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2019-2020年高三生物總復習 第21講 DNA分子的結(jié)構(gòu)和功能教案 【考綱要求】 遺傳的分子基礎(chǔ) 考綱要求 (1)人類對遺傳物質(zhì)的探索過程 (2)DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點 (3)基因的概念 (4)DNA分子的復制 Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ 【考點分析】 知識點 試題 分值 題型 (4)DNA分子的復制 (2)DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點 xx 山東 4 選擇題 xx 上海 2 選擇題 xx 江蘇 2 選擇題 xx 廣東 3 選擇題 【考點預測】 DNA是生物體的主要的遺傳物質(zhì)，對于DNA的考察也是每年必考的內(nèi)容，主要考察的是DNA的結(jié)構(gòu)和DNA復制過程，主要是以選擇題的形式出現(xiàn)。 【知識梳理】 一、DNA分子的基本單位——脫氧核糖核苷酸 二、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu) 三、DNA復制 1、概念： 2、發(fā)生時間： 3、復制的條件： 4、復制的過程 5、DNA復制的生物學意義 【重點解析】 DNA復制過程有關(guān)計算： 一、 堿基互補配對的計算 1．應用范圍 堿基互補配對原則至少體現(xiàn)在五個方面：①DNA結(jié)構(gòu)的兩條鏈之間；②DNA的復制過程的母鏈與子鏈之間；③轉(zhuǎn)錄過程的DNA鏈與RNA之間；④逆轉(zhuǎn)錄過程的RNA和DNA之間；⑤翻譯過程中的轉(zhuǎn)運RNA與信使RNA之間。DNA復制、轉(zhuǎn)錄、逆轉(zhuǎn)錄、翻譯和RNA復制過程中均遵循“堿基互補配對”原則，其基本點是A與T或u配對，G與C配對，所以配對的麗個核酸分子中相應堿基數(shù)目關(guān)系是A—T(或A=U)和G—C． 2．在轉(zhuǎn)錄和翻譯過程中，基因中的堿基數(shù)或脫氧核苷酸數(shù)目(指雙鏈)、RNA分子中的堿基數(shù)或核糖核苷酸數(shù)、蛋白質(zhì)分子中的氨基酸數(shù)之比為6：3：1。 3．堿基互補配對原則的一般規(guī)律 (1)一個雙鏈DNA中，A=T，G=C；A+G=C+T，即嘌呤總數(shù)等于嘧啶總數(shù)。 (2)在一個雙鏈DNA中，已知鏈上兩互補堿基之和的比等于其互補鏈上該比例的比值，即 [(A+T)／(C+G)]已知鏈=[(A+T)／(C+G)]互補鏈。 (3)一個雙鏈DNA中，已知鏈上兩不互補堿基之和的比等于其互補鏈上該比值的倒數(shù)，即[(A+c)／(T+G)]已知鏈=m，則有[(A+C)／(T+G)]已知鏈=1／m。 (4)一個雙鏈DNA中，互補堿基之和的比值與每一條單鏈上該比值是相等的，即雙鏈中[(A+T)／(C+G)]一任一單鏈上(A+T／C+G)。 在不同生物的DNA分子中，互補堿基之和的比值是不同的。 二、 半保留復制中標記元素的計算 用15N標記的DNA分子，在不含15N的環(huán)境中讓其復制，有下列特點： ①無論復制多少次，總有2個DNA分子含有15N，總有2條脫氧核苷酸鏈含15N (2條鏈分別存在于2個DNA分子中) ②DNA連續(xù)復制n次后：含“N的DNA分子占DNA總數(shù)的z／2n(或1／2n-1)；含15N的脫氧核苷酸鏈占總鏈的l／2n[即2／(22n)] 三、 DNA連續(xù)復制N次，所需堿基數(shù)目的計算 若某DNA分子含某堿基m個，則該DNA分子連續(xù)復制n次，需含該堿基的脫氧核苷酸數(shù)=與其配對堿基的脫氧核苷酸數(shù)=(2n一1)m個。 例1．假設(shè)一個ＤＮＡ分子片段中含堿基Ｔ共３１２個，占全部堿基的２６％，則此ＤＮＡ片段中堿基Ｇ所占百分比和數(shù)目分別是　　?。ā　。? 解析:ＤＮＡ的堿基數(shù)目和比例嚴格遵循堿基互補配對原則，即ＤＮＡ中有一個Ａ，必須有一個和其互補的Ｔ，有一個Ｃ，必有一個Ｇ，據(jù)這個原理可知Ｇ＝（１－２６％＊２）／２＝２４％，又知Ｔ共３１２個，占２６％，則可知ＤＮＡ中共有堿基３１２／２６％＝１２００，前面已計算出Ｇ占２４％，則Ｇ的數(shù)目是１２００＊２４％＝２８８個。解此類題關(guān)鍵在于充分運用堿基互補配對原則。運用Ａ＝Ｔ，Ｇ＝Ｃ的原理，只要告知任何一種堿基的比例，就可求出任意一種或幾種堿基的比例。 答案:２４％ ２８８個 例2. 分析一個DNA分子時，發(fā)現(xiàn)30%的脫氧核苷酸含有腺嘌呤，由此可知該分子一條鏈上鳥嘌呤含量的最大值可占此鏈堿基總數(shù)的 A．20% B．30% C．40% D．70% 解析:根據(jù)堿基互補配對原則，可知鳥嘌呤占DNA堿基總數(shù)為(1－30%2)2=20%。雙鏈中G+C=40%，推知單鏈中G+C=40%，一般情況下DNA雙鏈上都應有G分布，所以G≤40%，但也有一種極端情況，使G集中分布在一條鏈上(無C)，而另一條鏈上沒有G(只有C)。所以該分子一條鏈上鳥嘌呤最大值可占該鏈的40%。 答案:C 例3.一個DNA分子的一條鏈上，腺嘌呤比鳥嘌呤多40%，兩者之和占DNA分子堿基總數(shù)的24%，則該DNA分子的另一條鏈上，胸腺嘧啶占該鏈堿基數(shù)目的 A．44% B.24% C.14% D.28% 解析:畫出DNA簡圖。(如右圖) 依題意，列出等量關(guān)系： →A1=1．4G1……………① 而→A1＋G1=48…………② 聯(lián)立①②得：A1 = 28 (3)依“等量代換”有：T2=Al=28，即胸腺嘧啶占該鏈堿基數(shù)目的28％。 答案:D 例4現(xiàn)有從生物體內(nèi)提取的一個DNA分子（稱第一代）和標記放射性同位素3H的四種脫氧核苷酸，要在實驗中合成新的DNA分子。 (1) 除上述幾種物質(zhì)外，還必須有＿＿＿＿＿，方能合成第二代DNA分子。 (2) 在一個第二代DNA分子中，有＿＿＿＿＿＿條含3H的鏈。 (3) 在第二代DNA分子中，含3H鏈的堿基序列相同嗎？＿＿＿＿＿＿＿＿。 (4) 在第五代的全部DNA分子中，有幾條不含3H的鏈？＿＿＿＿＿＿＿＿。 解析：解題思路應是：①解旋，由一個DNA分子分成兩條母鏈；②以每一條母鏈為模板，按照堿基互補配對的原則，從周圍吸收新的脫氧核苷酸，形成新的子鏈，產(chǎn)生兩個子代DNA分子；③DNA分子復制需要哪些條件？④在分析(2)、(3)、(4)小題時，應注意DNA的自我復制是半保留復制，因為兩個子代DNA分子的新鏈必然也是互補的，互補的兩鏈，其堿基有對應關(guān)系，但堿基排列順序是不同的。 答案：(1)酶、ATP (2)一條 (3)不同 (4)兩條 【實戰(zhàn)訓練】 （09廣東卷）1.有關(guān)DNA分子結(jié)構(gòu)的敘述，正確的是 A. DNA分子由4種脫氧核苷酸組成 B. DNA單鏈上相鄰堿基以氫鍵連接 C. 堿基與磷基相連接 D. 磷酸與脫核糖交替連接構(gòu)成DNA 鏈的基本骨架 答案：AD 解析：DNA雙鏈上相對應的堿基以氫鍵連接，單鏈上相鄰堿基之間通過脫氧核糖和磷酸二酯鍵聯(lián)系起來，脫氧核糖和磷酸交替排列在外側(cè)，構(gòu)成DNA 鏈的基本骨架。堿基排列在內(nèi)側(cè)，與脫氧核糖直接相連。 （09江蘇卷）2．下圖為真核生物染色體上DNA分子復制過程示意圖，有關(guān)敘述錯誤的是 A．圖中DNA分子復制是從多個起點同時開始的 B．圖中DNA分子復制是邊解旋邊雙向復制的 C．真核生物DNA分子復制過程需要解旋酶 D．真核生物的這種復制方式提高了復制速率 答案：A 解析：本題通過信息考查DNA的復制相關(guān)知識。從圖中只能看出有一個復制起點，所以A不對。圖中DNA分子復制是邊解旋邊雙向復制的，真核生物DNA分子復制過程需要解旋酶，DNA聚合酶等參與。這種半保留復制的模式不僅保持前后代的穩(wěn)定性，每次復制都可產(chǎn)生兩個DNA分子，提高了效率。 【名師點撥】 掌握同位素標記法在試驗中的應用 1．DNA分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、特異性和多樣性的理解 DNA分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是指DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的相對穩(wěn)定性。與這種穩(wěn)定性有關(guān)的因素主要有：①兩條脫氧核苷酸鏈中脫氧核糖和磷酸交替排列的順序穩(wěn)定不變；②兩條脫氧核苷酸鏈間對應的堿基嚴格按照堿基互補配對原則，并且堿基之間形成氫鍵，更加維持了雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；③堿基堆積力(每個特定的DNA分子中，堿基對的數(shù)量和排列順序穩(wěn)定不變)；④DNA規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。 正是每個特定的DNA分子中，堿基對的數(shù)量和排列順序穩(wěn)定不變，從而構(gòu)成了DNA分子的特異性，由于堿基對的排列順序代表遺傳信息，從而使每個特定的DNA分子中都儲藏著特定的遺傳信息。 盡管組成DNA的堿基只有四種，配對方式只有兩種，但是不同DNA的堿基的數(shù)量不同，排列順序千變?nèi)f化，所以才有DNA的多樣性。 2．DNA半保留復制的理解 1958年Meselson和Stahl用放射性同位素與梯度離心法所做的“半保留復制”實驗中，把大腸桿菌培養(yǎng)在含有重同位素(15N)的培養(yǎng)基中，在細菌的生長過程中，重同位素進入含氮堿基，然后摻入新合成的DNA鏈中。經(jīng)過多次細胞分裂，細菌細胞的DNA充分地被“N標記上了。然后把這些標記的細胞移入正常的輕同位素(14N)的培養(yǎng)基中，經(jīng)過一次或兩次細胞分裂，抽取細菌樣本，從每一樣本中提取細菌，再提取DNA，進行氯化銫梯度離心。結(jié)果14N-DNA分子位于重帶位置，15N—DNA在輕帶位置，而第一代DNA分子則位于輕帶和重帶之間的中帶位置，將第一代DNA分子用解旋酶處理后再離心，則一部分在重帶位置，另一部分在輕帶位置，這就證明了DNA的復制是半保留復制，其中一條鏈含15N，另一條鏈含14N。