第2、3、4节 DNA分子的结构
DNA分子的复制 基因是有遗传效应的DNA片段
【高考新动向】
1、DNA分子结构的主要特点
2、基因的概念
3、DNA分子的复制
【考纲全景透析】
一、DNA分子的结构及特点
1、结构
模型构建者：沃森和克里克[ ]
（1）元素组成：C、H、O、N、P（不含S）
（2）基本单位：脱氧核苷酸．如图所示：
其中，○表示一分子磷酸； 表示一分子脱氧核糖； 表示含氮碱基．构成DNA分子的含氮碱基共有4种，即A（腺嘌呤）、T（胸腺嘧啶）、G（鸟嘌呤）、C（胞嘧啶）。
脱氧核糖的结构简式如右图：[高考资源网 ]
在脱氧核苷酸分子中，特别要注意三个小分子之间的连接，其中，脱氧核糖的l号碳原子与含氮碱基相连，5号碳原子与磷酸分了相连。
（3）一条脱氧核苷酸单链中，相邻脱氧核苷酸之间的连接如图所示。
一分子脱氧核苷酸中脱氧核糖的3号碳原子与另一分子脱氧核苷酸中的磷酸通过形成新的化学键（磷酸二酯键）相连接。[高考资源网 ]
（4）两条单链之间形成的碱基对表示如下
①碱基之间的配对方式有两种，即上图所示的A一定与T配对，G一定与C配对。
③配对的碱基之间以氢键相连，A与T之间形成两条氢键．G与C之间形成三条氢键。
③配对的两个脱氧核苷酸方向相反，尤其要注意脱氧核糖的位置。
2、特点
（1）两条链反向平行盘旋成双螺旋结构。
（2）外侧基本骨架为脱氧核糖与磷酸交替连接，内侧排列碱基对。
由该原则知：A=T，C=G
因此：A+G=T+C=A+C=T+G=50%
（3）内侧碱基对按碱基互补配对原则通过氢键相连。
3、提示：同一生物不同细胞中，DNA的结构相同，细胞核中DNA的数目相同，细胞质中DNA的数目不同。
二、 DNA分子的复制
1、推测：沃森和克里克提出半保留复制过程
2、证明：放射性同位素15N示踪大肠杆菌实验
3、概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
4、时期：有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期
5、场所：主要是细胞核
6、过程：
（1）解旋：亲代DNA在解旋酶的作用下，把两条螺旋的双链解开，形成两条单链（母链）。解旋是使两条链之间的氢键断裂，需ATP提供能量。
（2）子链合成：以解开的两条母链为模板，以周围环境中游离的脱氧核苷酸为原料各自合成与母链互补的一条子链。
（3）子代DNA分子的形成两条母链分别与各自决定的子链组成两个完全相同的DNA分子。
7、特点：
（1）边解旋边复制。
（2）复制方式：半保留复制。
8、条件：
（1）模板：亲代DNA分子的两条链。
（2）原料：4种游离的脱氧核苷酸。
（3）能量：ATP释放的能量。
（4）酶：DNA解旋酶、DNA聚合酶。
9、准确复制的原因：[高考资源网 ]
（1）DNA分子独特的双螺旋结构提供精确模板。
（2）通过碱基互补配对原则保证了复制准确进行。
10、意义：
将遗传信息从亲代传给了子代，保持了遗传信息的连续性。
11、提示：真核细胞、原核细胞、病毒的DNA复制场所分别是细胞核和细胞质、细胞质、宿主细胞。
三、基因是有遗传效应的DNA片段
1、基因与DNA的关系
（1）一个DNA上有许多个基因。构成基因的碱基数小于DNA分子的碱基总数。
（2）基因实质：基因是有遗传效应的DNA片段。
2、遗传信息与DNA的关系
遗传信息蕴藏在DNA分子的4种碱基的排列顺序之中。
3、DNA分子特性：
（1）多样性：主要取决于碱基排列顺序。
（2）特异性：是由DNA分子中特定的碱基排列顺序决定的。[ ]
（3）稳定性：主要取决于DNA分子的双螺旋结构。
【热点难点全析】
一、DNA的结构
1、平面结构图解
2.图解各部分（序号的）含义
①磷酸：是脱氧核苷酸的重要组成基团，DNA分子中绝大部分脱氧核苷酸都连接2个磷酸基团，但1个DNA分子中只有2个游离的磷酸。
②磷酸二酯键：是两个脱氧核苷酸相连的化学键，可用限制酶切断，可用DNA连接酶或DNA聚合酶连接。
③脱氧核糖：是脱氧核苷酸的组成部分。
④碱基：共有4种，分别是A（腺嘌呤），G（鸟嘌呤），T（胸腺嘧啶），C（胞嘧啶）。
⑤碱基对：A与T、G与C分别配对，配对遵循碱基互补配对原则。
⑥氢键：配对的碱基之间通过氢键相连，可用DNA解旋酶断裂，也可用高温断裂。碱基AT、GC之间分别有2个和3个氢键。
⑦脱氧核苷酸：含有磷酸、脱氧核糖和含氮碱基各1个。是DNA的基本组成单位，DNA初步水解产物。
⑧脱氧核苷酸链：两条反向平行的脱氧核苷酸链双螺旋成DNA分子。
⑨DNA的内侧：由碱基对按不同的顺序排列而成，决定了DNA的特异性和多样性。
⑩DNA的外侧：由脱氧核糖和磷酸交替连接而成，构成DNA的基本骨架。
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。
【例】（2012·浙江温州十校联考）如图为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．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
【析】选D。①和②相间排列，构成了DNA分子的基本骨架；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；⑨的形成不需要连接酶。
二、有关DNA复制的几个问题
1、复制的场所：DNA主要分布在细胞核内，细胞核是DNA复制的主要场所。
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、复制的过程：
4、DNA复制的准确性的原因
（1）DNA分子独特的双螺旋结构提供精确模板。
（2）通过碱基互补配对原则保证了复制准确进行。
5、DNA半保留复制的特点：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）。
三、DNA的相关计算
1.有关DNA的碱基计算
根据A=T，G=C，图示如下：
α链 —A—G—C—T—T—C—C—…m
β链 —T—C—G—A—A—G—G—…m
则
2.有关DNA复制的计算
DNA的复制为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则有
（3）消耗的脱氧核苷酸数
①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸为m·（2n-1）个。
②第n次复制所需该脱氧核苷酸数为m·2n-1。
【例】用15N标记含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在14N的培养基中连续复制四次。其结果不可能是（ ）
A．含有15N的DNA分子占1/8
B．含有14N的DNA分子占7/8
C．复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个
D．复制结果共产生16个DNA分子
【析】选B。由于DNA的复制是半保留复制，经过四次复制形成16个 DNA分子，有2个DNA分子中一条链含有15N，另一条链含有14N，其余14个DNA分子两条链全部含有14N，该DNA分子中含有胞嘧啶60个，由此计算出含有鸟嘌呤60个，腺嘌呤和胸腺嘧啶各有40个，复制四次需要腺嘌呤脱氧核苷酸的数量为40*（24-1）=600个，选项A、C、D正确，B错误。[ ]
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