【创新设计】2014届高考生物一轮复习方案 2-2 DNA分子的结构、复制及基因是 新人教版必修2.doc
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1、第2讲DNA分子的结构、复制及基因是有遗传效应的DNA片段DNA分子结构的主要特点()基因的概念()DNA分子的复制()知识点一DNA分子的结构知识点二DNA分子的复制1对DNA分子复制的推测沃森和克里克提出了遗传物质自我复制的假说2DNA分子的复制(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链、子链盘绕成_(3)发生时期:有丝分裂的_和_的间期,随染色体复制而完成的(4)所需条件:模板:_;原料:_;能量:ATP;酶:_等(5)结果:1个DNA分子就形成_完全相同的DNA分子。(6)特点(7)(8)意
2、义知识点三基因是有遗传效应的DNA片段1基因与DNA的关系(1)基因是有_的DNA片段(2)每个DNA分子含有_个基因(3)DNA分子中存在不是基因的片段2DNA片段中的遗传信息(1)DNA分子能够储存足够量的_(2)遗传信息蕴藏在4种碱基的_之中(3)DNA分子的多样性源于_的多样性(4)DNA分子的特异性源于每个DNA分子的碱基的_顺序3基因与性状的关系基因是控制生物性状的结构单位和功能单位4生物体多样性和特异性的物质基础_分子的多样性和特异性试一试:你是否能用图解的形式表示染色体、DNA、基因、蛋白质及性状的关系?巧记:DNA分子结构的“五四三二一”、(磷酸、脱氧核糖、碱基)脱氧核苷酸长
3、链(碱基对有A与T、G与C两种配对方式)判一判1DNA初步水解的产物是4种脱氧核苷酸,彻底水解的产物有磷酸、脱氧核糖和碱基(A、T、G、C 4种)()。2T2噬菌体DNA中碱基对的排列顺序是千变万化的()。3DNA复制的场所不只是细胞核()。4DNA双螺旋全部解链后,开始DNA复制()。5单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接成子链,并且2条子链形成子代DNA分子()。6有遗传效应的片段只有DNA片段()。7某DNA片段中有100个脱氧核苷酸,则可能的排列顺序为2100种()。自我校对:磷酸脱氧核糖脱氧核苷酸脱氧核苷酸链双螺旋23碱基互补配对碱基互补配对双螺旋结构间期减数第一次分裂前DNA分子的
4、两条链4种游离的脱氧核苷酸解旋酶、DNA聚合酶2个边解旋边复制双螺旋结构碱基互补配对原则连续性基因突变遗传效应多遗传信息排列顺序碱基排列顺序特定的排列DNA试一试:染色体DNA基线性排列因蛋白质生物(性状)多样性判一判:1.2.3.4.5.6.7.提示5.在DNA聚合酶的作用下,而不是DNA酶;子代DNA是亲代1条模板链和子链形成。7.排列顺序应为4n,n指碱基对数,100个50对,即应为450种,其中“4”有特定含义,代表4种碱基,不能写成2100。DNA分子的结构、特性及基因的本质一、DNA分子的结构与特性1DNA分子结构模式图信息解读(1)每个脱氧核苷酸中,脱氧核糖中1号碳与碱基相连接,
5、5号碳与磷酸相连接,3号碳上的OH与下一个脱氧核苷酸的磷酸脱水聚合形成磷酸二酯键相连接,如图。(2)、之间的数量关系是111。(3)两个核苷酸的和之间的磷酸二酯键,用限制性核酸内切酶处理可切断,用DNA连接酶处理可连接。(4)碱基对之间的氢键(一种分子间作用力,不是化学键),可用解旋酶断裂,也可加热断裂。2DNA分子特性(1)稳定性:磷酸和脱氧核糖交替连接,排列在外侧构成基本骨架。(2)多样性:碱基对多种多样的排列顺序。 若某DNA分子中有n个碱基对,则排列顺序有4n种,其中n代表碱基对数。(3)特异性:每种DNA分子都有特定的碱基对排列顺序,代表了特定的遗传信息。二、碱基互补配对原则及相关计
6、算(1)嘌呤总数与嘧啶总数相等,即AGTC。(2)在双链DNA分子中,互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等。设在双链DNA分子中的一条链上A1T1n%,因为A1T2,A2T1,则:A1T1A2T2n%。所以ATA1A2T1T2n%。简记为“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等”。(3)双链DNA分子中,非互补碱基之和所占比例在两条互补链中互为倒数。设双链DNA分子中,一条链上:m,则:m,互补链上。简记为:“DNA两互补链中,不配对两碱基和的比值乘积为1。” DNA分子中的其他数量关系(1)DNA分子中,脱氧核苷酸数脱氧核糖数磷酸数含氮碱基数1111。(2)配对的碱基,
7、A与T之间形成2个氢键,G与C之间形成3个氢键,CG对占比例越大,DNA结构越稳定。(3)每条脱氧核苷酸链上都只有一个游离的磷酸基,因此DNA分子中含有2个游离的磷酸基。三、基因与脱氧核苷酸、DNA和染色体之间的关系关系内容基因与脱氧核苷酸基因的基本组成单位是脱氧核苷酸,基因中脱氧核苷酸的排列顺序称为遗传信息基因与DNA基因是有遗传效应的DNA片段,每个DNA分子上有很多个基因基因与染色体基因在染色体上呈线性排列,染色体是基因的主要载体图示 (1)对于真核细胞来说,染色体是基因的主要载体;线粒体和叶绿体也是基因的载体。(2)对于原核细胞来说,拟核中的DNA分子或者质粒DNA均是裸露的,并不与蛋
8、白质一起构成染色体。本考点高考命题多以选择题形式出现,考查概念、特点等基础知识较常见,试题难度小,命题频率低。提醒考生要关注与碱基互补配对相关的计算,2014未必不考。【典例1】(易错题)在一个DNA分子中,腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基数目的54%,其中一条链中鸟嘌呤、胸腺嘧啶分别占该链碱基总数的22%和28%,则由该链转录的信使RNA中鸟嘌呤占碱基总数的()。A24% B22% C26% D23%破题关键解析若计算信使RNA中鸟嘌呤所占比例,应该先计算DNA分子的模板链中C所占比例。根据规律(2)可知,在模板链中AT所占比例也为54%,又因为该链中G22%,所以C1(54%22%)24%。
9、答案A单双链转化公式的推导:本题可直接应用(1)公式推导(结合下图):由图知:A1T1C1G1mA2T2G2C2m,整个双链DNA上的碱基总数为2m。A1T2、T1A2则A1T1A2T2,AT(A1T1)(A2T2),比值:单链1的比值单链2的比值双链DNA的比值简记为“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等”。【训练1】下列是一组有关双链DNA分子中含氮碱基的问题,请回答:(1)若A占20%,G占多少? (2)若双链DNA分子中A占20%,且一条链中的A为20%,则此链中C的最大值是多少?(3)一条链中0.4,互补链中的此值是多少?(4)一条链中0.4,互补链中的此值是多少?(5)若A有P
10、个,占全部碱基数的20%,则该DNA分子中的G有多少个?解析本题通过DNA分子中的碱基组成及其比例,考查碱基互补配对原则,正确理解DNA分子中的碱基配对原则是正确解题的关键。(1)由“双链DNA分子的嘌呤碱基占总碱基数的一半”可知:AG50%,因此G30%。(2)由双链DNA分子中A占20%可知:该DNA分子中AT占40%,CG占60%,对任一条链而言,某种碱基的最大值就是该对碱基所占的比例,因此,C最多时占该链的60%。(3)由“双链DNA分子中,一条链中的与另一条链中的该比值互为倒数”可知:其互补链中的2.5。(4)由于“双链DNA分子及任一条链中的为一定值”,所以其互补链中的0.4。(5
11、)若A有P个,占全部碱基数的20%,则DNA分子的总碱基数为5P,而由“双链DNA分子的嘌呤碱基占总碱基数的一半”可知:G占总碱基数的比例50%20%30%,则G5P30%1.5P(个)。答案(1)30%(2)60%(3)2.5(4)0.4(5)1.5PDNA复制的研究方法、过程和条件1研究DNA复制的常用方法同位素标记法和离心法,常标记3H、15N,通过离心在试管中形成不同位置的DNA条带。2DNA复制的过程(认真分析下面两幅图)及意义标准图:简化图:【要点阐释】DNA复制的场所真核细胞:细胞核(主要)、线粒体、叶绿体原核细胞:拟核、细胞质(细胞质基质)DNA复制的条件模板亲代DNA的两条链
12、原料4种游离的脱氧核苷酸能量ATP酶解旋酶、DNA聚合酶等DNA复制的特点半保留复制;边解旋边复制DNA复制的意义遗传信息的传递,使物种保持相对稳定和延续由于复制差错而出现基因突变,从而为进化提供了原始的选择材料 (1)子代DNA分子中模板链与另一DNA分子中新合成的子链碱基序列完全相同。(2)影响细胞呼吸(ATP供给)的所有因素都可能影响DNA复制。(3)体外也可进行,即PCR扩增技术,除满足上述条件外,还应注意温度、pH的控制及引物的加入。3DNA复制过程中的数量关系由于DNA分子的复制是一种半保留复制方式,一个DNA分子连续进行n次复制,可形成2n个子代DNA,其中只有2个DNA分子含有
13、最初亲代的母链。图解如下:(1)一个DNA不论复制多少次,产生的子代DNA分子中含母链的DNA分子数总是2个,含母链也总是2条。(2)计算比值:n次复制后,形成的子代DNA分子中,含亲代DNA母链的有两个DNA分子,占子代DNA总数的;亲代DNA分子母链两条,占子代DNA中脱氧核苷酸链总数的。(3)计算原料用量:复制所需的某脱氧核苷酸数a(2n1),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。本考点是高考重点考查的内容之一。从高考试题来看,考查DNA的复制主要涉及DNA复制过程中的变化、特点,与细胞增殖、遗传和变异等的关系,DNA的复制与其他生理过
14、程(如转录、翻译等)的区别等。【典例2】(2012山东理综,5)假设一个双链均被32P标记的噬菌体DNA由5 000个碱基对组成,其中腺嘌呤占全部碱基的20%。用这个噬菌体侵染只含31P的大肠杆菌,共释放出100个子代噬菌体。下列叙述正确的是()。A该过程至少需要3105个鸟嘌呤脱氧核苷酸B噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶等C含32P与只含31P的子代噬菌体的比例为149D该DNA发生突变,其控制的性状即发生改变破题关键解析本题主要考查了噬菌体侵染细菌过程的相关知识以及DNA分子的有关计算。首先计算得出一个噬菌体DNA中鸟嘌呤脱氧核苷酸占30%,其数量是5 000230%3 000个,由一
15、个噬菌体增殖为100个噬菌体,至少需要3 000(1001)2.97105个鸟嘌呤脱氧核苷酸,A错误;噬菌体侵染细菌的过程中,需要细菌提供原料、能量、酶等条件,但模板是由噬菌体提供的,B错误;根据DNA半保留复制的特点可知释放出的100个子代噬菌体中含有32P与只含31P的子代噬菌体分别是2个、98个,比例为149,C正确;由于密码子的简并性等原因,DNA发生突变,其控制的性状不一定发生改变,D错误。答案C【训练2】(2012湖北)下图是某DNA分子的局部结构示意图,请据图回答。(1)写出下列图中序号代表的结构的中文名称:_,_,_,_。(2)图中DNA片段中碱基对有_对,该DNA分子应有_个
16、游离的磷酸基。(3)从主链上看,两条单链_;从碱基关系看,两条单链_。(4)如果将14N标记的细胞培养在含15N标记的脱氧核苷酸的培养液中,此图所示的_(填图中序号)中可测到15N。若细胞在该培养液中分裂四次,该DNA分子也复制四次,则得到的子代DNA分子中含14N的DNA分子和含15N的DNA分子的比例为_。(5)若该DNA分子共有a个碱基,其中腺嘌呤有m个,则该DNA分子复制4次,需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸为_个。解析根据碱基互补配对原则可知:是胞嘧啶,是腺嘌呤,是鸟嘌呤,是胸腺嘧啶,是磷酸基团,是胸腺嘧啶,是脱氧核糖,是胸腺嘧啶脱氧核苷酸,是一条脱氧核苷酸链的片段。复制4次,产生16个D
17、NA分子,由于DNA复制为半保留复制,含14N的DNA分子共2个,所有的DNA都含有15N,所以子代DNA分子中含14N和15N的比例为18。ATm,则GCm,复制4次,需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸为(241)(m)15(m)。答案(1)胞嘧啶脱氧核糖胸腺嘧啶脱氧核苷酸一条脱氧核苷酸链的片段(2)42(3)反向平行互补(4)18(5)15(m)规避2个易错点易错点1计算时,乱套公式而出错点拨DNA分子相关碱基互补配对演绎出来的各种计算公式是有前提条件的,其前提条件必须确认为“双链DNA分子”才成立,否则不成立。判定如下:双链DNA分子中AT、GC,若出现AT或GC可肯定不是双链DNA。若出现“嘌
18、呤嘧啶”则可肯定不是双链DNA分子,可能为“RNA”、“单链DNA”或“DNARNA”。易错点2DNA复制结合有丝(减数)分裂时对染色体(单体)的分配去向往往纠缠不清。参见纠错演练2纠错演练1(2013沈阳四校联考)某噬菌体的DNA为单链DNA,四种碱基的比率是A0.28、G0.32、T0.24、C0.16。当它感染宿主细胞时,能形成杂合型双链DNA分子,则杂合型双链DNA分子中A、G、C、T的比率依次是()。A0.24、0.16、0.32和0.28B0.26、0.24、0.24和0.26C0.28、0.32、0.24和0.16D0.24、0.26、0.26和0.24解析双链DNA分子中AT,
19、GC,排除A、C选项;单链中的碱基A、T与互补链中的碱基T、A对应,因此可计算出双链DNA分子中AT,占0.26,CG,占0.24。答案B2(易错题)(2010山东理综,7)蚕豆根尖细胞(2N12)在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸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继续探究:根据题意,如果让其在不含放射性标记的培养基中继续分裂至后期,则其染色体的放射性标记分布情况应该是怎样的?其产生的子细胞中,
20、含3H标记的染色体条数为多少?解析(1)DNA复制是半保留复制,蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸(3HT)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3HT,然后在不含放射性标记的培养液中培养至中期,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3HT,如下图:答案B继续探究答案:继续分裂至后期时24条染色体应有12条带有放射性,子细胞中含放射性的染色体则为012条。DNA复制方式的探究探究DNA复制是半保留复制还是全保留复制,可用同位素标记技术和离心处理技术,根据复制后DNA分子在试管中的位置即可确定复制方
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