（江苏专用）高考生物总复习 第19讲 DNA分子的结构和复制课件-人教版高三全册生物课件.pptx

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1、第第1919讲讲DNADNA分子的结构和复制分子的结构和复制考点一考点一 DNADNA分子的结构分子的结构考点二考点二 DNADNA分子的复制分子的复制总总纲纲目目录录高考再现高考再现考点三考点三 DNADNA分子的双螺旋结构模型的制作分子的双螺旋结构模型的制作考点一考点一DNA分子的结构分子的结构一、解开一、解开DNA分子结构之谜分子结构之谜1.20世纪30年代后期,瑞典科学家们证明了DNA分子是不对称的。第二次世界大战以后,科学家们又用电子显微镜测定出DNA分子的直径约为2 nm。2.1951年,奥地利生物化学家查哥夫在定量分析DNA分子的碱基组成后,发现腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(

2、T)的量,鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量。3.1952年,英国化学家富兰克琳采用X射线衍射技术拍摄到DNA分子结构的照片,确认DNA分子为螺旋结构,而不是由一条链构成。4.1953年,美国科学家沃森和英国科学家克里克提出DNA分子的双螺旋结构模型。二、二、DNA分子的化学组成和结构分子的化学组成和结构(一一)化学组成化学组成磷酸脱氧核苷酸1.平面结构(二二)结构结构2.2.立体结构立体结构规则的双螺旋结构规则的双螺旋结构(1)主要特点:a.DNA分子由两条脱氧核苷酸链按照反向平行的方式盘旋成双螺旋结构。b.DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在双螺旋的外侧,构成 基本骨架。c.

3、DNA分子两条链上的碱基,通过氢键连接成碱基对,排列在双螺旋的 内侧,碱基之间遵循碱基互补配对原则,即A一定与T配对;G一定与C配对,在碱基对中,A和T之间形成 2个氢键,G和C之间形成3个氢键。(2)特性:a.稳定性,DNA分子的双螺旋结构是相对稳定的。b.多样性,碱基对排列顺序的千变万化。c.特异性,碱基对特定的排列顺序。1.在DNA双链中 嘌呤总数与嘧啶总数相同,即A+G=T+C。2.互补碱基之和的比例在任意一条链及整个DNA分子中都相同,即若在一条链中=m,在互补链及整个DNA分子中=m。3.非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数,在整个DNA分子中为1,即若在DNA分子的一条链中

4、=a,则在其互补链中=,而在整个DNA分子中=1。三、三、DNA分子中的碱基数量的计算规律分子中的碱基数量的计算规律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.双链DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数。()3.DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基。()4.DNA分子一条链上相邻的两个碱基通过“脱氧核糖磷酸脱氧核糖”间接相连。()5.DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架。()6.DNA分子的多样性和特异性主要与它的空间结构密切相关。()7.同一生物个体不同细胞中DNA分子的(A+T)/(C+G)的值不同。()8.DNA分子的多样性是

5、指一个DNA分子上有许多个基因。()请根据DNA分子结构平面图,回答下列问题:(1)一个DNA分子片段中含有个游离的磷酸基团。(2)图中(填“能”或“不能”)表示胞嘧啶脱氧核糖核苷酸。(3)双链DNA中,反向平行的两条链之间的碱基通过连接成碱基对,而同一条链上相邻碱基之间是通过相连的。(4)解旋酶作用于(填图中序号),限制性核酸内切酶和DNA连接酶作用于(填图中序号)。(5)DNA初步水解的产物是,彻底水解的产物是。答案答案(1)2(2)不能(3)氢键脱氧核糖磷酸脱氧核糖(4)(5)4种脱氧核糖核苷酸磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基解析解析(1)从图中可以看出:一个DNA分子片段中含有2个游离的磷

6、酸基团。(2)图中的不能表示胞嘧啶脱氧核糖核苷酸。(3)从图中可以看出双链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,而同一条链上相邻碱基之间是通过“脱氧核糖磷酸脱氧核糖”相连的。(4)解旋酶作用于,限制性核酸内切酶和DNA连接酶作用于。(5)DNA初步水解的产物是4种脱氧核糖核苷酸,彻底水解的产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。考向一考向一DNA分子的结构及特点分子的结构及特点1.下列关于DNA分子结构的叙述,正确的是(C)A.DNA分子是以4种脱氧核糖核苷酸为单位连接而成的单链结构B.DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基C.DNA分子两条链之间总是嘌呤与嘧啶形

7、成碱基对D.DNA分子一条链上的相邻碱基通过磷酸脱氧核糖磷酸相连解析解析DNA分子是以4种脱氧核糖核苷酸为单位连接而成的双链结构,A错误;DNA分子中的绝大多数磷酸连接着两个脱氧核糖,且磷酸不与碱基直接相连,B错误;DNA分子一条链上的相邻碱基通过脱氧核糖磷酸脱氧核糖相连,D错误。2.(2019江苏南京模拟)如图为DNA分子部分结构示意图,有关叙述正确的是(D)A.是一个胞嘧啶脱氧核苷酸B.DNA连接酶可催化或的形成C.解旋酶可以使断开,因此DNA的稳定性与无关D.DNA的两条链方向相反,其中磷酸和脱氧核糖交替排列解析解析包括一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基,但不是一分子胞嘧啶脱氧核

8、苷酸,A错误;是一个脱氧核苷酸内的磷酸二酯键,是相邻脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键,DNA连接酶可以连接两个DNA片段并形成磷酸二酯键,因此只能催化的形成而不能催化的形成,B错误;DNA的稳定性与(氢键)有关,生物体内解旋酶可以断开(氢键),C错误;DNA由两条反向平行的脱氧核苷酸链组成,其中磷酸和脱氧核糖交替排列在外侧,D正确。(1)稳定性:指DNA分子双螺旋结构的相对稳定性。原因是:DNA分子基本骨架是磷酸和脱氧核糖交替连接而成的,从头至尾没有变化。碱基配对方式始终不变,即AT,CG。归纳拓展归纳拓展DNA分子结构上的特性(2)多样性:构成DNA分子的碱基只有4种,配对方式只有两种,但是碱基对

9、的数目却可以成千上万,设某DNA分子中有n个碱基对,在DNA分子上有一个碱基对,此碱基对可能是AT或TA或CG或GC,即每一个碱基对有4种类型的可能性,故n对碱基的可能排列顺序是4n种,从而构成了DNA分子的多样性,也决定了遗传信息的多样性。(3)特异性:每个特定的DNA分子中都具有特定的碱基对排列顺序,而特定的碱基对排列顺序中有遗传效应的片段代表遗传信息,所以每个特定的DNA分子中都储存着特定的遗传信息,这种特定的碱基对排列顺序就构成了DNA分子的特异性。3.在一个双链DNA分子中,碱基总数为m,腺嘌呤碱基数为n,则下列叙述正确的是(多选)(ABC)A.脱氧核苷酸数=磷酸数=碱基总数=mB.

10、碱基之间的氢键数为(3m/2)-nC.一条链中A+T的数量为nD.鸟嘌呤的数量为(m-n)/2考向二考向二DNA分子结构的相关计算分子结构的相关计算解析解析 每个脱氧核苷酸分子含有一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子碱基,所以脱氧核苷酸数=磷酸数=碱基总数=m,A正确;A和T之间有2个氢键、C和G之间有3个氢键,则碱基之间的氢键数2n+3(m-2n)2=(3m/2)-n,B正确;双链DNA中,A=T=n,则根据碱基互补配对原则,一条链中A+T的数量为n,C正确;双链DNA分子中,碱基总数为m,腺嘌呤数为n,即A=T=n,则C=G=(m-2n)/2,D错误。4.若在一双链DNA分子中鸟嘌呤和胞嘧啶

11、之和占碱基总和的44%,在其中的一条链中A和C分别占该链碱基数的22%和30%,那么在另一条链中腺嘌呤和胞嘧啶分别占该链碱基数的比值为(A)A.34%、14%B.22%、30%C.14%、34%D.20%、28%解析解析已知DNA分子中,G和C占全部碱基的44%,即C+G=44%,则C=G=22%、A=T=50%-22%=28%。又已知一条链的碱基中,A占22%,C占30%,即A1=22%、C1=30%,根据碱基互补配对原则,A=(A1+A2)2,则A2=34%,同理C2=14%,A正确。技能提炼技能提炼DNA分子中碱基数量的计算1.在DNA双链中嘌呤总数与嘧啶总数相等,即A+G=T+C。2.

12、在双链DNA分子中,互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等。设在双链DNA分子中的一条链上A1+T1=n%,因为A1=T2,A2=T1,则:A1+T1=A2+T2=n%。所以A+T=A1+A2+T1+T2=n%。简记为“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等”。3.设双链DNA分子中,一条链上:=m,则=m,所以互补链上=。简记为:“DNA两互补链中,不配对两碱基之和的比值乘积为1。”考点二考点二DNADNA分子的复制分子的复制一、概念、时间和场所一、概念、时间和场所亲代DNA分子有丝分裂间期以及减数分裂前的间期细胞核线粒体和叶绿体二、过程二、过程1.边解旋边复制(从复制过

13、程看)。2.半保留复制(从复制结果看)。三、特点三、特点四、复制的结构基础和意义四、复制的结构基础和意义1.结构基础:(1)独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板。(2)碱基互补配对原则保证了复制的精确进行。2.意义:通过DNA分子的复制,确保了遗传信息传递的连续性,才会使细胞得以增殖,使生物种族的繁衍得以延续。1.真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶和能量。()2.DNA复制遵循碱基互补配对原则,新合成的DNA分子中两条链均是新合成的。()3.单个脱氧核糖核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链。()4.DNA复制时,严格遵循AT、CG的碱基互补配对原则。()5.在一个细胞周期中,DNA复制

14、过程中的解旋发生在两条DNA母链之间。()6.真核细胞核DNA的复制发生在有丝分裂前期。()7.复制时,子代DNA分子的两条单链中只有一条和亲代DNA分子完全相同。()8.某亲本DNA分子双链均以白色表示,以灰色表示第一次复制出的DNA子链,以黑色表示第二次复制出的DNA子链,该亲本双链DNA分子连续复制两次后的产物如下图D所示。()如图为DNA复制部分过程,请分析回答:(1)图示中的解旋酶使打开,DNA双链解旋,DNA聚合酶催化形成,从而形成新的子链。(2)蛙的红细胞(填“能”或“不能”)进行图示过程,哺乳动物成熟红细胞(填“能”或“不能”)进行图示过程。(3)上图所示DNA复制过程若发生在

15、细胞核内,形成的两个子DNA分别位于上,其上面对应片段中基因(填“相同”或“不同”),两个子DNA将于期时,随两条姐妹染色单体分离而分开,分别进入两个子细胞中。(4)将14NDNA(轻)、15NDNA(重)以及14N-15NDNA(中)分别离心处理,其结果如图所示。现将15NDNA转移到含14N的培养基上,再连续繁殖两代(和)后,将所得DNA采用同样的方法进行离心处理,则结果可能是下图(C)答案答案(1)氢键磷酸二酯键(2)能不能(3)两条姐妹染色单体相同有丝分裂后期或减数第二次分裂后着丝点分裂(4)C解析解析(1)解旋酶使氢键打开,DNA双链解旋;DNA聚合酶催化形成磷酸二酯键,从而形成新的

16、子链。(2)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)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分子即位于两条姐妹染色单体中,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,随两条姐妹染色单体分离而分开,分别进入两个子细胞中。(4)DNA复制为半保留复制,一个DNA复制两次共形成4个DNA,其中2个DNA含有母链(15N)和子链(14N),即中链,2个DNA都含子链(14N和14N),即轻链。1.如图为真核

17、生物DNA复制的部分图解,为该过程常用的两种酶。下列有关叙述错误的是()考向一考向一DNA复制过程及特点等复制过程及特点等A.子链1的合成需要多种引物的参与B.酶是解旋酶,其作用主要是破坏两条链之间的氢键C.DNA复制时,一条子链的合成是连续的,另一条子链的合成是不连续的D.酶是DNA连接酶,其作用是将多个游离的核苷酸连接成子链答案答案D解析解析子链1的合成需要多种引物的参与,A正确;酶是解旋酶,其作用主要是破坏两条链之间的氢键,B正确;DNA复制时,一条子链的合成是连续的,另一条子链的合成是不连续的,C正确;酶是DNA聚合酶,其作用是将多个游离的核苷酸连接成子链,D错误。2.如图为真核生物染

18、色体上DNA分子复制过程示意图,有关叙述正确的是(多选)()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答案答案BCD解析解析从图中能看出有多个复制起点,但不是同时开始的,故A错误。图中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。考向二DNA复制过程的相关计算3.某DNA分子含m对碱基,其中腺嘌呤有A个。下列有关此DNA在连续复制时所需的胞嘧啶脱氧核苷酸数目的叙述中,错误的是(D)A.在第一次复制时,需要(m-A)个B.在第

19、二次复制时,需要2(m-A)个C.在第n次复制时,需要2n-1(m-A)个D.在n次复制过程中,总共需要2n(m-A)个解析解析一个DNA分子复制一次,可产生2个DNA分子;由于每个DNA分子中含有胞嘧啶脱氧核苷酸m-A个,所以复制一次时,需要胞嘧啶脱氧核苷酸m-A个,A正确;在第二次复制时,2个DNA分子会形成4个DNA分子,相当于形成2个新DNA,所以需要胞嘧啶脱氧核苷酸2(m-A)个,B正确;在第n次复制后,会形成2n个DNA分子,所以需要胞嘧啶脱氧核苷酸(2n-2n-1)(m-A)=2n-1(m-A)个,C正确;在n次复制过程中,1个DNA分子变为2n个DNA分子,总共需要胞嘧啶脱氧核

20、苷酸(2n-1)(m-A)个,D错误。4.用15N标记含有100个碱基对的DNA分子(其中有腺嘌呤60个),该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次。下列有关判断错误的是(B)A.含有15N的DNA分子有两个B.含有14N的DNA分子占总数的7/8C.第四次复制消耗胞嘧啶脱氧核苷酸320个D.复制结果共产生16个DNA分子解析解析由于DNA分子的复制是半保留复制,亲代DNA分子的两条链始终存在于子代的两个DNA分子中,因此含有15N的DNA分子有两个,故A正确;该DNA分子是在含14N的培养基中复制的,故复制后得到的DNA分子都含14N,比例为100%,故B错误;根据碱基互补配对原则,DN

21、A分子中腺嘌呤有60个,胞嘧啶就有40个,第四次复制消耗胞嘧啶脱氧核苷酸(24-23)40=320(个),故C正确;1个DNA经过4次复制,共产生24=16个DNA分子,故D正确。技能提炼技能提炼与DNA复制有关的计算由于DNA分子的复制是半保留复制,一个DNA分子连续进行n次复制,可形成2n个子代DNA,其中只有2个DNA分子含有最初亲代的母链。图解如下:(1)DNA不论复制多少次,产生的子代DNA分子中含母链的DNA分子数总是2个,含母链也总是2条。(2)计算比值:n次复制后,形成的子代DNA分子中,含亲代DNA母链的有两个,占子代DNA总数的=;亲代DNA分子含母链两条,占子代DNA中脱

22、氧核苷酸链总数的=。(3)计算原料用量:复制所需的脱氧核苷酸数=(2n-1)a个,其中的a为所求的脱氧核苷酸在原来DNA(即作模板的亲代DNA)分子中的数量。(4)同位素示踪法和离心技术证明DNA的半保留复制(或DNA分子连续复制的计算规律),已知某一DNA分子用15N标记(0代),将含有该标记DNA分子的细胞(或某种细菌)转移到只含14N的培养基中培养(进行DNA复制)若干代后,其DNA分子数、脱氧核苷酸链数及相关比例如表:世代DNA分子的特点DNA分子中脱氧核苷酸链的特点分子总数细胞中的DNA分子离心后在管中的位置不同DNA分子占全部DNA分子的比例 总链数不同脱氧核苷酸链占全部链的比例只

23、含15N的分子含14N、15N的杂种分子只含14N的分子含15N的链 含14N的链01全在下部10021012全在中部01041/21/2241/2中部 1/2上部01/21/281/43/4381/4中部 3/4上部01/43/4161/87/8n2n2/2n中部(1-2/2n)上部02/2n(或1/2n-1)1-2/2n2n+11/2n1-1/2n考点三考点三DNADNA分子双螺旋结构模型的制作分子双螺旋结构模型的制作1.实验原理实验原理DNA分子具有特殊的空间结构规则的双螺旋结构,这一结构的主要特点是:(1)DNA分子由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成。(2)DNA分子中的脱氧核糖和

24、磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架;碱基排列在内侧。(3)DNA分子两条链上的碱基按照互补配对原则两两配对,并且以氢键连接。2.2.实验目的实验目的通过制作DNA双螺旋结构模型,加深对DNA分子结构特点的理解和认识。3.材料用具材料用具硬塑方框2个(长约10cm),细铁丝2根(长约0.5m),球形塑料片(代表磷酸)若干,双层五边形塑料片(代表脱氧核糖)若干,4种不同颜色的长方形塑料片(代表4种不同碱基)若干,粗铁丝2根(长约10cm),订书钉。4.4.实验步骤实验步骤(1)先做支架取一个硬塑方框,在硬塑方框一侧的两端各拴上一条长约0.5m或视制作的长链长度而定的细铁丝。(2)制作脱氧核苷酸

25、模型将一个球形塑料片(代表磷酸)和一个长方形塑料片(4种不同颜色的长方形塑料片分别代表4种不同的碱基),分别用订书钉连接在一个剪好的五边形塑料片上(代表脱氧核糖),用同样的方法制作出一个个含有不同碱基的脱氧核苷酸模型。(3)制作多核苷酸长链模型将若干个制成的脱氧核苷酸模型,按照一定的碱基顺序(可自行设定)依次穿在长细铁丝上。(4)制作DNA平面结构模型。按同样方法制作好DNA的另一条脱氧核苷酸链(注意碱基的顺序与第一条链上碱基顺序互补,但两条链方向相反),用订书钉将两条长链之间的互补碱基连接好。(5)制作DNA的空间结构模型。将穿好脱氧核苷酸长链的两条细铁丝的末端分别栓到另一个硬塑方框一侧的两

26、端,并在所制模型的背侧用两根较粗的铁丝加固。双手分别提起硬塑方框,拉直双链,向右旋转一下,即可得到一个DNA分子双螺旋结构模型。5.5.注意事项注意事项(1)A与T的一端应剪成相互吻合的形状,G和C也如此。(2)这两种碱基对模型的长度应相等,以保证DNA分子中两条平行链之间的距离相等。(3)两条链中的脱氧核苷酸的个数必须相等。(4)两条长链并排时,必须保证碱基之间能够相互配对。(5)两条长链走向相反。考向结合模型制作考向结合模型制作,考查考查DNA分子结构分子结构1.在搭建DNA分子模型的实验中,若有4种碱基塑料片共20个,其中4个C,6个G,3个A,7个T,脱氧核糖和磷酸之间的连接物14个,

27、脱氧核糖塑料片40个,磷酸塑料片100个,代表氢键的连接物若干,脱氧核糖和碱基之间的连接物若干,则所搭建的DNA分子片段最长为多少碱基对(A)A.4B.5C.6D.7解析解析设能搭建的DNA分子含有n个碱基对,则每条链需要脱氧核糖和磷酸之间的连接物的数目为2n-1,共需(2n-1)2个,已知脱氧核糖和磷酸之间的连接物有14个,则n=4,所以只能搭建出一个含有4个碱基对的DNA分子片段,故A正确。2.如图为某同学在学习DNA的结构后画的含有两个碱基对的DNA片段(“”代表磷酸基团),下列为几位同学对此图的评价,其中正确的是()A.甲说:“物质组成和结构上没有错误”B.乙说:“只有一处错误,就是U

28、应改为T”C.丙说:“至少有三处错误,其中核糖应改为脱氧核糖”D.丁说:“如果说他画的是RNA双链则该图应是正确的”答案答案C解析解析本题考查DNA分子的结构。DNA分子中含有的五碳糖应为脱氧核糖,而不是核糖,不含碱基U,而是含碱基T,两个相邻核苷酸之间的磷酸二酯键连接不正确,应是前一个核苷酸的脱氧核糖与后一个核苷酸的磷酸基团连接,故C正确。1.(2014江苏单科,4,2分)下列叙述与生物学史实相符的是(C)A.孟德尔用山柳菊为实验材料,验证了基因的分离及自由组合规律B.范海尔蒙特基于柳枝扦插实验,认为植物生长的养料来自土壤、水和空气C.富兰克林和威尔金斯对DNA双螺旋结构模型的建立也作出了巨大的贡献D.赫尔希和蔡斯用35S和32P分别标记T2噬菌体的蛋白质和DNA,证明了DNA的半保留复制高考再现高考再现解析解析孟德尔用豌豆为实验材料,验证了基因的分离和自由组合定律,A错误;范海尔蒙特基于柳枝扦插实验,认为植物生长所需要的养料主要来自水,B错误;富兰克林和威尔金斯对DNA双螺旋结构模型的建立作出了巨大贡献,C正确;赫尔希和蔡斯用35S和32P分别标记T2噬菌体的蛋白质和DNA,证明了DNA是T2噬菌体的遗传物质,D错误。