高二生物DNA分子的结构和复制

1、DNA的结构和复制中的计算,攀枝花市第十二中学校,概念:碱基之间的一一对应关系叫碱基互补配对原则.,碱基互补配对原则及应用,碱基配对方式: 在DNA的结构和复制中,A与T配对, T与A配对, G与C配对,C与G配对; 在转录时,A与U配对,T与A配对, G与C配对,C与G配对; 在逆转录时,U与A配对,A与T配对, G与C配对,C与G配对; 在翻译时, A与U配对, U与A配对, G与C配对,C与G配对;,碱基配对中最基本的等量关系,A=T G=C A1=T2 T1A2 G1C2 C1G2 (A、T、G、C双链DNA中四种碱基的含量； A1、T1、 G1 、 C1表示DNA一条链中四种碱基的含

2、量； A2 、T2 、C2 、 G2表示DNA另一条互补链中四种碱基的含量）,由此推出： (一)在双链DNA分子中, 1.嘌呤(A+G)=嘧啶(C+T)=50% 2.两个不互补配对的碱基和之比等于1.即A+G/T+C=A+C/T+G=1 3.两个互补配对的碱基和之比一般不等于1.即A+T/G+C1,(二)DNA分子一条链中,4.一条链上某碱基总数等于另一互补链上与它配对的碱基总数.即A1=T2、T1A2、 G1C2、C1G2 由此推出A1+ T1 A2 +T2 、G1+ C1 G2+ C2,6.两个互补配对的碱基和之比等于另一互补链上这一比例的比值.即 A1+ T1 / G1 + C1 A2

3、+T2 / G2+C2,5.两个不互补配对的碱基和之比等于另一互补链上这一比例的倒数.即 A1+ G1 / T1 + C1 C2+T2 / G2+ A2 A1+ C1 / T1 + G1 G2 +T2 /C2 + A2,7.DNA分子中某碱基所占的比例,等于该DNA分子中每一单链该碱基比例之和的一半.即 A= (A1+ A2 )/2 T= (T1 + T2 )/2 G = (G1+ G2 )/2 C = (C1 + C2 )/2,(三) DNA分子的一条链与整个DNA分子间的关系,8.依据A=T G=C A1=T2 T1A2 G1C2 C1G2 由此推出 A=T= A1+ T1 / 2= A2

4、 +T2 /2 G=C= G1 + C1 / 2= G2+C2 /2,注意，在7、8、9中各字母代表的仅是含量。,9. DNA分子中两个互补配对的碱基和占碱基总数的比值,与该DNA分子中每一单链的该比值相同. 即:A+T= A1+ T1 = A2+ T2 C+G =C1+ G1 = C2+ G2,解题方法:,1.画图最直观 2.实施等量代换 3.注意用脚码标注 4.注意区分已知条件属于上述哪种情况 5.规律很多,不必硬记,重在掌握解题方法,题型示例,例1.某DNA分子片段中，胞嘧啶有240个，占全部碱基的30%，问在这片段中，腺嘌呤有( ) A.240 B.48C.800 D.160 解析：题

5、中所给条件是胞嘧啶240个，占全部碱基的30%，而要求求的是腺嘌呤的数量，所以首先要求出这个DNA分子中的碱基总数。碱基总数=24030%=800个。DNA分子是双链的是，根据碱基互补配对原则，A=T，G=C，由此可知G+C=240+240=480个，则A+T=800-(C+C)800-480=320，因AT，所以A=160。正确解答这道题的关键是要正确运用碱基互补配对原则。 答案：D,例2：一个具有1000个碱基对的DNA分子，如果腺嘌呤的含量为20，则含胞嘧啶的碱基对为 A、200个 B、300个 C、400个 D、600个,解析：根据碱基互补配对原则，A=T=20，则G=C=30，G+C

6、=30+30=60，然则含胞嘧啶的碱基对为60，即100060=600个,答案：D,例3：DNA的一条单链中，A和G的数量与T和C的数量之比为0.4，上述比例在其互补链中和整个DNA分子中分别是 A、0.4和0.6 B、2.5和1.0 C、0.4和0.4 D、0.6和1.0,解析：因为双链DNA分子一条链中两个不互补配对的碱基之和的比值等于另一互补链中这一比值的倒数，所以，如果DNA的一条单链中A+G/T+C=0.4=4/10，则与其互补的另一条链中的这一比值应为10/4=2.5。又因为在双链DNA分子中，两个不互补配对的碱基之和相等（即A+G=T+C），所以在整个DNA分子中A+G/T+C=

7、1。,答案B。,例4. 若DNA分子的一条链中(A+T)/(G+C)=a，则其互补链中该比值为（ ） A. a B. 1/a C. 1 D. 1-1/a,解析： 设已知链为1链,则已知条件是(A1+T1)/(G1+C1)=a,要求的是(A2+T2)/(G2+C2)= 因为A1=T2 T1=A2,所以(A1+T1)=(A2+T2),同理(G1+C1)= (G2+C2),将脚标1用与之相等的脚标2代换,即可得到答案.,答案:A,例5. 下列哪项对双链DNA分子的叙述是错误的（ ）A. 若一条链A和T的数目相等，则另一条链A和T的数目也相等B. 若一条链G的数目为C的两倍，则另一条链G的数目为C的0

8、.5倍C. 若一条链A：T：G：C1：2：3：4，则另一条链的相应碱基比为2：1：4：3D. 若一条链A：T：G：C1：2：3：4，则另一条链的相应碱基比为1：2：3：4,解析：双链DNA分子中的碱基配对遵循碱基互补配对原则，A与T配对，G与C配对，即AT，GC。若一条链中AT，那么其互补链中也必定是AT；若一条链中G2C，由于其互补链中的C与G分别等于已知链中的G与C，因此互补链中的G（1/2）C；若已知链中的A：T：G：C1：2：3：4，根据碱基互补配对原则，其互补链中的相应碱基比就等于已知链中的T：A：C：G2：1：4：3。,答案：D,例6从某生物中提取出DNA进行化学分析，发现鸟嘌呤与

9、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呤占该链全部碱基数的（ ）A26%B24%C14D11,解析 解此题目时，应先绘出两条链碱基符号，并注明含量，这样非常直观，便于推导和分析来理清解题思路，寻求解决方法。明确DNA的两条链中含碱基数目相同，且AT，GC，一条链中的A、T、G、C数量等于另一条链中的T、A、C、G数量，由此可对方程组解出答案。,方法一：假定每条链中有100个碱基，则双链DNA中（G+C）100246 92（个）,A+T=200-92=108(个),AH=T对=100X28%=28(个),则TH=A对=(

10、108-2X28)/2=26(个),方法二： （G+C）占双链的DNA的46, （AT）占双链DNA的54 双链中（A+ T）的百分数等于每条单链的百分数,即A对+T对=54%,从图中看出, T对=28%,所以A对=26%,【答案】 A,例7：已知某DNA分子G与C占全部碱基数的48，它的一条模板链中C与T分别占该链碱基总数的26和24，问由它转录的RNA链中尿嘧啶与胞嘧啶分别占碱基总数的 A、24和22 B、28和26 C、28和22 D、48和52,分析：题目是求RNA的碱基含量，RNA是由DNA模板链严格按照碱基互补配对原则转录而来的，虽然某种碱基名称改变了（RNA中没的胸腺嘧啶，而有尿

11、嘧啶），但其对等关系还是存在的。由于在DNA分子中G+C=48，则A+T=52。据公式10可知A1+T1=52（设该模板链为1链），则A1=5224=28，又因G1+C1=48，则G1=4826=22。在转录时，A1与U配对，G1与C配对，则RNA上的U=28，C=22，,答案:C,例8：假设有一段mRNA上有60个碱基，其中A有15个，G有25个，那么转录该mRNA的DNA分子区段中，C和T的个数共有( )A.15个 B.25个 C.40个 D.60个,解析：mRNA上有60个碱基，则转录成该mRNA的DNA中应有120个碱基。DNA是双螺旋结构，分子中有两条链。按照碱基互补配对原则，AT，

12、G=C，则在双链 DNA分子中，A+C=C+T。所以C+T=60。这道题有一个陷阱，即mRNA的60个碱基中，有15个A，25个G，如果把注意力集中在这两个数据上，将无法得到一个确定的答案。,答案：D,DNA复制过程中的等量关系,1.一条DNA分子双链,复制n次,形成子代DNA2n个,其中含亲代母链的2个,占子代DNA总数的2/2n,亲代母链2条,占子代DNA链总数的2/2n+1=1/2n,2.设一条DNA分子中有腺嘌呤m个,则该DNA复制n次后,形成子代DNA分子需游离的腺嘌呤A=(2n-1)m个.,3.设一条DNA分子中有腺嘌呤m个,则该DNA第n次复制,形成子代DNA分子需游离的腺嘌呤A

13、=(2n-1)m个.,例9. 一个DNA分子中有100个碱基对，其中有40个腺嘌呤，如果该DNA分子连续复制两次，则参与到DNA分子的复制中的游离的胞嘧啶脱氧核苷酸有（） A. 40个 B. 80个 C. 120个 D. 180个,解析：已知，由于AT，CG，且，C60。一个DNA分子复制两次得到4个DNA分子，新增加3个DNA分子，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸为个。,答案：D,例10.在基因工程中，把选出的目的基因（共1000个脱氧核苷酸对，其中腺嘌呤脱氧核苷酸460个）放入DNA扩增仪中扩增四代，则在扩增仪中至少应放入胞嘧啶脱氧核苷酸的个数是A600 B640C8100D86400,解析：先

14、计算基因中胞嘧啶数：根据AT，GC，算出C1000460540，即1个基因中含有540个C；再算出基因扩增四代增加的DNA分子数 24115，所以至少放入C540158100。,答案：C,例11如果将大肠杆菌的 DNA分子用15N 标记，然后将大肠杆菌移入14N 培养基上连续培养。从分析得知，第一代大肠杆菌DNA储存的遗传信息与亲代大肠杆菌DNA储存的遗传信息完全相同，其原因是_。若连续培养三代，此时，含15N 标记的DNA分子约占大肠杆菌DNA分子总量的多少？其原因是多少？,【解析】 解题时，可用下图表示双链DNA分子复制过程：从图解可知，第二代大肠杆菌的DNA分子是以亲代的DNA分子中两条

15、母链分别为模板，根据碱基互补配对原则复制而成的。第二代大肠杆菌的DNA分子总量中，含15N 标记的为 2/4（即2/22 ）；第三代应为2/8 （即 2/32）。,【答案】 以亲代DNA为模板，根据碱基互补配对原则复制而成；25；因 DNA分子的复制方式为半保留复制。,例13.在含四种游离的脱氧核苷酸、酶和ATP的条件下，分别以不同生物的DNA为模板，合成新的DNA。问：（1）分别以不同生物的DNA为模板合成的各个新DNA之间，（AC）（TG）的比值是否相同?为什么?（2）分别以不同生物的DNA为模板合成的各个新DNA之间存在差异，这些差异是什么?（3）在一个新合成的DNA中，（AT）（CG）

16、的比值，是否与它的模板DNA任一单链的相同?,解析 根据碱基互补配对原则，所有DNA分子中的四种碱基数量可表示为：A=T，G=C。即A+C=T+G；每个DNA分子两条链之间的A与T相等，C与G相等，即两条链间的A+T相等，C+G相等。不同的DNA分子中碱基的数目、比例和排列顺序是不同的，这是导致DNA分子多样性的根本原因。在一个新合成的DNA中，由DNA分子中的碱基互补配对，复制后整个DNA分子中（AT）（CG）的比值是与其模板链中（AT）（CG）的比值相同。,答案 （1）相同因为所有DNA双链中，A与T的数目相同，C与G的数目相同。（2）碱基的数目、比例和排列顺序不同。（3）相同 拓展分析

17、碱基互补配对原则在DNA的结构、复制及以DNA为模板转录形成RNA等问题中得到广泛的灵活应用。,例14：DNA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、分散复制。,(1)根据图36中的示例对三种复制作出可能的假设：如果是全保留复制，则1个DNA分子形成2个DNA分子，其中一个是_而另一个是_； 如果是半保留复制，则新形成的两个DNA分子，各有_；如果是分散复制，则新形成的DNA分子中_。,答案：亲代的 新形成的 一条链来自亲代DNA分子，另一条链是新形成的 每一条链中一些段是母链而另一些则是子链片段,(2)究竟是哪种复制方式呢？请同学们设计实验来证明DNA的复制方式。实验步骤：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15N大肠杆菌转移到含14N的培养基上，再连