2023版高考生物一轮总复习第6单元基因的本质基因的表达第2讲DNA的结构DNA的复制基因通常是有遗传效应的DNA片段课件

第2讲　DNA的结构　DNA的复制　基因通常是有遗传效应的DNA片段自 主 学 习 · 巩 固 基 础[自主学习]知识点一　DNA分子的结构1．DNA双螺旋模型构建者：沃森和克里克2．DNA的分子组成【答案】①脱氧核苷酸　②磷酸　③脱氧核糖　④双螺旋结构　⑤碱基对　⑥2　⑦33．DNA分子的结构特点(1)________性：如n个碱基对构成的DNA具有4n种碱基对排列顺序。(2)________性：如每个DNA分子都有其特定的碱基排列顺序。(3)________性：如两条主链磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变，碱基对构成方式不变等。多样　特异　稳定　[自主检测]1．思考判断(1)分子大小相同、碱基含量相同的脱氧核苷酸分子所携带的遗传信息一定相同。 (　　)(2)双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的。 (　　)(3)DNA分子的多样性和特异性主要与它的空间结构密切相关。 (　　)(4)人体内控制β－珠蛋白的基因由1 700个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有41 700种。 (　　)(5)磷酸与脱氧核糖交替连接构成DNA链的基本骨架。 (　　)【答案】(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√2．深挖教材沃森和克里克在构建模型过程中，利用他人的经验和成果有：①组成DNA分子的单位是________________；DNA分子是由含____种碱基的__________________构成的；②英国科学家威尔金斯和富兰克林提供的____________________；③奥地利著名生物化学家________的研究成果：在DNA中，腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量，鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量。【答案】提示：①脱氧核苷酸　4　脱氧核苷酸长链　②DNA的X射线衍射图谱　③查哥夫3．热图导析：分析DNA分子结构图像(1)一个双链DNA分子片段中有几个游离的磷酸基团，位置如何？_________________________________________________。(2)图中④能表示胞嘧啶脱氧核苷酸吗？__________________________________________________。(3)图中碱基之间是如何连接的？一条链上的脱氧核苷酸之间又是如何连接的？____________________________________。(4)解旋酶作用于图中哪个部位？限制性内切核酸酶和DNA连接酶作用于图中哪个部位？__________________________。(5)DNA初步水解的产物和彻底水解的产物分别是什么？__________________________________________________。(6)若某双链DNA分子含有200个碱基，一条链上 A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则该DNA分子碱基排列方式共有4100种，对吗？__________________________________________________。【答案】(1)提示： 2个，分别位于DNA分子的两端(2)提示：不能。①表示的磷酸不属于胞嘧啶脱氧核酸(3)提示：双链DNA中，反向平行的两条链之间的碱基通过氢键连接成碱基对，而同一条链上碱基之间是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连的；一条链上的脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键连接(4)提示：解旋酶作用于⑨，限制性内切核酸酶和DNA连接酶作用于⑩(5)提示：初步水解的产物是4种脱氧核苷酸，彻底水解的产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基(6)提示：错。具体到一个DNA分子且比例固定，其中的碱基排列方式少于4100种[自主学习]知识点二　DNA的复制【答案】间期　间期　半保留复制　　【答案】①能量　②解旋　③两条螺旋的双链　①母链　②脱氧核苷酸　③DNA聚合酶　④碱基互补配对　模板链　双螺旋结构 　DNA分子的复制的“二、二、三、四”[自主检测]1．思考判断(1)DNA分子全部解旋后才开始进行DNA复制。 (　　)(2)在人体内，成熟的红细胞、浆细胞中不发生DNA的复制。 (　　)(3)DNA必须在DNA酶的作用下才能连接形成子链。 (　　)(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)DNA聚合酶催化两个游离的脱氧核苷酸之间的连接。 (　　)【答案】(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×2．热图导析：分析DNA复制过程(1)图示中的解旋酶和DNA聚合酶各有什么作用？__________________________。(2)蛙的红细胞和哺乳动物成熟的红细胞，是否都能进行图示过程呢？__________________________。(3)如图所示DNA复制过程若发生在细胞核内，形成的两个子DNA位置如何？其上面对应片段中基因是否相同？两个子DNA将于何时分开？____________________________________。(4)现将含15N的大肠杆菌转移到氮源为14N的培养基中，再连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ)，用密度梯度离心法分离，不同相对分子质量的DNA分子将分布在试管中的不同位置上。请预测并绘出若DNA的复制方式为右图所示的全保留方式或分散方式复制时，连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ)的实验结果中各带的分布图像(重带、中带和轻带)。【答案】(1)提示：前者使氢键打开，DNA双链解旋；后者催化形成磷酸二酯键，从而形成新的子链(2)提示：蛙的红细胞进行无丝分裂，可进行DNA分子的复制；哺乳动物成熟的红细胞已丧失细胞核，也无各种细胞器，不能进行DNA分子的复制(3)提示：染色体复制后形成两条姐妹染色单体，刚复制产生的两个子DNA分子分别位于两条姐妹染色单体上，由着丝粒相连；其对应片段所含基因在无基因突变等特殊变异情况下应完全相同；两个子DNA分子将于有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝粒分裂时，随两条姐妹染色单体的分离而分开，分别进入两个子细胞中(4)提示：[自主学习]知识点三　基因通常是有遗传效应的DNA片段【答案】遗传效应　线　特定脱氧核苷酸序列　1个或2个　多　4重 难 探 究 · 素 养 达 标DNA分子的结构及相关计算1．两种DNA结构模型解读[深度讲解](1)由图1可解读以下信息。 (2)图2是图1的简化形式，其中①是磷酸二酯键，③是氢键。解旋酶作用于③部位，限制性内切核酸酶和DNA连接酶作用于①部位。 　DNA分子结构的三点提醒(1)DNA在DNA酶作用下能够水解生成4种脱氧核苷酸；脱氧核苷酸彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。(2)相邻的碱基在DNA分子的一条单链中通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连接，在DNA的双链之间通过“氢键”相连接。(3)不是所有的脱氧核糖都连接着2个磷酸基团，2条链各有一个3′端的脱氧核糖连接着一个磷酸基团；DNA分子链的方向是从磷酸基团到脱氧核糖，2条链反向平行。(一)DNA分子的结构(素养目标：生命观念)1．如图表示双链DNA分子的结构，有关叙述正确的是 (　　)[考向预测]A．①表示胸腺嘧啶脱氧核苷酸B．每个磷酸均连接着2个脱氧核糖C．DNA复制时，解旋酶断裂的是③处的化学键D．碱基C和G的比例越大，该DNA片段热稳定性越高【答案】D　【解析】①由一个脱氧核苷酸的脱氧核糖、胸腺嘧啶与另一个脱氧核苷酸的磷酸构成，不能表示胸腺嘧啶脱氧核苷酸，A错误；位于每条链首端的磷酸只连接着一个脱氧核糖，B错误；DNA复制时，解旋酶断裂的是②处的氢键，C错误。 　“三看法”判断DNA分子结构的正误(二)DNA分子中有关碱基含量的分析与计算(素养目标：科学思维)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2．下列有关双链DNA结构的描述，正确的是 (　　)A．环状质粒DNA分子中，每条链上的脱氧核糖均与两个磷酸基团相连B．DNA每条链上的2个相邻碱基通过氢键相连，A含量越多，DNA结构越稳定C．一个核DNA分子中，一条链上A∶T∶C∶G＝1∶2∶3∶4，则另一条链上A∶T∶C∶G＝4∶3∶2∶1D．已知某核DNA分子一条链中，腺嘌呤占该链的24%，则其互补链中腺嘌呤占该链的26%【答案】A　【解析】环状质粒 DNA分子首尾相接，每条链上的脱氧核糖均与两个磷酸基团相连，A正确；DNA每条链上的两个相邻碱基通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连，双链DNA中配对的G与C之间存在三个氢键，A与T之间存在两个氢键，故DNA分子中G－C碱基对所占比例越大，氢键越多，结构越稳定，B错误；依据碱基互补配对原则，一个双链DNA分子中一条链上的A与另一条链上的T数目相等，G与C之间的数量关系也是如此，则一个双链DNA一条链上A∶T∶C∶G＝1∶2∶3∶4，另一条链上T∶A∶G∶C＝1∶2∶3∶4，即A∶T∶C∶G＝2∶1∶4∶3, C错误；双链DNA分子一条链上的腺嘌呤含量与其互补链上的胸腺嘧啶含量相等，而这条链上胸腺嘧啶含量未知，故无法确定其互补链中腺嘌呤含量，D错误。DNA的复制1．DNA分子复制的图示解读(1)研究DNA复制的常用方法：同位素标记法和离心法，常用的标记元素为3H、15N、32P，通过离心后标记元素出现在试管中不同的位置。[深度讲解](2)DNA复制的准确性。①一般情况下，DNA的双螺旋结构和碱基互补配对原则能使DNA准确地进行复制。②特殊情况下，在外界因素和生物内部因素的作用下，可能造成碱基配对发生差错，引起基因突变。(3)影响DNA复制的外界条件。2．DNA分子连续复制两次的图像及解读3．DNA分子复制方式的有关计算DNA分子复制为半保留复制，若将一个全部N原子被15N标记的DNA转移到含14N的培养基中培养(复制)若干代，其结果分析如下：(1)子代DNA分子数：2n个。①无论复制多少次，含15N的DNA分子始终是2个。②含14N的DNA分子有2n个，只含14N的有(2n－2)个，解题时应看准是“含”还是“只含”。(2)子代DNA分子的总链数：2n×2＝2n＋1条。①无论复制多少次，含15N的链始终是2条。解题时应看准是“DNA分子数”还是“链数”。②含14N的链数是(2n＋1－2)条。(3)消耗的脱氧核苷酸数。①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸为m×(2n－1)个。②若进行第n次复制，则需消耗游离的该脱氧核苷酸数为m×2n－1个。(一)DNA复制的过程、条件和特点(素养目标：生命观念)1．如图所示为DNA复制的较为详细的图解，据图分析下列相关叙述错误的是　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 (　　)[考向预测] A．仅在解旋酶和DNA聚合酶的催化下，DNA复制不能顺利进行B．在DNA复制的过程中，可能会出现尿嘧啶与腺嘌呤互补配对现象C．图示DNA复制的特点有边解旋边复制以及半保留复制等D．复制完成后，前导链和随后链所在单链碱基排列顺序相同【答案】D　【解析】从图示信息可知，DNA复制需要拓扑异构酶Ⅱ、解旋酶、引物合成酶、聚合酶Ⅰ、聚合酶Ⅲ等多种酶的催化，A正确；在DNA复制过程中，RNA引物能与模板链互补形成杂交链，该杂交链中可能含有碱基对A—U，B正确；从图中信息可知，DNA复制的特点有边解旋边复制和半保留复制等，C正确；从图中信息可知，前导链和随后链都是新合成的子链，而两条子链上的碱基是互补的，D错误。知识点(二)与DNA复制相关的碱基数量计算(素养目标：科学思维)2．(2021年广东深圳明德实验学校阶段性考试)用15N标记的一个DNA分子，其中G碱基有100个。先将该DNA分子置于14N培养基中培养，复制一次后，再转入15N培养基中培养复制一次。下列对2次复制后结果的叙述，错误的是 (　　)[深度讲解]A．含15N的脱氧核糖核酸占100%B．含14N的脱氧核糖核酸链占25%C．2次复制共需要G碱基300个D．离心处理后，轻密度带占1/2【答案】D　【解析】将含15N的DNA分子放入14N培养基培养复制一次后，每个DNA分子一条链为15N链，一条链为14N链，接着放入15N培养基中培养复制一次后，共有4个DNA分子，其中2个全为15N的DNA，另外2个为一条链含15N、一条链含14N的DNA分子，即含14N的脱氧核糖核酸链占25%，A、B正确；复制两次所需的G碱基数(22－1)×100＝300(个)，C正确；离心处理后，只有重带和中带，没有轻密度带，D错误。3．果蝇的体细胞含有8条染色体。现有一个果蝇体细胞，它的每条染色体的DNA双链都被32P标记。如果把该细胞放在不含32P的培养基中培养，使其连续分裂，那么将会在第几次细胞分裂中出现每个细胞的中期和后期都有8条染色体被32P标记 (　　)A．第1次 B．第2次C．第3次 D．第4次【答案】B　【解析】由于被标记的是DNA分子的双链，所以本题关键是要弄清染色体上DNA的变化，由于DNA的复制是半保留复制，所以在第一次有丝分裂结束后果蝇的体细胞中均含有8条染色体、8个DNA，每个DNA的2条链中均含1条标记链和1条非标记链。在第二次有丝分裂时，间期复制完成时会有16个DNA，但是这16个DNA中，有8个DNA均是含1条标记链和1条非标记链，另外8个DNA均含非标记链；中期由于着丝粒没有分裂，所以每条染色体上有2个DNA，一个DNA含1条标记链和1条非标记链，另一个只含非标记链，所以在中期会有8条染色体有标记；后期着丝粒分裂，每条染色体上的DNA随着姐妹染色单体的分开而分开，在后期形成16条染色体，其中只有8条含有标记，这8条染色体中的DNA含1条标记链和1条非标记链。 　利用模型分析子细胞中染色体标记情况(三)DNA半保留复制的实验证据(素养目标：科学思维)4．(2021年广东韶关综合测试)把DNA分子均为15N－DNA的大肠杆菌，转移到含14N的培养基上，连续培养三代，并将每一代的大肠杆菌DNA提纯后进行梯度离心，测定其密度及条带的比例，部分结果如下，据此推测①、②、③处的数值分别是 (　　)A．(1/2) 1.742　(1/4) 1.710　(3/4) 0.86B．(1/2) 1.717　(1/4) 1.717　(3/4) 1.710C．(1/2) 1.717　(1/8) 1.717　(7/8) 0.86D．(1/2) 1.717　(1/8) 1.717　(7/8) 1.710【答案】B　【解析】每一代大肠杆菌DNA提纯后进行梯度离心，含14N－14N的DNA分子密度最小，含15N－15N的DNA分子密度最大，含15N－14N的DNA分子密度居中。亲代为含15N－15N的DNA分子，密度最大，由题可知密度为1.742 g/mL。子一代，有2个DNA，全部为含15N－14N的杂合DNA，由题可知密度为1.717 g/mL。子二代有4个DNA分子，其中2个是含15N－14N的DNA,2个是含14N－14N的纯合DNA，离心后形成两个带，密度分别是1.717 g/mL(比例1/2)和1.710 g/mL(比例1/2)；子三代有8个DNA分子，其中2个是含15N－14N的杂合DNA,6个是含14N－14N的纯合DNA，离心后形成两个带，密度分别是1.717 g/mL(比例1/4)和1.710 g/mL(比例3/4)。所以结果如下：典 题 演 练 · 破 解 高 考1．(2021年广东卷)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．②③C．③④ D．①④【答案】B　【解析】赫尔希和蔡斯证明了DNA是遗传物质，才引起人们对DNA结构的探索。富兰克林等拍摄的DNA衍射图谱以及查哥夫发现的DNA中嘌呤含量等于嘧啶含量，为DNA双螺旋结构模型的构建提供了实验依据。DNA半保留复制则是沃森和克里克在DNA双螺旋结构模型构建之后提出的，故②③符合题意。命题探源本题综合考查了DNA双螺旋结构模型的构建过程，涉及的内容均来自教材，考查的内容虽然综合但难度不大。2．(不定项)(2021年河北卷)许多抗肿瘤药物通过干扰DNA合成及功能抑制肿瘤细胞增殖。下表为三种抗肿瘤药物的主要作用机理。下列叙述正确的是 (　　)A．羟基脲处理后，肿瘤细胞中DNA复制和转录过程都出现原料匮乏B．放线菌素D处理后，肿瘤细胞中DNA复制和转录过程都受到抑制C．阿糖胞苷处理后，肿瘤细胞DNA复制过程中子链无法正常延伸D．将三种药物精准导入肿瘤细胞的技术可减弱它们对正常细胞的不利影响【答案】BCD　【解析】转录的原料是核糖核苷酸，A项错误；抑制DNA的模板功能，DNA复制和转录过程都受到抑制，B项正确；抑制DNA聚合酶活性，DNA复制时子链无法正常延伸，C项正确；将三种药物精准导入肿瘤细胞可减弱它们对正常细胞的伤害，D项正确。易错探因(1)不清楚DNA复制和转录的原料；(2)不清楚作为模板功能的DNA能参与哪些过程。3．(2019年天津卷)用3H标记胸腺嘧啶后合成脱氧核苷酸，注入真核细胞，可用于研究 (　　)A．DNA复制的场所 B．mRNA与核糖体的结合C．分泌蛋白的运输 D．细胞膜脂质的流动【答案】A　【解析】DNA复制需要DNA模板、原料脱氧核苷酸、能量ATP和DNA聚合酶，A正确；mRNA与核糖体的结合，开始翻译mRNA上的密码子，需要tRNA运输氨基酸，不需要脱氧核苷酸，B错误；分泌蛋白需要内质网的加工，形成囊泡运到高尔基体，加工、分类和包装，形成分泌小泡，运到细胞膜，胞吐出去，与脱氧核苷酸无关，C错误；细胞膜脂质的流动与物质跨膜运输有关，无需脱氧核苷酸，D错误。