必修二：3-2-DNA分子的结构、复制与基因.ppt

单击此处编辑母版文本样式,高考总复习,生物,(,人教实验版,),第三章 基因的本质,1,(2010,山东理综，,7),蚕豆根尖细胞在含,3,H,标记的胸腺嘧啶脱氧核苷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,答案,B,解析,本题考查了有丝分裂的过程及特点。遗传物质的复制是半保留复制，蚕豆根尖在,3,H,标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸中培养一个周期后，每条染色体都被标记，但标记的只是其中一条链，再放在不含放射性的培养基中培养，在中期时，一条染色体包含两条染色单体，一半染色单体被标记,(,含有标记链,),，一半完全不被标记。,2,(2010,福建理综，,2),下列有关造血干细胞中物质运输的途径，可能存在的是,(,),A,吸收的葡萄糖：细胞膜细胞质基质线粒体,B,合成的细胞膜蛋白：高尔基体核糖体细胞膜,C,转录的,mRNA,：细胞核细胞质基质高尔基体,D,合成的,DNA,聚合酶：核糖体细胞质基质细胞核,自主梳理,一、,DNA,双螺旋结构模型的构建,1,构建模型时对,DNA,分子的认识,(1)DNA,分子是以,4,种,为单位连接而成的长链，这,4,种脱氧核苷酸分别含有,四种碱基；,(2),在,DNA,分子中，,的量总是等于胸腺嘧啶,(T),的量，,的量总是等于胞嘧啶,(C),的量。,脱氧核苷酸,A,、,T,、,C,、,G,腺嘌呤,(A),鸟嘌呤,(G),2,模型建立,1953,年，由美国生物学家,和英国物理学家,建立。,二、,DNA,分子的结构,1,结构特点,(1),由两条脱氧核苷酸链,盘旋成双螺旋结构；,(2),和,交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；,沃森,克里克,反向平行,脱氧核糖,磷酸,(3),两条链上的碱基通过,连接成,，排列在内侧。,2,碱基互补配对原则,在,DNA,分子中，,A(,腺嘌呤,),一定与,配对，,G(,鸟嘌呤,),一定与,配对。即碱基配对方式,A,T,、,G,C,。,互动探究,DNA,分子结构上有什么特性？,提示,稳定性、特异性、多样性。,氢键,碱基对,T(,胸腺嘧啶,),C(,胞啶嘧,),要点归纳,一、,DNA,分子的结构,1,有关,DNA,分子的化学结构,2,关于平面结构和空间结构,(,双螺旋结构,),特点：,(1),两条链反向平行；,(2),脱氧核糖与磷酸交替排列在外侧；,(3),两条长链的碱基之间靠氢键连接成碱基对，碱基对的形成遵循碱基互补配对原则。,3,DNA,分子的结构特点,(1),稳定性：使,DNA,双螺旋结构稳定的因素取决于：碱基对间的氢键；疏水作用,(,或碱基的堆积力,),；疏水的碱基彼此堆积，避开了水相，一般认为后者对双螺旋的稳定性贡献最大。,(2),多样性：碱基对,(,或脱氧核苷酸对,),排列顺序的千变万化，构成了,DNA,的多样性遗传信息的多样性生物多样性。,(3),特异性：每个,DNA,分子碱基对的排列顺序是特定的，构成了每个,DNA,分子的特异性遗传信息的特异性生物的特异性。,二、碱基互补配对原则及其推论,1,原则：,A,T,，,T,A,；,G,C,，,C,G,。图示为：,2,推论：在一个,DNA,分子中,(1),腺嘌呤与胸腺嘧啶相等，鸟嘌呤与胞嘧啶相等，即,A,T,，,G,C,。,(2),嘌呤总数与嘧啶总数相等，即,A,G,T,C,。,(4),互补配对碱基之和所占比例,“,三不变,”,，即在一条链中互补配对碱基之和占该链碱基的比例，等于其在互补链中的比例，也等于在整个,DNA,分子中所占比例及在,mRNA,中所占比例。,感悟拓展,1,以上原则及推论仅适用于双链,DNA,分子的碱基计算，不适用于单链,DNA,分子的碱基计算。,2,应用上述推论，还可以解决转录时,mRNA,中相关碱基数目和比例的计算等问题。,典例导悟,1(,上海高考,),组成,DNA,结构的基本成分是,(,),核糖,脱氧核糖,磷酸,腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶,胸腺嘧啶,尿嘧啶,A,B,C,D,解析,组成,DNA,的基本单位是脱氧核苷酸。脱氧核苷酸是由磷酸、脱氧核糖和碱基,(,腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶,),组成，核糖及尿嘧啶则是组成,RNA,的成分。,答案,C,有一对氢键连接的脱氧核苷酸，已查明它的结构中有一个腺嘌呤，则它的其他组成成分应是,(,),A,三个磷酸、三个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶,B,两个磷酸、两个脱氧核糖和一个胞嘧啶,C,两个磷酸、两个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶,D,两个磷酸、两个脱氧核糖和一个尿嘧啶,答案,C,解析,一个脱氧核苷酸是一由分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基组成，因为组成脱氧核苷酸的含氮碱基只有,A,、,T,、,C,、,G,四种，所以只有四种脱氧核苷酸。又依据题中,“,有一对氢键连接的脱氧核苷酸,”,，则必定形成碱基对，按照碱基互补配对原则，与腺嘌呤配对的一定为胸腺嘧啶，而其他成分相同。,自主梳理,关于,DNA,复制,(1),概念：,(2),场所：,(3),时间：,和,(4),条件：,以亲代,DNA,分子为模板合成子代,DNA,分子的过程,细胞核,有丝分裂间期,减数第一次分裂间期,模板、原料、酶、能量,(5),基础：,和,(6),过程：,(7),特点：,和,(8),意义：,互动探究,1.,生物体中,DNA,分子复制的具体场所有哪些？,提示,真核生物：细胞核、线粒体、叶绿体；原核生物；拟核、质粒；病毒：宿主细胞内。,2,若复制出错，会产生什么影响？,提示,发生基因突变。,DNA,是双螺旋结构,严格按碱基,互补配对原则,边解旋边复制,半保留复制,边解旋边复制,从亲代传给子代，保持遗传信息的连续性,要点归纳,1,场所：主要是在细胞核,(,凡是细胞内有,DNA,的地方均可复制,),3,过程：边解旋边复制。解旋合成子链母、子链组成双螺旋。,4,特点：半保留复制。新合成的每个,DNA,分子中，都保留了原来,DNA,分子中的一条链,(,模板链,),。,5,结果：一个,DNA,分子形成了两个,DNA,分子。新复制出的,2,个子代,DNA,分子通过细胞分裂分配到,2,个子细胞中去。,6,复制简记：,“,1,个主要场所,(,细胞核,),，,2,种时期，,3,步过程，,4,个条件,”,。,7,若取一个全部,N,原子被,15,N,标记的,DNA,分子,(0,代,),，转移到含,14,N,的培养基中培养,(,复制,),若干代，其结果分析如下表：,若一亲代,DNA,分子含有某种脱氧核苷酸,m,个，经过,n,次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸,m(2,n,1),个。,典例导悟,2,将用,15,N,标记的一个,DNA,分子放在含有,14,N,的培养基中让其复制三次，则含有,15,N,的,DNA,分子占全部,DNA,分子的比例和占全部,DNA,单链的比例依次为,(,),A,1/2,1/4,B,1/4,1/8,C,1/4,1/6 D,1/8,1/8,解析,DNA,分子的复制为半保留复制，复制过程中,DNA,的两条链均可作为母链,(,模板,),来形成子链，形成两个,DNA,分子，子代,DNA,的两条链中，一条来自母链，一条是新合成的子链。复制三次指连续同步复制，共形成,8,个,DNA,分子。在,8,个,DNA,分子的,16,条单链中，只有某,2,个,DNA,分子含有原来标记的,15,N(,第一代,)DNA,分子的母链。,答案,B,答案,C,解析,DNA,分子复制后，产生的,DNA,分子与亲代,DNA,分子是完全相同的，即碱基的种类、数量及排列顺序都是相同的，利用公式,M,x,(2,n,1),，其中,M,为,DNA,分子复制过程中需要某种游离的脱氧核苷酸的数量，,x,为亲代,DNA,分子中该种脱氧核苷酸的数目，,n,为,DNA,分子复制的次数。由题知亲代,DNA,分子中，,T,(,a,2,m,)/2,，则该,DNA,分子复制,3,次后需碱基,T,为,(,a,2,m,)/2,(2,3,1),。,自主梳理,1,一个,DNA,上有,个基因。构成基因的碱基数,(,填,“,大于,”,、,“,小于,”,、,“,等于,”,)DNA,分子的碱基总数。,2,基因是有,的,DNA,片段。,3,遗传信息蕴藏在,之中。,4,DNA,分子具有,和,，这是生物体多样性和特异性的物质基础。,小于,许多,遗传效应,4,种碱基对的排列顺序,多样性,特异性,互动探究,DNA,分子上所有的碱基序列都是遗传信息吗？基因的功能是什么？,提示,不是，只有基因中控制生物遗传性状的脱氧核苷酸序列才为遗传信息；基因的作用是传递遗传信息和表达遗传信息，从而控制生物的性状。,要点归纳,一、基因概念的理解,1,从结构上看,(1),基因是,DNA,分子上一个个特定的片段，一个,DNA,分子上有很多个基因。,(2),基因与,DNA,结构一样，也是由四种脱氧核苷酸按一定顺序排列而成的序列。,(3),每个基因的脱氧核苷酸数目及排列顺序是特定的。,(4),不同的基因，差别在于碱基数目及排列顺序不同。,(5),基因中碱基的排列顺序代表遗传信息。,二、基因与脱氧核苷酸、遗传信息、,DNA,、染色体、蛋白质、生物性状之间的关系,1,染色体、,DNA,、基因、脱氧核苷酸的关系,2,基因、染色体、蛋白质、性状的关系,感悟拓展,(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。,(3),位于染色体上的基因随着染色体传递给子代，其遗传遵循孟德尔遗传规律。位于线粒体和叶绿体中的基因随线粒体和叶绿体传给子代，是控制细胞质遗传的基因，特点是,母系遗传,。,典例导悟,3(2010,厦门质检,),下列有关基因的叙述，不正确的是,(,),A,可以准确地复制,B,能够储存遗传信息,C,是,4,种碱基对的随机排列,D,是有遗传效应的脱氧核苷酸序列,解析,本题考查基因的概念。易混点在于,C,和,D,选项，基因的概念明确指出基因是有遗传效应的,DNA,片段，而选项,C,中故意用碱基对来混淆碱基，不认真审题的考生易上当。,答案,C,(2010,潍坊质检,),基因是有,“,遗传效应的,”,DNA,片段，下列哪项不是,“,遗传效应,”,的含义,(,),A,能控制一种生物性状的表现,B,能控制一种蛋白质的合成,C,能决定一种氨基酸的位置,D,能转录成一种,mRNA,答案,C,解析,基因概念中,“,遗传效应,”,是指控制生物的性状，而基因对性状的控制是通过控制蛋白质的合成来实现的；组成蛋白质的氨基酸约有,20,种，基因不只是决定一种氨基酸的位置，而是决定组成蛋白质的所有氨基酸的位置。,命题热点,1,关于,DNA,分子半保留复制的有关计算,【,例,1】,含有,32,P,或,31,P,的磷酸，两者化学性质几乎相同，都可参与,DNA,分子的组成，但,32,P,比,31,P,质量大。现将某哺乳动物的细胞放在含有,31,P,磷酸的培养基中，连续培养数代,后得到,G,0,代细胞。然后将,G,0,代细胞移至含有,32,P,磷酸的培养基中培养，经过第,1,、,2,次细胞分裂后，分别得到,G,1,、,G,2,代细胞。再从,G,0,、,G,1,、,G,2,代细胞中提取,DNA,，经密度梯度离心后得到结果如图。由于,DNA,分子质量不同，因此在离心管内的分布不同。若、分别表示轻、中、重三种,DNA,分子的位置，请回答：,(1)G,0,、,G,1,、,G,2,三代,DNA,离心后的试管分别是图中的：,G,0,_,；,G,1,_,；,G,2,_,。,(2)G,2,代在、三条带中,DNA,数的比例是,_,。,(3),图中、两条带中,DNA,分子所含的同位素磷分别是：条带,_,，条带,_,。,(4),上述实验结果证明,DNA,的复制方式是,_,。,DNA,的自我复制能使生物的,_,保持相对稳定。,答案,(1)A,B,D,(2)022,(3),31,P,32,P,和,31,P,(4),半保留复制遗传特性,解析,首先应该看懂图解，知道轻、中、重三种,DNA,划分的标准：由两条含,31,P,的脱氧核苷酸链组成的是轻,DNA,；由一条含,31,P,的脱氧核苷酸组成的链和另一条含,32,P,的脱氧核苷酸组成的链形成的是中,DNA,；由两条含,32,P,的脱氧核苷酸链组成的是重,DNA,。然后回顾,DNA,的复制过程：解旋，由一个,DNA,分子形成两条半分子母链。以每一条母链为模板，按照碱基配对的原则，从周围吸收新的脱氧核苷酸，形成新的子链，产生两个子代,DNA,分子。注意，此时在含有,31,P,磷酸的培养基中，含,31,P,的脱氧核苷酸参与构成子链；在含有,32,P,磷酸的培养基中，含,32,P,的脱氧核苷酸参与构成子链。,DNA,分子的复制是半保留复制，即复制后形成的子代,DNA,中，每个,DNA,分子都只含有一条子链，另一条则为母链。根据题意：,G,0,代细胞中的,DNA,全部由含,31,P,的脱氧核苷酸组成，是轻,DNA,；,G,1,代是以,G,0,代细胞中的,DNA,为模板，以含,32,P,的脱氧核苷酸为原料形成的两个,DNA,分子，每一个,DNA,分子中，母链含,31,P,，子链含,32,P,，是中,DNA,；,G,2,代是以,G,1,代为模板，以含,32,P,的脱氧核苷酸为原料形成的四个,DNA,分子，有两个,DNA,分子，母链含,31,P,，子链含,32,P,，是中,DNA,，另两个,DNA,分子，母链、子链都含,32,P,，是重,DNA,。,拓展提升,DNA,复制中用,DNA,聚合酶，而基因工程中用,DNA,连接酶，两者作用对象有所区别：,DNA,连接酶是将,DNA,片段进行连接，而,DNA,聚合酶是将单个游离的脱氧核苷酸连接。,命题热点,2,关于实验考查,探究,DNA,复制是全保留还是半保留复制的方法：同位素标记离心处理，根据试管中,DNA,的分布位置确定复制方式。,【,例,2】,为了探究,DNA,的复制、转录等过程，科学家做了一系列的实验，图示如下：,实验一：将大肠杆菌中提取出的,DNA,聚合酶加到具有足量的四种脱氧核苷酸的试管中。培养在适宜温度条件下，一段时间后，测定其中的,DNA,含量。,实验二：在上述试管中加入少量,DNA,和,ATP,，培养在适宜温度条件下，一段时间后，测定其中的,DNA,含量。,实验三：取四支试管，分别放入等量的四种脱氧核苷酸、等量的,ATP,和等量的,DNA,聚合酶，再在各试管中分别放入等量的四种,DNA,分子，它们分别是枯草杆菌、大肠杆菌、小牛胸腺细胞、,T,2,噬菌体的,DNA,。在适宜温度条件下培养一段时间，测定各试管中残留的脱氧核苷酸中每一种的含量。,分析以上实验，回答下列问题：,(1),实验一中,_(,能或不能,),测定出,DNA,，原因是,_,。,(2),实验二中,_(,能或不能,),测定出,DNA,，加入,ATP,的作用是,_,。,(3),实验三要探究的是,_,，若结果发现残留的四种脱氧核苷酸的量不同，则说明,_,。,(4),列举两种脱氧核苷酸的名称：,_,。,(5),如果要模拟,DNA,的转录过程，试管中应加入,_,等。,答案,(1),不能缺少,DNA,模板和,ATP,(2),能提供能量,(3),不同生物的,DNA,分子的脱氧核苷酸组成是否相同不同生物的,DNA,分子脱氧核苷酸组成不同,(4),腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸,(,其他正确,答案,也可,),(5)DNA,、足量的四种核糖核苷酸、,RNA,聚合酶、,ATP,解析,DNA,的复制、转录过程都需要的四个条件：模板、能量、酶和原料，只有条件满足才能正常进行。解答相关试题时，要熟悉中心法则各步骤代表的含义，熟悉不同步骤之间的异同。,1,(2010,北京理综，,30),科学家以大肠杆菌为实验对象，运用同位素示踪技术及密度梯度离心方法进行了,DNA,复制方式的探索实验，实验内容及结果见下表。,请分析并回答：,(1),要得到,DNA,中的,N,全部被放射性标记的大肠杆菌,B,，必须经过,_,代培养，且培养液中的,_,是唯一氮源。,(2),综合分析本实验的,DNA,离心结果，第,_,组结果对得到结论起到了关键作用，但需把它与第,_,组和第,_,组的结果进行比较，才能说明,DNA,分子的复制方式是,_,。,(3),分析讨论：,若子,代,DNA,的离心结果为,“,轻,”,和,“,重,”,两种密度带，则,“,重带,”,DNA,来自于,_,，据此可判断,DNA,分子的复制方式不是,_,复制。,若将子,代,DNA,双链分开后再离心，其结果,_(,选填,“,能,”,或,“,不能,”,),判断,DNA,的复制方式。,若在同等条件下将子,代继续培养，子,n,代,DNA,离心的结果是：密度带的数量和位置,_,，放射性强度发生变化的是,_,带。,若某次实验的结果中，子,代,DNA,的,“,中带,”,比以往实验结果的,“,中带,”,略宽，可能的原因是新合成,DNA,单链中的,N,尚有少部分为,_,。,答案,(1),多,15,N/,15,NH,4,Cl,(2)3,1,2,半保留复制,(3),B,半保留,不能,没有变化轻,15,N,解析,(1)DNA,的复制方式是半保留复制，即子代,DNA,中总有一条链来自亲代,DNA,，复制的代数越多，含亲代,DNA,母链的,DNA,分子比例越低，因此，要想获得,DNA,被全部标记的大肠杆菌，必须经过多代培养,(,至少第二代中才出现,),；由表可知，所供物质中唯一的氮源是,14,N,与,15,N,的,NH,4,Cl,。,(2),由于第一组是,A,完全含,14,N,的,DNA,，第二组,B,是经多带培养后完全被,15,N,标记的,DNA,，而第三组是第二组,B,经过一次复制形成的子代,DNA,，其离心结果显示，新合成的,DNA,全部为中带，即一条链含被标记的,15,N,，一条链含为被标记的,14,N,。,在得到结论时，必须是将第一组的,A(,全部轻代,),与的二组的,B(,全部重带,),进行比较，才能说明,B,的子一代的全部中带的获得方式是半保留复制。,(3),若子,I,代出现两条代，分别是轻带和重带，则重带,DNA,只能来自,B,被,15,N,标记的,DNA,，轻带只能来自新合成的,DNA,，因此，可推测,DNA,的复制方式不是一条链来自亲代,DNA,，一条链新合成的半保留复制，而成为全保留；,若将子一代,DNA,双链分开，离心结果也会出现轻带和重带两条带，则不能判断,DNA,的复制方式。,若将子,II,代继续培养，则子,n,代离心，密度代仍旧为中带和轻带两条，仍旧是中带具有放射性，放射性强度发生变化的位置在中带，放射性衰减；,若实验结果中子,I,代中带略宽，,其最可能的原因是新合成的,DNA,单链中仍有部分被,15,N,标记。,2,(2010,广州,),下图是,DNA,复制的有关图示。,ABC,表示大肠杆菌的,DNA,复制。,DF,表示哺乳动物的,DNA,分子复制片段。,(1),若,A,中含有,48 502,个碱基对，而子链延伸速度是,105,个碱基对,/,分，则此,DNA,分子复制约需,30 s,，而实际上只需约,16s,，根据,AC,图分析，这是因为,_,_,。,(2),哺乳动物的,DNA,分子展开可达,2 m,之长，若按,AC,的方式复制，至少,8 h,，而实际上约,6 h,左右，根据,DF,图分析，是因为,_,。,(3)A,F,均有以下特点：延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明,DNA,分子复制是,_,。,(4)C,与,A,，,F,与,D,相同，,C,、,F,能被如此准确地复制出来，是因为,_,。,答案,(1),复制是双向进行的,(2),从多个起始点同时进行复制,(3),边解旋边复制,(4)DNA,分子独特的双螺旋结构为复制提供精确的模板；,DNA,分子的碱基互补配对原则保证了,DNA,分子复制准确无误地完成,解析,(1)DNA,分子复制的特点是边解旋边复制，其方式为半保留复制。,DNA,分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。,(2),从图示可以看出：,大肠杆菌,DNA,复制时，有一个复制起点，从这一起点开始，子链向两极延伸，故时间只需约,16 s,。,哺乳动物,DNA,分子复制时的速度比大肠杆菌快，其原因是，复制起点不是一个而是多个，这样可以大大加快复制速度。,