DNA分子的结构复制及基因讲课文档

DNA分子的结构复制及基因第1页，共45页。第20讲DNA分子的结构、复制及基因是有遗传效应的DNA片断2第2页，共45页。一、DNA双螺旋结构模型的构建1．构建者：沃森和克里克。2．当时对DNA分子的认识：(1)DNA分子是

为单位连接而成的长链，这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、C、G四种碱基。(2)腺嘌呤(A)的量总是等于

的量，鸟嘌呤(G)的量总是等于

的量。

主干知识整合以4种脱氧核苷酸胸腺嘧啶(T)胞嘧啶(C)3第3页，共45页。3．模型特点：磷酸—脱氧核糖在外，碱基在内的

，碱基配对方式

。二、DNA分子的结构特点1．两条链

盘旋成

结构。2．

和

交替连接，排列在外侧，构成基本骨架，

排列在内侧。3．两条链上的碱基通过

连接成碱基对。双链螺旋A—T、G—C反向平行双螺旋脱氧核糖磷酸碱基氢键4第4页，共45页。三、DNA分子的复制1．概念：以

为模板合成子代DNA的过程。2．发生时期：有丝分裂

和减数

。3．过程(1)解旋：需要细胞提供能量，在

的作用下，两条螺旋的双链解开。(2)合成子链：以母链为模板，在

等酶的作用下，以游离的4种

为原料，按照碱基互补配对原则，合成与母链互补的子链。

亲代DNA间期第一次分裂的间期解旋酶DNA聚合酶脱氧核苷酸5第5页，共45页。(3)形成子代DNA分子：延伸子链，母子链盘绕成双螺旋结构。

4．特点

5．条件

边解旋边复制半保留复制模板原料4种游离的能量ATP酶解旋酶和等DNA分子的两条链脱氧核苷酸DNA聚合酶6第6页，共45页。6．准确复制的原因(1)DNA分子独特的

提供精确模板。(2)通过

保证了复制的准确进行。7．意义：将遗传信息从亲代传给了子代，保持了遗传信息的

。

四、基因是有遗传效应的DNA片段1．基因与DNA的关系(1)一个DNA分子上有

个基因。构成基因的碱基数

(填“大于”、“小于”、“等于”)DNA分子的碱基总数。双螺旋结构碱基互补配对连续性许多小于7第7页，共45页。(2)基因实质：

。2．遗传信息与DNA的关系遗传信息蕴藏在DNA分子的

。3．DNA分子特性(1)多样性：主要取决于

。(2)

：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。

有遗传效应的DNA片段4种碱基的排列顺序之中碱基排列顺序特异性8第8页，共45页。1．组成层次

考点一：DNA分子的结构高频考点突破9第9页，共45页。10第10页，共45页。11第11页，共45页。【特别提醒】

12第12页，共45页。【对位训练】1．(2011·北京西城区高三抽样)如图表示DNA分子结构的片段，下列有关叙述正确的是

13第13页，共45页。A．双螺旋结构使DNA分子具有较强的特异性B．DNA单链上相邻碱基之间以氢键连接C．④结构的排列顺序代表了一定的遗传信息D．限制性核酸内切酶可以切割⑤的化学键解析DNA分子是规则的双螺旋结构，这样比较稳定。双链上配对的碱基之间是氢键连接的。限制性核酸内切酶切割的是磷酸二酯键，而不是氢键。答案C

14第14页，共45页。2．小麦体内的遗传物质彻底水解后，可以得到的是A．四种脱氧核苷酸B．一种五碳糖C．八种碱基D．五种碱基解析小麦的遗传物质是DNA，初步水解的产物是4种脱氧核苷酸，彻底水解的产物是磷酸、脱氧核糖和4种碱基。答案B

15第15页，共45页。1．DNA分子中，脱氧核苷酸的数目＝脱氧核糖的数目＝含氮碱基的数目＝磷酸的数目。2．DNA分子中碱基间的关系

考点二：DNA分子的相关计算比较项目整个DNA分子α链β链A、T、G、C的关系A＝TG＝CAα＝TβTα＝AβCα＝GβGα＝Cβ(A＋G)/(T＋C)非互补碱基的和之比1M1/M(A＋T)/(G＋C)互补碱基的和之比NNN(A＋G)或(T＋C)占碱基总数的1/2在整个DNA分子中16第16页，共45页。3.DNA分子复制的有关计算假设将1个全部被15N标记的DNA分子(亲代)转移到含14N的培养基中培养n代，结果如下：(1)DNA分子数①子代DNA分子总数＝2n个②含15N的DNA分子数＝2个③含14N的DNA分子数＝2n个④只含15N的DNA分子数＝0个⑤只含14N的DNA分子数＝(2n－2)个

17第17页，共45页。(2)脱氧核苷酸链数①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝2n＋1条②含15N的脱氧核苷酸链数＝2条③含14N的脱氧核苷酸链数＝(2n＋1－2)条(3)消耗的脱氧核苷酸数设亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸m个，则：①经过n次复制，共需消耗游离的该种脱氧核苷酸m·(2n－1)个。②在第n次复制时，共需消耗游离的该脱氧核苷酸m·2n－1个。

18第18页，共45页。【对位训练】3．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分子在含14N的培养基中连续复制4次，下列说法正确的是A．含有14N的DNA占7/8B．复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个C．含有15N的DNA占1/16D．子代DNA中嘌呤与嘧啶之比是2∶319第19页，共45页。解析该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次，可得到24个DNA分子，其中含有14N的DNA分子占100%；含有15N的DNA分子占2/16，因为DNA复制为半保留复制，亲代DNA分子的两条链只可能进入两个子代DNA分子中，故A、C两项均错误；在子代DNA分子中嘌呤与嘧啶之比是1∶1，故D错误。答案B

20第20页，共45页。4．(思维拓展题)某双链DNA分子含有200个碱基，一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则该DNA分子A．含有4个游离的磷酸基B．连续复制2次，需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸210个C．4种碱基A∶T∶G∶C＝3∶3∶7∶7D．碱基排列方式共有4100种

21第21页，共45页。解析一个双链DNA分子中含有2个游离的磷酸基。由一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，计算得出一条链上100个碱基中A、T、G、C的数量依次是10、20、30、40，另一条链上A、T、G、C的数量则依次是20、10、40、30。故该DNA中腺嘌呤脱氧核苷酸数为10＋20＝30个，连续复制2次，需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸数(22－1)×30＝90个，4种碱基的比例是A∶T∶G∶C＝(10＋20)∶(20＋10)∶(30＋40)∶(40＋30)＝30∶30∶70∶70＝3∶3∶7∶7。含200个碱基的DNA在不考虑每种碱基比例关系的情况下，可能的碱基排列方式共有4100种，但因碱基数量比例已确定，故碱基排列方式肯定少于4100种。答案C

22第22页，共45页。考点三：基因与脱氧核苷酸、DNA和染色体之间的关系关系内容基因与脱氧核苷酸基因的基本组成单位是脱氧核苷酸，基因中脱氧核苷酸的排列顺序称为遗传信息基因与DNA基因是有遗传效应的DNA片段，每个DNA分子上有很多个基因基因与染色体基因在染色体上呈线性排列，染色体是基因的主要载体图示23第23页，共45页。【特别提醒】①对于真核细胞来说，染色体是基因的主要载体；线粒体和叶绿体也是基因的载体。②对于原核细胞来说，拟核中的DNA分子或者质粒DNA均是裸露的，没有与蛋白质一起构成染色体。

24第24页，共45页。【对位训练】5．(2012·潍坊质量监测)基因是有遗传效应的DNA片段，下列哪项不是“遗传效应”的含义A．能控制一种生物性状的表现B．能控制一种蛋白质的合成C．能决定一种氨基酸的位置D．能转录成一种mRNA

25第25页，共45页。解析基因概念中的“遗传效应”是指控制生物的性状，而基因对性状的控制是通过控制蛋白质的合成来实现的；组成蛋白质的氨基酸约有20种，基因不能只决定一种氨基酸的位置，而是决定组成蛋白质的所有氨基酸的位置。答案C

26第26页，共45页。6．(2012·辽宁抚顺六校协作体一模)关于基因、DNA和染色体关系的说法中错误的是A．染色体是DNA的主要载体B．基因在染色体上呈线性排列C．在真核细胞中染色体和DNA是一一对应的关系D．减数分裂四分体时期，每条染色体上有两个DNA分子，每个DNA分子上有许多个基因

27第27页，共45页。解析基因是有遗传效应的DNA片段，而染色体是DNA的主要载体，也就是说从某种意义上说，染色体包含了DNA，DNA包含了基因，基因在染色体上呈线性排列。在真核生物细胞中，除染色体上有DNA外，线粒体和叶绿体内也有DNA。答案C

28第28页，共45页。1．实验方法探究DNA复制的方式，采用的是同位素示踪技术和离心处理，根据试管中DNA的分布位置确定复制方式。

答题技能培养方法体验探究DNA复制的方式的方法29第29页，共45页。2．实验过程：(见下图)

30第30页，共45页。第一步：将大肠杆菌放在含有15N的培养基中生长，获得实验用的亲代细菌，使亲代的DNA双链都标记上15N(两条链均为重链)，提取DNA进行CsCl梯度离心，结果只有一条重带。第二步：将双链均被15N标记的亲代DNA放在含14N的培养基中生长，让其再繁殖一代，取子代的DNA进行CsCl梯度离心，实验结果显示离心管中出现一条中带(一条链含15N，另一条链含14N)。

第三步：将第二步所得到的大肠杆菌放入含14N的培养基中培养，得到子二代，然后提取DNA进行CsCl梯度离心，实验的结果是离心管中有2条带，即一条轻带(两条链都含14N)，另一条为中带。

31第31页，共45页。3．实验预期：离心后应出现3条DNA带。(1)重带(密度最大)：15N标记的亲代双链DNA(15N/15N)(2)中带(密度居中)，一条链为15，另一条链为14N标记的子代双链DNA(15N/14N)(3)轻带(密度最小)；两条链都为14N标记的子代双链DNA(14N/14N)。

32第32页，共45页。4．实验结果：与预期的相符。(1)立即取出提取DNA→离心→全部重带(15N/15N)。(2)繁殖一代后取出提取DNA→离心→全部杂交带(14N/15N)。(3)繁殖两代后取出提取DNA→离心→1/2轻带、1/2中带。实验结论：DNA的复制是以半保留方式进行的。

33第33页，共45页。【典例】DNA的复制方式，可以通过设想来进行预测，可能的情况是全保留复制、半保留复制、分散(弥散)复制三种。究竟是哪种复制方式呢？下面设计实验来证明DNA的复制方式。

34第34页，共45页。实验步骤：A．在氮源为14N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14N－DNA(对照)。B．在氮源为15N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为15N－DNA(亲代)。C．将亲代15N大肠杆菌转移到氮源为含14N的培养基中，再连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ)，用密度梯度离心法分离，不同分子量的DNA分子将分布在试管中的不同位置上。

35第35页，共45页。实验预测：(1)如果与对照(14N/14N)相比，子代Ⅰ能分辨出两条DNA带：一条_________带和一条__________带，则可以排除________。(2)如果子代Ⅰ只有一条中密度带，则可以排除____________，但不能肯定是______________。(3)如果子代Ⅰ只有一条中密度带，再继续做子代ⅡDNA密度鉴定：若子代Ⅱ可以分出________和________，则可以排除分散复制，同时肯定半保留复制；如果子代Ⅱ不能分出__________密度两条带，则排除___________，同时确定为________________。

36第36页，共45页。【解析】从题目中的图示可知，深色为亲代DNA的脱氧核苷酸链(母链)，浅色为新形成的子代DNA的脱氧核苷酸链(子链)。因此全保留复制后得到的两个DNA分子，一个是原来的两条母链重新形成的亲代DNA分子，一个是两条子链形成的子代DNA分子；半保留复制后得到的每个子代DNA分子的一条链为母链，一条链为子链；分散复制后得到的每个子代DNA分子的单链都是由母链片段和子链片段间隔连接而成的。

37第37页，共45页。【答案】(1)轻(14N/14N)重(15N/15N)半保留复制和分散复制(2)全保留复制半保留复制或分散复制(3)一条中密度带一条轻密度带中、轻半保留复制分散复制38第38页，共45页。【典例1】如图为DNA分子的某一片段，其中①②③分别表示某种酶的作用部位，则相应的酶依次是

易误警示一、几种酶的作用部位易于混淆39第39页，共45页。A．DNA连接酶、限制酶、解旋酶B．限制酶、解旋酶、DNA连接酶C．解旋酶、限制酶、DNA连接酶D．限制酶、DNA连接酶、解旋酶【尝试解答】________C40第40页，共45页。【纠错笔记】易混淆的几种酶

项目种类作用底物作用部位作用结果限制酶DNA分子磷酸二酯键形成黏性末端或平末端DNA连接酶DNA分子片段磷酸二酯键形成重组DNA分子DNA聚合酶脱氧核苷酸磷酸二酯键形成