资源简介

(共53张PPT)
2024年高考一轮复习
DNA的结构
DNA的结构
（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。
（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。
现象：DNA呈现“X”形
沃森和克里克推断：DNA分子是螺旋的
DNA双螺旋结构模型的构建——物理模型
（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。
（4）据此，沃森和克里克构建出DNA双螺旋结构模型。
1953年4月25日，《自然》杂志以一页的篇幅发表他们的论文∶“脱氧核糖核酸的一种结构”。1962年沃森、克里克和威尔金斯因发现DNA的双螺旋而荣获诺贝尔生理学或医学奖。
DNA的结构
DNA的基本结构
C
A G
T
含氮碱基
磷酸二酯键
脱氧核糖
磷酸基团
嘌呤
嘧啶
（1）元素组成：
C、H、O、N、P
（2）分子组成：
碱基、脱氧核糖、磷酸
C、G、A、T
脱氧核苷
脱氧核苷酸
（3）单体：
脱氧核苷酸
DNA的结构
5个碳原子依次标号为1’～ 5’
1’
2’
3’
4’
5’
1’
2’
3’
4’
5’
1’
2’
3’
4’
5’
1’
2’
3’
4’
5’
DNA的结构
思考：多个核苷酸之间是如何相连形成DNA单链？
磷酸二酯键
H2O
脱水缩合反应
P
P
DNA的结构
思考：DNA两条单链是如何配对相连的？
2条DNA单链是反向平行的
3’
3’
5’
3’
3’
5’
5’
5’
3’
3’
5’
3’
3’
5’
5’
5’
5’端
3’端
3’端
5’端
按照国际惯例，书写DNA单链的碱基序列时，总是从5’端向3’端并由左至右书写的
碱基对以氢键相连
C、G碱基对越多，DNA结构热稳定性越高
　氢键形成不需要酶，而断裂需解旋酶或加热处理
T
G
A
A
T
C
T
G
A
A
T
C
5’
3’
提醒　一个双链DNA分子具有2个游离的磷酸基团，而环状DNA不存在。
磷酸二酯键
单链中相邻碱基通过 连接
互补链中相邻碱基通过 相连
“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”
氢键
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____________
___________________________________。
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
DNA的平面结构和空间结构
一个双链DNA分子具有2个游离的磷酸基团，而环状DNA不存在。
DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架
碱基成对排列在内侧
（1）DNA双螺旋模型构建者： 沃森和克里克。
（2）DNA双螺旋结构层次：
美国生物学家沃森（左）英国物理学家克里克（右）
组成元素
（CHONP）
小分子物质
（磷酸
脱氧核糖
含氮碱基）
基本单位
（脱氧核苷酸）
脱氧核
苷酸链
DNA
DNA的分子结构
DNA的结构
（3）DNA结构的主要特点：
①两条脱氧核苷酸长链反向平行盘旋而成双螺旋结构。
②脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。
③两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，A与T（两个氢键），G与C配对（三个氢键）。碱基之间这种一一对应的关系，叫做碱基互补配对原则。
DNA的结构
（1）DNA分子中数量关系：
①脱氧核苷酸、磷酸、脱氧核糖、含氮碱基，四者之间的数量关系为1∶1∶1：1。
②每个DNA片段中，含2个游离的磷酸基团。
（2）DNA分子水解情况：
①DNA初步水解产物：脱氧核苷酸（4种）；
②DNA彻底水解产物：磷酸、脱氧核糖和含氮碱基（6种）。
DNA分子结构的解读
（3）DNA分子中化学键：
①氢键：碱基对之间的化学键，可用解旋酶断裂，也可加热断裂，RNA聚合酶断裂。
②磷酸二酯键：磷酸和脱氧核糖之间的化学键，用限制性核酸内切酶处理可切割，用DNA连接酶（DNA聚合酶、RNA聚合酶）处理可连接。
DNA分子结构的解读
（4）DNA分子的方向：
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分子结构的解读
（1）多样性：
不同的DNA分子中脱氧核苷酸数目不同，排列顺序多种多样。若某DNA分子中有n个碱基对，则其碱基对排列顺序有4n种。
（2）特异性：
每种DNA分子都有区别于其他DNA的特定的碱基对排列顺序，代表了特定的遗传信息。
（3）稳定性：
外侧的脱氧核糖和磷酸交替排列的方式稳定不变，内侧碱基配对方式稳定不变。
与DNA空间结构无关。
DNA的结构特性
DNA分子结构的解读
5’
氢键
核苷酸
’
外侧骨架
磷酸+五碳糖
外侧骨架
磷酸+五碳糖
碱基互补配对
5’
3’
3‘
1. 组成元素： C、H、O、N、P
2. 基本结构单位： 脱氧核糖核苷酸
3. 反向双螺旋结构
4. 外侧：磷酸和脱氧核糖形成基本骨架
5. 内侧： 碱基互补配对
6. DNA的特点
①稳定性：双螺旋结构稳定(相对热稳定)
②多样性：不同DNA碱基数目和排序不同
③特异性：每个DNA具有特定的碱基序列
DNA分子结构的解读
磷酸二酯键
氢键
解旋酶
限制性核酸内切酶
DNA连接酶
DNA聚合酶
DNA中碱基数量的计算规律
（2）双链中，任意两种不互补的碱基数量之和占碱基总数的一半，即嘌呤之和=嘧啶之和=总碱基数×50%，A+G=T+C=A+C=T+G=（A+T+C+G）×50%，
= =1
（1）双链中，互补的两种碱基数量相等，即A=T，C=G。
（4）单链中，非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数。
设双链DNA分子中，一条链上: =m，
则: = =m，即互补链上 = 。
简记为“DNA两互补链中，不配对两碱基之和的比值乘积为1”。
（3）单链中，互补碱基之和的比值在两条互补链中相等。
设双链DNA分子中，一条链上: =m，
则: = =m，即互补链上 =m。
简记为“DNA两互补链中，配对两碱基之和的比值相等”。
A1+T1
G1+C1
A1+T1
G1+C1
A2+T2
G2+C2
A2+T2
G2+C2
（5）单链中，互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等。
设在双链DNA分子的一条链上A1+T1=n%，因为A1=T2，A2=T1，则:A1+T1=A2+T2=
n%。所以A+T= = =n%。
简记为“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等”。
1、双链DNA中，A=T，G=C。
规律总结
碱基是“对”还是“个”
所占比例是“一条链”还是“双链”
易错点拔
2、单链DNA中，A1=T2，T1=A2，G1=C2，C1=G2。
3、两条单链中碱基的总数相等，且为双链碱基总数的一半。
DNA半保留复制的实验证据——假说-演绎法
1
提出问题
DNA以什么方式复制？
2
作出假设
Q1:若要探究复制方式，关键要观察什么结果？
区分母链和子链（区分亲代和子代DNA）
（2）全保留复制
新复制出的分子直接形成，完全没有旧的
复制
一次
亲代DNA
子代DNA
（1）半保留复制（沃森和克里克提出）
形成的分子一半是新的，一半是旧的
复制一次
亲代DNA
子代DNA
实 验 者：
实验材料：
实验方法 ：
大肠杆菌（繁殖快，20min一代）
同位素标记技术和密度梯度离心技术
实验过程 ：
让大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代
美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔
实验原理 ：
15N和14N是N元素的两种稳定同位素，这两种同位素的相对原子质量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，因此，利用离心技术可以在试管中分离开含有不同N元素的DNA。
高密度带
中密度带
低密度带
15N
14N
15N
15N
14N
14N
1
提出问题
2
作出假设
3
演绎推理
（1）半保留复制
P:
F1:
F2:
15N
15N
14N复制
（2）全保留复制
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N复制
14N复制
14N复制
15N
14N
15N
14N
14N
14N
15N
14N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
1
提出问题
2
作出假设
3
演绎推理
4
实验验证
15N
14N
14N
14N
15N
14N
P:
F1:
F2:
细胞再 分裂一次
15N
15N
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
排除DNA的复制是全保留复制
排除DNA的复制是全保留复制
1
提出问题
2
作出假设
3
演绎推理
4
实验验证
14N复制
14N复制
5
实验结论
：DNA的复制方式是半保留复制
DNA复制的过程
真核细胞：
DNA的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
主要在细胞核中，但在线粒体、叶绿体也有DNA的复制；
原核细胞：
主要在拟核中，在质粒处也有DNA的复制。
细胞分裂前的间期（有丝分裂前的间期、减数分裂前的间期），随着染色体的复制而完成。
概念：
DNA复制场所
发生时期（真核生物）
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程
利用能量，在解旋酶作用下，DNA双链解开
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4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一条子链
每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构
过程与条件
过程：
解旋→合成子链→重新螺旋
ATP，解旋酶催化（氢键断裂）DNA双螺旋的两条链解开
以两条母链为模板在DNA聚合酶的催化下，利用游离的脱氧核苷酸进行 碱基互补配对，分别合成与母链互补的一条子链。
①解旋：
②合成子链:
③形成子代DNA：
新合成的子链不断延伸，一条母链和一条子链盘绕成双螺旋结构，形成新的DNA分子。
DNA聚合酶只能催化子链从5， 3，合成，并且需要引物。
【聚焦】DNA复制过程中酶的作用
DNA聚合酶：催化形成磷酸二酯键，将单个脱氧核苷酸连接成长链。
解旋酶：作用于氢键，使氢键断裂，将DNA双螺旋的两条链解开。
注意：合成子链时，氢键的形成不需要酶的催化。
A
G
C
T
T
C
G
A
A
T
磷酸二酯键
5，
3，
3，
5，
复制特点
（1）边解旋边复制
（2）半保留复制
① 多复制起点
②双向复制
意义：提高了复制速率，减少了变异的发生。
精确复制的原因
（1）DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板；
（2）碱基互补配对原则，保证了复制能够准确地进行。
复制的意义
你认为DNA复制会百分之百准确吗？如果复制出现错误，可能会产生什么影响？
会出错，可能导致基因突变，也可能引起生物体性状的改变。
将遗传信息从亲代传给子代，从而保持遗传信息的连续性。
DNA复制的相关计算
1.将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养液中连续复制n次，则：
①子代DNA共2n个
含15N的DNA分子： 个
只含15N的DNA分子： 个
含14N的DNA分子： 个
只含14N的DNA分子： 个
②脱氧核苷酸链共2n＋1条
含15N的脱氧核苷酸链： 条
含14N的脱氧核苷酸链： 条
2
0
2n
（2n－2）
2
（2n＋1－2）
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
____________。
②第n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为
。
m·（2n－1）
m·2n－1
“DNA复制了n次”PK“第n次复制”
碱基是“对”PK“个”
“DNA分子数”PK“链数”，
“含”PK“只含”
①包括所有的复制，②只包括最后一次复制。
易错点拔
DNA复制的相关计算
基因的本质
通常是有遗传效应的DNA片段。有些病毒的遗传物质是RNA，对这类病毒而言，基因就是有遗传效应的RNA片段。
遗传效应：指具有复制、转录、翻译、重组、突变及调控等功能
基因的功能
基因中脱氧核苷酸的排列顺序就代表着遗传信息，而基因中脱氧核苷酸的排列顺序又导致了控制不同性状的基因之间的差别。归根到底，生物性状的遗传就是基因通过四种脱氧核苷酸的序列来传递和表达信息的。
基因是生物体遗传的功能单位和结构单位
基因
基因 非基因
基因通常是具有遗传效应的DNA片段
翻译
转录
mRNA
基因2
基因3
基因4
基因1
非编码区
编码区
放大
基因3
原核生物DNA
收 裁剪&拼接 翻译
收
mRNA
真核生物DNA
基因1 基因2 基因3
基因4
基因 非基因
收
收
转录
hnRNA
放大
编码区
非编码区
基因3
内含子1 外显子1 内含子2 外显子2 内含子3 外显子3 内含子4
内含子 外显子
基因3编码区
放大
非编码区的功能
启动子： 编码区上游能与RNA聚合酶结合并形成转录起始复合体的区域
终止子： 位于编码区下游，转录过程中能够终止 RNA聚合酶转录的DNA序列，使RNA合成终止
编码区
非编码区
终止子
启动子
非编码区的功能
启动子： 编码区上游能与RNA聚合酶结合并形成转录起始复合体的区域
终止子： 位于编码区下游，转录过程中能够终止 RNA聚合酶转录的DNA序列，使RNA合成终止
调控序列：对基因表达起调控作用的序列的统称
编码区
非编码区
调节基因
操纵基因
终止子
启动子
非编码区的功能
启动子： 编码区上游能与RNA聚合酶结合并形成转录起始复合体的区域
终止子： 位于编码区下游，转录过程中能够终止 RNA聚合酶转录的DNA序列，使RNA合成终止
调控序列：对基因表达起调控作用的序列的统称
阻碍蛋白与操纵基因结合，RNA聚合酶无法正常 前进完成功能，阻碍转录正常进行
编码区
非编码区
阻碍物mRNA
调节基因
操纵基因
终止子
启动子
翻译
转录
非编码区的功能
启动子： 编码区上游能与RNA聚合酶结合并形成转录起始复合体的区域
终止子： 位于编码区下游，转录过程中能够终止 RNA聚合酶转录的DNA序列，使RNA合成终止
阻碍物mRNA
翻译
钝化阻碍蛋白，使其无法与操纵 基因结合，转录正常进行
编码区
非编码区
调节基因
操纵基因
终止子
启动子
乳糖
转录
调控序列：对基因表达起调控作用的序列的统称
基因的概念
基因与DNA
（2）遗传信息
①DNA病毒、细胞的遗传信息： 分子中 的排列顺序。
②RNA病毒的遗传信息: 分子中 的排列顺序。
DNA
（碱基对）脱氧核苷酸
RNA
（碱基）核糖核苷酸
（1）基因通常是有遗传效应的 。
①DNA病毒、细胞的基因：有遗传效应的 。
②RNA病毒的基因：有遗传效应的 。
DNA片段
DNA片段
RNA片段
基因2
间区
间区
基因3
基因1
基因、DNA、染色体之间的关系
个或两个
有遗传
多个
脱氧核苷酸排列顺序
一
效应
基因在染色体上呈线性排布
基因中脱氧核苷酸的
排列顺序代表遗传信息
细
胞
核
染色体
每条染色体含有1个或
两个DNA分子
主要遗传物质
每条DNA分子上
有多个基因
决定生物性状的基本单位
每个基因含成百上千个
脱氧核苷酸
DNA和基因基本组成单位
基因是有遗传效应
的DNA片段
染色体是DNA的
主要载体
基因在染色体上
呈线性排列
脱氧 核苷酸
基因
DNA
细胞
基 因
DNA
B
例.(2023·襄阳四中调研)一个双链均被32P标记的DNA由5 000个碱基对组成，其中腺嘌呤占20%，将其置于只含31P的环境中复制3次。下列叙述不正确的是(　　)
A.DNA复制是一个边解旋边复制的过程
B.第三次复制需要2.1×104个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸
C.子代DNA分子中含32P的单链与含31P的单链之比为1∶7
D.子代DNA分子中含32P与含31P的分子数之比为1∶4
DNA复制过程的有关计算
DNA复制过程的有关计算
C
例.(2023·江西南昌市调研)一个被15N标记的、含1 000个碱基对的DNA分子片段，其中一条链中T＋A占30%，若将该DNA分子放在含14N的培养基中连续复制3次，相关叙述正确的是(　　)
A.该DNA分子的另一条链中T＋A占70%
B.该DNA分子中含有A的数目为400个
C.该DNA分子第3次复制时需要消耗2 800个G
D.经3次复制后，子代DNA分子中含14N的比例为7/8
DNA复制与细胞分裂的关系
C
例.(2021·浙江6月选考，22)在DNA复制时，5- 溴尿嘧啶脱氧核苷(BrdU)可作为原料，与腺嘌呤配对，掺入新合成的子链。用Giemsa染料对复制后的染色体进行染色，DNA分子的双链都含有BrdU的染色单体呈浅蓝色，只有一条链含有BrdU的染色单体呈深蓝色。现将植物根尖放在含有BrdU的培养液中培养，取根尖用Giemsa染料染色后，观察分生区细胞分裂中期染色体的着色情况。下列推测错误的是(　　)
A.第一个细胞周期的每条染色体的两条染色单体都呈深蓝色
B.第二个细胞周期的每条染色体的两条染色单体着色都不同
C.第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体均为1/4
D.根尖分生区细胞经过若干个细胞周期后，还能观察到深蓝色的染色单体
1.（2021·广东高考）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
真题体验·感悟高考
B
2.（2022·广东高考）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
C
真题体验·感悟高考
3.（2021·辽宁高考）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
A
真题体验·感悟高考
4.（2021·海南高考）已知5－溴尿嘧啶（5－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—5－BU，要使该位点由A—5－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.2 C.3 D.4
B
真题体验·感悟高考

展开更多......

收起↑