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1、第第2、3、4节节DNA分子的结构和复制分子的结构和复制 基因是有遗传效应的基因是有遗传效应的DNA片段片段资料资料1：20世纪世纪30年代，科学家认识到：组成年代，科学家认识到：组成DNA分子的分子的基本单位是基本单位是 。脱氧核苷酸脱氧核苷酸1分子磷酸分子磷酸1分子脱氧核糖分子脱氧核糖1分子含氮碱基分子含氮碱基一、一、DNADNA模型建构模型建构1分子脱氧核苷酸分子脱氧核苷酸 = + + .【模型建构模型建构】: 脱氧核苷酸脱氧核苷酸碱碱 基基A GC T磷酸磷酸脱氧脱氧核糖核糖 含氮碱基包括：含氮碱基包括：_ (A)、鸟嘌呤、鸟嘌呤(G)、胞嘧、胞嘧啶啶(C)、_ (T)。腺嘌呤腺嘌呤胸
2、腺嘧啶胸腺嘧啶ACT腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸G脱氧核苷酸的种类脱氧核苷酸的种类 2DNA的双螺旋结构的双螺旋结构(1)两条脱氧核苷酸链两条脱氧核苷酸链反向平行反向平行盘旋而成。盘旋而成。(2)外侧：外侧：_和和_交替连接，构交替连接，构成基本骨架。成基本骨架。(3)内侧：碱基按内侧：碱基按AT、GC的碱基互补配对的碱基互补配对原则通过原则通过_连接，形成碱基对。连接，形成碱基对。脱氧核糖脱氧核糖磷酸磷酸氢键氢键ACTTGA DNADNA模型建构模型建构外侧外侧:磷酸磷酸+五碳糖（基本骨
3、架）五碳糖（基本骨架）内侧内侧:千变万化千变万化: 4n（n表示碱基的对数）表示碱基的对数）+思考感悟思考感悟 DNA的稳定性与的稳定性与DNA分子中碱基对的分子中碱基对的种类有关吗？种类有关吗？ 【提示提示】有关。碱基有关。碱基A与与T之间形成之间形成两个氢键，两个氢键，G与与C之间形成三个氢键。含之间形成三个氢键。含氢键越多，结构越稳定，即含氢键越多，结构越稳定，即含GC比例比例越大，结构越稳定。越大，结构越稳定。二、二、DNA分子的复制分子的复制1概念：以亲代概念：以亲代DNA分子为模板，合成子代分子为模板，合成子代DNA分子的过程。分子的过程。2时间：有丝分裂时间：有丝分裂_和减数和减
4、数_。3条件条件(1)模板：两条母链。模板：两条母链。(2)原料：细胞核中游离的四种脱氧核苷酸。原料：细胞核中游离的四种脱氧核苷酸。(3)能量：能量：_。(4)酶：解旋酶、酶：解旋酶、_酶。酶。间期间期第一次分裂之前的间期第一次分裂之前的间期ATP聚合聚合解解旋酶（作用于氢键）旋酶（作用于氢键）解解旋：旋：模板模板复制复制:以母链为模板进行碱基配对以母链为模板进行碱基配对(聚合酶）聚合酶）母母链（旧链）链（旧链）子链（新链）子链（新链）复制后的复制后的DNA:同时进行同时进行组成组成半保留复制半保留复制亲代亲代(第一第一代代)第二代第二代第三代第三代第四代第四代4过程过程 解旋，在解旋，在_的
5、作用下，把两条螺旋的双链的作用下，把两条螺旋的双链解开；以解开的解开；以解开的_为模板，按碱基互补配对为模板，按碱基互补配对原则，合成原则，合成_；每一条子链与对应的母链；每一条子链与对应的母链盘旋成双螺旋结构，形成两个新盘旋成双螺旋结构，形成两个新DNA分子。分子。5特点：边解旋边复制，特点：边解旋边复制，_复制。复制。6结果：一个结果：一个DNA分子形成两个完全相同的分子形成两个完全相同的DNA分子。分子。7意义：使意义：使_从亲代传递给子代，保持从亲代传递给子代，保持了了_的连续性。的连续性。解旋酶解旋酶母链母链子链子链半保留半保留遗传信息遗传信息遗传信息遗传信息三、基因是有遗传效应的三
6、、基因是有遗传效应的DNA片段片段1基因与基因与DNA的关系的关系(1)基因是有基因是有_的的DNA片段。片段。遗传效应遗传效应(2)每个每个DNA分子含有分子含有_个基因。个基因。(3)DNA分子中存在不是基因的片段。分子中存在不是基因的片段。多多2DNA片段中的遗传信息片段中的遗传信息 (1)DNA分子能够储存足够量的分子能够储存足够量的_。 (2)遗传信息蕴藏在遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序种碱基的排列顺序之中。之中。 （碱基对、脱氧核苷酸的排列顺序）（碱基对、脱氧核苷酸的排列顺序） (3)DNA分子多样性源于分子多样性源于_的多样性。的多样性。 (4)DNA分子的特异性源于每个分子的
7、特异性源于每个DNA分子的碱基的分子的碱基的_顺序。顺序。遗传信息遗传信息碱基对排列顺序碱基对排列顺序特定的排列特定的排列3基因与性状的关系基因与性状的关系基因是控制生物性状的结构单位和功能单位。基因是控制生物性状的结构单位和功能单位。高频考点突破高频考点突破考点一考点一DNA分子的结构分子的结构(3)DNA分子的组成层次分子的组成层次(4)平面结构平面结构两条脱氧核苷酸长链两条脱氧核苷酸长链反向平行反向平行(5)DNA双螺旋结构双螺旋结构 DNA分子是由两条脱氧核苷酸长链，按分子是由两条脱氧核苷酸长链，按反向反向平行平行(指一条链的起点为磷酸，另一条链的起点为指一条链的起点为磷酸，另一条链的
8、起点为脱氧核糖脱氧核糖)方式盘绕成方式盘绕成双螺旋结构双螺旋结构。 基本骨架基本骨架由磷酸和脱氧核糖交替连接而成。由磷酸和脱氧核糖交替连接而成。 中间的碱基严格按中间的碱基严格按碱基互补配对原则碱基互补配对原则(A与与T配配对，对，G与与C配对配对)形成碱基对。形成碱基对。 DNA分子中，脱氧核苷酸数分子中，脱氧核苷酸数 脱氧核糖数脱氧核糖数 磷酸磷酸数数 含氮碱基数含氮碱基数1 1 1 1。 即时应用即时应用(随学随练，轻松夺冠随学随练，轻松夺冠)1(2011年山东青岛高三摸底年山东青岛高三摸底)下列有关下列有关DNA结构的叙述，不正确的是结构的叙述，不正确的是()ADNA分子中的五碳糖是脱
9、氧核糖分子中的五碳糖是脱氧核糖B双链双链DNA中中A/T等于等于C/GC单链单链DNA中中A与与T的数量相同的数量相同D双链双链DNA中，由一条链的序列可推出另一中，由一条链的序列可推出另一条链的序列条链的序列C考点二考点二碱基互补配对原则及碱基互补配对原则及DNA复制的有复制的有关计算关计算1碱基互补配对原则及相关推论碱基互补配对原则及相关推论(1)原则：原则：AT，GC，图示为：，图示为：(2)推论推论 腺嘌呤与胸腺嘧啶相等，鸟嘌呤与胞腺嘌呤与胸腺嘧啶相等，鸟嘌呤与胞嘧啶相等，即嘧啶相等，即AT，GC。 嘌呤总数嘌呤总数与与嘧啶总数嘧啶总数相等，相等，即即AGTC。 双链中，不配对的两种碱
10、基之和双链中，不配对的两种碱基之和的比值为的比值为1 在双链在双链DNA分子中，分子中，配对的碱基之和配对的碱基之和所占比所占比例在任意一条链及整个例在任意一条链及整个DNA分子中都相等。分子中都相等。设在双链设在双链DNA分子中的一条链上分子中的一条链上A1T1n%，因，因为为A1T2，A2T1，则：，则：A1T1A2T2n%。 配对的两碱基之和在单、双链中配对的两碱基之和在单、双链中所占的比例相等所占的比例相等 DNA两互补链中，不配对的两碱两互补链中，不配对的两碱基之和的比值乘积为基之和的比值乘积为1（互为倒数）（互为倒数） 整个双链整个双链DNA分子中，某种碱基分子中，某种碱基所占百分
11、比等于每条链中的平均值所占百分比等于每条链中的平均值5、在一个双链DNA分子中，某碱基占碱基总量的百分数等于每条链中的平均值 4、整个双链整个双链DNA分子中，分子中，某种碱基某种碱基所占百分比等于每条链中的平均值所占百分比等于每条链中的平均值 1、双链中，双链中，不配对不配对的两种碱基之和的两种碱基之和的的比值为比值为1 3、配对配对的两碱基之和在单、双链中的两碱基之和在单、双链中所占的所占的比例相等比例相等 2、DNA两互补链中，两互补链中，不配对不配对的两碱的两碱基之和的比值基之和的比值乘积为乘积为1（互为倒数）（互为倒数） (3)复制复制n次次所需的脱氧核苷酸数所需的脱氧核苷酸数a(2
12、n1)，（，（a：所求的脱氧核苷酸在原来：所求的脱氧核苷酸在原来DNA(即即作模板的亲代作模板的亲代DNA)分子中的数量分子中的数量 n：复制次数。）：复制次数。） （4）第第n次次复制时所需含该碱基的脱复制时所需含该碱基的脱氧核苷酸为氧核苷酸为a(2n1)a(2n11)a2n1。即时应用即时应用(随学随练，轻松夺冠随学随练，轻松夺冠)2(2011年河南郑州模拟年河南郑州模拟)用用15N标记含有标记含有100个碱基个碱基对的对的DNA分子，其中有胞嘧啶分子，其中有胞嘧啶60个。该个。该DNA分子在分子在14N的培养基中连续复制的培养基中连续复制4次，其结果可能是次，其结果可能是()A含有含有1
13、4N的的DNA占占7/8B复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个个C含有含有15N的的DNA占占1/16D子代子代DNA中嘌呤与嘧啶之比是中嘌呤与嘧啶之比是2 3B实验专题探究实验专题探究有关有关DNA复制方式的实验探究复制方式的实验探究 关于关于DNA复制方式的探究，充分体现了复制方式的探究，充分体现了假假说说演绎法演绎法，即在克里克假说的基础上，通过，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。演绎推理，最终通过实验得以验证。1实验材料：大肠杆菌。实验材料：大肠杆菌。2实验方法：实验方法：放射性同位素标记技术和离心技放射性同位素标记技术
14、和离心技术。术。3实验假设：实验假设：DNA以半保留的方式复制。以半保留的方式复制。4实验过程：实验过程：(见图见图) (1)大肠杆菌在含大肠杆菌在含15N标记标记的的NH4Cl培养基中繁殖几代，培养基中繁殖几代，使使DNA双链充分标记双链充分标记15N。 (2)将含将含15N的大肠杆菌转的大肠杆菌转移到移到14N标记标记的普通培养基中的普通培养基中培养。培养。 (3)在在不同时刻不同时刻收集大肠杆菌并提取收集大肠杆菌并提取DNA(间隔的时间间隔的时间为大肠杆菌繁殖一代所需时间为大肠杆菌繁殖一代所需时间)。 (4)将提取将提取DNA进行离心，记录离心后试管中进行离心，记录离心后试管中DNA位置
15、。位置。 5实验预期：离心后应出现实验预期：离心后应出现3条条DNA带带。(见图见图)(1)重带重带(密度最大密度最大)：15N标记的亲代双链标记的亲代双链DNA(15N/15N)(2)中带中带(密度居中密度居中)：一条链为：一条链为15，另一条链为，另一条链为14N标记的子代双链标记的子代双链DNA(15N/14N)(3)轻带轻带(密度最小密度最小)：两条链都为：两条链都为14N标记的子代标记的子代双链双链DNA(14N/14N)。6实验结果：与预期的相符。实验结果：与预期的相符。(见图见图)(1)立即立即取出提取取出提取DNA离心离心全部重带全部重带(15N/15N)。(2)繁殖一代后取出
16、提取繁殖一代后取出提取DNA离心离心全部杂交全部杂交带带(14N/15N)。(3)繁殖繁殖两代两代后取出提取后取出提取DNA离心离心1/2轻带、轻带、1/2中带。中带。实验结论：实验结论：DNA的复制是以的复制是以半保留方式半保留方式进行的。进行的。实战演练实战演练(专项提能，小试牛刀专项提能，小试牛刀) 含有含有32P或或31P的磷酸，两者的化学性质几乎相同，都可的磷酸，两者的化学性质几乎相同，都可以参与以参与DNA分子的组成，但分子的组成，但32P比比31P质量大质量大。现将某哺乳动。现将某哺乳动物的细胞放在含有物的细胞放在含有31P磷酸磷酸的培养基中，连续培养数代得到的培养基中，连续培养
17、数代得到G0代细胞。然后将代细胞。然后将G0代细胞移至含有代细胞移至含有32P磷酸磷酸的培养基中培养，的培养基中培养，经过第经过第1、2次次细胞分裂后，分别得到细胞分裂后，分别得到G1、G2代细胞。再从代细胞。再从G0、G1、G2代细胞中取出代细胞中取出DNA，经密度梯度离心后得到的结果如，经密度梯度离心后得到的结果如下图。由于下图。由于DNA分子的质量不同，因此在离心管内的分布不分子的质量不同，因此在离心管内的分布不同。若同。若、分别表示轻、中、重分别表示轻、中、重三种三种DNA分子的位置，分子的位置，请回答：请回答：(1)G0、G1、G2三代三代DNA离心后的试管分别是图中离心后的试管分别
18、是图中的：的：G0_、G1_、G2_。(2)G2代在代在、三条带中三条带中DNA分子数的比例分子数的比例是是_。(3)图中图中、两条带中两条带中DNA分子所含的同位素磷分子所含的同位素磷分别是：条带分别是：条带_、条带、条带_。(4)该该G0代细胞如果连续分裂代细胞如果连续分裂4次，形成的子细胞中，次，形成的子细胞中，含含31P与与32P的的DNA分子数比例为分子数比例为_。BAD0:1:131P31P和和32P1:8命题视角剖析命题视角剖析视角视角 1 1紧扣教材重点紧扣教材重点DNA分子的结构分子的结构 (1)解旋时，解旋时，解旋酶解旋酶作用于作用于氢键氢键处，而氢键处，而氢键形成时不需酶
19、。形成时不需酶。 (2)每条链上相邻的脱氧核苷酸以每条链上相邻的脱氧核苷酸以磷酸二酯磷酸二酯键相连，形成时需键相连，形成时需DNA连接酶或连接酶或DNA聚合酶聚合酶，限制酶限制酶则可破坏则可破坏(或打开或打开)此键。此键。例例例例1 1 有关有关DNA分子结构的叙述，正确的是分子结构的叙述，正确的是(多选多选)()ADNA分子由分子由4种脱氧核苷酸组成种脱氧核苷酸组成BDNA单链上相邻碱基以氢键连接单链上相邻碱基以氢键连接C碱基与磷酸基相连接碱基与磷酸基相连接D磷酸与脱氧核糖交替连接构成磷酸与脱氧核糖交替连接构成DNA链的基链的基本骨架本骨架AD互动探究互动探究(1)DNA分子中的哪种碱基对分
20、子中的哪种碱基对的比例越高，的比例越高，DNA分子越稳定？分子越稳定？(2)DNA分子彻底水解的产物是什么？分子彻底水解的产物是什么？【提示提示】(1) (2)脱氧核糖、磷脱氧核糖、磷酸、酸、A、G、C、T。视角视角 2 2洞察高考热点洞察高考热点DNA复制的特点复制的特点 (2010年高考北京卷年高考北京卷)科学家以大肠杆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梯度离心方法进行了DNA复制方式的探索实复制方式的探索实验，实验内容及结果见下表。验，实验内容及结果见下表。例例例例2 2视角视角 2 2洞察高考热点洞察高考热点DN
21、A复制的特点复制的特点 (2010年高考北京卷年高考北京卷)科学家以大肠杆菌为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方法进行了DNA复制方式的探索实验，实验内容复制方式的探索实验，实验内容及结果见下表。及结果见下表。请分析并回答：请分析并回答：(1)要得到要得到DNA中的中的N全部被放射性标记的大肠杆全部被放射性标记的大肠杆菌菌B，必须经过，必须经过_代培养，且培养液中的代培养，且培养液中的_ _ 是唯一氮源。是唯一氮源。(2)综合分析本实验的综合分析本实验的DNA离心结果，第离心结果，第_组结果对得到结论起到了关键作用
22、，但需把它与组结果对得到结论起到了关键作用，但需把它与第第_组和第组和第_组的结果进行比较，组的结果进行比较，才能说明才能说明DNA分子的复制方式是分子的复制方式是_。多代多代15N/15NH4Cl312半保留复制半保留复制(3)分析讨论：分析讨论： 若子若子代代DNA的离心结果为的离心结果为“轻轻”和和“重重”两条两条密度带，则密度带，则“重带重带”DNA来自于来自于_，据此可，据此可判断判断DNA分子的复制方式不是分子的复制方式不是_复制。复制。 若将子若将子I代代DNA双链分开后再离心，其结双链分开后再离心，其结果果_(选填选填“能能”或或“不能不能”)判断判断DNA的复的复制方式。制方
23、式。 若在同等条件下将子若在同等条件下将子代继续培养，子代继续培养，子n代代DNA离心的结果是：密度带的数量和位置离心的结果是：密度带的数量和位置_ _， 放射性强度放射性强度发生变化的是发生变化的是_带。带。B半保留半保留不能不能没有变化（没有变化（2、轻带和中带）、轻带和中带）轻轻 若某次实验的结果中。子若某次实验的结果中。子代代DNA的的“中中带带”比以往实验结果的比以往实验结果的“中带中带”略宽，可能的原略宽，可能的原因是新合成因是新合成DNA单链中的单链中的N尚有少部分为尚有少部分为_。15N自我挑战自我挑战某某DNA分子含分子含m对碱基，其中腺嘌呤有对碱基，其中腺嘌呤有A个。下列有关此个。下列有关此DNA在连续复制时所需的胞嘧啶在连续复制时所需的胞嘧啶脱氧核苷酸数目的叙述中，错误的是脱氧核苷酸数目的叙述中，错误的是()A在第一次复制时，需要在第一次复制时，需要(mA)个个B在第二次复制时，需要在第二次复制时，需要2(mA)个个C在第在第n次复制时，需要次复制时，需要2n1(mA)个个D在在n次复制过程中，总共需要次复制过程中，总共需要2n(mA)个个D
