新人教版高中生物必修2DNA的结构和复制教案

DNA的结构和复制
[知识网络]
〔一〕DNA的分子结构
1．组成：
〔1〕基本单位：脱氧核苷酸[由脱氧核糖、磷酸、含氮碱基〔腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶〕组成]
〔2〕组成：DNA是一种高分子化合物，每个分子都是由成百上千个4种脱氧核苷酸聚合而成的长链，简称DNA。

2．结构：独特双螺旋结构
〔1〕主要特点
a．由两条脱氧核苷酸链链按反向平行盘旋成双螺旋结构。

b．外侧：由脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架。

c．内侧：两条链上的碱基通过氢键形成碱基对，碱基对的形成遵循碱基互补配对原那么，即A一定与T配对(氢键有2个)，G一定与C配对(氢键有3个)。

〔2〕特性
a．稳定性：磷酸与脱氧核糖交替连接成主链的方式不变，两条主链之间以氢键相连；碱基严格互补配对不变；氢键越多越稳定，双链比单链稳定。

b．多样性：是由于碱基对的排列顺序多种多样。

c．特异性：是由于特定的碱基对排列顺序。

d．遗传信息：DNA分子中基因的脱氧核苷酸排列顺序代表遗传信息。

DNA分子能够储存大量遗传信息。

〔二〕DNA分子的复制
1．概念：是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。

2．时间：DNA分子复制是在细胞有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期，是随着染色体复制完成的。

3．主要场所：细胞核
4．过程：
〔1〕解旋：DNA分子首先利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，把两条螺旋的双链解开。

实质是氢键断裂。

〔2〕合成子链：分别以解开的每一段母链为模板，以游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原那么，在有关酶的作用下，各自合成与母链互补的子链。

〔3〕形成子代DNA：每条子链与其对应的母链盘旋成双螺旋结构。

从而形成2个与亲代DNA完全相同的DNA分子。

5．方式特点：
〔1〕DNA复制是一个边解旋边复制方式。

〔2〕由于新合成的DNA分子中，都保留了原DNA的一条链，因此这种复制叫半保留复制特点。

6．条件：DNA分子复制需要的模板是DNA两条链；原料是游离的脱氧核苷酸；需要能量ATP和DNA解旋酶与DNA聚合酶等。

7．准确复制的原因：
〔1〕DNA分子独特的双螺旋结构提供精确的模板。

〔2〕通过碱基互补配对能力保证了复制准确无误。

8．基本功能：传递遗传信息〔DNA分子通过复制，使遗传信息从亲代传给子代，从而保证了遗传信息的连续性；表达遗传信息〔在后代的个体发育中，DNA分子通
过转录和翻译，使遗传信息得以表达〕。

[考点透视]
一、考纲指要
DNA的结构和复制是遗传学的最基础的知识，是高考的常考考点，所考查的内容包括DNA分子的平面结构和空间结构，碱基互补配对原那么及相关计算、DNA的结构特点和功能特性，DNA复制的时间、过程、特点、条件、结果、原因、意义及相关计算等。

二、命题落点
1．有关双链DNA分子中碱基数量的计算规律
〔1〕互补的两种碱基数量相等，即A=T，C=G。

〔2〕两不互补的碱基和的比值相等，即〔A+G〕/〔T+C〕=〔A+C〕/〔T+G〕=1。

〔3〕任意两不互补的碱基和占总碱基数的50％，即嘌呤之和=嘧啶之和=50％，A+G=T+C=A+C=T+G=50％。

〔4〕一条链中互补碱基的和等于另一条链中这两种碱基的和，即A1+T1=A2+T2或G2+C1=G2+C2〔1、2分别代表DNA分子的两条链，下同〕。

〔5〕一条链中互补的两碱基占该单链的比例等于DNA分子两条链中这两种碱基占总碱基的比例。

〔6〕假设—条链中
K
C
T
G
A
=
+
+
1
1
1
1
，那么另一条链中K
C
T
G
A1
2
2
2
2=
+
+。

2．同位素标记法和离心技术证明DNA是半保留复制
某N原子全部被15N标记的DNA分子(0代)，转移到含14N的培养基中培养(复制)假设干代，其结果分析如下表：
3．碱基互补配对归类
〔1〕DNA分子自我复制的碱基配对：A＝T，G≡C，T＝A，C≡G。

〔2〕“转录〞中的碱基互补配对：A＝U，G≡C，C≡G，T＝A。

〔3〕“翻译〞时的碱基互补配对：A＝U，G≡C，C≡G，U＝A。

〔4〕“逆转录〞时的碱基互补配对：A＝T，U＝A，G≡C，C≡G。

4．DNA分子复制前后某种碱基数量的计算
假设某DNA分子含某碱基m个，那么该DNA分子进行n次复制，需要含有该碱基的脱氧核苷酸分子数；互补的碱基的脱氧核苷酸分子数＝(2n-1) ·m个；第n次复制需要含该碱基的脱氧核苷酸分子数＝互补的碱基的脱氧苷酸分子数=2〔n-1〕·m。

5．碱基比例与核酸种类判定
由核酸所含碱基种类及比例可以分析判断核酸的种类。

〔1〕假设有U无T，那么该核酸为RNA。

〔2〕假设有T无U，且A＝T，G＝C，那么该核酸一般为双链DNA。

〔3〕假设有T无U，且A≠T，G≠C，那么该核酸为单链DNA。

[典例精析]
例1：在含有四种碱基的DNA区段中，有腺嘌呤a个，占该区段全部碱基的比例为b，那么〔〕
A．b≤0.5 B．b≥0.5
C．胞嘧啶为a(1/2b-1) D．胞嘧啶为b(1/2a-1)
解析：依据碱基互补配对原那么，在双链DNA分子中，A=T，G=C。

那么A+G=T+C，(A+G)/(A+G+T+C)=0.5。

由此推知；①DNA碱基总数为a/b；②b一定小于0.5；③C=(a/b-2a)/2= a(1/2b-1)(个)。

答案：C。

例2：现有一待测核酸样品，经检测后，对碱基个数统计和计算得到以下结果：(A+T)/(G+C)
=(A+G)/(T+C)=1。

根据此结果，该样品〔〕
A．无法被确定是脱氧核糖核酸还是核糖核酸
B．可被确定为双链DNA
C．无法被确定是单链DNA还是双链DNA
D．可被确定为单链DNA
解析：此题考查DNA中碱基的组成规律。

由碱基个数统计和计算可知该样品是DNA，由于(A+T)/(G+C)=1，因此无法确定是单链DNA还是双链DNA。

答案：C。

例3：在DNA分子双螺旋结构中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之间有2个氢键，胞嘧啶与鸟嘌呤之间有3个氢键。

现有四种DNA样品，根据样品中碱基的百分含量判断最有可能来自嗜热菌(生活在高温环境中)的是〔〕
A．含胸腺嘧啶32％的样品B．含腺嘌呤17％的样品
C．含腺嘌呤30％的样品 D．含胞嘧啶15％的样品
解析：生活在高温环境中的嗜热菌其DNA分子的热稳定性强。

胞嘧啶与鸟嘌呤所形成的碱基对占的比例高的DNA分子，两条链之间的氢键多，稳定性强。

答案：B。

例4：含有2000个碱基的DNA，每条链上的碱基排列方式有〔〕A．42000个B．41000个 C．22000个D．21000个
解析：一般来说DNA为双链，含有2000个碱基的DNA的每条链上的碱基1000个，而DNA的基本单位只有四种，即每个位点有4种排法，那么1000个位点有41000种排法。

答案：B。

例5：PCR技术是把某—DNA片段在实验条件下，合成许许多多相同片段的一种方
“人法。

利用这种技术能快速而特异地扩增任何要求的目的基因或者DNA分子片段，
类基因组计划〞的研究中常用到这种技术。

请结合有关知识，回答有关此技术的一些问题：
〔1〕PCR技术能把某一DNA片段进行扩增，依据的原理是：。

〔2〕在实验条件下，DNA分子进行扩增，除了所要扩增的DNA片段外，还需要、和等条件。

〔3〕某DNA片段有160个碱基，其中有腺嘌呤35个，假设让该DNA分子扩增三次(即复制三次)至少需要腺嘌呤脱氧核苷酸和鸟嘌呤脱氧核苷酸的数目分别是和个。

解析：DNA分子的双螺旋结构为复制提供了模板，碱基互补配对保证了复制能准确
无误地进行。

DNA片段中有鸟嘌呤脱氧核苷酸数为
45
2
2
35
160
=
⨯
-
，扩增三次，产
生8个DNA片段。

所需腺嘌呤脱氧核苷酸数为8×35—35=245，所需鸟嘌呤脱氧核苷酸数为8×45-45=315。

答案：〔1〕DNA分子具有规那么的双螺旋结构和DNA分子中碱基的互补配对。

〔2〕四种脱氧核苷酸//能量//酶。

(3)245//315。

[常见误区]
1．误认为所有DNA都是双链。

例：一段多核苷酸链中的碱基组成为30％的A、30％的C，20％的G、20％的T。

它是一段单链DNA。

2．误认为DNA分子结构稳定性只考虑“磷酸与脱氧核糖交替连接成主链的方式不变，碱基严格互补配对不变〞，勿视“氢键越多越稳定〔如例6〕，双链比单链稳定〞。

例：科学家用15N的硝酸盐作为标记物浸泡蚕豆幼苗，追踪蚕豆根尖细胞分裂情况，得到蚕豆根尖分生区细胞连续分裂数据如下，那么蚕豆根尖细胞DNA分子结构稳定性最低的时期有2～19.3h、21.3～38.6h。

3．误认为某DNA分子含某碱基m个，那么该DNA分子进行n次复制，需要含有该碱基的脱氧核苷酸分子数为2n·m个，勿视原DNA分子含某碱基m个。

实际是(2n-1) ·m个。

4．误认为DNA分子的复制时，只有两条链的氢键都断开后才进行配对合成子链，实际上不仅是边解旋边复制，而且同时有许多复制起点。

例：女性子宫癌细胞中最长的DNA分子可达36mm，DNA复制速度约为4μm／min，但复制过程的完成仅需4min
左右，这主要是因为有许多复制起点。