适用于新教材2024版高考生物一轮总复习第6单元遗传的分子基础第23讲DNA分子的结构和复制基因的本质课件新人教版

这是一份适用于新教材2024版高考生物一轮总复习第6单元遗传的分子基础第23讲DNA分子的结构和复制基因的本质课件新人教版，共52页。PPT课件主要包含了素养目标，内容索引，强基础·增分策略，提能力·精准突破，练高考·衍生训练，研情境·素养突破，2过程，方法突破，考向探究等内容，欢迎下载使用。

1 强基础·增分策略
一、DNA的结构1.DNA双螺旋结构模型的构建(1)构建者:　沃森和克里克　。 (2)构建过程
2.DNA分子的结构层次
特别提醒 一个双链DNA分子具有2个游离的磷酸基团,而环状DNA不存在。
3.DNA的双螺旋结构内容(1)DNA由　两　条脱氧核苷酸单链组成,并按　反向平行　的方式盘旋成双螺旋结构。 (2)外侧:　脱氧核糖　和　磷酸　交替连接构成基本骨架。 (3)内侧:两条链上的碱基通过氢键连接成　碱基对　。碱基互补配对遵循以下原则:A=T(2个氢键)、G≡C(3个氢键)。 
4.DNA的结构特点
旁栏边角(必修2 P50图3-8)分析DNA两条链反向平行的原因。提示:脱氧核糖上与碱基相连的碳叫作1'-C,与磷酸基团相连的碳叫作5'-C。DNA的一条单链具有两个末端,一端有一个游离的磷酸基团,这一端称作5'-端,另一端有一个羟基(—OH),称作3'-端。DNA的两条单链走向相反,从双链的一端起始,一条单链是从5'-端到3'-端的,另一条单链则是从3'-端到5'-端的。　
易错辨析(1)沃森和克里克提出腺嘌呤的量等于胸腺嘧啶的量;鸟嘌呤的量等于胞嘧啶的量。(必修2 P48“思考·讨论”)(　×　)(2)DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基。(必修2 P50图3-8)(　×　)(3)DNA分子一条链上的相邻碱基通过磷酸—脱氧核糖—磷酸相连。(必修2 P50图3-8)(　×　)
二、DNA的复制及基因的概念1.DNA半保留复制的实验证据
2.DNA的复制(1)概念、时间、场所。
(3)特点:　边解旋　边复制(过程上)、半保留复制(结果上)。 (4)准确复制的原因和意义:每个子代DNA分子都保留原DNA的一条链。①DNA具有独特的　双螺旋　结构,为复制提供精确的模板,　碱基互补配对　原则,保证了复制能准确进行。 ②DNA分子通过复制,将遗传信息从亲代传给了子代,保持了遗传信息的　连续性　。 
3.染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系
旁栏边角(必修2 P56“拓展应用”)真核细胞中DNA复制的速率一般为50~100 bp/s,果蝇DNA的电镜照片中有一些泡状结构,叫作DNA复制泡,是DNA上正在复制的部分,果蝇DNA上形成多个复制泡,这说明了什么?提示:果蝇的DNA有多个复制起点,可同时从不同起点开始DNA复制,由此加快DNA复制的速率,为细胞分裂做好物质准备。
易错辨析(1)将已被15N标记了DNA的大肠杆菌在含14N的培养基中培养繁殖一代,若子代大肠杆菌的DNA分子中既含有14N,又含有15N,则可说明DNA的复制为半保留复制。(必修2 P54“思考·讨论”)(　×　)(2)DNA分子复制时,解旋酶与DNA聚合酶不能同时发挥作用。(必修2 P55图3-10)(　×　)(3)单个脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下连接合成新的子链。(必修2 P55图3-10)(　×　)(4)基因的遗传效应是指基因能够复制、传递和表达性状的过程。(必修2 P59正文)(　√　)
2 提能力·精准突破
双链DNA中碱基数量的计算规律
考向1 结合DNA分子的结构及特点,考查结构与功能观1.(2022浙江选考)某同学欲制作DNA双螺旋结构模型,已准备了足够的相关材料。下列叙述正确的是(　　)A.在制作脱氧核苷酸时,需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基B.制作模型时,鸟嘌呤与胞嘧啶之间用2个氢键连接物相连C.制成的模型中,腺嘌呤与胞嘧啶之和等于鸟嘌呤和胸腺嘧啶之和D.制成的模型中,磷酸和脱氧核糖交替连接位于主链的内侧答案:C
解析:在制作脱氧核苷酸时,需在脱氧核糖上连接磷酸和碱基,A项错误;鸟嘌呤和胞嘧啶之间由3个氢键连接,B项错误;DNA的两条链之间遵循碱基互补配对原则,即A=T、C=G,故在制作的模型中A+C=G+T,C项正确;DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成主链的基本骨架,碱基则位于主链内侧,D项错误。
拓展归纳明确DNA结构的两种关系
考向2 借助DNA分子结构相关计算,考查科学思维能力2.(2021北京高考)酵母菌的DNA中碱基A约占32%,下列关于酵母菌核酸的叙述,错误的是(　　)A.DNA复制后A约占32%B.DNA中C约占18%
D.RNA中U约占32%答案:D
解析:DNA复制以亲代DNA为模板,遵循碱基互补配对原则,所以复制后A约占32%,A项正确;酵母菌的DNA中碱基A约占32%,则C约占50%-32%= 18%,B项正确;DNA中A与T配对,G与C配对,所以 =1,C项正确;RNA是以DNA分子一条链为模板转录而来的,由于无法确定DNA分子一条链中碱基A所占比例,所以不能确定RNA中碱基U的比例,D项错误。
3.某DNA分子含有1 000个碱基对,其中A的含量为30%,α链中G的含量为30%,下列与该DNA分子有关的叙述,正确的是(　　)A.该DNA分子中含有的氢键数为2.4×103个B.该DNA分子的两条单链中(A+C)/(T+G)的值一定相等C.该DNA分子的α链中碱基A所占的比例在0~40%内D.由于碱基互补配对,DNA分子中C与G的和一定占50%答案:A
解析:该DNA分子中A=T=2 000×30%=600,G=C=2 000×20%=400,A—T之间有2个氢键,C—G之间有3个氢键,所以该DNA分子中氢键数为600×2+400×3=2 400(个),A项正确;DNA分子中,A与T数量相等,C与G数量相等,(A+C)/(T+G)=1,而两条单链中该值互为倒数,B项错误;该DNA分子中A的含量为30%,则T的含量也为30%,α链中A+T的含量与DNA分子中A+T的含量相等,都为60%,若α链不含A,则该链中A的含量为0,若该DNA分子中的碱基A都在α链中,则该链中A的含量为60%,所以α链中碱基A的比例在0~60%内,C项错误;由于碱基互补配对,DNA分子中A+C和T+G一定占50%,该DNA分子中G+C占40%,D项错误。
规律方法“三步”解决DNA分子中有关碱基比例的计算
“图解法”分析DNA复制相关计算
(1)将1个只含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基中连续复制n次(如上图),则:
(2)DNA分子复制过程中消耗的脱氧核苷酸数①若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,经过n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·(2n-1)个。②第n次复制需要该种脱氧核苷酸数为m·2n-1个。
考向1 分析DNA半保留复制的实验证据,考查科学探究1.(2022菏泽期末)某生物兴趣小组将大肠杆菌在含15N的培养基中繁殖数代后,使大肠杆菌DNA的含氮碱基都含有15N。然后再将其转入含14N的培养基中培养,提取亲代及子代的DNA,离心分离,如图①~⑤为可能的结果。下列有关叙述错误的是(　　)
A.实验过程中,所使用的研究方法是同位素标记法、密度梯度离心法B.根据含14N或15N的DNA离心后的位置,⑤为亲代、②为子一代C.若出现图中③的结果(带宽比为3∶1),则亲代DNA进行了3次复制D.若将DNA处理成单链后再离心,也可以证明DNA的复制为半保留复制答案:D
解析:验证DNA半保留复制的实验过程中要用到同位素标记法和密度梯度离心法,A项正确;根据题干信息,亲代DNA的含氮碱基都含有15N,离心后属于重带,即图中⑤,再将其转入含14N的培养基中培养,形成的子一代DNA一条链是15N,一条链是14N,离心后属于中带,即图中②,B项正确;亲代DNA进行3次复制,形成了8个DNA,其中2个DNA一条链是15N,一条链是14N,另外6个DNA两条链都是14N,离心后出现图中③的结果(带宽比为3∶1),C项正确;一个DNA分子形成两个DNA分子,如果是全保留复制,其中一个是亲代的DNA分子,而另一个则是新形成的DNA分子,DNA处理成单链后再离心,出现重带和轻带,如果是半保留复制,则新形成的两个DNA分子,一条链是15N,一条链是14N,DNA处理成单链后再离心,也出现重带和轻带,无法证明DNA的复制为半保留复制,D项错误。
考向2 围绕DNA复制过程与特点,考查理解能力2.(2022德州期末)关于DNA分子复制机制,科学家用荧光染料给Rep(DNA解旋酶中作为引擎的那部分结构,驱动复制叉的移动)加上了绿色荧光蛋白从而获知被标记的分子相对于DNA分子的运动轨迹,结果如图所示。下列相关叙述错误的是(　　)
A.DNA分子的一条单链中,具有一个游离的磷酸集团的一端被称为3'-端B.Rep可以破坏DNA双链之间的氢键C.DNA结合蛋白可能具有防止DNA单链重新形成双链的作用D.根据材料推断Rep推动复制叉移动需要水解ATP提供能量
答案:A解析:DNA分子的一条单链中,具有一个游离的磷酸基团的一端被称为5'-端,A项错误;由题干可知,Rep是DNA解旋酶中作为引擎的那部分结构,能驱动复制叉的移动,使得双链打开,故Rep可以破坏DNA双链之间的氢键,B项正确;DNA结合蛋白缠绕在DNA单链上,可防止DNA单链重新形成双链,C项正确;DNA复制需要ATP提供能量,Rep推动复制叉移动也需要消耗能量,通过水解ATP提供能量,D项正确。
考向3 围绕DNA分子复制的相关计算,考查演绎推理能力3.(2021浙江选考)含有100个碱基对的一个DNA分子片段,其中一条链的A+T占40%,它的互补链中G与T分别占22%和18%,如果连续复制2次,则需游离的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸数量为(　　)A.240个　B.180个C.114个D.90个答案:B解析:该双链DNA分子共含有100个碱基对,其中一条链A与T之和占40%,则这条链A+T=100×40%=40(个),G+C=60(个);根据碱基互补配对原则A=T,G=C可知,另一条链同样A+T=40(个),G+C=60(个);由G=C可知,该DNA双链中G=C=60(个)。如果连续复制2次,根据半保留复制的特点,则需游离的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸=(22-1)×60=180(个)。　
4.(2022滨州模拟)用15N标记两条链含有100个碱基对的DNA分子,其中胞嘧啶有60个,该DNA分子在含14N的培养基中连续复制3次。下列有关说法不正确的是(　　)A.该DNA分子含有的氢键数目是260个B.该DNA分子复制3次共需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸320个C.子代DNA分子中含15N的单链与含14N的单链之比为1∶7D.子代DNA分子中含15N的DNA分子与含14N的DNA分子之比为1∶4答案:B
解析:该DNA分子有100个碱基对,其中胞嘧啶有60个,则G有60个,A和T各有40个,又知C、G之间有3个氢键,A、T之间有2个氢键,因此氢键数目为60×3+40×2=260(个),A项正确;该DNA分子含有腺嘌呤脱氧核苷酸(A)40个,则复制3次共需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸的数目为(23-1)×40=280 (个),B项错误;该DNA分子复制3次共产生8个DNA分子、16条DNA单链,其中2条链含15N,故含15N的单链与含14N的单链之比为2∶14,即1∶7,C项正确;该DNA分子复制3次共产生8个DNA分子,其中2个DNA分子含有15N,8个DNA分子都含有14N,故二者之比为1∶4,D项正确。
考向 围绕基因的本质,考查生命观念1.(2022广州模拟)下列有关基因、DNA、染色体的说法,错误的是(　　)A.碱基特定的排列顺序构成了每一个DNA分子的特异性B.随着细胞质基因的发现,基因与染色体的关系可概括为染色体是基因的主要载体C.分子大小相同、碱基含量相同的基因所携带的遗传信息一定相同D.一条染色体上含有1个或2个DNA分子答案:C解析:分子大小相同、碱基含量相同的基因中碱基排列顺序可能不同,所携带的遗传信息可能不同,C项错误。
2.(2022大连模拟)基因通常是有遗传效应的DNA片段,眼色基因(红眼基因R、白眼基因r)位于果蝇的X染色体上,下列叙述正确的是(　　)A.雌雄果蝇细胞内的基因都是随染色体的复制而复制的B.同一DNA分子上不可能同时含有两个控制眼色的基因C.果蝇正常的卵原细胞有丝分裂时,红眼基因最多有4个D.白眼基因的两侧也都是基因,其中只有一条链可以转录血红蛋白基因答案:C
解析:果蝇属于真核生物,其基因主要位于染色体上,但细胞质中也有分布,故果蝇细胞内的基因不都是随染色体的复制而复制的,A项错误;一个DNA分子上有多个基因,同一DNA分子上可能同时含有两个控制眼色的基因,如朱红眼和深红眼,B项错误;雌果蝇的基因型可能为XRXR,则该个体在有丝分裂前的间期复制后可能含有四个XR基因,即红眼基因最多有4个,C项正确;基因通常是有遗传效应的DNA片段,一般来说,白眼基因的两侧为非基因片段,且由于基因的选择性表达,控制白眼的基因不能转录出血红蛋白,D项错误。
3 练高考·衍生训练
角度1 考查DNA的结构1.(2022广东高考)λ噬菌体的线性双链DNA两端各有一段单链序列。这种噬菌体在侵染大肠杆菌后其DNA会自连环化(如图所示),该线性分子两端能够相连的主要原因是(　　)A.单链序列脱氧核苷酸数量相等B.分子骨架同为脱氧核糖与磷酸C.单链序列的碱基能够互补配对D.自连环化后两条单链方向相同答案:C解析:分析图中DNA两端单链的碱基序列可知,单链序列的碱基能够互补配对,从而使其DNA自连环化,C项符合题意。
角度2 考查DNA复制及有关计算2.(2021海南高考)已知5-溴尿嘧啶(BU)可与碱基A或G配对。大肠杆菌DNA上某个碱基位点已由A—T转变为A—BU,要使该位点由A—BU转变为G—C,则该位点所在的DNA至少需要复制的次数是(　　)A.1　B.2C.3D.4答案:B解析:根据题意可知,BU可以与A或G配对,由于大肠杆菌DNA上某个碱基位点已由A—T转变为A—BU,所以复制一次会得到G—BU,复制第二次时会得到G—C,所以至少需要经过2次复制后,才能实现该位点由A—BU转变为G—C,B项正确。
3.(2021辽宁高考)下列有关细胞内的DNA及其复制过程的叙述,正确的是(　　)A.子链延伸时游离的脱氧核苷酸添加到3'-端B.子链的合成过程不需要引物参与C.DNA每条链的5'-端是羟基末端D.DNA聚合酶的作用是打开DNA双链答案:A解析:子链延伸时5'-端→3'-端合成,故游离的脱氧核苷酸添加到3'-端,A项正确;子链的合成过程需要引物参与,B项错误;DNA每条链的5'-端是磷酸基团末端,3'-端是羟基末端,C项错误;解旋酶的作用是打开DNA双链,D项错误。
4 研情境·素养突破
DNA复制与“冈崎片段”典例突破(2022临沂模拟)研究发现,DNA复制始于基因组中的复制起点,即启动蛋白的靶标位点。启动蛋白能识别富含A—T碱基对的序列,一旦复制起点被识别,启动蛋白就会募集其他蛋白质一起形成前复制复合物,从而解开双链DNA,形成复制叉(如图)。下列叙述正确的是(　　)
A.复制开始时,酶X将DNA双螺旋的两条链解开B.DNA复制在细胞分裂前的间期随染色体复制完成C.冈崎片段在DNA聚合酶的催化作用下连接形成滞后链D.DNA解旋困难程度与A—T碱基对所占比例呈正相关答案:B
解析:由题图可知,酶X为DNA聚合酶,催化前导链和滞后链的合成,A项错误;染色体主要由DNA和蛋白质组成,DNA复制在细胞分裂前的间期随染色体复制完成,B项正确;冈崎片段在DNA连接酶的催化作用下连接形成滞后链,C项错误;A—T碱基对含两个氢键,C—G碱基对含三个氢键,含C—G碱基对多的DNA解旋所需能量更多,解旋更加困难,D项错误。
情境拓展DNA复制时,由于DNA聚合酶合成方向均是5'-端到3'-端方向,不是3'-端到5'-端方向,而DNA的两条链是反向平行的,故在复制叉附近解开的DNA链,一条是5'-端到3'-端方向,另一条是3'-端到5'-端方向。那么如何解释DNA的两条链是同时进行复制的呢?学者冈崎等人发现在DNA复制中,滞后链的合成是由DNA聚合酶合成的不连续、相对较短的DNA片段通过DNA连接酶连接而成的长链,此不连续、相对较短的DNA片段称为冈崎片段。如图:
突破训练(2022襄城模拟)端粒是存在于染色体两端的一段特殊序列的DNA。端粒学说认为随细胞不断分裂,线性染色体的末端不断缩短,当缩短至染色体的临界长度时,细胞将失去活性而衰老死亡。研究发现,端粒缩短与DNA复制方式有关,不易分裂的上皮细胞、软骨细胞端粒酶的活性很低,而分裂旺盛的癌细胞、造血干细胞端粒酶的活性较高。如图为人体细胞内DNA复制部分过程示意图,相关叙述错误的是(　　)