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2014届新课标高考生物总复习配套课件:2-3-2DNA分子的结构、DNA分子的复制、基因是有遗传效应的DNA片段


2014 ·新课标高考总复习 ·生物
抓主干 双基知 识优化
破疑难 核心要 点探究 研考向 经典例 题透析 提素能 高效题 组训练

第2讲

DNA分子的结构、DNA分子的复制、 基因是有遗传效应的DNA片段

菜 单

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一、DNA的结构

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二、DNA分子的复制

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三、基因是有遗传效应的DNA片段

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(教师资源·备选题库) 1.下列叙述中不正确的是( )

A.DNA分子结构的多样性取决于4种碱基配对方式的多样性 B.生物界的丰富多彩,起决定作用的是DNA的多样性

C.体现生物界多样性的是蛋白质的多样性
D.没有RNA的多样性,就没有蛋白质的多样性 解析:生物界多样性的直接原因是蛋白质多样性,是由DNA的多 样性决定RNA的多样性,然后再决定蛋白质的多样性。但DNA结构的 多样性取决于4种碱基对的排列顺序,而不是碱基配对方式。 答案:A

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2.(2013年济宁模拟)对于下列图解,说法不正确的是(



A.在DNA分子的一条单链中相邻的碱基A与T的连接是通过“脱 氧核糖-磷酸-脱氧核糖” B.一个DNA分子可以转录成多种、多个信使RNA C.该图中的产物须穿过0层生物膜与细胞质中的核糖体结合,完

成遗传信息的表达
D.H5N1禽流感病毒在培养基上也可以完成该过程 解析:禽流感病毒没有独立代谢的能力,必须用活的宿主细胞培

养。
答案:D
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3.(2013年南昌模拟)下图表示一个DNA分子的片段,有关叙述
正确的是( )

A.若b2为合成信使RNA的模板链,则信使RNA的碱基序列与b1完 全相同 B.若b2为合成信使RNA的模板链,则转运RNA的碱基序列与b1完

全相同
C.b1、b2链中均有ATGC四种碱基,且b1中的A碱基量与b2中A碱 基量相同

D.若以b2为DNA复制时的模板链,则新形成的子DNA链碱基序列
与b1完全相同
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解析:信使RNA中含碱基U不含T,DNA中含碱基T不含U,所以 以b2为模板链合成的RNA的碱基序列与b1不完全相同。由于A=T,所 以b1中的A碱基量与b2中的T碱基量相同。因此A、B、C选项均错。 答案:D

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4.下列关于DNA复制的叙述,正确的是(
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A.在细胞有丝分裂间期,发生DNA复制
B.DNA通过一次复制后产生四个DNA分子 C.DNA双螺旋结构全部解链后,开始DNA的复制 D.单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的子链 解析:DNA通过一次复制后产生两个DNA分子;DNA的复制是

边解旋边复制;单个脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下连接合成新的
子链。 答案:A

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5.如图为大肠杆菌的DNA分子结构示意图(片段)。请据图回答 问题:

(1)图中1表示

,2表示

,1、2、3结合在一起

的 结 构 叫 __________________________________________________ 。 其排列顺序中蕴藏着___________________________________________ _____________________________。 (2)图中3有 种,中文名字分别是 。

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(3)含有200个碱基的某DNA片段中碱基间的氢键共有260个。

请回答:
① 该 DNA 片 段 中 共 有 腺 嘌 呤 对。 ②该片段复制4次,共需原料胞嘧啶脱氧核苷酸_______________ _____________________________________________________个。 ③在DNA分子稳定性的比较中, DNA分子稳定性越高。 (4)假定大肠杆菌只含14N的DNA的相对分子质量为a;只含15N 的DNA的相对分子质量为b。现将只含 15N的DNA培养到含 14N的培养 基中,子一代DNA的平均相对分子质量为 ,子二代DNA的平 均 相 对 分 子 质 量 为 ___________________________________________ _____________________________。
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个,C和G共

碱基对的比例越高,

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解析:(1)DNA、基因、脱氧核苷酸、碱基之间的关系可表示为

(2)图中3应为碱基,由于有3个氢键存在,因此应为C(胞嘧啶) 或G(鸟嘌呤)。 (3)①A、T碱基对间的氢键个数为2个,G、C碱基对间的氢键 数为3个,若200个碱基均由A、T构成应有200个氢键,多出来的60个 氢键应是G、C碱基对的,因此共有腺嘌呤40个,C与G共60对。 ②DNA分子的复制方式为半保留复制,即任一DNA分子都由一条 母链和一条子链组成。含60个胞嘧啶的DNA复制4次,形成16个DNA 分子,新增DNA分子15个,需胞嘧啶为60×15=900。
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③由于 G、C 碱基对间的氢键数为 3 个,比 A、T 碱基对之间的氢 键多,因此,G、C 碱基对的比例高时,DNA 分子稳定性高。 (4)由于 DNA 分子的半保留复制,因此子一代 DNA 的一条链含
15

N,一条链含 14N,则子一代 DNA 的平均相对分子质量为(a+b)/2, (a+b) × 2]/4=(3a 2

同时,子二代 DNA 的平均相对分子质量为[2a+ +b)/4。

答案:(1)磷酸 脱氧核糖 (2)2 鸟嘌呤、胞嘧啶

脱氧核苷酸

遗传信息

(3)①40 60 ②900 ③C和G (4)(a+b)/2 (3a+b)/4

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考点一

DNA分子的结构分析

1.DNA的分子组成

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2.结构形成

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①为组成单位;②为脱氧核苷酸单链;③④为脱氧核苷酸双链; ⑤为双螺旋结构。 由图分析,可以看出: (1)每个DNA片段中,游离的磷酸基团有2个。 (2)○??之间的数量关系为1∶1∶1。 (3)○和?之间的化学键为磷酸二酯键,用限制酶处理可切断, 用DNA连接酶处理可连接,还可用DNA聚合酶连接。

(4)?和? 之间的化学键为氢键,可用解旋酶使之断裂,也可
加热使之断裂,A与T之间有两个氢键,G与C之间有3个氢键。 (5)每个脱氧核糖连接着2个磷酸,每条单链上相邻碱基不直接

相连。
(6)若碱基对为n,则氢键数为2n~3n,若已知A有m个,则氢 键数为3n-m。
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[特别提醒] 沃森和克里克发现的DNA双螺旋结构,可概括为“五种元素、四 种碱基、三种物质、两条单链、一种结构”。即: 五种元素:C、H、O、N、P 四种碱基:A、T、G、C,相对应四种脱氧核苷酸 三种物质:磷酸、脱氧核糖、碱基

两条单链:两条反向平行的脱氧核苷酸链
一种结构:规则的双螺旋结构

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3.DNA分子的结构特性
(1)稳定性:DNA中脱氧核糖和磷酸交替连接的方式不变;两 条链间碱基互补配对的方式不变。

(2)多样性:DNA分子中碱基对排列顺序多种多样。
(3)特异性:每种DNA有别于其他DNA的特定的碱基排列顺序。 4.由碱基种类及比例可分析判断核酸的种类

(1)若有U无T,则该核酸为RNA。
(2)若有T无U,且A=T,G=C,则该核酸一般为双链DNA。 (3)若有T无U,且A≠T,G≠C,则该核酸为单链DNA。 5.有关DNA碱基的计算 根据A=T,G=C,图示如下:

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α链 —A—G—C—T—T—C—C—?m

β链 —T—C—G—A—A—G—G—?m
则 Aα=Tβ ? ?(A+T)α=(A+T)β=1(A+T)双链 Tα=Aβ ? ? 2 ? ?? 1 Gα=Cβ ? ?(G+C)α=(G+C)β=2(G+C)双链 Cα=Gβ? ?

(1)

A+T A+T A+U A+T (2) ( ) =( ) =( ) =( ) G+C α G+C β G+C RNA G+C 双链 (3)设( A+G A+G 1 )α=n,则( )β= , n T+C T+C

A+G 1 且以 α 链为模板合成的 RNA 中 = 。 U+C n
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[特别提醒] DNA 分子的共性与特异性 A G A+G A+C (1)共性: 、 、 或 在不同 DNA 分子中无特异性(均 T C T+C T+G 相同) ; A+T (2)特异性: 在不同 DNA 中可不相同,代表 DNA 分子特异 G+C 性(但 DNA 分子特异性还有碱基排列顺序) ; A+T 注:即使两个 DNA 分子中 数量相同,其碱基对排列顺序也可 G+C 能是不同的, 只有同 1 个 DNA 分子复制得到的子代之间才会拥有种类、 数量、排列顺序均相同的碱基对。

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1.(2013年黄冈模拟)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%
C.26%

B.22%
D.23%

?A+T=A1+T1=54% 单链 单双链转? 总链 解析: ? 化公式 ?C+G=C1+G1=46% 单链 ? 总链
若计算信使 RNA 中鸟嘌呤所占比例, 应该先计算 DNA 分子的模板 链中 C 所占比例。由题可知,在模板链中 A+T 所占比例也为 54%,又 因为该链中 G=22%,所以 C=1-(54%+22%)=24%。 答案:A
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考点二

DNA的复制

1.有关DNA复制的几个问题

(1)复制的场所:主要场所是细胞核,但在拟核、线粒体、叶
绿体、细胞质基质(如质粒)中也可进行DNA复制。 (2)外界条件对DNA复制的影响:在DNA复制的过程中,需要 酶的催化和ATP供能,凡是影响酶活性的因素和影响细胞呼吸的因素, 都会影响DNA的复制。 (3)DNA复制的准确性 ①一般情况下,DNA能准确地进行复制。 ②特殊情况下,在外界因素和生物内部因素的作用下,可能造成 碱基配对发生差错,引起基因突变。 (4)DNA的半保留复制特点: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)。
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2.DNA 分子复制的有关计算 假设将 1 个全部被 15N 标记的 DNA 分子 (亲代) 转移到含 14N 的培 养基中培养 n 代,结果如下:

?子代DNA分子总数=2 个 ?含15N的DNA分子数=2个 ? 14 n (1)DNA 分子数?含 N的DNA分子数=2 个 ?只含15N的DNA分子数=0个 ?只含14N的DNA分子数=(2n-2)个 ?
n

子代DNA分子中脱氧核苷酸链数=2 n+1条 ? (2)脱氧核? 15 ?含 N的脱氧核苷酸链数=2条 苷酸链数 ? 14 ?含 N的脱氧核苷酸链数=(2n+1-2)条

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(3)消耗的脱氧核苷酸数 设亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸m个,则: ①经过n次复制,共需消耗游离的该种脱氧核苷酸m·(2n-1)个。 ②在第n次复制时,共需消耗游离的该脱氧核苷酸m·2n-1个。

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2.(2013年江苏淮安调研)如图为细胞内某基因(15N标记)结构
示意图,A占全部碱基的20%。下列说法错误的是( )

A.该基因中不可能含有S元素 B.该基因的碱基(C+G)/(A+T)为3∶2 C.限制性核酸内切酶作用于①部位,DNA解旋酶作用于②部位

D.将该基因置于14N培养液中复制3次后,含15N的脱氧核苷酸链占
1/4

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解析:基因是有遗传效应的DNA片段,其组成元素有C、H、O、 N、P,A正确;在双链DNA分子中,A=T,T也占全部碱基的20%, 由于A+T+G+C=100%、C=G,得出C和G各占全部碱基的30%, 所以该基因的碱基(C+G)/(A+T)为3∶2,B正确;限制性核酸

内切酶作用于①部位的磷酸二酯键,DNA解旋酶作用于②部位的氢键,
C正确;复制3次共产生8个DNA分子,16条脱氧核苷酸链,有两条母 链含15N,所以含15N的脱氧核苷酸链占子代总脱氧核苷酸链的1/8,D

错误。
答案:D

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探究DNA的复制方式 理论归纳:关于DNA复制方式的探究,充分体现了假说—演绎法, 即在克里克假说的基础上,通过演绎推理,最终通过实验得以验证。 1.实验材料:大肠杆菌。 2.实验方法:放射性同位素标记技术和离心技术。 3.实验假设:DNA以半保留的方式复制。

4.实验过程:(见下图)
(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。

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(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。

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5.实验预期:离心后应出现3条DNA带。(见上图) (1)重带(密度最大):15N标记的亲代双链DNA(15N/15N)。 (2)中带(密度居中):一条链为15N,另一条链为14N标记的子 代双链DNA(15N/14N)。

(3)轻带(密度最小):两条链都为 14N标记的子代双链DNA
(14N/14N)。 6.实验结果:与预期的相符。(见上图)

(1)立即取出提取DNA→离心→全部重带(15N/15N)。
(2)繁殖一代后取出提取DNA→离心→全部中带(14N/15N)。 (3)繁殖两代后取出提取DNA→离心→1/2轻带、1/2中带。 7.实验结论:DNA的复制是以半保留方式进行的。
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3.(2013年武汉模拟)科学家在研究DNA分子复制方式时进行了 如下的实验研究(已知培养用的细菌大约每20 min分裂一次,实验结 果见相关图示):

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( 1 ) 复 制 过 程 除 需 要 模 板 DNA 、 脱 氧 核 苷 酸 外 , 还 需 要 等(至少答两点)。

(2)为了证明DNA复制的方式为半保留复制,请设计实验三
(用图示和相关文字补充在上图中),并画出结果C(同时含有14N和
15N的DNA分子称为中链DNA)。

(3)该过程中,实验一、实验二起

作用。若用15N标记

的DNA作为模板,用含 14N标记的培养基培养,在坐标图中画出连续 培养细菌60分钟过程中,15N标记DNA分子含量变化的曲线图。

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解析:(1)DNA分子复制除了需要模板、原料外,还需要能量、 酶和适宜的环境条件,如温度、pH等。 (2)实验一、二不能证明半保留复制的特点,用15N标记DNA的 细菌在14N培养基中培养或用14N标记DNA的细菌在15N培养基中培养, 然后提取细菌DNA离心,观察结果,如果复制1次结果只有中链DNA, 则可以证明DNA复制方式为半保留复制。 (3)细菌大约每20分钟分裂1次,连续培养细菌60分钟过程中, 可认为细菌连续分裂3次,DNA复制3次,不管复制几次产生多少个 DNA分子,含最初两条母链的DNA只有两个,且含两条母链的DNA

所占比例为2/2n。

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答案:(1)能量、酶、适宜的温度和pH (2)

(3)对照

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类型一

DNA的结构

[例1]

(2013年长春统考)图为DNA分子结构示意图,对该


图的描述正确的是(

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A.②和③相间排列,构成了DNA分子的基本骨架 B.④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸 C.当DNA复制时,⑨的形成需要连接酶

D.DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息
[听课记录] ①和②相间排列,构成了DNA分子的基本骨架,

A错误;④的结构并不是胞嘧啶脱氧核苷酸,①是属于上一个脱氧核

苷酸的磷酸,由②和③及下面的磷酸才可以构成胞嘧啶脱氧核苷酸,
B错误;DNA复制时,氢键的形成不需要连接酶,DNA片段的连接才 需要DNA连接酶,C错误。

[答案] D

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类型二 [例2]

DNA复制的特点分析 (2010年高考山东卷)蚕豆根尖细胞在含 3H标记的胸

腺嘧啶脱氧核苷酸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 [听课记录] 蚕豆的根尖细胞完成一个细胞周期后,根据DNA

半保留复制的特点,形成的子细胞中染色体上的DNA都只有一条链具
有放射性,另一条链不具有放射性,即每条染色体都具有放射性。
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当在不具有放射性标记的培养基中接着进行下一个细胞周期时, 完成DNA复制后,有丝分裂前期以及中期每条染色体都含有两条染色 单体,每条染色单体含有一个DNA分子,这两个DNA分子一个具有放 射性,一个没有放射性,即细胞中每条染色体含有的两条染色单体 (两个DNA分子)都是一条染色单体(一个DNA分子)被标记,另一 条染色单体(另一个DNA分子)不被标记。 [答案] B

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[例3]

(2013年福州模拟)如图为真核细胞DNA复制过程模

式图,请根据图示过程,回答问题:

(1)DNA解旋酶能使双链DNA解开,但解旋过程需要细胞提
供 酶。 。 除 了 图 中 所 示 酶 外 , 丙 DNA 分 子 的 合 成 还 需 要

(2)细胞中DNA复制的场所为____________________________
_________________________________________;

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在 复 制 完 成 后 , 乙 、 丙 分 开 的 时 期 为 _________________________

____________________________________________。
(3)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
[听课记录]



(1)解旋中需要断开氢键,消耗ATP。要将

DNA片段连接起来需要DNA连接酶。(2)DNA主要存在于细胞核中,

此外线粒体、叶绿体中也存在少量DNA。乙与丙是复制后的两个DNA
分子,位于两条姐妹染色单体上,随姐妹染色单体的分开而分开。 (3)若DNA的一条链中A替换为T,复制后的同源染色体(四分体)

上,只有一条染色单体上的DNA突变,这条染色单体进入卵细胞或3
个极体的可能性各为1/4。
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[答案]

(1)能量(ATP) DNA连接

(2)细胞核、线粒体和叶绿体 有丝分裂后期、减数第二次分 裂后期 (3)1/4

菜 单

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2014 ·新课标高考总复习 ·生物
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