高二生物DNA分子的结构和复制1

概念概念:碱基之间的一一对应关系叫碱基互补配对原则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互补配对原则及应用碱基配对方式碱基配对方式:在在DNA的结构和复制中的结构和复制中,A与与T配对配对, T与与A配对配对, G与与C配配对对,C与与G配对配对;在转录时在转录时,A与与U配对配对,T与与A配对配对, G与与C配对配对,C与与G配对配对;在逆转录时在逆转录时,U与与A配对配对,A与与T配对配对, G与与C配对配对,C与与G配对配对;在翻译时在翻译时, A与与U配对配对, U与与A配对配对, G与与C配对配对,C与与G配对配对;碱基配对中最基本的等量关系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双链双链DNA中四种碱基的含量；中四种碱基的含量；A1、T1、 G1 、 C1表示表示DNA一条链中四种碱基的含量；一条链中四种碱基的含量；A2 、T2 、C2 、 G2表示表示DNA另一条互补链中四种碱基的另一条互补链中四种碱基的含量）含量）由此推出：由此推出：(一一)在双链在双链DNA分子中分子中,1.嘌呤嘌呤(A+G)=嘧啶嘧啶(C+T)=50%2.两个不互补配对的碱基和之比等于两个不互补配对的碱基和之比等于1.即即A+G/T+C=A+C/T+G=13.两个互补配对的碱基和之比一般不等于两个互补配对的碱基和之比一般不等于1.即即A+T/G+C1(二二)DNA分子一条链中分子一条链中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基总数.即即A1=T2、T1A2、 G1C2、C1G2 由此推出由此推出A1+ T1 A2 +T2 、G1+ C1 G2+ C26.两个互补配对的碱基和之比等于另一互补链上这一比例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的比值.即即 A1+ T1 / G1 + C1 A2 +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一比例的倒数.即即A1+ G1 / T1 + C1 C2+T2 / G2+ A2 A1+ C1 / T1 + G1 G2 +T2 /C2 + A27.DNA分子中某碱基所占的比例分子中某碱基所占的比例,等于该等于该DNA分子中每分子中每一单链该碱基比例之和的一半一单链该碱基比例之和的一半.即即 A= (A1+ A2 )/2 T= (T1 + T2 )/2 G = (G1+ G2 )/2 C = (C1 + C2 )/2 (三三) DNA分子的一条链与整个分子的一条链与整个DNA分子间的关系分子间的关系8.依据依据A=T G=C A1=T2 T1A2 G1C2 C1G2 由此推出由此推出A=T= A1+ T1 / 2= A2 +T2 /2G=C= G1 + C1 / 2= G2+C2 /2注意，在注意，在7、8、9中各字母代表的仅是含量。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分子中两个互补配对的碱基和占碱基总数的比值值,与该与该DNA分子中每一单链的该比值相同分子中每一单链的该比值相同.即即:A+T= A1+ T1 = A2+ T2 C+G =C1+ G1 = C2+ G2解题方法解题方法:1.画图最直观画图最直观2.实施等量代换实施等量代换3.注意用脚码标注注意用脚码标注4.注意区分已知条件属于上述哪种情况注意区分已知条件属于上述哪种情况5.规律很多规律很多,不必硬记不必硬记,重在掌握解题方法重在掌握解题方法题型示例题型示例例例1.某某DNA分子片段中，胞嘧啶有分子片段中，胞嘧啶有240个，占全部碱个，占全部碱基的基的30%，问在这片段中，腺嘌呤有，问在这片段中，腺嘌呤有( )A.240 B.48C.800 D.160解析：题中所给条件是胞嘧啶解析：题中所给条件是胞嘧啶240个，占全部碱基的个，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，而要求求的是腺嘌呤的数量，所以首先要求出这个出这个DNA分子中的碱基总数。碱基总数分子中的碱基总数。碱基总数=24030%=800个。个。DNA分子是双链的是，根据分子是双链的是，根据碱基互补配对原则，碱基互补配对原则，A=T，G=C，由此可知，由此可知G+C=240+240=480个，则个，则A+T=800-(C+C)800-480=320，因，因AT，所以，所以A=160。正确解答这道题。正确解答这道题的关键是要正确运用碱基互补配对原则。的关键是要正确运用碱基互补配对原则。答案：答案：D例例2：一个具有：一个具有1000个碱基对的个碱基对的DNA分子，如果分子，如果腺嘌呤的含量为腺嘌呤的含量为20，则含胞嘧啶的碱基对为，则含胞嘧啶的碱基对为 A、200个个 B、300个个 C、400个个 D、600个个 解析：根据碱基互补配对原则，解析：根据碱基互补配对原则，A=T=20，则则G=C=30，G+C=30+30=60，然，然则含胞嘧啶的碱基对为则含胞嘧啶的碱基对为60，即，即100060=600个个 答案：答案：D例例3：DNA的一条单链中，的一条单链中，A和和G的数量与的数量与T和和C的数量之的数量之比为比为0.4，上述比例在其互补链中和整个，上述比例在其互补链中和整个DNA分子中分别分子中分别是是 A、0.4和和0.6 B、2.5和和1.0 C、0.4和和0.4 D、0.6和和1.0 解析：因为双链解析：因为双链DNA分子一条链中两个不互补配对的碱基之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的一条单链中的一条单链中A+G/T+C=0.4=4/10，则与其互补的另一，则与其互补的另一条链中的这一比值应为条链中的这一比值应为10/4=2.5。又因为在双链。又因为在双链DNA分子分子中，两个不互补配对的碱基之和相等（即中，两个不互补配对的碱基之和相等（即A+G=T+C），所），所以在整个以在整个DNA分子中分子中A+G/T+C=1。 答案答案B。 例例4. 若若DNA分子的一条链中分子的一条链中(A+T)/(G+C)=a，则其互补链中该比值为（则其互补链中该比值为（ ） A. a B. 1/a C. 1 D. 1-1/a解析：解析： 设已知链为设已知链为1链链,则已知条件是则已知条件是(A1+T1)/(G1+C1)=a,要求的是要求的是(A2+T2)/(G2+C2)=因为因为A1=T2 T1=A2,所以所以(A1+T1)=(A2+T2),同理同理(G1+C1)= (G2+C2),将脚标将脚标1用与之相等的脚标用与之相等的脚标2代换代换,即可得到答案即可得到答案.答案答案:A例例5. 下列哪项对双链下列哪项对双链DNA分子的叙述是错误的（分子的叙述是错误的（ ）A. 若一条链若一条链A和和T的数目相等，则另一条链的数目相等，则另一条链A和和T的数目也相等的数目也相等B. 若一条链若一条链G的数目为的数目为C的两倍，则另一条链的两倍，则另一条链G的数目为的数目为C的的0.5倍倍C. 若一条链若一条链A：T：G：C1：2：3：4，则另一条链的相应碱基比，则另一条链的相应碱基比为为2：1：4：3D. 若一条链若一条链A：T：G：C1：2：3：4，则另一条链的相应碱基比，则另一条链的相应碱基比为为1：2：3：4解析：双链解析：双链DNA分子中的碱基配对遵循碱基互补配对原则，分子中的碱基配对遵循碱基互补配对原则，A与与T配对，配对，G与与C配对，即配对，即AT，GC。若一条链中。若一条链中AT，那么其互补链中也必定是那么其互补链中也必定是AT；若一条链中；若一条链中G2C，由于，由于其互补链中的其互补链中的C与与G分别等于已知链中的分别等于已知链中的G与与C，因此互补，因此互补链中的链中的G（1/2）C；若已知链中的；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，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于已知链中的T：A：C：G2：1：4：3。答案：答案：D例例6从某生物中提取出从某生物中提取出DNA进行化学分析，发现鸟嘌呤与胞嘧啶进行化学分析，发现鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的之和占全部碱基数的46，又知该，又知该DNA的一条链（的一条链（H链）所含的碱链）所含的碱基中基中28是腺嘌呤，问与是腺嘌呤，问与H链相对应的另一条链中腺嘌呤占该链全链相对应的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的（部碱基数的（ ）A26%B24%C14D11解析解析 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，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的两条链中的两条链中含碱基数目相同，且含碱基数目相同，且AT，GC，一条链中的，一条链中的A、T、G、C数量等于另数量等于另一条链中的一条链中的T、A、C、G数量，由此可对方程组解出答案。数量，由此可对方程组解出答案。方法一：假定每条链中有方法一：假定每条链中有100个碱基，则双链个碱基，则双链DNA中（中（G+C）100246 92（个）（个）,A+T=200-92=108(个个),AH=T对对=100X28%=28(个个),则则TH=A对对=(108-2X28)/2=26(个个)方法二：方法二： （G+C）占双链的）占双链的DNA的的46 , （AT）占双链）占双链DNA的的54双链中（双链中（A+ T）的百分数等于每条单链的百分数）的百分数等于每条单链的百分数,即即A对对+T对对=54%,从图中看出从图中看出, T对对=28%,所以所以A对对=26% 【答案】 A例例7：已知某：已知某DNA分子分子G与与C占全部碱基数的占全部碱基数的48，它的一条模板链中，它的一条模板链中C与与T分别占该链碱基总数的分别占该链碱基总数的26和和24，问由它转录的，问由它转录的RNA链中尿嘧链中尿嘧啶与胞嘧啶分别占碱基总数的啶与胞嘧啶分别占碱基总数的 A、24和和22 B、28和和26 C、28和和22 D、48和和52 分析：题目是求分析：题目是求RNA的碱基含量，的碱基含量，RNA是由是由DNA模板链严格按照碱基互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（补配对原则转录而来的，虽然某种碱基名称改变了（RNA中没的胸腺中没的胸腺嘧啶，而有尿嘧啶），但其对等关系还是存在的。由于在嘧啶，而有尿嘧啶），但其对等关系还是存在的。由于在DNA分子中分子中G+C=48，则，则A+T=52。据公式。据公式10可知可知A1+T1=52（设该模板链（设该模板链为为1链），则链），则A1=5224=28，又因，又因G1+C1=48，则，则G1=4826=22。在转录时，。在转录时，A1与与U配对，配对，G1与与C配对，则配对，则RNA上的上的U=28，C=22， 答案答案:C 例例8：假设有一段：假设有一段mRNA上有上有60个碱基，其中个碱基，其中A有有15个，个，G有有25个，那么转录该个，那么转录该mRNA的的DNA分子区段中，分子区段中，C和和T的个数共有的个数共有( )A.15个个 B.25个个 C.40个个 D.60个个解析：解析：mRNA上有上有60个碱基，则转录成该个碱基，则转录成该mRNA的的DNA中应有中应有120个碱基。个碱基。DNA是双螺是双螺旋结构，分子中有两条链。按照碱基互补配对旋结构，分子中有两条链。按照碱基互补配对原则，原则，AT，G=C，则在双链，则在双链 DNA分子中，分子中，A+C=C+T。所以。所以C+T=60。这道题有一个陷阱，。这道题有一个陷阱，即即mRNA的的60个碱基中，有个碱基中，有15个个A，25个个G，如果把注意力集中在这两个数据上，将无法得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。到一个确定的答案。 答案：答案：D DNA复制过程中的等量关系复制过程中的等量关系1.一条一条DNA分子双链分子双链,复制复制n次次,形成子代形成子代DNA2n个个,其其中含亲代母链的中含亲代母链的2个个,占子代占子代DNA总数的总数的2/2n,亲代母亲代母链链2条条,占子代占子代DNA链总数的链总数的2/2n+1=1/2n2.设一条设一条DNA分子中有腺嘌呤分子中有腺嘌呤m个个,则该则该DNA复制复制n次后次后,形成子代形成子代DNA分子需游离的腺嘌呤分子需游离的腺嘌呤A=(2n-1)m个个.3.设一条设一条DNA分子中有腺嘌呤分子中有腺嘌呤m个个,则该则该DNA第第n次次复制复制,形成子代形成子代DNA分子需游离的腺嘌呤分子需游离的腺嘌呤A=(2n-1)m个个.例例9. 一个一个DNA分子中有分子中有100个碱基对，其中有个碱基对，其中有40个腺嘌个腺嘌呤，如果该呤，如果该DNA分子连续复制两次，则参与到分子连续复制两次，则参与到DNA分分子的复制中的游离的胞嘧啶脱氧核苷酸有（）子的复制中的游离的胞嘧啶脱氧核苷酸有（） A. 40个个 B. 80个个 C. 120个个 D. 180个个解析：已知，由于解析：已知，由于AT，CG，且，且，C60。一。一个个DNA分子复制两次得到分子复制两次得到4个个DNA分子，新增加分子，新增加3个个DNA分子，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸为个。分子，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸为个。答案：答案：D例例10.在基因工程中，把选出的目的基因（共在基因工程中，把选出的目的基因（共1000个个脱氧核苷酸对，其中腺嘌呤脱氧核苷酸脱氧核苷酸对，其中腺嘌呤脱氧核苷酸460个）放入个）放入DNA扩增仪中扩增四代，则在扩增仪中至少应放入扩增仪中扩增四代，则在扩增仪中至少应放入胞嘧啶脱氧核苷酸的个数是胞嘧啶脱氧核苷酸的个数是A600 B640C8100D86400解析：先计算基因中胞嘧啶数：根据解析：先计算基因中胞嘧啶数：根据AT，GC，算出算出C1000460540，即，即1个基因中含有个基因中含有540个个C；再算出基因扩增四代增加的；再算出基因扩增四代增加的DNA分子数分子数24115，所以至少放入，所以至少放入C540158100。答案：答案：C例例11如果将大肠杆菌的如果将大肠杆菌的 DNA分子用分子用15N 标记，然标记，然后将大肠杆菌移入后将大肠杆菌移入14N 培养基上连续培养。从分析得知，培养基上连续培养。从分析得知，第一代大肠杆菌第一代大肠杆菌DNA储存的遗传信息与亲代大肠杆菌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，含若连续培养三代，此时，含15N 标记的标记的DNA分子约占大分子约占大肠杆菌肠杆菌DNA分子总量的多少？其原因是多少？分子总量的多少？其原因是多少？【解析】【解析】 解题时，可用下图表示双链解题时，可用下图表示双链DNA分子复制分子复制过程：从图解可知，第二代大肠杆菌的过程：从图解可知，第二代大肠杆菌的DNA分子是分子是以亲代的以亲代的DNA分子中两条母链分别为模板，根据碱分子中两条母链分别为模板，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，含分子总量中，含15N 标记的为标记的为 2/4（即（即2/22 ）；）；第三代应为第三代应为2/8 （即（即 2/32）。）。【答案】【答案】 以亲代以亲代DNA为模板，根据碱基互补配为模板，根据碱基互补配对原则复制而成；对原则复制而成；25；因；因 DNA分子的复制方式分子的复制方式为半保留复制为半保留复制。例例13.在含四种游离的脱氧核苷酸、酶和在含四种游离的脱氧核苷酸、酶和ATP的的条件下，分别以不同生物的条件下，分别以不同生物的DNA为模板，合成为模板，合成新的新的DNA。问：。问：（1）分别以不同生物的）分别以不同生物的DNA为模板合成的各为模板合成的各个新个新DNA之间，（之间，（AC）（）（TG）的比值）的比值是否相同是否相同?为什么为什么?（2）分别以不同生物的）分别以不同生物的DNA为模板合成的各为模板合成的各个新个新DNA之间存在差异，这些差异是什么之间存在差异，这些差异是什么?（3）在一个新合成的）在一个新合成的DNA中，（中，（AT）（CG）的比值，是否与它的模板）的比值，是否与它的模板DNA任一任一单链的相同单链的相同?解析解析 根据碱基互补配对原则，所有根据碱基互补配对原则，所有DNA分子中的四种碱基分子中的四种碱基数量可表示为：数量可表示为：A=T，G=C。即。即A+C=T+G；每个；每个DNA分子分子两条链之间的两条链之间的A与与T相等，相等，C与与G相等，即两条链间的相等，即两条链间的A+T相相等，等，C+G相等。不同的相等。不同的DNA分子中碱基的数目、比例和排分子中碱基的数目、比例和排列顺序是不同的，这是导致列顺序是不同的，这是导致DNA分子多样性的根本原因。分子多样性的根本原因。在一个新合成的在一个新合成的DNA中，由中，由DNA分子中的碱基互补配对，分子中的碱基互补配对，复制后整个复制后整个DNA分子中（分子中（AT）（）（CG）的比值是与）的比值是与其模板链中（其模板链中（AT）（）（CG）的比值相同。）的比值相同。答案答案 （1）相同因为所有）相同因为所有DNA双链中，双链中，A与与T的数目相的数目相同，同，C与与G的数目相同。（的数目相同。（2）碱基的数目、比例和排列）碱基的数目、比例和排列顺序不同。（顺序不同。（3）相同）相同拓展分析拓展分析 碱基互补配对原则在碱基互补配对原则在DNA的结构、复制及以的结构、复制及以DNA为模板转录形成为模板转录形成RNA等问题中得到广泛的灵活应用。等问题中得到广泛的灵活应用。例例14：DNA复制方式，可以通过设想来进行预测，可能的情复制方式，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。况是：全保留复制、半保留复制、分散复制。(1)根据图根据图36中的示例对三种复制作出可能的假设：中的示例对三种复制作出可能的假设：如果是全保留复制，则如果是全保留复制，则1个个DNA分子形成分子形成2个个DNA分子，其中一个是分子，其中一个是_而另一个是而另一个是_；如果是半保留复制，则新形成的两个如果是半保留复制，则新形成的两个DNA分子，各有分子，各有_；如果是分散复制，则新形成的如果是分散复制，则新形成的DNA分子中分子中_。 答案：答案：亲代的亲代的 新形成的新形成的 一条链来自亲代一条链来自亲代DNA分子，分子，另一条链是新形成的另一条链是新形成的 每一条链中一些段是母链而另一每一条链中一些段是母链而另一些则是子链片段些则是子链片段 (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。的复制方式。实验步骤：实验步骤：在氮源为在氮源为14N的培养基上生长的大肠杆菌，其的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为分子均为14N-DNA(对照对照)在氮源为在氮源为15N的培养基上生长的大肠杆菌，其的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为分子均为15N-DNA(亲代亲代)。将亲代将亲代15N大肠杆菌转移到含大肠杆菌转移到含14N的培养基上，再连续繁殖两代的培养基上，再连续繁殖两代(和和)，用密，用密度梯度离心方法分离度梯度离心方法分离实验预测：实验预测：如果与对照如果与对照(14N/14N)相比，子代相比，子代I能分辩出两条带能分辩出两条带_和和_，则可以排除，则可以排除_。如果子代如果子代I只有一条只有一条_，则可以排除，则可以排除_，但不能肯定是，但不能肯定是_；如果子代如果子代I只有一条中等密度带，再继续做子代只有一条中等密度带，再继续做子代II_DNA密度鉴定，若子代密度鉴定，若子代II可以分出可以分出_和和_，可以排除可以排除_，同时肯定，同时肯定_；如果子代如果子代II不能分出不能分出_密度两条带，则排除密度两条带，则排除_。实验结果：用图例表示实验结果：用图例表示答案：答案：一条轻带一条轻带(14N/14N)一条重带一条重带(15N/15N )半保留和分散复制半保留和分散复制 中等密度带中等密度带 全保留全保留复制复制 1/2中等密度带和中等密度带和1/2轻密度带轻密度带 分散复制分散复制 半保留复制半保留复制 中、轻中、轻 半保留复制半保留复制