DNA分子的结构、复制以及基因的本质.ppt

第2讲DNA分子的结构、复制以及基因的本质,展示考纲考频1.DNA分子结构的主要特点()2.DNA分子的复制()3.基因的概念(),一、DNA分子的结构分析1DNA的分子组成2平面结构：由4种脱氧核苷酸聚合而成的。3空间结构：双螺旋结构模型(1)由两条脱氧核苷酸链盘旋而成。(2)磷酸和 交替连接，排列在外侧，构成基本骨架。(3)碱基对排列在，遵循碱基互补配对原则：A和T配对、G与C配对。,脱氧核苷酸链,脱氧核糖,内侧,4特点(1)性，n个碱基对构成的DNA具有4n种碱基对排列顺序。(2)性，如每个DNA分子都有其特定的碱基对排列顺序。(3)性，如两条主链磷酸与脱氧核糖交替排列的顺序不变，碱基对构成方式不变等。二、DNA复制1概念：指以亲代DNA分子为模板合成子代DNA分子的过程。2发生时期：和。3场所：主要发生在 中，还有线粒体、叶绿体以及原核生物的拟核、质粒上。4条件：模板：；原料：游离的；能量：；酶：等。,多样,特异,稳定,有丝分裂的间期,减数第一次分裂前的间期,细胞核,两条母链,脱氧核苷酸,ATP,解旋酶、DNA聚合酶,6结果：形成两个完全相同的DNA分子。7特点：、边解旋边复制、多点解旋和复制,半保留复制,三、基因是有遗传效应的DNA片段1基因的实质：基因是有的DNA片段。2基因与DNA的关系：一个DNA分子上有许多基因。构成基因的碱基数 DNA分子的碱基总数。3基因与遗传信息：基因的基本组成单位是脱氧核苷酸，每个基因中含有成百上千个脱氧核苷酸，基因中脱氧核苷酸的 称为遗传信息；DNA分子能够储存足够量的。4基因与性状的关系：基因是控制 的基本单位。5基因与染色体的关系：基因在染色体上呈 排列。6生物多样性和特异性的物质基础：分子的多样性和特异性。,遗传效应,小于,排列顺序,遗传信息,生物性状,线性,DNA,思考辨析1判断有关DNA结构叙述的正误。(1)DNA有氢键，RNA没有氢键(2013年高考新课标全国卷)()(2)沃森和克里克提出的DNA双螺旋结构中嘧啶数不等于嘌呤数(2012年高考江苏卷)()(3)HIV的遗传物质水解产生4种脱氧核苷酸()(4)DNA单链上相邻碱基以氢键相连()(5)磷酸与脱氧核糖交替连接构成DNA链的基本骨架()(6)构成基因的碱基总数与DNA分子的碱基总数相等(),2判断有关DNA复制叙述的正误。(1)DNA复制就是基因表达的过程()(2)DNA的复制有可能出现“差错”()(3)DNA复制遵循碱基互补配对原则，新合成的两条子链形成新的DNA双链()(4)真核细胞染色体DNA的复制发生在有丝分裂前期()(5)真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶()(6)DNA分子复制是边解旋边双向复制的(),1DNA结构的形成,DNA的结构,为组成单位；为脱氧核苷酸单链；为脱氧核苷酸双链；为双螺旋结构。由图分析，可以看出：(1)每个DNA片段中，游离的磷酸基团有。(2)之间的数量关系为111。(3)和之间的化学键为，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。(4)和之间的化学键为，可用解旋酶使之断裂，也可加热使之断裂，A与T之间有两个氢键，G与C之间有3个氢键，氢键结构越多，结构越稳定，即GC碱基对比例越大越稳定。(5)每个脱氧核糖连接着2个磷酸，每条单链上相邻 不直接相连。(6)若碱基对为n，则氢键数为2n3n，若已知A有m个，则氢键数为3nm。,2个,磷酸二酯键,氢键,碱基,特别提醒(1)沃森和克里克发现的DNA双螺旋结构，可概括为“五种元素、四种碱基、三种物质、两条单链、一种结构”。即：五种元素：C、H、O、N、P四种碱基：A、T、G、C，相对应四种脱氧核苷酸三种物质：磷酸、脱氧核糖、碱基两条单链：两条反向平行的脱氧核苷酸链一种结构：规则的双螺旋结构(2)磷酸、脱氧核糖的排列顺序是不变的，不包含遗传信息，而碱基对的排列顺序是可变的，碱基对的排列顺序就蕴藏着遗传信息。,2由碱基种类及比例可分析判断核酸的种类(1)若有U无T，则该核酸为。(2)若有T无U，且AT，GC，则该核酸一般为 DNA。(3)若有T无U，且AT，GC，则该核酸为DNA。3DNA分子中碱基互补配对的相关计算(1)DNA分子中，互补碱基，即AT，CG，且嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。(2)DNA分子中，任意两不互补的碱基之和恒等，即(AG)(TC)(AC)(TG)；并且任意两不互补的碱基之和占碱基总量的50%，即(AC)%(TG)%50%。(3)DNA分子中，任意两个不互补碱基之和的比值：一条链与互补链互为倒数，双链中为1。即：,RNA,双链,单链,两两相等,(4)DNA分子中，任意两个互补碱基之和的比值：一条链与互补链以及双链中皆相等。即：(5)不同生物的DNA分子中其互补配对的碱基之和的比值不同，即(AT)/(CG)的值不同。(6)一般情况下，ATGC，(AT)/(GC)(GC)/(TA)1。,特别提醒DNA分子的共性与特异性排列顺序也可能是不同的，只有同1个DNA分子复制得到的子代之间才会拥有种类、数量、排列顺序均相同的碱基对。,1从某生物组织中提取DNA进行分析，其四种碱基数的比例是鸟嘌呤和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，则与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%C14%D11%,解析：解这类题目最好先画出DNA分子两条链和碱基符号，并标出已知碱基的含量，这样较为直观，更易找到解题的方法，如图所示。利用DNA的碱基互补配对原则，由整个DNA分子GC46%，可知在单链DNA分子中，GC也为46%，则单链中AT54%，由H链中A为28%，可知在该链中T占26%，所以对应的另一条链中A为26%。答案：A,1有关DNA复制的几个问题(1)复制的场所：主要场所是，但在拟核、线粒体、叶绿体、细胞质基质(如质粒)中也可进行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)复制方式：。新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链(模板链)。(4)过程特点：；多点解旋和复制。,DNA的复制,细胞核,半保留复制,边解旋边复制,(5)DNA复制的准确性一般情况下，DNA分子能准确地进行复制。原因：DNA具有独特的结构，能为复制提供精确的模板；通过，保证了复制能够准确地进行。在特殊情况下，在外界因素和生物内部因素的作用下，可以造成碱基配对发生差错，引发。易混易错(1)脱氧核苷酸聚合形成长链的过程中产生水，即脱氧核苷酸DNAH2O。(2)DNA分子彻底水解时得到的产物是脱氧核苷酸的基本组分，即脱氧核糖、磷酸、含氮碱基。,双螺旋,碱基互补配对,基因突变,2DNA复制与细胞分裂的模型构建,3DNA分子复制方式的有关计算DNA分子复制为半保留复制，若将一个全部N原子被15N标记的DNA转移到含14N的培养基中培养(复制)若干代，其结果分析如下：,(1)子代DNA分子数：2n个无论复制多少次，含15N的DNA分子始终是2个。含14N的DNA分子有个，只含14N的有 个，做题时应看准是“含”还是“只含”。(2)子代DNA分子的总链数：2n22n1条无论复制多少次，含15N的链始终是 条。做题时应看准是“DNA分子数”还是链数。含14N的链数是 条。,2n,(2n2),2,(2n12),(3)消耗的脱氧核苷酸数若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸为个。若进行第n次复制，则需消耗游离的该脱氧核苷酸数为个。特别提醒(1)运用DNA半保留复制特点，分析被标记DNA分子的比例时，应注意求的是DNA分子数，还是脱氧核苷酸链数；还应注意培养液中化学元素的转换。(2)运用DNA半保留复制特点，解决消耗某种脱氧核苷酸数量问题时，应注意亲代DNA分子的两条母链被保留下来，不需消耗原料。(3)在计算消耗游离的脱氧核苷酸数时要明确是“经过n次复制”还是“第n次复制”。,m(2n1),m2n1,2蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期，其染色体的放射性标记分布情况是()A每条染色体的两条单体都被标记B每条染色体中都只有一条单体被标记C只有半数的染色体中一条单体被标记D每条染色体的两条单体都不被标记,解析：蚕豆的根尖细胞完成一个细胞周期后，根据DNA半保留复制的特点，形成的子细胞中染色体上的DNA都只有一条链具有放射性，另一条链不具有放射性，即每条染色体都具有放射性。当在不具有放射性标记的培养基中接着进行下一个细胞周期时，完成DNA复制后，有丝分裂前期以及中期每条染色体都含有两条染色单体，每条染色单体含有一个DNA分子，这两个DNA分子一个具有放射性，一个没有放射性，即细胞中每条染色体含有的两条染色单体(两个DNA分子)都是一条染色单体(一个DNA分子)被标记，另一条染色单体(另一个DNA分子)不被标记。答案：B,探究DNA的复制方式1理论归纳：关于DNA复制方式的探究，充分体现了假说演绎法，即在克里克假说的基础上，通过演绎推理，最终通过实验得以验证。2实验材料：大肠杆菌。3实验方法：放射性技术和技术。4实验假设：DNA以 的方式复制。5实验过程：(见下图)(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。,同位素标记,离心,半保留,6实验预期：离心后应出现3条DNA带。(见上图)(1)(密度最大)：15N标记的亲代双链DNA(15N/15N)。(2)(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)。7实验结果：与预期的相符。(见上图)(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离心全部中带(14N/15N)。(3)繁殖两代后取出提取DNA离心1/2轻带、1/2中带。8实验结论：DNA的复制是以半保留方式进行的。,重带,中带,3(2014年武汉模拟)科学家在研究DNA分子复制方式时进行了如下的实验研究(已知培养用的细菌大约每20 min分裂一次，实验结果见相关图示)：,(1)复制过程除需要模板DNA、脱氧核苷酸外，还需要_等(至少答两点)。(2)为了证明DNA复制的方式为半保留复制，请设计实验三(用图示和相关文字补充在上图中)，并画出结果C(同时含有14N和15N的DNA分子称为中链DNA)。(3)该过程中，实验一、实验二起_作用。若用15N标记的DNA作为模板，用含14N标记的培养基培养，在坐标图中画出连续培养细菌60分钟过程中，15N标记DNA分子含量变化的曲线图。,解析：(1)DNA分子复制除了需要模板、原料外，还需要能量、酶和适宜的环境条件，如温度、pH等。(2)实验一、二不能证明半保留复制的特点，用15N标记DNA的细菌在14N培养基中培养或用14N标记DNA的细菌在15N培养基中培养，然后提取细菌DNA离心，观察结果，如果复制1次结果只有中链DNA，则可以证明DNA复制方式为半保留复制。(3)细菌大约每20分钟分裂1次，连续培养细菌60分钟过程中，可认为细菌连续分裂3次，DNA复制3次，不管复制几次产生多少个DNA分子，含最初两条母链的DNA只有两个，且含两条母链的DNA所占比例为2/2n。,答案：(1)能量、酶、适宜的温度和pH(2)(3)对照,例1(2014年长春统考)图为DNA分子结构示意图，对该图的描述正确的是(),DNA的结构,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DDNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息解析和相间排列，构成了DNA分子的基本骨架，A错误；的结构并不是胞嘧啶脱氧核苷酸，是属于上一个脱氧核苷酸的磷酸，由和及下面的磷酸才可以构成胞嘧啶脱氧核苷酸，B错误；DNA复制时，氢键的形成不需要连接酶，DNA片段的连接才需要DNA连接酶，C错误。答案D,例2BrdU能代替胸腺嘧啶脱氧核苷掺入到新合成的DNA链中。若用姬姆萨染料染色，在染色单体中，DNA只有一条单链掺有BrdU则着色深；DNA的两条单链都掺有BrdU则着色浅。将植物根尖分生组织放在含有BrdU的培养液中培养一段时间，取出根尖并用姬姆萨染料染色，用显微镜观察染色体的染色单体的颜色差异。下列相关叙述不正确的是()A在第一个分裂周期中，每条染色体的染色单体间均无颜色差异B在第二个分裂周期的前期，每条染色体中有3条脱氧核苷酸链含有BrdUC在第三个分裂周期的中期，细胞中有1/4染色体的染色单体间出现颜色差异D此实验可用于验证DNA的复制方式为半保留复制,DNA的复制,解析当每次分裂结束后，1个DNA复制1次所产生的2个DNA分别位于2条染色体上，所以第一次分裂形成的每条染色体的染色单体1个DNA的其中一条脱氧核苷酸链含BrdU，无颜色差异，A选项正确；第二次分裂过程中每条染色体均有1个DNA的2条脱氧核苷酸链都含BrdU，而1个DNA的其中一条脱氧核苷酸链含BrdU，另一条脱氧核苷酸链不含BrdU，B项正确；在第三次有丝分裂中期，细胞中的染色体中可能有染色体均是含有BrdU，有的只有一条DNA单链不含有，且是随机的，也可能全部染色体均含有BrdU，所以C选项错误；此实验可验证DNA半保留复制，D选项正确。答案C,例3将双链DNA在中性盐溶液中加热，两条DNA单链分开，叫做DNA变性。变性后的DNA如果慢慢冷却，又能恢复成为双链DNA，叫做退火。图214N15N图1,DNA的结构与复制,(1)低温条件下DNA不会变性，说明DNA有_特点，从结构上分析原因有：外侧_，内侧碱基对遵循_原则。(2)DNA变性时脱氧核苷酸分子间的共价键不受影响，而_被打开。如果在细胞内，正常DNA复制过程中需要_作用。(3)部分DNA完全解旋成单链所需的温度明显高于其他DNA，其最可能的原因是_。(4)大量如图1中N元素标记的DNA在变性后的复性过程中会形成_种DNA，离心后如图2，则位于_链位置上。(5)如果图1中链中A和T的比例和为46%，则DNA分子中A和C的和所占比例为_。,解析(1)由于DNA的双螺旋结构，所以DNA在低温条件下不解旋，具有稳定性特点。这是建立在DNA分子结构特点上的，外侧有磷酸和脱氧核糖交替连接形成的骨架结构，内侧的碱基对之间形成的氢键使两条单链稳定相连。(2)DNA解旋使单链间的氢键分开，细胞内DNA解旋酶可使DNA解旋。(3)G和C之间有3个氢键，A和T之间有2个氢键，两条单链间的氢键越多，结构越稳定。(4)链只能与链碱基互补配对形成DNA，所以退火过程中只能形成1种DNA，属于中链。(5)DNA中因为AT，GC，所以A和C的和占的比例为50%。答案(1)稳定性由磷酸和脱氧核糖交替连接形成基本骨架结构碱基互补配对(2)碱基对间的氢键DNA解旋酶(3)该DNA中G和C形成的碱基对的比例较高，结构比较稳定(4)1中(5)50%,本小节结束请按ESC键返回,