2019高考生物一轮总复习 第二单元 遗传的物质基础 第2讲 DNA分子的结构、复制和基因是有遗传效应的DNA片段课件 新人教版必修2.ppt

第二单元遗传的物质基础 必修二 第二讲DNA分子的结构 复制和基因是有遗传效应的DNA片段 1 DNA分子的结构 1 基本单位 考点一DNA分子的结构和基因的概念 磷酸 脱氧核糖 腺嘌呤 腺嘌呤脱氧核苷酸 磷酸 脱氧核糖 碱基对 T T G G 碱基互补配对 双螺旋 4 DNA分子结构特点 1 性 具n个碱基对的DNA具有4n种碱基对排列顺序 2 性 如每种DNA分子都有其特定的碱基对排列顺序 3 性 如两条主链磷酸与脱氧核糖交替连接的顺序不变 碱基对构成方式不变等 多样 特异 稳定 2 基因是有遗传效应的DNA片段 1 据图 分析得出 基因与染色体的关系是 基因在染色体上呈 排列 染色体由DNA和蛋白质构成 一个DNA上有 个基因 构成基因的碱基数 填 大于 或 小于 或 等于 DNA分子的碱基总数 基因的本质是有 的DNA片段 遗传信息蕴藏在 的排列顺序之中 2 将代表下列结构的字母填入图 中的相应横线上a 染色体 b DNA c 基因 d 脱氧核苷酸 线性 许多 小于 遗传效应 4种碱基 dcba 从左至右 判断下列说法的正误 1 双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的 2 DNA有氢键 RNA没有氢键 3 双链DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数 4 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 5 嘌呤碱基与嘧呤碱基的结合保证了DNA分子空间结构的相对稳定 6 DNA分子中两条脱氧核苷酸之间的碱基一定是通过氢键连接的 如图为某同学在学习了DNA分子的结构后画的含有两个碱基对的DNA分子片段 其中 代表磷酸基团 下列为几位同学对此图的评价 其中哪位同学的评价较合理 甲认为该图没有什么物质和结构上的错误 乙认为该图至少有三处错误 其中核糖应改为脱氧核糖 U应改为T DNA单链中脱氧核苷酸的磷酸基团应与相邻脱氧核苷酸3 碳上羟基脱水形成磷酸二酯键 丙认为如果他画的是双链RNA分子 则该图就是正确的 提示 该同学要画的为DNA分子结构图 图中的错误有 五碳糖应为脱氧核糖 碱基不能含尿嘧啶 U 磷酸与磷酸之间无化学键的连接 磷酸应与脱氧核糖交替连接 故乙同学评价较合理 1 DNA分子结构模式图信息解读 1 每个DNA片段中 游离的磷酸基团有2个 2 一条核苷酸链中相邻两个核苷酸通过磷酸二酯键相连 用限制性核酸内切酶处理可切断 用DNA连接酶处理可连接 3 碱基对之间的化学键为氢键 可用解旋酶断裂 也可加热断裂 4 每个脱氧核糖 除两端外 连接着2个磷酸 分别在3号 5号碳原子上相连接 5 若碱基对为n 则氢键数为2n 3n之间 若已知A有m个 则氢键数为3n m 2 DNA分子的结构特点 1 稳定性 DNA中脱氧核糖和磷酸交替连接的方式不变 两条链间碱基互补配对的方式不变 2 多样性 DNA分子中碱基的排列顺序多种多样 3 特异性 每种DNA有别于其他DNA的特定的碱基排列顺序 3 基因与脱氧核苷酸 DNA和染色体之间的关系 高考警示 1 脱氧核苷酸聚合形成长链的过程中产生水 即脱氧核苷酸 DNA H2O 2 DNA分子结构可简记为5种元素 4种碱基 脱氧核苷酸 3种小分子 2条长链 1个双螺旋 3 DNA分子中 脱氧核苷酸数 脱氧核糖数 磷酸数 含氮碱基数 1 1 1 1 4 DNA分子彻底水解时得到的产物是脱氧核苷酸的基本组分 即脱氧核糖 磷酸 含氮碱基 5 对于真核细胞来说 染色体是基因的主要载体 线粒体和叶绿体也是基因的载体 6 对于原核细胞来说 拟核中的DNA分子或者质粒DNA均是裸露的 没有与蛋白质一起构成染色体 7 位于染色体上的基因随着染色体传递给子代 其遗传遵循孟德尔遗传规律 位于线粒体和叶绿体中的基因随线粒体和叶绿体传给子代 是控制细胞质遗传的基因 特点是母系遗传 8 三看法 判断DNA分子结构的正误 下列有关细菌拟核DNA分子结构的叙述 不正确的是 A 含有四种脱氧核苷酸B 由脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架C 由两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构D 含有两个游离的磷酸基团 解析 细菌拟核DNA分子为双链环状 含有四种脱氧核苷酸 由脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架 两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构 不含游离的磷酸基团 D 例1 技巧点拨 变式训练 D 解析 构成脱氧核苷酸对的两个脱氧核苷酸的方向应是相反的 A错误 G与C之间有三个氢键 B错误 脱氧核苷酸中不含碱基U C错误 DNA分子中A与T配对 且两者之间有两个氢键 D正确 B 解析 图中 代表脱氧核苷酸 碱基对的排列顺序代表遗传信息 不同生物的DNA分子中脱氧核苷酸的种类都是四种 无特异性 转录是以DNA分子的一条链为模板的 解旋酶作用于氢键 DNA分子的复制1 概念 以 为模板 合成 的过程 2 时间 考点二DNA复制 亲代DNA 子代DNA 有丝分裂的间期或减数第一次分裂前的间期 3 过程 能量 解旋 两条螺旋的双链 脱氧核苷酸 DNA聚合酶 双螺旋结构 4 特点 5 方式 6 结果 形成两个完全相同的DNA分子 7 意义 将 从亲代传给子代 保持了 的连续性 边解旋边复制 半保留复制 遗传信息 遗传信息 判断下列说法的正误 1 植物细胞的线粒体和叶绿体中均可发生DNA的复制 2 在人体内成熟的红细胞 浆细胞中不发生DNA的复制 3 真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶和能量 4 在一个细胞周期中 DNA复制过程中的解旋发生在两条DNA母链之间 5 DNA复制就是基因表达的过程 6 DNA复制时 严格遵循A U C G的碱基互补配对原则 7 DNA复制时 两条脱氧核苷酸链均可作为模板 8 DNA分子全部解旋后才开始进行DNA复制 9 脱氧核苷酸必须在DNA酶的作用下才能连接形成子链 10 复制后产生的两个子代DNA分子中共含4个游离的磷酸基团 11 真核细胞染色体DNA的复制发生在有丝分裂前期 12 DNA分子复制是边解旋边双向复制的 1 如图为真核细胞DNA复制过程的模式图 据图回答相关问题 1 由图示得知 DNA分子复制的方式具有什么特点 2 图示中的解旋酶和DNA聚合酶各有什么作用 提示 1 半保留复制 2 前者使氢键打开 DNA双链发生解旋 后者催化形成新的链 2 核DNA复制过程中刚形成的两个子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 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分子即位于两姐妹染色单体中 由着丝点相连 其对应片段所含基因在无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点分裂时 随两单体分离而分开 分别进入两个子细胞中 1 DNA分子的复制过程及意义 2 DNA复制方式探究 1 实验方法探究DNA复制的方式 采用的是同位素示踪技术和离心处理 根据试管中DNA的分布位置确定复制方式 2 实验过程 如下图 高考警示 1 子代DNA分子中模板链与另一DNA分子中新合成的子链碱基序列完全相同 2 影响细胞呼吸 ATP供给 的所有因素都可能影响DNA复制 3 体外也可进行 即PCR扩增技术 除满足上述条件外 不需解旋酶 还应注意温度 pH的控制及引物的加入 4 在特殊情况下 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 引发基因突变 5 复制可简记为 1个主要场所 细胞核 2种时期 有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期 3个步骤 解旋 合成新链 形成子代DNA 4个条件 模板 酶 原料和能量 6 关于DNA分子复制的早期推测关于DNA分子是如何复制的 在早期的研究中 科学家们提出了三个模型 它们是全保留复制模型 弥散复制模型和半保留复制模型 如图所示 B 例2 A 代细菌DNA分子中一条链是14N 另一条链是15NB 代细菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的1 4C 预计 代细菌DNA分子的平均相对分子质量为 7a b 8D 上述实验结果证明DNA复制方式为半保留复制 解析 依据题意和图示分析可知 亲代DNA分子的两条链都是15N 合成DNA的原料含有14N 代细菌DNA分子离心后全为中 说明一条链是14N 另一条链是15N A项正确 代细菌DNA分子离心后1 2轻 1 2中 说明含15N的DNA分子占全部DNA分子的1 2 B项错误 代细菌DNA分子中 有2个DNA分子的一条链是14N 另一条链是15N 有6个DNA分子的2条链都是14N 所以 代细菌DNA分子的平均相对分子质量为 a b 6a 8 7a b 8 C项正确 上述实验结果能证明DNA复制方式为半保留复制 D项正确 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 变式训练 A 解析 从图中可以看到DNA分子复制是有多个起点 但是由于复制环有大有小 所以复制并不是同时开始的 而是有先有后 故A项错误 DNA分子的复制是一个边解旋边复制的过程 而且由图可知复制是两个单链同时反向进行的 所以是一个边解旋边双向复制的过程 故B项正确 DNA分子复制过程中需要模板 原料 能量和酶等基本条件 其中酶包括解旋酶 DNA聚合酶和DNA连接酶等 故C项正确 DNA分子通过边解旋边双向复制的方式进行复制 而非两条母链完全解开后才开始合成新的子链 由此在解旋结束时也伴随着复制结束 并产生两个完全相同的DNA分子 提高了复制速率 故D项正确 D 解析 DNA聚合酶催化游离的脱氧核苷酸相互连接形成磷酸二酯键 A错误 DNA复制时是边解旋边复制 B错误 复制可发生在细胞核中 也可发生在线粒体和叶绿体中 内质网中不含DNA 不能进行DNA复制 C错误 在复制过程中 由于双链解开 导致DNA的稳定性降低 可能会发生基因突变 导致复制形成的两个子代DNA分子的碱基序列有可能不同 D正确 考点三DNA分子的结构与复制的相关计算 1 DNA中碱基互补配对原则的有关计算解题时先画出简图 根据碱基互补配对原则推知规律 规律1 在双链DNA分子中 互补碱基两两相等 A T C G A G C T 即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数 规律2 在双链DNA分子中 互补的两碱基之和A T或C G占全部碱基的比例等于其任何一条单链中这两种碱基之和占该单链中碱基数的比例 单双链转化公式 规律3 DNA分子一条链中 A G C T 的比值的倒数等于互补链中该比例的比值 在整个DNA分子中该比值等于1 不配对的碱基之和比例在两条单链中互为倒数 高考警示 并非所有的DNA分子都遵循碱基互补配对原则 1 双链DNA分子嘌呤数 嘧啶数 遵循碱基互补配对原则 2 单链DNA分子中不遵循碱基互补配对原则 嘌呤数和嘧啶数不一定相等 2 DNA复制的有关计算DNA复制为半保留复制 若将亲代DNA分子复制n代 其结果分析如下 1 子代DNA分子数为2n个 含有亲代链的DNA分子数为2个 不含亲代链的DNA分子数为 2n 2 个 含子代链的DNA有2n个 2 子代脱氧核苷酸链数为2n 1条 亲代脱氧核苷酸链数为2条 新合成的脱氧核苷酸链数为 2n 1 2 条 3 消耗的脱氧核苷酸数 若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个 经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸数为m 2n 1 个 第n次复制所需该脱氧核苷酸数为m 2n 1个 高考警示 1 将15N标记的DNA分子转移到含有14N的培养基中培养 无论复制多少次 含15N的DNA分子始终是2个 若复制n次 则含15N的DNA分子占总DNA分子数的比例为2 2n 做题时看准是 含 还是 只含 2 子代DNA分子的链中 总链数为2n 2 2n 1 含15N的链始终是2条 占总链数的比例为2 2n 1 1 2n 做题时应看准是 DNA分子数 还是 链数 3 DNA复制与细胞分裂中染色体标记问题 1 减数分裂中染色体标记情况分析如果用3H标记细胞中的DNA分子 然后将细胞放在正常环境中培养 让其进行减数分裂 结果染色体中的DNA标记情况如图所示 由图可以看出 减数分裂过程中细胞虽然连续分裂2次 但DNA只复制1次 所以四个子细胞中所有DNA分子均呈杂合状态 即 3H 1H 2 有丝分裂中染色体标记情况分析如果用3H标记细胞中的DNA分子 然后将细胞放在正常环境中培养 连续进行2次有丝分裂 与减数分裂过程不同 因为有丝分裂是复制1次分裂1次 因此这里实际上包含了2次复制 由图可以看出 第一次有丝分裂形成的两个子细胞中所有DNA分子均呈杂合状态 即 3H 1H 第二次有丝分裂复制后的染色体上两条单体中只有一条单体含有3H 即DNA分子为 3H 1H 而另一条单体只有1H 即DNA分子为 1H 1H 在后期时两条单体的分离是随机的 所以最终形成的子细胞中可能都含有3H 也可能不含3H 含有3H的染色体条数是0 2n条 体细胞染色体条数是2n D 例3 解析 DNA分子中 脱氧核糖和磷酸交替排列构成了基本骨架 A正确 在该DNA分子中 腺嘌呤n个 则含有胞嘧啶的数量 m 2 n 个 则在第4次复制时需要24 1 m 2 n 4 m 2n 个 胞嘧啶脱氧核苷酸作为原料 B正确 在该DNA分子中 碱基之间的氢键数 2n 3 m 2 n 3m 2n 2 C正确 DNA分子中 每个脱氧核糖上可能连接着一个或两个磷酸基团 D错误 1 解答有关碱基计算的 三步曲 技巧点拨 2 巧借模式图解答与DNA复制有关问题学会画DNA分子半保留复制图解有助于理解DNA的相关计算规律 如下图所示 变式训练 D 解析 根据DNA分子中的碱基互补配对原则可知 a链中 T十A G C b链中 T A G C 双链中 T A G C 2 3 A错误 根据DNA分子中的碱基互补配对原则可知 A T G C a链中 T A G C b链中 T A G C 双链中 T A G C 2 3 该DNA分子有50个碱基对 总共含有100个碱基 因此该DNA分子中T A 40 G C 60 故腺嘌呤的数量等于胸腺嘧啶的数量等于20 B错误 由题意知 14N标记的脱氧核苷酸是DNA复制的原料 因此DNA分子复制后 每个DNA分子上都含有14N标记的子链 C错误 1个DNA分子在复制过程中 两条链作为模板 因此将该DNA分子片段用15N标记 然后在含有14N的培养基中连续复制4次形成的16个DNA分子 共32条链 其中只有2条单链含有15N 占DNA单链的比例为1 16 D正确 解析 标记过的DNA分于不管复制多少次 其子代DNA分子中必然有两个DNA分子携带有标记 根据不含15N的DNA分子总数与含15N的DNA分子总数之比为7 1 可知共得到DNA分子16个 DNA分子需要复制4次 根据题中腺嘌呤160个 可知A T 160 G C 240 16个DNA分子共需要240 16个碱基G 除去开始时作为模板的DNA分子 还需要G为240 16 1 3600 个 B 课末总结 思维导图 D 探究高考 明确考向 解析 由于双链DNA碱基A数目等于T数目 G数目等于C数目 故 A C G T 为恒值1 A错 A和T碱基对含2个氢键 C和G碱基对含3个氢键 故 A T G C 中 G C 数目越多 氢键数越多 双链DNA分子的稳定性越高 B错 A T G C 与 A C G T 两个比值相等 这个DNA分子可能是双链 也可能是单链 C错 经半保留复制得到的DNA分子 是双链DNA A C G T 1 D正确 2 2015 上海卷 在双螺旋DNA模型搭建实验中 使用代表氢键的订书钉将代表四种碱基的塑料片连为一体 为了逼真起见 A与T之间以及C与G之间最好分别钉 A 2和2个钉B 2和3个钉C 3和2个钉D 3和3个钉 解析 DNA双螺旋结构中 A与T之间有2个氢键 G与C之间有3个氢键 为了逼真起见 A与T之间最好钉2个钉 C与G之间最好有3个钉 故选B B 解析 N个DNA分子第i轮复制结束后 得到的DNA分子数为N 2i 在此基础上复制一次得到的DNA分子的总数为N 2i 1 其中以变异的DNA分子为模板复制一次 得到一个变异的DNA分子和一个正常的DNA分子 由此可推知突变位点为AT碱基对的双链DNA分子数与总DNA分子数的比例 1 N 2i 1 答案选C C 解析 每个脱氧核苷酸的三部分间需2个订书钉 每条链上的10个脱氧核苷酸间需9个订书钉 两条链间的6对A T和4对G C间各需12个订书钉 故构建该DNA片段共需订书钉数量为29 29 12 12 82 C 3 将一个某种噬菌体DNA分子的两条链用32P进行标记 并使其感染大肠杆菌 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 一个含有32P标记的噬菌体双链DNA分子经半保留复制后 标记的两条单链只能分配到两个噬菌体的双链DNA分子中 因此在得到的 解析 1 ATP水解成ADP时 远离A的高能磷酸键断裂 在 位上的磷酸基团从ATP上脱离下来 再根据题干信息可知 要将32P标记的磷酸基团转移到DNA末端上 需标记ATP 位上的磷酸基团 2 dATP与ATP结构相似 不同之处是dATP中的五碳糖是脱氧核糖 而ATP中的五碳糖是核糖 合成DNA的原料是脱氧核苷酸 含有一个磷酸基团 而dATP含有三个磷酸基团 因此 以dATP为原料合成DNA时 若要将32P标记到DNA分子上 32P标记的磷酸基团应在dATP的 位上 3 一个噬菌体含有一个DNA分子 由于DNA具有半保留复制的特点 因此被32P标记两条链的DNA分子在第一次复制中 两条链都作为模板 形成两个一条链含32P的DNA分子 同理 再分别以这两个DNA分子的两条链为模板合成子代DNA分子 当合成n个DNA分子时 其中只有两个DNA分子被32P标记 其他DNA分子都不被标记 因此含有32P标记的噬菌体所占比例为2 n