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    备战高考生物一轮复习优质课件 第17讲 DNA的结构、复制及基因的本质

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    这是一份备战高考生物一轮复习优质课件 第17讲 DNA的结构、复制及基因的本质,共60页。PPT课件主要包含了查哥夫,DNA具有恒定的直径,习题巩固,回顾对DNA的认识,脱氧核苷酸,脱氧核苷酸的组成,一分子磷酸,一分子脱氧核糖,一分子含氮碱基,元素组成等内容,欢迎下载使用。

    DNA的结构及相关计算
    DNA的复制及基因的概念
    一、DNA双螺旋结构模型的建构
    DNA的结构单位:四种脱氧核苷酸
    沃森和克里克推算出DNA呈螺旋结构,尝试建构模型:双螺旋、三螺旋→失败(配对违反化学规律)
    威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱
    在DNA中,腺嘌呤(A)=胸腺嘧啶(T),鸟嘌呤(G)=胞嘧啶(C)
    据此,沃森和克里克构建出DNA双螺旋结构模型。
    能解释A、T、C、G的数量关系
    制作的模型与基于拍摄的X射线衍射照片推算出的DNA双螺旋结构相符
    1.DNA双螺旋结构模型的提出是二十世纪自然科学的伟大成就之一。下列研究成果中,为该模型构建提供主要依据的是( )①赫尔希和蔡斯证明DNA是遗传物质的实验②富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱③查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等④沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制A.①②   B.②③   C.③④    D.①④
    1.DNA的基本单位:
    脱氧核糖上与碱基相连的碳叫作1’-C,与磷酸基团相连的碳叫作5’-C。
    DNA链是由脱氧核苷酸脱水缩合连接而成的长链。
    3',5'-磷酸二酯键
    1.由 条单链按_________方式盘旋成_______结构。
    和 交替连接,构成基本骨架;
    两条链上的碱基通过 连接形成 ,且A只和 配对、G只和 配对,碱基之间的一一对应的关系,就叫作 。
    氢键越多,结构越稳定,即含G、C碱基对比例越大,结构越稳定,更耐高温。
    磷酸、脱氧核糖、含氮碱基
    两条反向平行的脱氧核苷酸链
    A=T G≡C
    三、DNA分子的结构特性
    在生物体内,一个最短DNA分子也大约有4000个碱基对,碱基对有:A—T、T—A、G—C、C—G。请同学们计算DNA分子有多少种?
    碱基对的特定排列顺序。
    ①外部稳定的基本骨架——磷酸和脱氧核糖交替连接形成;
    ②内部碱基对稳定——通过氢键连接,严格遵循碱基互补配对原则, 加强稳定性;
    ③空间结构稳定——规则的双螺旋结构。
    碱基对的数量不同、排列顺序的千变万化。
    遗传信息:DNA分子中的碱基对的排列顺序。
    四、制作DNA双螺旋结构模型
    某同学想制作一段具有10对碱基对的DNA片段模型,他在准备材料时至少需要:(1)代表磷酸的球形塑料片几个?(2)代表四种碱基的长方形塑料片几个?(3)代表脱氧核糖的五边形塑料片几个? (4)可组装出几种该DNA片段模型?
    2.用卡片构建DNA平面结构模型,所提供的卡片类型和数量如表所示, 下列说法正确的是(  )
    A.最多可构建4种脱氧核苷酸,5个脱氧核苷酸对B.构成的双链DNA片段最多有10个氢键C.DNA中每个脱氧核糖均与1分子磷酸相连D.最多可构建44种不同碱基序列的DNA
    2.如图为某同学在学习了DNA分子的结构后画的含有2个碱基对的DNA分子片段(其中“○”代表磷酸基团),下列为几位同学对此图的评价,其中哪位同学的评价较合理?
    ①甲认为该图没有什么物质和结构上的错误。②乙认为该图至少有3处错误,其中核糖应改为脱氧核糖,U应改为T,DNA单链中脱氧核苷酸的磷酸基团应与相邻脱氧核苷酸3′碳上的羟基脱水形成磷酸二酯键。③丙认为如果他画的是双链RNA分子,则该图就是正确的。
    该同学要画的为DNA分子结构图,图中的错误有:①五碳糖应为脱氧核糖;② 碱基不含尿嘧啶(U);③磷酸与磷酸之间无化学键的连接,磷酸应与脱氧核糖交替连接。故乙同学评价较合理。
    3.图中1为DNA分子片段的一条链,2为碱基对, 3为氢键,4为一个脱氧核苷酸。
    (1)双链DNA中,游离的磷酸基团有 个。每个脱氧核糖一般连接着 个磷酸,一条单链上有 个脱氧核糖只连接一个磷酸。
    (3)A与T之间有 个氢键,G与C之间有 个氢键。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 ;若已知G有m个,则氢键数为 。
    五、DNA分子中的碱基数量的计算规律
    1.两种DNA结构模型解读
    2.双链DNA分子中有关单链碱基的计算
    A1= , T1= , C1= , G1= 。
    3.双链DNA分子中有关计算
    (1)一个双链DNA分子中,嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数, 即A+G=T+C。
    注意:一个双链DNA分子中,A+T与C+G不一定相等, 而且一般都不相等。
    在双链DNA分子中:∵ A = T G = C
    ∴A+G = T+C
    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)/(G+C)的值不同。该比值体现了不同生物的DNA分子的特异性。
    ∴A+G = T+C
    (2)在DNA双链中,任意两个非互补碱基和的比例_______, 并为碱基总数的_____。
    ∴A+G/(A+G+C+T) =T+C/(A+G+C+T)
    任意两个非互补碱基和的比例为1,则可能为双链。
    若为双链,则任意两个非互补碱基和的比例为1。
    非互补碱基:不配对的碱基
    (3)双链DNA分子中,互补碱基之和与碱基总数之比, 与任意一条链的这种比值相等。
    设A1+G1+C1+T1=m,则A2+G2+C2+T2=m
    ∴ A+G+C+T=2m
    ∵ A1 = T2、T1 = A2 ,则A1+T1=A2+T2 ,,A+T=(A1+T1)+(A2+T2)
    (4)在双链DNA分子的两条互补链中,非互补碱基之和比例互为倒数。
    (5)双链DNA分子中,互补碱基之和的比例在任意一条链及整个 DNA分子中都相同。
    (6)某碱基在双链中所占的比例等于它在每条单链中所占比例的 平均值。
    即某种碱基在1链中占m%,在互补链(即2链)中占n%,则这种碱基在双链中应占(m+n)/2 %
    (7)若已知A在双链中所占的比例为c%,则A1在单链中所占的比例 无法确定,但最大值为2c%,最小值为0 。
    【例题】在一个双链DNA分子中A占22%,则A在其中一条单链中的数值能确定吗?
    能确定范围,0%≤A1≤44%
    (8)DNA分子的总氢键数=
    2(A-T碱基对数)+3(G-C碱基对数)
    4.根据碱基比例对核酸样品进行判定
    可能是双链DNA可能是单链DNA
    4.已知某DNA分子中,G与C之和占全部碱基总数的35.8%,其中一条链中的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%。则在它的互补链中,T和C分别占该链碱基总数的( )A.32.9%,17.1%   B.31.3%,18.7%C.18.7%,31.3%   D.17.1%,32.9%
    (A+T)%=(A1+T1)%=(A2+T2)%=64.2% T1=32.9% T2=?(G+C)%=(G1+C1)%=(G2+C2)%=35.8% C1=17.1% C2=?
    5.下列有关双链DNA分子的叙述,正确的是( )A.若DNA分子一条链中的碱基A所占比例为a,则另一条链的碱基C所占比例为1/(2-a)B.如果一条链上(A+T)∶(G+C)=m,则另一条链上该比值也为mC.如果一条链上的A∶T∶G∶C=2∶2∶3∶3,则另一条链上该比值为3∶3∶2∶2D.由50个碱基对组成的DNA分子片段中至少含有氢键的数量为150个
    6.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( )
    7.酵母菌的DNA中碱基A约占32%,关于酵母菌核酸的叙述错误的是( )A.DNA复制后A约占32%B.DNA中C约占18%C.DNA中(A+G)/(T+C)=1D.RNA中U约占32%
    一、DNA复制的推测——假说演绎法
    (1)关键思路:通过实验区分亲代和子代的DNA。
    标记亲代DNA链,然后观察它们在子代DNA中如何分布。
    1958年,美国生物学家梅塞尔森(M.Meselsn)和斯塔尔(F.Stahl)以大肠杆菌为材料,利用15N和14N进行同位素标记,将亲代DNA全部标记为15N,并将其放入14N的环境中培养。15N和14N是N元素的两种稳定的同位素,这两种同位素的相对原子质量不同,因此,利用离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA。
    同位素标记法、密度梯度离心法
    15N / 14N-DNA
    15N / 15N-DNA
    14N / 14N-DNA
    14N / 15N-DNA
    转移到含14NH4Cl的培养液中
    4.实验验证,得出结论
    证明DNA的复制是半保留复制
    有丝分裂前的间期和减数第一次分裂前的间期,随着染色体的复制而完成。(真核生物)
    指以亲代DNA的两条链为模板合成子代DNA的过程。
    ⑴解旋:在ATP的驱动下,解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开。
    ⑵定序:游离的脱氧核苷酸按碱基互补配对原则随机地与两条母链 的碱基配对,确定子链的脱氧核苷酸排列顺序。
    ⑶合成子链:在DNA聚合酶的催化下从子链的5'端把子链的脱氧 核苷酸聚合成脱氧核苷酸链。
    合成方向:子链的5’端→ 3’端
    ⑷形成子代DNA分子:每条新链与其对应的模板链盘绕成 双螺旋结构。
    解旋酶,DNA聚合酶等
    ①边解旋边复制 (从过程上看)
    ②半保留复制 (从结果上看)
    加快复制速度,减少DNA突变可能
    从子链的5' 端向 3' 端延伸
    9.DNA精确复制的原因
    (1)DNA独特的双螺旋结构,为复制提供了精确的模板。
    (2)通过碱基互补配对,保证了复制能够准确地进行。
    一个DNA分子就形成了两个完全相同的DNA分子。(两个子代DNA分子,通过细胞分裂分配到子细胞中)
    将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞,从而保持了遗传信息的连续性。
    1.下面是DNA复制的有关图示。A→B→C表示大肠杆菌的DNA复制。D→F表示哺乳动物的DNA复制。图中黑点表示复制起点,“→”表示复制方向,“⇨”表示时间顺序。
    (1)若A中含有48502个碱基对,而子链延伸速率是105个碱基对/min,假设DNA分子从头到尾复制,则理论上此DNA分子复制约需30 s,而实际上只需约16 s,根据A→C过程分析,这是因为_____________________。
    (2)哺乳动物的DNA分子展开可达2m之长,若按A→C的方式复制,至少需要8 h,而实际上只需要约2 h,根据D→F过程分析,是因为________________________。
    DNA分子中有多个复制起点
    特点2:多起点复制(真核生物)
    (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______________的。
    2.如图为真核生物染色体上DNA复制过程示意图, 有关叙述错误的是(  )
    A.图中DNA复制是从多个起点同时开始的B.图中DNA复制是边解旋边双向复制的C.真核生物DNA复制过程中解旋酶作用于氢键D.真核生物的这种复制方式提高了复制速率
    模板链:3’→5’合成子链方向:5’→3’
    DNA聚合酶不能催化DNA新链从头合成,只能催化dNTP加入核苷酸链的3'-OH末端。因而复制之初需要一段RNA(DNA)引物的3’一OH端为起点,合成5’→3’方向的新链。
    DNA聚合酶只能从引物3′端延伸DNA链。
    A.DNA复制过程中,双链会局部解旋B.Ⅰ所示的DNA链被3H标记C.双链DNA复制仅以一条链作为模板D.DNA复制方式是半保留复制
    3.大肠杆菌拟核DNA是环状DNA分子。将无放射性标记的大肠杆菌,置于含3H标记的dTTP的培养液中培养,使新合成的DNA链中的脱氧胸苷均被3H标记。在第二次复制未完成时将DNA复制阻断,结果如图所示。下列对此实验的理解错误的是(  )
    三、DNA复制的有关计算
    无论DNA复制多少次,含有母链的DNA分子永远只有两条。
    (1)1个DNA分子连续复制n代,共产生 个子代DNA分子,子代DNA分子中共有单链 条;其中,旧链 条,新链 条。
    (2)亲代DNA第n代复制增加的DNA分子数为 。
    (3)完全含亲代母链的DNA分子数为 , 不含亲代母链的DNA分子数为 。
    (4)若一个亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个,则:①经过连续n次复制,需消耗游离的该脱氧核苷酸数目为 个。②第n次复制时,需消耗游离的该脱氧核苷酸 个。
    (1)注意“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别,前者包括所有的复制,但后者只包括第n次的复制。(2)注意碱基的单位是“对”还是“个”。(3)切记在DNA复制过程中,无论复制了几次,含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两个。(4)看清试题中问的是“DNA分子数”还是“链数”,“含”还是“只含”等关键词,以免掉进陷阱。
    特别提醒:“DNA复制”相关题目的4点“注意”
    4.含有100个碱基对的一个DNA分子片段,其中一条链的A+T占40%,它的互补链中G与T分别占22%和18%,如果连续复制2次,则需游离的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸数量为( )A.240个 B.180个C.114个 D.90个
    5.如图为某DNA分子片段,假设该DNA分子中有5 000对碱基,A+T占碱基总数的34%,若该DNA分子在含14N的培养基中连续复制2次,下列叙述正确的是( )A.复制时作用于③处的酶为DNA聚合酶B.DNA分子复制2次需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸9 900个C.④处指的是腺嘌呤核糖核苷酸D.子代中含15N的DNA分子占1/2
    四、有丝分裂与减数分裂中染色体标记情况分析
    复制产生的两个子代DNA分子位于一条染色体的两条姐妹染色单体上,由着丝点连在一起,在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝点分裂时分开,分别进入两个子细胞中。
    以一个细胞中的所有DNA的两条链被标记为例
    1.有丝分裂中染色体标记情况分析
    用15N标记1对同源染色体上的2个DNA分子
    每条同源染色体上的每条染色体单体均带有标记
    分裂形成2个子细胞,每个子细胞中的每条染色体均带有标记
    分裂形成4个子细胞,子细胞类型有4种组合方式。
    ①有 的子细胞 带有标记
    ②③有 的子细胞 带有标记
    ④ 子细胞带有标记
    2.减数分裂中染色体标记情况分析
    15N标记1对同源染色体上的两个DNA分子
    分裂形成4个子细胞,全部子细胞中的每条染色体均带有标记。
    6.用32P标记玉米体细胞(含有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,在第二次细胞分裂的中期、后期及所产生的子细胞中被32P标记的染色体数分别为( )A.20、40、20 B.20、20、20C.20、20、0~20 D.20、40、0~20
    五、基因通常是有遗传效应的DNA片段
    RNA病毒体内的基因是:有遗传效应的RNA片段。
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