第三單元遺傳的分子基礎第2講DNA分子的結構和DNA分子的復制第2講DNA分子的結構和DNA分子的復制(一)DNA分子的結構DNA分子的結構元素組成:C、H、O、N、P基本單位：脫氧核苷酸1分子磷酸1分子

.1分子含氮堿基（A、G、C、T）結構簡圖:化學結構：脫氧核糖核苷酸鏈脫氧核糖DNA分子的結構空間結構結構模型：雙螺旋結構模型，構建者是

.主要特點（1）兩條脫氧核糖核苷酸鏈

平行盤旋成雙螺旋結構（2）磷酸和脫氧核糖交替連接構成基本骨架，排列在

；堿基對排列在

.（3）堿基通過

相連，并遵循

原則，A和

配對、C和

配對特性多樣性:n個堿基對構成的DNA可有

種堿基排列順序特異性：每個DNA分子都有特定的堿基排列順序穩定性：(見考點解讀)沃森和克里克反向外側內側氫鍵堿基互補配對TG4n(二)DNA分子的復制DNA分子的復制推測：沃森和克里克提出了遺傳物質自我復制的假說，即遺傳物質的復制為半保留復制證據時間：1958年材料：大腸桿菌方法：運用放射性同位素示蹤技術實驗結論：DNA復制是以半保留復制的方式進行的DNA分子的復制概念：以親代DNA分子為模板合成

的過程時間：有絲分裂間期或

的間期場所：主要在

中，還有線粒體和葉綠體條件過程：解旋→合成子鏈→子鏈延伸→形成子代DNA分子特點：邊解旋邊復制，

.結果：形成兩個完全相同的DNA分子意義：使遺傳信息從親代傳遞給子代，保持遺傳信息的

.模板：親代DNA的兩條鏈原料：游離的4種脫氧核苷酸能量：ATP(由細胞呼吸提供)酶：解旋酶、

等復制過程穩定性和連續性子代DNA分子減數第一次分裂細胞核DNA聚合酶半保留復制(三)基因是有遺傳效應的DNA片段基因是有遺傳效應的DNA片段基因與DNA的關系化學本質：基因是有

的DNA片段存在場所：真核生物主要位于

上，其次位于細胞質中（包括

和

）與DNA的關系：一個DNA上有

個基因基因功能：基因中

.

代表遺傳信息基因是遺傳物質結構和功能的基本單位DNA片段中的遺傳信息遺傳信息：蘊藏在4種堿基的排列順序之中DNA多樣性的原因：堿基對的

多樣性DNA特異性的原因：每個DNA分子的堿基排列順序的

.特異性遺傳效應染色體線粒體葉綠體許多脫氧核糖核苷酸（堿基）的排列順序排列順序考點一DNA分子的化學組成及結構1.組成：構成DNA的基本單位是脫氧核糖核苷酸，主要由三個部分構成：一分子脫氧核糖，一分子磷酸，一分子含氮堿基。構成的結構簡圖如下：注：高等生物體內的核酸有兩種——DNA和RNA，因此構成這兩種核酸的基本單位——核苷酸的五碳糖有兩種（RNA——核糖、DNA——脫氧核糖），堿基5種（RNA有A、U、G、C四種，DNA有A、T、G、C四種），因此脫氧核苷酸、核糖核苷酸共有8種。2.DNA分子結構模式圖信息解讀（1）每個DNA片段中，游離的磷酸基團有2個。（2）○之間的數量關系為1∶1∶1。（3）○和之間的化學鍵為磷酸二酯鍵，用限制性核酸內切酶處理可切斷，用DNA連接酶處理可連接。（4）堿基對之間的化學鍵為氫鍵，可用解旋酶斷裂，也可加熱斷裂。（5）每個脫氧核糖連接著2個磷酸，分別在3號、5號碳原子上相連接。考點二對DNA分子特性的理解1.穩定性：DNA分子兩條長鏈上的脫氧核糖與磷酸交替排列的順序和兩條鏈之間堿基互補配對的方式是穩定不變的，從而導致DNA分子的穩定性。2.多樣性：DNA分子中堿基相互配對的方式雖然不變，而長鏈中的堿基對的排列順序是千變萬化的。這就構成DNA分子的多樣性。3.特異性：每個特定的DNA分子都具有特定的堿基排列順序，這種特定的堿基排列順序就構成了DNA分子自身嚴格的特異性。考點三對DNA分子復制的理解DNA復制方式：半保留復制1.DNA復制時，邊解旋邊復制，并且有多個復制起始位點，因此既可以節省時間，效率又高。2.DNA半保留復制過程中，DNA獨特的雙螺旋結構為復制提供精確模板；而堿基互補配對原則也保證復制能夠準確地進行。因此保證了親子代之間遺傳信息的穩定性。考點四DNA分子復制過程的相關計算1.一個DNA分子復制n次后，有：（1）DNA分子數：子代DNA分子數＝2n個；含有親代DNA鏈的子代DNA分子數＝2個；不含親代鏈的子代DNA分子數＝（2n－2）個。（2）脫氧核苷酸鏈數：子代DNA分子中脫氧核苷酸鏈數＝2n＋1條；親代脫氧核苷酸鏈數＝2條；新合成的脫氧核苷酸鏈數＝（2n＋1－2）條。2.復制時消耗的脫氧核苷酸數：假如一個親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，則經過n次復制后，需要消耗該脫氧核苷酸數為m×（2n－1個）。考點五堿基互補配對原則及應用堿基互補原則：A—T配對，G—C配對應用：堿基計算的規律1.雙鏈DNA分子中(1)A=T，C=G；則：A+G=T+C，（A+G）/（C+T）=1。(2)A+G=T+C=A+C=T+G=DNA分子中堿基總數的一半。2.在DNA的兩條互補鏈之間α鏈（A+G）/（C+T）=β鏈（互補鏈）上該比值的倒數；α鏈（A+T）/（C+G）=β鏈上該比值。3.在雙鏈DNA分子中，一條鏈上A+T的和占該鏈堿基比率等于另一條鏈上A+T的和占該鏈的堿基比率，還等于雙鏈DNA分子中A+T的和占整個DNA分子的堿基比率。即(A1+T1)%＝(A2+T2)%=總(A+T)%，同理：(G1+C1)%=(G2+C2)%＝總(G十C)%。考點六基因與染色體、DNA、脫氧核苷酸以及遺傳信息的關系1.概念：基因是控制生物性狀的遺傳物質的結構和功能單位，是具有遺傳效應的DNA片段。2.與性狀的關系：特定的基因控制特定的性狀。3.與染色體的關系：基因在染色體上呈線性排列，染色體是基因的主要載體。4.與DNA的關系：基因是一段有遺傳效應的DNA片段，一個DNA分子上有多個基因。5.與脫氧核苷酸的關系：每個基因含有成百上千個脫氧核苷酸。6.與遺傳信息的關系：遺傳信息是指基因中脫氧核苷酸（堿基對）的排列順序，也可以說基因就是遺傳信息的攜帶者和傳遞者。7.基因的位置：主要位于細胞核中（核基因），次要位于細胞質中（質基因）。8.染色體、基因、DNA、脫氧核苷酸的關系可用下圖表示。

1考點DNA分子的化學組成和結構【例1】

（2009·廣東改編）（雙選）有關DNA分子結構的敘述，正確的是（）A.DNA分子由4種核糖核苷酸組成B.DNA分子的兩條鏈之間存在互補關系C.DNA分子上堿基與磷酸相連接D.磷酸與脫氧核糖交替連接構成DNA鏈的基本骨架【解析】DNA分子由4種脫氧核苷酸構成，堿基之間遵循堿基互補配對原則，因此兩條鏈之間存在互補關系。構成DNA的脫氧核糖和磷酸交替排列在外側，構成DNA鏈的基本骨架。堿基排列在內側，與脫氧核糖直接相連。【答案】BD解題技巧：注意比較DNA和RNA組成結構。【跟蹤訓練1】如下圖為大腸桿菌的DNA分子結構示意圖(片段)。請據圖回答問題：(1)圖中1表示

,2表示

,1、2、3結合在一起的結構叫

。(2)圖中3有

種,中文名字分別是

。(3)含有200個堿基的某DNA片段中，堿基間的氫鍵共有260個。請回答：①該DNA片段中共有腺嘌呤

個,C和G共

對。②該片段復制4次,共需原料胞嘧啶脫氧核苷酸

個。③在DNA分子穩定性的比較中,

堿基對的比例高,DNA分子穩定性高。(4)假定大腸桿菌只含14N的DNA的相對分子質量為a；只含15N的DNA的相對分子質量為b。現將只含15N的DNA培養到含14N的培養基中,子一代DNA的平均相對分子質量為

,子二代DNA的平均相對分子質量為

。【答案】(1)磷酸脫氧核糖脫氧核苷酸(2)2鳥嘌呤、胞嘧啶(3)①4060②900③C和G(4)(a+b)/2(3a+b)/4

2考點對DNA分子特性的理解【例2】不同物種的DNA分子的特異性主要取決于（）①（A+G）/(T+C)的不同②（A+T）/(G+C)的不同③（A+U）/(G+C)的不同④脫氧核糖的排列順序⑤核糖核酸的順序⑥脫氧核苷酸的排列順序A．①⑤B．②⑥C．③④D．②③④⑤【解析】每個特定的DNA分子都具有特定的堿基排列順序，這種特定的堿基排列順序就構成了DNA分子自身嚴格的特異性。針對不同物種，DNA分子中（A+G）/(T+C)的比例都相同，都等于1，但（A+T）/(G+C)的比例不同。【答案】B解題技巧：本題主要考查學生對DNA分子特性的理解，能力要求為Ⅰ。關鍵要理解DNA分子的堿基排列順序體現了DNA分子的特異性，而堿基互補配對原則也可體現其特異性。【跟蹤訓練2】下列與生物體內核酸分子功能多樣性無關的是（）A．核苷酸的組成種類B．核苷酸的連接方式C．核苷酸的排列順序D．核苷酸的數量多少【解析】核苷酸之間的連接方式都是相同的。【答案】B

3考點DNA分子的復制【例3】下圖表示發生在細胞核內的某生理過程，其中a、b、c、d表示脫氧核苷酸鏈。以下說法正確的是（）A．此過程需要ATP和尿嘧啶脫氧核苷酸B．真核細胞中此過程發生的唯一場所是細胞核C．b中(A+G)/(T+C)的比值一定與c中的相同D．正常情況下a、d鏈都應該到不同的細胞中去【解析】DNA復制是典型的半保留復制，DNA復制需要的原料有腺嘌呤脫氧核苷酸，鳥嘌呤脫氧核苷酸，胸腺嘧啶脫氧核苷酸，胞嘧啶脫氧核苷酸；真核細胞中線粒體和葉綠體中也有DNA，因此也存在DNA復制的過程；b鏈和c鏈是互補的關系，因此(A+G)/(T+C)的比值不相同。【答案】D解題技巧：本題主要考查DNA復制的問題，能力要求為Ⅱ。解決DNA復制的問題，關鍵要求學生時刻記住復制的方式是半保留復制，得到的新DNA分子的一條鏈是母鏈，另一條則是以這條母鏈作為模板復制得到的新的子代鏈。【跟蹤訓練3】(2010·北京卷)科學家以大腸桿菌為實驗對象,運用同位素示蹤技術及密度梯度離心方法進行了DNA復制方式的探索實驗,實驗內容及結果見下表：請分析并回答：(1)要得到DNA中的N全部被放射性標記的大腸桿菌B,必須經過

代培養,且培養液中的

是唯一氮源。(2)綜合分析本實驗的DNA離心結果,第

組結果對得到結論起到了關鍵作用,但需把它與第

組和第

組的結果進行比較,才能說明DNA分子的復制方式是

。(3)分析討論：①若子Ⅰ代DNA的離心結果為“輕”和“重”兩條密度帶,則“重帶”DNA來自于

,據此可判斷DNA分子的復制方式不是

復制。②若將子Ⅰ代DNA雙鏈分開后再離心,其結果

(選填“能”或“不能”)判斷DNA的復制方式。③若在同等條件下將子Ⅱ代繼續培養,子n代DNA離心的結果是：密度帶的數量和位置

,放射性強度發生變化的是

帶。④若某次實驗的結果中,子Ⅰ代DNA的“中帶”比以往實驗結果的“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

。【答案】(1)多15N(或15NH4Cl)(2)412半保留復制(3)①B半保留②不能③沒有變化輕④15N

4考點DNA復制過程的相關計算問題【例4】已知某DNA分子含有1000個堿基對，其中一條鏈上A∶G∶T∶C=1∶2∶3∶4。該DNA分子連續復制2次，共需要鳥嘌呤脫氧核苷酸分子數是（）A．600個B．900個C．1200個D．1800個【解析】先求該DNA分子中G的數量，再根據比例可求得該DNA分子的其中一條鏈中G＝1000×2/10=200個，另一條鏈中G＝1000×4/10=400個，因而復制2次需要鳥嘌呤脫氧核苷酸數為600×（22－1）＝1800個。【答案】D解題技巧：本題考查DNA復制過程的計算問題，能力要求為Ⅱ。解決DNA復制過程的計算問題，關鍵是要掌握DNA半保留復制的特點以及堿基之間的配對關系：A—T配對，G—C配對。根據其中一條鏈上的比例A∶G∶T∶C＝1∶2∶3∶4，可知：G占2/10，另外一條鏈上G占4/10。【跟蹤訓練4】某一DNA分子（設為第一代）含有800個堿基對，其中含有腺嘌呤600個。該DNA分子連續復制數次后，總共消耗了周圍環境中的鳥嘌呤脫氧核苷酸6200個，那么，該DNA分子已經復制到了（）A．第4代B．第5代C．第6代D．第7代【解析】先求該DNA分子中G的數量，尤其要注意題目已知DNA中的堿基是800對，即1600個。因A（600）+G=1/2×1600，則G=200個。設復制的次數為n，則6200=200×（2n－1），可解得n=5。因此復制5次后為第6代。【答案】C

5考點堿基互補配對原則及應用【例5】已知雙鏈DNA分子中鳥嘌呤占全部堿基的27%，其中一條鏈中腺嘌呤占該鏈全部堿基的28%，則另一條鏈上腺嘌呤占整個DNA分子堿基的比例是（）A．9%B．18%C．27%D．28%【解析】本題主要考查堿基互補配對原則規律的應用。在雙鏈DNA分子中，G＝C＝27%，則G+C＝54%，因此A+T＝46%，則A1+T1＝46%，而A1＝28%，則T1＝18%，假設整個DNA分子總共有200個堿基，因此另一條鏈中，腺嘌呤的數量有100×18%＝18個，占整個DNA分子中堿基的比例為18/200＝9%。【答案】A解題技巧：解決這類題目的關鍵是將兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接起來形成堿基對，堿基對的組成遵循堿基互補配對原則，即A與T、G與C配對，其數量關系是A=T、G=C。在解題時，不僅要準，還要快，在不改變題意的前提下，盡量把題目簡化。具體做法是：畫出草圖：，變抽象為具體，從而使問題簡單化。同時要求學生掌握堿基互補配對原則的各種規律，尤其是一些基本規律：①A=T,G=C；②A+G=T+C=A+C=T+G=50%堿基總數；③(A1+T1)%＝(A2+T2)%=總(A+T)%，(G1+C1)%=(G2+C2)%＝總(G十C)%。ATGCTACG【跟蹤訓練5】從某生物組織中提取DNA進行分析，其中鳥嘌呤與胞嘧啶之和占全部堿基數的46%，又知該DNA分子的一條鏈（H鏈）所含的堿基中28%是腺嘌呤，24%是胞嘧啶，則與H鏈相對應的另一條鏈中，腺嘌呤、胞嘧啶分別占該鏈全部堿基數的（）A．26%、22%B．24%、28%C．14%、11%D．11%、14%【解析】由題干可知：G＋C＝46%，則DNA分子中A+T=54%。因此在DNA分子雙鏈中A=T=27%,G=C=23%，H鏈中A占28%，C占24%，