第五单元第27讲DNA分子的结构与复制

1第27讲DNA分子的结构与复制走进高考第一关：教材关合作梳理知识体系DNA分子的结构、复制与基因的实质DNA分子的结构DNA双螺旋结构模型的构建科学家：沃森、克里克（1953年）构建基础化学结构元素的组成：C、H、O、N、P基本单位：（4种）①_______聚合脱氧核苷酸链碱基位置与关系：在两条磷酸脱氧核糖骨架内侧且A=TG=C模型：DNA②________模型DNA分子的结构：规则的双螺旋结构(1)两条脱氧核苷酸长链③______盘旋而成(2)外侧的基本骨架由④________和⑤________交替连接而成，⑥________排列于内侧2③两条长链上的碱基通过⑦________按碱基互补配对原则形成碱基对（A—T，G—C）体现特点多样性：碱基对排列顺序千变万化⑧________分子多样性决定生物多样性特异性：碱基对特定的排列顺序每个DNA分子的⑨________性决定生物10________性DNA的复制克里克的假说：半保留复制实验证据材料：大肠杆菌方法：放射性同位素示踪法、离心技术结论：DNA的复制是以11________方式进行的DNA分子复制的过程概念；以亲代DNA分子为模板合成子代DNA分子的过程时间：有丝分裂12________或减Ⅰ13________场所：主要在细胞核中过程：解旋合成子链形成子代DNA分子条件：14________、原料、酶（解旋酶、聚合酶等）、15________特点：16________复制结果：1DNA→2子代DNA意义：使遗传信息从亲代传给子代，保持遗传信息的17________性保障①独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的18________②碱基互补配对，保证了复制19________基因的本质遗传信息：DNA分子中20________的排列顺序本质：基因是有21________的DNA片段3自我校对：①脱氧②双螺旋③反向平行④脱氧核糖⑤磷酸⑥碱基⑦氢键⑧DNA⑨特异10特异11半保留12间期13间期14模板15能量16半保留17连续18模板19准确无误204种碱基对21遗传效应解读高考第二关：考点关考点1DNA分子的结构和相关计算规律1.基本元素组成：C、H、O、N、P5种元素。2.基本组成单位：4种脱氧核苷酸，每个脱氧核苷酸由3种小分子化合物构成。磷酸用“○”表示，脱氧核糖用“”表示，含氮碱基用“”表示，三者之间的连接如图，其差异是由碱基种类决定的。3.由多个脱氧核苷酸分子聚合形成脱氧核苷酸长链。4.两条长链反向平行盘旋成双螺旋结构。两条长链的碱基之间靠氢键连接成碱基对，碱基对的形成遵循碱基互补配对原则。5.平面结构图及空间结构特别提醒：①配对的碱基，A与T之间形成2个氢键，G与C之间形成3个氢键，C—G对所占比例越大，DNA结构越稳定。②在DNA分子中，多数磷酸连接2个脱氧核糖，多数脱氧核糖连接2个磷酸。③在同一条脱氧核苷酸链中，相邻2个碱基之间通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖间接相连。例析1（2009·徐州一模）下面是4位同学拼制的DNA分子部分平面结构模型，正确的是（）4解析：DNA分子的基本组成单位是脱氧核苷酸。每个脱氧核苷酸中的三个分子连接时注意脱氧核糖在中间，排除B项。不同脱氧核苷酸之间连接时是脱氧核糖和磷酸交替连接，排除A项。D项中，一条脱氧核苷酸链上与脱氧核糖相连的两个磷酸应分别连接在不同的位点。答案：C点评：画图时体现DNA两条链的反向平行的关键是五碳糖的方向相反，还要注意碱基对之间的氢键数及磷酸、脱氧核糖、碱基三者之间的连接部位。互动探究1赫尔希和蔡斯分别用35S和32P标记T2噬菌体的蛋白质和DNA组分，下列被标记的部位组合正确的是()A.①②B.①③C.①④D.②④解析：从题图中可以判断:①是氨基酸的R基,也是蛋白质中含有S元素的部位;②则是磷酸基团,是DNA中含有磷酸的部位。噬菌体侵染细菌的实验中，应该用32P标记噬菌体的DNA，用35S标记噬菌体的蛋白质。答案：A考点2DNA碱基配对原则1.碱基互补配对原则及其推论（1）碱基互补配对原则是指在DNA分子形成碱基对时，A一定与T配对，G一定与C配对的一一对应关系。（2）推论：规律一：一个双链DNA分子中，A=T、C=G、A+G=C+T，即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。5规律二：在双链DNA分子中，互补的两碱基和（如A+T或C+G）占全部碱基的比等于其任何一条单链中该种碱基比例的比值，且等于其转录形成的mRNA中该种比例的比值。规律三：在DNA双链中一条单链的AGTC的值与另一条互补单链的AGTC的值互为倒数关系。规律四：DNA双链中，一条单链的ATGC的值，与另一条互补链的ATGC的值是相等的，也与整个DNA分子中的ATGC的值是相等的。2.DNA分子的特点（1）稳定性：使DNA双螺旋结构稳定的因素取决于：①碱基对间的氢键；②疏水作用（或碱基的堆积力）：疏水的碱基彼此堆积，避开了水相，一般认为后者对双螺旋的稳定性贡献最大。（2）多样性：碱基对（或脱氧核苷酸对）排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性→遗传信息的多样性决定生物多样性。（3）特异性：每个DNA分子的碱基对的排列顺序是特定的，构成了每个DNA分子的特异性决定了遗传信息的特异性决定生物的特异性。特别提醒：（1）DNA分子结构具有相对的稳定性是DNA作为遗传物质的基本条件之一，但其稳定性的原因并不是脱氧核糖与磷酸的交替连接。（2）碱基对的排列顺序代表了遗传信息，因此DNA具有储存遗传信息的功能，而且信息量极大。（3）决定DNA分子特异性的是ATGC。（4）DNA分子的多样性和特异性从分子水平上解释了生物体具有多样性和特异性的原因。（5）DNA分子中碱基对（脱氧核糖核苷酸）排列顺序代表的是遗传信息，若一DNA分子由n个碱基对构成，则可代表的遗传信息有4n种（注：n是碱基对的数量）。例析2-1亚硝酸盐可使DNA的某些碱基脱去氨基，碱基脱氨基后的变化如下：C转变为U（U与A配对），A转变为I（I为次黄嘌呤，与C配对）。现有一DNA片段为—AGTCG—①—TCAGC—②，经亚硝酸盐作用后，若链①中的A、C发生脱氨基作用，经过两轮复制后其子代DNA片段之一为（）A.—CGTTG——GCAAC—B.—GGTCG——CCAGG—C.—GGTTG——CCAAC—6D.—CGTAG——CCATC—解析：根据题意可知，在整个过程中DNA复制了两次，一共得到四个DNA分子，由于只有①链发生改变，因此以②链为模板复制出的两个DNA分子结构并没有发生任何变化，而①链根据题意改成了—IGTUG—，因此以①链为模板复制的DNA链碱基序列为—CCAAC—。答案：C例析2-2在一个DNA分子中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基数目的54%，其中一条链中鸟嘌呤、胸腺嘧啶分别占该链碱基总数的22%和28%，则由该链转录的信使RNA中鸟嘌呤占碱基总数的（）A.24%B.22%C.26%D.23%解析：双链DNA中，A+T占全部碱基数的54%，则一条单链中A+T占该链碱基总数的54%，按下面的图示分析：答案：A互动探究2-1如果一个双链DNA中鸟嘌呤占整个DNA碱基的27%，并测得该DNA一条链上的腺嘌呤占该链的28%，那么另一条链上的腺嘌呤占整个DNA分子碱基的比例是()A.9%B.18%C.27%D.28%解析：由于双链DNA分子中A=T、G=C，又G为27%，所以整个DNA中A为23%，而其中一条链上的A是28%，双链DNA分子中某一碱基所占的比例等于该碱基在每一单链中所占比例之和的一半，可知A%=1/2（A1%+A2%），则另一条链上的A占该链比例为18%，因而占整个DNA分子碱基的比例为9%。答案：A互动探究2-2下列对双链DNA分子的叙述，哪项是不正确的（）A.若一条链G的数目为C的2倍，则另一条链G的数目为C的0.5倍7B.若一条链A和T的数目相等，则另一条链A和T的数目也相等C.若一条链的A:T:G:C=1:2:3:4，则另一条链相应碱基比为2:1:4:3D.若一条链的G:T=1:2，另一条链的C:A=2:1解析：根据碱基互补配对原则，在DNA双链分子中，A1=T2,T1=A2,G1=C2,C1=G2。所以A、B、C项都是正确的。而D项中，若一条链的G:T=1:2，另一条链C:A=2:1是错误的，C:A=1:2才是正确的。答案：D考点3DNA的复制——半保留复制1.复制条件复制除模板、原料、能量、酶外，还需相对稳定的细胞内部条件以保证酶的活性，如：一定的温度、pH等。2.DNA分子复制过程中的数量关系（1）一条双链DNA分子，复制n次，形成的子代DNA分子中，含亲代DNA母链的有两个DNA分子，占子代DNA总数的2/2n；亲代DNA分子母链两条，占子代DNA中脱氧核苷酸链总数的2/2n+1=12n。（2）用3H标记的噬菌体n个，侵染大肠杆菌，在普通培养基中培养一段时间后，统计得知培养基中共有噬菌体后代m个，则此时培养基中含被标记的噬菌体比为2n/m。（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。（4）复制所需的脱氧核苷酸数=a×(2n-1)，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。第n次复制所需某种脱氧核苷酸数为a·2n-1。（5）一定数量的碱基对所能构成的DNA分子种类数或所携带的遗传信息的种类数=4n（n为碱基对数）。3.同位素示踪法和离心技术证明DNA的半保留复制（或DNA分子连续复制的计算规律）已知某一DNA分子用15N标记（0代），将含有该标记DNA分子的细胞（或某种细菌）转移到只含14N的培养基中培养（进行DNA复制）若干代后，其DNA分子数、脱氧核苷酸链数及相关比例如下表：8特别提醒：（1）复制的“精确性”：DNA分子之所以能自我复制，取决于DNA的双螺旋结构，它为复制提供了模板；同时，由于碱基具有互补配对的特性，因此能确保复制的完成。（2）复制“差错”：在复制过程中，脱氧核苷酸序列具有相对的稳定性，但也可能发生差错即发生碱基对的增添、缺失或改变——基因突变。这种稳定性与可变性的统一，是生物遗传和变异的物质基础和根本原因。（3）复制的场所：细胞核、线粒体和叶绿体。例析3如图DNA的复制图解，请据图回答下列问题：（1）DNA复制发生在________期。(2)②过程称为________。（3）指出③中的子链是________。9（4）③过程必须遵循________原则。（5）子代DNA分子中只有一条链来自亲代DNA分子，由此说明DNA的复制具有________特点。（6）将一个细胞的DNA用15N标记，放入含14N的4种脱氧核苷酸培养液中，连续分裂4次，问：含14N的DNA细胞占总细胞数的________。含15N的DNA细胞占总细胞数的________。（7）已知原来DNA中有100个碱基对，其中含A40个，则复制4次，在复制过程中将需要________个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸参加。解析：DNA分子的复制方式为半保留复制，子代DNA分子中有一条母链和与母链互补的子链；复制n次产生的子代DNA分子数为2n个；若亲代DNA分子中含某种碱基数为a个，则复制n次需该种碱基数为a×（2n-1）个。答案：（1）有丝分裂间期和减数第一次分裂间（2）解旋（3）Ⅱ、Ⅲ（4）碱基互补配对（5）半保留复制（6）100%12.5%(7)900互动探究3-1用15N标记含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在14N的培养基中连续复制四次。其结果不可能是（）A.含有15N的DNA分子占1/8B.含有14N的DNA分子占7/8C.复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个D.复制结果共产生16个DNA分子解析：由于DNA的复制是半保留复制，经过四次复制形成16个DNA分子，有2个DNA分子中一条链含有15N，另一条链含有14N，其余14个DNA分子两条链全部含有14N，该DNA分子中含有胞嘧啶6