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第17讲 DNA的结构、复制和基因的本质-备战2025年高考生物一轮复习精优课件
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这是一份第17讲 DNA的结构、复制和基因的本质-备战2025年高考生物一轮复习精优课件，共50页。PPT课件主要包含了考点二DNA的复制等内容，欢迎下载使用。
考点1 DNA结构模型的构建 (科学史)
[背景]在确信DNA是遗传物质之后，人们更迫切的想知道：DNA是怎样储存遗传信息的？已知P49：DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链，这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、C、G四种碱基。
晚年沃森和克里克在双螺旋结构模型前的最后一次合影
1. 两人合作研究DNA结构的常用方法是X射线晶体衍射法克里克：物理学家，对X射线晶体衍射图谱的分析十分熟悉。能够帮助沃森理解晶体学原理沃森：生物学家，可以帮助克里克理解生物学的内容。
2. DNA呈螺旋结构的推算1951年11月，英国生物物理学家威尔金斯和同事富兰克林应用X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱。沃森和克里克主要以该照片的有关数据为基础，并推算出DNA呈螺旋结构
“X”形意味着DNA分子是螺旋的
3. 碱基数量的研究奥地利生物化学家查哥夫通过研究发现：在DNA中，腺嘌呤(A)的量 = 胸腺嘧啶(T)的量 鸟嘌呤(G)的量 = 胞嘧啶(C)的量构建模型：碱基安排在双螺旋内部，脱氧核糖-磷酸骨架安排在外部；A与T配对，G与C配对时，A-T碱基对与G-C碱基对具有相同的形状和直径，使得DNA分子具有恒定的直径。
4. 诺贝尔奖1953年，沃森和克里克撰写的论文在英国杂志《自然》上发表.1962，沃森、克里克和威尔金斯三人因这一研究成果共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。
2021·广东 DNA双螺旋结构模型的提出是二十世纪自然科学的伟大成就之一。下列研究成果中，为该模型构建提供主要依据的是（ ）① 赫尔希和蔡斯证明DNA是遗传物质的实验② 富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱③ 查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等④ 沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制A.①② B.②③ C.③④ D.①④
①组成DNA分子的基本元素：
二、DNA的分子组成与结构
②组成DNA分子的基本单位：
二、DNA的分子组成与结构① 外侧的基本骨架：由脱氧核糖和磷酸交替连接② 方向问题两条核苷酸链反向平行
氢键越多，DNA越稳定（即C/G碱基对越多，就越稳定）
Ps. 氢键的形成不需要酶，而断裂需解旋酶或加热处理。
并非所有的DNA都是“双链”，如某些细菌病毒是单链DNA。
明确DNA结构的2种关系
[典例] 课本P51考点用卡片构建DNA平面结构模型,所提供的卡片类型和数量如表所示,下列说法正确的是( )A.最多可构建4种脱氧核苷酸,5个脱氧核苷酸对B.构成的双链DNA片段最多有10个氢键C.DNA中每个脱氧核糖均与1分子磷酸相连D.最多可构建44种不同碱基序列的DNA
[典例] 右图为DNA分子结构示意图，正确描述是( )A. ②和③相间排列，构成了DNA分子的基本骨架B. ④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸C. 当DNA复制时，⑨的形成需要解旋酶D. DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息
考向1 DNA的结构分析
【典例1】(2021·漳州一模)下图为某双链DNA（由甲链和乙链组成）的局部结构简图，图中数字①～⑥表示不同物质或氢键。下列叙述正确的是( )。
四、DNA分子中碱基数量的计算规律
因此：A+G = T+C = A+C = T+G = 总碱基数的一半
（嘌呤总数=嘧啶总数=总碱基数的一半）
规律1：双链DNA分子中，任意两个非互补配对碱基数之和相等，且等于总碱基数的一半。
规律2：碱基在整个DNA的比例，是其在各条单链中比例的平均值。
A1=T2 、T1=A2 、C1=G2 、G1=C2
规律3：互补配对的碱基和在单、双链中所占的比例相等。
规律4：DNA的两条互补链中，互补配对的碱基之和的比值相等， 非互补配对的碱基之和的比值互为倒数。
考向2 DNA结构的相关计算
“三步”解决DNA中有关碱基比例的计算
四、基因通常是有遗传效应的DNA片段
遗传信息是指DNA的四种碱基（脱氧核苷酸）的排列顺序
一段RNA分子由200个核糖核苷酸组成，则该RNA分子可能的种类有_____种。由200个脱氧核苷酸组成的DNA分子，可能的种类有______种。由200个脱氧核苷酸组成的DNA分子，且A:T:C:G=1:2:3:4，则碱基的排列方式有__________种人体内控制β珠蛋白的基因由1700个碱基对组成，其碱基对排列方式有______种
为什么DNA能够提供犯罪嫌疑人的信息？
人类的遗传信息储存在DNA分子中，而且每个个体的DNA的脱氧核苷酸序列是特定的
二、DNA片段中的遗传信息
1.从功能上讲：基因是遗传物质的结构和功能的基本单位。
2.从本质上看：基因是有遗传效应的DNA或RNA片段。
3.从结构上看：基因是含有特定遗传信息的脱氧核苷酸序列或含有特定遗传信息的核糖核苷酸序列。
4.从存在位置看：基因在真核生物中存在于染色体、线粒体和叶绿体中,且在染色体上呈线性排列；基因在原核生物中存在于拟核、质粒的DNA中；基因在病毒中存在于DNA或RNA中。
遗传信息蕴藏在碱基的排列顺序中。碱基的排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性；而碱基的特定的排列顺序又构成了每一个DNA分子的特异性。
三、DNA分子的结构特点
[典例] 图中表示一个DNA分子上三个片段A、B、C。1)片段A和C之所以能称为基因，是因为它们都是_______________。2)基因A和基因C的不同之处的根本原因是 _______________________________________。3) 片段B的为什么不能称作基因__________________________________________。4)一般情况下，在一个DNA分子中类似于B的片段的长度要________类似于A的片段的长度。5)在人类染色体DNA不表达的片段中有一部分是串连重复的序列，它们在个体之间具有显著的差异性，这种短序列应该位于图中的________。
有遗传效应的DNA片段
碱基对的数目和排列顺序不同
B的碱基序列不携带遗传信息，不具有遗传效应
[典例] 关于染色体、DNA、基因三者之间的关系的叙述不正确的是( )A. 每条染色体上含有1个或2个DNA分子，DNA分子上含有多个基因B. 三者都是生物细胞内的遗传物质C. 都能复制、分离和传递，且三者行为一致D. 在生物的繁衍过程中，染色体的行为决定着DNA和基因的行为
考向3 脱氧核苷酸、基因、DNA、染色体的关系
【训练4】下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法，不正确 的是( )。
A.碱基排列顺序的千变万化构成了DNA分子的特异性B.基因通常是具有遗传效应的DNA片段，一个DNA上可含有成百上千个基因C.通常一个基因含有许多个脱氧核苷酸，基因的特异性是由脱氧核苷酸特定的排列顺序决定的D.染色体是DNA的主要载体，一条染色体上含有1个或2个DNA分子
一、DNA半保留复制的实验证据
三、DNA复制过程中的相关计算
四、细胞分裂过程中的染色体和DNA标记问题
一、探究DNA复制方式 —— 假说-演绎法
含15N的双链DNA密度大，含14N的双链DNA密度小，一条含14N，一条含15N的双链DNA密度居中。
原理：用 技术和 技术，根据复制后DNA分子 即可确定复制方式。
DNA以什么方式复制？
①若为半保留复制，离心后的DNA分布位置如下
②若为全保留复制，离心后的DNA分布位置如下：
③若为分散复制，离心后的DNA分布位置如下：
实验结果与半保留推理结果相同。
DNA复制方式为半保留复制。
转移到14NH4Cl的培养液
大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中培养若干代
15N/15N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
结论：DNA的复制是以半保留的方式进行的
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。DNA→DNA。
真核生物主要在细胞核（线粒体、叶绿体）原核生物主要在拟核、细胞质（质粒）
（有丝分裂间期、减数第一次分裂前的间期）
①解旋②合成子链③复旋
合成方向：子链的5’ →3’DNA聚合酶移动 3’→ 5’
母链（旧链）子链（新链）
5. DNA复制所需条件？①模板： ；②原料： ；③酶： ；④能量： ；
亲代DNA分子两条单链
4种游离的脱氧核苷酸（脱氧核糖核苷三磷酸dNTP）
DNA解旋酶、DNA聚合酶等
由细胞呼吸产生的ATP提供
6. 准确复制的原因和意义①DNA具有独特的结构，为复制提供精确的模板， 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。
4. DNA复制特点：边复制、半保留复制
“同时进行复制”还是“同时开始复制”？
意义：加快了DNA复制的速率，为细胞分裂做好准备
考向1 DNA复制的过程和特点分析
A.图中DNA的复制为双向半保留复制B.多起点复制加快了DNA的复制速度C.复制泡3的DNA复制早于复制泡1D.子链的延伸方向与复制叉的推进方向相同
①复制n次后子代DNA个数_______
含最初母链（或含15N）DNA分子__________只含母链的DNA分子________含14N的DNA分子_____________________只含14N的DNA分子___________________
②复制n次后脱氧核苷酸链__________
20全部2n2n－2
三、DNA复制的标记计算问题
1） 复制n次 Vs 第n次复制
2）碱基 Vs 碱基对
3）DNA数 Vs DNA链数
③DNA复制的消耗计算问题亲代DNA分子含有a个某物质（如a个胞嘧啶）则复制n次需要原料a的数量是______________________则复制第n次需要原料a的数量是____________________消耗问题用全保留复制更好想！
２ｎ－１ ×a
考向2 DNA复制过程的有关计算
【训练2】(2022·珠海联考)下图为DNA片段1经过诱变处理后获得DNA片段2，而后DNA片段2经过复制得到DNA片段3的示意图（除图中变异位点外，不考虑其他位点的变异）。下列叙述正确的是( )。
1.有丝分裂过程中染色体标记情况分析
（1）过程图解（一般只研究一条染色体）： 复制一次（母链标记,培养液不含标记同位素）：
转至不含放射性培养液中再培养一个细胞周期：
（2）规律总结：若只复制一次,产生的子染色体都带有标记；若复制两次,产生的子染色体只有一半带有标记。
2.减数分裂过程中染色体标记情况分析
（1）过程图解：减数分裂一般选取一对同源染色体为研究对象,如下图（母链标记,培养 液不含标记同位素）：
（2）规律总结：由于减数分裂没有细胞周期,DNA只复制一次,因此产生的子染色体都带有标记。
考向3 DNA复制与细胞分裂的关系
考点1 DNA结构模型的构建 (科学史)
[背景]在确信DNA是遗传物质之后，人们更迫切的想知道：DNA是怎样储存遗传信息的？已知P49：DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链，这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、C、G四种碱基。
晚年沃森和克里克在双螺旋结构模型前的最后一次合影
1. 两人合作研究DNA结构的常用方法是X射线晶体衍射法克里克：物理学家，对X射线晶体衍射图谱的分析十分熟悉。能够帮助沃森理解晶体学原理沃森：生物学家，可以帮助克里克理解生物学的内容。
2. DNA呈螺旋结构的推算1951年11月，英国生物物理学家威尔金斯和同事富兰克林应用X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱。沃森和克里克主要以该照片的有关数据为基础，并推算出DNA呈螺旋结构
“X”形意味着DNA分子是螺旋的
3. 碱基数量的研究奥地利生物化学家查哥夫通过研究发现：在DNA中，腺嘌呤(A)的量 = 胸腺嘧啶(T)的量 鸟嘌呤(G)的量 = 胞嘧啶(C)的量构建模型：碱基安排在双螺旋内部，脱氧核糖-磷酸骨架安排在外部；A与T配对，G与C配对时，A-T碱基对与G-C碱基对具有相同的形状和直径，使得DNA分子具有恒定的直径。
4. 诺贝尔奖1953年，沃森和克里克撰写的论文在英国杂志《自然》上发表.1962，沃森、克里克和威尔金斯三人因这一研究成果共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。
2021·广东 DNA双螺旋结构模型的提出是二十世纪自然科学的伟大成就之一。下列研究成果中，为该模型构建提供主要依据的是（ ）① 赫尔希和蔡斯证明DNA是遗传物质的实验② 富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱③ 查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等④ 沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制A.①② B.②③ C.③④ D.①④
①组成DNA分子的基本元素：
二、DNA的分子组成与结构
②组成DNA分子的基本单位：
二、DNA的分子组成与结构① 外侧的基本骨架：由脱氧核糖和磷酸交替连接② 方向问题两条核苷酸链反向平行
氢键越多，DNA越稳定（即C/G碱基对越多，就越稳定）
Ps. 氢键的形成不需要酶，而断裂需解旋酶或加热处理。
并非所有的DNA都是“双链”，如某些细菌病毒是单链DNA。
明确DNA结构的2种关系
[典例] 课本P51考点用卡片构建DNA平面结构模型,所提供的卡片类型和数量如表所示,下列说法正确的是( )A.最多可构建4种脱氧核苷酸,5个脱氧核苷酸对B.构成的双链DNA片段最多有10个氢键C.DNA中每个脱氧核糖均与1分子磷酸相连D.最多可构建44种不同碱基序列的DNA
[典例] 右图为DNA分子结构示意图，正确描述是( )A. ②和③相间排列，构成了DNA分子的基本骨架B. ④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸C. 当DNA复制时，⑨的形成需要解旋酶D. DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息
考向1 DNA的结构分析
【典例1】(2021·漳州一模)下图为某双链DNA（由甲链和乙链组成）的局部结构简图，图中数字①～⑥表示不同物质或氢键。下列叙述正确的是( )。
四、DNA分子中碱基数量的计算规律
因此：A+G = T+C = A+C = T+G = 总碱基数的一半
（嘌呤总数=嘧啶总数=总碱基数的一半）
规律1：双链DNA分子中，任意两个非互补配对碱基数之和相等，且等于总碱基数的一半。
规律2：碱基在整个DNA的比例，是其在各条单链中比例的平均值。
A1=T2 、T1=A2 、C1=G2 、G1=C2
规律3：互补配对的碱基和在单、双链中所占的比例相等。
规律4：DNA的两条互补链中，互补配对的碱基之和的比值相等， 非互补配对的碱基之和的比值互为倒数。
考向2 DNA结构的相关计算
“三步”解决DNA中有关碱基比例的计算
四、基因通常是有遗传效应的DNA片段
遗传信息是指DNA的四种碱基（脱氧核苷酸）的排列顺序
一段RNA分子由200个核糖核苷酸组成，则该RNA分子可能的种类有_____种。由200个脱氧核苷酸组成的DNA分子，可能的种类有______种。由200个脱氧核苷酸组成的DNA分子，且A:T:C:G=1:2:3:4，则碱基的排列方式有__________种人体内控制β珠蛋白的基因由1700个碱基对组成，其碱基对排列方式有______种
为什么DNA能够提供犯罪嫌疑人的信息？
人类的遗传信息储存在DNA分子中，而且每个个体的DNA的脱氧核苷酸序列是特定的
二、DNA片段中的遗传信息
1.从功能上讲：基因是遗传物质的结构和功能的基本单位。
2.从本质上看：基因是有遗传效应的DNA或RNA片段。
3.从结构上看：基因是含有特定遗传信息的脱氧核苷酸序列或含有特定遗传信息的核糖核苷酸序列。
4.从存在位置看：基因在真核生物中存在于染色体、线粒体和叶绿体中,且在染色体上呈线性排列；基因在原核生物中存在于拟核、质粒的DNA中；基因在病毒中存在于DNA或RNA中。
遗传信息蕴藏在碱基的排列顺序中。碱基的排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性；而碱基的特定的排列顺序又构成了每一个DNA分子的特异性。
三、DNA分子的结构特点
[典例] 图中表示一个DNA分子上三个片段A、B、C。1)片段A和C之所以能称为基因，是因为它们都是_______________。2)基因A和基因C的不同之处的根本原因是 _______________________________________。3) 片段B的为什么不能称作基因__________________________________________。4)一般情况下，在一个DNA分子中类似于B的片段的长度要________类似于A的片段的长度。5)在人类染色体DNA不表达的片段中有一部分是串连重复的序列，它们在个体之间具有显著的差异性，这种短序列应该位于图中的________。
有遗传效应的DNA片段
碱基对的数目和排列顺序不同
B的碱基序列不携带遗传信息，不具有遗传效应
[典例] 关于染色体、DNA、基因三者之间的关系的叙述不正确的是( )A. 每条染色体上含有1个或2个DNA分子，DNA分子上含有多个基因B. 三者都是生物细胞内的遗传物质C. 都能复制、分离和传递，且三者行为一致D. 在生物的繁衍过程中，染色体的行为决定着DNA和基因的行为
考向3 脱氧核苷酸、基因、DNA、染色体的关系
【训练4】下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法，
A.碱基排列顺序的千变万化构成了DNA分子的特异性B.基因通常是具有遗传效应的DNA片段，一个DNA上可含有成百上千个基因C.通常一个基因含有许多个脱氧核苷酸，基因的特异性是由脱氧核苷酸特定的排列顺序决定的D.染色体是DNA的主要载体，一条染色体上含有1个或2个DNA分子
一、DNA半保留复制的实验证据
三、DNA复制过程中的相关计算
四、细胞分裂过程中的染色体和DNA标记问题
一、探究DNA复制方式 —— 假说-演绎法
含15N的双链DNA密度大，含14N的双链DNA密度小，一条含14N，一条含15N的双链DNA密度居中。
原理：用 技术和 技术，根据复制后DNA分子 即可确定复制方式。
DNA以什么方式复制？
①若为半保留复制，离心后的DNA分布位置如下
②若为全保留复制，离心后的DNA分布位置如下：
③若为分散复制，离心后的DNA分布位置如下：
实验结果与半保留推理结果相同。
DNA复制方式为半保留复制。
转移到14NH4Cl的培养液
大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中培养若干代
15N/15N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
结论：DNA的复制是以半保留的方式进行的
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。DNA→DNA。
真核生物主要在细胞核（线粒体、叶绿体）原核生物主要在拟核、细胞质（质粒）
（有丝分裂间期、减数第一次分裂前的间期）
①解旋②合成子链③复旋
合成方向：子链的5’ →3’DNA聚合酶移动 3’→ 5’
母链（旧链）子链（新链）
5. DNA复制所需条件？①模板： ；②原料： ；③酶： ；④能量： ；
亲代DNA分子两条单链
4种游离的脱氧核苷酸（脱氧核糖核苷三磷酸dNTP）
DNA解旋酶、DNA聚合酶等
由细胞呼吸产生的ATP提供
6. 准确复制的原因和意义①DNA具有独特的结构，为复制提供精确的模板， 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。
4. DNA复制特点：边复制、半保留复制
“同时进行复制”还是“同时开始复制”？
意义：加快了DNA复制的速率，为细胞分裂做好准备
考向1 DNA复制的过程和特点分析
A.图中DNA的复制为双向半保留复制B.多起点复制加快了DNA的复制速度C.复制泡3的DNA复制早于复制泡1D.子链的延伸方向与复制叉的推进方向相同
①复制n次后子代DNA个数_______
含最初母链（或含15N）DNA分子__________只含母链的DNA分子________含14N的DNA分子_____________________只含14N的DNA分子___________________
②复制n次后脱氧核苷酸链__________
20全部2n2n－2
三、DNA复制的标记计算问题
1） 复制n次 Vs 第n次复制
2）碱基 Vs 碱基对
3）DNA数 Vs DNA链数
③DNA复制的消耗计算问题亲代DNA分子含有a个某物质（如a个胞嘧啶）则复制n次需要原料a的数量是______________________则复制第n次需要原料a的数量是____________________消耗问题用全保留复制更好想！
２ｎ－１ ×a
考向2 DNA复制过程的有关计算
【训练2】(2022·珠海联考)下图为DNA片段1经过诱变处理后获得DNA片段2，而后DNA片段2经过复制得到DNA片段3的示意图（除图中变异位点外，不考虑其他位点的变异）。下列叙述正确的是( )。
1.有丝分裂过程中染色体标记情况分析
（1）过程图解（一般只研究一条染色体）： 复制一次（母链标记,培养液不含标记同位素）：
转至不含放射性培养液中再培养一个细胞周期：
（2）规律总结：若只复制一次,产生的子染色体都带有标记；若复制两次,产生的子染色体只有一半带有标记。
2.减数分裂过程中染色体标记情况分析
（1）过程图解：减数分裂一般选取一对同源染色体为研究对象,如下图（母链标记,培养 液不含标记同位素）：
（2）规律总结：由于减数分裂没有细胞周期,DNA只复制一次,因此产生的子染色体都带有标记。
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