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第二單元遺傳的物質基礎 必修二 第二講DNA分子的結構 復制和基因是有遺傳效應的DNA片段 1 DNA分子的結構 1 基本單位 考點一DNA分子的結構和基因的概念 磷酸 脫氧核糖 腺嘌呤 腺嘌呤脫氧核苷酸 磷酸 脫氧核糖 堿基對 T T G G 堿基互補配對 雙螺旋 4 DNA分子結構特點 1 性 具n個堿基對的DNA具有4n種堿基對排列順序 2 性 如每種DNA分子都有其特定的堿基對排列順序 3 性 如兩條主鏈磷酸與脫氧核糖交替連接的順序不變 堿基對構成方式不變等 多樣 特異 穩(wěn)定 2 基因是有遺傳效應的DNA片段 1 據(jù)圖 分析得出 基因與染色體的關系是 基因在染色體上呈 排列 染色體由DNA和蛋白質構成 一個DNA上有 個基因 構成基因的堿基數(shù) 填 大于 或 小于 或 等于 DNA分子的堿基總數(shù) 基因的本質是有 的DNA片段 遺傳信息蘊藏在 的排列順序之中 2 將代表下列結構的字母填入圖 中的相應橫線上a 染色體 b DNA c 基因 d 脫氧核苷酸 線性 許多 小于 遺傳效應 4種堿基 dcba 從左至右 判斷下列說法的正誤 1 雙鏈DNA分子中一條鏈上的磷酸和核糖是通過氫鍵連接的 2 DNA有氫鍵 RNA沒有氫鍵 3 雙鏈DNA分子中嘌呤數(shù)等于嘧啶數(shù) 4 沃森和克里克研究DNA分子的結構時 運用了構建物理模型的方法 5 嘌呤堿基與嘧呤堿基的結合保證了DNA分子空間結構的相對穩(wěn)定 6 DNA分子中兩條脫氧核苷酸之間的堿基一定是通過氫鍵連接的 如圖為某同學在學習了DNA分子的結構后畫的含有兩個堿基對的DNA分子片段 其中 代表磷酸基團 下列為幾位同學對此圖的評價 其中哪位同學的評價較合理 甲認為該圖沒有什么物質和結構上的錯誤 乙認為該圖至少有三處錯誤 其中核糖應改為脫氧核糖 U應改為T DNA單鏈中脫氧核苷酸的磷酸基團應與相鄰脫氧核苷酸3 碳上羥基脫水形成磷酸二酯鍵 丙認為如果他畫的是雙鏈RNA分子 則該圖就是正確的 提示 該同學要畫的為DNA分子結構圖 圖中的錯誤有 五碳糖應為脫氧核糖 堿基不能含尿嘧啶 U 磷酸與磷酸之間無化學鍵的連接 磷酸應與脫氧核糖交替連接 故乙同學評價較合理 1 DNA分子結構模式圖信息解讀 1 每個DNA片段中 游離的磷酸基團有2個 2 一條核苷酸鏈中相鄰兩個核苷酸通過磷酸二酯鍵相連 用限制性核酸內(nèi)切酶處理可切斷 用DNA連接酶處理可連接 3 堿基對之間的化學鍵為氫鍵 可用解旋酶斷裂 也可加熱斷裂 4 每個脫氧核糖 除兩端外 連接著2個磷酸 分別在3號 5號碳原子上相連接 5 若堿基對為n 則氫鍵數(shù)為2n 3n之間 若已知A有m個 則氫鍵數(shù)為3n m 2 DNA分子的結構特點 1 穩(wěn)定性 DNA中脫氧核糖和磷酸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 DNA分子中堿基的排列順序多種多樣 3 特異性 每種DNA有別于其他DNA的特定的堿基排列順序 3 基因與脫氧核苷酸 DNA和染色體之間的關系 高考警示 1 脫氧核苷酸聚合形成長鏈的過程中產(chǎn)生水 即脫氧核苷酸 DNA H2O 2 DNA分子結構可簡記為5種元素 4種堿基 脫氧核苷酸 3種小分子 2條長鏈 1個雙螺旋 3 DNA分子中 脫氧核苷酸數(shù) 脫氧核糖數(shù) 磷酸數(shù) 含氮堿基數(shù) 1 1 1 1 4 DNA分子徹底水解時得到的產(chǎn)物是脫氧核苷酸的基本組分 即脫氧核糖 磷酸 含氮堿基 5 對于真核細胞來說 染色體是基因的主要載體 線粒體和葉綠體也是基因的載體 6 對于原核細胞來說 擬核中的DNA分子或者質粒DNA均是裸露的 沒有與蛋白質一起構成染色體 7 位于染色體上的基因隨著染色體傳遞給子代 其遺傳遵循孟德爾遺傳規(guī)律 位于線粒體和葉綠體中的基因隨線粒體和葉綠體傳給子代 是控制細胞質遺傳的基因 特點是母系遺傳 8 三看法 判斷DNA分子結構的正誤 下列有關細菌擬核DNA分子結構的敘述 不正確的是 A 含有四種脫氧核苷酸B 由脫氧核糖和磷酸交替連接構成基本骨架C 由兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結構D 含有兩個游離的磷酸基團 解析 細菌擬核DNA分子為雙鏈環(huán)狀 含有四種脫氧核苷酸 由脫氧核糖和磷酸交替連接構成基本骨架 兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結構 不含游離的磷酸基團 D 例1 技巧點撥 變式訓練 D 解析 構成脫氧核苷酸對的兩個脫氧核苷酸的方向應是相反的 A錯誤 G與C之間有三個氫鍵 B錯誤 脫氧核苷酸中不含堿基U C錯誤 DNA分子中A與T配對 且兩者之間有兩個氫鍵 D正確 B 解析 圖中 代表脫氧核苷酸 堿基對的排列順序代表遺傳信息 不同生物的DNA分子中脫氧核苷酸的種類都是四種 無特異性 轉錄是以DNA分子的一條鏈為模板的 解旋酶作用于氫鍵 DNA分子的復制1 概念 以 為模板 合成 的過程 2 時間 考點二DNA復制 親代DNA 子代DNA 有絲分裂的間期或減數(shù)第一次分裂前的間期 3 過程 能量 解旋 兩條螺旋的雙鏈 脫氧核苷酸 DNA聚合酶 雙螺旋結構 4 特點 5 方式 6 結果 形成兩個完全相同的DNA分子 7 意義 將 從親代傳給子代 保持了 的連續(xù)性 邊解旋邊復制 半保留復制 遺傳信息 遺傳信息 判斷下列說法的正誤 1 植物細胞的線粒體和葉綠體中均可發(fā)生DNA的復制 2 在人體內(nèi)成熟的紅細胞 漿細胞中不發(fā)生DNA的復制 3 真核生物DNA分子復制過程需要解旋酶和能量 4 在一個細胞周期中 DNA復制過程中的解旋發(fā)生在兩條DNA母鏈之間 5 DNA復制就是基因表達的過程 6 DNA復制時 嚴格遵循A U C G的堿基互補配對原則 7 DNA復制時 兩條脫氧核苷酸鏈均可作為模板 8 DNA分子全部解旋后才開始進行DNA復制 9 脫氧核苷酸必須在DNA酶的作用下才能連接形成子鏈 10 復制后產(chǎn)生的兩個子代DNA分子中共含4個游離的磷酸基團 11 真核細胞染色體DNA的復制發(fā)生在有絲分裂前期 12 DNA分子復制是邊解旋邊雙向復制的 1 如圖為真核細胞DNA復制過程的模式圖 據(jù)圖回答相關問題 1 由圖示得知 DNA分子復制的方式具有什么特點 2 圖示中的解旋酶和DNA聚合酶各有什么作用 提示 1 半保留復制 2 前者使氫鍵打開 DNA雙鏈發(fā)生解旋 后者催化形成新的鏈 2 核DNA復制過程中剛形成的兩個子DNA位置如何 其上面對應片段中基因是否相同 兩個子DNA將于何時分開 提示 染色體復制后形成兩條姐妹染色單體 剛復制產(chǎn)生的兩個子DNA分子即位于兩姐妹染色單體中 由著絲點相連 其對應片段所含基因在無突變等特殊變異情況下應完全相同 兩個子DNA分子將于有絲分裂后期或減數(shù)第二次分裂后期著絲點分裂時 隨兩單體分離而分開 分別進入兩個子細胞中 1 DNA分子的復制過程及意義 2 DNA復制方式探究 1 實驗方法探究DNA復制的方式 采用的是同位素示蹤技術和離心處理 根據(jù)試管中DNA的分布位置確定復制方式 2 實驗過程 如下圖 高考警示 1 子代DNA分子中模板鏈與另一DNA分子中新合成的子鏈堿基序列完全相同 2 影響細胞呼吸 ATP供給 的所有因素都可能影響DNA復制 3 體外也可進行 即PCR擴增技術 除滿足上述條件外 不需解旋酶 還應注意溫度 pH的控制及引物的加入 4 在特殊情況下 在外界因素和生物內(nèi)部因素的作用下 可能造成堿基配對發(fā)生差錯 引發(fā)基因突變 5 復制可簡記為 1個主要場所 細胞核 2種時期 有絲分裂間期和減數(shù)第一次分裂前的間期 3個步驟 解旋 合成新鏈 形成子代DNA 4個條件 模板 酶 原料和能量 6 關于DNA分子復制的早期推測關于DNA分子是如何復制的 在早期的研究中 科學家們提出了三個模型 它們是全保留復制模型 彌散復制模型和半保留復制模型 如圖所示 B 例2 A 代細菌DNA分子中一條鏈是14N 另一條鏈是15NB 代細菌含15N的DNA分子占全部DNA分子的1 4C 預計 代細菌DNA分子的平均相對分子質量為 7a b 8D 上述實驗結果證明DNA復制方式為半保留復制 解析 依據(jù)題意和圖示分析可知 親代DNA分子的兩條鏈都是15N 合成DNA的原料含有14N 代細菌DNA分子離心后全為中 說明一條鏈是14N 另一條鏈是15N A項正確 代細菌DNA分子離心后1 2輕 1 2中 說明含15N的DNA分子占全部DNA分子的1 2 B項錯誤 代細菌DNA分子中 有2個DNA分子的一條鏈是14N 另一條鏈是15N 有6個DNA分子的2條鏈都是14N 所以 代細菌DNA分子的平均相對分子質量為 a b 6a 8 7a b 8 C項正確 上述實驗結果能證明DNA復制方式為半保留復制 D項正確 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 變式訓練 A 解析 從圖中可以看到DNA分子復制是有多個起點 但是由于復制環(huán)有大有小 所以復制并不是同時開始的 而是有先有后 故A項錯誤 DNA分子的復制是一個邊解旋邊復制的過程 而且由圖可知復制是兩個單鏈同時反向進行的 所以是一個邊解旋邊雙向復制的過程 故B項正確 DNA分子復制過程中需要模板 原料 能量和酶等基本條件 其中酶包括解旋酶 DNA聚合酶和DNA連接酶等 故C項正確 DNA分子通過邊解旋邊雙向復制的方式進行復制 而非兩條母鏈完全解開后才開始合成新的子鏈 由此在解旋結束時也伴隨著復制結束 并產(chǎn)生兩個完全相同的DNA分子 提高了復制速率 故D項正確 D 解析 DNA聚合酶催化游離的脫氧核苷酸相互連接形成磷酸二酯鍵 A錯誤 DNA復制時是邊解旋邊復制 B錯誤 復制可發(fā)生在細胞核中 也可發(fā)生在線粒體和葉綠體中 內(nèi)質網(wǎng)中不含DNA 不能進行DNA復制 C錯誤 在復制過程中 由于雙鏈解開 導致DNA的穩(wěn)定性降低 可能會發(fā)生基因突變 導致復制形成的兩個子代DNA分子的堿基序列有可能不同 D正確 考點三DNA分子的結構與復制的相關計算 1 DNA中堿基互補配對原則的有關計算解題時先畫出簡圖 根據(jù)堿基互補配對原則推知規(guī)律 規(guī)律1 在雙鏈DNA分子中 互補堿基兩兩相等 A T C G A G C T 即嘌呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù) 規(guī)律2 在雙鏈DNA分子中 互補的兩堿基之和A T或C G占全部堿基的比例等于其任何一條單鏈中這兩種堿基之和占該單鏈中堿基數(shù)的比例 單雙鏈轉化公式 規(guī)律3 DNA分子一條鏈中 A G C T 的比值的倒數(shù)等于互補鏈中該比例的比值 在整個DNA分子中該比值等于1 不配對的堿基之和比例在兩條單鏈中互為倒數(shù) 高考警示 并非所有的DNA分子都遵循堿基互補配對原則 1 雙鏈DNA分子嘌呤數(shù) 嘧啶數(shù) 遵循堿基互補配對原則 2 單鏈DNA分子中不遵循堿基互補配對原則 嘌呤數(shù)和嘧啶數(shù)不一定相等 2 DNA復制的有關計算DNA復制為半保留復制 若將親代DNA分子復制n代 其結果分析如下 1 子代DNA分子數(shù)為2n個 含有親代鏈的DNA分子數(shù)為2個 不含親代鏈的DNA分子數(shù)為 2n 2 個 含子代鏈的DNA有2n個 2 子代脫氧核苷酸鏈數(shù)為2n 1條 親代脫氧核苷酸鏈數(shù)為2條 新合成的脫氧核苷酸鏈數(shù)為 2n 1 2 條 3 消耗的脫氧核苷酸數(shù) 若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個 經(jīng)過n次復制需要消耗該脫氧核苷酸數(shù)為m 2n 1 個 第n次復制所需該脫氧核苷酸數(shù)為m 2n 1個 高考警示 1 將15N標記的DNA分子轉移到含有14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng) 無論復制多少次 含15N的DNA分子始終是2個 若復制n次 則含15N的DNA分子占總DNA分子數(shù)的比例為2 2n 做題時看準是 含 還是 只含 2 子代DNA分子的鏈中 總鏈數(shù)為2n 2 2n 1 含15N的鏈始終是2條 占總鏈數(shù)的比例為2 2n 1 1 2n 做題時應看準是 DNA分子數(shù) 還是 鏈數(shù) 3 DNA復制與細胞分裂中染色體標記問題 1 減數(shù)分裂中染色體標記情況分析如果用3H標記細胞中的DNA分子 然后將細胞放在正常環(huán)境中培養(yǎng) 讓其進行減數(shù)分裂 結果染色體中的DNA標記情況如圖所示 由圖可以看出 減數(shù)分裂過程中細胞雖然連續(xù)分裂2次 但DNA只復制1次 所以四個子細胞中所有DNA分子均呈雜合狀態(tài) 即 3H 1H 2 有絲分裂中染色體標記情況分析如果用3H標記細胞中的DNA分子 然后將細胞放在正常環(huán)境中培養(yǎng) 連續(xù)進行2次有絲分裂 與減數(shù)分裂過程不同 因為有絲分裂是復制1次分裂1次 因此這里實際上包含了2次復制 由圖可以看出 第一次有絲分裂形成的兩個子細胞中所有DNA分子均呈雜合狀態(tài) 即 3H 1H 第二次有絲分裂復制后的染色體上兩條單體中只有一條單體含有3H 即DNA分子為 3H 1H 而另一條單體只有1H 即DNA分子為 1H 1H 在后期時兩條單體的分離是隨機的 所以最終形成的子細胞中可能都含有3H 也可能不含3H 含有3H的染色體條數(shù)是0 2n條 體細胞染色體條數(shù)是2n D 例3 解析 DNA分子中 脫氧核糖和磷酸交替排列構成了基本骨架 A正確 在該DNA分子中 腺嘌呤n個 則含有胞嘧啶的數(shù)量 m 2 n 個 則在第4次復制時需要24 1 m 2 n 4 m 2n 個 胞嘧啶脫氧核苷酸作為原料 B正確 在該DNA分子中 堿基之間的氫鍵數(shù) 2n 3 m 2 n 3m 2n 2 C正確 DNA分子中 每個脫氧核糖上可能連接著一個或兩個磷酸基團 D錯誤 1 解答有關堿基計算的 三步曲 技巧點撥 2 巧借模式圖解答與DNA復制有關問題學會畫DNA分子半保留復制圖解有助于理解DNA的相關計算規(guī)律 如下圖所示 變式訓練 D 解析 根據(jù)DNA分子中的堿基互補配對原則可知 a鏈中 T十A G C b鏈中 T A G C 雙鏈中 T A G C 2 3 A錯誤 根據(jù)DNA分子中的堿基互補配對原則可知 A T G C a鏈中 T A G C b鏈中 T A G C 雙鏈中 T A G C 2 3 該DNA分子有50個堿基對 總共含有100個堿基 因此該DNA分子中T A 40 G C 60 故腺嘌呤的數(shù)量等于胸腺嘧啶的數(shù)量等于20 B錯誤 由題意知 14N標記的脫氧核苷酸是DNA復制的原料 因此DNA分子復制后 每個DNA分子上都含有14N標記的子鏈 C錯誤 1個DNA分子在復制過程中 兩條鏈作為模板 因此將該DNA分子片段用15N標記 然后在含有14N的培養(yǎng)基中連續(xù)復制4次形成的16個DNA分子 共32條鏈 其中只有2條單鏈含有15N 占DNA單鏈的比例為1 16 D正確 解析 標記過的DNA分于不管復制多少次 其子代DNA分子中必然有兩個DNA分子攜帶有標記 根據(jù)不含15N的DNA分子總數(shù)與含15N的DNA分子總數(shù)之比為7 1 可知共得到DNA分子16個 DNA分子需要復制4次 根據(jù)題中腺嘌呤160個 可知A T 160 G C 240 16個DNA分子共需要240 16個堿基G 除去開始時作為模板的DNA分子 還需要G為240 16 1 3600 個 B 課末總結 思維導圖 D 探究高考 明確考向 解析 由于雙鏈DNA堿基A數(shù)目等于T數(shù)目 G數(shù)目等于C數(shù)目 故 A C G T 為恒值1 A錯 A和T堿基對含2個氫鍵 C和G堿基對含3個氫鍵 故 A T G C 中 G C 數(shù)目越多 氫鍵數(shù)越多 雙鏈DNA分子的穩(wěn)定性越高 B錯 A T G C 與 A C G T 兩個比值相等 這個DNA分子可能是雙鏈 也可能是單鏈 C錯 經(jīng)半保留復制得到的DNA分子 是雙鏈DNA A C G T 1 D正確 2 2015 上海卷 在雙螺旋DNA模型搭建實驗中 使用代表氫鍵的訂書釘將代表四種堿基的塑料片連為一體 為了逼真起見 A與T之間以及C與G之間最好分別釘 A 2和2個釘B 2和3個釘C 3和2個釘D 3和3個釘 解析 DNA雙螺旋結構中 A與T之間有2個氫鍵 G與C之間有3個氫鍵 為了逼真起見 A與T之間最好釘2個釘 C與G之間最好有3個釘 故選B B 解析 N個DNA分子第i輪復制結束后 得到的DNA分子數(shù)為N 2i 在此基礎上復制一次得到的DNA分子的總數(shù)為N 2i 1 其中以變異的DNA分子為模板復制一次 得到一個變異的DNA分子和一個正常的DNA分子 由此可推知突變位點為AT堿基對的雙鏈DNA分子數(shù)與總DNA分子數(shù)的比例 1 N 2i 1 答案選C C 解析 每個脫氧核苷酸的三部分間需2個訂書釘 每條鏈上的10個脫氧核苷酸間需9個訂書釘 兩條鏈間的6對A T和4對G C間各需12個訂書釘 故構建該DNA片段共需訂書釘數(shù)量為29 29 12 12 82 C 3 將一個某種噬菌體DNA分子的兩條鏈用32P進行標記 并使其感染大腸桿菌 在不含有32P的培養(yǎng)基中培養(yǎng)一段時間 若得到的所有噬菌體雙鏈DNA分子都裝配成噬菌體 n個 并釋放 則其中含有32P的噬菌體所占比例為2 n 原因是 一個含有32P標記的噬菌體雙鏈DNA分子經(jīng)半保留復制后 標記的兩條單鏈只能分配到兩個噬菌體的雙鏈DNA分子中 因此在得到的 解析 1 ATP水解成ADP時 遠離A的高能磷酸鍵斷裂 在 位上的磷酸基團從ATP上脫離下來 再根據(jù)題干信息可知 要將32P標記的磷酸基團轉移到DNA末端上 需標記ATP 位上的磷酸基團 2 dATP與ATP結構相似 不同之處是dATP中的五碳糖是脫氧核糖 而ATP中的五碳糖是核糖 合成DNA的原料是脫氧核苷酸 含有一個磷酸基團 而dATP含有三個磷酸基團 因此 以dATP為原料合成DNA時 若要將32P標記到DNA分子上 32P標記的磷酸基團應在dATP的 位上 3 一個噬菌體含有一個DNA分子 由于DNA具有半保留復制的特點 因此被32P標記兩條鏈的DNA分子在第一次復制中 兩條鏈都作為模板 形成兩個一條鏈含32P的DNA分子 同理 再分別以這兩個DNA分子的兩條鏈為模板合成子代DNA分子 當合成n個DNA分子時 其中只有兩個DNA分子被32P標記 其他DNA分子都不被標記 因此含有32P標記的噬菌體所占比例為2 n