高三一輪復習生物：DNA的結構、復制及基因的本質課件

第20講DNA的結構、復制以及基因的本質3.1親代傳遞給子代的遺傳信息主要編碼在DNA分子上3.1.1概述多數(shù)生物的基因是DNA分子的功能片段，有些病毒的基因在RNA分子上3.1.2概述DNA分子是由四種脫氧核苷酸構成，通常由兩條堿基互補配對的反向平行長鏈形成雙螺旋結構，堿基的排列順序編碼了遺傳信息3.1.3概述DNA分子通過半保留方式進行復制內容要求考情清單：(2022廣東,12)(2022海南,11)(2021遼寧,4)(2022廣東,5)(2021廣東,5)(2022河北,8)考點情境利用DNA電泳技術確認遇難者身份既準確又高效。電泳技術是將待測樣品放在光滑的凝膠薄膜上，并加上直流電場,可利用分子所帶電荷不同來分離多核苷酸片段。如圖是通過提取某遇難者B生前遺跡DNA和四位遇難者遺體的DNA進行擴增,并采用特定酶處理后進行電泳所得到的一組DNA指紋圖譜。請回答下列問題：(1)DNA的中文名稱是

，組成元素是

。DNA是細胞內核酸的一種，核酸是細胞內

的物質，在生物體的

中具有極其重要的作用。(2)采用特定

酶對DNA進行處理后進行電泳，結果可確定

是遇難者B的遺體。(3)DNA指紋技術主要利用了DNA分子具有

的特點。組成DNA分子的基本組成單位只有4種，遇難者的DNA都不一樣，這是因為:脫氧核糖核酸C、H、O、N、P攜帶遺傳信息遺傳、變異和蛋白質的生物合成限制組成遇難者DNA的脫氧核苷酸的數(shù)目和排列順序不同F(xiàn)2特異性DNA的雙螺旋結構有哪些主要特點？考點一：DNA分子的結構及特點威爾金斯和富蘭克林提供____________DNA是以4種__________為單位連接而成的長鏈，分別含有_____________4種堿基沃森和克里克推算出DNA分子呈_____結構嘗試建立多種不同的模型：雙螺旋、三螺旋被否定查哥夫提出DNA分子中A的量等于

,C的量等于

。

構建DNA

模型脫氧核苷酸A、T、G、CDNA衍射圖譜螺旋修正、重建驗證DNA具有恒定的直徑；能解釋4種堿基的數(shù)量關系；制作的模型與DNA的X射線衍射照片推算出的DNA雙螺旋結構相符。TG沃森和克里克雙螺旋結構

沃森和克里克制作的DNA雙螺旋結構模型現(xiàn)存于倫敦科學博物館1DNA雙螺旋結構模型的構建2DNA的結構C、H、O、N、P脫氧核苷酸磷酸脫氧核糖A與T配對，G與C配對1．(必修2P50圖3-8)DNA的一條單鏈具有兩個末端，一端有一個游離的磷酸基團，稱作_______，另一端有一個羥基(—OH)，稱作_______，兩條單鏈走向______，一條單鏈是從5′-端到3′-端的，另一條單鏈是從3′-端到5′-端的。5′-端3′-端相反DNA鏈是由脫氧核苷酸脫水縮合形成磷酸二酯鍵連接而成的長鏈。根據(jù)下列DNA的兩模型思考回答：(1)由圖1可知，每個DNA分子片段中，游離磷酸基團含有___個。單鏈中相鄰堿基通過______________________________連接?；パa鏈中相鄰堿基通過______連接。(2)圖2是圖1的簡化形式，其中①是___________，②是________。解旋酶作用于________部位，限制性內切核酸酶和DNA連接酶作用于________部位。2—脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖—氫鍵磷酸二酯鍵氫鍵②①2DNA的結構（1）堿基排列順序的千變萬化，構成了DNA分子的

。具n個堿基對的DNA,有

種堿基對排列順序4n（前提：不知ATGC數(shù)量）（2）堿基的特定的排列順序，又構成了每一個DNA分子的

。（3）穩(wěn)定性：磷酸與脫氧核糖交替連接形成的基本骨架不變，

堿基之間互補配對形成氫鍵方式不變等多樣性特異性不同的生物，堿基對的數(shù)目可能不同，堿基對的排列順序肯定不同。雙鏈結構不容易發(fā)生變異DNA的變性：堿基對的氫鍵斷裂，雙鏈變成單鏈DNA的復性：變性DNA在適當條件下，使兩條彼此分開的鏈恢復到雙螺旋結構熱變性DNA一般經緩慢冷卻后即可復性，此過程稱之為"退火"解旋酶、RNA聚合酶、90-95℃55-60℃3DNA的結構特點DNA雙螺旋結構的熱考點刮獎區(qū)DNA雙螺旋結構的熱考點刮獎區(qū)刮獎區(qū)刮獎區(qū)刮獎區(qū)刮獎區(qū)4．(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會自連環(huán)化(如圖)，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配對 D．自連環(huán)化后兩條單鏈方向相同√考向突破D(2022·南京模擬)科學家在人體快速分裂的細胞中發(fā)現(xiàn)了DNA的四螺旋結構，形成該結構的DNA單鏈中富含G，每4個G之間通過氫鍵等形成一個正方形的“G4平面”，繼而形成立體的“G四聯(lián)體螺旋結構”(如圖)。下列敘述錯誤的是(

)A．組成該結構的基本單位為脫氧核糖核苷酸B．用解旋酶可以打開該結構中的氫鍵C．每個“G四聯(lián)體螺旋結構”中含有一個游離的磷酸基團D．該結構中(A＋G)/(T＋C)的值與雙鏈DNA相等考向突破設DNA一條鏈為1鏈，互補鏈為2鏈。根據(jù)堿基互補配對原則可知：A1=T2

，T1=A2，G1=C2

，

C1=G2。則在雙鏈DNA中：A=T，G=C。A+G=T+C=A+C=T+G=堿基總數(shù)的50%例1：某生物細胞DNA分子的堿基中，腺嘌呤的分子數(shù)占18%，那么鳥嘌呤的分子數(shù)占（）A.9%B.18%C.32%D.64%C規(guī)律一：在雙鏈DNA中

總數(shù)與

總數(shù)相等，即A＋G等于T＋C嘌呤堿基嘧啶堿基4DNA分子中堿基數(shù)量的計算規(guī)律4DNA分子中堿基數(shù)量的計算規(guī)律A1+T1（A+T）12==A2

+T2例2、某雙鏈DNA分子中，A與T之和占整個DNA堿基總數(shù)的54%，其中一條鏈上G占該鏈堿基總數(shù)的22%。求另一條鏈上G占其所在鏈堿基總數(shù)的百分含量是多少？24%（G+C）12G1+C1G2+C2==A+TG+CA1+T1G1+C1A2+T2G2+C2==規(guī)律二4DNA分子中堿基數(shù)量的計算規(guī)律A1+C1T1+G1T2+G2A2+C2=例3：DNA分子中一條單鏈中，（A+G）/（T+C）=0.4，則互補鏈中和整個DNA分子中該比值分別是（）A.0.4和0.6B.2.5和1.0C.0.4和0.4D.0.6和1.0B規(guī)律三：A+GT+C=1三步解決DNA分子中有關堿基比例的計算第一步第二步第三步搞清題中已知的和所求的堿基比例是占整個DNA分子堿基的比例，還是占DNA分子一條鏈上堿基的比例。畫一個DNA分子模式圖，并在圖中標出已知的和所求的堿基。根據(jù)堿基互補配對原則及其規(guī)律進行計算。（2024·浙江）下列關于雙鏈DNA分子結構的敘述，正確的是（

）A．磷酸與脫氧核糖交替連接構成了DNA的基本骨架B．雙鏈DNA中T占比越高，DNA熱變性溫度越高C．兩條鏈之間的氫鍵形成由DNA聚合酶催化D．若一條鏈的G+C占47%，則另一條鏈的A+T也占47%A考向突破考點二：基因的本質(1)遺傳信息①DNA病毒、細胞的遺傳信息：

分子中

的排列順序。②RNA病毒的遺傳信息:

分子中

的排列順序。DNA(堿基對)脫氧核苷酸RNA(堿基)核糖核苷酸(2)基因通常是有遺傳效應的

。

①DNA病毒、細胞的基因：有遺傳效應的

。

②RNA病毒的基因：有遺傳效應的

。核酸片段DNA片段RNA片段基因2間區(qū)間區(qū)基因3基因11基因與DNA個或兩個有遺傳多個脫氧核苷酸排列順序一效應2脫氧核苷酸、基因、DNA、染色體之間的關系DNA片段基因1基因2基因3放大非編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)編碼區(qū)上游編碼區(qū)下游編碼區(qū)：能轉錄相應的mRNA，進一步編碼（翻譯）出蛋白質的DNA區(qū)段。非編碼區(qū)：不能轉錄為相應的mRNA，不能編碼蛋白質的區(qū)段。拓展：基因結構拓展：基因結構啟動子終止子編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)上游編碼區(qū)下游連續(xù)的、不間隔的RNA聚合酶識別并結合的位點，驅動基因轉錄出mRNA。啟動子本質：位置：作用：是一段有特殊序列結構的DNA片段位于基因上游1.原核生物的基因結構非編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)編碼區(qū)上游編碼區(qū)下游啟動子終止子連續(xù)的、不間隔的終止轉錄。終止子本質：位置：作用：也是一段有特殊序列結構的DNA片段位于基因下游1.原核生物的基因結構2.真核生物的基因結構啟動子終止子非編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)編碼區(qū)上游編碼區(qū)下游間隔的、不連續(xù)的內含子外顯子外顯子內含子能轉錄相應的mRNA，進一步能編碼蛋白質的DNA序列。能轉錄相應的mRNA，但卻不能編碼蛋白質的DNA序列。非編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)編碼區(qū)上游編碼區(qū)下游啟動子終止子轉錄初級RNA成熟mRNA剪切、拼接2.真核生物的基因結構原核生物真核生物不同點編碼區(qū)是

的編碼區(qū)是間隔的、

的相同點都有能夠編碼蛋白質的

和具有調控作用的

區(qū)組成的連續(xù)不連續(xù)編碼區(qū)非編碼非編碼序列=非編碼區(qū)原核基因非編碼序列真核基因=非編碼區(qū)+內含子由于部分密碼子（終止密碼子）無對應氨基酸等原因，基因中的遺傳信息部分通過密碼子反映到蛋白質的分子結構上1.(2024·張家口一模)下列有關基因的描述，錯誤的是(

)A.對于絕大多數(shù)生物來說，基因是有遺傳效應的DNA片段B.基因中的堿基排列順序千變萬化，構成了基因的多樣性C.基因可通過DNA分子復制把遺傳信息傳遞給下一代D.基因中的遺傳信息均通過密碼子反映到蛋白質的分子結構上D考向突破2.(2024·廣州模擬)下列有關基因、DNA、染色體的說法，錯誤的是(

)A.堿基特定的排列順序構成了每一個DNA分子的特異性B.隨著細胞質基因的發(fā)現(xiàn)，基因與染色體的關系可概括為染色體是基因的主要載體C.分子大小相同、堿基含量相同的基因所攜帶的遺傳信息一定相同D.一條染色體上含有1個或2個DNA分子C考向突破3.(2024·撫順二模)λ噬菌體的線性雙鏈DNA兩端各有一段單鏈序列，在侵染大腸桿菌后，其DNA會自連環(huán)化，如圖所示。下列關于λ噬菌體DNA的說法，錯誤的是(

)A.DNA自連環(huán)化前后，嘌呤堿基所占的比例保持不變B.DNA自連環(huán)化時，需要DNA聚合酶將單鏈片段兩端連接C.DNA自連環(huán)化時，單鏈片段不會脫去游離的磷酸基團D.該線性DNA分子兩端能夠相連的主要原因是單鏈序列的堿基能夠互補配對DNA連接酶B考向突破考點三：DNA的復制1探究DNA復制的方式同位素示蹤技術和離心技術中帶14N/14N輕帶重帶根據(jù)試管中DNA帶所在的位置就可以區(qū)分親代與子代的DNA15N/14N15N/15N①實驗方法：_________________________________。②實驗原理：分裂一次提取DNA離心15NH4CI15N/15N-DNA14NH4Cl再分裂一次繁殖若干代上中下上中下提取DNA離心上中下哪個位置？哪個位置？15NH4CI提取DNA離心14NH4Cl14NH4Cl③實驗過程1探究DNA復制的方式1探究DNA復制的方式假說—演繹法步驟證明過程1.觀察實驗，提出問題2.解釋問題，提出假說①半保留復制

②全保留復制

③彌散復制

DNA如何進行復制？合作探究：請依據(jù)半保留復制假說和全保留復制假說分別演繹推理大腸桿菌子一代、子二代DNA的標記情況，并畫出實驗預期結果。演繹推理，預期結果復制方式子一代子二代若是半保留復制若是全保留復制①半保留復制15N/14N-DNA15N/15N-DNA14N/14N-DNA15N/14N-DNA15N14N15N15N14N15N14N15N14N14N14N14N14N15N細胞再

分裂一次轉移到含14NH4Cl的培養(yǎng)液中細胞分裂一次提出DNA離心提出DNA離心提出DNA離心PF1F23.演繹推理3.演繹推理15N14N15N15N14N15N14N15N14N14N14N14N14N15NPF1F215N/15N-DNA15N/15N-DNA14N/14N-DNA15N/15N-DNA細胞再

分裂一次轉移到含14NH4Cl的培養(yǎng)液中細胞分裂一次提出DNA離心提出DNA離心提出DNA離心14N/14N-DNA②全保留復制14N/15N-DNA15N/15N-DNA14N/15N-DNA15N14N15N15N15N14N14N15N15N14N15N14N15N14N細胞再

分裂一次轉移到含14NH4Cl的培養(yǎng)液中細胞分裂一次提出DNA離心提出DNA離心提出DNA離心PF1F23.演繹推理③彌散復制4.實驗驗證，得出結論第一代重帶第二代中帶第三代輕帶中帶排除全保留復制排除分散復制證明DNA的復制是半保留復制有絲分裂前的間期和減數(shù)第一次分裂前的間期,隨著染色體的復制而完成。（真核生物）2.時間3.場所（1）真核生物：1.概念指以親代DNA的兩條鏈為模板合成子代DNA的過程。葉綠體、線粒體（2）原核生物：細胞核（主要）擬核、細胞質（質粒）4.過程（3）病毒：宿主細胞內2DNA復制的過程（1）解旋：在ATP的驅動下，解旋酶將DNA雙螺旋的兩條鏈解開。CGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATACGTATACGGCTAGCCGTA3'5'CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ATP解旋酶4.過程（2）定序：游離的脫氧核苷酸按堿基互補配對原則隨機地與兩條母鏈的

堿基配對，確定子鏈的脫氧核苷酸排列順序。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT形成氫鍵4.過程CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATATA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT（3）合成子鏈：在DNA聚合酶的催化下從母鏈的3'端把子鏈的脫氧

核苷酸聚合成脫氧核苷酸鏈。合成方向：子鏈的5'端→3'端形成磷酸二酯鍵ACGCAAGCTAGTCATTADNA聚合酶5'3'TATGCATGATCGAGCTT5'3'ATPATP4.過程（4）形成子代DNA分子：

每條新鏈與其對應的模板鏈盤繞成雙螺旋結構。CCGTAGTATACGGCTAGCCGTATACGGCCGTATAGCCGATATCGATCGTATATAA3'5'ACGCAAGCTAGTCATTATATGCATGATCGAGCTT5'3'TAGCCGTATAGCCGATAT3'5'TTACGCGTATATATA5'3'4.過程解旋酶酶5’3’3’5’DNA聚合酶5’3’前導鏈5’3’岡崎片段DNA連接酶DNA聚合酶的底物：脫氧核苷酸DNA連接酶的底物：DNA片段后隨鏈前導鏈與后隨鏈：互補配對模板鏈：3’→5’合成子鏈方向：5’→3’4.過程5’3’3’5’5’3’前導鏈5’3’岡崎片段后隨鏈DNA聚合酶不能催化DNA新鏈從頭合成，只能催化游離的脫氧核苷酸加入已有鏈的3'-OH末端。因而復制之初需要一小段RNA片段的3'-OH端為起點，合成5'→3'方向的新鏈。DNA聚合酶只能從已有鏈的3′端延伸DNA鏈。4.過程3′5′子鏈的延伸方向是5′→3′DNA聚合酶3′5′模板鏈子鏈DNA聚合酶只能將單個核苷酸加到已有鏈的3′端子鏈合成需要引物:

引物為DNA聚合酶提供了游離的3′端，使DNA聚合酶從3′端延伸子鏈。(DNA聚合酶不具有從頭合成子鏈的功能)DNA聚合酶

引物是一小段能與DNA母鏈的一段堿基序列互補配對的短單鏈核酸。用于PCR的引物通常為20~30個核苷酸。在細胞中為一段單鏈RNA，在PCR中為一段人工合成的單鏈DNA。什么是引物子鏈延伸子鏈延伸-5′3′-引物5′--3′5′--3′引物3′--5′引物5.條件6.原則（3）能量親代DNA的兩條鏈4種游離的脫氧核苷酸解旋酶、DNA聚合酶、DNA連接酶一般是ATP（1）模板（2）原料（4）酶堿基互補配對原則7.特點①邊解旋邊復制(從過程上看)②半保留復制(從結果上看)加快復制速度，減少DNA突變可能保證了復制的準確進行從子鏈的5'端向3'端延伸8.方向2DNA復制的過程9.DNA精確復制的原因（1）DNA獨特的雙螺旋結構，為復制提供了精確的模板。（2）通過堿基互補配對，保證了復制能夠準確地進行。10.結果一個DNA分子就形成了兩個完全相同的DNA分子。（兩個子代DNA分子，通過細胞分裂分配到子細胞中）11.DNA制的意義將遺傳信息從親代細胞傳遞給子代細胞，從而保持了遺傳信息的連續(xù)性。2DNA復制的過程拓展延伸：復制原點復制原點處的A和T特別多，相對氫鍵少，不穩(wěn)定，DNA容易解旋。DNA分子復制時不是隨機起始的，而是從特定的位點開始的，這一特定的位點叫做復制原點。想想復制原點是含A和T多，還是G和C多？①多復制起點②雙向復制③半不連續(xù)復制圖中的復制環(huán)大小不一，因為它們的復制時間有先后，右側最早，左側最晚。意義：提高了復制速率(1)真核細胞內DNA復制的復制原點2.已知果蠅的基因組大小為1.8×108bp（bp表示堿基對），真核細胞中DNA復制的速率一般為50～100bp/s。下圖為果蠅DNA的電鏡照片，圖中的泡狀結構叫作DNA復制泡，是DNA上正在復制的部分。請你推測果蠅DNA形成多個復制泡的原因。二、拓展應用說明果蠅的DNA有多個復制起點，可同時從不同起點開始DNA復制，由此加快DNA復制的速率，為細胞分裂做好物質準備。課本P56復制泡(2)原核細胞內DNA復制的復制原點

大腸桿菌染色體DNA雙向復制模式拓展延伸：復制原點2023山東高考T5.將一個雙鏈DNA分子的一端固定于載玻片上，置于含有熒光標記的脫氧核苷酸的體系中進行復制。甲、乙和丙分別為復制過程中3個時間點的圖像，①和②表示新合成的單鏈，①的5'端指向解旋方向，丙為復制結束時的圖像。該DNA復制過程中可觀察到單鏈延伸暫停現(xiàn)象，但延伸進行時2條鏈延伸速率相等。已知復制過程中嚴格遵守堿基互補配對原則，下列說法錯誤的是（）A.據(jù)圖分析，①和②延伸時均存在暫停現(xiàn)象B.甲時①中A、T之和與②中A、T之和可能相等C.丙時①中A、T之和與②中A、T之和一定相等D.②延伸方向為5'端至3'端，其模板鏈3'端指向解旋方向D3DNA復制的相關計算①子代DNA分子數(shù)

：②只含15N的DNA數(shù)

：③含15N的DNA數(shù)

：④只含14N的DNA數(shù)

：⑤含14N的DNA數(shù)

：(2)脫氧核苷酸鏈數(shù)：2×2n=2n+1①含15N的鏈數(shù)

：②含14N的鏈數(shù)

：③子代DNA中被標記的DNA所占的比例

：④子代中被標記的鏈占總鏈數(shù)的比例

：一個被15N標記的DNA轉移到14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，復制了n次：(1)子代DNA：2n個0個2個2n-2個2n個2條2n+1-2條2/2n=1/2n-12/2n+1=1/2n15N15N15N14N14N15N15N15N14N14N14N14N14N14N14N3DNA復制的相關計算（1）復制n次，共需要消耗游離的該種脫氧核苷酸數(shù)？

個親代DNA分子中含有某種脫氧核苷酸數(shù)為m個，則：（2）復制第n次時，共需要消耗游離的該種脫氧核苷酸數(shù)？

個m（2n-1）m·2n-115N15N15N14N14N15N15N14N14N14N14N14N14N14N(1)注意“DNA復制了n次”和“第n次復制”的區(qū)別，

前者包括所有的復制，但后者只包括第n次的復制。(2)注意堿基的單位是“對”還是“個”。(3)切記在DNA復制過程中，無論復制了幾次，

含有親代脫氧核苷酸單鏈的DNA分子都只有兩個。(4)看清試題中問的是“DNA分子數(shù)”還是“鏈數(shù)”，

“含”還是“只含”等關鍵詞，以免掉進陷阱。特別提醒：“