【生物】2018届一轮复习第18讲　DNA的结构、复制及基因的本质教案

【生物】2018届一轮复习第18讲　DNA的结构、复制及基因的本质教案

第18讲　DNA的结构、复制及基因的本质 ‎2017备考·最新考纲 ‎1.DNA分子结构的主要特点(Ⅱ)。2.DNA分子的复制(Ⅱ)。3.基因的概念(Ⅱ)。‎ 考点一　DNA分子的结构及相关计算(5年12考)‎ ‎[自主梳理]‎ ‎1.图解DNA分子结构 巧记DNA分子结构的“五·四·三·二·一”‎ ‎2.DNA分子的特性 ‎(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，如某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 ‎1.高考重组　判断正误 ‎(1)沃森和克里克以DNA大分子为研究材料，采用X射线衍射的方法，破译了全部密码子(2015·江苏高考，D)(×)‎ ‎(2)双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的(2014·课标Ⅱ，5C)(×)‎ ‎(3)富兰克林和威尔金斯对DNA双螺旋结构模型的建立也作出了巨大的贡献(2014·江苏高考，T4C)(√)‎ ‎(4)沃森和克里克提出在DNA双螺旋结构中嘧啶数不等于嘌呤数(2012·江苏高考，T2C)(×)‎ ‎(5)DNA有氢键，RNA没有氢键(2013·全国卷Ⅱ，T1A)(×)‎ 以上内容主要源自教材必修2 P48～50，把握DNA双螺旋结构模型构建历程及DNA双螺旋结构内涵是解题关键。‎ ‎2.(必修2 P49图3-11改编)下面对大肠杆菌DNA分子图示的分析正确的是(　　)‎ A.图中2是核糖，属于五碳糖 B.图中的碱基对3和4可能是G—C，也可能是A—T C.图中5和6可能为G—A D.1、2、3构成了一个完整的脱氧核糖核苷酸分子 解析　图中2为脱氧核糖，图中3和4间存在三个碱基，应为G—C对，图中5和6间存在两个碱基应为A—T对，故只有D选项正确。‎ 答案　D ‎[跟进题组]‎ 题组一　DNA分子的结构 ‎1.(2016·山东临沂期中)同源染色体上的DNA分子之间最可能相同的是(　　)‎ A.碱基对的排列顺序 B.磷酸二酯键的数目 C.的比值 D.脱氧核苷酸的种类 解析　一般情况下，同源染色体上的DNA分子分别来自父方和母方，因此，同源染色体上的DNA分子之间的碱基对的排列顺序、氢键的数目、(A＋T)/(G＋C)的值一般都不相同，但同源染色体上的DNA分子中脱氧核苷酸的种类只有4种。‎ 答案　D ‎2.下列能正确表示DNA片段的示意图是(　　)‎ 解析　DNA通常为双链结构，由含有A、T、C、G四种碱基的脱氧核苷酸组成。A与T配对，之间有两个氢键；G与C配对，之间有三个氢键。DNA分子的两条链反向平行。‎ 答案　D ‎(1)“三看法”判断DNA分子结构的正误 ‎(2)界定DNA的两级水解产物 DNA的初步水解产物是脱氧核苷酸，彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和含氮碱基。‎ ‎(3)DNA分子中存在的两种重要化学键 ‎①氢键：碱基对之间的化学键，可用解旋酶断裂，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，用限制性核酸内切酶处理可切割，用DNA连接酶处理可连接。‎ ‎(4)关注三类数量关系 ‎①由磷酸、脱氧核糖、含氮碱基组成，三者之间的数量关系为1∶1∶1。‎ ‎②每个DNA片段中，游离的磷酸基团有2个。‎ ‎③碱基对数与氢键数的关系 若碱基对数为n，则氢键数为2n～3n，若已知A有m个，则氢键数为3n－m。‎ 题组二　DNA分子结构的相关计算 ‎3.已知某DNA分子中的一条单链中(A＋C)/(T＋G)＝m，则(　　)‎ A.它的互补链中的这个比值也是m B.以它为模板转录出的信使RNA上(A＋C)/(U＋G)＝1/m C.该DNA分子中的(A＋C)/(T＋G)＝m D.当m＝1时，这条单链中的A＝C＝T＝G 解析　根据碱基互补配对原则可知，在双链DNA分子中，A＝T，C＝G，因此这条单链的互补链中(A＋C)/(T＋G)＝1/m，整个双链DNA分子中(A＋C)/(T＋G)＝1，以它为模板转录出的信使RNA上(A＋C)/(U＋G)＝1/m，故A项、C项错误，B项正确。当m＝1时，只能说明A＋C＝T＋G，并不能说明这条单链上的4种碱基的数量相等。‎ 答案　B ‎4.(2014·山东卷)某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成，根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图，下列正确的是(　　)‎ 解析　双链DNA分子中，(A＋C)/(T＋G)一定等于1，A错误；当一条链中存在(A1＋C1)/(T1＋G1)＝1时，其互补链中存在(A2＋C2)/(T2＋G2)＝(T1＋G1)/(A1＋C1)＝1，B错误；在DNA分子中，存在(A1＋T1)/(G1＋C1)＝(A2＋T2)/(G2＋C2)＝(A＋T)/(G＋C)，C正确、D错误。‎ 答案　C 关于碱基互补配对的四大规律总结 规律一：DNA双链中的A＝T，G＝C，两条互补链的碱基总数相等，‎ 任意两个不互补的碱基之和恒等，占碱基总数的50%，即：A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G。‎ 规律二：非互补碱基之和的比例在整个DNA分子中为1，在两条互补链中互为倒数。如在一条链中＝a，则在互补链中＝，而在整个DNA分子中＝1。‎ 规律三：互补碱基之和的比例在整个DNA分子中以及任何一条链中都相等。如在一条链中＝m，则在互补链及整个DNA分子中＝m。‎ 规律四：在双链DNA及其转录的RNA之间有下列关系，设双链DNA中a链的碱基为A1、T1、C1、G1，b链的碱基为A2、T2、C2、G2，则A1＋T1＝A2＋T2＝RNA分子中(A＋U)＝(1/2)×DNA双链中的(A＋T)；G1＋C1＝G2＋C2＝RNA分子中(G＋C)＝(1/2)×DNA双链中的(G＋C)。‎ ‎【注】 由2n个脱氧核苷酸形成双链DNA分子过程中，可产生H2O分子数为(n－1)＋(n－1)＝2n－2‎ ‎[自主梳理]‎ ‎1.DNA分子的复制 ‎(1)概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。‎ ‎(2)时间：有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期。‎ ‎(3)条件 ‎(4)过程：DNA两条母链形成子链―→新DNA分子。‎ ‎(5)方式：半保留复制。‎ ‎(6)特点：边解旋边复制。‎ ‎(7)意义：将遗传信息从亲代传给子代，保持了遗传信息的连续性。‎ ‎2.观察下面的基因关系图，完善相关内容：‎ 下图为染色体上DNA分子的复制过程 ‎(1)请解读图右侧空白处内容(提示：见图示)‎ ‎(2)蛙的红细胞和哺乳动物成熟红细胞，是否都能进行DNA分子的复制？‎ 提示　蛙的红细胞进行无丝分裂，可进行DNA分子的复制；哺乳动物成熟的红细胞已丧失细胞核，也无各种细胞器，不能进行DNA分子的复制。‎ ‎(3)上图所示DNA复制过程中形成的两个子DNA位置如何？其上面对应片段中基因是否相同？两个子DNA将于何时分开？‎ 提示　染色体复制后形成两条姐妹染色单体，刚复制产生的两个子DNA分子即位于两姐妹染色单体中，由着丝点相连，其对应片段所含基因在无突变等特殊变异情况下应完全相同，两子DNA分子将于有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝点分裂时，随两单体分离而分开，分别进入两个子细胞中。‎ ‎[跟进题组]‎ 题组一　DNA分子复制及相关计算 ‎1.某亲本DNA分子双链均以白色表示，以灰色表示第一次复制出的DNA子链，以黑色表示第二次复制出的DNA子链，该亲本双链DNA分子连续复制两次后的产物是(　　)‎ 解析　DNA的复制方式为半保留复制，复制后不存在亲代的DNA分子(双链均为白色)，排除A、B项；第二次复制后得到的4个DNA分子中，每个DNA分子各有1条链是第二次复制形成的(黑色)，排除C项；进一步分析可知D项符合题意。‎ 答案　D ‎1.复制可简记为“1个主要场所(细胞核)，2种时期(有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期)，3个步骤(解旋、合成新链、形成子代DNA)，4个条件(模板、酶、原料和能量)”。‎ ‎2.关于DNA分子复制的早期推测 关于DNA分子是如何复制的，在早期的研究中，科学家们提出了三个模型，它们是全保留复制模型、弥散复制模型和半保留复制模型。如图所示。‎ ‎2.(2015·上海卷)若N个双链DNA分子在第i轮复制结束后，某一复制产物分子一条链上的某个C突变为T，这样在随后的一轮复制结束时，突变位点为AT碱基对的双链DNA分子数与总DNA分子数的比例始终为(　　)‎ A. B. C. D. 解析　N个双链DNA分子在第i轮复制后形成N×2i个DNA分子中，某DNA分子的一条链上某个C突变为T，则在随后的一轮复制结束时，有1个DNA分子中突变位点为AT碱基对，占双链DNA分子数的比例为；在随后的两轮复制结束时，突变位点为A—T碱基对的双链DNA分子数的比例应为2/(N×2i＋2)＝。‎ 答案　C ‎3.(2015·天津七校联考，16)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 培养基中连续复制4次，其结果可能是(　　)‎ A.含有14N的DNA占100%‎ B.复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸640个 C.含15N的链占 D.子代DNA中嘌呤与嘧啶之比是2∶3‎ 解析　在14N培养基中连续复制4次，得到24＝16个DNA分子，32条链，其中含14N的DNA占100%，含15N的链有2条，占1/16，A正确、C错误；根据已知条件，每个DNA分子中腺嘌呤脱氧核苷酸有＝40个，复制过程中消耗A＝40×(24－1)＝600个，B错误；每个DNA分子中嘌呤和嘧啶互补相等，两者之比是1∶1，D错误。‎ 答案　A ‎4.用32P标记了玉米体细胞(含20条染色体)的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养基中培养，在第二次细胞分裂完成后每个细胞中被32P标记的染色体条数是(　　)‎ A.0条 B.20条 C.大于0小于20条 D.以上都有可能 解析　第一次细胞分裂完成后所形成的细胞中，DNA双链均是一条链含有32P，另一条链不含32P，第二次细胞分裂的间期，染色体复制后每条染色体上都是一条染色单体含32P，一条染色单体不含32P，有丝分裂后期，姐妹染色单体分离，如果含32P的20条染色体同时移向细胞的一极，不含32P的20条染色体同时移向细胞的另一极，则产生的子细胞中被32P标记的染色体条数分别是20条和0条，如果移向细胞两极的20条染色体中既有含32P的，也有不含32P的，则形成的子细胞中被32P标记的染色体条数大于0小于20条。‎ 答案　D DNA分子复制中的相关计算 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＝2n个；‎ ‎②含有亲代DNA链的子代DNA分子数＝2个；‎ ‎③不含亲代DNA链的子代DNA分子数＝(2n－2)个。‎ ‎(2)脱氧核苷酸链数 ‎①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝2 n＋1条；‎ ‎②亲代脱氧核苷酸链数＝2条；‎ ‎③新合成的脱氧核苷酸链数＝(2n＋1－2)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m·(2n－1)个 ；‎ ‎②第n次复制需该脱氧核苷酸数＝2n个；DNA分子中该脱氧核苷酸数－2n－1个；DNA分子中该脱氧核苷酸数＝2n·m－m·2n－1＝m·(2n－2n－1)＝m·2n－1。‎ 题组二　基因的本质 ‎5.(2015·贵阳质监)如果DNA分子上某一片段是一个有遗传效应的片段，则该片段(　　)‎ ‎①携带遗传信息　②上面有密码子　③能转录产生mRNA　④能进入核糖体　⑤能携带氨基酸　⑥能控制蛋白质的合成　⑦在体细胞中可能成对存在 A.①③⑥⑦ B.②④⑤⑥ C.①②③⑤ D.②④⑤⑦‎ 解析　基因是DNA分子上有遗传效应的片段，能携带遗传信息，①正确；密码子是位于mRNA上决定氨基酸的三个连续的核苷酸，②错误；基因可转录产生mRNA，③正确；能进入核糖体的是mRNA，④错误；能携带氨基酸的是转运RNA，⑤错误；基因能控制蛋白质的合成，⑥正确；基因在二倍体体细胞的细胞核中成对存在，⑦正确。‎ 答案　A ‎6.下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法，不正确的是(　　)‎ A.基因一定位于染色体上 B.基因在染色体上呈线性排列 C.四种脱氧核苷酸的数目和排列顺序决定了基因的多样性和特异性 D.一条染色体上含有1个或2个DNA分子 解析　基因是具有遗传效应的DNA片段，DNA不一定位于染色体上，因此基因不一定位于染色体上，A错误。‎ 答案　A ‎(1)针对遗传物质为DNA的生物而言，基因是指“有遗传效应的DNA片段”，但就RNA病毒而言，其基因为“有遗传效应的RNA片段”。‎ ‎(2)并非所有DNA片段都是基因，基因不是连续分布在DNA上的，而是由碱基序列将不同的基因分割开的。‎ 易错易混　防范清零 ‎[易错清零]‎ 易错点1　误认为DNA分子都是双链的或认为DNA分子中“嘌呤一定等于嘧啶”或认为嘌呤＝嘧啶时一定为双链DNA分子。‎ 点拨　DNA分子一般为“双螺旋结构”，但也有些DNA分子呈“单链”结构，在此类DNA分子中嘌呤与嘧啶可能相等也可能不相等。由此可见，双链DNA分子中嘌呤“A＋G”固然等于“T＋C”或(A＋C)/(T＋G)＝1，但存在该等量或比例关系时，未必一定是双链DNA分子。‎ 易错点2　误认为DNA复制“只发生于”细胞核中 点拨　细胞生物中凡存在DNA分子的场所均可进行DNA分子的复制，其场所除细胞核外，还包括叶绿体，线粒体，原核细胞的拟核及质粒。‎ 需特别注意的是DNA病毒虽有DNA分子，但其不能独立完成DNA分子的复制——病毒的DNA复制必须借助寄主细胞完成，在其DNA复制时，病毒只提供“模板链”，其他一切条件(包括场所、原料、酶、能量)均由寄主细胞提供。‎ 易错点3　混淆DNA复制、“剪切”与“水解”中的四种酶 点拨　(1)DNA聚合酶：需借助母链模板，依据碱基互补配对原则，将单个脱氧核苷酸连接成“链”；‎ ‎(2)DNA连接酶：将多个复制起点所复制出的“DNA片段”“缝合”起来形成磷酸二酯键。即连接“片段”；‎ ‎(3)限制性内切酶：用于切断DNA双链中主链上的“3，5－磷酸二酯键”；‎ ‎(4)DNA水解酶：用于将DNA分子水解为脱氧核苷酸。‎ 易错点4　误认为DNA复制只能从头开始 点拨　如图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图。‎ ‎(1)图中显示DNA分子复制是从多个起点开始的，但多起点并非同时进行；‎ ‎(2)图中显示DNA分子复制是边解旋边双向复制的；‎ ‎(3)真核生物的这种复制方式的意义在于提高了复制速率。‎ ‎[规范答题]‎ 回答与图1、图2相关的问题：‎ ‎1.找错·纠错 错答(1)序号：__①__　正答：半保留复制 错答(2)序号：__③__　正答：3，5－磷酸二酯键 错答(3)序号：__④__　正答：DNA聚合酶 错答(4)序号：__⑧__　正答：e 错答(5)序号：__⑨__　正答：__细胞核、线粒体、叶绿体 错答(6)序号：__⑩__　正答：有丝分裂后期，减数第二次分裂后期 错答(7)序号：__⑪__　正答：a·2(n－1)‎ ‎2.错因分析 ‎(1)混淆复制“方式”与复制“过程”‎ ‎(2)、(3)、(4)混淆解旋酶、DNA连接酶、DNA聚合酶及限制酶的作用部位 ‎(5)忽略细胞质中DNA复制 ‎(6)忽略减Ⅱ后期着丝点分裂 ‎(7)错将“第n次需”算作“n次共需”‎ 演练真题　领悟考向　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎1.(2015·上海卷，19)在双螺旋DNA模型搭建实验中，使用代表氢键的订书钉将代表四种碱基的塑料片连为一体，为了逼真起见，A与T之间以及C与G之间最好分别钉(　　)‎ A.2和2个钉 B.2和3个钉 C.3和2个钉 D.3和3个钉 解析　A与T之间形成2个氢键，G与C之间形成3个氢键。由此可推知A与T之间最好钉两个订书钉，C与G之间最好钉3个订书钉。‎ 答案　B ‎2.(2014·福建理综，5)STR是DNA分子上以2～6个核苷酸为单元重复排列而成的片段，单元的重复次数在不同个体间存在差异。现已筛选出一系列不同位点的STR用作亲子鉴定，如7号染色体有一个STR位点以“GATA”为单元，重复7～14次；X染色体有一个STR位点以“ATAG”为单元，重复11～15次。某女性7号染色体和X染色体DNA的上述STR位点如图所示。下列叙述错误的是(　　)‎ A.筛选出用于亲子鉴定的STR应具有不易发生变异的特点 B.为保证亲子鉴定的准确率，应选择足够数量不同位点的STR进行检测 C.有丝分裂时，图中(GATA)8和(GATA)14分别分配到两个子细胞 D.该女性的儿子X染色体含有图中(ATAG)13的概率是 解析　为保证亲子鉴定的科学性和准确性，要求所选重复片段不易发生变异，而且应有足够多的重复片段(STR)，因此，A、B项均正确；有丝分裂时，(GATA)8和(GATA)14均进行复制后向子细胞中分配，所以两个子细胞中都含(GATA)8和(GATA)14，C 项错误；该女性的两条X染色体传给子代的概率均为，所以D项正确。‎ 答案　C ‎3.(2015·江苏卷，33)荧光原位杂交可用荧光标记的特异DNA片段为探针，与染色体上对应的DNA片段结合，从而将特定的基因在染色体上定位。请回答下列问题：‎ ‎(1)DNA荧光探针的制备过程如图1所示，DNA酶Ⅰ随机切开了核苷酸之间的________键从而产生切口，随后在DNA聚合酶Ⅰ作用下，以荧光标记的________为原料，合成荧光标记的DNA探针。‎ ‎(2)图2表示探针与待测基因结合的原理。先将探针与染色体共同煮沸，使DNA双链中________键断裂，形成单链。随后在降温复性过程中，探针的碱基按照________________________原则，与染色体上的特定基因序列形成较稳定的杂交分子。图中两条姐妹染色单体中最多可有________条荧光标记的DNA片段。‎ ‎(3)A、B、C分别代表不同来源的一个染色体组，已知AA和BB中各有一对同源染色体可被荧光探针标记。若植物甲(AABB)与植物乙(AACC)杂交，则其F1有丝分裂中期的细胞中可观察到________个荧光点；在减数第一次分裂形成的两个子细胞中分别可观察到______个荧光点。‎ 解析　(1)由图1所知，DNA酶Ⅰ使DNA链断裂，即作用于相邻脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键；DNA探针的本质是荧光标记的DNA片段，合成原料为脱氧核苷酸。(2)通过热变性，使DNA碱基对之间的氢键断裂，复性时能重新形成氢键，并且遵循碱基互补配对原则，‎ 形成杂交DNA分子。两条姐妹染色单体，含有四条模板链，可与四个被标记的DNA探针结合形成4个荧光标记的杂交DNA分子。(3)植物甲(AABB)形成的配子染色体组成为(AB)与植物乙(AACC)的配子(AC)，受精后合子染色体组成为(AABC)，又由于 AA 和 BB 中各有一对同源染色体可被荧光探针标记，则AABC将会有3条染色体被标记，6条染色单体，可以观察到6个荧光点。AABC减数分裂时，AA两个染色体组可以正常联会，并且同源染色体分离，减数第一次分裂形成的两个子细胞分别获得一个A染色体组，而B染色体组内的没有同源染色体存在，B中的染色体随机进入两个子细胞中，因此其中一个子细胞含有A和B染色体组内2条能被标记的染色体，标记4条染色单体，可以看到4个荧光点；另一子细胞只含有A中1条能被标记的染色体，2条染色单体，可以观察到2个荧光点。‎ 答案　(1)磷酸二酯　脱氧核苷酸 ‎(2)氢　碱基互补配对　4‎ ‎(3)6　2和4‎