教师用书配套课件2 (8).ppt

第24节DNA分子的结构DNA的复制基因是有遗传效应的DNA片段,一、DNA分子的结构,1.基本单位_；_；_；_。,磷酸,脱氧核糖,腺嘌呤,腺嘌呤脱氧核苷酸,2.平面结构3.空间结构：规则的_结构。【点拨】碱基A与T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键。含氢键越多，结构越稳定，即含G-C(或C-G)碱基对的比例越大，结构越稳定。,磷酸、脱氧核糖,碱基对,碱基互补配对,双螺旋,二、DNA分子的复制,1.概念：以_为模板，合成子代DNA的过程。2.时间：_。3.,亲代DNA,有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期,解旋后两条母链,游离的4种脱氧核苷酸,ATP,DNA聚合酶,解旋,DNA聚合,5.方式：_。6.特点：_。7.意义：使遗传信息_，保持了_。,半保留复制,边解旋边复制,从亲代传给子代,遗传信息的连续性,三、基因有遗传效应的DNA片段,a,b,c,d,1.据图写出基因与染色体的关系：基因在染色体上呈_排列。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。3.基因的实质：具有_的_片段。【点拨】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。原核生物体内也存在基因，但不与蛋白质结合。,线性,遗传效应,DNA,【思维判断】1.DNA的两条核糖核苷酸链反向平行盘旋成双螺旋结构。()【分析】DNA即脱氧核糖核酸，是由两条脱氧核苷酸链反向平行盘绕而成的双螺旋结构。RNA则是由核糖核苷酸组成的。2.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。()【分析】脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧形成DNA双螺旋结构的基本骨架，碱基排列在内侧，且遗传信息蕴藏在碱基排列顺序中。,3.DNA上碱基对的形成遵循碱基互补配对原则，即A=U，G=C。()【分析】DNA上碱基对的形成遵循碱基互补配对原则，DNA中的碱基有4种，即A、T、G、C，形成的碱基对为A-T，T-A，C-G，G-C，其中A、T间有2个氢键，G、C间有三个氢键。4.构成基因的碱基总数与DNA分子的碱基总数相等。()【分析】基因是具有遗传效应的DNA片段，DNA中还含有非基因片段，无论基因片段还是非基因片段均是由碱基组成的，因此，DNA分子中的碱基总数多于基因中的碱基总数。,5.经过DNA复制得到的子代DNA是由亲代DNA链和复制的新链随机结合而成的。()【分析】DNA复制的特点是半保留复制，即每一个子代DNA是由新复制的每条新链与其对应的模板链盘绕成的，而不是亲代DNA链和复制的新链随机结合而成的。,DNA的结构模式图解读,1.基本组成单位脱氧核苷酸组成成分：每分子含有磷酸、脱氧核糖和含氮碱基各1个。(1)磷酸：每个DNA片段中，游离的磷酸基团有2个。(2)碱基：共有4种，分别是A(腺嘌呤)、T(胸腺嘧啶)、G(鸟嘌呤)、C(胞嘧啶)。(3)脱氧核糖：属于五碳糖。,2.结构中的化学键(1)氢键：配对的碱基间形成碱基对，通过氢键相连，可用DNA解旋酶断裂，也可用高温断裂。(2)磷酸二酯键：连接磷酸和相邻脱氧核苷酸的脱氧核糖的化学键，可用限制酶切断，可用DNA连接酶或DNA聚合酶连接。,3.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分子中碱基对排列顺序多种多样。(3)特异性：每种DNA有别于其他DNA的特定的碱基排列顺序。,4.水解产物及氢键数目计算(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。(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3n-m。,【高考警示钟】案例：在DNA分子的一条单链中相邻的碱基A与T通过什么连接？正确答案：-脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖-错误答案：氢键分析：受思维定势的影响，未注意“一条单链中相邻的碱基A与T”，看到A与T的连接就认为是氢键，实际上DNA分子两条单链上的碱基A与T通过氢键连接，一条单链中的相邻碱基A与T通过“-脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖-”连接。,【典例训练1】(2012威海模拟)如图为DNA分子的结构示意图，对该图的正确描述是(),A.和相间排列，构成了DNA分子的基本骨架B.构成胞嘧啶脱氧核苷酸C.当DNA复制时，DNA连接酶催化的形成D.DNA分子中依次代表A、G、C、T【解题指南】1.考查实质：DNA分子的组成及结构。2.解题关键：正确识别DNA结构的平面图，明确DNA结构中一个完整基本单位的组成部分，如图中和下方的磷酸基团属于一个基本单位。,【解析】选D。结构图中分别表示磷酸、脱氧核糖、胞嘧啶。磷酸和脱氧核糖的相间排列构成了DNA分子的基本骨架。图中不是同一个脱氧核苷酸分子的成分，其中磷酸是上面一个脱氧核苷酸的组成成分。是氢键，在DNA复制时，当DNA聚合酶把脱氧核苷酸连接在一起后，碱基之间的氢键不需要酶的催化作用就可以形成。根据碱基互补配对原则，DNA分子中依次代表A、G、C、T。,【变式备选】20世纪90年代，Cuenoud等发现DNA也有酶催化活性，他们根据共有序列设计并合成了由47个核苷酸组成的单链DNAE47，它可以催化两个底物DNA片段之间的连接。下列有关叙述正确的是()A.E47中，嘌呤碱基数一定等于嘧啶碱基数B.在E47分子中，碱基数=脱氧核苷酸数=脱氧核糖数C.E47作用的底物和DNA聚合酶作用的底物是相同的D.在E47分子中，每个脱氧核糖上均连有一个磷酸和一个含氮的碱基,【解析】选B。根据题意，由于E47分子是单链的，嘌呤碱基数不一定等于嘧啶碱基数，A错误；无论是单链还是双链DNA分子，其基本单位都是脱氧核苷酸，每个脱氧核苷酸分子由一个碱基、一个脱氧核糖和一分子磷酸组成，故B正确；E47作用的底物和DNA连接酶作用的底物是相同的，C错；在单链DNA分子中,除其中一端外，每个脱氧核糖上均连有两个磷酸和一个含氮的碱基，D错。,【变式备选】在DNA分子双螺旋结构中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之间有2个氢键，胞嘧啶与鸟嘌呤之间有3个氢键。现有四种DNA样品，根据样品中碱基的百分含量判断最有可能来自嗜热菌(生活在高温环境中)的是()A.含胸腺嘧啶32%的样品B.含腺嘌呤17%的样品C.含腺嘌呤30%的样品D.含胞嘧啶15%的样品,【解析】选B。温度过高DNA分子易受到破坏。DNA分子的稳定性强弱与分子中氢键的多少有一定的关系，即在高温环境中的嗜热菌体内的DNA较稳定，与其含较多的氢键有关。选项中只有B项DNA分子中A-T或T-A碱基对较少，因而G-C或C-G碱基对较多，氢键总数也相对较多。,DNA分子及复制过程中的相关计算1.有关DNA的碱基计算根据A=T，G=C，图示如下：简记为“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等”。,且以链为模板合成的RNA中简记为“DNA两互补链中，不配对两碱基和的比值乘积为1”。(4)在一个双链DNA分子中，某碱基占碱基总数的百分数等于每条链中该碱基所占比例的平均值。(5)DNA分子中，脱氧核苷酸数=脱氧核糖数=磷酸数=含氮碱基数。,2.有关DNA复制的计算DNA的复制为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则有(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(2n-2)个。(2)子代脱氧核苷酸链数为：2n+1条亲代脱氧核苷酸链为：2条。新合成的脱氧核苷酸链为：(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m2n-1。,【技巧点拨台】DNA分子复制n次后的计算将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基上培养，复制n次，则(1)含14N的DNA有2n个，只含14N的DNA有(2n-2)个，做题时应看准是“含”还是“只含”。(2)复制n次，含15N的DNA始终是2个，占总DNA数的比例是2/2n。(3)子代DNA分子的链中，总链数为2n2=2n+1条。模板链始终是2条。做题时，应看准是“DNA分子数”还是“链数”。,【典例训练2】(2012威海模拟)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分子在含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1/8B.含有14N的DNA分子占7/8C.消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个D.产生了16个DNA分子,【解题指南】1.知识储备(1)DNA复制过程中产生的含有亲代链和新链的子代DNA的数量计算；(2)DNA复制过程中所需原料的计算。2.解题关键：(1)明确DNA复制过程中，无论复制多少次，产生的子代DNA中总有2个DNA含有亲代模板链；(2)区分所求的数量是指DNA数还是链数。,【解析】选B。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(24-1)=600个。,【变式训练】已知某DNA分子含有1000个碱基对，其中一条链上AGTC=1234。该DNA分子连续复制2次，共需要鸟嘌呤脱氧核苷酸分子数是()A.600个B.900个C.1200个D.1800个【解析】选D。根据题意，可计算出此DNA分子含有G=600个，复制2次，形成4个DNA分子，共有G=2400个，减去原DNA分子中600个，剩余1800个，即为所求。,【变式备选】在一个密闭的容器里，用含有同位素13C的脱氧核苷酸合成一个DNA分子，然后加入普通的含12C的脱氧核苷酸，经n次复制后，所得DNA分子中含12C的脱氧核苷酸链数与含13C的脱氧核苷酸链数之比是()A.2n1B.(2n-2)nC.(2n-1)1D.(2n-2)2,【解析】选C。亲代DNA分子是两条链都含13C的DNA分子，新形成的脱氧核苷酸链中含12C。一个双链DNA分子复制n次形成2n个DNA分子，22n条脱氧核苷酸链，其中只有2条原来的母链(含13C)，所以含12C的脱氧核苷酸链数为22n-2，所以该题比例为(22n-2)2，即(2n-1)1。,染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系1.四者关系图,2.四者关系分析,分析图示，回答有关问题：,(1)图中B是_，C是_，D是_，F是_，G是_。(2)通常情况下，1条H中含有_个F，1个F中含有_个E，1个E中含有_个D。(3)图中_中的遗传信息通过复制传递给后代，其复制过程严格遵循_原则。,【解题指南】1.考查实质：染色体的组成以及基因、DNA和染色体的关系。2.解题关键：明确染色体的成分之一是DNA，DNA上含有许多基因，基因的碱基排列顺序代表遗传信息。【解析】DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸，它由1分子磷酸、1分子脱氧核糖和1分子含氮碱基组成；1条染色体上通常情况下含有1个DNA分子，1个DNA分子上有许多个基因，1个基因由成百上千个脱氧核苷酸组成。E中的遗传信息通过复制传递给后代，复制过程中严格遵循碱基互补配对原则。,答案：(1)脱氧核糖含氮碱基脱氧核苷酸DNA蛋白质(2)1许多成百上千(3)E碱基互补配对,【变式备选】下列关于基因、遗传信息的描述，错误的是()A.基因在染色体上呈线性排列，染色体是基因的主要载体B.遗传信息可以通过DNA复制传递给后代C.互为等位基因的两个基因肯定具有相同的碱基数量D.遗传信息是指DNA分子的脱氧核苷酸的排列顺序【解析】选C。基因是具有遗传效应的DNA片段，是控制生物性状的结构和功能单位。基因在染色体上呈线性排列，染色体是基因的主要载体。等位基因是通过基因突变产生的，发生了碱基对的增添、缺失或替换，因此互为等位基因的两个基因不一定具有相同的碱基数量。,题干信息的转化和利用探究外界因素对DNA复制的影响【案例】(2011浙江高考)为了探究某物质(X)的作用，研究者提出了以下实验思路：(1)实验分组：甲组：培养液+Y细胞+3H-TdR(3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷)+生理盐水乙组：培养液+Y细胞+3H-TdR+X(用生理盐水配制)每组设置若干个重复样品。,(2)分别测定两组的CRD(细胞内的放射性强度)，求每组的平均值。(3)将各样品在适宜条件下培养合适时间后，测定其CRD，求每组平均值并进行统计分析。(提示与说明：答题时用X、CRD、3H-TdR表示相关名词；Y细胞是能增殖的高等动物体细胞)请回答：(1)实验目的：_。(2)预测实验结果及结论：_。(3)实验中采用3H-TdR的原因：_。,【命题人透析】(1)题干信息的迁移和突破根据提示“3H-TdR是3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷”，推知3H-TdR是合成DNA的原料；根据提示“Y细胞是能增殖的高等动物体细胞”，推知该实验中Y细胞进行细胞增殖(DNA合成)时CRD的大小代表了细胞增殖(DNA合成)的速率。,(2)实验目的的确定比较两组实验可知，自变量是加不加X，因变量是Y细胞增殖(DNA合成)的速率。而探究的问题描述一般是“探究随自变量的变化，因变量如何变化”或“探究自变量对因变量的影响”，所以，该实验的目的就是探究X对Y细胞增殖(DNA合成)的影响。,(3)预测实验结果及结论时的关键点明确实验的观察现象，该实验观察到的实验现象是CRD值；预测实验可能出现的几种情况：乙组CRD甲组、乙组=甲组或乙组<甲组；得出结论：X对Y细胞的增殖有促进作用、无影响或有抑制作用。,【标准答案】(1)探究X对Y细胞增殖(DNA合成)的影响(2)如果乙组CRD明显高于甲组，说明X对Y细胞增殖(DNA合成)有促进作用；如果乙组CRD与甲组基本相同，说明X对Y细胞增殖(DNA合成)无影响；如果乙组CRD明显低于甲组，说明X对Y细胞增殖(DNA合成)有抑制作用(3)3H-TdR是合成DNA的原料之一，可根据CRD的变化来判断细胞增殖(DNA合成)的情况,【阅卷人点评】得分要点(1)必须体现自变量“X”与因变量“细胞增殖(DNA合成)”。(2)必须体现“甲组和乙组的比较”及“促进、抑制、无影响”。(3)必须体现“合成DNA的原料”。失分案例(1)答为“探究X的作用”，错误原因是没有写明因变量。(2)答案不全，只答出预测的实验结果而没有写出结论，或只写了结论而无结果预测。,1.遗传信息是指()A.有遗传效应的脱氧核苷酸序列B.核苷酸C.氨基酸序列D.脱氧核苷酸【解析】选A。DNA是主要的遗传物质，其脱氧核苷酸的排列顺序就包含着遗传信息。实质上遗传信息就是基因的脱氧核苷酸序列。,2.某DNA分子片段中，胞嘧啶有240个，占全部碱基的30%，则该片段中腺嘌呤有()A.240个B.160个C.800个D.48个【解析】选B。在DNA分子中，由于遵循碱基互补配对原则，即A=T，G=C，故当胞嘧啶有240个，占全部碱基的30%时，此片段的碱基数为24030%=800个，腺嘌呤和胸腺嘧啶各占20%，通过计算可求得其分别含有160个。,3.用15N标记的DNA分子，放入含14N的培养基中进行复制，当测得含有15N的DNA分子数为12.5%时，该DNA分子的复制次数是()A.1B.2C.3D.4【解析】选D。本题考查DNA的复制特点。DNA复制为半保留复制，含15N的DNA分子在14N培养基中复制n次，则形成2n个DNA分子，其中含15N的DNA分子占2/2n，已知2/2n=12.5%，则n=4。,4.如图表示生物体内核酸的基本单位核苷酸的模式图，下列说法正确的是(),A.DNA与RNA在核苷酸上的不同点在方面B.如果要构成三磷酸腺苷，必须在位置上加上两个磷酸基团C.人体内的有5种，有2种D.在细胞核内共有4种【解析】选C。DNA与RNA在核苷酸上的不同点有两处：五碳糖不同和含氮碱基不同；要构成三磷酸腺苷必须在位置上加上两个磷酸基团；在细胞核内共有5种。,5.用15N标记细菌的DNA分子，再将它们放入含14N的培养基中连续繁殖四代，a、b、c为三种DNA分子，a只含15N，b同时含14N和15N，c只含14N，则如图所示这三种DNA分子的比例正确的是(),【解析】选D。假设亲代DNA分子为n个，则繁殖四代后，DNA分子总数为16n，其中，只含15N的DNA分子为0个，同时含14N和15N的DNA分子为2n个，只含14N的DNA分子有14n个，则它们呈现的比例如D图所示。,6.据图回答：,(1)该图表示的生理过程是_，该过程主要发生在细胞的_部位。(2)图中的1、2、3、4、5分别是_、_、_、_、_。(3)假如经过科学家的测定，A链上的一段(M)中的ATCG为2113，能不能说明该科学家的测定是错误的？_，原因是_。(4)如果以A链的M为模板，复制出的B链碱基比例应该是_。,【解析】本题考查DNA的结构、DNA的半保留复制以及碱基互补配对原则。DNA是双螺旋结构，两条脱氧核苷酸链之间的碱基遵循碱基互补配对原则，即A与T、C与G配对，所以DNA分子中A=T，G=C。DNA复制是半保留复制，即以DNA的两条母链为模板，根据碱基互补配对原则进行碱基互补配对，所以形成的DNA子链必定与DNA中的一条母链完全相同，新形成的两个DNA分子，与亲代DNA分子完全相同。,答案：(1)DNA复制细胞核(2)ATCCT(3)不能在单链中不一定A=T、G=C(4)TAGC=2113,实验方法：同位素示踪法的应用【理论指导】1.同位素示踪法：是利用放射性示踪剂，对研究对象进行标记的微量分析方法。2.方法应用(1)标记某元素，追踪其转移途径。如研究光合作用过程中原子的转移轨迹。,(2)标记化合物标记特征元素，探究化合物的作用。如用32P和35S分别标记T2噬菌体中的DNA和蛋白质，探究生物的遗传物质。标记特征化合物，探究详细的生理过程。如研究分泌蛋白的合成和分泌过程。,3.实例分析,【典例分析】DNA的复制方式为半保留复制，但在探究DNA复制方式的过程中，有人提出其复制方式为全保留复制，请用同位素标记法验证其复制方式。验证过程：1.用放射性同位素标记大肠杆菌(1)若用14N标记大肠杆菌(普通大肠杆菌无放射性)，得到14N/14N的DNA分子，将该DNA分子离心处理，离心后位于试管的上部，即轻带(如图1)。(2)若用放射性同位素15N标记大肠杆菌，得到15N/15N的DNA分子，将该DNA分子离心处理，离心后位于试管的下部，即重带(如图2)。,(3)若大肠杆菌的DNA分子中一条链被14N标记，另一条链被15N标记，离心处理后将会位于试管的中部，即中带(如图3)。,2.追踪DNA的复制方式(1)将亲代含14N的大肠杆菌转移到含15N的培养基上增殖一代。(2)将亲代含15N的大肠杆菌转移到含14N的培养基上增殖一代。分别对上述培养得到的大肠杆菌离心处理。3.结果分析(1)若DNA的复制方式为全保留复制，则离心后出现如图4所示，即1/2重带和1/2轻带。(该复制方式实际上是不存在的),(2)若DNA的复制方式为半保留复制，则离心后出现如图5所示，即全部为中带。,【拓展】(1)若DNA复制方式为全保留复制，让繁殖一代的DNA在含14N的培养基上再繁殖一代，则子二代的DNA如何分布？提示：1/4重和3/4轻。分析：再繁殖一代后共产生4个DNA分子，其中一个DNA分子为原亲代，均含15N，其余三个DNA分子是新产生的，两条链均含14N。,(2)若DNA复制方式为半保留复制，让繁殖一代的DNA在含14N的培养基上再繁殖一代，则子二代的DNA如何分布？提示：1/2中和1/2轻。分析：再繁殖一代后共产生4个DNA分子，其中两个DNA分子一条链含15N，另一条链含14N，另外两个DNA分子的两条链均含14N。,