DNA分子的结构复制及基因

DNA分子的结构、复制及基因是有遗传效应的DNA片段本讲聚焦考纲要求定位解读1.DNA分子结构的主要特点(Ⅱ)1.概述DNA分子双螺旋结构的主要特点2.掌握相关规律和计算2.DNA分子的复制(Ⅱ)3.掌握DNA分子复制的条件、过程、特点及有关

碱基的计算4.DNA能准确复制的原因和意义3.基因的概念(Ⅱ)5.理解基因的本质、功能及其中脱氧核苷酸与遗传信息之间的关系DNA分子的结构一一、DNA分子的结构磷酸脱氧核糖脱氧核苷酸脱氧核苷酸链双螺旋23记忆窍门借图记忆“五四三二一”五种元素：C、H、O、N、P四种碱基对应四种脱氧核苷酸三种物质：○、、两条脱氧核苷酸长链(碱基对有A与T、G与C两种配对方式)一种空间结构：规则的双螺旋结构五：四：三：二：一：×

√

√

×

(1)每条脱氧核苷酸链上都只有一个游离的磷酸基团，因此每个DNA分子中，游离的磷酸基团只有2个。1．DNA分子结构模式图信息解读(3)碱基对之间的化学键为氢键，可用解旋酶断裂，也可加热断裂。(2)两个核苷酸的○和之间的化学键为磷酸二酯键，用限制性核酸内切酶处理可切断，用DNA连接酶或DNA聚合酶处理可连接。(4)每个脱氧核糖(除两端外)连接着2个磷酸，分别在3号、5号碳原子上相连接。(7)双链DNA分子的空间结构均相同（DNA双螺旋结构），不同点体现在其平面结构中碱基对的排列顺序(5)每个脱氧核苷酸中，脱氧核糖中1号碳与碱基相连接，5号碳与磷酸相连接，3号碳与下一个脱氧核苷酸的磷酸相连接，(6)○、、和脱氧核苷酸之间的数量关系为1:1:1:1（8）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对占的比例越大，DNA的结构越稳定。 (9)若碱基对为n，则氢键数为2n～3n之间，若已知A有m个，则氢键数为3n－m。2．DNA分子特性(1)稳定性：

(2)多样性：(3)特异性：外侧脱氧核糖和磷酸交替连接排列不变，构成基本骨架；内侧碱基互补配对原则不变碱基对多种多样的排列顺序。提醒若某DNA分子中有n个碱基对，则排列顺序有4n种，其中n代表碱基对数。每种DNA分子都有特定的碱基对排列顺序，代表了特定的遗传信息。题组一DNA分子的结构及相关计算√××√×P110判一判1、2、7A

解析

答案【训练1】►(新题快递)从分子水平上对生物体具有多样性或特异性的分析，错误的是(

)。A．碱基对的排列顺序的千变万化，构成了DNA分子基因的多样性B．碱基对的特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子基因的特异性C．一个含2000个碱基的DNA分子，其碱基对可能的排列方式就有41000种D．人体内控制β­珠蛋白的基因由1700个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有41700种解析β­珠蛋白基因碱基对的排列顺序，是β­珠蛋白所特有的。任意改变碱基的排列顺序后，合成的就不一D练出高分C解析123456789101112131415练出高分解析C123456789101112131415（1）双链DNA分子中：3、利用碱基互补配原则的计算规律应用：根据此可鉴定DNA分子是单链还是双链如：在一个DNA分子中，（A＋G）/（T＋C）≠1，且A≠T，C≠G，说明此DNA为单链如：在一个DNA分子中，（A＋G）/（T＋C）=1，且A=T，C=G，说明此DNA为双链A＝T、C＝G，②即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。①任意两个不互补碱基之和相等且占DNA总碱基数的50％A+G=A+C=T+G=T+C=

1／2（A+T+G+C）P113易错点1（2）在双链DNA分子中，配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等，且等于其转录形成的mRNA中该种碱基比例的比值。（4）在DNA中，非互补碱基之和之比在两链中互为倒数。(3)在DNA单链中，互补碱基之和之比相等，且等于DNA中该比值。A1+G1T1+C1T2+C2A2+G2=简记“补则等，不补则倒”注：在整个DNA分子中A1+T1C1+G1A2+T2C2+G2A+TC+G=m=A1+T1A1+T1

+C1+G1A2+T2A+T==A2+T2

+C2+G2A+T

+C+GC1+G1A1+T1

+C1+G1C2+G2C+G==A2+T2

+C2+G2A+T

+C+G则1m=T+CA+G=1A+U=A+U

+C+G【典例1】►在一个DNA分子中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基数目的54%，其中一条链中鸟嘌呤、胸腺嘧啶分别占该链碱基总数的22%和28%，则由该链转录的信使RNA中鸟嘌呤占碱基总数的(

)。A．24%B．22%C．26% D．23%AP112训练1P113纠错演练1现已知人体生长激素共含190个肽键（单链），假设与其对应的密码子序列中有A和U共313个，则合成的生长激素基因中G有()A．130个

B．260个

C．313个

D．无法确定BP1131训练2（1）——（3）

最早提出的DNA复制模型有三种（一）对DNA分子复制的推测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；复制一次复制一次复制一次亲代DNA子代DNA二、DNA复制思考与讨论:1、按照半保留复制的原理:右边的亲代DNA复制一次和复制二次后,其子代DNA的组成是怎么样的？（用白色表示新形成的链）2、要用实验来验证这一结论，我们需要对亲代和子代DNA进行区分。DNA是肉眼看不到的，如何才能分辨DNA呢？结合第一节的知识，想一想我们怎样区分他们？同位素标记法3、如果亲代的DNA两条链用15N来标记，然后放在14N中复制，则亲代、子一代、子二代分别含哪种元素？4、DNA虽然被标记，可是亲代和子代DNA混在一起，不易分离，怎么解决这一问题？5、如果离心，则亲代、子一代、子二代会怎么分布？CsCl密度梯度离心后分别分布在：重带、中带、中轻带密度梯度离心(二)DNA复制方式的探究1．实验材料：大肠杆菌。2．实验方法：放射性同位素标记技术和离心技术。3．实验假设：DNA以半保留的方式复制。(二)DNA复制方式的探究探究DNA复制是半保留复制还是全保留复制，可用同位素标记技术和离心处理技术，根据复制后DNA分子在试管中的位置即可确定复制方式。4．实验过程：(见图)(1)大肠杆菌在含15N标记的NH4Cl培养基中繁殖几代，使DNA双链充分标记15N。(2)将含15N的大肠杆菌转移到14N标记的普通培养基中培养。(3)在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA(间隔的时间为大肠杆菌繁殖一代所需时间)。(4)将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA位置。5．实验预期：离心后应出现3条DNA带。(见图)(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15N，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)。15N//15N重带(下部)15N//14N中带(中间)14N//14N轻带(上部)15N//14N中带(中间)子一代子二代亲代6、实验结果：7、实验结论：（a）立即取出：（b）繁殖一代取出：（c）繁殖两代取出：提取DNA→离心→全部重带（15N／15N

）提取DNA→离心→全部中带（15N／14N

）提取DNA→离心→一半中带（15N／14N

）一半轻带（14N／14N

）DNA分子的复制是以半保留方式进行的。与预期的相符。DNA复制方式的探究也体现了假说——演绎法的实验思路【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。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14N­DNA(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15N­DNA(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。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________。轻重半保留复制和分散复制全保留复制半保留复制或分散复制一条中密度带一条轻密度带中、轻半保留复制分散复制P114典例及训练（三）DNA分子的复制⑴概念：⑵条件⑶时期⑷场所⑸过程：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。模板：原料：能量：酶：亲代DNA的每一条链游离的脱氧核苷酸（4种）ATP释放的能量DNA解旋酶、DNA聚合酶、DNA连接酶等DNA解旋→以母链为模板按碱基互补配对原则合成子链→子链延伸→亲子链复旋①病毒增殖时②原核细胞二分裂时③真核细胞分裂时有丝分裂间期减Ⅰ分裂间期无丝分裂时模板：宿主细胞：宿主细胞①病毒：②原核细胞：③真核细胞由病毒DNA提供提供原料、能量、酶等拟核、细胞质（拟核DNA、质粒DNA）细胞核：染色体DNA细胞质：线粒体DNA、叶绿体DNA简化图：标准图：DNA分子复制过程：①RNA聚合酶辨认复制起点，在解旋酶作用下将螺旋打开；②在引物酶作用下，以DNA为模板合成RNA引物；③在DNA聚合酶Ⅲ作用下，按5′→3′方向合成冈崎片段；④引物RNA被RNA酶水解，空隙处由DNA聚合酶Ⅰ修补；⑤在DNA连接酶作用下，将短链连成DNA单链，再与母链形成双螺旋结构。⑹结果：⑺特点：⑻准确复制原因：⑼意义：1个DNA分子形成2个完全相同的DNA分子。②半保留复制①边解旋边复制①精确的模板（独特的双螺旋结构）②碱基互补配对原则（使复制准确无误）①遗传信息的传递，使物种保持相对稳定和延续②由于复制差错而出现基因突变，从而为进化提供了原始的选择材料③多起点复制提醒①子代DNA分子中模板链与另一DNA分子中新合成的子链碱基序列完全相同。②影响细胞呼吸(ATP供给)的所有因素都可能影响DNA复制。③体外也可进行，即PCR扩增技术，除满足上述条件外，还应注意温度、pH的控制及引物的加入。4.(2009·江苏生物，12)下图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图，有关叙述错误的是(

)。A．图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的B．图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的C．真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶D．真核生物的这种复制方式提高了复制速率A【典例2】►(2011·安徽卷)甲、乙图示真核细胞内两种物质的合成过程，下列叙述正确的是(

)。A．甲、乙所示过程通过半保留方式进行，合成的产物是双链核酸分子B．甲所示过程在细胞核内进行，乙在细胞质基质中进行C．DNA分子解旋时，甲所示过程不需要解旋酶，乙需要解旋酶D．一个细胞周期中，甲所示过程在每个起点只起始一次，乙可起始多次D【训练2】右图为真核细胞DNA复制过程模式图，请根据图示过程，回答问题。(1)由图示得知，1个DNA分子复制出乙、丙2个DNA分子，其方式____________。(2)解旋酶能使双链DNA解开，但需要细胞提供___________。除了图中所示酶外，丙DNA分子的合成还需要________酶。(3)从图中可以看出合成两条子链的方向___________。(4)细胞中DNA复制的场所是_____________________；在复制完成后，乙、丙分开的时期为_______________________。(5)若一个卵原细胞的一条染色体上的β­珠蛋白基因在复制时一条脱氧核苷酸链中一个A替换成T，则由该卵原细胞产生的卵细胞携带该突变基因的概率是________。半保留复制能量(ATP)DNA连接相反细胞核、线粒体和叶绿体有丝分裂后期、减数第二次分裂后期1/43．DNA复制过程中的数量关系由于DNA分子的复制是一种半保留复制方式，一个DNA分子连续进行n次复制，可形成2n个子代DNA，其中只有2个DNA分子含有最初亲代的母链。图解如下：将一个全部被15N标记的DNA分子转移到含14N的培养基中培养n代的结果及计算1、DNA分子数（1）子代DNA分子总数=

（2）含15N的DNA分子数=

（3）含14N的DNA分子数=

（4）只含15N的DNA分子数=

（5）只含14N的DNA分子数=2n个2个2n个0个2n-2个2、脱氧核苷酸链数（1）子代DNA分子中脱氧核苷酸链数=条（2）含15N的脱氧核苷酸链数=条（3）含14N脱氧核苷酸链数=条2n+122n+1-2思考：若用同位素标记原料，则复制n次后，标记的DNA分子占

，标记的单链占

。100%1－1/2n3、消耗的脱氧核苷酸数设亲代DNA分子中含某脱氧核苷酸a个（1）经过n次复制，共需消耗游离的该脱氧核苷酸个（2）在第n次复制时，共需消耗游离的该脱氧核苷酸个a·（2n-1）a·2n-1练出高分123456789101112131415解析CBP113训练2P113纠错演练2P113典例2AD利用图示法理解细胞分裂与DNA复制相结合的知识。三.基因是有遗传效应的DNA片段⑴基因是有遗传效应的DNA片段。1、基因与DNA关系4、基因与性状关系：(2)每个DNA分子上有许多个基因基因是控制生物性状的结构和功能单位。（2）遗传信息储存在4种碱基的排列顺序中3、生物多样性和特异性的物质基础：DNA分子的多样性和特异性。注：基因是一段DNA，但是一段DNA不一定是基因2、DNA片段中的遗传信息（1）DNA分子能储存足够量的遗传信息。（3）DNA分子的多样性源于碱基排列顺序的多样性。（4）DNA分子的特异性源于每个DNA分子的碱基特定的排列顺序。

资料分析:（1）豌豆的圆粒和皱粒这一对相对性状。编码淀粉分支酶的基因正常。淀粉分支酶正常合成。蔗糖合成淀粉，淀粉含量升高。淀粉含量高，有效保留水分，豌豆显得圆鼓鼓（性状：圆粒）。DNA中插入了一段外来的DNA序列，打乱了编码淀粉分支酶的基因(基因增添)淀粉分支酶不能正常合成。蔗糖不能合成淀粉，蔗糖含量升高。淀粉含量低的豌豆由于失水而显得皱缩（性状：皱粒）。控制酶形成的基因异常。酪氨酸酶不能正常合成。酪氨酸不能转化成黑色素。缺乏黑色素而表现为白化病。（2）白化病。控制酶形成的基因正常。酪氨酸酶正常合成。酪氨酸正常转化成黑色素。表现正常。

这两个例子来看，大家可以总结出基因是如何控制生物的性状的？

基因通过控制酶的结构来控制代谢过程，从而控制生物性状。CFTR基因缺失了三个碱基(碱基缺失)CFTR蛋白缺少一个丙苯氨酸，结构异常，导致功能异常。患者支气管内黏液增多。黏液清除困难，细菌繁殖，肺部感染。（3）囊性纤维病。控制血红蛋白形成基因的一个碱基发生变化。（碱基替换）血红蛋白的结构发生变化。红细胞呈镰刀状。红细胞容易破裂，患溶血性贫血

这两个例子来看，大家可以总结出基因是如何控制生物的性状的？（4）镰刀型贫血症。

基因通过控制蛋白质分子的结构来直接控制生物的性状。①间接途径：基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，从而控制生物性状。如：人的白化病、豌豆的皱粒②直接途径：基因通过控制蛋白质的结构来直接控制生物的性状。如：囊性纤维病、镰刀型细胞贫血症。（1）基因控制生物性状的两种方式(2)基因与性状的对应关系①一般而言，一个基因只决定一种性状。②生物体的一个性状有时受多个基因的影响，如玉米叶绿素的形成至少与50多个不同基因有关。③有些基因则会影响多种性状，如决定豌豆开红花的基因也决定结灰色的种子。特别提醒：①基因与性状的关系并不都是简单的线性关系。基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用，这种相互作用形成了一个错综复杂的网络，精细地调控着生物体的性状。②生物的大多数性状是受单基因控制的。这里的“单基因”是指一对等位基因，并不是单个基因。③基因控制生物体的性状，但性状的形成同时还受到环境的影响。基因和性状的关系基因与脱氧核苷酸、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