗传效应的DNA片段
考点三
(1)遗传信息：指基因中的脱氧核苷酸的排列顺序。不同基因的脱氧核苷酸的排列顺序不同，含有的遗传信息不同。
A
A
T
T
G
G
G
C
C
A
T
C
一个DNA的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成，从头到尾没有变化。两条链间碱基互补配对的原则不变.不同的基因，四种脱氧核苷酸（碱基）的排列顺序不同
一、基因与DNA
(1)遗传信息：指基因中的脱氧核苷酸的排列顺序。不同基因的脱氧核苷酸的排列顺序不同，含有的遗传信息不同。
A
A
T
T
G
G
G
C
C
A
T
C
研究表明，DNA分子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；碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性，而碱基的特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性；DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。DNA分子上分布着多个基因，基因是有遗传效应的DNA片段。
一、基因与DNA
注意：并非任何一个DNA片段都是基因，只有具有遗传效应的DNA片段才是基因。DNA包括基因与非基因的碱基序列。
对于RNA病毒来说，基因就是具有遗传效应的RNA片段。
生物体的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。这说明基因是DNA的片段，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。基因是有遗传效应的DNA片段。
在人类的DNA分子中，核苷酸序列多样性表现为每个人的DNA几乎不可能完全相同，因此，DNA可以像指纹一样用来鉴别身份。
从进化的角度来看基因不能是碱基的随机排列。
一、基因与DNA
人类基因组计划测定的是24条染色体 （22条常染色体+X+Y）上DNA的碱基序列。其中，每条染色体上有一个DNA分子。这24个DNA分子大约有31.6亿个碱基对，其中，构成基因的碱基数占碱基总数的比例不超过2%。
不少人认为，人和动物体的胖瘦是由遗传决定的。近来的科学研究发现，小鼠体内的HMGIC基因与肥胖直接相关。具有HMGIC基因缺陷的实验鼠与作为对照的小鼠，吃同样多的高脂肪食物，一段时间后，对照组的小鼠变得十分肥胖，而具有HMGIC基因缺陷的实验鼠体重仍保持正常。
一、基因与DNA
基因A
基因B
基因C
含有3个基因的DNA片段的模式图
某种性状的表达，如能够指导相应蛋白质的合成、控制生物体的性状等
基因通常是有遗传效应的DNA片段
但一段DNA片段不一定是基因
有遗传效应的片段
性状
染色体
体现
呈线性排列
组成
染色质
同种物质
基因
DNA+蛋白质
注意：如果遗传物质是RNA，则基因就是具有遗传效应的RNA片段。
遗传信息？
二、基因、DNA、染色体之间的关系
染色体
DNA是主要的 。
蛋白质
DNA
基因
脱氧核苷酸
每个DNA分子含有 个基因
基因是有 的DNA片段（本质）
基因在染色体上呈 。
基因是 的基本单位
染色体是DNA的 。
（DNA的载体还有 和 等）
每条染色体含有 个DNA分子
每个基因含有 个脱氧核苷酸
脱氧核苷酸（碱基）的 代表遗传信息。
主要载体
线粒体
叶绿体
1个或2
遗传物质
多
遗传效应
线性排列
决定生物性状
成千上万
排列顺序
RNA病毒体内的基因是：有遗传效应的RNA片段
二、基因、DNA、染色体之间的关系
原核细胞的基因结构
非编码区
非编码区
编码区
编码区上游
编码区下游
与RNA聚合酶结合位点
启动子
终止子
①不编码蛋白质。
编码蛋白质 ,连续不间断
编码区：
非编码区
②调控遗传信息表达,上游的RNA聚合酶结合位点
三、基因的结构
RNA聚合酶结合位点
编码区
非编码区
非编码区
外显子
内含子
非编码区：不编码蛋白质，调控遗传信息的表达
连续的，并翻译成蛋白质
间隔、不连续，外显子编码蛋白质
编码区
原核细胞
真核细胞
原核细胞基因结构
真核细胞基因结构
三、基因的结构
真、原核细胞基因的结构
三、基因的结构
考向　基因的概念及基因与DNA的关系
1.在人类的基因组中，编码蛋白质的基因序列只占人类基因组全长的2%，其余98%的序列都是非编码序列。研究表明，这些非编码序列也具有重要功能，如内含子序列，基因与基因之间的间隔区序列，都能转录为非编码RNA。它们虽然不能被翻译为蛋白质，但是发挥着重要的生理和生化功能。有科学家建议将这些转录生成此类非编码RNA的DNA片段称为RNA基因。下列有关说法正确的是( )
A.RNA基因的基本单位是核糖核苷酸
B.tRNA是由DNA的非编码序列转录形成的
C.生物遗传信息的多样性仅由基因的编码区决定
D.人体细胞内的DNA是主要的遗传物质
B
解析：RNA基因的本质为DNA片段，基本单位是脱氧核糖核苷酸，A错误；
tRNA是由DNA转录而来，但是不编码蛋白质，属于题干中由非编码序列转录形成的，B正确；
生物遗传信息的多样性由DNA上的脱氧核苷酸的排列顺序决定，包括编码区和非编码区，C错误；
人体细胞内的核酸包括DNA和RNA，其中DNA是遗传物质，D错误。
一、易错辨析
1.对于真核生物来说，染色体是基因的唯一载体(　　)
2.人体内控制β-珠蛋白合成的基因由1 700个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有41700种(　　)
×
×
1
课堂小结
DNA复制的推测
DNA复制实验证据
DNA复制
全保留复制
半保留复制
实验过程
实验结果
实验结论
基本条件
过程
特点
用15N标记DNA大肠杆菌放在含有14N的培养液中培养，在不同时刻提取DNA并进行分离
亲代：一条DNA带（底部）
第一代：一条DNA带（中间）
第二代：两条DNA带（中间、上部）
DNA复制是半保留复制
解旋
合成子链
复旋
模板
酶
能量
原料
DNA的两条链
四种脱氧核苷酸
边解旋边复制
解旋酶
DNA聚合酶
证明
参与
参与

展开更多......

收起↑