1、第16講DNA分子的結構、復制 與基因的本質,1.概述DNA分子結構的主要特點。 2.概述DNA分子通過半保留方式進行復制。 3.概述多數生物的基因是DNA分子功能片段,有些病毒的基因在RNA分子上。 4.活動:制作DNA分子雙螺旋結構模型。,-3-,必備知識梳理,關鍵能力突破,DNA半保留復制與基因的本質 1.DNA雙螺旋結構的形成,-4-,必備知識梳理,關鍵能力突破,-5-,必備知識梳理,關鍵能力突破,2.DNA的雙螺旋結構 (1)DNA由兩條脫氧核苷酸鏈組成,這些鏈按反向平行的方式盤旋成雙螺旋結構。 (2)外側:脫氧核糖和磷酸交替連接構成主鏈基本骨架。 (3)內側:兩條鏈上的堿基通過氫鍵

2、連接成堿基對。堿基互補配對遵循以下原則:A=T(兩個氫鍵)、GC(三個氫鍵)。 巧記利用數字“五、四、三、二、一”巧記DNA分子結構,-6-,必備知識梳理,關鍵能力突破,3.DNA分子的特性 (1)相對穩(wěn)定性:DNA分子中磷酸和脫氧核糖交替連接的方式不變,兩條鏈間堿基互補配對的方式不變。 (2)多樣性:不同的DNA分子中脫氧核苷酸數目不同,排列順序多種多樣。若某DNA分子中有n個堿基對,則排列順序有4n種。 (3)特異性:每種DNA分子都有區(qū)別于其他DNA的特定的 堿基對排列順序,代表了特定的遺傳信息。,-7-,必備知識梳理,關鍵能力突破,凝練核心素養(yǎng) 1.生命觀念通過掌握DNA分子的結構與功

3、能,形成結構與功能相適應的觀念。 2.科學思維運用模型建構的方法,逐步認識DNA分子的空間結構、平面結構以及化學組成,培養(yǎng)空間想象能力。 3.科學探究通過分析沃森和克里克構建DNA雙螺旋結構模型的研究過程,感悟兩位科學家所運用的多種研究方法,獲得科學研究的思想和科學研究的精神。,-8-,必備知識梳理,關鍵能力突破,(生命觀念、科學思維)下圖為DNA分子結構圖像,據圖分析下列問題。,-9-,必備知識梳理,關鍵能力突破,(1)圖中不能(填“能”或“不能”)表示胞嘧啶脫氧核苷酸,一個DNA分子片段中有2個游離的磷酸基團。 (2)雙鏈DNA中,反向平行的兩條鏈之間的堿基通過氫鍵連接成堿基對,而同一條鏈

4、上核苷酸之間是通過磷酸二酯鍵相連的。 (3)解旋酶作用的部位是(填數字),限制性核酸內切酶和DNA連接酶作用的部位是(填數字)。 (4)DNA初步水解的產物是4種脫氧核苷酸,DNA徹底水解的產物是磷酸、脫氧核糖和4種含氮堿基。 (5)根據堿基的種類確定是DNA還是RNA,若含有堿基U則是RNA,若含有堿基T而不含有堿基U,則是DNA;根據堿基的比例確定是單鏈還是雙鏈,若嘌呤數/嘧啶數=(填“=”或“”)1,則一般是雙鏈,若嘌呤數/嘧啶數(填“=”或“”)1,則是單鏈。,-10-,必備知識梳理,關鍵能力突破,考向1DNA分子的結構 1.(2018陜西故城一中月考)20世紀50年代初,查哥夫對多種

5、生物DNA做了堿基定量分析,發(fā)現(A+T)/(C+G)的比值如下表。結合所學知識,你認為能得出的結論是( ) A.豬的DNA結構比大腸桿菌的DNA結構更穩(wěn)定一些 B.小麥和鼠的DNA所攜帶的遺傳信息相同 C.小麥DNA中(A+T)的數量是鼠DNA中(C+G)數量的1.21倍 D.同一生物不同組織的DNA堿基組成相同,答案,解析,-11-,必備知識梳理,關鍵能力突破,“三看法”判斷DNA分子結構的正誤,-12-,必備知識梳理,關鍵能力突破,考向2DNA分子結構的相關計算 2.(2018山東淄博萬杰朝陽學校月考)下列關于雙鏈DNA分子結構的敘述,正確的是( ) A.某DNA分子含有500個堿基,可

6、能的排列方式有4500種 B.若質粒含有2 000個堿基,則該分子同時含有2個游離的磷酸基團 C.某DNA分子內胞嘧啶占25%,則每條單鏈上的胞嘧啶占25%50% D.某DNA分子上有胸腺嘧啶312個,占總堿基比例為26%,則該DNA分子上有鳥嘌呤288個,答案,解析,-13-,必備知識梳理,關鍵能力突破,-14-,必備知識梳理,關鍵能力突破,2.DNA分子中有關堿基比例計算的解題步驟 (1)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。 (2)畫一個DNA分子模式圖,并在圖中標出已知和所求的堿基: (3)根據堿基互補配對原則及其規(guī)律進行計算。

7、,-15-,必備知識梳理,關鍵能力突破,DNA半保留復制及相關實驗 1.DNA復制的假說與證據 (1)沃森和克里克的假說:半保留復制。,-16-,必備知識梳理,關鍵能力突破,以上實驗證明DNA分子復制的特點是 半保留復制 。,-17-,必備知識梳理,關鍵能力突破,2.DNA的復制過程,-18-,必備知識梳理,關鍵能力突破,3.基因的概念 基因是有遺傳效應的遺傳物質的片段。在絕大多數生物中,基因是有遺傳效應的DNA片段;在RNA病毒中,基因是有遺傳效應的RNA片段。 (1)絕大多數生物的基因是有遺傳效應的DNA片段。 (2)RNA病毒的基因是有遺傳效應的RNA片段。研究證明,遺傳物質除了DNA以

8、外,還有RNA。有些病毒不含有DNA,只含有蛋白質和RNA,如煙草花葉病毒。從煙草花葉病毒中提取出來的蛋白質,不能使煙草感染病毒,但是,從這些病毒中提取出來的RNA,卻能使煙草感染病毒。因此,在這些病毒中,RNA是遺傳物質。引起傳染性非典型肺炎(SARS)的病原體是一種冠狀病毒(corona virus),該病毒就屬于RNA病毒。除了冠狀病毒之外,造成人類疾病的RNA病毒還有小兒麻痹病毒(polio virus)、腦炎病毒(cerebritis virus)和流感病毒(influenza virus)等,其中的遺傳物質都是RNA。,-19-,必備知識梳理,關鍵能力突破,基因是有遺傳效應的遺傳物

9、質的片段,是遺傳物質的結構和功能單位。在絕大多數生物中,基因是有遺傳效應的DNA片段,在RNA病毒中,基因是有遺傳效應的RNA片段。,一個或兩個,有遺傳效應,許多,線性,許多,脫氧核苷酸排列順序,-20-,必備知識梳理,關鍵能力突破,凝練核心素養(yǎng) 1.生命觀念通過對DNA復制過程的分析,建立起結構與功能相適應的觀念;通過分析基因與DNA的關系,建立起基因是有遺傳效應的DNA片段的觀念。 2.科學思維運用假說演繹的方法,根據DNA分子雙螺旋結構模型,推測DNA分子的自我復制過程,并通過實驗證實DNA半保留復制機制。,-21-,必備知識梳理,關鍵能力突破,(生命觀念、科學思維)下圖為染色體上DNA

10、分子的復制過程,據圖分析下列問題。,-22-,必備知識梳理,關鍵能力突破,(1)請完成圖中填空。 (2)蛙的紅細胞進行無絲分裂,能(填“能”或“不能”)進行DNA分子的復制;哺乳動物成熟的紅細胞無細胞核,也無各種細胞器,不能(填“能”或“不能”)進行DNA分子的復制。 (3)染色體復制后形成兩條姐妹染色單體,剛復制產生的兩個子代DNA分子即位于兩條姐妹染色單體中,由著絲點相連,其對應片段所含基因在無突變等特殊情況下應完全相同,兩個子代DNA分子將于有絲分裂后期或減數第二次分裂后期著絲點分裂時,隨兩條姐妹染色單體分離而分開,分別進入兩個子細胞中。,-23-,必備知識梳理,關鍵能力突破,考向1DN

11、A復制過程分析 1.(2019廣東深圳調研)正常情況下,DNA分子在細胞內復制時,雙螺旋解開后會產生一段單鏈區(qū),DNA結合蛋白(SSB)能很快地與單鏈結合,防止解旋的單鏈重新配對,而使DNA呈伸展狀態(tài),SSB在復制過程中可以重復利用,下列有關推理合理的是( ) A.SSB是一種解開DNA雙螺旋的解旋酶 B.SSB與單鏈的結合將不利于DNA復制 C.SSB與DNA單鏈既可結合也可分開 D.SSB與單鏈的結合遵循堿基互補配對原則,答案,解析,-24-,必備知識梳理,關鍵能力突破,1.生物體中DNA分子復制的場所 (1)真核生物:細胞核(主要場所)、葉綠體、線粒體。 (2)原核生物:擬核、細胞質(如

12、質粒中DNA的復制)。 (3)DNA病毒:宿主細胞內。 2.子代DNA隨姐妹染色單體分開的時間 (1)有絲分裂:后期。 (2)減數分裂:減數第二次分裂后期。,-25-,必備知識梳理,關鍵能力突破,考向2DNA分子復制的相關計算 2.(2018山東德州夏津一中月考)下列關于DNA的相關計算中,正確的是( ) A.具有1 000個堿基對的DNA,腺嘌呤有600個,則每一條鏈上都具有胞嘧啶200個 B.具有m個胸腺嘧啶的DNA片段,復制n次后共需要2nm個胸腺嘧啶 C.具有m個胸腺嘧啶的DNA片段,第n次復制需要2n-1m個胸腺嘧啶 D.無論是雙鏈DNA還是單鏈DNA,A+G所占的比例均是1/2,答

13、案,解析,-26-,必備知識梳理,關鍵能力突破,3.用15N標記含有100個堿基對的DNA分子,其中有胞嘧啶60個。該DNA分子在14N培養(yǎng)基中連續(xù)復制4次,其結果可能是( ) A.含有14N的DNA分子占100% B.復制過程中需要游離的腺嘌呤脫氧核苷酸640個 C.含15N的鏈占1/8 D.子代DNA中嘌呤與嘧啶之比是23,答案,解析,-27-,必備知識梳理,關鍵能力突破,DNA分子復制中的相關計算 DNA分子的復制為半保留復制,一個DNA分子復制n次,則有: 1.DNA分子數 (1)子代DNA分子數=2n個; (2)含有親代DNA鏈的子代DNA分子數=2個; (3)不含親代DNA鏈的子代

14、DNA分子數=(2n-2)個。,-28-,必備知識梳理,關鍵能力突破,2.脫氧核苷酸鏈數 (1)子代DNA分子中脫氧核苷酸鏈數=2n+1條; (2)親代脫氧核苷酸鏈數=2條; (3)新合成的脫氧核苷酸鏈數=(2n+1 -2)條。 3.消耗的脫氧核苷酸數 (1)若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個,經過n次復制需要消耗該脫氧核苷酸數為m(2n-1)個; (2)n次復制需該脫氧核苷酸數=m2n個,n-1次復制需該脫氧核苷酸數=m2n-1個,則第n次復制需該脫氧核苷酸數=2nm-m2n-1=m(2n-2n-1)=m2n-1個。,-29-,1,2,3,4,5,1.下列關于DNA分子結構的敘述,正確

15、的是() A.DNA分子是以4種脫氧核苷酸為單位連接而成的單鏈結構 B.DNA分子中的每個磷酸均連接著一個脫氧核糖和一個堿基 C.DNA分子兩條鏈之間總是嘌呤與嘧啶形成堿基對 D.DNA分子一條鏈上的相鄰堿基通過磷酸脫氧核糖磷酸相連,答案,解析,-30-,1,2,3,4,5,2.某雙鏈DNA分子中,鳥嘌呤與胞嘧啶之和占全部堿基的比率為a,其中一條鏈上鳥嘌呤占該鏈全部堿基的比例為b,則() A.互補鏈中含2個游離的磷酸基團 B.互補鏈中鳥嘌呤與胞嘧啶所占比例為a C.互補鏈中鳥嘌呤占該鏈堿基的比率為(a-b)/2 D.以互補鏈為模板轉錄產生的某mRNA中鳥嘌呤與胞嘧啶所占比率為a,答案,解析,-

16、31-,1,2,3,4,5,3.真核細胞中DNA復制如下圖所示,下列表述錯誤的是() A.多起點雙向復制能保證DNA復制在短時間內完成 B.每個子代DNA都有一條脫氧核苷酸鏈來自親代 C.復制過程中氫鍵的破壞和形成都需要DNA聚合酶的催化 D.DNA分子的準確復制依賴于堿基互補配對原則,答案,解析,-32-,1,2,3,4,5,4.下列關于基因、DNA和染色體關系的敘述,錯誤的是 () A.染色體主要由蛋白質和DNA組成 B.每條染色體上都有許多個DNA分子 C.一個DNA分子上有多個基因 D.基因是具有遺傳效應的DNA片段,答案,解析,-33-,1,2,3,4,5,5.DNA的復制方式,可以

17、通過設想來進行預測,可能的情況是全保留復制、半保留復制、分散(彌散)復制三種。究竟是哪種復制方式呢?用下面設計實驗來證明DNA的復制方式。,-34-,1,2,3,4,5,實驗步驟: a.在氮源為14N的培養(yǎng)基中生長的大腸桿菌,其DNA分子均為14N-DNA(對照); b.在氮源為15N的培養(yǎng)基中生長的大腸桿菌,其DNA分子均為15N-DNA(親代); c.將親代15N大腸桿菌轉移到氮源為14N的培養(yǎng)基中,再連續(xù)繁殖兩代(和),用密度梯度離心法分離,不同相對分子質量的DNA分子將分布在試管中的不同位置上。,-35-,1,2,3,4,5,實驗預測: (1)如果與對照(14N/14N)相比,子代能分辨出兩條DNA帶: 一條帶和一條帶,則可以排除和分散復制。 (2)如果子代只有一條中密度帶,則可以排除,但不能肯定是。 (3)如果子代只有一條中密度帶,再繼續(xù)做子代DNA密度鑒定:若子代可以分出和,則可以排除分散復制,同時肯定是半保留復制;如果子代不能分出兩條密度帶,則排除,同時確定為。,-36-,1,2,