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第六单元 基因的本质与表达,第十七讲 DNA分子的结构、复制与基因的本质,1DNA分子两条链按反相平行方式盘旋成双螺旋结构，脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。 2科学家运用同位素标记技术，采用假说演绎法，证实了DNA以半保留方式复制。 3. DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序代表了遗传信息。 4. DNA复制具有边解旋边复制、半保留复制的特点，主要发生在细胞核中，需要有模板、原料、酶和能量。 5基因是有遗传效应的DNA片段，其主要载体是染色体，线粒体和叶绿体中也存在基因。,基础回扣 一、DNA分子的结构 1DNA分子的组成 (1)组成元素：C、H、O、 、_ (2)基本单位 ； ； ； 。,N,P,磷酸,脱氧核糖,含氮碱基,脱氧核苷酸,(3)种类：根据含氮碱基不同，脱氧核苷酸有 种，分别为腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、 脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸。 2平面结构 由4种脱氧核苷酸聚合而成的脱氧核苷酸链。,胸腺嘧啶,4,3空间结构：规则的 结构。 (1)由两条脱氧核苷酸链盘旋而成。 (2)磷酸和脱氧核糖交替连接，排列在外侧，构成基本骨架。 (3)碱基对排列在内侧，遵循碱基互补配对原则：A和T配对、G与C配对。 解惑 不同脱氧核苷酸的差别体现在碱基的种类不同。,双螺旋,优化落实 考查一 DNA分子的结构 1判一判 (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)嘌呤碱基与嘧啶碱基的结合保证了DNA分子空间结构的相对稳定( ) (3)DNA的两条核糖核苷酸链反向平行盘旋成双螺旋结构( ),(4)DNA双螺旋结构的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成的( ) (5)两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对( ) (6)DNA上碱基对的形成遵循碱基互补配对原则，即AU，GC( ),二、DNA分子的复制 1概念：指以亲代DNA分子为模板合成子代DNA分子的过程。 2时间： 分裂的间期和 分裂前间期。 3场所：主要发生在 中，在线粒体、叶绿体中也能发生。,有丝,减数第一次,细胞核,4条件：模板、原料、 、 。 5特点： 复制。 6意义：确保了亲子代之间 的连续性。 解惑 不同生物的DNA复制场所不都相同。原核生物，如细菌拟核；真核生物细胞核、线粒体、叶绿体；病毒宿主细胞内。,酶,能量,边解旋边复制,半保留,遗传信息,考查二 DNA分子的复制 2. 判一判 (1)DNA初步水解的产物是4种脱氧核苷酸，彻底水解的产物有磷酸、脱氧核糖和碱基( ) (2)DNA复制的场所不只是细胞核( ) (3)DNA双螺旋全部解链后，开始DNA复制( ) (4)单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接成子链，并且2条子链形成子代DNA分子( ),(5)DNA的复制有可能出现“差错”( ) (6)DNA复制就是基因表达的过程( ) (7)DNA复制需要消耗能量( ),3下图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图，有关叙述错误的是( ),A图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的 B图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的 C真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶 D真核生物的这种复制方式提高了复制速率 解析 从图中可以看出有多个复制起点，但由于复制环的大小不同，所以复制起始的时间有先有后。DNA分子复制是边解旋边双向复制的，真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶、DNA聚合酶等参与。这种半保留复制的模式不仅保持前后代的稳定性，每次复制都可产生两个DNA分子，提高了效率。 答案 A,三、基因是有遗传效应的DNA片段,1由图可知基因与染色体的关系：基因在染色体上呈 _排列，构成基因的碱基数 DNA分子的碱基总数。 2将字母填入图中相应横线上：a.染色体、b.DNA、c.基因、d.脱氧核苷酸。 3基因的本质：具有 的 片段。 4生物多样性和特异性的物质基础： 分子的多样性和特异性。 5基因与性状的关系： 是控制生物性状的基本单位。 解惑 基因是遗传的基本结构和功能单位，其主要载体是染色体。线粒体和叶绿体中也存在基因。,线性,小于,遗传效应,DNA,DNA,基因,考查三 基因是有遗传效应的DNA片段 4判一判 (1)构成基因的碱基总数与DNA分子的碱基总数相等( ) (2)基因是有遗传效应的DNA片段( ) (3)不同DNA分子携带遗传信息不同的根本原因在于碱基排列顺序不同( ) (4)DNA的多样性主要取决于碱基排列顺序的多样性( ),(5)有遗传效应的片段只有DNA片段( ) (6)某DNA片段中有100个脱氧核苷酸，则可能的排列顺序为2100种( ) (7)构成基因的碱基总数与DNA分子的碱基总数相等( ) (8)分子大小相同、碱基含量相同的核酸分子所携带的遗传信息一定相同( ),考点一 DNA分子的结构及有关计算 关键点击 1.空间结构,易错清零 易错点1 DNA水解产物：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。 易错点2 氢键数目计算：若碱基对为n，则氢键数为2n3n；若已知A有m个，则氢键数为3nm。 易错点3 不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值不同，即(AT)/(CG)的值不同。该比值体现了不同生物DNA分子的特异性。 易错点4 若已知A占双链的比例c%，则A1单链的比例无法确定，但最大值可求出为2c%，最小值为0。,演练提升 1(2015合肥模拟)如图为核苷酸链结构图，有关叙述不正确的是( ),A能构成一个完整核苷酸的是图中的a和b B各核苷酸之间是通过化学键连接起来的 CDNA连接酶可连接断裂的化学键 D若该链为脱氧核苷酸链，从碱基组成上看，缺少的碱基是T,解析 核苷酸是核酸的基本组成单位，每个核苷酸由一分子的磷酸、一分子的五碳糖、一分子的含氮碱基组成；DNA中有A、T、C、G四种碱基，RNA中有A、U、C、G四种碱基；核苷酸分子通过磷酸二酯键连接组成核苷酸链。 答案 A,2. 经过对某生物体内的核酸成分的化学分析得知，该生物体内的核酸中，嘌呤占58%，嘧啶占42%，由此可以判断( ) A此生物体内的核酸一定是DNA B该生物一定不含DNA而只含RNA C若此生物只含DNA，则一定是单链的 D若此生物含DNA，则一定是双链的 解析 因该生物核酸中嘌呤数和嘧啶数不等，故可能是只含有RNA，或同时含有DNA和RNA，或只含单链DNA。 答案 C,核酸种类的判断方法 (1)DNA和RNA的判断：含有碱基T或脱氧核糖DNA；含有碱基U或核糖RNA (2)单链DNA和双链DNA的判断：若：AT，GC或AGTC双链DNA；若：嘌呤嘧啶单链DNA (3)DNA和RNA合成的判断：用放射性同位素标记T或U可判断DNA和RNA的合成。若大量消耗T，可推断正发生DNA的合成；若大量利用U，可推断正进行RNA的合成。,【解题技巧】,2DNA复制的过程,3DNA复制的有关计算 DNA的复制为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则有如下数量关系： (1)子代DNA分子数为：2n个 含有亲代链的DNA分子数为：2个 不含有亲代链的DNA分子数为(2n2)个,4染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系,易错清零 易错点1 对真核细胞而言，染色体是基因的主要载体，因为线粒体、叶绿体中也含有基因。 易错点2 无论一个DNA分子复制几次，母链只有两条，含母链的子代DNA分子只有两个。 易错点3 DNA的复制并非一定准确无误。在DNA复制过程中，脱氧核苷酸序列具有相对稳定性，但也可能发生差错，即发生碱基对的增添、缺失或改变基因突变。这种稳定性与可变性的统一，是生物遗传和变异的物质基础和根本原因。,演练提升 3用15N标记含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在14N的培养基中连续复制四次。其结果不可能是( ) A含有15N的DNA分子占1/8 B含有14N的DNA分子占7/8 C消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个 D产生了16个DNA分子,解析 由于DNA的复制是半保留复制，经过四次复制形成16个DNA分子，有2个DNA分子中一条链含有15N，另一条链含有14N，其余14个DNA分子两条链全部含有14N，该DNA分子中含有胞嘧啶60个，由此计算出含有鸟嘌呤60个，腺嘌呤和胸腺嘧啶各有40个，复制四次需要腺嘌呤脱氧核苷酸的数量为40(241)600个。 答案 B,4(2015山东四市联考)下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法，不正确的是( ) A基因一定位于染色体上 B基因在染色体上呈线性排列 C四种脱氧核苷酸的数目和排列顺序决定了基因的多样性和特异性 D一条染色体上含有1个或2个DNA分子,解析 基因是具有遗传效应的DNA片段，DNA不一定位于染色体上，因此基因不一定位于染色体上，故A错误；多个基因位于同一条染色体上，基因在染色体上呈线性排列，故B正确；不同基因中脱氧核苷酸的数目和排列顺序不同，基因具有多样性，而每一个基因中脱氧核苷酸的数目和排列顺序是特定的，因此基因又具有特异性，故C正确；没有复制的每条染色体含有1个DNA分子，复制后的每条染色体含有2条染色单体，每条染色单体含有1个DNA分子，故D正确。 答案 A,5. (2015绵阳检测)用32P标记了玉米体细胞(含20条染色体)的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养，在第二次细胞分裂完成后每个细胞中被32P标记的染色体条数是( ) A0条 B20条 C大于0小于20条 D以上都有可能,解析 第一次细胞分裂完成后形成的细胞中，DNA双链均是一条链含有32P，另一条链不含32P，第二次细胞分裂的间期，染色体复制后每条染色体上都是一条染色单体含32P，一条染色单体不含32P，有丝分裂后期，姐妹染色单体分离，如果含32P的20条染色体同时移向细胞的一极，不含32P的20条染色体同时移向细胞的另一极，则产生的子细胞中被32P标记的染色体条数分别是20条和0条，如果移向细胞两极的20条染色体中既有含32P的，也有不含32P的，则形成的子细胞中被32P标记的染色体条数大于0小于20条。 答案 D,利用图示法理解细胞分裂与DNA复制相结合的知识。,【解题技巧】,实验十六 探究DNA的复制方式 关键点击 关于DNA复制方式的探究，充分体现了假说演绎法，即在克里克假说的基础上，通过演绎推理，最终通过实验得以验证。实验材料为大肠杆菌，实验方法是利用放射性同位素标记技术将DNA母链与子代DNA分开，利用密度梯度离心技术将重量不同的DNA分子分开。,探究过程： 1提出假设：DNA以半保留的方式复制。,2演绎推理：子代DNA可能的情况及如何设计实验验证这种现象,3实验验证：(见下图) (1)大肠杆菌在含15N标记的NH4Cl培养基中繁殖n代，使DNA双链充分标记15N。 (2)将含15N的大肠杆菌转移到14N标记的普通培养基中培养。 (3)在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA(间隔的时间为大肠杆菌繁殖一代所需时间)。 (4)将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA位置。,演练提升 6下图表示DNA复制的过程，结合图示判断，下列有关叙述不正确的是( ),ADNA复制过程中首先需要解旋酶破坏DNA双链之间的氢键，使两条链解开 BDNA分子的复制具有双向复制的特点，生成的两条子链的方向相反 C从图示可知，DNA分子具有多起点复制的特点，缩短了复制所需的时间 DDNA分子的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段 解析 从图示中不能获得DNA分子具有多起点复制的特点。 答案 C,7DNA的复制方式，可以通过设想来进行预测，可能的情况是全保留复制、半保留复制、分散(弥散)复制三种。究竟是哪种复制方式呢？下面设计实验来证明DNA的复制方式。,实验步骤： a在氮源为14N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14NDNA(对照)。 b在氮源为15N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分 子均为15NDNA(亲代)。 c将亲代15N大肠杆菌转移到氮源为含14N的培养基中，再连续繁殖两代(和)，用密度梯度离心法分离，不同分子量的DNA分子将分布在试管中的不同位置上。,实验预测： (1)如果与对照(14N/14N)相比，子代能分辨出两条DNA带：一条_带和一条_带，则可以排除_。 (2)如果子代只有一条中密度带，则可以排除_，但不能肯定是_。 (3)如果子代只有一条中密度带，再继续做子代DNA密度鉴定：若子代可以分出_和_，则可以排除分散复制，同时肯定半保留复制；如果子代不能分出_密度两条带，则排除_，同时确定为_。,解析 从题目中的图示可知，深色为亲代DNA的脱氧核苷酸链(母链)，浅色为新形成的子代DNA的脱氧核苷酸链(子链)。因此全保留复制后得到的两个DNA分子，一个是原来的两条母链重新形成的亲代DNA分子，一个是两条子链形成的子代DNA分子；半保留复制后得到的每个子代DNA分子的一条链为母链，一条链为子链；分散复制后得到的每个子代DNA分子的单链都是由母链片段和子代片段间隔连接而成的。,答案 (1)轻(14N/14N) 重(15N/15N) 半保留复制和分散复制 (2)全保留复制 半保留复制或分散复制 (3)一条中密度带 一条轻密度带 中、轻 半保留复制 分散复制,考向一 DNA分子的结构(5年10考) 典例1 (2015诸城检测)下图是某DNA分子的局部结构示意图，请据图回答。,(1)写出下列图中序号代表的结构的中文名称：_，_，_，_。 (2)图中DNA片段中碱基对有_对，该DNA分子应有_个游离的磷酸基。 (3)从主链上看，两条单链方向_，从碱基关系看，两条单链_。,(4)如果将14N标记的细胞培养在含15N标记的脱氧核苷酸的培养液中，此图所示的_(填图中序号)中可测到15N。若细胞在该培养液中分裂四次，该DNA分子也复制四次，则得到的子代DNA分子中含14N的DNA分子和含15N的DNA分子的比例为_。 (5)若该DNA分子共有a个碱基，其中腺嘌呤有m个，则该DNA分子复制4次，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸为_个。,思路点拨 DNA的基本组成单位为脱氧核苷酸，一分子脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基组成；DNA复制方式为半保留复制，经n次复制后含母链的DNA分子为两条。,解析 根据碱基互补配对原则可知，是胞嘧啶，是腺嘌呤，是鸟嘌呤，是胸腺嘧啶，是磷酸基团，是胸腺嘧啶，是脱氧核糖，是胸腺嘧啶脱氧核苷酸，,易错辨析 DNA两条链是反向平行的，DNA聚合酶只能沿3延伸DNA链，因此DNA复制是有方向的。,考向二 DNA复制(5年8考) 典例2 如图为真核生物DNA的结构(图甲)及发生的生理过程(图乙)，请据图回答问题：,(1)图甲为DNA的结构示意图，其基本骨架由_和_(填序号)交替排列构成，为_。 (2)图乙为_过程，发生的场所为_，发生的时期为_。从图示可看出，该过程是从_起点开始复制的，从而_复制速率；图中所示的酶为_酶，作用于图甲中的_(填序号)。 (3)5BrU(5溴尿嘧啶)既可以与A配对，又可以与C配对。将一个正常的具有分裂能力的细胞，接种到含有A、G、C、T、5BrU五种核苷酸的适宜培养基上，至少需要经过_次复制后，才能实现细胞中某DNA分子某位点上碱基对从TA到CG的替换。,思路点拨 DNA复制的条件：(1)模板：DNA双链 (2)原料：脱氧核苷酸 (3)能量：ATP (4)酶：解旋酶、DNA聚合酶；解旋酶作用于氢键，使DNA双链解开；DNA聚合酶使脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键，连接形成DNA单链。,解析 (1)在DNA的结构中，磷酸和脱氧核糖交替排列构成DNA的基本骨架，为磷酸，为脱氧核糖，为胞嘧啶，三者构成胞嘧啶脱氧核苷酸。(2)图乙为DNA的复制过程，主要在细胞核中进行，在线粒体和叶绿体中也存在该过程，其发生在有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期；从图中可以看出，DNA复制是边解旋边复制的，且从多个起点开始，这种复制方式提高了复制的速率；图中的酶为DNA解旋酶，作用于氢键，即图甲中的。(3)用B表示5溴尿嘧啶，过程如下：,答案 (1) 胞嘧啶脱氧核苷酸 (2)DNA复制 细胞核、线粒体和叶绿体 有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期 多个 提高 DNA解旋 (3)3,易错辨析 DNA复制的特点为半保留复制、边复制边解旋、多起点复制；在一个细胞周期中DNA只复制一次，因此在一个细胞周期中DNA每个复制起点只起始一次；转录过程为合成mRNA，翻译产生蛋白质，在一个细胞周期中可能多次起始，产生多条mRNA，来翻译产生蛋白质。,考向三 DNA复制的有关计算(5年6考) 典例3 (2014山东卷， 5)某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成，根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图，下列正确的是( ),思路点拨 DNA分子中(AC)/(TG)等于1，一条链中(AC)/(TG)大于等于0；一条链中(AC)/(TG)与互补链中(AC)/(TG)互为倒数；DNA分子中(AT)/( CG)等于每条链中这种比例。,解析 设该单链中四种碱基含量分别为A1、T1、G1、C1，其互补链中四种碱基含量为A2、T2、C2、G2，DNA分子中四种碱基含量A、T、G、C。由碱基互补配对原则可知(AC)/(TG)1，A曲线应为水平，A项错误；(A2C2)/(T2G2)(T1G1)/(A1C1)，B曲线应为双曲线的一支，B项错误；(AT)/(GC)(A1A2T1T2)/(G1G2C1C2)(A1T1)/(G1C1)，C项正确；(A1T1)/(G1C1)(T2A1)/(C2G2)，D项错误。 答案 C,易错辨析 在双链DNA分子中，配对碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等；双链DNA分子中，非配对碱基之和所占比例在两条互补链中互为倒数。,考情一 DNA分子的结构 1. (2015南京模拟)DNA指纹技术是分子生物学中的一种新技术，它是从分子水平区别不同种类生物之间以及同种生物之间差异的重要手段，在法医学鉴定、癌症研究、疾病诊断等方面有非常重要的应用。其理论依据是( ) ADNA分子具有多样性 BDNA分子具有特异性 C碱基的互补配对原则 D基因控制生物遗传性状,解析 DNA指纹技术依据碱基互补配对原则，用特定的DNA碱基序列对待测DNA进行鉴定，其原理是DNA分子具有特异性；碱基互补配对原则是双链DNA分子结构的共性， DNA分子具有多样性是由DNA分子中碱基对的排列顺序千变万化造成的，基因控制生物性状体现出基因与生物性状的关系。 答案 B,2. (2015合肥模拟)7乙基鸟嘌呤不与胞嘧啶(C)配对而与胸腺嘧啶(T)配对。某DNA分子中腺嘌呤(A)占碱基总数的30%，其中的鸟嘌呤(G)全部被7乙基化，该DNA分子正常复制产生两个DNA分子，其中一个DNA分子中胸腺嘧啶(T)占碱基总数的45%，另一个DNA分子中鸟嘌呤(G)所占比例为( ) A10% B20% C30% D45%,解析 据DNA分子中的A占30%，可知T占30%，C占20%，G占20%。当其中的G全部被7乙基化后，新复制的两个DNA分子中如果一个DNA分子中的T占总数的45%，则另一个DNA分子中的T占35%，但G的比例不变。若求另一个DNA分子中胞嘧啶(C)所占比例为15%。 答案 B,考情二 DNA分子的复制与基因的本质 3. (2015苏北四市三调)下列有关真核细胞DNA分子复制的叙述正确的是( ) A复制过程中先全部解链，再半保留复制 B复制过程中不需要消耗ATP CDNA聚合酶催化两个游离的脱氧核苷酸之间的连接 D复制后产生的两个子代DNA分子共含有4个游离的磷酸基团,解析 DNA分子的复制是边解旋边复制的过程，需要消耗ATP；DNA聚合酶催化游离的脱氧核苷酸连接到已有的脱氧核苷酸链上。 答案 D,4. 科学研究发现，小鼠体内HMIGIC基因与肥胖直接相关。具有HMIGIC基因缺陷的实验小鼠与作为对照的正常小鼠，吃同样多的高脂肪食物，一段时间后，对照组小鼠变得十分肥胖，而具有HMIGIC基因缺陷的实验小鼠体重仍然保持正常，这说明( ) A基因在DNA上 B基因在染色体上 C基因具有遗传效应 DDNA具有遗传效应,解析 根据对照实验，正常小鼠吃高脂肪食物则肥胖，具有HMIGIC基因缺陷的小鼠吃同样多的高脂肪食物体重仍保持正常，说明肥胖由基因控制，从而得出基因能够控制性状，具有遗传效应。 答案 C,考情三 探究DNA的复制方式 5. (2015淮安调研)如图为细胞内某基因(15N标记)结构示意图，A占全部碱基的20%。下列说法错误的是( ),A该基因中不可能含有S元素 B该基因的碱基(CG)/(AT)为32 C限制性核酸内切酶作用于部位，DNA解旋酶作用于部位 D将该基因置于14N培养液中复制3次后，含15N的脱氧核苷酸链占1/4,解析 基因是有遗传效应的DNA片段，其组成元素有C、H、O、N、P，A正确；在双链DNA分子中，AT，T也占全部碱基的20%，由于ATGC100%、CG，得出C和G各占全部碱基的30%，所以该基因的碱基(CG)/(AT)为32，B正确；限制性核酸内切酶作用于部位的磷酸二酯键，DNA解旋酶作用于部位的氢键，C正确；复制3次共产生8个DNA分子，16条脱氧核苷酸链，有两条母链含15N，所以含15N的脱氧核苷酸链占子代总脱氧核苷酸链的1/8，D错误。 答案 D,6科学家以大肠杆菌为实验对象，运用同位素示踪技术及密度梯度离心方法进行了DNA复制方式的探索实验，实验内容及结果见下表。,请分析并回答： (1)要得到DNA中的N全部被放射性标记的大肠杆菌B，必须经过_代培养，且培养液中的_是唯一氮源。 (2)综合分析本实验的DNA离心结果，第_组结果对得到结论起到了关键作用，但需把它与第_组和第_组的结果进行比较，才能说明DNA分子的复制方式是_。,(3)分析讨论： 若子代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带，则“重带”DNA来自于_，据此可判断DNA分子的复制方式不是_复制。 若将子代DNA双链分开后再离心，其结果_(选填“能”或“不能”)判断DNA的复制方式。 若在同等条件下将子代继续培养，子n代DNA离心的结果是：密度带的数量和位置_，放射性强度发生变化的是_带。,解析 经过一代培养后，只能是标记DNA分子的一条单链，所以要想对所有的DNA分子全部标记，要进行多代培养；在探究DNA分子的复制方式为半保留复制的实验中，“重带”应为两个单链均被15N标记，“轻带”为两个单链均被14N标记，“中带”为一个单链被14N标记，另一个单链被15N标记。 答案 (1)多 15NH4Cl (2)3 1 2 半保留复制 (3)B 半保留 不能 没有变化 轻,
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