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DNA分子结构与复制 王曦之王曦之 二、DNA的分子结构和特点 1.核苷酸是 和 连接起来的结构单元，其中的核苷又 是 与 结合形成的单位。 2.DNA分子的基本单位是 ，是 的多聚体。4种脱氧核苷酸分别是 、 、 和 。 3.DNA分子结构的特点 (1)DNA分子是由两条长链组成的，并按 方 式盘旋成 结构。 (2)DNA分子两条链上的核苷酸碱基由 连接。 (3)DNA分子中碱基含量的卡伽夫法则：AT，GC， 但 的量不一定等于 的量。 核苷磷酸 含氮碱基戊糖 脱氧核苷酸脱氧核苷酸 腺嘌呤脱氧核苷酸 胸腺嘧啶鸟嘌呤脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸 脱氧核苷酸 反向平行 双螺旋 氢键 A+TG+C 二、DNA的结构 1、化学组成 （1）基本单位脱氧核苷酸(四种) 规则的空间双螺旋结构 1953年沃森、克里克构建的物理模型 腺嘌呤脱氧核苷酸 腺嘌呤 脱氧核糖 磷酸 碱基 1 2 3 4 5 1 23 4 5 脱氧核苷酸 结构示意图 四种碱基 平面结构 立体结构 主要特点 由两条 的脱氧核苷酸长 链盘旋成双螺旋结构. DNA分子中 交 替连接,排列在 ,构成基本骨 架;碱基排列在 . 两条链上的碱基通过 连接 成 ,且A与T配对(A=T), G与C配对(GC) 称之为 原则。 2、DNA分子的空间结构 规则的双螺旋结构 反向平行 脱氧核糖和磷酸 外侧 内侧 氢键 碱基对 碱基互补配对 2.在DNA分子的一条单链中相邻的碱基A与T的连接是通 过( ) A.肽键 B.-磷酸-脱氧核糖-磷酸- C.氢键 D.-脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖- 解析 DNA分子单链上相邻碱基A与T的连接方式如图： 由此可知是通过“-脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖-”连接 起来的。 D 1. 下图是DNA的结构，回答下列问题： (1)每个DNA片段中，游离的磷酸基团有 个。 (2)、 、 之间的数量关系 。 (3)和 之间的化学键为 ，用 处理可切断，用 处理可连接。 (4) 之间以 相连，可用解旋酶断裂，也 断裂。 (5)每个脱氧核糖连接着 个磷酸，如在3号 、5号碳原子上相连接。 (6)若碱基对为n，则氢键数为 之间，若已 知A有m个，则氢键数为 。 解析 正确认识DNA的化学结构和空间结构。 答案 (1)2 (2)111 (3)磷酸二酯键 限制酶 DNA连接酶 (4)氢键 加热 (5)2 (6)2n3n 3n- m 稳定性 碱基对间的氢键 多样性 碱基对(或脱氧核苷酸对)的排列顺序千变万化,能 够储存大量的遗传信息. 构成了DNA的多样性遗传信息的多样性生物多 样性。 特异性 每一个特定的DNA分子具有特定的碱基对的排列 顺序. DNA分子的特异性 遗传信息的特异性 生物 的特异性 3、DNA分子结构的特性 由于A只能与T配对, G只能与C 配对 在整个DNA分子中 (1) A=T, G=C(卡加夫法则）; (2) A+G =C+T=50%碱基总数 即非配对的任意两个碱基之和占总碱基数的一半 (3) (A+G)/(T+C) = 1 在DNA分子的互补链之间 甲链的(A+G)/(T+C) =乙链的 甲链的(A+T)/(G+C) =乙链的 (T+C)/(A+G) (A+T)/(G+C) (倒数) (相同数) 4、碱基互补配对原则的应用 = A+C = G+T (A+T)/(G+C)=? (特异性 ) 例1、从某生物组织中提取DNA进行分析， 其四种碱基数的比例是鸟嘌呤与胞嘧啶之 和占全部碱基数的46，又知该DNA的一 条链(H链)所含的碱基中28是腺嘌呤，问 与H链相对应的另一条链中腺嘌吟占该链全 部碱基数的（ ） A26B24 C14 D11 A 1、过程 以解开的每段母链为模板,按碱基 互补配对原则,形成与母链互补的 子链. 每条子链与其互补的母链盘绕成 双螺旋结构,各形成一个新的DNA 分子. 解旋 2、特点 边解旋边复制 多起点同时进行，双向复制 半保留复制 三、DNA分子的复制 例（2009江苏苏）下图为图为 真核生物染色体上DNA分子复制过过程示意图图， 有关叙述错误错误 的是 A图图中DNA分子复制是从多个起点同时时开始的 B图图中DNA分子复制是边边解旋边边双向复制的 C真核生物DNA分子复制过过程需要解旋酶 D真核生物的这这种复制方式提高了复制速率 A 三、三、DNADNA分子的分子的复制复制 3 3、复制相关知识、复制相关知识 概念概念 时间时间 场场所所 产产物物 细胞分裂间期细胞分裂间期 主要在细胞核，拟核，少数在线粒体、叶绿体中主要在细胞核，拟核，少数在线粒体、叶绿体中 DNADNA分子两条链（称为母链）分子两条链（称为母链） 四种游离的脱氧核苷酸四种游离的脱氧核苷酸 由由ATPATP提供提供 DNADNA解旋酶、聚合酶解旋酶、聚合酶 子代子代DNADNA分子分子( (与亲代一模一样与亲代一模一样) ) 模板模板 原料原料 能量能量 酶酶 条条 件件 及适宜的温度和酸碱度 以亲代DNA分子为模板合成子代DNA 4.DNA复制过程中的有关计算 (1)DNA的复制为半保留复制，一个DNA分子复制n次, 则子代DNA分子数2n个；含有亲代DNA链 的子代DNA分子数2个；不含亲代链的子代DNA 分子数(2n-2)个；含有亲代DNA链的DNA分子数 占子代DNA分子数的2/2n(或1/2n-1)。 (2)消耗的脱氧核苷酸数 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m(2n-1)个。 5、DNA分子精确复制的原因 DNA分子的双螺旋结构为复制提供精确 的模板. 碱基互补配对原则是复制准确进行的有 力保证. 6、DNA分子复制的意义 DNA分子的复制使遗传信息从亲代传递 给子代,保持了遗传信息的连续性. 2.右图示DNA分子复制的片段， 图中a、b、c、d各表示一条脱 氧核苷酸链。一般地说，下列 各项正确的是 ( ) A.a和c的碱基序列互补 B.b和c的碱基序列相同 C.a链中(A+T)/(G+C)的比值与b链中同项比值不同 D.a链中(A+T)/(G+C)的比值与c链中同项比值相同 答案 D 例、用32P标记某一个噬菌体的DNA分 子,然后去侵染不被标记的大肠杆菌, 释放出64个子代噬菌体,问:该噬菌体 DNA复制的次数以及子代噬菌体中 被标记的噬菌体占总数的比例 ( ) A. 6次, 1/64 B. 6次, 1/32 C. 8次, 1/64 D. 8次, 1/32 B 例、某个DNA片段由500对碱基组成，AT 占碱基总数的34%，若该DNA片段复制2次， 共需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸分子个数为 A330 B660 C990 D1320 C 4.关于图示DNA分子的说法，正确的是 ( ) A.限制性核酸内切酶可作用于部位，DNA连接酶作 用于部位 B.该DNA的特异性表现在碱基种类和(A+T)/(G+C)的 比例上 C.若该DNA中A为p个，占全部碱基的n/m(m2n)，则 G的个数为(pm/2n)-p D.把此DNA放在含15N的培养液中复制两代，子代中 含15N的DNA占3/4 思维误区警示 易错清单 正常生物体内的DNA复制时的注意 事项： (1)用到的酶有解旋酶和DNA聚合酶。 (2)所用原料为游离的四种脱氧核苷酸。 (3)DNA的两条链都作为模板。 (4)若复制过程中出现差错，则发生基因突变。 错因分析 不能正确理解DNA分子复制的过程、 特点与体外的区别。DNA复制可在体外进行， 需满足的条件有模板、原料、酶、ATP、温度、 pH，常用的仪器是DNA扩增仪。 解题思路探究 6、 DNA分子复制特点的探索 -氯化铯密度梯度离心法 原理 此法用每分钟数万转的高速长 时间的离心，使离心管内的氯化铯溶液因 离心作用与扩散作用达到平衡，而形成密 度梯度(溶液的密度在离心管的底部最大， 而在离心管的顶部最小)。如果DNA分子溶 解在氯化铯溶液中，它们将逐渐集中在一 条狭窄的带上，在那儿DNA分子的密度恰 好跟那一点上的氯化铯密度相等。 例、某生物核酸的碱基组成中，嘌呤碱占52 ，嘧啶碱占48，此生物一定不是( ) A噬菌体 B大肠杆菌 C青霉菌 D人 A A 练习巩固： 例：例： 上图中DNA分子片段的说法不正确的是（ ） A把此DNA放在含15N的培养液中复制3代，子代 A A 中含15N的DNA链占总链的7/8 B处的碱基对缺失导致基因突变 C限制性内切酶可作用于部位，解旋酶作用于 部位 D该DNA的特异性可表现 (A+T)(G+C)的比例上 例： 某噬菌体的DNA为单链DNA，四种碱基的比 例为0.28A、0.32G、0.24T、0.16C。当它 感染宿主细胞时，能形成杂合型双链DNA分 子（RF），则在RF上四种碱基A、G、C、T 的比率依次（ ） B A.0.24 0.16 0.32 0.28 B.0.26 0.24 0.24 0.26 C.0.28 0.32 0.16 0.24 D.0.24 0.26 0.26 0.24 例、亚亚硝酸盐盐可使DNA的某些碱基脱去氨基， 碱基脱氨基后的变变化如下：C转变为转变为 U（U与A 配对对），A转变为转变为 I（I为为次黄嘌呤，与C配对对 ）。现现有一DNA片段为为 ，经亚经亚 硝酸盐盐作用后，若链链中的A、C发发生脱氨 基作用，经过经过 两轮轮复制后其子孙孙代DNA片断之一 为为 C 例、 已知病毒的核酸有双链DNA、单链DNA、双链RNA、 单链RNA四种类型。现发现了一种新病毒，要确定 其核酸属于上述那一种类型，应该（ ） A分析碱基类型，分析核糖类型 B分析碱基类型，确定碱基比率 C分析蛋白质的氨基酸组成，分析碱基类型 D分析核糖类型,确定碱基比率 B B 在生命科学研究中，“放射性同位素示踪”是经常 使用的研究手段。某科研所做了如下几个科学实验， 请仔细阅读分析并回答有关问题： 典例分析 (1)将大肠杆菌的DNA分子用3H标记后，放在普通培养 基上按图甲所示方式繁殖8代，那么在子代中含1H的 DNA分子的比例是 。DNA分子的复制所 需要的条件是 ，这种复制方式叫 。 (2)按上图乙所示，科研人员合成了一段含15N的特定 DNA片段。用它作为探针，利用 原理，可检 测待测标本中的遗传信息。这项技术目前在环境监测 方面可用于 。 (3)科研人员选取一棵健壮的植物幼苗，将它的一片叶用 透明塑料袋密封，施加14CO2(如上图丙所示)，用以探 究土壤温度和气温对其体内有机物运输方向的影响。控 制不同温度条件，分别在A、B处测定含14C的有机物含 量，记录的实验数据如下： 气温：17.7 土温：22.4 气温：22.4 土温：17.7 A 14 21 B 24 11 指标项 实验数据 编号 该实验结果说明： 。 解析 (1)DNA的复制是半保留复制，该种方式需要模板、 原料、能量、酶等条件。大肠杆菌在普通培养基上培养 时，新合成的子链全含1H，所以子代中含1H的大肠杆 菌为100。(2)用单链的DNA作为探针，通过DNA分子 杂交，可检测水质是否被病毒所污染。(3)相应数据显 示，当土温高而气温低时，放射性在下部强；当土温低 而气温高时，上部叶的放射性强。这说明两种情况下有 机物的运输方向不同。 答案 (1)100 模板、原料、能量、酶 半保留 复制 (2)DNA分子杂交 检测饮水中病毒含量(其他合理答案 也可) (3)当土壤温度高于气温时，光合作用产生的有 机 物向下运输较多；当土壤温度低于气温时，光合作用产 生的有机物向上运输较多 2.下列关于DNA分子的叙述，不正确的是 ( ) A.磷酸和脱氧核糖交替连接排列构成DNA分子的基本 骨架 B.由一个DNA分子复制形成的两个子代DNA分子的分 离往往与着丝点的分裂同时发生 C.双链DNA分子中，若一条链上AT/GC=b，则另 一条链上一定有AT/GC=b D.DNA分子复制是在DNA连接酶的作用下将单个的脱 氧核苷酸连接成DNA分子的过程 解析 注意DNA聚合酶与DNA连接酶的区别。 题组二：卡伽夫法则的应用 3.在一个双链DNA分子中，碱基总数为，腺嘌呤数 为，则下列有关结构数目正确的是 ( ) 脱氧核苷酸数磷酸数碱基总数 碱基之间的氢键数为 一个链中A+T的数量为 G的数量为- A. B. C. D. 解析 的等量关系容易判断；对于，须知G与C之间 形成3个氢键，A与T之间形成2个氢键，故氢键数为： 2+3 ；因A+T的 总量为2，故一条链中的A+T的数量应为；中计 算G的数量有误， 应为 答案 D 4.已知某DNA分子中,G与C之和占全部碱基总数的35.8, 其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的32.9和 17.1，则在它的互补链中，T和 C分别占该链碱基总 数的 ( ) A.32.9和17.l B.31.3和18.7 C.18.7和31.3 D.17.1和32.9 解析 G+C=35.8,一条链上G+C=35.8(占一条链的 总数)，C是17.1，G是18.7，那么另一条链上C是 18.7。同理可以得出T为31.3。 B 题组三：DNA分子的复制 5.在DNA复制过程中，保证复制准确无误进行的关键步 骤是 ( ) A.解旋酶破坏氢键并使DNA双链解开 B.游离的脱氧核苷酸与母链碱基互补配对 C.与模板链配对的脱氧核苷酸连接成子链 D.子链与模板链盘绕成双螺旋结构 解析 在DNA复制过程中，有解旋、合成子链和螺旋化 等过程，但是能保证复制得到的两个DNA分子相同的机 制是在复制过程中，严格按照碱基互补配对原则合成 子链。 B 2.以下四个双链DNA分子中稳定性最差的是 ( ) A.G-C-T-A-A-A-C-C-T-T-A-C-G 其中A占25% B.G-C-T-A-A-C-C-T-T-A-C-G-A 其中T占30% C.G-C-A-A-C-C-T-T-A-C-G-T-A 其中G占25% D.T-A-A-A-C-C-G-C-T-T-A-C-G 其中C占30% 解析 配对的碱基，A与T之间形成2个氢键，G与C之 间形成3个氢键，G与C占比例越大，DNA分子结构越 稳定。 B 3.下列有关DNA分子复制的叙述，正确的是( ) A.DNA分子在解旋酶的作用下，水解成脱氧核苷酸 B.在复制过程中，解旋和复制是同时进行的 C.解旋后以一条母链为模板合成两条新的子链 D.两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA分子 解析 在DNA分子复制过程中，解旋酶的作用是破坏碱 基对之间的氢键，形成两条脱氧核苷酸长链。边解旋 边复制也是DNA复制的一个特点。以解开的每一条母链 为模板，按照碱基互补配对原则，各合成一条子链， 最后每条新合成的子链与对应的模板链盘绕，形成两 条一样的DNA分子。 B 4.人与其他绝大多数生物一样，也以DNA作为遗传物质。 下表是化学测定人和猪的DNA碱基组成的部分数据， 分析表中数据，不能得出的结论是( ) 人 猪 肺 肝 精子 A/T 1.05 1.01 1.01 1.00 嘌呤/嘧啶嘧啶 1.04 1.00 1.00 1.01 A+T/G+C 1.52 1.30 1.30 1.25 碱基比例 物种 A.DNA分子中，A、T两种碱基数量相同，嘌呤总量和 嘧啶总量相同 B.不同物种的DNA，A+T/G+C不同，DNA分子具有多 样性 C.同一个体不同体细胞的DNA组成相同，DNA分子具有 特异性 D.同一个体的体细胞和生殖细胞间DNA组成略有差异， 人的DNA总长度比猪的长 解析 “人的DNA总长度比猪的长”，从表中数据不能 得出此结论。 答案 D 5. DNA指纹技术是法医物证学上进行个人认定的主要 方法，DNA“指纹”是指DNA的( ) A.双螺旋结构 B.脱氧核苷酸的排列顺序 C.碱基配对原则 D.磷酸和脱氧核糖的排列顺序 解析 不同的人具有不同的遗传信息，即DNA“指纹” 不同。 B 6.下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图 中依次表示限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、DNA连 接酶、解旋酶作用的正确顺序是 ( ) A. B. C. D. A. B. C. D. 解析 限制酶的作用是将DNA分子在特定位点切割，形 成黏性末端或平末端，如所示；DNA聚合酶的作用是 DNA复制时将单个脱氧核苷酸连接形成DNA链，如 所示；DNA连接酶的作用是将不同的DNA片段连接成 DNA分子，如所示；解旋酶的作用是将DNA分子的 氢键断裂，双链打开，如所示。 答案 C 7.下列关于DNA复制的叙述，正确的是( ) A.单个脱氧核苷酸在DNA酶的作用下连接合成新的 子链 B.有丝分裂、无丝分裂和减数分裂都要发生DNA复制 C.DNA双螺旋结构全部解旋后，开始DNA的复制 D.DNA复制时发生染色体的加倍 解析 单个脱氧核苷酸应在DNA聚合酶的作用下连接 成子链；DNA复制具有边解旋边复制的特点；间期 DNA复制的结果形成了染色单体，染色体数目没有 加倍。 B 12.某DNA分子中含有1 000个碱基对(P元素只含32P)。若 将DNA分子放在只