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第2讲DNA分子的结构和DNA分子的复制(一)DNA分子的结构DNA分子的结构元素组成:C、H、O、N、P基本单位：脱氧核苷酸11分子.1分子含氮碱基（A、G、C、T）结构简图:化学结构：脱氧核糖核苷酸链脱氧核糖DNA分子的结构空间结构结构模型：双螺旋结构模型，构建者是.主要特点（1）两条脱氧核糖核苷酸链平（2）磷酸和脱氧核糖交替连接构成基本骨架，排列在；碱基对排列在.（3）碱基通过相连，并遵循原则，A和配对、C和配对\卡伽夫法则(碱基互补配对原则)特性沃森和克里克反向外侧内侧氢键碱基互补配对TG（1）每个DNA片段中，游离的磷酸基团有2（2）○之间的数量关系为1∶1∶1（3）○和之间的化学键为磷酸二酯键，用限制性核酸内切酶处理可切断，用DNA连接（4）碱基对之间的化学键为（5）每个脱氧核糖连接着2个磷酸，分别在3号、5号碳原子上相连接。3．DNA的特性：(1)DNA分子结构的稳定性是指其双螺旋结构相对稳定。原因是在DNA分子外侧，脱氧核糖和磷酸交替连接的方式稳定不变，在其内侧，通过氢键形成的碱基对，使两条脱氧核苷酸长链稳固地连在一起；DNA分子中碱基互补配对是严格的一一对应关系。(2)DNA分子的多样性：DNA分子由于碱基对的数量不同，碱基对的排列顺序千变万化，因而构成了DNA分子的多样性。(3)DNA分子的特异性：DNA分子的特异性是指控制特定性状的特定DNA分子的碱基排列顺序是稳定不变的。这种特定的顺序包含着特定的遗传信息，从而使DNA分子具有特异性。考点1DNA分子的结构与特性【例1】下图为DNA分子结构示意图，对该图的正确描述是()A．②和③相间排列，构成了DNA分子的基本骨架B．④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸C．DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息D．DNA复制时，⑨的形成需要连接酶【解析】②和①相间排列，构成了DNA分子的基本骨架；由于每个DNA分子是由两条反向平行排列的脱氧核苷酸单链构成，故④中的①不是这个胞嘧啶脱氧核苷酸的磷酸基团，④中②下方的磷酸基团与②、③才共同构成这个胞嘧啶脱氧核苷酸的结构；DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息；DNA复制时，⑨的形成不需要酶，是两条链之间的碱基通过碱基互补配对形成的。答案：C【变式训练1】下列关于DNA结构的描述错误的是()A．每一个DNA分子由一条多核苷酸链盘绕而成螺旋结构B．外侧是由磷酸与脱氧核糖交替连接构成的骨架，内部是碱基C．DNA两条链上的碱基间以氢键相连，且A与T配对、G与C配对D．DNA的两条链等长，但是反向平行A【解析】DNA双螺旋结构具有如下特点：①一个DNA分子是由两条脱氧核苷酸链构成的双螺旋结构，两条链等长且是反向平行的；②DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧构成了基本骨架；碱基排列在内侧；③DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基时，具有一定规律：A与T配对，G与C配对。考点2DNA分子中碱基的计算方法与规律利用碱基互补配对原则计算碱基比例、碱基数量，有关的方法、规律如下：(1)双链DNA分子中①A＝T，G＝C；②A＋G＝T＋C；(A＋G)/(T＋C)＝1，即：嘌呤总数＝嘧啶总数；③A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G；(A＋G)/(T＋C)＝(A＋C)/(T＋G)＝1，即：DNA分子中任意非互补碱基之和相等，且占DNA碱基总数的50%。上述①～③在不同物种中无种的特异性。(2)在DNA两互补链之间①(A1＋G1)/(T1＋C1)＝(T2＋C2)/(A2＋G2)，即一条链与另一条链(A＋G)/(T＋C)的比值互为倒数。②(A1＋T1)/(G1＋C1)＝(A2＋T2)/(G2＋C2)＝(A总＋T总)/(G总＋C总)，即互补碱基之和在一条链上、在互补链上、在整个DNA分子中所占比例相同。此比例在不同DNA分子中具有特异性。③A总%＝1/2(A1%＋A2%)，同理C、G、T都有同样规律。【例2】一个DNA分子的一条链上，腺嘌呤比鸟嘌呤多40%，两者之和占DNA分子碱基总数的24%，则该DNA分子的另一条链上，胸腺嘧啶占该链碱基数目的()A．44%B．24%C．14%D．28%【解析】画出DNA简图(如下图)：1111111111240%A1.4G24%AG48200A28%T28%AGGAG依题意，列出等量关系：＝→＝，①而＝→＋＝。②由①、②可得，＝，所以＝。答案：D对此类题要分三步进行分析：①搞清题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子的碱基比例，还是占DNA分子一条链的碱基比例。②画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知和所求的碱基。假设每条链含有100个碱基。③根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。【变式训练2】从某生物中提取出DNA进行化学分析，发现鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的46%，又知该DNA的一条链(H链)所含的碱基中28%是腺嘌呤，问与H链相对应的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的()A．26%B．24%C．14%D．11%A【解析】解此题时，为理清解题思路应先绘出两条链及碱基符号，并注明含量，这样非常直观，便于推导和分析，寻求解题方法。明确DNA的两条链所含碱基数目相同，且A＝T，G＝C，一条链中的A、T、G、C数目等于另一条链中的T、A、C、G数目，由此可列出方程组来解题：假定每条链中有100个碱基，则双链DNA中(G＋C)＝100×2×46%＝92(个)所以A＋T＝200－92＝108(个)因为A对＋TH＝(A＋T)－(AH＋T对)，AH＝T对＝28(个)所以A对＝TH＝[(A＋T)－(AH＋T对)]＝[108－(28＋28)]＝26即：A对占该链全部碱基数的26%。基因与染色体、DNA、脱氧核苷酸以及遗传信息的关系1.概念：基因是控制生物性状的遗传物质的结构和功能单位，是具有遗传效应的DNA2.与性状的关系：特定的基因控制特定的性状3.与染色体的关系：基因在染色体上呈线性排列，染色体是基因的主要载体。4.与DNA的关系：基因是一段有遗传效应的DNA片段，一个DNA5.与脱氧核苷酸的关系：每个基因含有成百上千个脱氧核苷酸。6.与遗传信息的关系：遗传信息是指基因中脱氧核苷酸（碱基对）7.基因的位置：主要位于细胞核中，次要位于细胞质中。【例2】不同物种的DNA分子的特异性主要取决于（）①（A+G）/(T+C)的不同②（A+T）/(G+C)③（A+U）/(G+C)的不同⑤核糖核酸的顺序A．①⑤B．②⑥C．③④D．②③④⑤【答案】B解题技巧：本题主要考查学生对DNA分子特性的理解，能力要求为Ⅰ。关键要理解DNA分子的碱基排列顺序体现了DNA分子的特异性，而碱基互补配对原则也可体现其特异性。【例6】基因研究最新发现表明：人与小鼠的基因约98%～99%相同，则人与小鼠DNA碱基序列相同的比例是（A．1%～2%B．80%C．99%D．无法确定解题技巧：解决此题主要抓住一个关键：基因只是DNA分子上具有遗传效应的DNA片段。【答案】D【跟踪训练6】下列关于DNA、基因、染色体的叙述,正确的是（A.基因是有遗传效应的DNAB.DNAC.D.DNA的相对稳定性决定染色体的相对稳定性【解析】基因是有遗传效应的DNA片段,基因在染色体上呈线性排列。【答案】ADNA分子的复制DNA分子的复制推测：沃森和克里克提出了遗传物质自我复制的假说，即遗传物质的复制为半保留复制证据时间：1958方法：运用放射性同位素示踪技术实验结论：DNA复制是以半保留复制的方式进行的DNA的复制1．复制的概念：以亲代DNA分子为模板合成子代DNA的过程。2．复制的时间：体细胞为有丝分裂间期，原始生殖细胞为减数第一次分裂前的间期。3．复制的条件：(1)模板：亲代DNA分子的2条脱氧核苷酸链分别做模板；(2)原料：4种脱氧核苷酸；(3)能量：ATP供能；(4)酶：解旋酶、DNA聚合酶等。另外，还需相对稳定的细胞内部条件：一定的温度、pH等。4．复制的过程：DNA的解旋、以亲代DNA分子的两条链为模板，以脱氧核苷酸为单位，通过碱基互补配对原则合成子链，子链与相应的母链盘绕成子代DNA分子。5．复制的特点：边解旋边复制(不是2条母链完全解开后才合成新的子链)；半保留复制(新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链)。6．复制的结果：1个DNA分子形成了2个完全相同的DNA分子。7．复制的意义：保持了遗传信息的连续性(使遗传信息从亲代传给了子代)。8．复制的保障：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，因此能确保复制的准确。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，这种稳定性和可变性的统一，是生物遗传和变异的物质基础和根本原因。考点1DNA的复制【例1】(原创题)下列关于DNA复制过程的叙述中，错误的是()A．DNA复制时伴随有氢键的断裂和重新形成B．DNA复制时伴随有磷酸二酯键的断裂和重新形成C．DNA复制时伴随有高能磷酸键的断裂和重新形成D．DNA复制时伴随有双螺旋结构的破坏与重新形成【解析】DNA复制时需要先在解旋酶的作用下解旋并水解氢键，复制完成时模板母链与子链之间形成氢键，然后重新螺旋化；在复制过程中要消耗ATP，所以伴随有ATP中高能磷酸键的断裂和重新形成；复制时只在DNA聚合酶的作用下伴随有磷酸二酯键的形成，而没有磷酸二酯键的断裂。答案：B【变式训练1】在体外进行DNA复制的实验，向试管中加入有关酶、4种脱氧核苷酸和ATP,37℃下保温、适宜的酸碱度。下列叙述中正确的是()A．能生成DNA，DNA的碱基比例与4种脱氧核苷酸的比例一致B．不生成DNA，因为实验中缺少DNA模板C．能生成DNA，DNA的碱基比例不确定，且与酶的来源有一定的关联D．不生成DNA，因为实验中缺少酶催化的适宜条件B【解析】DNA复制需要模板、酶、原料、能量和适宜条件。考点2DNA复制过程中的碱基数量关系(1)某DNA分子中含某碱基a个。复制n次需要游离的含该碱基的脱氧核苷酸数为a·(2n－1)个；(2)第n次复制，需要游离的含该碱基的脱氧核苷酸数为a·2n－1个。【例2】某双链DNA分子中共有含氮碱基1400个，其中一条单链上(A＋T)∶(C＋G)＝2∶5。问该分子连续复制两次共需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目是()A．200个B．400个C．600个D．1200个【解析】双链DNA分子中一条单链上(A＋T)∶(C＋G)＝2∶5，则整个双链DNA分子中(A＋T)∶(C＋G)＝2∶5，而双链DNA分子中共有碱基1400个，所以A＝T＝200个，该DNA分子连续复制两次共需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目是(22－1)×200＝600个。答案：C【变式训练2】某DNA分子中含有1000个碱基对(P元素只含32P)。若将DNA分子放在只含31P的脱氧核苷酸的培养液中让其复制两次，则子代DNA的相对分子质量平均比原来()A．减少1500B．增加1500C．增加1000D．减少1000A【解析】具有1000个碱基对的DNA分子连续分裂两次，形成4个DNA分子，这4个DNA分子中有2个DNA分子的每条链都是含31P的，还有2个DNA分子都是一条链是31P，另一条链是32P。前2个DNA分子的相对分子质量比原DNA共减少了4000，后2个DNA分子的相对分子质量比原来共减少了2000，这样4个DNA分子平均比原来减少了6000/4＝1500。【例3】下图表示发生在细胞核内的某生理过程，其中a、b、c、d表示脱氧核苷酸链。以下说法正确的是（）A．此过程需要ATPBC．b中(A+G)/(T+C)的比值一定与cD．正常情况下a、d链都应该到不同的细胞中去【解析】DNA复制是典型的半保留复制，DNA复制需要的原料有腺嘌呤脱氧核苷酸，鸟嘌呤脱氧核苷酸，胸腺嘧啶脱氧核苷酸，胞嘧啶脱氧核苷酸；真核细胞中线粒体和叶绿体中也有DNA，因此也存在DNA复制的过程；b链和c链是互补的关系，因此(A+G)/(T+C)的比值不相同。【答案】D【跟踪训练3】(2010·北京卷)科学家以大肠杆菌为