DNA分子的结构和DNA分子的复制

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,必修二 第三单元 遗传的分子基础,DNA,分子的结构,DNA,的复制,DNA,分子的结构：,1,模型构建者：,沃森和克里克,1,：,同一生物不同细胞中，,DNA,的结构和,DNA,分子数目相同吗？,提示：,结构相同，细胞核中,DNA,数目相同，细胞质中,DNA,数目不相同。,想一想,DNA,初步水解和彻底水解的产物各是什么？,提示：,DNA,初步水解的产物是,4,种脱氧核苷酸，彻底水解的产物有磷酸、脱氧核糖和碱基,(A,、,T,、,G,、,C 4,种,),DNA,的结构特点：,（,1,）多样性,n,个碱基对构成的,DNA,具有,4,n,种碱基排列顺序,（,2,）稳定性,（,3,）特异性,DNA,分子结构模式图信息解读,(1),每个,DNA,片段中，,游离的磷酸基团有,2,个。,(2),碱基、磷酸、,脱氧核糖之间的数量,关系为,111,DNA,分子结构模式图信息解读,（,3,）磷酸、脱氧核糖,之间的化学键为,磷酸二酯键，用,限制酶,处理可切断，,用,DNA,连接酶,处理可,连接，还可用,DNA,聚,合酶连接,。,DNA,分子结构模式图信息解读,(4),碱基,之间的化学键为,氢键,，可用,解旋酶,断裂，也可,加热断裂,，,A,与,T,之间有,2,个氢键，,G,与,C,之间有,3,个氢键，,DNA,分子中,G,与,C,碱基占的比例越高，分子稳定性越强。,DNA,分子结构模式图信息解读,(5),每个脱氧核糖连接着,2,个磷酸，每条单链上相邻碱基不直接相连。,2012,山东聊城模拟,如图为,DNA,分子结构示意图，对该图的正确描述是,(,),A,和相间排列，构成了,DNA,分子的基本骨架,B,的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸,C,当,DNA,复制时，的形成需要连接酶,D,DNA,分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息,D,解旋酶作用于,氢键处。,每条链上相邻的脱氧核苷酸以,磷酸二酯键,相 连，,限制酶、,DNA,连接酶和,DNA,聚合酶,均可作用于磷酸二酯键。,先画出简图，根据碱基互补配对原则推知规律,规律,1,：,在双链,DNA,分子中，互补碱基两两相等，,A,T,，,C,G,，,A,G,C,T,，即,嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。,先画出简图，根据碱基互补配对原则推知规律,规律,2,：,DNA,分子一条链中,(A,G)/(C,T),的比值等于互补链中,(A,G)/(C,T),的比值的,倒数,，在,整个,DNA,分子中该比值等于,1,。,先画出简图，根据碱基互补配对原则推知规律,规律,3,：,DNA,分子一条链中,(A,T)/(C,G),的比值与其互补链的,(A,T)/(C,G),比值,相等,。与整个,DNA,分子中,(A,T)/(C,G),比值亦,相等。,先画出简图，根据碱基互补配对原则推知规律,规律,4,：,在双链,DNA,分子中，,互补的两碱基之和,(,如,A,T,或,C,G),占全部碱基的比例等于其任何一条单链中这两种碱基之和占该单链中碱基数的比例。,规律,5,：,不同生物的,DNA,分子中互补配对的碱基之和的比,值不同，即,(A,T)/(C,G),的比值不同。该比值体现了不同生,物,DNA,分子的特异性。,2012,西城区模拟,某,DNA,分子中,A,T,占整个,DNA,分子碱基总数的,44%,，其中一条链,(a),上的,G,占该链碱基总数的,21%,，那么，对应的另一条互补链,(b),上的,G,占该链碱基总数的比例是,(,),A,35%,B,29%,C,28% D,21%,A,1,概念：,以,为模板合成,的过程。,2,时间：,细胞有丝分裂的,和减数,分裂前的间期。,3,场所：,主要是,。,亲代,DNA,子代,DNA,间期,第一次,细胞核,4,过程,5,结果：,形成两个与,完全相同的子代,DNA,分子。,6,意义：,将,从亲代传给了子代，从而保持了遗传信息的连续性。,7,特点：,(1),；,(2),。,亲代,DNA,分子,遗传信息,边解旋边复制,半保留复制,2,：真核生物、原核生物、病毒的,DNA,复制场所各是什么？,提示：,分别是细胞核、拟核、宿主细胞内。,1,复制的场所：,主要场所是细胞核,，但在拟核、线粒体、叶绿体、细胞质基质,(,如质粒,),中也进行,DNA,复制。,2,外界条件对,DNA,复制的影响：,在,DNA,复制的过程中，需要酶的催化和,ATP,供能，凡是影响酶活性的因素和影响细胞呼吸的因素，都会影响,DNA,的复制。,3,研究,DNA,复制的常用方法：,同位素标记法和离心法，常标记,3,H,、,15,N,、,32,P,，通过离心在试管中形成不同位置的条带。,4,DNA,复制的过程,5,DNA,复制的准确性,(1),一般情况下，,DNA,能准确地进行复制，其原因有：,DNA,具有独特的,双螺旋,结构，能为复制提供精确的模板。,DNA,具有,碱基互补配对,的能力，能够使复制准确无误地进行。,(2),特殊情况下，在外界因素和生物内部因素的作用下，可能造成碱基配对发生差错，引起,基因突变,。,6,DNA,分子复制的有关计算,假设将,1,个全部被,15,N,标记的,DNA,分子,(,亲代,),转移到含,14,N,的培养基中培养,n,代，结果如下：,(1)DNA,分子数,子代,DNA,分子总数,2,n,个,含,15,N,的,DNA,分子数,2,个,含,14,N,的,DNA,分子数,2,n,个,只含,15,N,的,DNA,分子数,0,个,只含,14,N,的,DNA,分子数,(2,n,2),个,(2),脱氧核苷酸链数,子代,DNA,分子中脱氧核苷酸链数,2,n,1,条,含,15,N,的脱氧核苷酸链数,2,条,含,14,N,的脱氧核苷酸链数,(2,n,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：,经过,n,次复制，共需消耗游离的该种脱氧核苷酸,m,(2,n,1),个。,在第,n,次复制时，共需消耗游离的该脱氧核苷酸,m,2,n,1,个。,1,基因与,DNA,的关系,(1),每个,DNA,分子含有许多个基因。,(2),基因是有,DNA,片段。,(3)DNA,分子中存在着不是基因的片段。,遗传效应的,2,DNA,片段中的遗传信息,(1),遗传信息蕴藏在,4,种碱基的排列顺序之中。,(2)DNA,分子能够储存足够量的,。,(3)DNA,分子的多样性源于,的多样性。,(4)DNA,分子的特异性源于每个,DNA,分子的碱基,的,顺序。,遗传信息,碱基排列顺序,特定的排列,核酸种类的判断方法,1,若有核糖，一定为,RNA,；若有脱氧核糖，一定为,DNA,。,2,若含,T,，一定为,DNA,；若含,U,，一定为,RNA,。所以用放射性同位素标记,T,或,U,，可探知,DNA,或,RNA,。若大量利用,T,，可认为进行了,DNA,的合成；若大量利用,U,，可认为进行了,RNA,的合成。,3,若含,T,，,A,T,或嘌呤,嘧啶，则为单链,DNA,。因为双链,DNA,分子中,A,T,，,G,C,，嘌呤,(A,G),嘧啶,(T,C),。,4,若嘌呤,嘧啶，肯定不是双链,DNA(,可能为单链,DNA,，也可能为,RNA),。但若是细胞中所有核酸的嘌呤,嘧啶，则可能既有双链,DNA,，又有,RNA,。,2012,东北师大附中月考,检测某生物样品中碱基比例，其嘌呤与嘧啶含量不等，则该生物样品不可能是,(,),A,大肠杆菌,B,流感病毒,C,T,2,噬菌体,D,人体细胞,解析,在双链,DNA,中嘌呤,(A,G),嘧啶,(C,T),，单链,RNA,中嘌呤,(A,G),不一定等于嘧啶,(C,U),。对于大肠杆菌和人体细胞来说，体内有,DNA,和,RNA,，总嘌呤,(A,G),不一定等于总嘧啶,(C,U,T),，流感病毒体内只有,RNA,，单链中嘌呤,(A,G),不一定等于嘧啶,(C,U),。,T,2,噬菌体只有,DNA,，嘌呤,(A,G),一定等于嘧啶,(C,T),。,答案,C,DNA,分子复制的综合考查,通过,“,DNA,半保留复制的原理和相关计算,”,的考查，提升,“,具备验证简单生物学事实，并能对实验现象和结果进行解释、分析和处理,”,的能力。,2012,江苏扬州,如图为真核细胞,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，其方式是,_,。,(2)DNA,解旋酶能使双链,DNA,解开，但需要细胞提供,_,。,(3),细胞中,DNA,复制的场所有,_,；在复制完成后，乙、丙分开的时期为,_,。,(4),若一个卵原细胞的一条染色体上的,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,_,。,解析,(1)DNA,复制方式是半保留复制。,(2),复制过程中需要,ATP,。需要的酶是解旋酶,(,若是人工合成可以不要，但须加热,),、,DNA,聚合酶、,DNA,连接酶。,(3),动物细胞中,DNA,复制，主要在细胞核和线粒体，植物还包括叶绿体。两个,DNA,随着姐妹染色单体的分开而分离，所以两个子代,DNA,分开是在着丝点分裂的时候，也就是有丝分裂后期、减数第二次分裂后期。,(4),一个卵原细胞分裂产生四个子细胞只有一个是卵细胞，所以只有,1/4,。,答案,(1),半保留复制,(2),能量,(ATP),(3),细胞核、线粒体和叶绿体有丝分裂后期或减数第二次分裂后期,(4)1/4,1.,2011,安徽高考，,5,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,解析：,本题考查,DNA,的复制和转录，渗透对考生知识理解能力和获取信息能力的考查。图甲表示,DNA,分子的复制过程，图乙表示转录过程，乙的产物是单链的,mRNA,分子，故,A,项错误；甲、乙过程主要在细胞核中进行，故,B,项错误；甲、乙过程均需要解旋酶的参与，故,C,项错误；在一个细胞周期中，核中,DNA,分子只复制一次，而转录可以进行多次，故,D,项正确。,答案：,D,2.,2011,海南，,25,关于核酸生物合成的叙述，错误的是,(,),A,DNA,的复制需要消耗能量,B,RNA,分子可作为,DNA,合成的模板,C,真核生物的大部分核酸在细胞核中合成,D,真核细胞染色体,DNA,的复制发生在有丝分裂前期,解析：,本题考查对核酸的生物合成相关基础知识的理解能力。,DNA,复制需要消耗能量；在逆转录过程中，以,RNA,为模板合成,DNA,；真核生物由于,DNA,主要存在于细胞核中，所以,DNA,的复制和转录主要发生在细胞核中。真核细胞染色体,DNA,的复制发生在分裂间期。,答案：,D,3,2010,北京高考，,30,科学家以大肠杆菌为实验对象，运用同位素示踪技术及密度梯度离心方法进行了,DNA,复制方式的探索实验，实验内容及结果见下表。,组别,1,组,2,组,3,组,4,组,培养液中唯一氮源,14,NH,4,Cl,15,NH,4,Cl,14,NH,4,Cl,14,NH,4,Cl,繁殖代数,多代,多代,一代,两代,培养产物,A,B,B,的子,代,B,的子,代,操作,提取,DNA,并离心,离心结果,仅为轻带,(,14,N/,14,N),仅为重带,(,15,N/,15,N),仅为中带,(,15,N/,14,N),1/2,轻带,(,14,N/,14,N) 1/2,中带,(,15,N/,14,N),请分析回答：,(1),要得到,DNA,中的,N,全部被放射性标记的大肠杆菌,B,，必须经过,_,代培养，且培养液中的,_,是唯一氮源。,(2),综合分析本实验的,DNA,离心结果，第,_,组结果对得到的结论起到了关键作用，但需把它与第,_,组和第,_,组的结果进行比较，才能说明,DNA,分子的复制方式是,_,。,(3),分析讨论：,若子,代,DNA,的离心结果为,“,轻,”,和,“,重,”,两条密度带，则,“,重带,”,DNA,来自于,_,据此可判断,DNA,分子的复制方式不是,_,复制。,若将子,代,DNA,双链分开后再离心，其结果是,_(,选填,“,能,”,或,“,不能,”,),判断,DNA,的复制方式。,若在同等条件下将子,代继续培养，子,n,代,DNA,离心的结果是：密度带的数量和位置是,_,，放射性强度发生变化的是,_,带。,若某次实验的结果中，子,代,DNA,的,“,中带,”,比以往实验结果的,“,中带,”,略宽，可能的原因是新合成的,DNA,单链中的,N,尚有少部分为,_,。,解析：,本题主要考查,DNA,分子复制的有关知识，意在考查学生对同位素示踪技术与密度梯度离心方法的掌握情况。经过一代培养后，只能是标记,DNA,分子的一条单链，所以要想对所有的,DNA,分子全部标记，要进行多代培养；在探究,DNA,分子的复制方式为半保留复制的实验中，,“,重带,”,应为两个单链均被,15,N,标记，,“,轻带,”,为两个单链均被,14,N,标记，,“,中带,”,为一单链被,14,N,标记，另一个单链被,15,N,标记。,答案：,(1),多,15,NH,4,Cl,(2)3,1,2,半保留复制,(3),B,半保留,不能,没有变化轻,15,N,1.,2012,济宁模拟,下列关于,DNA,分子结构的叙述中错误的是,(,),A,每个双链,DNA,分子最多含有四种脱氧核苷酸,B,每个碱基分子上均连接着一个磷酸和一个脱氧核糖,C,每个,DNA,分子中碱基数磷酸数脱氧核糖数,D,一段双链,DNA,分子中若含有,40,个胞嘧啶，就会同时含有,40,个鸟嘌呤,解析：,每个碱基上均连接一个脱氧核糖和一个对应的互补配对的碱基。,答案：,B,2.,2012,福建师大附中,下图是果蝇染色体上的白眼基因示意图，下列叙述正确的是,(,),A,白眼基因片段中，含有成百上千个核糖核苷酸,B,S,基因是有遗传效应的,DNA,片段,C,白眼基因在常染色体上,D,基因片段中有,5,种碱基、,8,种核苷酸,解析：,S,基因控制果蝇的白眼，所以是有遗传效应的,DNA,片段。白眼基因位于,X,染色体上，组成基因片段的基本单位是脱氧核苷酸，有,4,种碱基，,4,种脱氧核苷酸。,答案：,B,3,历年经典保留题,甲生物核酸的碱基组成为：嘌呤占,46%,、嘧啶占,54%,，乙生物遗传物质的碱基比例为：嘌呤占,34%,、嘧啶占,66%,，则甲、乙生物可能是,(,),A,蓝藻、变形虫,B,T,2,噬菌体、豌豆,C,硝化细菌、绵羊,D,肺炎双球菌、烟草花叶病毒,解析：,生物的遗传物质要么是,DNA,，要么是,RNA,，若是,DNA,，则嘌呤数嘧啶数，而题目中乙生物的遗传物质中嘌呤数不等于嘧啶数，故不是,DNA,而是,RNA,。四个选项中，只有,D,中烟草花叶病毒的遗传物质是,RNA,。具细胞结构的生物体内的核酸是,DNA,和,RNA,两种，嘌呤数和嘧啶数可能不相等。,答案：,D,4.,2012,济南一模,某,DNA,分子中含有,1 000,个碱基对,(P,元素只是,32,P),。若将该,DNA,分子放在只含,31,P,的脱氧核苷酸的培养液中让其复制两次，则子代,DNA,的相对分子质量平均比原来,(,),A,减少,1 500,B,增加,1 500,C,增加,1 000 D,减少,1 000,解析：,复制两次，形成,4,个,DNA,8,条单链，,6,条含,31,P,2,条含,32,P,。,答案：,A,5.,2012,泰兴摸底,在生命科学研究中，,“,同位素标记示踪,”,是经常使用的研究手段。某生物科研所做了如下几个科学实验，请仔细阅读分析并回答有关问题。,(1),将大肠杆菌的,DNA,分子用,3,H,标记后，放在普通培养基上按图甲所示方式繁殖,8,代，那么在子代中含,1,H,的,DNA,分子的比例是,_,。,DNA,分子复制所需要的基本条件是,_,，这种复制方式叫,_,复制。,(2),如上图乙所示，科研人员合成了一段含,15,N,的特定,DNA,片段，用它作为探针，利用,_,原理，可检测待测标本中的遗传信息。这项技术目前在环境监测方面可用于,_,。,(3),若把带上,3,H,标记的蚕豆根尖细胞,(2n,12),移入含有秋水仙素的普通培养基中，连续分裂两次，则第二次分裂前期细胞中有,_,条染色体。如果,DNA,的半保留复制假设成立，实验结果应为：第一次分裂中期染色体全部都显示放射性，其中每条染色体的两条染色单体,_,；第二次分裂中期染色体和染色单体的放射性显示情况是,_,。,解析：,该题考查放射性同位素示踪技术在,DNA,分子复制中的应用。,(1),将大肠杆菌的,DNA,分子用,3,H,标记后，放在普通培养基上按图甲所示方式繁殖,8,代，子代中每个,DNA,分子均含有,1,H,。根据图可知，,DNA,分子复制是半保留复制。,(2),用,DNA,探针检测待测,DNA,分子，是利用,DNA,分子杂交的原理。,(3),由于秋水仙素的作用是抑制纺锤体的形成，从而使细胞中的染色体数目加倍。因此，第二次分裂前期，细胞中的染色体为,24,条。由于,DNA,分子复制的特点是半保留复制，所以,3,H,标记的蚕豆根尖细胞培养在普通培养基中，,DNA,第一次复制时，子代中所有的,DNA,分子均为,3,H,1,H,杂合,DNA,分子。所以细胞中的染色单体均显示放射性。,细胞第二次分裂时，分别以,3,H,1,H,杂合,DNA,分子的母链为模板进行半保留复制，所以其子代,DNA,分子为,3,H,1,H,、,1,H,1,H,。有丝分裂中期着丝点不断裂，故染色体都显示放射性，每条染色体只有一条染色单体显示放射性。,答案：,(1)100%,模板、原料、能量、酶半保留,(2)DNA,分子杂交检测饮用水中病毒含量,(,其他合理答案也可,),(3)24,均显示放射性染色体均显示放射性，而每条染色体只有一条染色单体显示放射性,