DNA分子的复制

第3节DNA的复制 1 概念 2 时间 是指以亲代DNA为模板 合成子代DNA的过程 细胞有丝分裂的间期 无丝分裂之前和减数第一次分裂的间期 3 场所 细胞核 主要场所 最早提出的DNA复制模型有三种 一 对DNA复制的推测 1 全保留复制 新复制出的分子直接形成 完全没有旧的部分 2 半保留复制 形成的分子一半是新的 一半是旧的 3 分散复制 新复制的分子中新旧都有 但分配是随机组合的 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 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 因DNA复制采用半保留的方式 所以一个DNA分子经几代复制后的所有DNA中 只有两个DNA分子含有原DNA链 但所有DNA与原DNA所带的信息 脱氧核苷酸的排列序 完全相同 变异除外 三 DNA复制的过程 1 DNA分子复制的概念 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 4 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 5 DNA分子复制的特点 边解旋边复制半保留复制 6 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 7 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性 保持了遗传信息的连续性 使得种族得以延续 根据半保留复制和碱基互补配对原则 与复制有关的碱基计算 一个DNA连续复制n次后 共有多少个DNA 多少条脱氧核苷酸链 母链多少条 子链多少条 DNA分子数 2n 脱氧核苷酸链数 2n 1 母链数 子链数 2 2n 1 2 解析 所用知识为 半保留复制 和 碱基互补配对原则 并图示分析 连续第一次复制 连续第二次复制 连续第n次复制 解 答 一个DNA连续复制n次后 共有2n个DNA 2n 1条脱氧核苷酸链 母链2条 子链2n 1 2条 一个DNA的碱基A T G C 占碱基总数的a 碱基总数为m 连续复制n次后 共需要G C A T 多少个 因为A ma A T G C A T 2ma DNA复制n代后子链数 2n 1 2 DNA连续复制n代后需要鸟嘌呤 2n 1 2 2 m 1 2 a m 2n 1 1 2 a 解析 先求出亲代DNA中G C 每两条新链所必需的鸟嘌呤 G 数等于亲代DNA胞嘧啶 C 数 再求出DNA复制n代后子链数 最后求出DNA连续复制n代后需要鸟嘌呤数 解 所以G C m 1 2 a 每形成两条新链所必需的鸟嘌呤数等于亲代DNA胞嘧啶数 m 1 2 a 答 DNA连续复制n代后需要鸟嘌呤数是m 2n 1 1 2 a 课堂练习 1 1个DNA分子经过4次复制 形成16个DNA分子 其中含有最初DNA分子长链的DNA分子有 A 2个B 8个C 16个D 32个2 DNA分子的复制发生在细胞有丝分裂的 A 分裂前期B 分裂中期C 分裂后期D 分裂间期 3 下列关于DNA复制的说法 其中不正确的是 A DNA复制过程中需要酶的催化B DNA复制过程中需要的能量直接由糖类提供C DNA分子是边解旋复制的D DNA复制过程中两条母链均可作模板4 以DNA的一条链 A T C 为模板 经复制后的子链是 A T A G B U A G C T A C D T U G 5 由15N标记细菌的DNA 然后又将14N来供给这种细菌 于是该细菌使用14N来合成DNA 假设细菌连续分裂三次产生了八个新个体 它们中含14N链的DNA与15N链的DNA比例是 A 4 1B 2 1C 1 1D 3 1 A 6 在氮源为14N的培养基上生长的大肠杆菌 其DNA分子均为14N DNA 对照 在氮源为15N的培养基上生长的大肠杆菌 其DNA分子均为15N DNA 亲代 将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上 再连续繁殖两代 I和II 用离心的方法分离得到的结果如下表所示 请分析 1 由实验结果可以推出第一代 I 细菌DNA分子中一条链是 另一条链是 2 中链含有氮元素是 3 将第一代 I 转移到含15N的培养基上繁殖一代 将所得到的细菌的DNA用同样方法分离 那么得到的轻中重链情况是 4 上述实验表明DNA分子复制的特点是 15N母链 14N新链 15N和14N 1 2中链 1 2重链 半保留复制 7 下列关于DNA复制过程的正确顺序是 互补碱基对之间氢键断裂 互补碱基对之间形成氢键 DNA分子在解旋酶的作用下解旋 以解旋后的母链为模板进行碱基互补配对 子链与母链盘旋成双螺旋状结构A B C D D 8 DNA分子的双链在复制时解旋 这时下述哪一对碱基从氢键连接处分开 A G与CB A与CC G与AD G与T A 9 DNA复制的基本条件是 A 模板 原料 能量和酶B 模板 温度 能量和酶C 模板 原料 温度和酶D 模板 原料 温度和能量 A 10 DNA的复制是在细胞的分裂和第一次分裂前的期进行的 复制是指以为模板来合成的过程 复制特点是复制过程必需以为模板 为原料 提供能量 的催化等条件 为DNA的复制提供精确的模板 并有能力保证复制能够准确无误地完成 一个亲代DNA分子通过复制形成了两个 新形成的DNA分子都是既含一条链 又含一条链 因此 称DNA的复制为 有丝 减数 间 亲代DNA分子 子代DNA分子 边解旋边复制 亲代DNA分子每一条链 脱氧核苷酸 ATP 酶 DNA分子双螺旋结构 碱基互补配对 结构完全相同的子代DNA分子 母 子 半保留复制 第四节基因是有遗传效应的DNA片段 1条染色体1个DNA 1条染色体2个DNA DNA是染色体的组成成分 染色体是DNA的载体 DNA与染色体的关系 基因与染色体的关系 基因在染色体上 一条染色体上有多个基因 阅读资料分析讨论 生物体内的DNA分子数目与基因数目相同吗 生物体内所有基因的碱基总数与DNA分子的碱基总数相同吗 如不同 说明了什么 你如何理解基因具有遗传效应 请你从DNA水平上给基因下一个定义 资料分析 资料一 大肠杆菌DNA碱基对 4 7 106基因碱基对 4 4 106 基因碱基总数小于DNA碱基总数 结论 图B 正常光线 左 及紫外线照射下 右 的4只小鼠 其中3号小鼠为对照组 第1 2 4号小鼠转入了绿色荧光基因 图A 发出绿色荧光的海蜇海蜇的DNA分子上有一段长度为5170个碱基对的片段 绿色荧光基因 资料二 结论 海蛰中的绿色荧光基因在小鼠中表达 人类基因组计划测定的是24条染色体 22条常染色体 X Y 上DNA的碱基序列 其中 每条染色体上有一个DNA分子 24个DNA分子大约有31 6亿个碱基对 共有基因数约为3万个 其中 构成基因的碱基数占碱基总数的比例不超过2 资料三 结论 一个DNA上含有多个基因 基因是DNA的片断 进来科学研究发现 小鼠体内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 而实验鼠体重维持正常 结论 基因控制性状的表达 资料四 上述资料分析总结基因与DNA的关系 一个DNA分子中有许多基因 每个基因都是特定的DNA片段 并有着特定的遗传效应 基因的定义 是有遗传效应的DNA片段 遗传效应 能复制 传递和表达性状的过程 基因 遗传信息 DNA分子为什么能储存大量的遗传信息 DNA 探究思路1 假设17个碱基对的脱氧核苷酸组成一个基因 那么17个碱基对可以排列出多少种基因 417 思考书本P57讨论 遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序中 指基因的脱氧核苷酸 碱基对 的排列顺序 碱基排列顺序的千变万化 构成了DNA分子的多样性 而碱基的特定排列顺序 又构成了每个DNA分子的特异性 DNA分子的多样性与特异性是生物多样性和特异性的物质基础 总结 遗传信息 染色体 脱氧核苷酸 基因 DNA 染色体是DNA的载体 每个染色体上有1个或2个DNA 基因是有遗传效应的DNA片段 每个DNA分子上含有多个基因 是遗传物质的结构功能单位 是主要的遗传物质 每个基因含有多个脱氧核苷酸 基因中脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息 本节小结 课堂练习 1 下列有关基因的说法正确的是 A 基因就是一段DNA分子B 基因一定位于染色体上C 基因是有遗传效应的DNA片段D 不同基因上带有的遗传信息相同 2 将海蛰的绿色荧光蛋白基因转移到小鼠体内的DNA上 小鼠在紫外线的照射下 也能发出荧光 基因能够转移成功的主要原因是 当把绿色荧光蛋白基因用技术手段切成两部分后 将其中的一部分转移到小鼠体内 结果 小鼠在紫外线的照射下 不再发出荧光 该实验说明了 构成基因的基本单位都是四种相同的脱氧核苷酸 基因是控制生物性状的基本结构和功能的单位 某生物的体细胞有10对同源染色体 生殖细胞的DNA约有7X109个碱基对 如果每个基因平均含碱基1 4X104个 回答 平均每条染色体最多含有多少个基因 该生物的体细胞中 全部DNA共有的碱基数目 脱氧核苷酸数目是多少 有关人类基因组计划 1990年10月 国际人类基因组计划启动 公共研究机构 投资30亿美元 预计2005年完成 目的是找出所有人类基因并搞清其在DNA分子上的位置 绘制出完整的人类基因组图谱 破译出人类全部遗传信息 1998年 一批科学家在美国组建塞莱拉遗传公司 与国际人类基因组计划展开竞争 私人机构 1999年9月中国获准加入人类基因组计划 负责测定人类第3号染色体短臂上的约3000万个碱基对 占全部序列的 投入500万美元 塞莱拉公司的核心分析方法被称为 霰弹法 人类基因组工程则采用了 克隆法 霰弹法 在后期需要大量的计算 而 克隆法 在早期集中了较多的时间和精力在克隆和绘制草图上 由于塞莱拉公司的竞争使得人类基因组计划提前完成 2001年6月 国际人类基因组计划和美国塞莱拉公司联合公布人类基因组图谱及初步分析结果 一 基因数量少得惊人 人类DNA分子大约有30亿个碱基对 研究人员曾经预测人类约有14万个基因 最终确定出的基因数在3万个左右 人类拥有的基因虽然只是蠕虫或飞虫的两倍 但证明了人类拥有的基因的功能比其他物种复杂得多 塞莱拉公司的科学家测出的序列准确地覆盖了国际人类基因组的95 二 人类基因组中存在 热点 和大片 荒漠 人类基因组序列中所谓的 荒漠 就是包含极少或根本不包含基因的部分 基因组上