DNA分子结构、复制以及基因本质复习精品

碱基互补配对原则 第二讲DNA分子的结构 复制与基因的本质 1 19世纪50年代科学界认识到DNA的化学组成 一 DNA双螺旋结构的构建 1 DNA的基本组成元素有哪些 C H O N P 2 DNA的基本组成单位是什么 由哪几种物质组成 脱氧核苷酸 含氮碱基 脱氧核糖 磷酸 含氮碱基 A T G C 一 DNA分子的结构 2 1951年威尔金斯展示了DNA的X射线的衍射图谱 并且获得相关其数据 推测出DNA呈双螺旋结构 3 沃森和克里克提出DNA双螺旋结构的初步构想 4 1952年查哥夫指出 腺嘌呤 A 的量总是等于胸腺嘧啶 T 的量 A T 鸟嘌呤 G 的量总是等于胞嘧啶 C 的量 G C 5 1953年沃森和克里克发表论文 核酸的分子结构模型 脱氧核糖核酸的一个结构模型 脱氧核糖 含氮碱基 磷酸 A G C T DNA的基本单位 脱氧核苷酸 腺嘌呤 鸟嘌呤 胞嘧啶 胸腺嘧啶 1 DNA的化学组成 二 DNA分子的结构 四种脱氧核苷酸聚合形成多核苷酸链 磷酸二酯键 2 DNA分子的平面结构 氢键 DNA分子是如何维系它的结构稳定性 碱基对之间的氢键维系两条链的偶联 碱基对之间的相互作用力 3 DNA的双螺旋结构 空间结构 构成方式 位置 双螺旋外侧 双螺旋内侧 碱基对 主链 骨架 1 脱氧核糖与磷酸交替连接 2 两条主链呈反向平行 3 盘绕成规则的双螺旋 1 主链上对应碱基以氢键连结成对 2 碱基互补配对 A T G C 4 DNA多样性和特异性 1 多样性 碱基对数量 排列顺序的千变万化 构成了DNA分子的多样性 从而能够储存了大量的遗传信息 2 特异性 每个DNA分子中的碱基对都有特定排列顺序 A T G C 因生物种类不同而不同 构成了每一个DNA分子的特异性 3 稳定性 DNA分子中的脱氧核糖和磷酸基团交替连接的方式不变 两条链之间碱基互补配对以氢键连接的方式不变 5 DNA分子中的有关数量关系 1 DNA分子中 脱氧核苷酸数 脱氧核糖数 磷酸数 含氮碱基数 1 1 1 1 2 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 C G对占比例越大 DNA结构越稳定 3 每条脱氧核苷酸链上都只有一个游离的磷酸基 因此DNA分子中含有2个游离的磷酸基 6 碱基互补配对原则应用 设DNA一条链为1链 互补链为2链 根据碱基互补配对原则可知 A1 T2 A2 T1 G1 C2 G2 C1 则在DNA双链中 A T G C 可引申为 嘌呤碱基等于嘧啶碱基等于总碱基数的一半 A G T C即A G T C 1 例题1 某双链DNA分子中 G占23 求A占多少 解析 因为DNA分子中 A G T C 所以 A 50 23 27 互补的两个碱基之和在单 双链中所占的比例相等 一条链中的两个不互补碱基之和的比值与另一条链中的这一比值互为倒数 例题2 在DNA的一个单链中 A G T C 0 4 上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少 2 51 例题3 某双链DNA分子中 A与T之和占整个DNA碱基总数的54 其中一条链上G占该链碱基总数的22 求另一条链上G占其所在链碱基总数的百分含量 24 A T 54 G C 46 基础知识简答 1 沃森和克里克于年提出了著名的模型 为合理地解释遗传物质的奠定了基础 2 DNA又称 组成它的基本单位是 由一分子 一分子 一分子组成 组成DNA的碱基共有种 符号表示为 脱氧核苷共有种 名称是 1953 DNA双螺旋 各种功能 脱氧核糖核酸 脱氧核苷酸 磷酸 脱氧核糖 含氮碱基 4 ATGC 4 胞嘧啶脱氧核苷酸 腺嘌呤脱氧核苷酸 鸟嘌呤脱氧核苷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸 3 下图是DNA分子结构模式图 用文字填出1 10的名称 胞嘧啶 C 腺嘌呤 A 鸟嘌呤 G 胸腺嘧啶 T 脱氧核糖 磷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸 碱基对 氢键 一条脱氧核苷酸链的片段 4 某双链DNA分子的碱基中 鸟嘌呤占30 则胸腺嘧啶为 5 一个DNA分子的碱基中 腺嘌呤占20 那么在含有100个碱基对的DNA分子中 胞嘧啶应是 6 DNA分子的一条单链中 A 20 T 22 求整个DNA分子中G 20 60个 29 7 已知在DNA分子中的一条单链 A G T C m时 求 1 在另一互补链中这一比例是多少 1 m 2 这个比例关系在整个分子中又是多少 1 3 在另一互补链中这一比例是多少 n 4 这个比例在整个DNA分子中又是多少 n 当在一单链中 如果 A T G C n时 求 典型 某生物细胞DNA分子的碱基中 腺嘌呤的分子数占22 那么 胞嘧啶的分子数占 A 11 B 22 C 28 D 44 典型 分析一个DNA分子时 发现30 的脱氧核苷酸含腺嘌呤 由此可知 该分子中一条链上鸟嘌呤含量的最大值可占此链碱基总数的A 20 B 30 C 40 D 70 典型某双链DNA中 G占碱基总数的38 其中一条链中的T占碱基总数的5 那么另一条链中的T占碱基总数的A 5 B 7 C 24 D 38 典型 在一个DNA分子中 A与T之和占全部碱基总数的42 若其中一条链中的C占该链碱基总数的24 T占30 那么在其互补链上 胞嘧啶和胸腺嘧啶分别占A 12 34 B 21 24 C 34 12 D 58 30 C C C B 经典 右面为核苷酸链结构图 有关叙述不正确的是 A 能构成一个完整核苷酸的是图中的a和bB 各核苷酸之间是通过化学键 连接起来的C DNA连接酶可连接断裂的化学键 D 若该链为脱氧核苷酸链 从碱基组成上看 缺少的碱基是T 答案 A 化学组成单位 双螺旋结构 基本单位 脱氧核苷酸 种类 四种 主要特点 碱基互补配对原则 DNA分子的多样性 特异性和稳定性 由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成 外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架 碱基排列在内侧 DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对 碱基4种 碱基对2种 排列顺序不同 DNA的结构 DNA双螺旋结构的构建 小结 细胞减数分裂和受精作用使生物的亲代与子代之间保持遗传性状的稳定性 为什么 DNA分子是怎样进行复制的呢 二 DNA分子的复制 沃森和克里克推测是半保留复制模型 2 如果要你来设计实验 你认为最基本的思路是什么 把复制的单链和原来的链做上标记 然后观察它在新DNA中出现的情况 一 对DNA复制的推测 1 这些观点各有不同 如何来证明那个观点是正确的 只能用实验来证明 实验结论 DNA的复制是以半保留的方式进行的 二 DNA半保留复制的实验证据 拓展延伸 拓展延伸 根据上面实验过程 完成下列表格 全在下部 1 2 4 8 2n 全在中部 中 上 中 上 2 2n中 1 2 2n 上 1 1 2 2n 1 2 2n 三 数量关系 一个DNA连续复制n次后 子代DNA分子数 2n 脱氧核苷酸链数 2n 1 母链数 新合成子链数 2 2n 1 2 连续第一次复制 连续第二次复制 连续第n次复制 1 DNA分子数 2 脱氧核苷酸链数 3 消耗的脱氧核苷酸数 若一个亲代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 复制第n次所需该脱氧核苷酸数为m 2n 1 4 细胞中被标记染色体计算 练习 在DNA分子的一个片段中 有腺嘌呤10个 占碱基总数的20 则此片段水解后断开的氢键有条A 20 B 30 C 65 D 不一定 练习 一双链DNA分子 在复制解旋时 一条链上的G变成C 则DNA经n次复制后 发生差错的DNA占A B n C nD n 练习 某DNA分子含A腺嘌呤200个 该DNA复制数次后 消耗了周围环境中3000个含A腺嘌呤的脱氧核苷酸 则该DNA分子已经复制了多少次A 3次B 4次C 5次D 6次 C A B 练习 将含有两对同源染色体 其DNA分子都已用32P标记的精原细胞 放在只含31P的原料中进行减数分裂 则该细胞所产生的四个精子中 含32P和31P标记的精子所占的比例分别是A 50 50 B 50 100 C 100 50 D 100 100 练习 某个DNA片段由500对碱基组成 A T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A 330B 660C 990D 1320 C D 练习 2012 潍坊质检 关于下图所示DNA分子的叙述 正确的是 A 限制酶作用于 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分子中A为p个 占全部碱基的n m m 2n 则G的个数为 pm 2n pD 把该DNA分子放在含15N的培养液中复制两代 子代中含15N的DNA分子占3 4 答案 C 三 DNA复制的过程 1 DNA分子复制的概念是什么 2 DNA分子复制过程怎么进行 3 DNA分子复制过程需要哪些条件 4 DNA分子复制过程有何特点 5 DNA分子复制有何生物学意义 思考如下问题 1 什么是DNA分子的复制 指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程 则1DNA 2DNA 由1DNA 2DNA呢 2 DNA分子复制发生在什么时间 2 场所 3 复制场所 真核细胞 细胞核 主要 线粒体 叶绿体原核细胞 拟核 质粒病毒 宿主细胞内 4 DNA复制过程解旋 复制 延伸 在ATP供能 解旋酶的作用下 DNA两条多脱氧核苷酸链配对的碱基从氢键处断裂 双螺旋的两条链解开的过程 目的 就是为复制提供准确的模板 解开的两条单链叫母链 什么叫解旋 解旋的目的是什么 什么叫 子链 复制一次能形成几条链 以母链模板 以周围环境中游的4种脱氧核苷酸为原料 按照碱基互补配对原则 在有关酶的作用下 各自合成与母链互补的一段子链 复制一次形成子链一条 有人认为DNA复制就像洗相片一样 有一张底片就可以洗出许多相片来 这种说法对不对 为什么 1DNA 2DNA单链 母 2母 2子 母十子 母十子 2DNA 与洗相片不同 因为DNA分子的复制结果并没有形成一个完整的新的DNA分子 而是形成了一半新 一半旧的两个DNA分子 5 DNA分子复制的特点 边解旋边复制 半保留复制多起点复制 6 DNA分子复制时需何条件 模板 亲代DNA的两条母链 原料 4种脱氧核苷酸 能量 ATP 酶 DNA解旋酶 DNA聚合酶等 7 DNA准确复制的原因 DNA具有独特的双螺旋结构 能为复制提供模板 碱基具有互补配对的能力 能够使复制准确无误 8 DNA分子的复制实质 意义 DNA通过复制 使遗传信息从亲代传给了子代 从而保证了物种的相对稳定性 保持了遗传信息的连续性 使得种族得以延续 9 影响DNA复制的外界条件 规律总结 核酸的判断方法 3 DNA和RNA合成的判断 用放射性同位素标记T或U可判断DNA和RNA的合成 若大量消耗T 可推断正发生DNA的合成 若大量利用U 可推断正进行RNA合成 或者RNA或者既有DNA又有RNA 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 8B 含有14N的DNA分子占7 8C 消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个D 产生了16个DNA分子 答案 B 三 基因是有遗传效应的DNA片段 资料1 大肠杆菌细胞的拟核有1个DNA分子 长度约为4700000个碱基对 在DNA分子上分布着大约4400个基因 每个基因的平均长度约为1000个碱基对 带有纤毛的大肠杆菌 一 证明基因与DNA关系的实例 大肠杆菌一个DNA上含有多个基因 说明基因是一段DNA 资料2 生长在太平洋西北部的一种海蛰能发出绿色荧光 这是因为海蛰的DNA分子上有一段长度为5170个碱基对的片段 绿色荧光蛋白基因 转基因实验表明 转入了海蛰的绿色荧光蛋白基因的转基因鼠 在紫外线的照射下 也能象海蛰一样发光 说明基因是特定的DNA片段 可拼接到其他生物的DNA上去 有遗传效应 可独立起作用 基因是特定的DNA片段 可以切除 可以拼接到其他生物的DNA上去 从而获得某种性状的表达 所以基因是遗传物质的结构单位 资料3 人类基因组计划测定的是24条染色体 22条染色体 X Y 上的DNA的碱基序列 其中 每条染色体上有一个DNA分子 这24个DNA分子大约有31 6亿个碱基对 其中 构成基因的碱基数占碱基总数的比例不超过2 并不是随便一段DNA就称为基因 基因是一段DNA 但是一段DNA不一定是基因 ATGCATGCATCCATGCTAGCCATCCCTAAGGACAG TACGTACGTAGGTACGATCGGTAGGGATTCCTGTC 非基因片段 资料4 不少人认为 人和动物的胖瘦是由基因决定的 近来的科学研究发现 小鼠体内的HMGIC基因与肥胖直接相关 具有HMGIC基因缺陷的实验鼠与作为对照的小鼠 吃同样多的高脂肪食物 一段时间后 对照组的小鼠变得十分肥胖 而具有HMGIC基因缺陷的实验鼠体重仍然保持正常 没有HMGIC基因 就没有肥胖的表现 有HMGIC基因就有肥胖表现 说明基因能控制生物的性状 功能单位 结论 基因是有遗传效应的DNA片段 它是生物体遗传的功能单位和结构单位 综合上述资料 请你给基因下个定义 遗传效应 指具有复制 转录 翻译 重组突变及调控等功能 想一想 二 DNA片段如何