届高考生物一轮复习学案第6单元 DNA分子的结构复制及基因.docx
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届高考生物一轮复习学案第6单元DNA分子的结构复制及基因
第六单元遗传的分子基础
学案DNA分子的结构、复制及基因是有遗传效应的DNA片段
考纲要求
DNA分子结构的主要特点(Ⅱ)。
2.基因的概念(Ⅱ)。
3.DNA分子的复制(Ⅱ)。
复习要求
1.DNA分子的结构特点、复制及相关计算
2.基因与DNA、染色体、遗传信息、脱氧核苷酸之间的关系
3.DNA分子多样性和特异性
4.遗传信息的转录和翻译过程及相关计算
5.中心法则的内容及相关内容的区别、联系和应用
6.基因与蛋白质及性状的关系
基础自查
一、DNA分子的结构
(一)DNA分子的化学组成
1.基本组成元素:
。
2..基本组成物质:
。
3.基本组成单位:
。
4.DNA分子结构:
。
(二)DNA分子的空间结构
1.DNA分子的双螺旋结构的发现者:
。
2.DNA分子双螺旋结构的主要特点
3.DNA结构特点:
。
(三)碱基互补配对原则
。
思考 DNA分子的结构可用“五、四、三、二、一”五个数字加以概括,这些数字的含义分别是什么呢?
二、DNA分子的复制
(一)DNA分子复制的推测与实验证据
1.推测
(1)半保留复制。
(2)全保留复制。
DNA半保留复制的实验证据
(1)实验方法:
。
(2)实验原理:
。
(3)实验过程:
(4)实验结果:
。
(5)实验结论:
。
(二)DNA分子复制的过程
复制的时间:
。
复制的场所:
复制的条件:
。
复制的结果:
。
复制的特点:
。
复制的意义:
。
精确复制的原因:
。
三、基因是有遗传效应的DNA片段
1.基因与DNA的关系
2.遗传信息与DNA关系
3.DNA分子特性
课堂深化探究
一. DNA分子的结构及相关计算
(一)分析下列DNA分子的构成过程,探讨下列问题:
1、分析一条链和两条链中相邻核苷酸、碱基的连接
2、多数磷酸连几个核苷酸?
多数核苷酸连几个磷酸?
每一片段中有几个游离磷酸基团?
一条链中两相邻核苷酸之间的化学键叫什么?
哪些酶对此起作用?
对氢键起作用的酶呢?
4、DNA一般为双链,某些病毒的为单链;RNA一般为单链,某些病毒的为双链,如何确定某核酸为哪一种类型?
(二).碱基互补配对原则及相关计算
DNA碱基互补配对原则及其推论:
碱基互补配对原则是指在DNA分子形成碱基对时,A一定与T配对,G一定与C配对的一一对应关系。
规律一:
一个双链DNA分子中,A=T、C=G,则A+G=C+T,即
规律二:
在双链DNA分子中,互补的两碱基之和(如A+T或C+G)占全部碱基的比值等于
规律三:
在DNA双链中一条单链的
的值与另一条互补单链的
的值关系。
在整个DNA分子中该比值。
规律四:
DNA双链中,一条单链的
的值,与另一条互补链的
的值是,也与整个DNA分子中的
的值。
综合规律三四可简记为“”。
规律五:
不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值不同,即(A+T)/(C+G)的值不同。
该比值体现了不同生物DNA分子的特异性。
规律六:
若
=b%,则
=
规律七:
若已知A占双链的比例=c%,则A1/单链的比例无法确定,但最大值可求出为,最小值为。
3.DNA分子特性
(1)稳定性:
(2)多样性:
特别提醒 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:
。
4.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
与DNA
基因与
染色体
图 示
特别提醒
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,没有与蛋白质一起构成染色体。
方法技巧 单双链转化公式的推导:
本题的直接应用
(1)公式推导(结合下图):
由图知:
A1+T1+C1+G1=m A2+T2+G2+C2=m,整个双链DNA上的碱基总数为2m。
∵A1=T2、T1=A2
则A1+T1=A2+T2,A+T=(A1+T1)+(A2+T2),
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”。
二.DNA复制的研究方法、过程和条件
1.研究DNA复制的常用方法
2.观察DNA复制的过程,回答下列问题:
附:
标准图:
【要点阐释】
DNA复制的场所
DNA复制的条件
模板
原料
能量
酶
DNA复制的特点
DNA复制的意义
特别提醒 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。
3.DNA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
个子代DNA,其中只有个DNA分子含有最初亲代的母链。
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,含母链。
(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DNA分子,占子代DNA总数的;亲代DNA分子母链,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=,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。
4.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式。
实验材料:
大肠杆菌。
实验方法:
放射性同位素标记技术和离心技术。
实验假设:
DNA以半保留的方式复制。
实验过程:
(见图)
(1)大肠杆菌在含15N标记的NH4Cl培养基中繁殖几代,使DNA双链充分标记15N。
(2)将含15N的大肠杆菌转移到14N标记的普通培养基中培养。
(3)在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA(间隔的时间为大肠杆菌繁殖一代所需时间)。
(4)将提取的DNA进行离心,记录离心后试管中DNA位置。
实验预期:
实验结果:
与预期的相符。
三. 基因与脱氧核苷酸、DNA和染色体之间的关系
分析基因与其它三者的关系,完成下面关系图:
1.染色体、DNA、基因和脱氧核苷酸的关系
2.基因、染色体、蛋白质、性状的关系
思维拓展
1.在基因、DNA与染色体关系上,明确基因是DNA的一部分,DNA是染色体的组成部分,DNA是重要的遗传物质,全部基因的集合不是所有的DNA,染色体不是遗传物质,只是遗传物质DNA的主要载体。
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,没有与蛋白质一起构成染色体。
3.一个DNA分子由n对碱基组成,则碱基排列顺序有4n种,排列遗传信息种类最多有4n种。
对应训练
1.某DNA分子中A+T占整个DNA分子碱基总数的44%,其中一条链(α)上的G占该链碱基总数的21%,那么,对应的另一条互补链(β)上的G占该链碱基总数的比例是( )
A.35%B.29%C.28%D.21%
2(2012·天津调研)下图为真核细胞DNA复制过程模式图,请根据图示过程,回答问题。
(1)由图示得知,1个DNA分子复制出乙、丙2个DNA分子,其方式是________。
(2)解旋酶能使双链DNA解开,但需要细胞提供________________。
除了图中所示酶外,丙DNA分子的合成还需要________酶。
(3)从图中可以看出合成两条子链的方______________________________。
(4)细胞中DNA复制的场所是________;在复制完成后,乙、丙分开的时期为________。
(5)若一个卵原细胞的一条染色体上的β珠蛋白基因在复制时一条脱氧核苷酸链中一个A替换成T,则由该卵原细胞产生的卵细胞携带该突变基因的概率是________。
3从分子水平上对生物体具有多样性或特异性的分析,错误的是( )。
A.碱基对的排列顺序的千变万化,构成了DNA分子基因的多样性
B.碱基对的特定的排列顺序,又构成了每一个DNA分子基因的特异性
C.一个含2000个碱基的DNA分子,其碱基对可能的排列方式就有41000种
D.人体内控制β珠蛋白的基因由1700个碱基对组成,其碱基对可能的排列方式有41700种
4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( )。
A.24%B.22%C.26%D.23%
5.某校一个生物活动小组要进行研究性学习,对生物学史上的经典实验进行验证。
这个小组借助某大学的实验设备,对有关DNA复制的方式进行探索,有人认为DNA是全保留复制,也有人认为DNA是半保留复制。
为了验证这两种假设,这个小组设计了下列实验程序,请完成实验并对结果进行预测。
实验步骤:
第一步:
在氮源为14N的培养基上生长的大肠杆菌,其DNA分子均为14N—DNA;在氮源为15N的培养基上生长的大肠杆菌,其DNA分子均为15N—DNA。
用某种离心方法分离得到的结果如图所示,其DNA分别分布在轻带和重带上。
第二步:
将亲代大肠杆菌(含15N)转移到含14N的培养基上繁殖一代(Ⅰ),请分析:
如果DNA出现__________________________________,则是全保留复制;
如果DNA出现__________________________________,则是半保留复制;
第三步:
为了进一步验证第二步的推测结果,将亲代大肠杆菌(含15N)转移到含14N的培养基上连续繁殖两代(Ⅱ),请分析:
如果DNA出现__________________________,则是全保留复制;
如果DNA出现__________________________,则是半保留复制。
实验探究
在正常情况下,细胞内完全可以自主合成组成核酸的核糖和脱氧核糖。
现在细胞系由于发生基因突变而不能自主合成核糖和脱氧核糖,必须从培养基中摄取。
为验证DNA分子复制的原料是脱氧核苷酸,而不是核糖核苷酸,现提供如下实验材料,请你完成实验方案。
(1)实验目的:
验证DNA分子复制的原料是脱氧核苷酸,而不是核糖核苷酸。
(2)实验材料:
突变细胞系、基本培养基、核糖核苷酸、14C—核糖核苷酸、脱氧核苷酸、14C—脱氧核苷酸、放射性探测显微仪等。
(3)实验原理
DNA主要分布在____________,其基本组成单位是____________;
RNA主要分布在____________,其基本组成单位是____________。
(4)实验步骤
第一步:
编号。
取基本培养基两个,编号为甲、乙。
第二步:
设置对比实验。
在培养基甲中加入适量的核糖核苷酸和14C—脱氧核苷酸;在培养基乙中加入等量的_______________________________________________
________________________________________________________________________。
第三步:
培养。
在甲、乙培养基中分别接种等量的突变细胞系,放到________________培养一段时间,让细胞增殖。
第四步:
观察。
分别取出培养基甲、乙中的细胞,用放射性探测显微仪探测观察________________________。
(5)预期结果
①培养基甲中___________________________________________________________;
②培养基乙中___________________________________________________________。
(6)实验结论:
_______________________________________________________。
(3)细胞核 脱氧核苷酸 细胞质 核糖核苷酸
(4)第二步:
14C—核糖核苷酸和脱氧核苷酸
限时训练
题组一 DNA的结构及相关计算
1.下图是DNA结构模式图,据图所作的下列推测不正确的是()
A.限制性内切酶能将a处切断
B.DNA连接酶能将a处连接
C.解旋酶能切断b处
D.连接b处的酶为RNA聚合酶
2甲生物核酸的碱基组成为:
嘌呤占46%、嘧啶占54%,乙生物遗传物质的碱基比例为:
嘌呤占34%、嘧啶占66%,则甲、乙生物可能是()
A.蓝藻、变形虫
B.T2噬菌体、豌豆
C.硝化细菌、绵羊
D.肺炎双球菌、烟草花叶病毒
3.分析一个DNA分子时,发现含有30%的腺嘌呤脱氧核苷酸,因此可知该分子中一条链上鸟嘌呤含量最大值可占此链碱基总数的()
A.20%B.30%
C.40%D.70%
4.一个DNA分子的一条链上,腺嘌呤比鸟嘌呤多40%,两者之和占DNA分子碱基总数的24%,则这个DNA分子的另一条链上,胸腺嘧啶占该链碱基数目的( )
A.44%B.24%C.14%D.28%
5.用15N标记细菌的DNA分子,再将它们放入含14N的培养基中连续繁殖四代,a、b、c为三种DNA分子:
a只含15N,b同时含14N和15N,c只含14N,如下图,这三种DNA分子的比例正确的是( )
6.DNA分子经过诱变,某位点上的一个正常碱基(设为P)变成了尿嘧啶。
该DNA连续复制两次,得到的4个子代DNA分子相应位点上的碱基对分别为U-A、A-T、G-C、C-G。
推测“P”可能是( )
A.胸腺嘧啶B.腺嘌呤
C.胸腺嘧啶或腺嘌呤D.胞嘧啶
题组二DNA的复制及计算
7.假设将含有一对同源染色体的精原细胞的DNA分子用15N标记,并供给含14N的原料。
该细胞进行减数分裂产生的四个精子中,含15N标记的DNA的精子所占的比例是()
A.100%B.25%
C.50%D.0
8.下图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图,有关叙述错误的是()
A.图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的
B.图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的
C.真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶
D.真核生物的这种复制方式提高了复制速率
9.用15N标记含有100个碱基对的DNA分子,其中有胞嘧啶60个,该DNA分子在14N的培养基中连续复制四次。
其结果不可能是()
A.含有15N的DNA分子占1/8
B.含有14N的DNA分子占7/8
C.复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个
D.复制结果共产生16个DNA分子
10.5BrU(5溴尿嘧啶)既可以与A配对,又可以与C配对。
将一个正常的具有分裂能力的细胞,接种到含有A、G、C、T、5BrU五种核苷酸的适宜培养基上,至少需要经过几次复制后,才能实现细胞中某DNA分子某位点上碱基对从T—A到G—C的替换()
A.2次B.3次C.4次D.5次
题组三 基因、DNA和染色体之间的关系
11.下列有关基因的说法不正确的是()
A.基因都是通过控制酶的合成控制生物性状
B.基因是有遗传效应的DNA或RNA片段
C.基因以一定的次序排列在染色体上
D.基因是生物遗传的基本功能单位
12.下列叙述中正确的是()
①基因在染色体上呈线性排列
②基因通过控制蛋白质分子的合成来控制生物的性状
③细胞有丝分裂各时期的每条染色体上都含有一个DNA分子
④DNA分子有特定遗传效应的双链片段被称为基因
A.①②③④B.①③④
C.①④D.①②④
13.一条染色体中有一个DNA分子,一个DNA分子中有许多个基因。
若该DNA分子中某个脱氧核苷酸发生了改变,下列有关叙述错误的是()
A.DNA分子结构一定发生了改变
B.DNA分子所携带的遗传信息可能发生改变
C.DNA分子上一定有某个基因的结构发生了改变
D.该DNA分子控制合成的蛋白质的分子结构可能发生改变
14.若下图是果蝇染色体上的一段DNA分子的示意图。
下列说法正确的是()
A.白眼基因含有多个核糖核苷酸
B.白眼基因是有遗传效应的DNA片段
C.白眼基因位于细胞质内
D.白眼基因的基本单位是4种碱基
15.如图是用集合的方法表示各种概念之间的关系,其中与图示相符的是()
选项
1
2
3
4
A
染色体
DNA
RNA
基因
B
DNA
基因
脱氧核苷酸
碱基
C
核酸
DNA
脱氧核苷酸
基因
D
核酸
染色体
DNA
基因
题组三 应用提升
16.分析下图回答有关问题。
图中B是,C是,G是
(2)F的基本组成单位是图中的。
(3)图中E和F的关系是E是有遗传效应的F片段。
(4)图中F的主要载体是,F和H的关系是。
高考真题体验
1.(2012福建)5.双脱氧核苷酸常用于DNA测序,其结构与脱氧核苷酸相似,能参与DNA的合成,且遵循碱基互补配对原则。
DNA合成时,在DNA聚合酶作用下,若连接上的是双脱氧核苷酸,子链延伸终止;若连接上的是脱氧核苷酸,子链延伸继续。
在人工合成体系中,有适量的GTACATACATC的单链模板.胸腺嘧啶双脱氧核苷酸和4种脱氧核苷酸,则以该单链为模板合成出的不同长度的子链最多有()
A.2种B.3种C.4种D.5种
2.(2012山东)5.假设一个双链均被32P标记的噬菌体DNA由5000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3×105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1:
49
D.该DNA发生突变,其控制的性状即发生改变
3.(2011·上海卷,27)某双链DNA分子含有400个碱基,其中一条链上A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4。
下列表述错误的是( )
A.该DNA分子的一个碱基改变,不一定会引起子代性状的改变
B.该DNA分子连续复制两次,需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸120个
C.该DNA分子中4种碱基的比例为A∶T∶G∶C=3∶3∶7∶7
D.该DNA分子中的碱基排列方式共有4200种
4.(2011·海南卷,25)关于核酸生物合成的叙述,错误的是( )
A.DNA的复制需要消耗能量
B.RNA分子可作为DNA合成的模板
C.真核生物的大部分核酸在细胞核中合成
D.真核细胞染色体DNA的复制发生在有丝分裂前期
5.(2011·安徽卷)甲、乙图示真核细胞内两种物质的合成过程,下列叙述正确的是( )。
A.甲、乙所示过程通过半保留方式进行,合成的产物是双链核酸分子
B.甲所示过程在细胞核内进行,乙在细胞质基质中进行
C.DNA分子解旋时,甲所示过程不需要解旋酶,乙需要解旋酶
D.一个细胞周期中,甲所示过程在每个起点只起始一次,乙可起始多次
6.(2010·江苏卷)下列关于核酸的叙述中,正确的是( )。
A.DNA和RNA中的五碳糖相同
B.组成DNA与ATP的元素种类不同
C.T2噬菌体的遗传信息贮存在RNA中
D.双链DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数
7.(2009·广东生物,24)有关DNA分子结构的叙述,正确的是(双选)( )。
A.DNA分子由4种脱氧核苷酸组成
B.DNA单链上相邻碱基以氢键连接
C.碱基与磷酸基相连接
D.磷酸与脱氧核糖交替连接构成DNA链基本骨架
8.(2009·海南生物,11)已知a、b、c、d是某细菌DNA片段上的4个基因,右图中W表示野生型,①、②、③分别表示三种缺失不同基因的突变体,虚线表示所缺失的基因。
若分别检测野生型和各种突变体中某种酶的活性,发现仅在野生型和突变体①中该酶有活性,则编码该酶的基因是( )。
A.基因aB.基因bC.基因cD.基因d
9(2009·江苏生物,12)下图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图,有关叙述错误的是( )。
A.图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的
B.图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的
C.真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶
D.真核生物的这种复制方式提高了复制速率
DNA分子的结构、复制及基因是有遗传效应的DNA片段
答案与解析
基础自查
一、DNA分子的结构
(一)1.C、H、O、N、P等。
2..磷酸、脱氧核糖、含氮碱基(A、G、C、T四种)。
3.四种脱氧核苷酸。
4.反向平行双螺旋结构。
(二)1.沃森和克里克。
2.
(1)DNA分子是由两条链组成的,这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
(2)DNA分子中的脱氧核糖与磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架;碱基排列在内侧。
(3)两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对,A与T配对,C与G配对。
A与T配对通过两个氢键相连,G与C配对通过三个氢键相连,即A=T、G
C。
3.稳定性、多样性、特异性。
(三)碱基之间一一对应的关系,即腺嘌呤一定与胸腺嘧啶配对,鸟嘌呤一定与胞嘧啶配对。
借图记忆“五四三二一”
五:
五种元素:
C、H、O、N、P
四:
四种碱基对应四种脱氧核苷酸
三:
三种物质:
○、、▭
二:
两条脱氧核苷酸长链(碱基对有A与T、G与C两种配对方式)
一:
一种空间结构:
规则的双螺旋结构
二、DNA分子的复制
(一)2.
(1)实验方法:
同位素标记法和离心法。
(2)实验原理:
根据DNA分子比重不同,借助离心技术,通过离心后DNA在试管中的位置确定复制方式。
(3)以含有15N标记的NH4Cl培养液来培养大肠杆菌,让其繁殖几代,再将大肠杆菌转移到14N的普通培养液中。
然后在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA,再将提取的DNA进行密度梯度离心,记录离心后试管中DNA的位置。
(4)在试管中出现了三条DNA带。
(5):
DNA的复制是以半保留的方式进行的。
(二)
体细胞为有丝分裂间期;生殖细胞为减数分裂第一次分裂前的间期。
主要是细胞核,但在拟核、叶绿体、线粒体、细胞质基质(质粒)中也进行DNA的复制。
以两条DNA分子的单链为模板,以细胞中游离的脱氧核苷酸为原料,需要DNA解旋酶、DNA聚合酶等酶的催化,需要ATP提供能量。
4.
(1)解旋:
利用细胞提供的能量,在解旋酶的作用下,两条螺旋的双链解开。
(2)合成子链:
以DNA分子的两条母链为模板,在DNA聚合酶等作用下,利用细胞中游离的四种脱氧核苷酸为原料,按碱基互补配对原则合成互补的子链。
(3)形成子代DNA:
每条新链与相应的模板链盘绕成双螺旋结构。
5形成两个完全相同的DNA分子。
6.边解旋边复制、半保留复制。
7.将遗传信息从亲代传给了子代,从而保持了遗传信息的连续性。
8DNA具有独特的双螺旋结构;碱基互补配对原则。
三、基因是有遗传效应的DNA片段
1.(1