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(共47张PPT)
第21讲　DNA的结构和复制、基因的本质
素养目标
考点一 DNA的结构和基因的本质
夯实基础 精研教材
1.DNA双螺旋结构模型的构建
(1)构建者:　　　　　　　　。
(2)构建过程
沃森和克里克
脱氧
核苷酸
A=T,G=C
T
C
相反的
2.DNA结构
(1)图解DNA双螺旋结构
①DNA由两条脱氧核苷酸链组成,这两条链按　　　　　　方式盘旋成双螺旋结构。
②外侧:　　　　　　和　　　　交替连接,构成主链基本骨架。
③内侧:两链上碱基通过氢键连接成　 　　。碱基互补配对遵循以下原则:A=T(两个氢键)、G≡C(三个氢键)。
反向平行
脱氧核糖
磷酸
碱基对
(2)DNA的结构特点与特性
磷酸和脱氧核糖
碱基互补配对
4n　
碱基排列顺序
3.染色体、DNA、基因和核苷酸的关系
有一个或两个
有遗传效应的DNA片段
核苷酸
排列顺序
教材深挖
1.(必修2 P50图3-8)DNA两条链反向平行的原因: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　　　　　,另一端有一个羟基(—OH),称作　　　　。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。
2.(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
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
易错排查
1.沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式。(2022·广东卷)(　　)
2.某同学制作DNA双螺旋结构模型,在制作脱氧核苷酸时,需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基。(2022·浙江卷)(　　)
3.DNA每条链的5'端是羟基末端。(　　)
4.生物体内所有基因的碱基总数与DNA分子的碱基总数相同。(　　)
5.基因的遗传效应是指基因能够复制、传递和表达性状的过程。(　　)
6.DNA分子的多样性和特异性主要与它的空间结构密切相关。(　　)
×
×
×
×
√
×
思维探究 考教衔接
根据下列DNA的模型思考回答下列问题。
图1
图2
(1)由图1可知,每个DNA分子片段中,游离磷酸基团含有　　　　　个。单链中相邻碱基通过　　　 　　　　　　　　连接。互补链中相邻碱基通过　　　　连接。
(2)图2是图1的简化形式,其中①是　　　　,②是　　　　。解旋酶作用于　　　　部位,限制性内切核酸酶和DNA连接酶作用于
　　　　部位。
2
—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—
氢键
磷酸二酯键
氢键　
②
①
考法练透 素养提升
考法一　DNA分子的结构及特点
1.(2024·浙江卷)下列关于双链DNA分子结构的叙述,正确的是(　　)
A.磷酸与脱氧核糖交替连接构成了DNA的基本骨架
B.双链DNA中T占比越高,DNA热变性温度越高
C.两条链之间的氢键形成由DNA聚合酶催化
D.若一条链的G+C占47%,则另一条链的A+T也占47%
A
解析 DNA的外侧是由脱氧核糖和磷酸交替连接构成的基本骨架,内侧是碱基通过氢键连接形成的碱基对,A项正确;双链DNA中G—C碱基对占比越高,DNA热变性温度越高,B项错误;DNA聚合酶催化形成的是磷酸二酯键,C项错误;互补的碱基在单链上所占的比例相等,若一条链的G+C占47%,则另一条链的G+C也占47%,A+T占1-47%=53%,D项错误。
考法二　DNA分子结构相关计算
2.(2024·山东聊城期中)某双链(α链和β链)DNA分子中鸟嘌呤与胞嘧啶的数量之和占全部碱基总数的56%,α链中腺嘌呤占28%。下列关于该DNA分子的叙述,错误的是(　　)
A.β链中腺嘌呤与胸腺嘧啶的数量之和占该链碱基总数的44%
B.α链中(G+C)/(A+T)=11/14,β链中(G+C)/(A+T)=14/11
C.α链中胸腺嘧啶所占的比例是16%,占双链DNA分子的8%
D.(A+T)/(G+C)的比值可体现不同生物DNA分子的特异性
B
解析 DNA分子中G与C的数量之和占全部碱基总数的56%,则A与T的数量之和占全部碱基总数的44%,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,因此β链中A与T的数量之和也占该链碱基总数的44%,A项正确;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,因此α链和β链中(G+C)/(A+T)相等,都是56%/44%=14/11,B项错误;α链中胸腺嘧啶所占的比例是1-56%-28%=16%,占双链DNA分子的比例是16%÷2=8%,C项正确;不同生物的DNA分子中互补碱基之和的比值一般不同,即(A+T)/(C+G)的比值体现了不同生物DNA分子的特异性,D项正确。
3.(2024·河南郑州模拟)如图表示DNA分子中的部分关系,下列判断正确的是(　　)
A.若x、y分别表示DNA两条互补链中(A+G)/(T+C)的量,则符合甲曲线变化
B.若x、y分别表示DNA两条互补链中(G+T)/(A+C)的量,则符合甲曲线变化
C.若x、y分别表示DNA两条互补链中(A+T)/(G+C)的量,则符合乙曲线变化
D.若x、y分别表示DNA一条链和整个DNA中嘌呤/嘧啶的量,则符合乙曲线变化
C
解析 DNA两条互补链中,(A+G)/(T+C)的量互为倒数,(G+T)/(A+C)的量互为倒数,均不符合甲曲线变化,A、B两项错误;根据碱基互补配对原则,DNA两条互补链中(A+T)/(G+C)的量是相等的,此情况符合乙曲线变化,C项正确;双链DNA中A+C=T+G,即嘌呤/嘧啶始终等于1,但DNA一条链中嘌呤/嘧啶的量不确定,D项错误。
考法三　基因的本质及与DNA的关系
4.(2024·广东广州模拟)下列有关基因、DNA、染色体的说法,错误的是(　)
A.碱基特定的排列顺序构成了每一个DNA分子的特异性
B.随着细胞质基因的发现,基因与染色体的关系可概括为染色体是基因的主要载体
C.分子大小相同、碱基含量相同的基因所携带的遗传信息一定相同
D.一条染色体上含有1个或2个DNA分子
C
解析 分子大小相同、碱基含量相同的基因的碱基排列顺序可能不同,所携带的遗传信息可能不同,C项错误。
5.基因通常是具有遗传效应的DNA片段,下列关于基因的说法,错误的
是(　　)
A.基因的遗传效应是指基因能直接或间接影响蛋白质的合成
B.基因的碱基对排列顺序的多样性决定了基因的多样性
C.基因位于染色体上,基因在染色体上呈线性排列
D.DNA的转录过程是以基因为单位进行的
C
解析 基因绝大多数在染色体上,染色体是基因的主要载体,基因在染色体上呈线性排列,C项错误。
考点二 DNA的复制及相关计算
夯实基础 精研教材
1.DNA半保留复制的实验证据
半保留
同位素标记
全部重带
1/2轻带、1/2中带
半保留复制
2.DNA复制的过程
(1)概念:以　　　　　　为模板合成　　　　　的过程。
(2)发生时期:在真核生物中,这一过程是在　　　　　　　　　,随着染色体的复制而完成的。
亲代DNA
子代DNA
细胞分裂前的间期
(3)过程
解旋酶
解开的每一条母链
脱氧核苷酸
DNA聚合酶
(4)场所:真核生物的　 　　　　　　　　　;原核生物的　　　　　和细胞质。
(5)结果:一个DNA分子形成了两个　　　　　的DNA分子。
(6)意义:DNA通过复制,将　　　　　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。
细胞核、线粒体和叶绿体
　拟核　
完全相同　
遗传信息
教材深挖
1.(必修2 P55图3-10)在细胞分裂过程中,两个子代DNA分子位于两条姐妹染色单体中,在细胞分裂的什么时候分离
　　　　　　　　　　　　　　　。
这两个DNA分子一定相同吗 请说明理由。
　 　。
有丝分裂后期或减数分裂Ⅱ后期　
不一定,若是复制过程中发生了基因突变,会导致两个DNA分子不同
2.(必修2 P55正文拓展)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聚合酶催化DNA复制的过程:DNA复制时,一条模板链是3'→5'走向,其互补链在
　　　　　方向上连续合成,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。
5'→3'　
易错排查
1.DNA分子复制时,子链的合成过程不需要引物参与。(　　)
2.DNA聚合酶的作用是打开DNA双链。(　　)
3.DNA分子复制时,解旋酶与DNA聚合酶不能同时发挥作用。(　　)
4.DNA复制遵循碱基互补配对原则,新合成的两条子链形成新的DNA双链。
(　　)
5.单个脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下连接合成新的子链。(　　)
×
×
×
×
×
思维探究 考教衔接
关于DNA分子复制机制,科学家用荧光染料给Rep(DNA解旋酶中作为引擎的那部分结构,驱动复制叉的移动)加上了绿色荧光蛋白从而获知被标记的分子相对于DNA分子的运动轨迹,结果如图所示,思考回答下列问题。
(1)DNA分子的一条单链中,具有一个游离的磷酸基团的一端被称为
　　　　(填“3'端”或“5'端”)。
(2)Rep可以破坏DNA双链之间的氢键吗 　　　　。判断的依据是
　 　　　　　　　　　　　　　。
(3)据图推测DNA结合蛋白的功能是
　　　　　　　　　　　　　。
5'端
可以
由题干可知,Rep是DNA解旋酶中作为引擎的那部分结构,能驱动复制叉的移动,使得双链打开,故Rep可以破坏DNA双链之间的氢键
可能具有防止DNA单链重新形成双链的作用
考法练透 素养提升
考法一　DNA半保留复制的实验证据
1.(2024·湖北黄石三模)科学家首先在含15N的培养液中培养大肠杆菌,然后将它们转移到含14N的培养液中培养,定期从细胞中提取DNA,并进行密度梯度离心,结果如图所示。大肠杆菌菌株每20 min分裂一次,60 min后,如果科学家继续每20 min提取和离心一次DNA,下列有关试管中DNA条带结果的描述,正确的是( 　)
A.轻带将向下移动,中带将消失
B.轻带和中带都会变粗,但保持在同一水平
C.轻带和中带都会变粗并在管中向下移动
D.轻带会变粗,中带保持不变
D
解析 随大肠杆菌的复制,14N作为原料掺入新合成的DNA中,随复制代数的增加,14N/14N-DNA的比例增加,轻带变粗,14N/15N-DNA的比例减少,但含量保持不变,即中带不变。
考法二　DNA复制过程
2.(2025·广东珠海模拟)在DNA分子双螺旋结构模型提出之后,人们推测DNA可能通过图1中的三种方式进行复制。生物兴趣小组准备通过实验来探究DNA的复制方式,基本实验思路是用14N标记大肠杆菌的DNA双链,然后在含15N的培养基上让其繁殖两代,提取每代大肠杆菌的DNA并做相应处理,可能出现的实验结果如图2所示。下列说法错误的是(　　)
图1
图2
A.该实验中用到了同位素标记技术和密度梯度离心法
B.若亲代大肠杆菌繁殖一代,出现实验结果1,可以说明DNA的复制方式是分散复制
C.若亲代大肠杆菌繁殖两代,出现实验结果2,说明DNA的复制方式是半保留复制
D.若为半保留复制,则亲代大肠杆菌繁殖n(n≥2)代后,实验结果中轻带、中带、重带中DNA分子数量之比应为0∶2∶(2n-2)
答案 B　
解析 该实验中使用14N对DNA分子进行了标记,应用了同位素标记技术,同时用密度梯度离心法对DNA分子进行分离,A项正确;若亲代大肠杆菌繁殖一代,出现实验结果1(离心后只有1条中带),可以说明DNA的复制方式可能是半保留复制,也可能是分散复制,B项错误;若DNA的复制方式是半保留复制,则亲代大肠杆菌繁殖两代,形成的4个DNA分子中有2个只含15N,有2个一条链含14N、一条链含15N,经离心出现实验结果2,C项正确;若DNA的复制方式为半保留复制,则亲代大肠杆菌繁殖n(n≥2)代,形成的2n个DNA分子中,只含14N的有0个,一条链含14N、一条链含15N的有2个,只含15N的有2n-2个,即实验结果中轻带、中带、重带中DNA分子数量之比应为0∶2∶(2n-2),D项正确。
考法三　DNA复制的相关计算
3.(2025·湖北模拟)某生物的一个DNA分子有m个碱基对,其中腺嘌呤a个。获取该DNA分子,使其双链都被15N标记,而后将其放置在含14N的培养液中培养,使该DNA分子复制n次。下列叙述正确的是(　　)
A.复制过程中,DNA聚合酶以该DNA分子双链中的一条为模板合成子链
B.复制n次后,含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例为1/2n
C.经n次复制需要鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸(m-a)(2n-1)个
D.若其中部分片段DNA单链序列为5'-GGTATC-3',那么它的互补链的序列是5'-CCATAG-3'
C
解析 DNA双螺旋的两条链解开后,DNA聚合酶以解开的每一条母链为模板,分别合成与母链互补的一条子链,A项错误;复制n次后,含有15N的DNA分子有2个,占全部DNA分子的比例为2/2n,B项错误;一个该DNA分子有
(m-a)个鸟嘌呤,经n次复制需要鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸(m-a)(2n-1)个,C项正确;若一条DNA单链的序列是5'-GGTATC-3',那么它的互补链的序列是
3'-CCATAG-5',D项错误。
聚焦表达 回扣落实
1.(综合表达类)如图是人类某染色体DNA的片段,含有基因A、基因b和无遗传效应的片段M。请思考:
(1)基因A和b的本质区别是 　。
(2)A复制时b是否也复制 A转录时,b是否也转录 其转录的模板链一定相同吗
　。
脱氧核苷酸序列不同
DNA分子复制为全程复制,故A复制时b也复制,但基因表达却为“选择性表达”,故A转录时,b未必转录,即使都转录,其模板链也未必相同
2.(原因分析类)研究表明,在DNA分子加热解链时,DNA分子中G+C的比例越高,解链需要的温度越高,原因是
　。
3.(原因分析类)将一个带有某种噬菌体DNA分子的两条链用32P进行标记,并使其侵染大肠杆菌,在不含有32P的培养基中培养一段时间。若得到的所有噬菌体双链DNA分子都装配成噬菌体(n个)并释放,则其中含有32P的噬菌体所占比例为2/n,原因是
　 。
DNA分子中G+C的比例越高,氢键数越多,DNA分子结构越稳定
一个含32P标记的噬菌体双链DNA分子经半保留复制后,标记的两条单链分配到2个噬菌体的双链DNA分子中,因此得到的n个噬菌体中,只有2个带标记

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