1、第六单元 遗传的分子基础第20讲 DNA分子的结构和复制及基因 是有遗传效应的DNA片段基 础 回 顾一、DNA分子的结构(判断正误)1DNA的两条核糖核苷酸链反向平行盘旋成双螺旋结构。()2DNA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。()3两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。()4DNA上碱基对的形成遵循碱基互补配对原则，即AT，GC。()想一想：AT之间两个氢键，CG之间三个氢键，什么样的DNA分子结构较稳定？提示：C和G的比例高的DNA分子结构稳定。二、DNA分子的复制(填表)概念以_为模板合成_分子的过程时间_的间期和_间期场所 _(主要)条件模板：_原料：游离的4种_
2、能量：_酶：_、DNA聚合酶等原则 碱基互补配对原则亲代DNA子代DNA有丝分裂减数第一次分裂细胞核DNA的两条链脱氧核苷酸ATP解旋酶(续上表)过程解旋：在_的作用下，两条螺旋的双链解开合成子链：以解开的每一段母链为模板，在_等酶的作用下，按照_原则，合成与母链互补的子链形成子代DNA分子：延伸子链，母子链盘绕成_结构特点 _；_复制结果 1个DNA分子2个_意义 将_从亲代传给了子代，保持了遗传信息的_解旋酶DNA聚合酶碱基互补配对双螺旋边解旋边复制 半保留子代DNA分子遗传信息连续性想一想：DNA分子为什么能够复制？提示：DNA分子独特的双螺旋结构提供了精确的模板，碱基互补配对保证了复制
3、的准确进行。三、基因是有遗传效应的DNA片段(判断正误)1构成基因的碱基总数与DNA分子的碱基总数相等。()2基因是有遗传效应的DNA片段。()3不同DNA分子携带遗传信息不同的根本原因在于碱基排列顺序不同。()4DNA的多样性主要取决于碱基排列顺序的多样性。()考 点 透 析考点一DNA分子的结构1基本元素组成：C、H、O、N、P五种元素。2基本组成单位：4种脱氧核苷酸。腺嘌呤(A)腺嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤(G)鸟嘌呤脱氧核苷酸胞嘧啶(C)胞嘧啶脱氧核苷酸 胸腺嘧啶(T)胸腺嘧啶脱氧核苷酸3DNA分子的组成层次。C、H、O、N、P脱氧核苷酸(4种)聚合(磷酸二酯键)碱基(A、G、C、T)DNA
4、分子脱氧核苷酸链磷酸脱氧核糖4平面结构两条脱氧核苷酸长链反向平行。5DNA双螺旋结构。(1)DNA分子是由两条脱氧核苷酸长链，按反向平行(指一条链的起点为磷酸，另一条链的起点为脱氧核糖)方式盘绕成双螺旋结构。(2)基本骨架由磷酸和脱氧核糖交替连接而成。(3)中间的碱基严格按碱基互补配对原则(A与T配对，G与C配对)形成碱基对。(4)DNA分子中，脱氧核苷酸数脱氧核糖数磷酸数含氮碱基数1111。【例1】(双选)下列有关DNA分子结构的叙述中，正确的是()ADNA分子由4种脱氧核苷酸组成BDNA单链上相邻碱基以氢键连接C碱基与磷酸基相连接D磷酸与脱氧核糖交替连接构成DNA链的基本骨架解析：DNA双
5、链上相对应的碱基以氢键连接，单链上相邻碱基之间通过脱氧核糖磷酸脱氧核糖联系起来，脱氧核糖和磷酸交替排列在外侧，构成DNA链的基本骨架。碱基排列在内侧，与脱氧核糖直接相连。答案：AD1有关下列四幅图的叙述，正确的是()APPPC12H22O11甲 乙 丙 丁A甲图中共有8种核糖核苷酸B乙图所示的化合物中不含糖类物质C组成丙物质的单糖是脱氧核糖或核糖D在小鼠的体细胞内检测到的化合物丁很可能是蔗糖解析：由图可知，甲图含有碱基T和U，说明甲为DNA与RNA链的配对，因而含有4种脱氧核苷酸和4种核糖核苷酸，而不是8种核糖核苷酸，A错；乙图所示化合物为ATP，含有核糖，B错；丙可能是腺嘌呤核糖核苷酸或者腺
6、嘌呤脱氧核苷酸，所以可能含有核糖或脱氧核糖，C对；丁为二糖，但在小鼠的体细胞内不可能检测到蔗糖，因为蔗糖是植物体内特有的二糖，D错。答案：C考点二碱基互补配对原则及DNA复制的有关计算1碱基互补配对原则及相关推论。(1)原则：AT，GC，图示为：(2)推论。腺嘌呤与胸腺嘧啶相等，鸟嘌呤与胞嘧啶相等，即AT，GC。嘌呤总数与嘧啶总数相等，即AGTC。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A1T1n%，因为A1T2，A2T1，则：A1T1A2T2n%。可简记为“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等”。双链DNA分子中，非互补
7、碱基之和所占比例在两条互补链中互为倒数。简记为：“DNA两互补链中，不配对两碱基和的比值乘积为1。”2DNA复制的研究方法、过程及有关计算。(1)研究DNA复制的常用方法同位素标记法和离心法，常标记3H、15N，通过离心在试管中形成不同位置的DNA条带。(2)DNA复制的过程(认真分析下面两幅图)及意义标准图：简化图：(3)DNA不论复制多少次，产生的子代DNA分子中含母链的DNA分子数总是2个，含母链也总是2条。(5)复制所需的脱氧核苷酸数a(2n1)，其中的a为所求的脱氧核苷酸在原来DNA(即作模板的亲代DNA)分子中的数量，n为复制次数。【例2】某双链DNA分子含有400个碱基，其中一条
8、链上ATGC1234。下列表述中错误的是()A该DNA分子的一个碱基改变，不一定会引起子代性状的改变B该DNA分子连续复制两次，需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸120个C该DNA分子中4种碱基的比例ATGC3377D该DNA分子中的碱基排列方式共有4200种解析：DNA分子中改变的碱基可能不在基因中，如在基因中由于密码子的简并性，蛋白质的氨基酸序列可能不变。DNA分子中腺嘌呤脱氧核苷酸有2003/1060个。该DNA分子连续复制2次，需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸为：360180个；DNA分子另一条链中ATGC2143，故该DNA分子中4种碱基比例为ATGC3377；DNA双链间碱基互补配对，即DNA分
9、子中有200个碱基对，故该DNA分子中的碱基排列方式共有4200种。答案：B2(2012广州番禺联考)细菌在15N培养基中繁殖数代后，使细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再移入14N培养基中培养，抽取亲代及子代的DNA经高速离心分离，下图为可能的结果，下列叙述错误的是()A子一代DNA应为B子二代DNA应为C子三代DNA应为D亲代的DNA应为考点三基因是有遗传效应的DNA片段1对基因本质的理解。(1)从结构上看：基因是DNA上一个个特定的片段，一个DNA分子上有许多个基因。基因与DNA结构一样，也是由四种脱氧核苷酸按一定顺序排列而成的，也是双螺旋结构。基因中脱氧核苷酸(碱基对)的排列顺序代
10、表遗传信息。(2)从功能上看。基因具有遗传效应，即基因能控制生物的性状，基因是控制生物性状的基本单位，特定的基因决定特定的性状。染色体是DNA的主要载体2染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系。基因是有遗传效应的DNA片段基因中脱氧核苷酸排列顺序代表着遗传信息染色体DNA基因脱氧核苷酸每条染色体上有一个或两个DNA分子是主要的遗传物质每个DNA分子含有许多基因是遗传物质的功能结构单位每个基因中含有许多脱氧核苷酸3基因、染色体、蛋白质、性状的关系。特别提醒：对于真核细胞来说，染色体是基因的主要载体，线粒体和叶绿体也是基因的载体。【例3】下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法中，不正确的是
11、()A在DNA分子结构中，与脱氧核糖直接相连的只是一个磷酸基和一个碱基B基因是具有遗传效应的DNA片段，一个DNA分子上可含有成百上千个基因C一个基因含有多个脱氧核苷酸，DNA的特异性是由脱氧核苷酸的排列顺序决定的D染色体是DNA的主要载体，一条染色体上含有1个或2个DNA分子解析：本题考查遗传的分子基础。在DNA分子结构中，磷酸和脱氧核糖交替连接成为基本骨架，碱基成对结合，位于双螺旋的内部，那么与脱氧核糖直接相连的是一个磷酸基和下一个脱氧核苷酸的一个磷酸基，还有一个碱基。答案：A规律总结在基因、DNA与染色体关系上，明确基因是DNA的一部分，DNA是染色体的组成部分，DNA是重要的遗传物质，
12、全部基因的集合不是所有的DNA，染色体不是遗传物质，它只是遗传物质DNA的主要载体。3下列关于真核生物基因的说法中，不正确的是()A基因是有遗传效应的染色体片段B细胞内的基因主要分布在染色体上C基因能通过控制蛋白质的结构控制生物的性状D基因中的碱基排列顺序蕴藏着遗传信息解析：基因是有遗传效应的DNA片段，不是染色体片段。答案：A实 验 导 航课题18：DNA复制方式的实验探究关于DNA复制方式的探究，充分体现了假说演绎法，即在克里克假说的基础上，通过演绎推理，最终通过实验得以验证。1实验材料：大肠杆菌。2实验方法：放射性同位素标记技术和离心技术。3实验假说：DNA以半保留的方式复制。4实验过程
13、：见下图。(1)大肠杆菌在含15N标记的NH4Cl培养基中繁殖几代，使DNA双链充分被15N标记。(2)将含15N的大肠杆菌转移到14N标记的普通培养基中培养。(3)在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA(间隔的时间为大肠杆菌繁殖一代所需时间)。(4)将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA位置。5实验预期：离心后应出现3条DNA带，见上图。(1)重带(密度最大)：15N标记的亲代双链DNA(15N/15N)。(2)中带(密度居中)：一条链为15N，另一条链为14N标记的子代双链DNA(15N/14N)。(3)轻带(密度最小)：两条链都为14N标记的子代双链DNA(14N/14N)。6实验结
14、果：与预期的相符。DNA的复制方式，可以通过设想来进行预测，可能的情况是全保留复制、半保留复制、分散(弥散)复制三种。究竟是哪种复制方式呢？下面设计实验来证明DNA的复制方式。实验步骤：(1)在氮源为14N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14NDNA(对照)。(2)在氮源为15N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为15NDNA(亲代)。(3)将亲代15N大肠杆菌转移到氮源为含14N的培养基中，再连续繁殖两代(和)，用密度梯度离心法分离，不同分子量的DNA分子将分布在试管中的不同位置上。实验预测：(1)如果与对照(14N/14N)相比，子代能分辨出两条DNA带：一条带和一条带，则
15、可以排除半保留复制和分散复制。(2)如果子代只有一条中密度带，则可以排除，但不能肯定是。(3)如果子代只有一条中密度带，再继续做子代DNA密度鉴定：若子代可以分出和，则可以排除分散复制，同时肯定半保留复制；如果子代不能分出中、轻密度两条带，则排除，同时确定为。解析：从题目中的图示可知，深色为亲代DNA的脱氧核苷酸链(母链)，浅色为新形成的子代DNA的脱氧核苷酸链(子链)。因此全保留复制后得到的两个DNA分子，一个是原来的两条母链重新形成的亲代DNA分子，一个是两条子链形成的子代DNA分子；半保留复制后得到的每个子代DNA分子的一条链为母链，一条链为子链；分散复制后得到的每个子代DNA分子的单链
16、都是由母链片段和子代片段间隔连接而成的。答案：(1)轻(14N/14N)重(15N/15N)(2)全保留复制 半保留复制和分散复制(3)一条中密度带 一条轻密度带 半保留复制 分散复制走 近 高 考题组1DNA分子的结构、基因的本质1(2013广东高考卷)1953年Watson和Crick构建了DNA双螺旋结构模型，其重要意义在于()证明DNA是主要的遗传物质确定DNA是染色体的组成成分发现DNA如何存储遗传信息为DNA复制机构的阐明奠定基础ABCD解析：解析：构建DNA双螺旋结构模型，不能证明DNA是主要的遗传物质，而噬菌体侵染细菌的试验证明了DNA是遗传物质，故错误。在Watson和Cri
17、ck构建DNA双螺旋结构模型之前，就已经明确了染色体的组成成分主要是DNA和蛋白质，故错误。结构决定功能，清楚DNA双螺旋结构，就可以发现DNA如何存储遗传信息，故正确。清楚了DNA双螺旋结构，就为DNA复制机构的阐明奠定基础，而且Waston和Crick也对DNA复制进行了描述，故正确。答案：D2人类对遗传物质本质的探索经历了漫长的过程，下列有关叙述正确的是()A孟德尔发现遗传因子并证实了其传递规律和化学本质B噬菌体侵染细菌实验比肺炎双球菌体外转化实验更具说服力C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D烟草花叶病毒感染烟草实验说明所有病毒的遗传物质是RNA解析：遗传因子只是孟
18、德尔通过实验现象推理出的理论产物，孟德尔并未证实遗传因子的化学本质，A错；由于噬菌体转化实验将DNA和蛋白质的作用分别进行了研究，而肺炎双球转化实验中DNA和蛋白质不能完全分离开(纯度不够)，所以噬菌体转化实验更有说服力，B正确；沃森和克里克提出的DNA双螺旋结构中，碱基互补配对，嘌呤数等于嘧啶数，C错；烟草花叶病毒感染烟草实验只能说明烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，D错。答案：B3(双选)有关DNA分子结构的叙述，正确的是()ADNA分子由4种脱氧核苷酸组成BDNA单链上相邻碱基以氢键连接C碱基与磷酸基相连接D磷酸与脱氧核糖交替连接构成DNA链基本骨架解析：DNA双链上相对应的碱基以氢键连接
19、，单链上相邻碱基之间通过脱氧核糖和磷酸二酯键联系起来，脱氧核糖和磷酸交替排列在外侧，构成DNA链的基本骨架。碱基排列在内侧，与脱氧核糖直接相连。答案：AD题组2DNA的复制及实验探究4假设一个双链均被32P标记的噬菌体DNA由5 000个碱基对组成，其中腺嘌呤占全部碱基的20%。用这个噬菌体侵染只含31P的大肠杆菌，共释放出100个子代噬菌体。下列叙述正确的是()A该过程至少需要3105个鸟嘌呤脱氧核苷酸B噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶等C含32P与只含31P的子代噬菌体的比例为149D该DNA发生突变，其控制的性状也发生改变解析：由5 000个碱基对组成双链DNA中，腺嘌呤占全部碱基的
20、20%，则鸟嘌呤G占30%，即一个这样的DNA中，AT2 000个，GC3 000个，则100个子代噬菌体的DNA中共含有鸟嘌呤(G)3105个。由一个噬菌体增殖到100个噬菌体的过程中，需要鸟嘌呤脱氧核苷酸的数目为31053 000个，A错误。噬菌体侵染细菌并增殖过程中，DNA复制、转录所需的模板为噬菌体DNA，转录和翻译所需要的核糖核苷酸、核糖体、氨基酸以及酶等皆来自宿主细胞(细菌)，B错误。DNA进行半保留复制，1个双链都含32P的DNA复制后，子代中含有32P的DNA(一条链含32P，一条链含31P的DNA)共有2个，只含有31P的DNA共有98个，二者的比例为2:98即1:49，C正
21、确。由于DNA上有非基因序列，基因中有非编码序列以及密码子具有简并性等原因，DNA发生突变并不意味着性状一定会发生改变，D错误。答案：C5甲、乙图示是真核细胞内两种物质的合成过程，下列叙述正确的是()A甲、乙所示过程通过半保留方式进行，合成的产物是双链核酸分子B甲所示过程在细胞核内进行，乙在细胞质基质中进行CDNA分子解旋时，甲所示过程不需要解旋酶，乙需要解旋酶D一个细胞周期中，甲所示过程在每个起点只起始一次，乙可起始多次解析：本题考查真核生物的DNA复制和转录。甲图以DNA两条单链为模板，而乙图以一条链为模板，且产物是一条链，确定甲图表示DNA复制，乙图表示转录。A项转录不是半保留方式，产物
22、是单链RNA；B项真核细胞的DNA复制可以发生在细胞核、线粒体及叶绿体中；C项DNA复制和转录均需要解旋酶；D项一个细胞周期DNA只复制一次，但要进行大量的蛋白质合成，所以转录多次发生。答案：D6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14NH4Cl15NH4Cl14NH4Cl14NH4Cl繁殖代数多代多代一代两代(续上表)组别1组2组3组4组培养产物ABB的子代B的子代操作提取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)轻带(
23、14N/14N)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_复制。(3)分析讨论：若子代DNA的离心结果为“轻”和“重”两条密度带，则“重带”DNA来自于_，据此可判断DNA分子的复制方式不是_复制。将子代DNA双链分开后再离心，其结果_(选填“能”或“不能”)判断DNA的复制方式。若在同等条件下将子代继续培养，子n代DNA离心的结果是：密度带的数量和位置_，放
24、射性强度发生变化的是_带。若某次实验的结果中，子代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：本题考查的是DNA半保留复制的实验验证过程及所采取的实验方法。(1)据表DNA在以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中培养多代，可得到大肠杆菌B。(2)若证明DNA的复制为半保留复制，则需证明后代DNA的两条链，一条链是原来的，另一条链是新合成的，第3组结果与第1、2组的结果对比可以证实。(3)“轻”DNA为14N/14N DNA，“重”DNA为15N/15N DNA，据表，“重带”DNA来自于B代。的结果是后代DNA的两条链或全是原来的，或全是新合成的，说明DNA分子的复制方式不是半保留复制。将子代DNA双链分开后再离心，无法判断后代DNA的两条链的来源，不能判断DNA的复制方式。将子代继续培养，子n代DNA的情况是有2个为15N/14N DNA，其余全部为14N/14N DNA，所以子n代DNA离心的结果是：密度带的数量和位置没有变化，放射性强度发生变化的是轻带。“中带”为15N/14N DNA，“中带”略宽，说明新合成DNA单链中的N尚有少部分为15N。答案：(1)多 15N(或15NH4Cl)(2)312 半保留复制(3)B 半保留 不能 没有变化 轻 15N
