第18讲DNA结构、复制及基因的本质 (2)

第18讲DNA结构、复制及基因的本质【新课程标准】结合DNA双螺旋结构模型，闸明DNA分子作为遗传物质所具有的特征。(生命观念、科学思维)1.搜集DNA分子结构模型建立过程的资料并进行讨论和交流。2.制作DNA分子双螺旋结构模型。1.概述多数生物的基因是DNA分子的功能片段，有些病毒的基因在RNA分子上。2.概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成，通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构，碱基的排列顺序编码了遗传信息。3.概述DNA分子通过半保留方式进行复制。学业要求活动要求内容要求考点一DNA分子的结构及相关计算1．DNA分子的结构(1)DNA双螺旋模型构建者：______________。(2)图解DNA分子结构沃森和克里克2．DNA分子结构特点(1)________：若DNA含有n个碱基对，则其可能有4n种碱基对排列顺序。(2)特异性：________________________________________。(3)_____性：两条主链磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变，碱基对配对方式不变等。多样性每个DNA分子都有其特定的碱基对排列顺序稳定■教材细节······························································································································1．教材必修2P48“侧栏思考题”：沃森和克里克在构建模型的过程中，利用了哪些他人的经验和成果？提示：当时科学界已经发现的证据有：①英国科学家威尔金斯和富兰克林提供的DNA的X射线衍射图谱；②美国生物化学家鲍林按照X射线衍射 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 的实验数据建立模型的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ；③奥地利著名生物化学家查哥夫的研究成果。2．教材必修2P49“思考与讨论”：说出资料中涉及到的科学知识与方法。提示：主要涉及物理学(主要是晶体学)、生物化学、数学和分子生物学等学科的知识。涉及的方法主要有：X射线衍射结构分析方法，其中包括数学计算法、建构模型的方法等。■诊断辨析·····························································································································(1)DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基()(2)DNA分子一条链上的相邻碱基通过磷酸—脱氧核糖—磷酸相连()(3)嘌呤碱基与嘧啶碱基的结合保证了DNA分子空间结构的相对稳定()(4)分子大小相同、碱基含量相同的核酸分子所携带的遗传信息一定相同()(5)DNA分子的多样性和特异性主要与它的空间结构密切相关()××√××(1)五种元素：C、H、O、N、P；(2)四种碱基：A、G、C、T，相应的有四种脱氧核苷酸；(3)三种物质：磷酸、脱氧核糖、含氮碱基；(4)两条单链：两条反向平行的脱氧核苷酸链；(5)一种空间结构：规则的双螺旋结构。(1)基本单位：____________。①由磷酸、脱氧核糖、含氮碱基组成，三者之间的数量关系为________。②每个DNA片段中，含2个游离的磷酸基团。(2)水解产物：DNA的初步水解产物是___________，彻底水解产物是____________________________。脱氧核苷酸1∶1∶1脱氧核苷酸磷酸、脱氧核糖和含氮碱基(3)DNA分子中存在的化学键①氢键：碱基对之间的化学键，可用_______断裂，也可加热断裂。②磷酸二酯键：磷酸和脱氧核糖之间的化学键，用__________________处理可切割，用____________处理可连接。(4)碱基对数与氢键数的关系：①若碱基对数为n，则氢键数为_______。②若n个碱基对中，A有m个，则氢键数为_______。解旋酶限制性核酸内切酶DNA连接酶2n～3n3n－m1．1953年，沃森和克里克建立了DNA分子的结构模型，两位科学家于1962年获得诺贝尔生理学或医学奖。关于DNA分子双螺旋结构的特点，叙述错误的是(　　)A．DNA分子的两条链呈现反向平行双螺旋结构B．脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧C．碱基对构成DNA分子的基本骨架D．两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对解析：DNA分子是由两条链组成的，这两条链是反向平行的，A正确；DNA分子的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧构成基本骨架，B正确，C错误；两条链上的碱基通过氢键连接形成碱基对，D正确。答案：C2．如图为用相应材料构建的某核苷酸长链片段模型，下列关于该长链的叙述正确的是(　　)A．2 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示核糖或脱氧核糖B．4为一个完整的核苷酸C．1与2组成的结构称为核苷D．若构建好5的互补链后，需加上7个氢键解析：题图中含有胸腺嘧啶T，是DNA特有的碱基，说明该片段是DNA链的一段，因此2只能表示脱氧核糖，A错误；4由脱氧核糖、胞嘧啶、磷酸组成，为胞嘧啶脱氧核苷酸，是组成DNA的基本单位，B正确；核苷是由2脱氧核糖和3含氮碱基组成的，C错误；若构建好5的互补链后，需加上2＋3＋3＝8个氢键，D错误。答案：B[规律·技法]“三看法”判断DNA分子结构的正误3．(2017·高考海南卷)DNA分子的稳定性与碱基对之间的氢键数目有关。下列关于生物体内DNA分子中(A＋T)/(G＋C)与(A＋C)/(G＋T)两个比值的叙述，正确的是(　　)A．碱基序列不同的双链DNA分子，后一比值不同B．前一个比值越大，双链DNA分子的稳定性越高C．当两个比值相同时，可判断这个DNA分子是双链D．经半保留复制得到的DNA分子，后一比值等于1解析：由于双链DNA碱基A数目等于T数目，G数目等于C数目，故(A＋C)/(G＋T)为恒值1，A错。A和T碱基对含2个氢键，C和G含3个氢键，故(A＋T)/(G＋C)中，(G＋C)数目越多，氢键数越多，双链DNA分子的稳定性越高，B错。(A＋T)/(G＋C)与(A＋C)/(G＋T)两个比值相等，这个DNA分子可能是双链，也可能是单链，C错。经半保留复制得到的DNA分子，是双链DNA，(A＋C)/(G＋T)＝1，D正确。答案：D4．某双链DNA分子含有200个碱基对，其中一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则有关该DNA分子的叙述，正确的是(　　)A．含有4个游离的磷酸基B．含有腺嘌呤脱氧核苷酸30个C．4种含氮碱基A∶T∶G∶C＝3∶3∶7∶7D．碱基排列方式共有4200种解析：每条单链各有一个游离的磷酸基，所以DNA分子应该有2个游离的磷酸基。计算碱基数目时，需要注意所给碱基总数为个数还是对数，该DNA分子中含有200个碱基对，一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，根据双链中A＋T所占比例＝单链中A＋T所占比例，则双链中A＋T占3/10，根据A＝T，推知A和T各占3/20，故腺嘌呤脱氧核苷酸的数量为200×2×(3/20)＝60。双链中A和T分别占3/20，则C和G分别占7/20，故A∶T∶G∶C＝3∶3∶7∶7。在碱基比例不确定的情况下，碱基排列方式共有4n种，n为碱基对数，即共有4200种，而该DNA分子碱基比例已确定，故排列方式小于4200种。答案：C[规律·技法]解答有关碱基计算题的“三步曲”考点二DNA分子的复制及基因的概念1．DNA的复制2．染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系■教材细节······························································································································1．教材必修2P53“侧栏思考题”：如何在实验中区分亲代与子代的DNA分子？提示：本实验是根据半保留复制原理和DNA密度的变化来 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 的。在本实验中根据试管中DNA带所在的位置就可以区分亲代与子代的DNA了。2．教材必修2P56“相关信息”：如何理解遗传物质是信息分子？提示：量子物理学奠基人薛定谔认为遗传是遗传信息的复制、传递与表达，遗传物质是一种信息分子。■诊断辨析·····························································································································(1)单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链()(2)DNA复制时，严格遵循A－U、C－G的碱基互补配对原则()(3)在人体内，成熟的红细胞、浆细胞中不发生DNA的复制()(4)DNA分子复制时解旋酶与DNA聚合酶不能同时发挥作用()(5)DNA分子中每一个片段都是一个基因()××√××DNA分子的复制为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则有：(1)DNA分子数①子代DNA分子数＝___个；②含有亲代DNA链的子代DNA分子数＝___个；③不含亲代DNA链的子代DNA分子数＝_______个。2n2(2n－2)(2)脱氧核苷酸链数①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝______条；②亲代脱氧核苷酸链数＝__条；③新合成的脱氧核苷酸链数＝_________条。(3)消耗的脱氧核苷酸数①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸数为__________个。②第n次复制需该脱氧核苷酸数＝_______个。2n＋12(2n＋1－2)m·(2n－1)m·2n－1(1)本实验过程采用的方法有哪些？提示：同位素标记法、密度梯度离心。(2)图2实验结果表明DNA分子复制的方式是哪种类型？提示：半保留复制。(3)若将复制后DNA加热解旋后进行离心，图1三种推测复制方式中，哪种复制方式与其他两种实验结果有较大差异？提示：分散复制。1．(2016·高考全国卷Ⅱ)某种物质可插入DNA分子两条链的碱基对之间，使DNA双链不能解开。若在细胞正常生长的培养液中加入适量的该物质，下列相关叙述错误的是(　　)A．随后细胞中的DNA复制发生障碍B．随后细胞中的RNA转录发生障碍C．该物质可将细胞周期阻断在分裂中期D．可推测该物质对癌细胞的增殖有抑制作用解析：某物质可插入DNA分子两条链的碱基对之间，使DNA双链不能解开，说明该物质会阻碍DNA分子的解旋，因此会阻碍DNA分子的复制、转录和抑制细胞增殖，A、B、D三项均正确；因DNA分子的复制发生在细胞分裂间期，所以该物质可将细胞周期阻断在分裂间期，C项错误。答案：C2．如图所示为某DNA复制过程的部分图解，其中rep蛋白具有解旋的功能。下列相关叙述错误的是(　　)A．rep蛋白可破坏A与C、T与G之间形成的氢键B．DNA结合蛋白可能具有防止DNA单链重新形成双链的作用C．DNA复制具有边解旋边复制和半保留复制的特点D．随从链之间的缺口需要DNA连接酶将其补齐解析：rep蛋白具有解旋功能，破坏的是A与T、G与C之间的氢键；从题图中可看出有了DNA结合蛋白后，碱基对之间不能再形成氢键，可以防止DNA单链重新形成双链；DNA连接酶可以将随从链之间的缺口通过磷酸二酯键连接，从而形成完整的单链。答案：A[归纳·延伸]根据图示信息判断DNA复制的类型在真核生物中，DNA复制一般是多起点复制。在原核生物中，DNA复制一般是一个起点。无论是真核生物还是原核生物，DNA复制大多数都是双向进行的。如图所示为真核生物DNA的多起点、双向复制：图中显示多起点复制，但多起点并非同时进行，其意义在于提高复制速率。3．用15N标记含有100个碱基对的DNA分子(其中有腺嘌呤60个)，该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次。下列有关判断错误的是(　　)A．含有15N的DNA分子有两个B．含有14N的DNA分子占总数的7/8C．第4次复制消耗胞嘧啶脱氧核苷酸320个D．复制共产生16个DNA分子解析：由于DNA分子的复制是半保留复制，亲代DNA分子的两条链始终存在于子代的两个DNA分子中，因此含有15N的DNA分子有两个；该DNA分子是在含14N的培养基中复制的，新形成的子链均含有14N，故所有DNA分子都含14N；根据碱基互补配对原则，DNA分子含有100个碱基对，其中腺嘌呤有60个，则胞嘧啶有40个，第4次复制需消耗胞嘧啶脱氧核苷酸数＝24－1×40＝320(个)；1个DNA分子经过4次复制，共产生DNA分子数＝24＝16(个)。答案：B4．一个双链均被32P标记的DNA由5000个碱基对组成，其中腺嘌呤占20%，将其置于只含31P的环境中复制3次。下列叙述错误的是(　　)A．该DNA分子的特异性与碱基对的排列顺序有关B．复制过程需要2.4×104个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸C．子代DNA分子中含32P的单链与含31P的单链数目之比为1∶7D．子代DNA分子中含32P的分子数目与只含31P的分子数目之比为1∶3解析：由题可知，该DNA分子中胞嘧啶占30%，则该DNA复制时需要消耗游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为10000×30%×(23－1)＝2.1×104。答案：B[错点·混点]DNA复制相关计算的4个易错点(1)复制次数：“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别：前者包括所有的复制，但后者只包括最后一次复制。(2)碱基数目：注意碱基的数目单位是“对”还是“个”。(3)复制模板：在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两个。(4)关键词语：看清是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词。5．通常DNA分子复制从一个复制起始点开始，有单向复制和双向复制，如下图所示：放射性越高的3H­胸腺嘧啶脱氧核糖核苷(3H­脱氧胸苷)，在放射自显影技术的图像上，感光还原的银颗粒密度越高。请利用放射性自显影技术、低放射性3H­脱氧胸苷和高放射性3H­脱氧胸苷，设计实验以确定大肠杆菌DNA复制的方向，简要写出：(1)实验思路：___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)预测实验结果和得出结论：_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)依题意可知：该实验的目的是确定大肠杆菌DNA复制的方向。实验原理是：①放射性越高的3H­胸腺嘧啶脱氧核糖核苷(3H­脱氧胸苷)，在放射自显影技术的图像上，感光还原的银颗粒密度越高。②3H­脱氧胸苷是DNA复制的原料；依据DNA的半保留复制，利用3H标记的低放射性和高放射性的脱氧胸苷使新形成的同一条DNA子链上出现低放射性区段和高放射性区段。③利用放射性自显影技术， 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 子链上银颗粒密度的高低及其分布来判断DNA复制的方向。综上分析可知该实验思路为：复制开始时，首先用含低放射性3H­脱氧胸苷培养基培养大肠杆菌，一段时间后转移到含有高放射性3H­脱氧胸苷的培养基中继续培养，用放射自显影技术观察复制起点和复制起点两侧银颗粒密度情况。(2)依据实验思路可知：若DNA分子复制为单向复制，则复制起点处银颗粒密度低，远离复制起点的一侧银颗粒密度高。若DNA分子复制为双向复制，则复制起点处银颗粒密度低，复制起点的两侧银颗粒密度高。答案：(1)复制开始时，首先用含低放射性3H­脱氧胸苷培养基培养大肠杆菌，一段时间后转移到含有高放射性3H­脱氧胸苷的培养基中继续培养，用放射自显影技术观察复制起点和复制起点两侧银颗粒密度情况(2)若复制起点处银颗粒密度低，一侧银颗粒密度高，则DNA分子复制为单向复制；若复制起点处银颗粒密度低，复制起点的两侧银颗粒密度高，则DNA分子复制为双向复制1．DNA的结构(1)DNA的两条脱氧核苷酸链反向平行盘旋成规则的双螺旋结构。(2)DNA双螺旋结构的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成的。(3)DNA上的碱基对严格遵循碱基互补配对原则，通过氢键连接。(4)DNA分子中脱氧核苷酸(或碱基)的排列顺序代表了遗传信息。2．DNA的复制(1)DNA复制具有边解旋边复制、半保留复制的特点。(2)DNA复制需要解旋酶和DNA聚合酶参与。3．基因(1)基因是具有遗传效应的DNA(核酸)片段。(2)染色体是基因的主要载体，线粒体、叶绿体中也存在基因。1．DNA分子的多样性的原因是什么？提示：不同DNA分子中碱基排列顺序是千变万化的。2．DNA分子的结构具有稳定性的原因是什么？提示：外侧的脱氧核糖和磷酸交替排列的方式稳定不变，内侧碱基配对方式稳定不变。3．DNA分子精确复制的原因是什么？提示：①DNA分子独特的双螺旋结构能够为复制提供模板，②碱基互补配对原则保证了复制能够准确进行。4．说出DNA半保留复制的主要意义。提示：保持亲代细胞和子代细胞遗传信息的连续性。1．(2018·高考海南卷)现有DNA分子的两条单链均只含有14N(表示为14N14N)的大肠杆菌，若将该大肠杆菌在含有15N的培养基中繁殖两代，再转到含有14N的培养基中繁殖一代，则理论上DNA分子的组成类型和比例分别是(　　)A．有15N14N和14N14N两种，其比例为1∶3B．有15N15N和14N14N两种，其比例为1∶1C．有15N15N和14N14N两种，其比例为3∶1D．有15N14N和14N14N两种，其比例为3∶1解析：大肠杆菌14N14N在含有15N的培养基中繁殖，其中子一代大肠杆菌的DNA分子共2个，均为1条链含14N、1条链含15N，子二代大肠杆菌的DNA分子共4个，其中2个DNA分子为1条链含14N、1条链含15N，另外2个DNA分子为2条链均含15N；再转到含有14N的培养基中繁殖一代，子三代大肠杆菌的DNA分子共8个，其中2个DNA分子为2条链均含14N，其余6个DNA分子为1条链含14N、1条链含15N，所以15N14N和14N14N两种分子的比例为3∶1。答案：D2．(新题预测)在含有BrdU的培养液中进行DNA复制时，BrdU会取代胸苷掺入到新合成的链中，形成BrdU标记链。当用某种荧光染料对复制后的染色体进行染色，发现含半标记DNA(一条链被标记)的染色单体发出明亮荧光，含全标记DNA(两条链均被标记)的染色单体荧光被抑制(无明亮荧光)。若将一个细胞置于含BrdU的培养液中，培养到第三个细胞周期的中期进行染色并观察。下列推测错误的是(　　)A．1/2的染色体荧光被抑制B．1/4的染色单体发出明亮荧光C．全部DNA分子被BrdU标记D．3/4的DNA单链被BrdU标记解析：根据题意可知，在第三个细胞周期中期时，含半标记DNA的染色单体分别在两个细胞中，故有两个细胞的两条染色单体荧光全被抑制，有两个细胞中的一条染色单体发出明亮荧光，一条染色单体荧光被抑制，故A、B选项正确；一个DNA分子中有两条脱氧核苷酸链，由于DNA为半保留复制，故不含BrdU标记的两条脱氧核苷酸链分别位于两个DNA分子中，新复制得到的脱氧核苷酸链必然含BrdU标记，故所有DNA分子都被BrdU标记，C选项正确；以第一代细胞中的某一条染色体为参照，在第三个细胞周期中期时一共有16条DNA单链，含BrdU标记的有14条，故有7/8的DNA单链被BrdU标记，D选项错误。答案：D3．(2016·高考全国卷Ⅰ)在有关DNA分子的研究中，常用32P来标记DNA分子。用α、β和γ表示ATP或dATP(d表示脱氧)上三个磷酸基团所处的位置(A－Pα～Pβ～Pγ或dA－Pα～Pβ～Pγ)。回答下列问题；(1)某种酶可以催化ATP的一个磷酸基团转移到DNA末端上，同时产生ADP。若要用该酶把32P标记到DNA末端上，那么带有32P的磷酸基团应在ATP的________(填“α”“β”或“γ”)位上。(2)若用带有32P标记的dATP作为DNA生物合成的原料，将32P标记到新合成的DNA分子上，则带有32P的磷酸基团应在dATP的________(填“α”“β”或“γ”)位上。(3)将一个带有某种噬菌体DNA分子的两条链用32P进行标记，并使其感染大肠杆菌，在不含有32P的培养基中培养一段时间。若得到的所有噬菌体双链DNA分子都装配成噬菌体(n个)并释放，则其中含有32P的噬菌体所占比例为2/n，原因是____________________________________________________________________________________。解析：(1)某种酶可以催化ATP的一个磷酸基团转移到DNA末端上，同时产生ADP。ATP水解时，远离腺苷的高能磷酸键断裂，产生ADP和Pi，释放的能量用于生物体的生命活动。据此并结合题意可知：若要用该酶把32P标记到DNA末端上，那么带有32P的磷酸基团应在ATP的γ位上。(2)dA－Pα～Pβ～Pγ(d表示脱氧)脱去Pβ和Pγ这两个磷酸基团后，余下的结构为腺嘌呤脱氧核苷酸，是DNA的基本组成单位之一。因此，若用带有32P标记的dATP作为DNA生物合成的原料，将32P标记到新合成的DNA分子上，则带有32P的磷酸基团应在dATP的α位上。(3)每个噬菌体只含有1个DNA分子。噬菌体侵染大肠杆菌时，噬菌体的DNA进入到大肠杆菌的细胞中，而蛋白质外壳仍留在大肠杆菌细胞外；在噬菌体的DNA的指导下，利用大肠杆菌细胞中的物质来合成噬菌体的组成成分。已知某种噬菌体DNA分子的两条链都用32P进行标记，该噬菌体所感染的大肠杆菌细胞中不含有32P。综上所述并依据DNA分子的半保留复制可知：一个含有32P标记的双链DNA分子经半保留复制后，标记的两条单链只能分配到两个噬菌体的双链DNA分子，因此在得到的n个噬菌体中只有两个带有标记，即其中含有32P的噬菌体所占比例为2/n。答案：(1)γ(2)α(3)一个含有32P标记的噬菌体双链DNA分子经半保留复制后，标记的两条单链只能分配到两个噬菌体的双链DNA分子中，因此在得到的n个噬菌体中只有2个带有标记课时作业·知能提升