高考生物 第3章 第2講 DNA分子的結(jié)構(gòu)、復(fù)制與基因課件 新人教版必修2.ppt

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,第二講 DNA分子的結(jié)構(gòu)、復(fù)制與基因,,課前自主學(xué)習(xí),,課堂互動探究,1．結(jié)構(gòu)層次,DNA分子的結(jié)構(gòu)及分析,,2．空間結(jié)構(gòu)分析,,3.DNA分子多樣性 (1)多樣性的原因：組成DNA分子的堿基對的數(shù)量、比例和排列順序不同。 (2)與蛋白質(zhì)多樣性和生物多樣性的關(guān)系,4．由堿基種類及比例可分析判斷核酸的種類 (1)若有U無T，則該核酸為RNA。 (2)若有T無U，且A＝T，G＝C，則該核酸一般為雙鏈DNA。 (3)若有T無U，且A≠T，G≠C，則該核酸為單鏈DNA。,5．DNA分子中的有關(guān)數(shù)量關(guān)系 (1)DNA分子中，脫氧核苷酸數(shù)∶脫氧核糖數(shù)∶磷酸數(shù)∶含氮堿基數(shù)＝1∶1∶1∶1。 (2)配對的堿基，A與T之間形成2個氫鍵，G與C之間形成3個氫鍵，C—G對占比例越大，DNA結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。 (3)每條脫氧核苷酸鏈上都只有一個游離的磷酸基，因此DNA分子中含有2個游離的磷酸基。,1．如圖為核苷酸鏈結(jié)構(gòu)圖，有關(guān)敘述不正確的是 ( ),,A．能構(gòu)成一個完整核苷酸的是圖中的a和b B．各核苷酸之間是通過化學(xué)鍵③連接起來的 C．DNA連接酶可連接斷裂的化學(xué)鍵③ D．若該鏈為脫氧核苷酸鏈，從堿基組成上看，缺少的堿基是T,解析：核苷酸是核酸的基本組成單位，每個核苷酸由一分子的磷酸、一分子的五碳糖、一分子的含氮堿基組成；DNA中有A、T、C、G四種堿基，RNA中有A、U、C、G四種堿基；核苷酸分子通過磷酸二酯鍵連接組成核苷酸鏈。 答案：A,2．(2013·濰坊質(zhì)檢)關(guān)于下圖所示DNA分子的敘述，正確的是( ) A．限制酶作用于①部位，DNA連接酶作用于③部位 B．該DNA的特異性表現(xiàn)在堿基種類和(A＋T)/(G＋C)的比例上,解析：限制酶和DNA連接酶都作用于①部位；該DNA的特異性不表現(xiàn)在堿基種類上，因為DNA中的堿基只有4種；把該DNA放在含15N的培養(yǎng)基中復(fù)制兩代，子代DNA都含有15N。 答案：C,1．DNA分子復(fù)制的原因、條件、過程、時間及意義,DNA的復(fù)制,2.DNA復(fù)制過程分析,,3．DNA分子復(fù)制中相關(guān)計算 DNA的復(fù)制為半保留復(fù)制，一個DNA分子復(fù)制n次，則有 (1)DNA分子數(shù) ①子代DNA分子數(shù)＝2n個 ②含有親代DNA鏈的子代DNA分子數(shù)＝2個 ③不含親代鏈的子代DNA分子數(shù)＝(2n－2)個,(2)脫氧核苷酸鏈數(shù) ①子代DNA分子中脫氧核苷酸鏈數(shù)＝2n＋1條 ②親代脫氧核苷酸鏈數(shù)＝2條 ③新合成的脫氧核苷酸鏈數(shù)＝(2n＋1－2)條 (3)消耗的脫氧核苷酸數(shù) ①若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，經(jīng)過n次復(fù)制需要消耗該脫氧核苷酸m·(2n－1)個。 ②復(fù)制第n次所需該脫氧核苷酸數(shù)為m·2n－1。,3．(2012·山東高考)假設(shè)一個雙鏈均被32P標(biāo)記的噬菌體DNA由5 000個堿基對組成，其中腺嘌呤占全部堿基的20%。用這個噬菌體侵染只含31P的大腸桿菌，共釋放出100個子代噬菌體。下列敘述正確的是( ) A．該過程至少需要3×105個鳥嘌呤脫氧核苷酸 B．噬菌體增殖需要細(xì)菌提供模板、原料和酶等 C．含32P與只含31P的子代噬菌體的比例為1∶49 D．該DNA發(fā)生突變，其控制的性狀即發(fā)生改變,解析：根據(jù)題干信息可知，噬菌體的DNA含有5 000個堿基對，即為10 000個堿基，腺嘌呤(A)占全部堿基的20%，即A＝T＝2 000個，則G＝C＝3 000個。在噬菌體增殖的過程中，DNA進(jìn)行半保留復(fù)制，100個子代噬菌體含有100個DNA，相當(dāng)于新合成了99個DNA，至少需要的鳥嘌呤(G)脫氧核苷酸數(shù)是99×3 000＝297 000，A項錯誤。,噬菌體增殖的過程中需要自身的DNA作為模板，而原料和酶由細(xì)菌提供，B項錯誤。根據(jù)半保留復(fù)制方式的特點可知，在子代噬菌體的100個DNA中，同時含32P和31P的只有2個，只含31P的為98個，C項正確。DNA發(fā)生突變，其控制的性狀不一定發(fā)生改變，如AA突變?yōu)锳a以及密碼子的簡并性等，D項錯誤。 答案：C,4．(2013·鎮(zhèn)江質(zhì)檢)近10年來，PCR技術(shù)(聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng))成為分子生物學(xué)實驗室的一種常規(guī)手段，其原理是利用DNA半保留復(fù)制原理，在試管中進(jìn)行DNA的人工復(fù)制(如下圖)，在很短的時間內(nèi)，將DNA擴增幾百萬倍甚至幾十億倍，使實驗室所需的遺傳物質(zhì)不再受限于活的生物體。,,(1)加熱使DNA雙鏈打開，這一步是打開________鍵，稱為________，在細(xì)胞中是在________酶的作用下完成的。 (2)當(dāng)溫度降低時，引物與模板末端結(jié)合，在DNA聚合酶的作用下，引物沿模板延伸，最終合成2條DNA分子，此過程中原料是________，遵循的原則是________ ____________。,(3)“PCR”技術(shù)的必需條件，除了模板、原料、ATP、酶以外，至少還有三個條件，即液體環(huán)境、適宜的________和________。 (4)假設(shè)一個模板DNA分子中有800個堿基對，其中含有腺嘌呤600個，若通過PCR技術(shù)共消耗周圍環(huán)境中游離的胞嘧啶脫氧核苷酸6 200個，則該模板DNA在PCR擴增儀中已經(jīng)復(fù)制了________次。,答案：(1)氫 解旋 解旋 (2)脫氧核苷酸 堿基互補配對原則 (3)溫度 酸堿度(或pH) (4)5,1．基因定義的理解 (1)結(jié)構(gòu)上看 ①基因是DNA分子上一個特定的片段，一個DNA分子上有很多個基因。 ②基因與DNA結(jié)構(gòu)一樣，也是由四種脫氧核苷酸按一定順序排列而成的序列。 ③每個基因的脫氧核苷酸數(shù)目及排列順序是特定的。 ④不同的基因，差別在于堿基數(shù)目及排列順序不同。 ⑤基因中堿基的排列順序構(gòu)成遺傳信息。,基因的本質(zhì),(2)從功能上看：基因有遺傳效應(yīng)，即基因能控制生物的性狀，基因是控制生物性狀的基本單位，特定的基因決定特定的性狀。 ①基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段，DNA上有很多片段，其中有遺傳效應(yīng)的片段才叫基因，沒有遺傳效應(yīng)的片段不叫基因。 ②基因有遺傳效應(yīng)，基因的遺傳效應(yīng)反映出來的效果是控制蛋白質(zhì)合成，從而表現(xiàn)性狀。 ③基因是DNA上的片段，基因隨DNA分子的復(fù)制而復(fù)制，轉(zhuǎn)錄而轉(zhuǎn)錄。,2．染色體、DNA、基因、脫氧核苷酸的關(guān)系 3．基因、染色體、蛋白質(zhì)、性狀的關(guān)系,,,4．基因的基本功能 (1)遺傳信息的傳遞：發(fā)生在傳宗接代過程中，通過復(fù)制實現(xiàn)遺傳信息由親代到子代的傳遞。 (2)遺傳信息的表達(dá)：發(fā)生在生物個體發(fā)育過程中，是通過轉(zhuǎn)錄和翻譯控制蛋白質(zhì)合成的過程，通過遺傳信息的表達(dá)控制個體發(fā)育過程。,5．(2013·濰坊質(zhì)檢)基因是具有遺傳效應(yīng)的DNA片段，下列哪項不是“遺傳效應(yīng)”的含義( ) A．能控制一種生物性狀的表現(xiàn) B．能控制一種蛋白質(zhì)的合成 C．能決定一種氨基酸的位置 D．能轉(zhuǎn)錄成一種mRNA,解析：基因概念中“遺傳效應(yīng)”是指控制生物的性狀，而基因?qū)π誀畹目刂剖峭ㄟ^控制蛋白質(zhì)的合成來實現(xiàn)的；組成蛋白質(zhì)的氨基酸約有20種，基因不只是決定一種氨基酸的位置，而是決定組成蛋白質(zhì)的所有氨基酸的位置。 答案：C,6．下列有關(guān)染色體、DNA、基因、脫氧核苷酸的說法，不正確的是 ( ) A．基因一定位于染色體上 B．基因在染色體上呈線性排列 C．四種脫氧核苷酸的數(shù)目和排列順序決定了基因的多樣性和特異性 D. 一條染色體上含有1個或2個DNA分子,解析：基因是具有遺傳效應(yīng)的DNA片段，DNA不一定位于染色體上，因此基因不一定位于染色體上，故A錯誤；多個基因位于同一條染色體上，基因在染色體上呈線性排列，故B正確；不同基因中脫氧核苷酸的數(shù)目和排列順序不同，基因具有多樣性，而每一個基因中脫氧核苷酸的數(shù)目和排列順序是特定的，因此基因又具有特異性，故C正確；沒有復(fù)制的每條染色體含有1個DNA分子，復(fù)制后的每條染色體含有2條染色單體，每條染色單體含有1個DNA分子，故D正確。 答案：A,,實驗技能提升,4．實驗過程：(見下圖) (1)大腸桿菌在含15N標(biāo)記的NH4Cl培養(yǎng)基中繁殖幾代，使DNA雙鏈充分標(biāo)記15N。 (2)將含15N的大腸桿菌轉(zhuǎn)移到14N標(biāo)記的普通培養(yǎng)基中培養(yǎng)。 (3)在不同時刻收集大腸桿菌并提取DNA(間隔的時間為大腸桿菌繁殖一代所需時間)。 (4)將提取的DNA進(jìn)行離心，記錄離心后試管中DNA位置。,5．實驗預(yù)期：離心后應(yīng)出現(xiàn)3條DNA帶。 (1)重帶(密度最大)：15N標(biāo)記的親代雙鏈DNA(15N/15N) (2)中帶(密度居中)：一條鏈為15N，另一條鏈為14N標(biāo)記的子代雙鏈DNA(15N/14N) (3)輕帶(密度最小)：兩條鏈都為14N標(biāo)記的子代雙鏈DNA(14N/14N)。 6．實驗結(jié)果：與預(yù)期的相符。,,7．科學(xué)家以大腸桿菌為實驗對象，運用同位素示蹤技術(shù)及密度梯度離心方法進(jìn)行了DNA復(fù)制方式的探索實驗，實驗內(nèi)容及結(jié)果見下表。,請分析并回答： (1)要得到DNA中的N全部被放射性標(biāo)記的大腸桿菌B，必須經(jīng)過________代培養(yǎng)，且培養(yǎng)液中的________是唯一氮源。 (2)綜合分析本實驗的DNA離心結(jié)果，第________組結(jié)果對得到結(jié)論起到了關(guān)鍵作用，但需把它與第______組和第________組的結(jié)果進(jìn)行比較，才能說明DNA分子的復(fù)制方式是________。,(3)分析討論： ①若子I代DNA的離心結(jié)果為“輕”和“重”兩條密度帶，則“重帶”DNA來自________，據(jù)此可判斷DNA分子的復(fù)制方式不是________復(fù)制。 ②若將子I代DNA雙鏈分開后再離心，其結(jié)果______ (填“能”或“不能”)判斷DNA的復(fù)制方式。,③若在同等條件下將子Ⅱ代繼續(xù)培養(yǎng)，子n代DNA離心的結(jié)果是：密度帶的數(shù)量和位置________，放射性強度發(fā)生變化的是________帶。 ④若某次實驗的結(jié)果中，子I代DNA的“中帶”比以往實驗結(jié)果的“中帶”略寬，可能的原因是新合成DNA單鏈中的N尚有少部分為________。,解析：經(jīng)過一代培養(yǎng)后，只能是標(biāo)記DNA分子的一條單鏈，所以要想對所有的DNA分子全部標(biāo)記，要進(jìn)行多代培養(yǎng)；在探究DNA分子的復(fù)制方式為半保留復(fù)制的實驗中，“重帶”應(yīng)為兩個單鏈均被15N標(biāo)記，“輕帶”為兩個單鏈均被14N標(biāo)記，“中帶”為一個單鏈被14N標(biāo)記，另一個單鏈被15N標(biāo)記。 答案：(1)多 15NH4Cl (2)3 1 2 半保留復(fù)制 (3)①B 半保留 ②不能 ③沒有變化 輕 ④15N,1．小麥體內(nèi)的遺傳物質(zhì)徹底水解后，可以得到的是( ) A．四種脫氧核苷酸 B．一種五碳糖 C．八種堿基 D．五種堿基 解析：小麥的遺傳物質(zhì)是DNA，初步水解的產(chǎn)物是4種脫氧核苷酸，徹底水解的產(chǎn)物是磷酸、脫氧核糖和4種堿基。 答案：B,2．經(jīng)檢測得知，一雙鏈DNA分子中鳥嘌呤的數(shù)目為x，其占堿基總量的比例是y，以下推斷正確的是 ( ) A．與鳥嘌呤互補的堿基所占的比例是(1－y) B．該DNA分子的嘌呤堿基和嘧啶堿基的比值是x/y C．該DNA分子的堿基之間的氫鍵數(shù)是x(1＋2/y) D．與鳥嘌呤不互補的堿基數(shù)目是x(1－2y)/y,解析：由題意可知，G、C所占比例都為y，數(shù)量都為x；A、T所占比例都為(1/2－y)，數(shù)量都為[(x/y)－2x]/2＝[(x/2y)－x]。與鳥嘌呤互補的堿基所占比例是y。該DNA分子的嘌呤堿基和嘧啶堿基的比值是1。G、C之間有三個氫鍵，A、T之間有兩個氫鍵，該DNA分子的堿基之間的氫鍵數(shù)目是3x＋2[(x/2y) －x]＝(x＋x/y)。A、T與G不互補，其數(shù)目為[x(l－2y)/y]。 答案：D,3．下列關(guān)于DNA復(fù)制的敘述，正確的是( ) A．DNA復(fù)制時，嚴(yán)格遵循A－U、C－G的堿基互補配對原則 B．DNA復(fù)制時，兩條脫氧核苷酸鏈均可作為模板 C．DNA分子全部解旋后才開始進(jìn)行DNA復(fù)制 D．脫氧核苷酸必須在DNA酶的作用下才能連接形成子鏈,解析：DNA復(fù)制時，嚴(yán)格遵循A－T、C－G的堿基互補配對原則；DNA是以兩條脫氧核苷酸鏈作為模板進(jìn)行復(fù)制的；DNA分子邊解旋邊復(fù)制；脫氧核苷酸必須在DNA聚合酶的作用下才能連接形成子鏈。 答案：B,4．已知某DNA分子中，G與C之和占全部堿基總數(shù)的35.8%，其中一條鏈的T與C分別占該鏈堿基總數(shù)的32.9%和17.1%。則在它的互補鏈中，T和C分別占該鏈堿基總數(shù)的( ) A．32.9%,17.1% B．31.3%,18.7% C．18.7%,31.3% D．17.1%,32.9%,解析：本題考查DNA分子結(jié)構(gòu)中的堿基數(shù)目計算，難度較大。假設(shè)該DNA分子共有堿基2 000個，則G＋C共有716個，T＋A共有1 284個，其中的一條鏈(α鏈)中，T有329個，C有171個。由此可知：該DNA分子共含G(或C)358個，T(或A)642個。據(jù)此可知，該DNA分子的β鏈中含有T(642－329)＝313個。含有C(358－171)＝187個。所以，該DNA分子的另一條鏈(β鏈)中，T占該鏈堿基總數(shù)的31.3%，C占該鏈堿基總數(shù)的18.7%。 答案：B,5．用32P標(biāo)記玉米體細(xì)胞(含20條染色體)的DNA分子雙鏈，再將這些細(xì)胞轉(zhuǎn)入不含32P的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，讓其分裂n次，若一個細(xì)胞中的染色體總條數(shù)和被32P標(biāo)記的染色體條數(shù)分別是40條和2條，則該細(xì)胞至少是處于第幾次分裂的分裂期 ( ) A．第一次 B．第二次 C．第三次 D．第四次,解析：由染色體總條數(shù)為40條可知該細(xì)胞處于有絲分裂后期，若是第一次有絲分裂后期，被32P標(biāo)記的染色體條數(shù)應(yīng)為40條；若是第二次有絲分裂后期，被32P標(biāo)記的染色體條數(shù)應(yīng)為20條；若是第三次有絲分裂后期，被32P標(biāo)記的染色體條數(shù)應(yīng)在0條到20條之間。 答案：C,6．(2014·沈陽四校階段測試)某DNA分子有2 000個脫氧核苷酸，已知它的一條單鏈上A∶G∶T∶C＝1∶2∶3∶4，若該分子復(fù)制一次，則需要腺嘌呤脫氧核苷酸的數(shù)量是( ) A．200個 B．300個 C．400個 D．800個 解析：由一條單鏈上A∶G∶T∶C＝1∶2∶3∶4，計算得該單鏈上1 000個堿基中含有A＝100個、T＝300個，整個DNA分子中T＝400個，復(fù)制1次需要A為400個。 答案：C,7．下圖是某DNA分子的局部結(jié)構(gòu)示意圖，請據(jù)圖回答。,,(1)寫出下列圖中序號代表的結(jié)構(gòu)的中文名稱：①________，⑦_(dá)_______ ，⑧________，⑨________。 (2)圖中DNA片段中堿基對有________對，該DNA分子應(yīng)有________個游離的磷酸基。 (3)從主鏈上看，兩條單鏈________；從堿基關(guān)系看，兩條單鏈________。,(4)如果將14N標(biāo)記的細(xì)胞培養(yǎng)在含15N標(biāo)記的脫氧核苷酸的培養(yǎng)液中，此圖所示的________________(填圖中序號)中可測到15N。若細(xì)胞在該培養(yǎng)液中分裂四次，該DNA分子也復(fù)制四次，則得到的子代DNA分子中含14N的DNA分子和含15N的DNA分子的比例為________。 (5)若該DNA分子共有a個堿基，其中腺嘌呤有m個，則該DNA分子復(fù)制4次，需要游離的胞嘧啶脫氧核苷酸為________個。,8．在正常情況下，細(xì)胞內(nèi)完全可以自主合成組成核酸的核糖和脫氧核糖?，F(xiàn)在細(xì)胞系由于發(fā)生基因突變而不能自主合成核糖和脫氧核糖，必須從培養(yǎng)基中攝取。為驗證DNA分子復(fù)制的原料是脫氧核苷酸，而不是核糖核苷酸，現(xiàn)提供如下實驗材料，請你完成實驗方案。 (1)實驗?zāi)康模候炞CDNA分子復(fù)制的原料是脫氧核苷酸，而不是核糖核苷酸。 (2)實驗材料：突變細(xì)胞系、基本培養(yǎng)基、核糖核苷酸、14C－核糖核苷酸、脫氧核苷酸、14C－脫氧核苷酸、放射性探測顯微儀等。,(3)實驗原理： DNA主要分布在______，其基本組成單位是______； RNA主要分布在______，其基本組成單位是______。 (4)實驗步驟： 第一步：編號。取基本培養(yǎng)基兩個，編號為甲、乙。 第二步：設(shè)置對照實驗。在培養(yǎng)基甲中加入適量的核糖核苷酸和14C－脫氧核苷酸；在培養(yǎng)基乙中加入等量的__________________________________________。,第三步：培養(yǎng)。在甲、乙培養(yǎng)基中分別接種等量的突變細(xì)胞系，放到________培養(yǎng)一段時間，讓細(xì)胞增殖。 第四步：觀察。分別取出培養(yǎng)基甲、乙中的細(xì)胞，用放射性探測顯微儀探測觀察________。 (5)預(yù)期結(jié)果： ①培養(yǎng)基甲中_______________________________； ②培養(yǎng)基乙中_______________________________。 (6)實驗結(jié)論：__________________________________ __________________________________________。,解析：DNA主要分布于細(xì)胞核，RNA主要分布于細(xì)胞質(zhì)，DNA的基本組成單位是脫氧核苷酸，RNA的基本組成單位是核糖核苷酸。要驗證DNA復(fù)制的原料是脫氧核苷酸，可根據(jù)被標(biāo)記的脫氧核苷酸在細(xì)胞的分布情況判斷。,答案：(3)細(xì)胞核 脫氧核苷酸 細(xì)胞質(zhì) 核糖核苷酸 (4)第二步：14C－核糖核苷酸和脫氧核苷酸 第三步：適宜的相同環(huán)境中 第四步：細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)的放射性強弱 (5)①細(xì)胞的放射性部位主要在細(xì)胞核 ②細(xì)胞的放射性部位主要在細(xì)胞質(zhì) (6)DNA分子復(fù)制的原料是脫氧核苷酸而不是核糖核苷酸,