高三生物一輪復(fù)習(xí)精講DNA分子結(jié)構(gòu)和DNA分子復(fù)制

第三單元遺傳的分子基礎(chǔ)第2講DNA分子的結(jié)構(gòu)和DNA分子的復(fù)制第2講DNA分子的結(jié)構(gòu)和DNA分子的復(fù)制(一)DNA分子的結(jié)構(gòu)DNA分子的結(jié)構(gòu)元素組成:C、H、O、N、P基本單位：脫氧核苷酸1分子磷酸1分子

.1分子含氮堿基（A、G、C、T）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖:化學(xué)結(jié)構(gòu)：脫氧核糖核苷酸鏈脫氧核糖DNA分子的結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)模型：雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，構(gòu)建者是

.主要特點(diǎn)（1）兩條脫氧核糖核苷酸鏈

平行盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)（2）磷酸和脫氧核糖交替連接構(gòu)成基本骨架，排列在

；堿基對(duì)排列在

.（3）堿基通過

相連，并遵循

原則，A和

配對(duì)、C和

配對(duì)特性多樣性:n個(gè)堿基對(duì)構(gòu)成的DNA可有

種堿基排列順序特異性：每個(gè)DNA分子都有特定的堿基排列順序穩(wěn)定性：(見考點(diǎn)解讀)沃森和克里克反向外側(cè)內(nèi)側(cè)氫鍵堿基互補(bǔ)配對(duì)TG4n(二)DNA分子的復(fù)制DNA分子的復(fù)制推測(cè)：沃森和克里克提出了遺傳物質(zhì)自我復(fù)制的假說，即遺傳物質(zhì)的復(fù)制為半保留復(fù)制證據(jù)時(shí)間：1958年材料：大腸桿菌方法：運(yùn)用放射性同位素示蹤技術(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：DNA復(fù)制是以半保留復(fù)制的方式進(jìn)行的DNA分子的復(fù)制概念：以親代DNA分子為模板合成

的過程時(shí)間：有絲分裂間期或

的間期場(chǎng)所：主要在

中，還有線粒體和葉綠體條件過程：解旋→合成子鏈→子鏈延伸→形成子代DNA分子特點(diǎn)：邊解旋邊復(fù)制，

.結(jié)果：形成兩個(gè)完全相同的DNA分子意義：使遺傳信息從親代傳遞給子代，保持遺傳信息的

.模板：親代DNA的兩條鏈原料：游離的4種脫氧核苷酸能量：ATP(由細(xì)胞呼吸提供)酶：解旋酶、

等復(fù)制過程穩(wěn)定性和連續(xù)性子代DNA分子減數(shù)第一次分裂細(xì)胞核DNA聚合酶半保留復(fù)制(三)基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段基因與DNA的關(guān)系化學(xué)本質(zhì)：基因是有

的DNA片段存在場(chǎng)所：真核生物主要位于

上，其次位于細(xì)胞質(zhì)中（包括

和

）與DNA的關(guān)系：一個(gè)DNA上有

個(gè)基因基因功能：基因中

.

代表遺傳信息基因是遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的基本單位DNA片段中的遺傳信息遺傳信息：蘊(yùn)藏在4種堿基的排列順序之中DNA多樣性的原因：堿基對(duì)的

多樣性DNA特異性的原因：每個(gè)DNA分子的堿基排列順序的

.特異性遺傳效應(yīng)染色體線粒體葉綠體許多脫氧核糖核苷酸（堿基）的排列順序排列順序考點(diǎn)一DNA分子的化學(xué)組成及結(jié)構(gòu)1.組成：構(gòu)成DNA的基本單位是脫氧核糖核苷酸，主要由三個(gè)部分構(gòu)成：一分子脫氧核糖，一分子磷酸，一分子含氮堿基。構(gòu)成的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：注：高等生物體內(nèi)的核酸有兩種——DNA和RNA，因此構(gòu)成這兩種核酸的基本單位——核苷酸的五碳糖有兩種（RNA——核糖、DNA——脫氧核糖），堿基5種（RNA有A、U、G、C四種，DNA有A、T、G、C四種），因此脫氧核苷酸、核糖核苷酸共有8種。2.DNA分子結(jié)構(gòu)模式圖信息解讀（1）每個(gè)DNA片段中，游離的磷酸基團(tuán)有2個(gè)。（2）○之間的數(shù)量關(guān)系為1∶1∶1。（3）○和之間的化學(xué)鍵為磷酸二酯鍵，用限制性核酸內(nèi)切酶處理可切斷，用DNA連接酶處理可連接。（4）堿基對(duì)之間的化學(xué)鍵為氫鍵，可用解旋酶斷裂，也可加熱斷裂。（5）每個(gè)脫氧核糖連接著2個(gè)磷酸，分別在3號(hào)、5號(hào)碳原子上相連接?？键c(diǎn)二對(duì)DNA分子特性的理解1.穩(wěn)定性：DNA分子兩條長(zhǎng)鏈上的脫氧核糖與磷酸交替排列的順序和兩條鏈之間堿基互補(bǔ)配對(duì)的方式是穩(wěn)定不變的，從而導(dǎo)致DNA分子的穩(wěn)定性。2.多樣性：DNA分子中堿基相互配對(duì)的方式雖然不變，而長(zhǎng)鏈中的堿基對(duì)的排列順序是千變?nèi)f化的。這就構(gòu)成DNA分子的多樣性。3.特異性：每個(gè)特定的DNA分子都具有特定的堿基排列順序，這種特定的堿基排列順序就構(gòu)成了DNA分子自身嚴(yán)格的特異性?？键c(diǎn)三對(duì)DNA分子復(fù)制的理解DNA復(fù)制方式：半保留復(fù)制1.DNA復(fù)制時(shí)，邊解旋邊復(fù)制，并且有多個(gè)復(fù)制起始位點(diǎn)，因此既可以節(jié)省時(shí)間，效率又高。2.DNA半保留復(fù)制過程中，DNA獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)為復(fù)制提供精確模板；而堿基互補(bǔ)配對(duì)原則也保證復(fù)制能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行。因此保證了親子代之間遺傳信息的穩(wěn)定性?？键c(diǎn)四DNA分子復(fù)制過程的相關(guān)計(jì)算1.一個(gè)DNA分子復(fù)制n次后，有：（1）DNA分子數(shù)：子代DNA分子數(shù)＝2n個(gè)；含有親代DNA鏈的子代DNA分子數(shù)＝2個(gè)；不含親代鏈的子代DNA分子數(shù)＝（2n－2）個(gè)。（2）脫氧核苷酸鏈數(shù)：子代DNA分子中脫氧核苷酸鏈數(shù)＝2n＋1條；親代脫氧核苷酸鏈數(shù)＝2條；新合成的脫氧核苷酸鏈數(shù)＝（2n＋1－2）條。2.復(fù)制時(shí)消耗的脫氧核苷酸數(shù)：假如一個(gè)親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個(gè)，則經(jīng)過n次復(fù)制后，需要消耗該脫氧核苷酸數(shù)為m×（2n－1個(gè)）。考點(diǎn)五堿基互補(bǔ)配對(duì)原則及應(yīng)用堿基互補(bǔ)原則：A—T配對(duì)，G—C配對(duì)應(yīng)用：堿基計(jì)算的規(guī)律1.雙鏈DNA分子中(1)A=T，C=G；則：A+G=T+C，（A+G）/（C+T）=1。(2)A+G=T+C=A+C=T+G=DNA分子中堿基總數(shù)的一半。2.在DNA的兩條互補(bǔ)鏈之間α鏈（A+G）/（C+T）=β鏈（互補(bǔ)鏈）上該比值的倒數(shù)；α鏈（A+T）/（C+G）=β鏈上該比值。3.在雙鏈DNA分子中，一條鏈上A+T的和占該鏈堿基比率等于另一條鏈上A+T的和占該鏈的堿基比率，還等于雙鏈DNA分子中A+T的和占整個(gè)DNA分子的堿基比率。即(A1+T1)%＝(A2+T2)%=總(A+T)%，同理：(G1+C1)%=(G2+C2)%＝總(G十C)%。考點(diǎn)六基因與染色體、DNA、脫氧核苷酸以及遺傳信息的關(guān)系1.概念：基因是控制生物性狀的遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能單位，是具有遺傳效應(yīng)的DNA片段。2.與性狀的關(guān)系：特定的基因控制特定的性狀。3.與染色體的關(guān)系：基因在染色體上呈線性排列，染色體是基因的主要載體。4.與DNA的關(guān)系：基因是一段有遺傳效應(yīng)的DNA片段，一個(gè)DNA分子上有多個(gè)基因。5.與脫氧核苷酸的關(guān)系：每個(gè)基因含有成百上千個(gè)脫氧核苷酸。6.與遺傳信息的關(guān)系：遺傳信息是指基因中脫氧核苷酸（堿基對(duì)）的排列順序，也可以說基因就是遺傳信息的攜帶者和傳遞者。7.基因的位置：主要位于細(xì)胞核中（核基因），次要位于細(xì)胞質(zhì)中（質(zhì)基因）。8.染色體、基因、DNA、脫氧核苷酸的關(guān)系可用下圖表示。

1考點(diǎn)DNA分子的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)【例1】

（2009·廣東改編）（雙選）有關(guān)DNA分子結(jié)構(gòu)的敘述，正確的是（）A.DNA分子由4種核糖核苷酸組成B.DNA分子的兩條鏈之間存在互補(bǔ)關(guān)系C.DNA分子上堿基與磷酸相連接D.磷酸與脫氧核糖交替連接構(gòu)成DNA鏈的基本骨架【解析】DNA分子由4種脫氧核苷酸構(gòu)成，堿基之間遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，因此兩條鏈之間存在互補(bǔ)關(guān)系。構(gòu)成DNA的脫氧核糖和磷酸交替排列在外側(cè)，構(gòu)成DNA鏈的基本骨架。堿基排列在內(nèi)側(cè)，與脫氧核糖直接相連?！敬鸢浮緽D解題技巧：注意比較DNA和RNA組成結(jié)構(gòu)。【跟蹤訓(xùn)練1】如下圖為大腸桿菌的DNA分子結(jié)構(gòu)示意圖(片段)。請(qǐng)據(jù)圖回答問題：(1)圖中1表示

,2表示

,1、2、3結(jié)合在一起的結(jié)構(gòu)叫

。(2)圖中3有

種,中文名字分別是

。(3)含有200個(gè)堿基的某DNA片段中，堿基間的氫鍵共有260個(gè)。請(qǐng)回答：①該DNA片段中共有腺嘌呤

個(gè),C和G共

對(duì)。②該片段復(fù)制4次,共需原料胞嘧啶脫氧核苷酸

個(gè)。③在DNA分子穩(wěn)定性的比較中,

堿基對(duì)的比例高,DNA分子穩(wěn)定性高。(4)假定大腸桿菌只含14N的DNA的相對(duì)分子質(zhì)量為a；只含15N的DNA的相對(duì)分子質(zhì)量為b。現(xiàn)將只含15N的DNA培養(yǎng)到含14N的培養(yǎng)基中,子一代DNA的平均相對(duì)分子質(zhì)量為

,子二代DNA的平均相對(duì)分子質(zhì)量為

?！敬鸢浮?1)磷酸脫氧核糖脫氧核苷酸(2)2鳥嘌呤、胞嘧啶(3)①4060②900③C和G(4)(a+b)/2(3a+b)/4

2考點(diǎn)對(duì)DNA分子特性的理解【例2】不同物種的DNA分子的特異性主要取決于（）①（A+G）/(T+C)的不同②（A+T）/(G+C)的不同③（A+U）/(G+C)的不同④脫氧核糖的排列順序⑤核糖核酸的順序⑥脫氧核苷酸的排列順序A．①⑤B．②⑥C．③④D．②③④⑤【解析】每個(gè)特定的DNA分子都具有特定的堿基排列順序，這種特定的堿基排列順序就構(gòu)成了DNA分子自身嚴(yán)格的特異性。針對(duì)不同物種，DNA分子中（A+G）/(T+C)的比例都相同，都等于1，但（A+T）/(G+C)的比例不同。【答案】B解題技巧：本題主要考查學(xué)生對(duì)DNA分子特性的理解，能力要求為Ⅰ。關(guān)鍵要理解DNA分子的堿基排列順序體現(xiàn)了DNA分子的特異性，而堿基互補(bǔ)配對(duì)原則也可體現(xiàn)其特異性?！靖櫽?xùn)練2】下列與生物體內(nèi)核酸分子功能多樣性無關(guān)的是（）A．核苷酸的組成種類B．核苷酸的連接方式C．核苷酸的排列順序D．核苷酸的數(shù)量多少【解析】核苷酸之間的連接方式都是相同的?！敬鸢浮緽

3考點(diǎn)DNA分子的復(fù)制【例3】下圖表示發(fā)生在細(xì)胞核內(nèi)的某生理過程，其中a、b、c、d表示脫氧核苷酸鏈。以下說法正確的是（）A．此過程需要ATP和尿嘧啶脫氧核苷酸B．真核細(xì)胞中此過程發(fā)生的唯一場(chǎng)所是細(xì)胞核C．b中(A+G)/(T+C)的比值一定與c中的相同D．正常情況下a、d鏈都應(yīng)該到不同的細(xì)胞中去【解析】DNA復(fù)制是典型的半保留復(fù)制，DNA復(fù)制需要的原料有腺嘌呤脫氧核苷酸，鳥嘌呤脫氧核苷酸，胸腺嘧啶脫氧核苷酸，胞嘧啶脫氧核苷酸；真核細(xì)胞中線粒體和葉綠體中也有DNA，因此也存在DNA復(fù)制的過程；b鏈和c鏈?zhǔn)腔パa(bǔ)的關(guān)系，因此(A+G)/(T+C)的比值不相同。【答案】D解題技巧：本題主要考查DNA復(fù)制的問題，能力要求為Ⅱ。解決DNA復(fù)制的問題，關(guān)鍵要求學(xué)生時(shí)刻記住復(fù)制的方式是半保留復(fù)制，得到的新DNA分子的一條鏈?zhǔn)悄告?，另一條則是以這條母鏈作為模板復(fù)制得到的新的子代鏈?！靖櫽?xùn)練3】(2010·北京卷)科學(xué)家以大腸桿菌為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,運(yùn)用同位素示蹤技術(shù)及密度梯度離心方法進(jìn)行了DNA復(fù)制方式的探索實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果見下表：請(qǐng)分析并回答：(1)要得到DNA中的N全部被放射性標(biāo)記的大腸桿菌B,必須經(jīng)過

代培養(yǎng),且培養(yǎng)液中的

是唯一氮源。(2)綜合分析本實(shí)驗(yàn)的DNA離心結(jié)果,第

組結(jié)果對(duì)得到結(jié)論起到了關(guān)鍵作用,但需把它與第

組和第

組的結(jié)果進(jìn)行比較,才能說明DNA分子的復(fù)制方式是

。(3)分析討論：①若子Ⅰ代DNA的離心結(jié)果為“輕”和“重”兩條密度帶,則“重帶”DNA來自于

,據(jù)此可判斷DNA分子的復(fù)制方式不是

復(fù)制。②若將子Ⅰ代DNA雙鏈分開后再離心,其結(jié)果

(選填“能”或“不能”)判斷DNA的復(fù)制方式。③若在同等條件下將子Ⅱ代繼續(xù)培養(yǎng),子n代DNA離心的結(jié)果是：密度帶的數(shù)量和位置

,放射性強(qiáng)度發(fā)生變化的是

帶。④若某次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果中,子Ⅰ代DNA的“中帶”比以往實(shí)驗(yàn)結(jié)果的“中帶”略寬,可能的原因是新合成DNA單鏈中的N尚有少部分為

。【答案】(1)多15N(或15NH4Cl)(2)412半保留復(fù)制(3)①B半保留②不能③沒有變化輕④15N

4考點(diǎn)DNA復(fù)制過程的相關(guān)計(jì)算問題【例4】已知某DNA分子含有1000個(gè)堿基對(duì)，其中一條鏈上A∶G∶T∶C=1∶2∶3∶4。該DNA分子連續(xù)復(fù)制2次，共需要鳥嘌呤脫氧核苷酸分子數(shù)是（）A．600個(gè)B．900個(gè)C．1200個(gè)D．1800個(gè)【解析】先求該DNA分子中G的數(shù)量，再根據(jù)比例可求得該DNA分子的其中一條鏈中G＝1000×2/10=200個(gè)，另一條鏈中G＝1000×4/10=400個(gè)，因而復(fù)制2次需要鳥嘌呤脫氧核苷酸數(shù)為600×（22－1）＝1800個(gè)?！敬鸢浮緿解題技巧：本題考查DNA復(fù)制過程的計(jì)算問題，能力要求為Ⅱ。解決DNA復(fù)制過程的計(jì)算問題，關(guān)鍵是要掌握DNA半保留復(fù)制的特點(diǎn)以及堿基之間的配對(duì)關(guān)系：A—T配對(duì)，G—C配對(duì)。根據(jù)其中一條鏈上的比例A∶G∶T∶C＝1∶2∶3∶4，可知：G占2/10，另外一條鏈上G占4/10?！靖櫽?xùn)練4】某一DNA分子（設(shè)為第一代）含有800個(gè)堿基對(duì)，其中含有腺嘌呤600個(gè)。該DNA分子連續(xù)復(fù)制數(shù)次后，總共消耗了周圍環(huán)境中的鳥嘌呤脫氧核苷酸6200個(gè)，那么，該DNA分子已經(jīng)復(fù)制到了（）A．第4代B．第5代C．第6代D．第7代【解析】先求該DNA分子中G的數(shù)量，尤其要注意題目已知DNA中的堿基是800對(duì)，即1600個(gè)。因A（600）+G=1/2×1600，則G=200個(gè)。設(shè)復(fù)制的次數(shù)為n，則6200=200×（2n－1），可解得n=5。因此復(fù)制5次后為第6代?！敬鸢浮緾

5考點(diǎn)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則及應(yīng)用【例5】已知雙鏈DNA分子中鳥嘌呤占全部堿基的27%，其中一條鏈中腺嘌呤占該鏈全部堿基的28%，則另一條鏈上腺嘌呤占整個(gè)DNA分子堿基的比例是（）A．9%B．18%C．27%D．28%【解析】本題主要考查堿基互補(bǔ)配對(duì)原則規(guī)律的應(yīng)用。在雙鏈DNA分子中，G＝C＝27%，則G+C＝54%，因此A+T＝46%，則A1+T1＝46%，而A1＝28%，則T1＝18%，假設(shè)整個(gè)DNA分子總共有200個(gè)堿基，因此另一條鏈中，腺嘌呤的數(shù)量有100×18%＝18個(gè)，占整個(gè)DNA分子中堿基的比例為18/200＝9%?！敬鸢浮緼解題技巧：解決這類題目的關(guān)鍵是將兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接起來形成堿基對(duì)，堿基對(duì)的組成遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，即A與T、G與C配對(duì)，其數(shù)量關(guān)系是A=T、G=C。在解題時(shí)，不僅要準(zhǔn)，還要快，在不改變題意的前提下，盡量把題目簡(jiǎn)化。具體做法是：畫出草圖：，變抽象為具體，從而使問題簡(jiǎn)單化。同時(shí)要求學(xué)生掌握堿基互補(bǔ)配對(duì)原則的各種規(guī)律，尤其是一些基本規(guī)律：①A=T,G=C；②A+G=T+C=A+C=T+G=50%堿基總數(shù)；③(A1+T1)%＝(A2+T2)%=總(A+T)%，(G1+C1)%=(G2+C2)%＝總(G十C)%。ATGCTACG【跟蹤訓(xùn)練5】從某生物組織中提取DNA進(jìn)行分析，其中鳥嘌呤與胞嘧啶之和占全部堿基數(shù)的46%，又知該DNA分子的一條鏈（H鏈）所含的堿基中28%是腺嘌呤，24%是胞嘧啶，則與H鏈相對(duì)應(yīng)的另一條鏈中，腺嘌呤、胞嘧啶分別占該鏈全部堿基數(shù)的（）A．26%、22%B．24%、28%C．14%、11%D．11%、14%【解析】由題干可知：G＋C＝46%，則DNA分子中A+T=54%。因此在DNA分子雙鏈中A=T=27%,G=C=23%，H鏈中A占28%，C占24%，