2021高考生物一轮复习第六单元第18讲DNA的结构复制与基因的本质教案新人教版

2021高考生物一轮复习第六单元第18讲DNA的结构复制与基因的本质教案新人教版

- 1 - 第 18 讲 DNA 的结构、复制与基因的本质 考点一 DNA 分子的结构和基因的本质 1.DNA 分子的结构 2.DNA 分子的特性 (1)多样性:不同的 DNA 分子中脱氧核苷酸数目不同,排列顺序多种多样。若某 DNA 分子中有 n 个碱基对,则其碱基对排列顺序有 4n 种。 (2)特异性:每种 DNA 分子都有区别于其他 DNA 的特定的碱基对排列顺序,代表了特定的遗传信 息。 (3)稳定性:两条链磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变,碱基之间有氢键相连,使 DNA 分子具 有稳定性。 3.基因与染色体、DNA 的关系 [纠误诊断] - 2 - (1)沃森和克里克研究 DNA 分子的结构时,运用了构建数学模型的方法。( × ) 提示:沃森和克里克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)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:核酸分子所携带的遗传信息取决于碱基排列顺序。 (4)DNA 分子一条链上的相邻碱基通过磷酸—脱氧核糖—磷酸相连。( × ) 提示:一条链上相邻的碱基通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖相连。 (5)不同生物的 DNA 分子中互补配对的碱基之和的比值一定不同。( × ) 提示:不同生物的 DNA 分子中 A+T/G+C 的比值可能相同。 (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。( × ) 提示:DNA 的空间结构都是双螺旋结构,与多样性和特异性无关。 (7)人体内控制β 珠蛋白基因由 1 700 个碱基对组成,其碱基对可能的排列方式有 41 700 种。 ( × ) 提示:β 珠蛋白的基因的碱基排列方式是特定的。 (8)HIV 的基因是指具有遗传效应的 RNA 片段。( √ ) 1.下图是 DNA 分子结构示意图,请据图思考回答: (1)由图 1 可知,每个 DNA 分子片段中,游离磷酸基团有 2 个。单链中相邻碱基通过脱氧核糖— 磷酸—脱氧核糖连接。互补链中相邻碱基通过氢键连接。 (2)图 2 是图 1 的简化形式,其中①是磷酸二酯键,②是氢键。解旋酶作用于②(填“①”或“②”) 部位,限制性核酸内切酶和 DNA 连接酶作用于①(填“①”或“②”)部位。 [深度思考] (1)含 G、C 碱基对比较多的 DNA 分子热稳定性较高,为什么? 提示:G、C 碱基对中含三个氢键,断裂时所需能量多。 (2)基因是碱基对随机排列成的 DNA 片段吗? - 3 - 提示:基因中碱基对的排列顺序是特定的,特有的碱基对的排列顺序蕴含遗传信息,不是随机 排列成的 DNA 片段。 2.碱基互补配对原则及相关计算规律探究 (1)碱基互补配对原则:在双链 DNA 分子中,A 一定与 T 配对,G 一定与 C 配对。 (2)四个计算规律。 ①规律一:一个双链 DNA 分子中,A=T、C=G,则 A+G=C+T,即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。 ②规律二:在双链 DNA 分子中,互补的两碱基之和(如 A+T 或 C+G)占全部碱基的比值等于其任何 一条单链中该种碱基比例的比值。 ③规律三:在 DNA 双链中,一条单链的 的值与其互补单链的 的值互为倒数关系。 提醒:在整个 DNA 分子中该比值等于 1。 ④规律四:在 DNA 双链中,一条单链的 的值,与该互补链的 的值是相等的,与整个 DNA 分 子中的 的值是相等的。 题型一 考查 DNA 分子的结构及特性 1.(2019·河北衡水金卷)如图是某 DNA 片段的结构示意图,下列叙述正确的是( C ) A.DNA 复制时,解旋酶先将①全部切割,再进行复制 B.该 DNA 片段有两种碱基配对方式,四种核糖核苷酸 C.磷酸与脱氧核糖交替排列构成 DNA 分子的基本骨架 D.a 链、b 链方向相同,a 链与 b 链的碱基互补配对 解析:DNA 复制是边解旋边复制;该 DNA 片段有两种碱基配对方式,即 A 与 T 配对,G 与 C 配对, 四种脱氧核苷酸;磷酸与脱氧核糖交替排列构成 DNA 分子的基本骨架;DNA 分子的两条链方向相 反,a 链与 b 链的碱基互补配对。 - 4 - 2.(2019·河北衡水中学五调)2018 年是 DNA 分子双螺旋结构被发现的第 65 年。下列关于 DNA 分子的叙述,错误的是( C ) A.DNA 分子中 G 和 C 所占的比例越高,DNA 分子的热稳定性越高 B.DNA 分子互补配对的两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构 C.不同生物的 DNA 分子中,(A+T)/(G+C)的值越接近,亲缘关系越近 D.DNA 分子发生碱基对替换后,不会改变 DNA 分子中嘧啶碱基所占的比例 解析:生物的遗传信息蕴藏在碱基对的排列顺序中,而与 DNA 分子中碱基的比例没有直接关系。 题型二 考查 DNA 分子中的碱基配对规律及相关计算 3.(2019·河北衡水金卷)某已知序列的双链链状 DNA 分子由 200 个脱氧核苷酸组成,其中有胞 嘧啶脱氧核苷酸 40 个。下列相关叙述正确的是( C ) A.四种碱基和氢键构成了 DNA 分子的基本骨架 B.每个脱氧核糖上均连接着 2 个磷酸和 1 个碱基 C.该 DNA 分子一定含有 40 个鸟嘌呤脱氧核苷酸 D.该 DNA 分子蕴含的遗传信息种类最多有 4200 种 解析:在双链链状 DNA 分子中,磷酸和五碳糖(脱氧核糖)排列在外侧,构成 DNA 分子的基本骨架; 该双链 DNA 分子的末端脱氧核糖连接着 1 个磷酸和 1 个碱基;已知该 DNA 分子含有 200 个脱氧 核苷酸,其中有胞嘧啶脱氧核苷酸 40 个,根据碱基互补配对原则,该 DNA 分子中一定含有 40 个 鸟嘌呤脱氧核苷酸;该 DNA 分子的序列是已知的,其蕴含的遗传信息种类有 1 种。 4.(2017·海南卷)DNA 分子的稳定性与碱基对之间的氢键数目有关。下列关于生物体内 DNA 分 子中(A+T)/(G+C)与(A+C)/(G+T)两个比值的叙述,正确的是( D ) A.碱基序列不同的双链 DNA 分子,后一比值不同 B.前一个比值越大,双链 DNA 分子的稳定性越高 C.当两个比值相同时,可判断这个 DNA 分子是双链 D.经半保留复制得到的 DNA 分子,后一比值等于 1 解析:双链 DNA 分子中 A=T,G=C,前者之间是两个氢键,后者之间是三个氢键;碱基序列不同的双 链 DNA 分子,前一比值不同,后一比值相同;前一个比值越小,双链 DNA 分子的稳定性越高;当两 个比值相同时,只能推出 4 种碱基数目相同,无法判断出这个 DNA 分子是双链还是单链;双链 DNA 的复制方式为半保留复制,经半保留复制得到的 DNA 分子仍为双链,后一比值等于 1。 题型三 考查基因的本质及与 DNA 和染色体的关系 5.(2019·重庆一模)下列有关基因的叙述,错误的是( A ) - 5 - A.摩尔根将孟德尔的“遗传因子”这一名词重新命名为“基因” B.随着细胞质基因的发现,基因与染色体的关系可概括为染色体是基因的主要载体 C.一个 DNA 分子上有多个基因,基因是有遗传效应的 DNA 片段 D.研究表明,基因与性状的关系并不都是简单的线性关系 解析:摩尔根运用假说—演绎法证明基因在染色体上,约翰逊给“遗传因子”起了一个新名字 为“基因”;DNA 主要存在于染色体上,少量存在于细胞质中,故染色体是基因的主要载体;基因 是有遗传效应的 DNA 片段,一个 DNA 分子上有多个基因;生物的性状是由基因和环境共同决定 的,基因与性状的关系并不都是简单的线性关系。 6.(2019·河北衡水金卷)如图表示细胞内与基因有关的物质或结构,其中 i 是遗传物质的主要 载体。下列相关叙述正确的是( B ) 元素(a) e 基因(f) g i A.碱基对数目的差异是不同 f 携带信息不同的主要原因 B.f 在 i 上呈线性排列,f 与性状不是简单的一一对应关系 C.e 为核糖核苷酸,h 为蛋白质 D.若 g 中(G+C)/(A+T)=0.5,则 A 占 g 中总碱基数的比例为 1/2 解析:f 为基因,不同基因携带信息不同的主要原因是碱基对的排列顺序不同;i 为染色体,基因 在染色体上呈线性排列,基因与性状不是简单的一一对应关系;e 为基因的基本组成单位—— 脱氧核糖核苷酸,h 为组成染色体的成分——蛋白质;若 g 中(G+C)/(A+T)=0.5,假设 G=C=n,则 A=T=2n,故 A 占 g 中总碱基数的比例为 1/3。 考点二 DNA 分子的复制 1.DNA 分子复制的概念和时间 (1)概念:以亲代 DNA 为模板合成子代 DNA 的过程。 (2)时间:有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期。 2.复制过程图解 - 6 - 3.特点 (1)复制方式为半保留复制。 (2)边解旋边复制。 4.DNA 分子精确复制的原因 (1)DNA 分子独特的双螺旋结构提供精确的模板。 (2)碱基互补配对原则保证复制精确进行。 5.意义 使遗传信息从亲代传给子代,保持了遗传信息的连续性。 [纠误诊断] (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:新合成的 DNA 分子的两条链有一条链是新合成的。 (2)DNA 双螺旋结构全部解旋后,开始 DNA 的复制。( × ) 提示:DNA 复制时边解旋边复制。 (3)单个脱氧核苷酸在 DNA 酶的作用下连接合成新的子链。( × ) 提示:在 DNA 聚合酶的作用下,单个脱氧核苷酸连接到 DNA 单链片段上形成子链。 (4)所有的细胞中都要进行核 DNA 分子的复制。( × ) 提示:哺乳动物成熟的红细胞因为无细胞核和各种细胞器而不能进行核 DNA 分子复制;不分裂 的细胞不存在 DNA 分子复制。 (5)复制后的两个子 DNA 分子将在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝点分裂时,随两染 色单体分离而分开,分别进入两个子细胞中。( √ ) 1.分析各类生物体中 DNA 分子复制的场所 (1)真核生物:细胞核(主要场所)、叶绿体、线粒体。 (2)原核生物:拟核、细胞质(如质粒中 DNA 的复制)。 - 7 - (3)DNA 病毒:宿主细胞内。 2.探究 DNA 分子复制过程中相关计算的规律 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。 ①含有亲代链的 DNA 分子数为 2 个。 ②只含亲代链的 DNA 分子数为 0 个。 ③不含亲代链的 DNA 分子数为(2n-2)个。 ④含子代链的 DNA 分子数有 2n 个。 (2)子代脱氧核苷酸链数为 2n+1 条。 ①亲代脱氧核苷酸链数为 2 条。 ②新合成的脱氧核苷酸链数为(2n+1-2)条。 (3)若模板 DNA 中含有 m 个碱基,其中 A 有 a 个,则: ①连续复制 n 次需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸数目为[(m/2-a)×(2n-1)]个。 ②第 n 次复制需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸数目为 [(m/2-a)×2n-1]个。 题型一 考查 DNA 复制的过程和特点 1.(2019·河北衡水中学五调)正常情况下,DNA 分子在复制时,DNA 单链结合蛋白能与解旋后的 DNA 单链结合,使单链呈伸展状态而有利于复制。如图是大肠杆菌 DNA 复制过程的示意图,下列 有关分析错误的是( B ) A.在真核细胞中,DNA 复制可发生在细胞分裂的间期 B.DNA 复制时,两条子链复制的方向是相反的,且都是连续形成的 - 8 - C.如图所示过程可发生在大肠杆菌的拟核中,酶①和酶②都是在核糖体上合成的 D.DNA 单链结合蛋白能防止解旋的 DNA 单链重新配对 解析:DNA 分子的两条链是反向平行的,从图中可以看出,在复制的过程中,子链的形成是由片 段连接而成的。 2.(2019·河北衡水金卷)真核细胞中 DNA 复制如图所示。下列表述错误的是( C ) A.多起点双向复制能保证 DNA 复制在短时间内完成 B.每个子代 DNA 都有一条核苷酸链来自亲代 C.复制过程中氢键的破坏和形成都需要 DNA 聚合酶的催化 D.DNA 分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则 解析:多起点双向复制能加快复制速度,保证 DNA 复制在短时间内完成;DNA 的复制方式是半保 留复制,每个子代 DNA 都有一条核苷酸链来自亲代;复制过程中氢键的破坏和形成不需要 DNA 聚合酶的催化,DNA 聚合酶用于催化磷酸二酯键的形成;由于碱基互补配对原则的存在,DNA 分 子才得以准确复制。 题型二 DNA 复制的相关计算 3.(2019·河北衡水中学四调)一个双链均被 32P 标记的 DNA 由 5 000 个碱基对组成,其中腺嘌 呤占 20%,将其置于只含 31P 的环境中复制 3 次。下列叙述不正确的是( B ) A.DNA 复制是一个边解旋边复制的过程 B.第三次复制需要 2.1×104 个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸 C.子代 DNA 分子中含 32P 的单链与含 31P 的单链之比为 1∶7 D.子代 DNA 分子中含 32P 与含 31P 的分子数之比为 1∶4 解析:DNA 分子中共有 10 000 个碱基,其中胞嘧啶 3 000 个,DNA 第三次复制需要游离的胞嘧啶 脱氧核苷酸数为(23-1)×3 000-(22-1)×3 000=1.2×104(个)。 4.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 - 9 - D.在 n 次复制过程中,总共需要 2n(m-A)个 解析:该 DNA 分子含胞嘧啶数目为(2m-2A)/2=(m-A)个;第二次复制时是以两个 DNA 分子为模板 复制出 4 个 DNA 分子的过程,所以需要胞嘧啶脱氧核苷酸数目为 2(m-A)个;DNA 复制 n 次需胞 嘧啶脱氧核苷酸数目为(m-A)(2n-1)个;第 n 次复制所需的胞嘧啶脱氧核苷酸数目是 n 次复制所 需的胞嘧啶脱氧核苷酸数减去(n-1)次复制所需的胞嘧啶脱氧核苷酸数目,即 (m-A)(2n-1)-(m-A)(2n-1-1)=[2n-1(m-A)]个。 准确把握 DNA 复制的相关计算问题 (1)复制次数:“DNA 复制了 n 次”和“第 n 次复制”的区别:前者包括所有的复制,后者只包括 最后一次复制。 (2)碱基数目:碱基的数目单位是“对”还是“个”。 (3)复制模板:在 DNA 复制过程中,无论复制了几次,含有亲代脱氧核苷酸单链的 DNA 分子都只 有两个。 (4)关键词语:看清是“DNA 分子数”还是“链数”,“含”还是“只含”等关键词。 题型三 DNA 半保留复制的实验分析 5.(2019·河北衡水金卷)细菌在含 15N 的培养基中繁殖数代后,细菌 DNA 的含氮碱基均含有 15N, 然后再将其移入含 14N 的培养基中培养,提取亲代及子代的 DNA 并离心,如图①～⑤为可能的结 果,下列叙述错误的是( C ) A.子一代 DNA 应为② B.子二代 DNA 应为① C.子三代 DNA 应为④ D.亲代的 DNA 应为⑤ 解析:DNA 的复制方式是半保留复制,亲代 DNA 为 15N/15N,在含 14N 的培养基中培养,子一代的 DNA 应全为 14N/15N,即图②;子二代 DNA 中 1/2 为 14N/15N、1/2 为 14N/14N,即图①;子三代 DNA 中 1/4 为 14N/15N、3/4 为 14N/14N,即图③;亲代的 DNA 应为 15N/15N,即图⑤。 - 10 - 6.(2018·浙江卷)某研究小组进行“探究 DNA 的复制过程”的活动,结果如图所示。其中培养 大肠杆菌的唯一氮源是 14NH4Cl 或 15NH4Cl,a、b、c 表示离心管编号,条带表示大肠杆菌 DNA 离 心后在离心管中的分布位置。下列叙述错误的是( B ) A.本活动运用了同位素示踪和密度梯度离心技术 B.a 管的结果表明该管中的大肠杆菌是在含 14NH4Cl 的培养液中培养的 C.b 管的结果表明该管中的大肠杆菌的 DNA 都是 15N/14N DNA D.实验结果说明 DNA 分子的复制是半保留复制的 解析:本活动中使用了 14N 和 15N,即采用了同位素示踪技术,3 个离心管中的条带是经密度梯度 离心产生的;a 管中只有重带,即 15N/15N DNA,表明该管中的大肠杆菌是在含 15NH4Cl 的培养液中 培养的;b 管中只有中带,即 DNA 都是 15N/14N DNA;c 管中具有 1/2 中带(15N/14N DNA),1/2 轻带 (14N/14N DNA),综合 a、b、c 三支管可推测,a 管中为亲代 DNA:15N/15N DNA,b 管中为在含 14N 的培 养基上复制一代后的子代 DNA:15N/14N DNA,c 管中为在含 14N 的培养基上复制两代后的子代 DNA:1/215N/14N DNA、1/214N/14N DNA,据实验结果可说明 DNA 分子的复制是半保留复制。 [构建知识网络] [强化思维表达] 1.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。 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。 - 11 - 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 分子中脱氧核苷酸碱基的排列顺序代表了遗传信息。 5.DNA 复制具有边解旋边复制、半保留复制的特点。 6.DNA 复制需要解旋酶和 DNA 聚合酶的参与。 7.基因是具有遗传效应的 DNA 片段。 8.染色体是基因的主要载体,线粒体、叶绿体中也存在基因。