
第17講 DNA的結(jié)構(gòu)、復(fù)制及基因的本質(zhì)【課標(biāo)要求】 1.概述DNA分子是由四種脫氧核苷酸構(gòu)成,通常由兩條堿基互補(bǔ)配對(duì)的反向平行長(zhǎng)鏈形成雙螺旋結(jié)構(gòu),堿基的排列順序編碼了遺傳信息。2.概述DNA分子通過半保留方式進(jìn)行復(fù)制。
1.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建(1)構(gòu)建者:沃森和克里克。(2)構(gòu)建過程。
提醒:一個(gè)雙鏈DNA分子具有2個(gè)游離的磷酸基團(tuán),而環(huán)狀DNA不存在。
3.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的內(nèi)容(1)DNA由兩條單鏈組成,這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA的一條鏈具有兩個(gè)末端:一端有一個(gè)游離的磷酸基團(tuán),稱作5′-端;另一端有一個(gè)羥基(—OH),稱作3′-端。兩條單鏈走向相反,從雙鏈的一端起始,一條單鏈?zhǔn)菑?′-端到3′-端,另一條單鏈?zhǔn)菑?′-端到5′-端。(2)DNA中的脫氧核糖和磷酸交替連接,排列在外側(cè),構(gòu)成基本骨架;堿基排列在內(nèi)側(cè)。(3)兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對(duì),并且堿基配對(duì)具有一定的規(guī)律:A(腺嘌呤)一定與T(胸腺嘧啶)配對(duì),G(鳥嘌呤)一定與C(胞嘧啶)配對(duì)。堿基之間的這種一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系,叫作堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。
提醒:①并非所有的DNA均具雙鏈。②氫鍵可由解旋酶催化斷裂,同時(shí)需要ATP供能,也可加熱斷裂(體外);而氫鍵是自動(dòng)形成的,不需要酶和能量。③G—C堿基對(duì)所占比例越大,DNA熱穩(wěn)定性越強(qiáng)。
2.DNA中堿基數(shù)量的計(jì)算規(guī)律
考向1 結(jié)合DNA的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),考查生命觀念1.(2022·梅州一模)下列研究成果中,為沃森和克里克構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)提供主要依據(jù)的是( )①沃森和克里克提出的DNA半保留復(fù)制機(jī)制②赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)證明DNA是遺傳物質(zhì)③查哥夫發(fā)現(xiàn)的DNA分子中嘌呤含量與嘧啶含量相等④富蘭克林拍攝的DNA分子X射線衍射圖譜顯示DNA結(jié)構(gòu)呈螺旋形A.①② B.②③C.③④ D.①④
解析:沃森和克里克先提出DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu),之后才提出DNA的半保留復(fù)制機(jī)制,①不符合題意;赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)證明DNA是遺傳物質(zhì),但該實(shí)驗(yàn)沒有為沃森和克里克構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)提供依據(jù),②不符合題意;查哥夫發(fā)現(xiàn)DNA分子中嘌呤含量與嘧啶含量相等,進(jìn)而提出A-T、C-G配對(duì),可以為沃森和克里克構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)提供主要依據(jù),③符合題意;富蘭克林拍攝的DNA分子X射線衍射圖譜顯示DNA結(jié)構(gòu)呈螺旋形,之后推出DNA是雙螺旋結(jié)構(gòu),④符合題意。
2.(2022·遼寧大連)下圖為某鏈狀DNA分子部分結(jié)構(gòu)示意圖,以下敘述正確的是( )
A.④是一個(gè)鳥嘌呤脫氧核苷酸B.DNA聚合酶可催化⑥或⑦形成C.解旋酶可斷開⑤,因此DNA的穩(wěn)定性與⑤無(wú)關(guān)D.A鏈和B鏈的方向相反,該DNA分子共具有2個(gè)游離的磷酸基團(tuán)
解析:①是胸腺嘧啶脫氧核苷酸中的磷酸,①②③不是一個(gè)鳥嘌呤脫氧核苷酸的組成部分,A項(xiàng)錯(cuò)誤;DNA聚合酶催化⑥的形成,不催化⑦的形成,B項(xiàng)錯(cuò)誤;⑤是氫鍵,氫鍵是維持DNA結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素之一,C項(xiàng)錯(cuò)誤;鏈狀DNA分子兩條鏈的末端各有一個(gè)游離的磷酸基團(tuán),所以該DNA分子中共具有2個(gè)游離的磷酸基團(tuán),D項(xiàng)正確。
考向2 借助DNA結(jié)構(gòu)的相關(guān)計(jì)算,考查科學(xué)思維3.(2022·云南麗江)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)是1953年沃森和克里克發(fā)現(xiàn)的,現(xiàn)已知基因M含有堿基共N個(gè),腺嘌呤n個(gè),具有類似如圖的平面結(jié)構(gòu),下列說法正確的是( )
解析:基因M的每一條鏈有1個(gè)游離的磷酸基團(tuán),故有2個(gè)游離的磷酸基,氫鍵數(shù)為1.5N-n個(gè),A項(xiàng)錯(cuò)誤;基因是由兩條脫氧核苷酸鏈組成的,圖中a和b共同組成基因M,B項(xiàng)錯(cuò)誤;雙螺旋結(jié)構(gòu)中脫氧核糖和磷酸交替連接排列在外側(cè),構(gòu)成基本骨架,C項(xiàng)錯(cuò)誤;等位基因是基因突變產(chǎn)生的,基因突變是指基因中堿基的增添、缺失或替換,基因M和它的等位基因m的堿基數(shù)或排列順序可以不同,D項(xiàng)正確。
4.(2022·黑龍江三中)在一個(gè)DNA分子中,腺嘌呤和胸腺嘧啶之和占全部堿基的42%,若其中一條鏈的胞嘧啶占該鏈堿基總數(shù)的24%,胸腺嘧啶占30%,則在其互補(bǔ)鏈上,胞嘧啶和胸腺嘧啶分別占( )A.12%和34% B.21%和24%C.34%和12% D.58%和30%
解析:因?yàn)锳+T占全部堿基總數(shù)的42%,所以G+C占全部堿基總數(shù)的58%;因?yàn)閮煞N互補(bǔ)堿基之和在DNA分子中與在單鏈上的含量相等,所以在兩條鏈中A+T、G+C分別占42%、58%;設(shè)鏈1上C1占24%,則鏈1上G1占34%,其互補(bǔ)鏈2上C2占34%;設(shè)鏈1上T1占30%,則鏈1上A1占12%,其互補(bǔ)鏈2上T2占12%,C項(xiàng)正確。
考點(diǎn)二 DNA的復(fù)制及基因的體質(zhì)
1.對(duì)DNA復(fù)制的推測(cè)沃森和克里克提出假說——DNA分子復(fù)制方式為半保留復(fù)制。2.DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)(1)實(shí)驗(yàn)者:美國(guó)生物學(xué)家梅塞爾森和斯塔爾。(2)研究方法:假說—演繹法。(3)實(shí)驗(yàn)材料:大腸桿菌。(4)實(shí)驗(yàn)技術(shù):同位素示蹤法和離心技術(shù)。(5)實(shí)驗(yàn)原理:含15N的雙鏈DNA密度大,含14N的雙鏈DNA密度小,一條鏈含14N、一條鏈含15N的雙鏈DNA密度居中。
(6)實(shí)驗(yàn)假設(shè):DNA以半保留的方式復(fù)制。(7)實(shí)驗(yàn)預(yù)期:離心后應(yīng)出現(xiàn)3條DNA帶。①重帶(密度最大):兩條鏈都為15N標(biāo)記的親代雙鏈DNA。②中帶(密度居中):一條鏈為14N標(biāo)記,另一條鏈為15N標(biāo)記的子代雙鏈DNA。③輕帶(密度最小):兩條鏈都為14N標(biāo)記的子代雙鏈DNA。
(8)實(shí)驗(yàn)過程及分析。①實(shí)驗(yàn)過程。
3.DNA的復(fù)制(1)概念:以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。(2)時(shí)間:細(xì)胞分裂前的間期。即有絲分裂前的間期和減數(shù)分裂前的間期。(3)場(chǎng)所:①真核生物:主要在細(xì)胞核內(nèi),線粒體和葉綠體也可以進(jìn)行。②原核生物:主要在擬核。③DNA病毒:活的宿主細(xì)胞內(nèi)。
(7)DNA準(zhǔn)確復(fù)制的原因:DNA具有獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu),為復(fù)制提供精確的模板,堿基互補(bǔ)配對(duì)原則,保證了復(fù)制能準(zhǔn)確地進(jìn)行。(8)DNA復(fù)制的意義:DNA通過復(fù)制,將遺傳信息從親代細(xì)胞傳遞給子代細(xì)胞,從而保持了遺傳信息的連續(xù)性。4.基因與DNA(1)遺傳信息:基因中4種堿基的排列順序。不同基因的脫氧核苷酸的排列順序不同,含有的遺傳信息不同。
(2)DNA分子的特性。①相對(duì)穩(wěn)定性:DNA分子中磷酸和脫氧核糖交替連接,排列在外側(cè),構(gòu)成基本骨架。②多樣性:不同的DNA分子中堿基排列順序多種多樣。③特異性:每種DNA分子都有區(qū)別于其他DNA特定的堿基排列順序,代表了特定的遺傳信息。(3)基因的本質(zhì):基因通常是有遺傳效應(yīng)的DNA片段。
提醒:①對(duì)于RNA病毒來(lái)說,基因是有遺傳效應(yīng)的RNA片段。②基因可以是一段DNA,但一段DNA不一定是基因。③人類基因組計(jì)劃測(cè)定的是24條染色體(22條常染色體+X+Y)上DNA的堿基序列。
5.基因與染色體、DNA、脫氧核苷酸之間的關(guān)系:
1.基因的理解(1)本質(zhì)上,基因是有遺傳效應(yīng)的DNA(RNA病毒中是RNA)片段。(2)結(jié)構(gòu)上,基因是含有特定遺傳信息的脫氧核苷酸(RNA病毒中是核糖核苷酸)序列。(3)功能上,基因是遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能的基本單位。(4)位置上,基因在染色體上呈線性排列。2.DNA分子的復(fù)制類型(1)下圖為真核生物染色體上DNA分子復(fù)制過程示意圖。
①圖中顯示DNA分子復(fù)制是從多個(gè)起點(diǎn)開始的,但多起點(diǎn)并非同時(shí)進(jìn)行。②圖中顯示DNA分子復(fù)制是邊解旋邊雙向復(fù)制的。③真核生物這種復(fù)制方式的意義在于提高了復(fù)制速率。④一個(gè)細(xì)胞周期中每個(gè)起點(diǎn)一般只起始1次。(2)原核生物DNA復(fù)制通常為單起點(diǎn),雙向復(fù)制。3.DNA復(fù)制的相關(guān)計(jì)算
(2)DNA分子復(fù)制過程中消耗的脫氧核苷酸數(shù)。①若親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個(gè),經(jīng)過n次復(fù)制需要消耗該種脫氧核苷酸數(shù)為m·(2n-1)。②第n次復(fù)制需要消耗該種脫氧核苷酸數(shù)為m·2n-1。
提醒:①注意“DNA復(fù)制n次”和“第n次復(fù)制”的區(qū)別,前者包括所有的復(fù)制,但后者只包括第n次的復(fù)制。②注意堿基的單位是“對(duì)”還是“個(gè)”。③注意在DNA復(fù)制過程中,無(wú)論復(fù)制了幾次,含有親代脫氧核苷酸單鏈的DNA分子都只有兩個(gè)。
考向1 結(jié)合DNA復(fù)制過程與特點(diǎn),考查科學(xué)思維1.(2022·山西呂梁)下圖表示大腸桿菌質(zhì)粒DNA的復(fù)制過程,其中復(fù)制叉是DNA復(fù)制時(shí)在DNA鏈上形成的Y型結(jié)構(gòu)。若該細(xì)菌的質(zhì)粒DNA含有的堿基數(shù)目為m,胸腺嘧啶數(shù)目為a,下列敘述錯(cuò)誤的是( )
解析:DNA分子片段的一條鏈中T+A占30%,根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則,另一條鏈中T+A也為30%,A項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)題意分析可知,該DNA分子中含有A的數(shù)目為300個(gè),B項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)題意分析可知,G=C=700,該DNA分子第3次復(fù)制時(shí)需要消耗G的數(shù)量=22×700=2 800(個(gè)),C項(xiàng)正確;經(jīng)3次復(fù)制后,8個(gè)子代DNA分子中都含14N,故比例為1,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
考向3 結(jié)合DNA復(fù)制與細(xì)胞分裂,考查科學(xué)思維3.(2021·浙江卷)在DNA復(fù)制時(shí),5-溴尿嘧啶脫氧核苷(BrdU)可作為原料,與腺嘌呤配對(duì),摻入新合成的子鏈。用Giemsa染料對(duì)復(fù)制后的染色體進(jìn)行染色,DNA分子的雙鏈都含有BrdU的染色單體呈淺藍(lán)色,只有一條鏈含有BrdU的染色單體呈深藍(lán)色?,F(xiàn)將植物根尖放在含有BrdU的培養(yǎng)液中培養(yǎng),取根尖用Giemsa染料染色后,觀察分生區(qū)細(xì)胞分裂中期染色體的著色情況。下列推測(cè)錯(cuò)誤的是( )A.第一個(gè)細(xì)胞周期的每條染色體的兩條染色單體都呈深藍(lán)色B.第二個(gè)細(xì)胞周期的每條染色體的兩條染色單體著色都不同
解析:根據(jù)分析,第一個(gè)細(xì)胞周期的每條染色體的染色單體都只有一條鏈含有BrdU,故呈深藍(lán)色,A項(xiàng)正確;第二個(gè)細(xì)胞周期的每條染色體復(fù)制之后,每條染色體上的兩條染色單體均為一條單體雙鏈都含有BrdU呈淺藍(lán)色,一條單體只有一條鏈含有BrdU呈深藍(lán)色,故著色都不同,B項(xiàng)正確;第二個(gè)細(xì)胞周期結(jié)束后,不同細(xì)胞中含有的帶有雙鏈都含有BrdU的染色體和只有一條鏈含有BrdU的染色體的數(shù)目是不確定的,故第三個(gè)細(xì)胞周期的細(xì)胞中染色單體著色不同的染色體比例不能確定,C項(xiàng)錯(cuò)誤;根尖分生區(qū)細(xì)胞可以持續(xù)進(jìn)行有絲分裂,所以不管經(jīng)過多少個(gè)細(xì)胞周期,依舊可以觀察到一條鏈含有BrdU的染色單體,呈深藍(lán)色,D項(xiàng)正確。
高考真題體驗(yàn)1.(2022·浙江卷)某同學(xué)欲制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型,已準(zhǔn)備了足夠的相關(guān)材料。下列敘述正確的是( )A.在制作脫氧核苷酸時(shí),需在磷酸上連接脫氧核糖和堿基B.制作模型時(shí),鳥嘌呤與胞嘧啶之間用2個(gè)氫鍵連接物相連C.制成的模型中,腺嘌呤與胞嘧啶之和等于鳥嘌呤和胸腺嘧啶之和D.制成的模型中,磷酸和脫氧核糖交替連接位于主鏈的內(nèi)側(cè)
解析:在制作脫氧核苷酸時(shí),需在脫氧核糖上連接磷酸和堿基,A項(xiàng)錯(cuò)誤;鳥嘌呤和胞嘧啶之間由3個(gè)氫鍵連接,B項(xiàng)錯(cuò)誤;DNA的兩條鏈之間遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則,即A=T、C=G,故在制作的模型中A+C=G+T,C項(xiàng)正確;DNA分子中脫氧核糖和磷酸交替連接,排列在外側(cè),構(gòu)成基本骨架,堿基在內(nèi)側(cè),D項(xiàng)錯(cuò)誤。
2.(2022·廣東卷)λ噬菌體的線性雙鏈DNA兩端各有一段單鏈序列。這種噬菌體在侵染大腸桿菌后其DNA會(huì)自連環(huán)化(如下圖所示),該線性分子兩端能夠相連的主要原因是( )
A.單鏈序列脫氧核苷酸數(shù)量相等B.分子骨架同為脫氧核糖與磷酸C.單鏈序列的堿基能夠互補(bǔ)配對(duì)D.自連環(huán)化后兩條單鏈方向相同
解析:?jiǎn)捂溞蛄忻撗鹾塑账釘?shù)量相等,分子骨架同為脫氧核糖與磷酸交替連接,不能決定線性DNA分子兩端能夠相連,A、B項(xiàng)錯(cuò)誤;據(jù)圖可知,單鏈序列的堿基能夠互補(bǔ)配對(duì),決定線性DNA分子兩端能夠相連,C項(xiàng)正確;DNA的兩條鏈?zhǔn)欠聪虻?,因此自連環(huán)化后兩條單鏈方向相反,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
3.(2021·全國(guó)甲卷)用一段由放射性同位素標(biāo)記的DNA片段可以確定基因在染色體上的位置。某研究人員使用放射性同位素32P標(biāo)記的脫氧腺苷三磷酸(dATP,dA-Pα~Pβ~Pγ)等材料制備了DNA片段甲(單鏈),對(duì)W基因在染色體上的位置進(jìn)行了研究,實(shí)驗(yàn)流程的示意圖如下。
回答下列問題:(1)該研究人員在制備32P標(biāo)記的DNA片段甲時(shí),所用dATP的α位磷酸基團(tuán)中的磷必須是32P,原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)該研究人員以細(xì)胞為材料制備了染色體樣品,在混合操作之前去除了樣品中的RNA分子,去除RNA分子的目的是________________________________________________________________________________________________________________。(3)為了使片段甲能夠通過堿基互補(bǔ)配對(duì)與染色體樣品中的W基因結(jié)合,需要通過某種處理使樣品中的染色體DNA__________________。(4)該研究人員在完成上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,又對(duì)動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)某基因的mRNA進(jìn)行了檢測(cè),在實(shí)驗(yàn)過程中用某種酶去除了樣品中的DNA,這種酶是___________。
解析:(1)dA-Pα~Pβ~Pγ脫去β、γ位上的兩個(gè)磷酸基團(tuán)后,則為腺嘌呤脫氧核苷酸,是合成DNA的原料之一。因此研究人員在制備32P標(biāo)記的DNA片段甲時(shí),所用dATP的α位磷酸基團(tuán)中的磷必須是32P。(2)RNA分子也可以與染色體DNA進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對(duì),產(chǎn)生雜交帶,從而干擾32P標(biāo)記的DNA片段甲與染色體DNA的雜交,故
這是一份備戰(zhàn)高考生物一輪復(fù)習(xí)優(yōu)質(zhì)課件 第17講 DNA的結(jié)構(gòu)、復(fù)制及基因的本質(zhì),共60頁(yè)。PPT課件主要包含了查哥夫,DNA具有恒定的直徑,習(xí)題鞏固,回顧對(duì)DNA的認(rèn)識(shí),脫氧核苷酸,脫氧核苷酸的組成,一分子磷酸,一分子脫氧核糖,一分子含氮堿基,元素組成等內(nèi)容,歡迎下載使用。
這是一份2024屆高考生物一輪總復(fù)習(xí)第六單元遺傳的分子基礎(chǔ)第17講DNA的結(jié)構(gòu)復(fù)制及基因的本質(zhì)課件,共42頁(yè)。PPT課件主要包含了考點(diǎn)一DNA的結(jié)構(gòu),DNA的結(jié)構(gòu)圖解,答案C,答案D,4復(fù)制過程等內(nèi)容,歡迎下載使用。
這是一份高中生物高考第17講 DNA的結(jié)構(gòu)、復(fù)制及基因的本質(zhì),共24頁(yè)。
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