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文档介绍
【生物】2018届一轮复习第2讲DNA分子的结构、复制与基因的本质教案(江苏专用)
第2讲 DNA分子的结构、复制与基因的本质 考点一| DNA分子的结构 1.DNA分子的组成 (1)元素组成:C、H、O、N、P (2)基本单位:脱氧核苷酸 2.DNA分子结构 (1)双螺旋模型构建者:沃森和克里克。 (2)DNA的双螺旋结构内容 ①DNA由两条脱氧核苷酸链组成,这些链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。 ②外侧:脱氧核糖和磷酸交替连接构成主链基本骨架。 ③内侧:两链上碱基通过氢键连接成碱基对。碱基互补配对遵循以下原则:A===T(两个氢键)、GC(三个氢键)。 3.DNA分子结构特点 (1)多样性,具n个碱基对的DNA具有4n种碱基对排列顺序。 (2)特异性,如每个DNA分子都有其特定的碱基对排列顺序。 (3)稳定性,如两条主链磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变,碱基对构成方式不变等。 1.判断DNA分子结构的说法的正误。 (1)沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型的一个重要意义在于“发现DNA如何储存遗传信息”。(√) (2)沃森和克里克提出在DNA双螺旋结构中嘧啶数不等于嘌呤数。(×) 【提示】 由于碱基互补配对,则DNA双螺旋结构中嘧啶数等于嘌呤数。 (3)富兰克琳和威尔金斯对DNA双螺旋结构模型的建立也作出了巨大的贡献。(√) (4)双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的。(×) 【提示】 DNA分子中所含五碳糖是脱氧核糖,一条脱氧核苷酸链中磷酸和脱氧核糖之间通过磷酸二酯键连接起来。 (5)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。(√) (6)DNA分子中两条脱氧核苷酸链之间的碱基一定是通过氢键连接的。(√) (7)含有G、C碱基对比较多的DNA分子热稳定性较差。(×) 【提示】 G与C之间通过三个氢键相连,A与T之间通过两个氢键相连,因此含有G、C碱基对较多的DNA分子热稳定性较高。 (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。(×) 【提示】 分子大小相同,碱基含量相同的核酸分子中碱基排列顺序可能不同,其所携带的遗传信息可能不同。 2.据图回答: (1)DNA的基本组成单位是4种脱氧核苷酸。图示的[③]胞嘧啶脱氧核苷酸就是其中一种。 (2)DNA分子中的[①]磷酸和[②]脱氧核糖交替连接,排列在外侧,构成DNA分子的基本骨架。 (3)DNA分子的两条链通过氢键连接,按反向平行方式盘旋成规则的⑤双螺旋结构。图示的④为脱氧核苷酸链。 (4)配对的碱基,A与T之间形成2个氢键,G与C之间形成3个氢键。C—G比例越大,DNA结构越稳定。若图示中DNA左链中的G发生突变,则不一定(填“一定”或“不一定”)引起该生物的性状改变。 1.理解DNA分子结构的模式图 (1)磷酸基团:每个DNA片段中,游离的磷酸基团有2个,分别位于DNA分子的两端。 (2)氢键 ①碱基对之间的化学键为氢键,可用解旋酶使其断裂,也可加热使其断裂。 ②A与T之间靠两个氢键连接,G与C之间靠三个氢键连接。 (3)磷酸二酯键:两个脱氧核苷酸相连的化学键。可用限制酶切断,可用DNA连接酶或DNA聚合酶连接。 (4)脱氧核糖:脱氧核苷酸的组成部分。 (5)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)。 (6)碱基对:A与T、G与C分别配对,遵循碱基互补配对原则。 2.双链DNA分子中碱基的计算规律 (1)原理:碱基互补配对原则,即A一定与T配对,G一定与C配对。 (2)计算规律 ①嘌呤总数与嘧啶总数相等,即A+G=T+C。 ②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%,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双链DNA分子中,非互补碱基之和所占比例在两条互补链中互为倒数。 设双链DNA分子中,一条链上:=m, 则:==m,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。” 巧记DNA分子结构 视角1 DNA分子结构 1.下列有关DNA分子结构的说法,正确的是( ) A.相邻的碱基被相邻的两个核糖连在一起 B.每个磷酸基团上都连着两个五碳糖 C.碱基对排列顺序的千变万化构成了DNA分子的特异性 D.只有嘌呤与嘧啶配对,才能保证DNA两条长链之间的距离不变 D [DNA分子中一条链上相邻的碱基被“-脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖”连在一起,两条链上相邻的碱基被氢键连在一起;DNA链末端的磷酸基团上连着一个五碳糖;碱基对排列顺序的千变万化构成了DNA分子的多样性。] 2.下图为DNA分子结构示意图,对该图叙述正确的是( ) A.②和③相间排列,构成了DNA分子的基本骨架 B.④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸 C.DNA聚合酶用于⑨的形成 D.DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息 D [由图示可知,①表示磷酸,②表示脱氧核糖,③表示胞嘧啶,②和①相间排列构成了DNA分子的基本骨架;④中的①应属于上面那个脱氧核苷酸的磷酸基团;⑨的形成依靠碱基互补配对原则,不需DNA聚合酶,DNA聚合酶是将游离的脱氧核苷酸聚合成脱氧核苷酸链。] 把握DNA结构的3个常考点 视角2 DNA分子中碱基含量(或比例)的分析与计算 3.某双链DNA分子中含有200个碱基,一条链上A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,则该DNA分子( ) A.四种含氮碱基A∶T∶G∶C=4∶4∶7∶7 B.若该DNA中A为p个,占全部碱基的(m>2n),则G的个数为-p C.碱基排列方式共有4200种 D.含有4个游离的磷酸 B [该DNA分子的一条链上A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,另一条链上A∶T∶G∶C=2∶1∶4∶3,整个DNA分子中A∶T∶G∶C=3∶3∶7∶7;若该DNA中A为p个,占全部碱基的,则碱基总数为个,则G== =-p;该DNA分子含有100个碱基对,30个A—T碱基对,70个G—C碱基对,碱基排列方式少于4100种;一个DNA分子由两条DNA链组成,含2个游离的磷酸。] 4.已知某DNA分子中,G与C之和占全部碱基总数的35.8%,其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%。则在它的互补链中,T和C分别占该链碱基总数的( ) A.32.9%,17.1% B.31.3%,18.7% C.18.7%,31.3% D.17.1%,32.9% B [配对的碱基之和在一条链中与在整个DNA分子中的比例是相同的,因此,一条链中A、T、C、G的比例分别为31.3%、32.9%、17.1%和18.7%,根据碱基互补配对原则,它的互补链中T、C的比例分别为31.3%、18.7%。] 有关碱基比例计算的解题步骤 解DNA分子中有关碱基比例计算的试题时要分三步进行: (1)搞清题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子碱基的比例,还是占DNA分子一条链上碱基的比例。 (2)画一个DNA分子模式图,并在图中标出已知和所求的碱基。 (3)根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。 考点二| DNA复制和基因的本质 1.DNA复制 (1)概念、时间和场所 (2)过程 (3)特点 ①过程:边解旋边复制。 ②方式:半保留复制。 (4)结果:形成两个完全相同的DNA分子。 (5)意义:将遗传信息由亲代传给子代,保持了遗传信息的连续性。 2.基因的本质 基因是有遗传效应的DNA片段。 1.判断有关DNA复制的说法的正误。 (1)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。(×) 【提示】 DNA复制时新合成的DNA分子是由一条子链与其对应的母链缠绕成双螺旋结构。 (2)植物细胞的线粒体和叶绿体中均可发生DNA的复制而DNA复制需要消耗能量。(√) (3)有丝分裂间期DNA复制的过程需要解旋酶参与。(√) (4)DNA双螺旋结构全部解旋后,开始DNA的复制。(×) 【提示】 DNA复制是边解旋边复制的。 (5)单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链。(×) 【提示】 单个脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下连接合成新的子链。 (6)DNA复制时,严格遵循A—U、C—G的碱基互补配对原则。(×) 【提示】 DNA有A、T、C、G四种碱基,复制时严格遵循A—T、C—G的碱基互补配对原则。 2.据图回答: (1)由图示得知,DNA分子复制的方式具有的特点是半保留复制。 (2)图示中解旋酶和DNA聚合酶的作用分别是前者使氢键打开,DNA双链发生解旋;后者催化脱氧核苷酸合成脱氧核苷酸链。 (3)图示过程在蛙的红细胞中也能发生,原因是蛙的红细胞进行无丝分裂,可进行DNA复制。 1.DNA分子复制的场所和外界影响条件 (1)生物体内DNA分子复制的场所 (2)影响DNA复制的外界条件 2.“图解法”分析DNA复制相关计算 (1)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 子代DNA共2n个 脱氧核苷酸链共2n+1条 (2)DNA复制中消耗的脱氧核苷酸数 ①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,经过n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·(2n-1)。 ②第n次复制所需该种脱氧核苷酸数为m·2n-1。 1.巧记DNA复制的“一、二、三、四” 2.基因、DNA、染色体的关系 对于基因理解的两个误区 1.针对遗传物质为DNA的生物而言,基因是指“有遗传效应的DNA片段”,但就RNA病毒而言,其基因为“有遗传效应的RNA片段”。 2.并非所有DNA片段都是基因,基因不是连续分布在DNA上的,而是由碱基序列将不同的基因分割开的。 视角1 DNA复制过程的分析 1.关于DNA分子结构与复制的叙述,正确的是( ) A.DNA分子中含有四种核糖核苷酸 B.DNA分子中每个脱氧核糖上均连着两个磷酸和一个碱基 C.DNA复制不仅需要氨基酸做原料,还需要ATP供能 D.DNA复制不仅发生在细胞核中,也发生于线粒体、叶绿体 D [DNA分子的基本单位是脱氧核糖核苷酸而不是核糖核苷酸;DNA复制不需要氨基酸做原料,而是需要脱氧核糖核苷酸做原料。] 2.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 A [从图中能看出有多个复制起点,但并不是同时开始,所以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聚合酶等酶的参与。真核细胞的DNA分子具有多个复制起点,这种复制方式加速了复制过程,提高了复制速率。] 视角2 DNA复制的相关计算 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分子在含14N的培养基中连续复制4次。下列结果不可能的是( ) A.含有14N的DNA分子占7/8 B.含有15N的脱氧核苷酸链占1/16 C.复制过程中需游离腺嘌呤脱氧核苷酸600个 D.复制后共产生16个DNA分子 A [DNA进行的是半保留复制,又因所用培养基含14N,所以后代含14N的DNA分子占100%,A错误;1个DNA分子连续复制4次会得到16个DNA分子,32条脱氧核苷酸链,其中有2条脱氧核苷酸链为母链(含15N),位于两个子代DNA分子中,故含15N的脱氧核苷酸链占1/16,B、D正确;DNA分子中不相配对的两种碱基之和等于碱基总数的一半,C与A不配对,故该DNA中A有200×1/2-60=40个,而该DNA分子连续复制4次会得到16个DNA,相当于新合成15个DNA分子,故需要游离腺嘌呤脱氧核苷酸15×40=600(个),C正确。] 4.(2017·洛阳模拟)某DNA分子有500个碱基对,其中含有鸟嘌呤300个。该DNA进行连续复制,经测定,最后一次复制消耗了周围环境中3 200个腺嘌呤脱氧核苷酸,则该DNA分子共复制了多少次( ) A.3次 B.4次 C.5次 D.6次 C [由题干分析知,DNA分子中有500个碱基对,G=C=300,则A=T=200,由于最后一次复制消耗了3 200个,则有2n-1×200=3 200,解得n=5,所以该DNA分子共复制了5次。] DNA分子复制的计算的三审试题 DNA分子复制是典型的半保留复制,解题时一定要注意先三审试题 一审DNA分子碱基数:看准是碱基数还是碱基对数; 二审结果要求:看准是“含”还是“只含”,是“DNA分子数”还是“链数”; 三审复制代数:看准是“复制n代”还是“第n代复制”。 视角3 DNA分子复制方式的探究 5.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。 组别 1组 2组 3组 4组 培养液中 唯一氮源 14NH4Cl 15NH4Cl 14NH4Cl 14NH4Cl 繁殖代数 多代 多代 一代 两代 培养产物 A B B的子Ⅰ代 B的子Ⅱ代 操作 提取DNA并离心 离心结果 仅为轻带 (14N/14N) 仅为重带 (15N/15N) 仅为中带 (15N/14N) 1/2轻带 (14N/14N) 1/2中带 (15N/14N) 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: ①若子Ⅰ代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带,则“重带”DNA来自________,据此可判断DNA分子的复制方式不是 ________复制。 ②若将子Ⅰ代DNA双链分开后再离心,其结果________(填“能”或“不能”)判断DNA的复制方式。 ③若在同等条件下将子Ⅱ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。 ④若某次实验的结果中,子Ⅰ代DNA的“中带”比以往实验结果的“中带”略宽,可能的原因是新合成DNA单链中的N尚有少部分为________。 【解析】 本题主要考查DNA分子复制的相关知识,意在考查学生对同位素示踪技术与密度梯度离心方法的掌握情况。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”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)①B 半保留 ②不能 ③没有变化 轻 ④15N 视角4 DNA复制与细胞分裂的关系 6.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( ) A.0条 B.20条 C.大于0小于20条 D.以上都有可能 D [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。] 7.果蝇一个精原细胞中的一个核DNA分子用15N标记,在正常情况下,其减数分裂形成的精子中,含有15N的精子数占( ) A.1/16 B.1/8 C.1/4 D.1/2 D [减数分裂过程中,同源染色体要发生联会和分离现象,因此要体现减数分裂过程中染色体中DNA的变化,至少要画出一对同源染色体。果蝇一个精原细胞中的一个核DNA分子用15N标记,即果蝇4对同源染色体中有3对未标记(画图时可略去),另一对同源染色体中有一条染色体上的DNA分子用15N标记,则该精原细胞进行正常减数分裂形成精细胞时,染色体和DNA的标记情况可用下图进行解析。 精原细胞减数分裂过程中染色体和DNA的标记示意图结合上图分析,观察产生的4个精细胞,答案选D。] DNA分子复制和细胞分裂图示 这样来看,最后形成的4个子细胞有3种情况:第一种情况是4个细胞都是;第2种情况是2个细胞是,1个细胞是,1个细胞是;第3种情况是2个细胞,另外2个细胞是。 真题验收| 感悟高考 淬炼考能 1.(2016·全国甲卷)某种物质可插入DNA分子两条链的碱基对之间,使DNA双链不能解开。若在细胞正常生长的培养液中加入适量的该物质,下列相关叙述错误的是( ) A.随后细胞中的DNA复制发生障碍 B.随后细胞中的RNA转录发生障碍 C.该物质可将细胞周期阻断在分裂中期 D.可推测该物质对癌细胞的增殖有抑制作用 C [在DNA分子的复制过程中,DNA分子需要先经过解旋,即DNA双链解开,加入该物质后DNA分子双链不能解开,故细胞中DNA的复制会发生障碍,A项正确。DNA分子转录产生RNA的过程中,DNA分子也需要在RNA聚合酶作用下先将双链解开,再以DNA的一条链为模板进行转录,加入该物质后DNA分子双链不能解开,故细胞中的RNA转录会发生障碍,B项正确。因DNA复制发生在细胞分裂间期,故该物质阻断的是分裂间期DNA分子的复制过程,从而将细胞周期阻断在分裂间期,C项错误。癌细胞的增殖方式是有丝分裂,其分裂过程中可发生DNA复制和转录,加入该物质会阻碍这两个过程,从而抑制癌细胞的增殖,D项正确。] 2.(2016·上海高考)在DNA分子模型的搭建实验中,若仅用订书钉将脱氧核糖、磷酸、碱基连为一体并构建一个含10对碱基(A有6个)的DNA双链片段,那么使用的订书钉个数为( ) A.58 B.78 C.82 D.88 C [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。] 3.(2014·山东高考)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( ) C [双链DNA分子中,(A+C)/(T+G)一定等于1,A曲线应为水平,A项错误;当一条链中存在(A1+C1)/(T1+G1)=1时,其互补链中存在(A2+C2)/(T2+G2):(T1+G1)/(A1+C1)=1,B项错误;在DNA分子中,存在(A1+T1)/(G1+C1)=(A2+T2)/(G2+C2)=(A+T)/(G+C),C项正确、D项错误。] 4.(2014·上海高考)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是( ) D [DNA的复制方式为半保留复制,复制后不存在亲代的DNA分子(双链均为白色),排除A、B项;第二次复制后得到的4个DNA分子中,每个DNA分子各有1条链是第二次复制形成的(黑色),排除C项;进一步分析可知D项符合题意。] 5.(2016·全国乙卷)在有关DNA分子的研究中,常用32P来标记DNA分子。用α、β和γ表示ATP或dATP(d表示脱氧)上三个磷酸基团所处的位置(A—Pα~Pβ~Pγ或dA—Pα~Pβ~Pγ)。回答下列问题: (1)某种酶可以催化ATP的一个磷酸基团转移到DNA末端上,同时产生ADP。若要用该酶把32P标记到DNA末端上,那么带有32P的磷酸基团应在ATP的________(填“α”“β”或“γ”)位上。 (2)若用带有32P的dATP作为DNA生物合成的原料,将32P标记到新合成的DNA分子上,则带有32P的磷酸基团应在dATP的________(填“α”“β”或“γ”)位上。 (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_______________________________________________________________________________________________________________________________________。 【解析】 (1)根据题干信息可知,该酶能将ATP水解成ADP和磷酸基团(即Pγ),同时将Pγ基团转移到DNA末端上。因此需用32P标记到ATP的γ位上。(2)DNA生物合成的原料为脱氧核苷酸。将dATP两个高能磷酸键都水解后产物为dA—Pα(腺嘌呤脱氧核苷酸),为合成DNA的原料。因此需用32P标记到dATP的α位上。(3)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n 个噬菌体中只有2个带有标记。 【答案】 (1)γ (2)α (3)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n个噬菌体中只有2个带有标记 1.沃森和克里克通过物理模型构建了DNA双螺旋结构。 2.DNA的两条脱氧核苷酸链反向平行盘旋成规则的双螺旋结构。 其基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成的。 3.DNA上的碱基对严格遵循碱基互补配对原则,通过氢键连接。 4.DNA分子中脱氧核苷酸的排列排序代表了遗传信息。 5.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。 6.DNA复制具有边解旋边复制、半保留复制的特点。 7.DNA复制需要解旋酶和DNA聚合酶参与。 8.基因是具有遗传效应的DNA片段。查看更多