2024届苏教版高考生物一轮复习DNA分子的结构和复制课件

这是一份2024届苏教版高考生物一轮复习DNA分子的结构和复制课件，共60页。PPT课件主要包含了4实验过程等内容，欢迎下载使用。

考点1　DNA分子的结构
研读教材　夯实必备知识内化知识　提升素养能力瞄准高考　强化迁移应用
一、沃森和克里克解开了DNA分子结构之谜1．20世纪30年代后期，瑞典科学家证明了DNA分子是________。2．20世纪40年代后期，科学家又用____显微镜观察，并通过计算得出DNA分子的直径约为2 nm。3．1951年，奥地利科学家______在定量分析几种生物DNA分子的碱基组成后，发现DNA分子中腺嘌呤(A)的量总与_____________的量相当，___________的量总与胞嘧啶(C)的量相当。
4．1952年，英国科学家富兰克林获得了一张__________________ ____。她通过解析，推断DNA分子可能由______组成。5．1953年，两位年轻科学家____和______，提出了DNA分子的______结构模型。
二、DNA分子的双螺旋结构模型1．平面结构
2．立体结构(1)DNA分子的立体结构由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链按照反向平行的方式盘旋成双螺旋结构。(2)DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在双螺旋结构的外侧，构成DNA分子的基本骨架。(3)DNA分子两条链上的碱基，通过氢键连接成碱基对，排列在双螺旋结构的内侧。(4)DNA分子中碱基配对有一定的规律：A与T配对，G与C配对。碱基之间的这种一一对应关系，称为碱基互补配对原则。(5)在碱基对中，A和T之间形成两个氢键，G和C之间形成三个氢键。
3．特性(1)特异性：特定碱基对的排列顺序构成了DNA分子的特异性。(2)多样性：碱基对排列顺序的千变万化导致了DNA分子的多样性。
1．沃森和克里克研究DNA分子的结构时，运用了构建物理模型的方法。( )2．磷酸与核糖交替连接排列在外侧构成了DNA的基本骨架。( )提示：磷酸和脱氧核糖交替连接排列在外侧。3．DNA中一条链的嘌呤数或嘧啶数一定等于另一条链的嘌呤数或嘧啶数。( )提示：DNA双链中嘌呤和嘧啶互补配对，DNA中一条链的嘌呤数或嘧啶数一定等于另一条链中的嘧啶数或嘌呤数。
4．DNA分子的多样性和特异性主要与它的空间结构密切相关。( )提示：DNA的空间结构都是双螺旋结构，与多样性和特异性无关。5．DNA分子中G和C所占的比例越大，其稳定性越低。( )提示：G和C之间有三个氢键，A和T之间有两个氢键，因此，DNA分子中G和C所占的比例越大，稳定性越高。
1．坐落在北京中关村高新科技园区的DNA雕塑，以它简洁而独特的造型吸引着过往行人，它象征着中关村生生不息的精神，寓意创新的生命更加顽强。(必修2　P52“边做边学”)
(1)该双螺旋模型代表的双链之间通过什么化学键连接？提示：氢键。
(2)该双螺旋模型代表的双链长度是否相等？为什么？提示：相等。两条链之间通过碱基互补配对，所以两条链的脱氧核苷酸数目相等。(3)DNA中的N、P分别存在于脱氧核苷酸的哪一组成成分中？提示：N存在于含氮碱基中，P存在于磷酸基团中。(4)DNA若进行初步水解和彻底水解，则产物分别是什么？提示：初步水解产物是脱氧核苷酸，彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和含氮碱基。
2．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。(必修2　P51“图2-2-4”)提示：5′-端　3′-端　相反
1．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_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。提示：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
2．DNA分子的结构具有稳定性的原因是_______________________ _____________________________________________________________________________________________________________________。提示：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
DNA的结构中的相关计算(注意是单链还是双链，碱基对数还是碱基个数)1．涉及DNA单链碱基计算的3个解题步骤
2．以DNA双链为研究对象时碱基数量的关系(1)A、T、G、C的关系：A＝T，G＝C。(2)DNA双链中，两个不互补的碱基之和相等，并为碱基总数的1/2，即(A＋G)＝(T＋C)＝(A＋C)＝(T＋G)＝1/2×碱基总数。(3)非互补碱基和之比：(A＋G)/(T＋C)＝(A＋C)/(T＋G)＝1。结论：DNA双链中非互补碱基之和相等。
3．以DNA单链为研究对象时碱基数量的关系(1)A1＝T2，G1＝C2，C1＝G2，T1＝A2。(2)若1链中(A1＋G1)/(T1＋C1)＝m，则2链中(A2＋G2)/(T2＋C2)＝1/m。结论：两链间非互补碱基和之比互为倒数。
4．DNA双链和单链中碱基数量的关系(1)若双链DNA中的一条链上A1＋T1＝n%，则： ⇒A1＋T1＝A2＋T2＝n%，所以A＋T＝(A1＋A2＋T1＋T2)/2＝(n%＋n%)/2＝n%。结论：在同一DNA中，单链中某互补碱基之和所占的比例与双链中该互补碱基之和所占的比例相等。
(2)若1链中A1所占比例为X1，2链中A2所占比例为X2，则整个DNA中A所占比例为(X1＋X2)/2。结论：某碱基占双链DNA碱基总数的比例等于相应碱基占相应单链比例之和的一半。
1．某DNA片段的结构如图所示。
β链的碱基序列为：5′________________3′提示：CGT
2．解读两种DNA结构模型：
甲　　　　　　　乙
(1)图乙是图甲的简化形式，其中__是磷酸二酯键，③是氢键。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)图甲中两个相邻的碱基是怎样连接的？提示：①氢键；②脱氧核糖－磷酸－脱氧核糖。
考向1考查DNA分子的结构和特点1．(2022·江苏灌南阶段练习)如图为某链状DNA分子部分结构示意图。下列有关叙述正确的是(　　)
A．图中甲、丙是该DNA片段的3′端B．图中DNA连续复制2次，需胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数量是6个C．图中虚线框内代表的结构也存在于RNA中D．DNA中核苷酸的连接方式决定了遗传信息
B　[游离磷酸基团的一端为DNA的5′端，羟基的一端为3′端，因此甲、丙是该DNA片段的5′端，乙、丁是该DNA片段的3′端，A错误；图中胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数量为2个，DNA连续复制2次后形成的DNA个数为22＝4个，则消耗胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数量为2×(4－1)＝6个，B正确；DNA中的五碳糖为脱氧核糖，而RNA中的五碳糖为核糖，因此图中虚线框内代表的结构不会存在于RNA中，C错误；DNA中核苷酸的排列顺序决定了遗传信息，D错误。故选B。]
2．(2022·广东广州专题练习)对双链DNA分子进行加热会导致DNA解旋为单链结构(这一过程称为DNA分子的变性)，但DNA分子单链中的化学键并没有发生变化。对双链DNA分子加热使其解开一半时所需的温度称为该DNA的熔点(Tm)。下列有关说法错误的是(　　)A．DNA分子变性只是破坏了DNA分子中的氢键B．在格里菲斯的肺炎链球菌转化实验中不存在DNA分子的变性C．Tm值的大小与DNA分子中碱基G—C所占的百分比成正相关D．变性后的DNA分子空间结构和生物学功能均发生了改变
B　[根据题中信息可知，DNA分子变性破坏的仅仅是DNA分子中的氢键，A正确；在格里菲斯的肺炎链球菌转化实验中，有一组实验是将加热杀死的S型细菌与R型活细菌混合后注射到小鼠体内，故在加热的过程中存在变性，B错误；G—C碱基对之间存在3个氢键，而A—T碱基对之间只存在2个氢键，故G—C所占的百分比越大，Tm值也越大，C正确；变性后的DNA分子空间结构和生物学功能均发生了改变，D正确。故选B。]
3．(2022·江苏溧水高三期末)如图所示某基因片段中有一条链被15N标记。下列相关叙述错误的是(　　)
A．限制酶和DNA酶作用于①处，解旋酶作用于③处B．②是胸腺嘧啶脱氧核苷酸，图示的碱基对共有14个氢键C．把此DNA放在含14N的原料的PCR体系中扩增3代，子代中含14N的DNA占1/16D．若该基因一条链上G＋C占60%，则其转录成的mRNA链中G＋C可能也占60%
C　[限制酶和DNA酶作用于磷酸二酯键，即①部位，而解旋酶作用于氢键，即③部位，A正确；A—T碱基对之间有2个氢键，G—C碱基对之间有3个氢键，图中共有14个氢键，B正确；把此DNA放在含14N的培养液中扩增3代得到8个DNA分子，根据DNA的半保留复制，其中有1个DNA分子的一条链含有15N，另一条链含有14N，其他7个DNA分子只含14N，所以子代中含14N的DNA占100%，C错误；若该基因一条链上G＋C占60%，则其转录成的mRNA链中G＋C可能也占60%，D正确。故选C。]
考向2考查基因的概念与DNA和染色体的关系4．(多选)(2022·江苏苏州阶段练习)染色质(体)、DNA和基因三者之间有着千丝万缕的联系，但又有较大区别。下列相关叙述正确的是(　　)A．染色质存在于真核细胞的细胞核内，DNA和基因还可存在于细胞质内B．基因可以是DNA片段，但DNA片段不一定是基因C．摩尔根通过白眼果蝇和红眼果蝇杂交实验证明了基因在染色体上呈线性排列D．基因和染色体在杂交过程中保持完整性和独立性
ABD　[染色质存在于真核细胞的细胞核内，DNA和基因还可存在于细胞质的线粒体和叶绿体中，A正确；基因是有遗传效应的DNA片段，没有遗传效应的DNA片段不是基因，B正确；摩尔根通过白眼果蝇和红眼果蝇杂交实验证明了基因在染色体上，C错误；基因和染色体在杂交过程中保持完整性和独立性，D正确。故选ABD。]
考点2　DNA分子的复制
一、对DNA分子复制的推测与验证1．DNA分子的复制以亲代DNA分子为模板合成子代DNA分子的过程。
2．证明DNA分子半保留复制的实验(1)科学家：米西尔森和斯塔尔。(2)实验材料：________。(3)实验方法：运用__________技术和密度梯度离心技术。
(5)结果分析①离心处理后，子一代DNA分子为________(含14N和15N)，原因在于新合成的每个DNA分子中，都含有_____________中的一条链(15N)和以该链为模板新合成的__________(14N)。②子二代DNA分子应该为__________(含14N)和____________(含14N和15N)。
二、DNA分子的半保留复制1．概念：在新合成的每个DNA分子中，都保留了____________中的一条链，因此，这种复制方式被称为DNA分子半保留复制。
3．精确复制的原因：在DNA分子半保留复制中，__________为复制提供了模板，________________保证了复制的精确进行。4．意义：正是DNA分子的半保留复制，确保了________代代传递的连续性。
1．DNA复制遵循碱基互补配对原则，新合成的DNA分子的两条链均是新合成的。( )提示：新合成的DNA分子的两条链有一条链是新合成的。2．DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制。( )提示：DNA复制时边解旋边复制。3．单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链。( )提示：在DNA聚合酶的作用下，单个脱氧核苷酸连接到DNA单链片段上形成子链。
4．复制后的两个子代DNA分子将在有丝分裂后期或后期Ⅱ着丝粒分裂时，随染色单体分离而分开，分别进入两个子细胞中。( )5．在人体内，成熟的红细胞、浆细胞中不发生DNA的复制。( )
1．子一代只出现一条居中的DNA条带，这个结果排除了_________复制方式。(必修2　P54“积极思维”)提示：全保留2．DNA指纹的基本操作：从生物样品中提取DNA(DNA一般都有部分的降解)，可运用________________技术扩增出DNA片段或完整的基因组DNA，用________________________________酶可将扩增出的DNA切割成DNA片段。(必修2　P57“课外探究”)提示：PCR　限制性内切核酸
1．解旋酶和DNA聚合酶各自的作用是_________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________。提示：前者使氢键打开，DNA双链解旋；后者催化脱氧核苷酸形成磷酸二酯键，从而形成新的子链
2．蛙的红细胞和哺乳动物成熟的红细胞，是否都能进行DNA分子的复制过程？说明理由：____________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________。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没有细胞核，也没有各种细胞器，不能进行DNA分子的复制
3．如图为DNA分子的复制过程。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，分别表述为_____________________________________ ________________________________________________________。
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
图解法分析DNA复制的相关计算
一个亲代DNA连续复制n次后，则：(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DNA分子有(2n－2)个。(2)子代DNA分子总链数：2n×2＝2n＋1条①无论复制多少次，含15N的链始终是2条；②含14N的链数是(2n＋1－2)条。
(3)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，则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸数为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。
1．下列为DNA复制的有关图示，A→B→C表示大肠杆菌的DNA复制，D→E→F表示哺乳动物的DNA分子复制。图中黑点表示复制起点，“→”表示复制方向，“⇨”表示时间顺序。
(1)哺乳动物体细胞中的DNA分子展开可达2 m之长，若按A～C图的方式复制，至少需要8 h，而实际上只需约6 h，根据D～F图分析，原因是________________________________________________ _____________________________________________________。(2)A～F图均有以下特点：延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA分子复制的特点是__________________________________________ _______________________________________________________。
(3)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________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。提示：(1)DNA分子从多个起点(双向)复制　(2)边解旋边复制　(3)DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供精确的模板，碱基互补配对原则保证DNA分子复制的准确无误
2．将发生癌变的小肠上皮细胞用含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液培养，一段时间后再移至普通培养液中培养，不同间隔时间取样，检测到被标记的癌细胞比例减少，出现上述结果的原因是____________________________________________________________________________________________________________________。提示：依据DNA半保留复制特点，移到普通培养液中的被标记的癌细胞，随着细胞增殖次数的增加，不被标记的癌细胞开始出现并不断增多，故被标记的癌细胞比例减少
考向1考查DNA分子复制的过程和特点1．(2022·江苏南京阶段练习)图1为真核细胞DNA复制的电镜照片，其中泡状结构为复制泡，是DNA上正在复制的部分。滚环复制为某些环状DNA分子的一种复制方式，新合成的链可沿环状模板链滚动而延伸，其过程如图2所示。下列相关叙述不正确的是(　　)
A．每个复制泡中含有2条DNA母链和2条子链B．每个复制泡中一条子链是完全连续的，另一条子链是不连续的C．滚环复制起始时需要特异的酶在起始点切开一条链的磷酸二酯键D．滚环复制在3′－OH端开始以该链为引物向前延伸
图1　　　　　　　　　图2
B　[DNA分子的复制过程是以解开的两条DNA单链为模板进行复制的，因此，每个复制泡中含有2条DNA母链和2条子链，A正确；DNA聚合酶只能催化子链从5′到3′端延伸，每个复制泡向两侧双向复制，每个复制泡中同一方向的一条子链是连续的，另一条子链是不连续的，B错误；结合题图可知：滚环复制前亲代双链DNA的一条链在DNA分子的复制起点处被切开，其5′端游离出来，此后开始复制，C正确；由于DNA分子的复制过程中子链的延伸在3′－OH端，结合图示可知，滚环复制在3′－OH端开始以切开的该链为引物向前延伸，D正确。故选B。]
2．(2022·江苏苏州模拟预测)如图为细胞核中DNA复制过程的部分示意图，相关叙述正确的是(　　)
A．真核生物DNA分子为单起点复制，复制起点位于DNA分子特定位置B．解旋酶在解旋DNA并使自身沿DNA链移动的过程中需要消耗ATPC．引物的合成需要引物酶的参与，引物酶的实质是DNA聚合酶D．所有DNA聚合酶都需要5′－ 引发末端的起始DNA合成
B　[真核生物DNA分子为多起点复制，复制起点位于DNA分子特定位置，A错误；解旋酶能打开双链间的氢键，使双链DNA解开，需要消耗ATP，B正确；由于DNA聚合酶不能自行从头合成DNA链，因此在复制过程中首先需要合成一小段RNA的多核苷酸链作引物，在这段RNA引物的基础上引导DNA链的合成，催化RNA引物合成的酶是引物酶，实际上它是一种特殊的RNA聚合酶，C错误；DNA聚合酶不能催化DNA新链从头合成，只能催化脱氧核苷酸加入子链的3′—OH末端，因而复制之初需要一段DNA引物的3′—OH端为起点，合成5′→3′方向的新链，D错误。故选B。]
考向2考查DNA复制的相关计算3．(2022·江苏苏州高三专题练习)用15N标记某二倍体动物(2N＝8)的精原细胞核DNA双链，将其置于14N的培养液中，让该精原细胞在特定的条件下进行一次有丝分裂或减数分裂。下列有关叙述正确的是(　　)A．有丝分裂中期与中期Ⅱ细胞核DNA数量相同B．有丝分裂后期细胞中的核DNA分子均含有15N标记C．中期Ⅰ含14N的染色单体有8条D．分别对减数分裂产生的四个精细胞的核DNA进行密度梯度离心，其分布结果不同
B　[有丝分裂中期细胞核DNA数量是中期Ⅱ细胞核DNA数量的两倍，A错误；由于DNA的半保留复制，有丝分裂后期DNA的1条链为15N，另1条链为14N，所以均含有15N，B正确；由于减数分裂DNA复制，中期Ⅰ含有14N的染色单体共有16条，C错误；由于减数分裂过程中DNA分子进行一次半保留复制，所以分别对减数分裂产生的四个精子的DNA进行密度梯度离心，其结果一致，D错误。故选B。]
4．(2022·江苏泰州高三期末)将1个DNA双链都被15N标记的大肠杆菌放到只含14N的培养基中培养，然后在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA，通过密度梯度离心技术将15N/15N－DNA、14N/14N－DNA、15N/14N－DNA分开。因DNA能够强烈地吸收紫外线，用紫外光源照射离心管，透过离心管在感光胶片上记录DNA带的位置就可以显示出离心管内不同密度的DNA带。假定1个DNA分子共含有m个碱基，其中有a个胸腺嘧啶，下列相关叙述正确的是(　　)A．通常第2次复制后感光胶片上仍有15N/15N－DNA的条带B．感光胶片上记录DNA条带的位置是因15N具有放射性C．第n次复制需要游离的胞嘧啶的数目是2n－2(m－2a)D．复制后的DNA分配到两个子细胞时遵循基因分离定律
C　[第2次复制后，最初的DNA的两条被15N标记的单链分别进入两个子代大肠杆菌，故只剩14N/14N－DNA和15N/14N－DNA，A错误；因DNA能够强烈地吸收紫外线，所以用紫外光源照射离心管，透过离心管在感光胶片上记录DNA带的位置就可以显示出离心管内不同密度的DNA带，B错误；一个DNA中共有m个碱基，a个胸腺嘧啶，所以含有胞嘧啶(m/2－a)个，复制n－1次有胞嘧啶2n－1(m/2－a)个，由于半保留复制，第n次复制需要游离的胞嘧啶的数目与复制n－1次的胞嘧啶数量一样多，是2n－1(m/2－a)＝2n－2(m－2a)，C正确；大肠杆菌为原核生物，不遵循基因分离定律，D错误。故选C。]
1．核心概念(1)碱基互补配对原则：DNA分子中碱基配对有一定的规律：A与T配对，G与C配对。碱基之间的这种一一对应关系，称为碱基互补配对原则。(2)DNA分子的复制：以亲代DNA分子为模板合成子代DNA分子的过程。(3)DNA分子半保留复制：在新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此，这种复制方式被称为DNA分子半保留复制。
2．结论语句(1)DNA分子的立体结构由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链按照反向平行的方式盘旋成双螺旋结构；DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在双螺旋结构的外侧，构成DNA分子的基本骨架；DNA分子两条链上的碱基，通过氢键连接成碱基对，排列在双螺旋结构的内侧。