高三一輪復習生物：第28講 DNA的結(jié)構(gòu)、復制與基因的概念

第18講DNA的結(jié)構(gòu)、復制與基因的概念

DNA的結(jié)構(gòu)及相關計算考點一考點二DNA的復制及基因的概念1.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建沃森和克里克

脫氧核苷酸TG2.DNA的結(jié)構(gòu)C、H、O、N、P脫氧核苷酸2.DNA的結(jié)構(gòu)磷酸脫氧核糖堿基A與T配對G與C配對3.DNA的結(jié)構(gòu)特點 (1)______性：具n個堿基對的DNA可能有4n種堿基對排列順序。 (2)______性：每種DNA分子都有其特定的堿基對

。

(3)______性：如兩條主鏈磷酸與脫氧核糖交替連接的順序不變，堿基配對方式不變等。多樣特異穩(wěn)定排列順序并不是堿基配對方式?jīng)Q定的元素→物質(zhì)→基本單位→脫氧核苷酸鏈→平面結(jié)構(gòu)→立體結(jié)構(gòu)1.DNA雙螺旋模型構(gòu)建者：。2.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的構(gòu)成：沃森和克里克①威爾金斯和富蘭克林提供的DNA的X射線衍射圖譜；②查哥夫的研究成果：腺嘌呤(A)=胸腺嘧啶(T)，鳥嘌呤(G)=胞嘧啶(C)這一數(shù)量關系等。在構(gòu)建DNA模型的過程中利用了他人的哪些經(jīng)驗和成果？CHONP脫氧核糖含氮堿基磷酸四種脫氧核苷酸AGCT一條脫氧核苷酸鏈ACTDNA雙鏈平面TCAAGGCTG…………………………一、DNA的結(jié)構(gòu)及相關計算3’5’

3.DNA的結(jié)構(gòu)一、DNA的結(jié)構(gòu)及相關計算(1)DNA分子由___條脫氧核苷酸鏈組成，這兩條鏈按__________的方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。(2)外側(cè)：_________________和_____________交替連接，構(gòu)成基本骨架。(3)內(nèi)側(cè)：兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成__________。(4)遵循

：A一定與T配對，G一定與C配對。兩

反向平行脫氧核糖磷酸堿基對堿基互補配對原則[易錯提醒]

G、C堿基對越多，DNA分子中的氫鍵越多，DNA分子越穩(wěn)定。(1)多樣性：不同的DNA分子中脫氧核苷酸數(shù)目不同，排列順序多種多樣。若某DNA分子中有n個堿基對，則其堿基對排列順序有4n種。(2)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。(3)穩(wěn)定性：外側(cè)的脫氧核糖和磷酸交替排列的方式穩(wěn)定不變，內(nèi)側(cè)堿基配對方式穩(wěn)定不變。4.DNA的結(jié)構(gòu)特性

與DNA空間結(jié)構(gòu)無關。DNA的結(jié)構(gòu)模型的解讀磷酸二酯鍵氫鍵解旋酶限制性內(nèi)切核酸酶DNA連接酶DNA聚合酶AGCTTCGAAT磷酸二酯鍵5，3，3，5，DNA的一條單鏈具有兩個末端，一端有一個游離的磷酸基團，稱作

端，另一端有一個羥基(—OH)，稱作

，兩條單鏈走向

，一條單鏈是從5′端到3′端的，另一條單鏈是從3′端到5′端的。5′3′端相反5.DNA分子的方向：6.DNA分子結(jié)構(gòu)的解讀(1)數(shù)量關系：

①每個DNA片段中，含2個游離的磷酸基團。

②脫氧核苷酸、磷酸、脫氧核糖、含氮堿基，四者之間的數(shù)量關系為1∶1∶1：1。(2)水解情況：

①DNA初步水解產(chǎn)物：脫氧核苷酸(4種)；

②DNA徹底水解產(chǎn)物：磷酸、脫氧核糖和含氮堿基(6種)。(3)化學鍵：

①氫鍵：堿基對之間的化學鍵，可用解旋酶斷裂，也可加熱斷裂，RNA聚合酶斷裂。

②磷酸二酯鍵：磷酸和脫氧核糖之間的化學鍵，用限制性內(nèi)切核酸酶處理可切割，用DNA連接

酶(DNA聚合酶、RNA聚合酶)處理可連接。

DNA的結(jié)構(gòu)及相關計算一DNA的分子結(jié)構(gòu)(3)單鏈中，互補堿基之和的比值在兩條互補鏈中相等。設雙鏈DNA分子中,一條鏈上:

=m,則:

=

=

m

,即互補鏈上

=m。二、DNA中堿基數(shù)量的計算規(guī)律

(2)雙鏈中，任意兩種不互補的堿基數(shù)量之和占堿基總數(shù)的一半,即嘌呤之和=嘧啶之和=總堿基數(shù)×50%,

A+G=T+C=A+C=T+G=(A+T+C+G)×50%,

=

=1(1)雙鏈中，互補的兩種堿基數(shù)量相等,即A=T,C=G。

DNA的結(jié)構(gòu)及相關計算A1+T1G1+C1A1+T1G1+C1A2+T2G2+C2A2+T2G2+C2(4)單鏈中，非互補堿基之和的比值在兩條互補鏈中互為倒數(shù)。設雙鏈DNA分子中,一條鏈上:

=m,則:

=

=m,即互補鏈上

=

。二、DNA中堿基數(shù)量的計算規(guī)律

DNA的結(jié)構(gòu)及相關計算(5)單鏈中，互補堿基之和所占比例在任意一條鏈及整個DNA分子中都相等。設在雙鏈DNA分子的一條鏈上A1+T1=n%,因為A1=T2,A2=T1,則:A1+T1=A2+T2=n%。所以A+T=

=

=n%。簡記為“配對的兩堿基之和在單、雙鏈中所占比例相等”。1、雙鏈DNA中，A=T，G=C。

2、單鏈DNA中，A1=T2，T1=A2，G1=C2，C1=G2。

3、兩條單鏈中堿基的總數(shù)相等，且為雙鏈堿基總數(shù)的一半。規(guī)律總結(jié)

堿基是“對”還是“個”所占比例是“一條鏈”還是“雙鏈”易錯點【例】從某生物組織中提取DNA進行分析，其中鳥嘌呤與胞嘧啶之和占全部堿基數(shù)的46%，又知該DNA分子的一條鏈（H鏈）所含的堿基中28%是腺嘌呤，24%是胞嘧啶，則與H鏈相對應的另一條鏈中，腺嘌呤、胞嘧啶分別占該鏈全部堿基數(shù)的（）A.26%、22%B.24%、28%

C.14%、11%D.11%、14%二、DNA中堿基數(shù)量的計算規(guī)律

DNA的結(jié)構(gòu)及相關計算【解析】已知：

求：

∵∴

又∵∴同理可得：A

(1)沃森和克里克用DNA衍射圖譜得出堿基配對方式。(2022·廣東卷，5D)(

)(2)某同學制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，在制作脫氧核苷酸時，需在磷酸上連接脫氧核糖和堿基。(2022·浙江6月選考，13A)(

)(3)制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型時，鳥嘌呤與胞嘧啶之間用2個氫鍵連接物相連。(2022·浙江6月選考，13B)(

)×××(4)DNA每條鏈的5′端是羥基末端。(2021·遼寧卷，4C)(

)(5)與RNA分子相比，DNA分子特有的堿基是U。(2017·浙江4月選考，6改編)(

)(6)生物體內(nèi)DNA分子中(A＋T)/(G＋C)的值越大，雙鏈DNA分子的穩(wěn)定性越高。(2017·海南卷，24B)(

)×××根據(jù)下列DNA的兩模型思考回答：(1)由圖1可知，每個DNA分子片段中，游離磷酸基團含有________個。單鏈中相鄰堿基通過______________________________連接?；パa鏈中相鄰堿基通過________連接。(2)圖2是圖1的簡化形式，其中①是___________，②是________。解旋酶作用于________部位，限制性內(nèi)切核酸酶和DNA連接酶作用于________部位。2—脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖—氫鍵磷酸二酯鍵氫鍵②①D1.(2024·河北唐山檢測)某DNA部分片段結(jié)構(gòu)如圖所示，下列敘述正確的是(

)A.③為磷酸二酯鍵，③的形成需要RNA聚合酶催化B.①代表氫鍵，①的形成與斷裂需要ATP提供能量C.片段中堿基②與五碳糖構(gòu)成的脫氧核苷與ATP中的腺苷相同D.若該DNA一條鏈中堿基A與T之和占48%，則整個DNA中堿基C占26%CD2.(不定項)(2024·山東煙臺調(diào)研)下列關于DNA分子結(jié)構(gòu)的敘述，正確的是(

) A.DNA分子是以4種脫氧核苷酸為單位連接而成的單鏈結(jié)構(gòu) 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兩條鏈的5′-端各具有1個游離的磷酸基團，且一條鏈的脫氧核苷酸的磷酸與另一個脫氧核苷酸的3′-C連接1.DNA半保留復制的實驗證據(jù)半保留同位素標記1.DNA半保留復制的實驗證據(jù)全部重帶半保留復制2.DNA復制 (1)概念、時間、場所間期

細胞核(2)過程解旋脫氧核苷酸DNA聚合酶堿基互補配對(3)類型多個復制速率單(4)結(jié)果一個DNA分子形成了兩個__________的DNA分子。(5)DNA準確復制完全相同雙螺旋堿基互補配對遺傳信息遺傳信息3.染色體、DNA、基因和脫氧核苷酸的關系一個或兩個

有遺傳效應的DNA片段許多個基因

脫氧核苷酸排列順序DNA半保留復制的實驗證據(jù)——假說-演繹法

1.提出問題DNA以什么方式復制？2.作出假設若要探究復制方式，關鍵要觀察什么結(jié)果？區(qū)分母鏈和子鏈(區(qū)分親代和子代DNA)(2)全保留復制新復制出的分子直接形成，完全沒有舊的復制一次親代DNA子代DNA(1)半保留復制(沃森和克里克提出）形成的分子一半是新的，一半是舊的復制一次親代DNA子代DNADNA的復制及基因的概念實驗者：實驗材料：實驗方法：大腸桿菌（繁殖快，20min一代）同位素標記技術(shù)和密度梯度離心技術(shù)實驗過程：大腸桿菌在含15NH4Cl的培養(yǎng)液中生長若干代美國生物學家梅塞爾森和斯塔爾實驗原理：15N和14N是N元素的兩種穩(wěn)定同位素，這兩種同位素的相對原子質(zhì)量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，因此，利用離心技術(shù)可以在試管中分離開含有不同N元素的DNA。高密度帶中密度帶低密度帶15N14N15N15N14N14NDNA半保留復制的實驗證據(jù)——假說-演繹法

DNA的復制及基因的概念1.提出問題2.作出假設3.演繹推理（1）半保留復制P:F1:F2:15N15N14N復制（2）全保留復制15N15N15N15N14N14N14N復制14N復制14N復制15N14N15N14N14N14N15N14N15N14N14N14N14N14N15N15N14N14N14N14NDNA半保留復制的實驗證據(jù)——假說-演繹法

DNA的復制及基因的概念15N14N14N14N15N14NP:F1:F2:細胞再

分裂一次15N15N轉(zhuǎn)移到含14NH4Cl的培養(yǎng)液中細胞分裂一次提取DNA離心提取DNA離心提取DNA離心排除DNA的復制是全保留復制排除DNA的復制是全保留復制1.提出問題2.作出假設3.演繹推理4.實驗驗證14N復制14N復制5.實驗結(jié)論DNA的復制方式是半保留復制DNA半保留復制的實驗證據(jù)——假說-演繹法

DNA的復制及基因的概念高密度帶15N15N中密度帶15N14N中密度帶5N14N低密度帶14N14NDNA復制的過程

真核細胞：

以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。主要在細胞核，其次在線粒體、葉綠體等。原核細胞：主要在擬核中，其次在質(zhì)粒處。細胞分裂前的間期(有絲分裂前的間期、減數(shù)分裂前的間期)。1.概念：2.場所:3.發(fā)生時期(真核生物)DNA的復制及基因的概念4.條件DNA聚合酶：催化形成磷酸二酯鍵，將單個脫氧核苷酸連接成長鏈。解旋酶：斷裂氫鍵，將DNA雙螺旋的兩條鏈解開。氫鍵的形成不需要酶的催化。5.過程:ATP，解旋酶催化（氫鍵斷裂）DNA雙螺旋的兩條鏈解開以兩條母鏈為模板在DNA聚合酶的催化下，利用游離的脫氧核苷酸進行堿基互補配對，分別合成與母鏈互補的一條子鏈。①解旋：②合成子鏈:③形成子代DNA：新合成的子鏈不斷延伸，一條母鏈和一條子鏈盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)，形成新的DNA分子。DNA聚合酶只能催化子鏈從5/→3/合成，并且需要引物。DNA復制的過程

DNA的復制及基因的概念6.復制特點:（1）邊解旋邊復制（2）半保留復制①多復制起點②雙向復制意義：提高了復制速率，

減少了變異的發(fā)生。DNA復制的過程

DNA的復制及基因的概念7.精確復制的原因:（1）DNA分子獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu)，為復制提供了精確的模板；（2）堿基互補配對原則，保證了復制能夠準確地進行。DNA復制會百分之百準確嗎？如果復制出現(xiàn)錯誤，可能會產(chǎn)生什么影響？8.復制的意義:會出錯，可能導致基因突變，也可能引起生物體性狀的改變。將遺傳信息從親代傳給子代，從而保持遺傳信息的連續(xù)性。DNA復制的相關計算

1.將含有15N的DNA分子放在含有14N的培養(yǎng)液中連續(xù)復制n次，則：①子代DNA共2n個含15N的DNA分子：

個只含15N的DNA分子：

個含14N的DNA分子：

個只含14N的DNA分子：

個②脫氧核苷酸鏈共2n＋1條含15N的脫氧核苷酸鏈：

條含14N的脫氧核苷酸鏈：

條202n(2n－2)2(2n＋1－2)DNA復制的過程

DNA的復制及基因的概念2.DNA分子復制過程中消耗的脫氧核苷酸數(shù)①若親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，經(jīng)過n次復制需要消耗該種脫氧核苷酸數(shù)為

。②第n次復制需要消耗該種脫氧核苷酸數(shù)為

。m·(2n－1)m·2n－1①包括所有的復制，②只包括最后一次復制。“DNA復制了n次”、“第n次復制”；堿基是“對”、“個”;“DNA分子數(shù)”、“鏈數(shù)”?！昂?、“只含”；易錯點基因的概念

一

基因與DNA(2)遺傳信息①DNA病毒、細胞的遺傳信息：

分子中

的排列順序。②RNA病毒的遺傳信息:

分子中

的排列順序。DNA(堿基對)脫氧核苷酸RNA(堿基)核糖核苷酸(1)基因通常是有遺傳效應的

。

①DNA病毒、細胞的基因：有遺傳效應的

。

②RNA病毒的基因：有遺傳效應的

。

DNA片段DNA片段RNA片段基因2間區(qū)間區(qū)基因3基因1DNA的復制及基因的概念二

基因、DNA、染色體之間的關系個或兩個有遺傳多個脫氧核苷酸排列順序一效應DNA的復制及基因的概念DNA片段基因1

基因2

基因3放大終止子非編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)編碼區(qū)上游編碼區(qū)下游啟動子原核基因終止子編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)內(nèi)含子外顯子啟動子編碼區(qū)上游編碼區(qū)下游真核基因知識補充基因的結(jié)構(gòu)非編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)編碼區(qū)上游編碼區(qū)下游啟動子終止子①編碼區(qū)：能轉(zhuǎn)錄相應的mRNA，進一步編碼出蛋白質(zhì)的DNA序列。②非編碼區(qū)：不編碼蛋白質(zhì),含有能調(diào)控遺傳信息表達的DNA序列(如啟動子、終止子）。原核細胞的基因結(jié)構(gòu)：原核基因（連續(xù)的）編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)內(nèi)含子外顯子啟動子終止子編碼區(qū)上游編碼區(qū)下游真核基因編碼區(qū)非編碼區(qū)：能轉(zhuǎn)錄相應的mRNA，進一步能編碼蛋白質(zhì)的DNA序列能轉(zhuǎn)錄相應的mRNA，然后在翻譯前就被剪切掉，不能編碼蛋白質(zhì)的DNA序列不編碼蛋白質(zhì)，含有能調(diào)控遺傳信息表達的DNA序列，包括啟動子、終止子等。外顯子：內(nèi)含子：真核細胞的基因結(jié)構(gòu)：（不連續(xù)）非編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)編碼區(qū)上游編碼區(qū)下游啟動子終止子編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)內(nèi)含子外顯子啟動子終止子編碼區(qū)上游編碼區(qū)下游原核基因真核基因RNA聚合酶識別并結(jié)合的位點，驅(qū)動轉(zhuǎn)錄啟動子終止子本質(zhì)：位置：作用：是一段特殊序列結(jié)構(gòu)的DNA片段；位于基因上游；本質(zhì)：位置：作用：是一段特殊序列結(jié)構(gòu)的DNA片段；位于基因下游；終止轉(zhuǎn)錄第28講DNA的結(jié)構(gòu)、復制與基因的概念

(1)DNA分子復制時，子鏈的合成過程不需要引物參與。(2021·遼寧卷，4B)(

)(2)DNA聚合酶的作用是打開DNA雙鏈。(2021·遼寧卷，4D)(

)(3)煙草花葉病毒的RNA可通過復制將遺傳密碼傳遞給子代。(2020·浙江1月選考，21B)(

)×××(4)果蠅體細胞中核DNA分子通過轉(zhuǎn)錄將遺傳信息傳遞給子代。(2020·浙江1月選考，21C)(

)(5)洋蔥根尖細胞中DNA聚合酶主要在G2期通過轉(zhuǎn)錄和翻譯合成。(2020·浙江1月選考，21D)(

)××如圖是人類某染色體DNA的片段，含有基因A、基因b和無遺傳效應的片段M。請思考：(1)基因A和b的本質(zhì)區(qū)別是什么？提示不同基因的本質(zhì)區(qū)別在于其脫氧核苷酸序列不同。(2)決定mRNA上終止密碼子的堿基對是否位于M處？若M中插入若干個脫氧核苷酸對是否可引發(fā)基因突變？提示M為無遺傳效應的非基因片段，故其無轉(zhuǎn)錄功能，當然不存在決定mRNA上終止密碼子的堿基對，M中即使插入若干脫氧核苷酸對也不會引發(fā)基因突變。(3)A復制時b是否也復制？A轉(zhuǎn)錄時，b是否也轉(zhuǎn)錄？其轉(zhuǎn)錄的模板鏈一定相同嗎？提示DNA分子復制為全程復制，故A復制時b也復制，但基因表達卻為“選擇性表達”，故A轉(zhuǎn)錄時，b未必轉(zhuǎn)錄，即使都轉(zhuǎn)錄，其模板鏈也未必相同?？枷?

結(jié)合DNA復制的過程分析，考查科學思維1.(2022·海南卷，11)科學家曾提出DNA復制方式的三種假說：全保留復制、半保留復制和分散復制(圖1)。對此假說，科學家以大腸桿菌為實驗材料，進行了如下實驗(圖2)：圖1圖2D下列有關敘述正確的是(

)A.第一代細菌DNA離心后，試管中出現(xiàn)1條中帶，說明DNA復制方式一定是半保留復制B.第二代細菌DNA離心后，試管中出現(xiàn)1條中帶和1條輕帶，說明DNA復制方式一定是全保留復制C.結(jié)合第一代和第二代細菌DNA的離心結(jié)果，說明DNA復制方式一定是分散復制D.若DNA復制方式是半保留復制，繼續(xù)培養(yǎng)至第三代，細菌DNA離心后試管中會出現(xiàn)1條中帶和1條輕帶A2.(2024·廣東惠州調(diào)研)如圖為某原核細胞DNA分子的復制方式模式圖，圖中“→”表示復制方向。下列敘述錯誤的是(

)A.由圖可知，該DNA分子復制方式為多起點雙向復制B.除圖示酶外，DNA分子復制還需DNA聚合酶等C.DNA分子復制時，子鏈的延伸方向是相同的D.解旋經(jīng)過含G—C堿基對較多的區(qū)域時，消耗的能量相對較多CD考向2結(jié)合DNA復制過程中的有關計算，考查科學思維3.(不定項)(2024·山東教育聯(lián)盟聯(lián)考)病毒X174和紅藻的遺傳信息都儲存于DNA中，前者的DNA為單鏈結(jié)構(gòu)，鳥嘌呤約占全部堿基的21%，后者的核DNA為雙鏈結(jié)構(gòu)，鳥嘌呤占全部堿基的32%。下列敘述正確的是(

) A.病毒X174中胞嘧啶占全部堿基的29% B.病毒X174中的RNA與DNA序列互補 C.紅藻的核DNA中胞嘧啶占全部堿基的32% D.病毒X174的DNA比紅藻的DNA更容易突變C4.(2024·廣東東莞調(diào)研)一個15N標記的、含1000個堿基對的DNA分子片段，其中一條中T＋A占30%，若將該DNA分子放在14N的培養(yǎng)基中連續(xù)復制3次，相關敘述正確的是(

) A.該DNA分子的另一條鏈中T＋A占70% B.該DNA分子中含有A的數(shù)目為400個 C.該DNA分子第3次復制時需要消耗2800個G D.經(jīng)3次復制后，子代DNA分子中含14N的比例為7/8C考向3