2019届江苏专用高考生物总复习第4章遗传的分子基础第2节DNA的结构和DNA的复制讲义苏教版必修.ppt

第,2,节,DNA,的结构和,DNA,的复制,高频考点突破,实验专题探究,命题视角剖析,基础自主梳理,即时达标训练,第 节,DNA,的结构和,DNA,的复制,2,基础自主梳理,C,、,H,、,O,、,N,、,P,腺嘌呤脱氧核苷酸,鸟嘌呤,3,DNA,分子的立体结构,(1)DNA,的立体结构是规则的双螺旋结构，由两条,_,的脱氧核苷酸链盘旋成双螺旋结构。,(2)_,和,_,交替连接，排列在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。,(3),两条链上的碱基通过氢键连接成,_,。,反向平行,脱氧核糖,磷酸,碱基对,2,3,4,DNA,分子的特性,(1),多样性：,DNA,分子内部的,_,排列顺序的千变万化。,(2),特异性：每个,DNA,分子都有特定的碱基对,_,，代表特定的遗传信息。,思考感悟,1,DNA,的稳定性与,DNA,分子中碱基对的种类有关吗？,【,提示,】,有关。碱基,A,与,T,之间形成两个氢键，,G,与,C,之间形成三个氢键。含氢键越多，结构越稳定，即含,GC,比例越大，结构越稳定。,碱基对,排列顺序,二、,DNA,的复制,1,概念：以亲代,DNA,分子为模板，按,_,原则，合成子代,DNA,分子的过程。,2,过程：解旋以母链为模板按,_,原则合成与母链互补的子链延伸子链母、子链盘绕成子代,DNA,。,3,发生时期：有丝分裂间期和减数,_,间期，随染色体复制而完成的。,碱基互补配对,碱基互补配对,第一次分裂,4,所需条件,(1),模板：亲代,DNA,分子的,_,。,(2),原料：四种游离的,_,。,(3),能量：,_,。,(4),酶：,_,等。,5,结果：,1,个,DNA,分子形成两个,_,的,DNA,分子。,6,特点：边解旋边复制；,_,复制；子代,DNA,母链子链。,两条母链,脱氧核苷酸,ATP,解旋酶、,DNA,聚合酶,完全相同,半保留,7,准确复制的原因,DNA,分子独特的,_,，为复制提供了精确的模板；,_,能够使复制准确无误地进行。,8,意义,(1),遗传：将遗传信息从亲代传给子代，保持了,_,的连续性。,(2),变异：复制出现了差错导致,_,，出现可遗传的变异。,双螺旋结构,碱基互补配对,遗传信息,基因突变,思考感悟,2,在模拟实验中合成,DNA,所需要的条件是什么？,【,提示,】,模拟实验中合成,DNA,所需要的条件实质是模拟,DNA,在细胞内复制的条件，即需要,DNA,模板、脱氧核苷酸作为原料、解旋酶、,DNA,聚合酶及适宜的温度与,pH,值。,高频考点突破,考点一,DNA,分子的结构,1,DNA,分子的组成,2,DNA,分子的结构,(1),平面结构,两条脱氧核苷酸长链反向平行,(2)DNA,双螺旋结构,DNA,分子是由两条脱氧核苷酸长链，按反向平行,(,指一条链的起点为磷酸，另一条链的起点为脱氧核糖,),方式盘绕成双螺旋结构。,基本骨架由磷酸和脱氧核糖交替连接而成。,中间的碱基严格按碱基互补配对原则,(A,与,T,配对，,G,与,C,配对,),形成碱基对。,DNA,分子中，脱氧核苷酸数脱氧核糖数磷酸数含氮碱基数,1111,。,即时应用,(,随学随练，轻松夺冠,),1,(2011,年江苏镇江第一次模拟,),关于,DNA,分子结构的叙述中，不正确的是,(,),A,DNA,分子由四种脱氧核苷酸组成,B,每个,DNA,分子中，碱基数脱氧核苷酸数脱氧核糖数,C,双链,DNA,分子中的一段若含有,30,个胞嘧啶，就一定会同时含有,30,个鸟嘌呤,D,DNA,分子中每个脱氧核糖上均连接着一个磷酸和一个含氮碱基,解析：,选,D,。,DNA,分子片段中除两端之外，每个脱氧核糖连接两个磷酸和一个含氮碱基。,1,复制场所：主要场所是细胞核，但在拟核、线粒体、叶绿体、细胞质基质,(,如质粒,),中也进行,DNA,复制。,2,复制条件,复制除模板、原料、能量、酶外，还需相对稳定的细胞内部条件以保证酶的活性，如：一定的温度、,pH,等。,3,同位素示踪法和离心技术证明,DNA,的半保留复制,考点二,DNA,的半保留复制,已知某一,DNA,分子用,15,N,标记,(0,代,),，将含有该标记,DNA,分子的细胞,(,或某种细菌,),转移到只含,14,N,的培养基中培养,(,进行,DNA,复制,),若干代后，其,DNA,分子数、脱氧核苷酸链数及相关比例如下表：,世代,DNA,分子的特点,DNA,中脱氧核苷酸链的特点,分子总数,细胞中的,DNA,分子在离心管中的位置,不同,DNA,分子占全部,DNA,分子之比,链总数,不同脱氧核苷酸链占全部链之比,只含,15,N,的分子,含,14,N,、,15,N,的杂种分子,只含,14,N,的分子,含,15,N,的链,含,14,N,的链,0,1,全在下部,1,0,0,2,1,0,1,2,全在中部,0,1,0,4,2,4,中,部,，,上,部,0,8,【,特别提醒,】,复制的“精确性”：,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，因此能确保复制的完成。,复制“差错”：在复制过程中，脱氧核苷酸序列具有相对的稳定性，但也可能发生差错即发生碱基对的增添、缺失或改变,基因突变。这种稳定性与可变性的统一，是生物遗传和变异的物质基础和根本原因。,即时应用,(,随学随练，轻松夺冠,),2,(2010,年高考山东卷,),蚕豆根尖细胞在含,3,H,标记的胸腺嘧啶脱氧核苷培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期，其染色体的放射性标记分布情况是,(,),A,每条染色体的两条单体都被标记,B,每条染色体中都只有一条单体被标记,C,只有半数的染色体中一条单体被标记,D,每条染色体的两条单体都不被标记,解析：,选,B,。,DNA,复制是半保留复制，蚕豆根尖细胞在含,3,H,标记的胸腺嘧啶脱氧核苷,(,3,HT),培养基中完成一个细胞周期，每一个,DNA,分子都有一条脱氧核苷酸链含,3,HT,，然后在不含放射性标记的培养基中培养至中期，每个,DNA,分子复制的两个,DNA,分子存在于同一染色体的两条姐妹染色单体上，其中一个,DNA,分子的一条链含,3,HT,，如下图：,1,碱基互补配对原则及相关推论,(1),原则：,AT,，,GC,，图示为：,考点三,碱基互补配对原则及,DNA,复制的有关计算,(3),复制所需的脱氧核苷酸数,a(2,n,1),，其中的,a,为所求的脱氧核苷酸在原来,DNA(,即作模板的亲代,DNA),分子中的数量，,n,为复制次数。,即时应用,(,随学随练，轻松夺冠,),3,用,15,N,标记含有,100,个碱基对的,DNA,分子，其中有胞嘧啶,60,个。该,DNA,分子在,14,N,的培养基中连续复制,4,次，其结果可能是,(,多选,)(,),A,含有,14,N,的,DNA,占,100%,B,复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸,600,个,C,含有,15,N,的,DNA,占,1/16,D,子代,DNA,中嘌呤与嘧啶之比是,23,解析：,选,AB,。该,DNA,分子在,14,N,培养基中连续复制,4,次，可得到,2,4,个,DNA,分子，其中含有,14,N,的,DNA,分子占,100%,，故,A,正确；含有,15,N,的,DNA,分子占,2/16,，因为,DNA,复制为半保留复制，亲代,DNA,分子的两条链只可能进入两个子代,DNA,分子中，故,C,错；在子代,DNA,分子中嘌呤与嘧啶之比是,11,，故,D,错；由题干可知，该,DNA,分子中有腺嘌呤,(A)40,个，依据公式：设,DNA,分子中某种脱氧核苷酸的个数为,M,，则复制,n,次后需游离的该脱氧核苷酸为,M(2,n,1),，故,B,正确。,实验专题探究,有关,DNA,复制方式的实验探究,关于,DNA,复制方式的探究，充分体现了假说,演绎法，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。,1,实验材料：大肠杆菌。,2,实验方法：放射性同位素标记技术和离心技术。,3,实验假设：,DNA,以半保留的方式复制。,4,实验过程：,(,见图,),(1),大肠杆菌在含,15,N,标记的,NH,4,Cl,培养基中繁殖几代，使,DNA,双链充分标记,15,N,。,(2),将含,15,N,的大肠杆菌转移到,14,N,标记的普通培养基中培养。,(3),在不同时刻收集大肠杆菌并提取,DNA(,间隔的时间为大肠杆菌繁殖一代所需时间,),。,(4),将提取的,DNA,进行离心，记录离心后试管中,DNA,位置。,5,实验预期：离心后应出现,3,条,DNA,带。,(,见图,),(1),重链带,(,密度最大,),：,15,N,标记的亲代双链,DNA(,15,N/,15,N),。,(2),杂合链带,(,密度居中,),：一条链为,15,N,，另一条链为,14,N,标记的子代双链,DNA(,15,N/,14,N),。,(3),轻链带,(,密度最小,),：两条链都为,14,N,标记的子代双链,DNA(,14,N/,14,N),。,6,实验结果：与预期的相符。,(,见图,),(1),立即取出提取,DNA,离心全部重链带,(,15,N/,15,N),。,(2),繁殖一代后取出提取,DNA,离心全部杂合链带,(,14,N/,15,N),。,(3),繁殖两代后取出提取,DNA,离心,1/2,轻链带、,1/2,杂合链带。,7,实验结论：,DNA,的复制是以半保留的方式进行的。,实战演练,(,专项提能，小试牛刀,),含有,32,P,或,31,P,的磷酸，两者的化学性质几乎相同，都可以参与,DNA,分子的组成，但,32,P,比,31,P,质量大。现将某哺乳动物的细胞放在含有,31,P,磷酸的培养基中，连续培养数代得到,G,0,代细胞。然后将,G,0,代细胞移至含有,32,P,磷酸的培养基中培养，经过第,1,、,2,次细胞分裂后，分别得到,G,1,、,G,2,代细胞。再从,G,0,、,G,1,、,G,2,代细胞中取出,DNA,，经密度梯度离心后得到的结果如下图。由于,DNA,分子的质量不同，因此在离心管内的分布不同。若、分别表示轻、中、重三种,DNA,分子的位置，请回答：,(1)G,0,、,G,1,、,G,2,三代,DNA,离心后的试管分别是图中的：,G,0,_,、,G,1,_,、,G,2,_,。,(2)G,2,代在、三条带中,DNA,分子数的比例是,_,。,(3),图中、两条带中,DNA,分子所含的同位素磷分别是：条带,_,、条带,_,。,(4),该,G,0,代细胞如果连续分裂,4,次，形成的子细胞中，含,31,P,与,32,P,的,DNA,分子数比例为,_,。,(5),上述实验结果证明,DNA,的复制方式为,_,。,DNA,的自我复制能使生物的,_,保持相对稳定。,(6),若原第一世代,DNA,分子中共有,14000,个脱氧核苷酸，且,(A,T)/(G,C),2/5,，则培养至第三世代细胞时，培养基中至少需添加游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸,_,个。,解析：,依题意，,G,0,代细胞中的,DNA,为,31,P,31,P,，由于,DNA,分子的复制是一种半保留复制，所以,G,1,代细胞中的,DNA,为,31,P,32,P,，,G,2,代细胞中的,DNA,分子一半为,31,P,32,P,，另一半为,32,P,32,P,。,32,P,比,31,P,质量大，所以,31,P,31,P,对应，,31,P,32,P,对应，,32,P,32,P,对应,(“”,分别表示,DNA,的两条链,),。假设该细胞中只有一个,DNA,分子，连续分裂,4,次形成,16,个,DNA,分子，其中两个,DNA,分子含,31,P,，该,DNA,分子同时也含,32,P,，故,16,个,DNA,均含,32,P,，其比例则为,216,18,。,由细胞的代数及,DNA,分子中同位素,31,P,的含量可知，,DNA,的复制是半保留复制，这对维持物种遗传特性的稳定有重要的意义。由题干“原第一世代,DNA,分子中共有,14000,个脱氧核苷酸，且,(A,T)/(G,C),2/5”,可推知,(A,T)/(A,T,G,C),2/(2,5),，,T,占碱基总数的,1/7,，即,1,个,DNA,分子中，含,T 2000,个。培养到第三世代，需要,DNA,复制,2,次，,DNA,的复制是半保留复制，产生,4,个子代,DNA,分子，相当于新合成,4,1,3,个,DNA,分子，所以需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸,20003,6000,个。,答案：,(1)A,B,D,(2)011,(3),31,P,31,P,和,32,P,(4)18,(5),半保留复制遗传特性,(6)6000,命题视角剖析,视角,1,紧扣教材重点,DNA,的结构,1,解旋时，解旋酶作用于氢键处，而氢键形成时不需酶。,2,每条链上相邻的脱氧核苷酸以磷酸二酯键相连，形成时需,DNA,连接酶或,DNA,聚合酶，限制酶则可破坏,(,或打开,),此键。,(2009,年高考广东卷,),有关,DNA,分子结构的叙述，正确的是,(,多选,)(,),A,DNA,分子由,4,种脱氧核苷酸组成,B,DNA,单链上相邻碱基以氢键连接,C,碱基与磷酸基相连接,D,磷酸与脱氧核糖交替连接构成,DNA,链的基本骨架,【,尝试解答,】,_,AD,_,例,1,【,解析,】,DNA,分子包含两条单链，每条单链由,4,种脱氧核苷酸构成，其双螺旋结构具有以下特点：两条长链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构；脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在,DNA,分子的外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧；两条链间的碱基通过氢键互补配对。,互动探究,(1)DNA,分子中的哪种碱基对的比例越高，,DNA,分子越稳定？,(2)DNA,分子彻底水解的产物是什么？,【,提示,】,(1)G C,。,(2),脱氧核糖、磷酸、,A,、,G,、,C,、,T,。,DNA,复制的特点,(2010,年高考北京卷,),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方法进行了,DNA,复制方式的探索实验，实验内容及结果见表。,视角,2,洞察高考热点,例,2,组别,1,组,2,组,3,组,4,组,培养液中唯一氮源,14,NH,4,Cl,15,NH,4,Cl,14,NH,4,Cl,14,NH,4,Cl,繁殖代数,多代,多代,一代,两代,培养产物,A,B,B,的子,代,B,的子,代,操作,提取,DNA,并离心,离心结果,仅为轻链带,(,14,N/,14,N),仅为重链带,(,15,N/,15,N),仅为杂合链带,(,15,N/,14,N),1/2,轻链带,(,14,N/,14,N)1/2,杂合链带,(,15,N/,14,N),请分析并回答：,(1),要得到,DNA,中的,N,全部被放射性标记的大肠杆菌,B,，必须经过,_,代培养，且培养液中的,_,是唯一氮源。,(2),综合分析本实验的,DNA,离心结果，第,_,组结果对得到结论起到了关键作用，但需把它与第,_,组和第,_,组的结果进行比较，才能说明,DNA,分子的复制方式是,_,。,(3),分析讨论：,若子,代,DNA,的离心结果为“轻”和“重”两条密度带，则“重链带”,DNA,来自于,_,，据此可判断,DNA,分子的复制方式不是,_,复制。,若将子,I,代,DNA,双链分开后再离心，其结果,_(,选填“能”或“不能”,),判断,DNA,的复制方式。,若在同等条件下将子,代继续培养，子,n,代,DNA,离心的结果是：密度带的数量和位置,_,，放射性强度发生变化的是,_,带。,若某次实验的结果中。子,代,DNA,的“杂合链带”比以往实验结果的“杂合链带”略宽，可能的原因是新合成,DNA,单链中的,N,尚有少部分为,_,。,【,尝试解答,】,(1),多,15,N/,15,NH,4,Cl,(2)3,1,2,半保留复制,(3)B,半保留不能没有变化轻,15,N,【,解析,】,科学家以大肠杆菌为实验材料，运用同位素示踪技术，设计了一个巧妙的实验，证明了,DNA,分子的确是以半保留的方式复制的。本题通过几组实验对这一过程进行了演绎，结合所学知识和题干的要求解答即可。,对“第,n,次”还是“,n,次”复制相关计算原理不清,已知,DNA,分子中碱基数，求复制,n,次与第,n,次所需某碱基的数目：某,DNA,分子中含某碱基,a,个，复制,n,次，则共需加入含该碱基的脱氧核苷酸为,a(2,n,1),个，因为最初亲代,DNA,分子做模板不需要原料；但第,n,次复制时所需含该碱基的脱氧核苷酸为,a(2,n,1),a(2,n,1,1),a2,n,1,。,视角,3,突破易错疑点,对细胞分裂和,DNA,复制相结合的知识理解不透,1,细胞分裂过程中先进行,DNA,复制。,2,DNA,复制的方式：半保留复制。,3,图示辨析,自我挑战,1.,某,DNA,分子含,m,对碱基，其中腺嘌呤有,A,个。下列有关此,DNA,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,(,),A,在第一次复制时，需要,(m,A),个,B,在第二次复制时，需要,2(m,A),个,C,在第,n,次复制时，需要,2,n,1,(m,A),个,D,在第,n,次复制过程时，总共需要,2,n,(m,A),个,【,尝试解答,】,_,D,_,2,取,1,个含有,1,对同源染色体的精原细胞，用,15,N,标记细胞核中,DNA,，然后放在含,14,N,的培养基中培养，让其连续进行两次有丝分裂，形成,4,个细胞，这,4,个细胞中含,15,N,的细胞个数可能是,(,多选,)(,),A,1,B,2,C,3 D,4,【,尝试解答,】,_,BCD,_,