2019-2020学年高中生物 第四章 遗传的分子基础 第二节 DNA分子的结构和复制 苏教版必修2

1第二节DNA分子的结构和复制1.DNA分子双螺旋结构及其特点。(重点)2.DNA的复制过程、结果。(重点)3．DNA结构和复制的相关计算。(难点)一、阅读教材P67～69分析DNA分子的结构1．解开DNA分子结构之谜(1)20世纪30年代后期：瑞典科学家们证明了DNA分子是不对称的。二战后，科学家们用电子显微镜测出DNA分子直径约为2nm。(2)1951年：查哥夫发现腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量，鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量。(3)1952年：富兰克琳采用X射线衍射技术拍摄到DNA分子结构的照片，确认DNA分子为螺旋结构，而不是由一条链构成。(4)1953年：沃森和克里克提出DNA分子的双螺旋结构模型。2.DNA分子的化学组成(1)基本单位：DNA是一种生物大分子，它的基本组成单位是脱氧核苷酸。(2)碱基组成：腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)。3.DNA分子的结构(1)立体结构：DNA分子的立体结构是双螺旋结构。(2)结构特点：①由两条链组成，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。②DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在双螺旋的外侧，构成基本骨架。③DNA分子两条链上的碱基，通过氢键连接成碱基对，排列在双螺旋的内侧。(3)碱基互补配对原则：A与T配对；G与C配对。A与T之间形成2个氢键，G与C之间形成3个氢键。DNA结构的“五、四、三、二、一”五种元素：C、H、O、N、P；四种碱基：A、G、C、T，相应的有四种脱氧核苷酸；三种物质：磷酸、脱氧核糖、含氮碱基；两条长链：两条反向平行的脱氧核苷酸链；一种螺旋：规则的双螺旋结构。4.DNA分子的多样性和特异性2(1)多样性：碱基对排列顺序千变万化。(2)特异性：每个DNA分子碱基对的特定排列顺序，构成了DNA分子的特异性。5．设计和制作DNA分子双螺旋结构模型(1)制作原理：DNA的脱氧核苷酸双链反向平行，磷酸与脱氧核糖交替连接，排列在外侧，构成基本骨架。碱基排列在内侧，碱基对通过氢键连接，碱基互补配对。(2)制作程序：设计制作计划，准备材料→绘出DNA模型的设计图→制作若干个磷酸、脱氧核糖、碱基→若干个脱氧核苷酸→脱氧核苷酸链→DNA分子的平面结构→DNA分子双螺旋结构。二、阅读教材P70～72分析DNA分子的复制1.概念：以亲代DNA分子为模板合成子代DNA分子的过程。2.时间：有丝分裂间期和减数第一次分裂间期。3.场所：主要是细胞核。4.过程(1)复制方式：半保留复制。(2)复制模板：DNA分子的两条链。(3)复制条件①原料：游离的4种脱氧核苷酸；②酶：解旋酶和DNA聚合酶等；③能量。5.意义：确保了遗传信息传递的连续性，使细胞得以增殖，使生物种族的繁衍得以延续。判一判(1)DNA的两条核糖核苷酸链反向平行盘旋成双螺旋结构。(×)(2)DNA双螺旋结构的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成的。(√)(3)两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。(√)(4)DNA上碱基对的形成遵循碱基互补配对原则，即A—C，G—T。(×)连一连3DNA分子的结构及其碱基数量关系DNA分子具有规则的双螺旋结构。结合教材P68～69内容完成以下探究。探究1完善DNA分子的结构层次图并思考下面问题，分析DNA分子的结构(1)从DNA的平面结构图中可以看出，和A配对的一定是T，和G配对的一定是C，碱基对之间靠氢键连接。其中，A—T之间形成2个氢键，G—C之间形成3个氢键。(2)结合教材分析DNA的双螺旋结构①DNA分子是由2条链构成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。②DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基对排列在内侧。③两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。探究2结合模型制作情况，统计全班同学制得的模型并总结DNA分子的特征(1)制得的不同的DNA分子中脱氧核苷酸的数目有差异，排列顺序多种多样，说明DNA分子具有多样性。(2)每一种DNA分子都有特定的碱基对排列顺序，说明DNA分子具有特异性。(3)通过模型观察发现：①位于外侧的基本骨架一定是由磷酸和脱氧核糖交替连接形成的，不会改变；②两条链间的碱基互补配对方式稳定不变。上述两点说明DNA分子在空间结构上是稳定的，即DNA分子具有稳定性。1．DNA的结构外侧内侧构成方式磷酸和脱氧核糖交替连接，两条主链呈反向平行，有规则地盘旋成双螺旋主链上对应碱基以氢键连接成对，对应碱基之间互补(A—T，G—C)配对，碱基平面之间平行排列位置双螺旋结构外侧双螺旋结构内侧4动态变化相对稳定碱基比率和碱基序列可变模型图解2.碱基比例与双链DNA分子的共性及特异性(1)共性：不因生物种类的不同而不同。AT＝TA＝1；GC＝CG＝1；A＋CT＋G＝A＋GT＋C＝1。(2)特异性：A＋TG＋C的值在不同DNA分子中是不同的，是DNA分子多样性和特异性的表现。突破1DNA分子结构1．下图为DNA分子结构示意图，对该图的描述正确的是()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．含腺嘌呤17%的DNA比含胞嘧啶15%的DNA耐热性高D．在DNA分子的一条单链中，相邻的碱基是通过氢键连接的解析：选C。由图可知①是磷酸，②是脱氧核糖，③是含氮碱基胞嘧啶，磷酸和脱氧核糖交替连接构成了DNA分子的基本骨架，故A错误。④不是一个完整的核苷酸，应是和下面的磷酸才构成胞嘧啶脱氧核苷酸，故B错误。A和T之间是2个氢键，而C和G之间是3个氢键，含腺嘌呤17%的DNA含有胞嘧啶33%，故C正确。在DNA分子的一条单链中，相邻的碱基是通过脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖连接的，故D错误。突破2DNA双螺旋模型的制作2．如图表示某同学在制作DNA双螺旋结构模型时，制作的一条脱氧核苷酸链，下列表述不正确的是()5A．能表示一个完整脱氧核苷酸的是图中的a或bB．图中与每个五碳糖直接相连的碱基只有1个C．相邻脱氧核苷酸之间通过化学键③连接起来D．从碱基上看，缺少的碱基是T解析：选A。图中所示a表示的是一个完整的脱氧核苷酸；图中与五碳糖直接相连的碱基只有1个；③表示的是磷酸二酯键，相邻的脱氧核苷酸通过此键相连接；脱氧核苷酸中的碱基共有4种，即A、G、C、T。“三看法”判断DNA分子结构的正误一看外侧链成键位置是否正确，正确的成键位置在一分子脱氧核苷酸的5号碳原子上的磷酸基与相邻核苷酸的3号碳原子之间；二看外侧链是否反向平行；三看内侧链碱基之间配对是否遵循碱基互补配对原则。DNA分子的复制及其相关计算以亲代DNA分子为模板合成子代DNA分子的过程称为DNA分子复制。结合教材P70最后一段～P72内容完成以下探究。探究1完成科学家实验过程分析，理解DNA分子的复制方式6(1)0min取样的试管中是含15N的重链带；20min取样的试管中是含15N和14N的杂合链带，40min取样的试管中既有含15N和14N的杂合链带又有含14N的轻链带。(2)由以上结果得出：DNA复制时总是保留一条母链，新合成一条子链，这样的复制方式叫做半保留复制。探究2完善下图，理解DNA分子复制过程探究1中，随着细菌分裂次数的增多，离心后试管中所含的15N/14N­DNA的数量如何变化？提示：不发生变化。7突破1DNA分子复制的实验分析1．细菌在15N培养基中繁殖数代后，使细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再移入14N培养基中培养，抽取其子代的DNA经高速离心分离，下图①～⑤为可能的结果，下列叙述错误的是()A．第一次分裂的子代DNA应为⑤B．第二次分裂的子代DNA应为①C．第三次分裂的子代DNA应为③D．亲代的DNA应为⑤解析：选A。DNA复制是半保留复制，第一次分裂产生的子代DNA都是一条链含15N，另一条链含14N，应为图②；亲代的DNA的两条链都含15N，应为图⑤；一个亲代DNA分裂两次后共产生4个DNA，其中有两个DNA只含14N，另两个DNA是一条链含15N，另一条链含14N。突破2DNA复制过程2．如图表示真核细胞DNA复制过程的模式图，据图分析，下列相关叙述错误的是()A．解旋酶能使DNA双链解开，但需要消耗ATPB．DNA分子复制的方式是半保留复制C．DNA分子的复制需要引物，且两条子链的合成方向是相反的D．因为DNA分子在复制时需严格遵循碱基互补配对原则，所以新合成的两条子链的碱基序列是完全一致的8解析：选D。由图可知，从解旋酶的参与过程可以看出，解旋酶使DNA双链分开，并且这个过程消耗了ATP，A正确；DNA复制为半保留复制，因为新合成的DNA单链和对应的母链组成了新的DNA分子，B正确；分析图中有引物的参与，两条子链的合成过程的方向是相反的，C正确；DNA的复制中新合成的两条子链分别与母链发生碱基互补配对，说明新合成的两条子链的碱基序列不是一致的，D错误。核心知识小结[网络构建][关键语句]1.沃森和克里克提出DNA分子的双螺旋．．．结构。2.组成DNA分子的碱基有四种：腺嘌呤(A)、鸟嘌呤．．．(G)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶．．．(C)。3.DNA分子具有稳定性、特异性．．．和多样性。4.DNA分子的复制过程是边解旋边复制．．．．．．。5.DNA分子的复制方式是半保留复制．．．．．。6.DNA分子的复制使遗传信息从亲代传给子代，从而确保了遗传信息的连续性．．．。[随堂检测]知识点一DNA分子的结构1．如图为某同学在学习DNA的结构后画的含有两个碱基对的DNA片段(“○”代表磷酸基团)，下列为几位同学对此图的评价，其中正确的是()A．甲说：“物质组成和结构上没有错误”B．乙说：“只有一处错误，就是U应改为T”C．丙说：“至少有三处错误，其中核糖应改为脱氧核糖”D．丁说：“如果说他画的是RNA双链则该图应是正确的”9解析：选C。DNA中含有的五碳糖应为脱氧核糖，而不是核糖，同时DNA不含碱基U，而是含碱基T，A错误；图中有三处错误：①五碳糖应为脱氧核糖，而不是核糖；②DNA不含碱基U，而是含碱基T；③两个相邻核苷酸之间的磷酸二酯键连接不正确，应是前一个核苷酸的脱氧核糖与后一个核苷酸的磷酸基团连接形成磷酸二酯键，B错误，C正确；如果是RNA双链，磷酸二酯键的连接不正确，D错误。2．同源染色体上的DNA分子之间最可能相同的是()A．脱氧核苷酸的种类B．磷酸二酯键的数目C．碱基对的排列顺序D．A＋TG＋C的比值解析：选A。DNA分子中含有4种碱基，则脱氧核苷酸的种类是4种，A正确；等位基因上脱氧核苷酸数目不一定相同，则脱水聚合形成的磷酸二酯键的数目不一定相同，B错误；同源染色体上的DNA分子中基因可能是相同基因，也可能是等位基因，所以二者碱基对排列顺序可能不同，C错误；不同DNA分子中(A＋T)/(G＋C)的比值可能不同，说明DNA分子具有特异性，D错误。3．如图为DNA测序仪显示的某真核生物DNA片段一条链的碱基排列顺序图片。其中图1的碱基排列顺序已经解读，其顺序是：GGTTATGCGT，那么图2显示的碱基排列顺序应该是()A．GCTTGCGTATB．GATGCGTTCGC．TAGTCTGGCTD．GCTGAGTTAG解析：选B。图1为DNA测序仪显示的某真核生物DNA片段一条链的碱基排列顺序图片。图1的碱基排列顺序已经解读，其顺序是：GGTTATGCGT，所以图中碱基序列应从下向上读，且由左至右的顺序依次是ACGT，所以图2中碱基序列为：GATGCGTTCG，A、C、D错误，B正确。知识点二DNA分子的复制4．某亲本DNA分子双链均以白色表示，以灰色表示第一次复制出的DNA子链，以黑色表示第二次复制出的DNA子链，该亲本双链DNA分子连续复制两次后的产物是()解析：选D。DNA第一次复制亲代2条白链分离到2个子代DNA中，这2个子代DNA各含有1条白链和1条灰链，第二次复制2个子代DNA的4条母链分离到4个子代DNA中，另外再合成4条新子链(黑)，这样两次复制后4个子代DNA都各含1条黑链，其中2个DNA10分子还各含1条白链，另外2个DNA分子还各含1条灰链。综上所述，D正确。5．如