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(共43张PPT)
素养目标
p173
第21讲　DNA的结构和复制、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
p173
考点一 DNA的结构和基因的本质
2.DNA结构
(1)图解DNA双螺旋结构
p173
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
p174
p175
规律：
1、双链中嘌呤数=嘧啶数；
非互补碱基之和相等且为碱基总数的一半。
p175
2、互补碱基和之比，在单双链中相等，且互补碱基之和，在单双链中占比相等，简记为“补则等”。
3、非互补碱基和(嘌呤数/嘧啶数)之比，两条单链间双链互为倒数，双链中比值是1.简记为“不补则倒”。
4、双链DNA分子中某碱基比例是两条单链碱基比例平均值。
(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
p174
DNA分子中G+C的比例越高,氢键数越多,DNA分子结构越稳定
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
p174
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。
p174
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。(　　)
×
×
×
×
√
×
p174
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
p174
考法练透 素养提升
考法一　DNA分子的结构及特点
1.(2024·安徽合肥模拟)研究人员采用化学方法人工合成了四种新碱基:P(嘌呤)、Z(嘧啶)、B(嘌呤)、S(嘧啶),其中P和Z配对,B和S配对。研究人员进一步利用上述碱基与天然碱基成功构建了一种合成DNA分子,该DNA与天然DNA拥有十分相似的外形结构。下列关于该合成DNA的推断,不合理的是(　　)
A.P—Z碱基对、B—S碱基对与天然碱基对具有相近的形态和直径
B.该合成DNA分子也是由两条反向平行的脱氧核苷酸链盘旋而成
C.该合成DNA分子中,碱基的比例(A+G+P+Z)/(T+C+B+S)=1
D.四种新碱基加入后,同样长度的DNA碱基排列顺序的种类大增
C
p175
解析 人工合成碱基与天然碱基构建的合成DNA与天然DNA拥有十分相似的外形结构,说明P—Z碱基对、B—S碱基对与天然碱基对具有相近的形态和直径,A项正确;合成DNA与天然DNA拥有十分相似的外形结构,说明该合成DNA分子也是由两条反向平行的脱氧核苷酸链盘旋而成,B项正确;P和Z配对,B和S配对,则该合成DNA分子中,碱基的比例(A+G+P+B)/(T+C+Z+S)=1,C项错误;四种新碱基加入后,脱氧核苷酸成为8种,同样长度的DNA碱基排列顺序的种类数量由4n变为8n,D项正确。
p175
考法二　DNA分子结构相关计算
2.(2025·湖南长郡中学月考)如图为生物体内常见的两种DNA结构模式:A型属于左手螺旋,B型是沃森和克里克提出的右手螺旋。A型常见于高盐或脱水情况下;B型常见于生理盐水以及92%相对湿度下。下列关于DNA结构的叙述,正确的是(　　)
A.DNA聚合酶的作用是打开DNA双链
B.DNA每条链的5'端是羟基末端
C.在不同浓度的NaCl溶液中,DNA的空间结构可能会发生改变
D.A型DNA与B型DNA均由两条同向的脱氧核苷酸链双螺旋而成
C
p175
解析 解旋酶的作用是打开DNA双链,A项错误;DNA每条链的5'端是磷酸基团末端,3'端是羟基末端,B项错误;由题意可知,在不同浓度的NaCl溶液中,可能会出现A、B型DNA的相互转变,DNA的空间结构可能会发生改变,C项正确;A型DNA与B型DNA均由两条反向平行的脱氧核苷酸链双螺旋而成,D项错误。
p175
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
p175
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。
p175
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。
p176
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。
p176
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
p176
考点二 DNA的复制及相关计算
密度梯度离心
大肠杆菌（繁殖快，20min一代）
演绎推理 → 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
提取DNA离心
提取DNA离心
提取DNA离心
排除DNA的复制是全保留复制
排除DNA复制是分散复制
梅塞尔森
斯塔尔
1958年
15NH4Cl
培养液
14N/14N-DNA轻带
15N/14N-DNA中带
15N/15N-DNA重带
JP54
14N/14N-DNA轻带
15N/14N-DNA中带
15N/15N-DNA重带
14N/14N-DNA轻带
15N/14N-DNA中带
15N/15N-DNA重带
p176
p176
CsCl经过离心后，溶液达到一个平衡状态，扩散和沉淀的两种相对力量保持平衡，形成一个连续的CsCl浓度梯度，溶液的密度在离心管底部最大，顶部最小。
从每一代DNA分子中取等量的DNA进行氯铯密度梯度离心
细胞再分裂一次
细胞分裂一次
15NH4Cl
培养液
高密度带
中密度带
低密度带
15N
14N
15N
15N
14N
14N
实验结论：DNA的复制方式为半保留复制
p178
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
p176
(3)过程
解旋酶
解开的每一条母链
脱氧核苷酸
DNA聚合酶
p176
3'←5'
5'→3'
　
②边解旋边复制
①半保留复制
③多起点复制
加快复制速度
加快复制速度
(4)DNA复制特点
④双向复制
从子链的5’-端向 3’- 端延伸
p179
(5)场所:真核生物的　 　　　　　　　　　;原核生物的　　　　　和细胞质。
(6)结果:一个DNA分子形成了两个　　　　　的DNA分子。
(7)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
p176
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
p176
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'
3' 5'　
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。(　　)
×
×
×
×
√
p177
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。
p177
(3)
(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.(不定项)(2025·黑龙江大庆模拟)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)。下列有关叙述错误的是(　　)
图1
图2
p177
A.上述DNA复制方式的探究过程使用的是放射性同位素标记法
B.大肠杆菌的拟核中存在环状DNA分子,其中至少有两个游离的磷酸基团
C.结合第一、二代的离心结果,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,推测第三代离心后轻带比例增加
答案 ABC　
p177
解析 15N为稳定同位素,不具有放射性,该过程使用的不是放射性同位素标记法,A项错误;大肠杆菌的拟核中存在环状DNA分子,其中不具有游离的磷酸基团,B项错误;第一代大肠杆菌DNA离心后,试管中出现一条中带,则可以排除全保留复制,第二代大肠杆菌DNA离心后,试管中出现一条轻带和一条中带,说明DNA复制是半保留复制,不是分散复制,若是分散复制,第二代离心后,试管中只会出现中带,C项错误;若DNA复制方式是半保留复制,将DNA被15N标记的大肠杆菌移到含14N的培养基中培养,因合成DNA的原料中含14N,所以新合成的DNA链均含14N,根据半保留复制的特点,第一代的DNA分子应一条链含15N,一条链含14N,第二代中一条链含15N、一条链含14N的DNA分子占1/2,两条链均含14N的DNA分子占1/2,第三代中一条链含15N、一条链含14N的DNA分子占1/4,两条链均含14N的DNA分子占3/4,第三代大肠杆菌DNA离心后轻带比例增加,D项正确。
p177
考法二　DNA复制过程
2.(2024·安徽合肥三模)复制泡是DNA进行同一起点双向复制时形成的。在复制启动时,尚未解开螺旋的亲代双链DNA同新合成的两条子代双链DNA在交界处形成的Y型结构,称为复制叉。如图为DNA复制时形成复制泡和复制叉的示意图,其中a~h代表相应位置。下列相关叙述错误的是(　　)
p177
A.根据子链的延伸方向可以判断图中a处为模板链的3'端
B.新合成的两条子链中(A+T)/(C+G)的比值相同
C.DNA两条子链的延伸方向相反,其中一条链与复制叉的推进方向相同
D.DNA可同时从不同起点开始复制,形成多个复制泡,提高复制速率
答案 A
解析 子链的延伸方向是从5'端向3'端,且与模板链是反向平行关系,因此,根据子链的延伸方向,可以判断图中a处是模板链的5'端,b处是模板链的3'端,A项错误;新合成的两条子链中(A+T)/(C+G)的比值相同,B项正确;DNA两条子链反向平行,复制时DNA聚合酶只能沿模板链的3'→5'方向移动,所以延伸方向相反,其中一条链与复制叉的推进方向相同,C项正确;DNA可同时从不同起点开始复制,形成多个复制泡,提高复制速率,D项正确。
p178
考法三　DNA复制的相关计算
3.(2024·河北邢台模拟)用15N标记含有100个碱基对的DNA分子(其中有腺嘌呤60个),该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次。下列有关判断错误的是(　　)
A.含有15N的DNA分子有2个
B.含有14N的DNA分子占总数的7/8
C.第4次复制消耗胞嘧啶脱氧核苷酸320个
D.复制共产生16个DNA分子
B
p178
解析 由于DNA分子的复制是半保留复制,亲代DNA分子的两条链始终存在于子代的2个DNA分子中,因此含有15N的DNA分子有2个,A项正确;该DNA分子是在含14N的培养基中复制的,新形成的子链均含有14N,故DNA分子都含14N,比例为1,B项错误;根据碱基互补配对原则,DNA分子中腺嘌呤有60个,则胞嘧啶有40个,第4次复制需消耗胞嘧啶脱氧核苷酸24-1×40 =320(个),C项正确;1个DNA分子经过4次复制,共产生24=16(个)DNA分子,D项正确。
p178
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
p178
聚焦表达 回扣落实
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
p178
由图可以看出,第一次有丝分裂形成的两个子细胞中所有核DNA分子均由一条亲代DNA（15N/15N-DNA）链和一条子链组成;第二次有丝分裂后最终形成的子细胞中含亲代DNA链的染色体条数是0~2n(以体细胞染色体数为2n为例)。产生的4个子细胞中染色体标记情况有3种,如下表:(标记15的为母链,标记14的为子链)
p180
第一次有丝分裂子细胞 项目 第一次有丝分裂子细胞类型及数目 分析
2n=2 2个 Ⅰ ①F2四个子细胞中带15N标记DNA细胞数最少2个；最多4个
②含15N标记DNA（染色体）为0~2n(以体细胞染色体数为2n为例)
Ⅱ Ⅲ 题型一　有丝分裂中染色体的标记情况分析
题型二　减数分裂中染色体的标记情况分析
1.过程图解(选取一对同源染色体)
(1)字母含义:A与a是一对同源染色体。A1与A2是A复制之后形成的姐妹染色单体,中间通过着丝粒相连;a1和a2同理。
(2)图形含义:一个圆角矩形代表一个细胞,里面的矩形代表染色体或染色单体,染色体或染色单体中的实线代表母链(原有链),虚线代表子链(新合成链)。
p181
2.标记情况分析
假设有一个细胞,DNA母链都被同位素标记,之后形成的子链都不含有同位素标记,因为减数分裂中DNA只复制一次,细胞分裂两次,所以产生的子细胞中每条染色体都有同位素标记。
题型三　先有丝分裂后减数分裂
中染色体的标记情况分析
1.过程图解(选取一对同源染色体)
p181
2.标记情况分析
(1)前提:假设有一个细胞,含有2n条染色体,DNA母链都被同位素标记,之后形成的子链都不含有同位素标记。
(2)有丝分裂:先进行一次有丝分裂后,每一个细胞的每一条染色体都含有标记。
(3)减数分裂Ⅰ:减数分裂Ⅰ同源染色体分离,产生的子细胞中每一条染色体都有标记。
(4)减数分裂Ⅱ:减数分裂Ⅱ姐妹染色单体分离,形成的染色体随机移向细胞的两极,故结果如下:
被标记细胞数 4~8(可以是4~8之间的任一整数,包括4和8)
细胞中被标记染色体数 0~n(可以是0~n之间的任一整数,包括0和n)
n条

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