DNA結(jié)構(gòu)和復(fù)制與基因的本質(zhì)學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1DNA結(jié)構(gòu)和復(fù)制與基因的本質(zhì)結(jié)構(gòu)和復(fù)制與基因的本質(zhì)第一頁(yè)，編輯于星期六：六點(diǎn) 二十四分。P脫氧脫氧核糖核糖含氮堿基含氮堿基A 腺嘌呤腺嘌呤G 鳥(niǎo)嘌呤鳥(niǎo)嘌呤C 胞嘧啶胞嘧啶T 胸腺嘧啶胸腺嘧啶一、一、DNA分子的化學(xué)組成分子的化學(xué)組成磷酸脫氧核糖含氮堿基脫氧核苷酸脫氧核苷酸基本單位：基本單位：元素組成：元素組成：C H O N P第1頁(yè)/共38頁(yè)第二頁(yè)，編輯于星期六：六點(diǎn) 二十四分。鳥(niǎo)嘌呤脫氧核苷酸鳥(niǎo)嘌呤脫氧核苷酸胞嘧啶脫氧核苷酸胞嘧啶脫氧核苷酸 胸腺嘧啶脫氧核苷酸胸腺嘧啶脫氧核苷酸A腺嘌呤脫氧核苷酸腺嘌呤脫氧核苷酸GCT第2頁(yè)/共38頁(yè)第三頁(yè)，編輯于星期六：六點(diǎn) 二十四分。ATGC磷酸

2、二酯鍵磷酸二酯鍵脫去脫去H2O第3頁(yè)/共38頁(yè)第四頁(yè)，編輯于星期六：六點(diǎn) 二十四分。AGCT氫鍵氫鍵ATGC5353第4頁(yè)/共38頁(yè)第五頁(yè)，編輯于星期六：六點(diǎn) 二十四分。第5頁(yè)/共38頁(yè)第六頁(yè)，編輯于星期六：六點(diǎn) 二十四分。1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（2）脫氧核糖和磷酸交替連接，排在外側(cè)，構(gòu)成）脫氧核糖和磷酸交替連接，排在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架基本骨架； 堿基排在內(nèi)側(cè)。堿基排在內(nèi)側(cè)。（3）堿基通過(guò)氫鍵連接成堿基對(duì)：）堿基通過(guò)氫鍵連接成堿基對(duì)： AT、GC第6頁(yè)/共38頁(yè)第七頁(yè)，編輯于星期六：六點(diǎn) 二十四分。2 2、DNADNA多樣性和特異性多樣性和特異性1 1）多樣性）多樣性 在生物體內(nèi)，一個(gè)最短

3、在生物體內(nèi)，一個(gè)最短DNADNA分子也大約有分子也大約有40004000個(gè)堿基對(duì)。請(qǐng)同學(xué)們計(jì)算個(gè)堿基對(duì)。請(qǐng)同學(xué)們計(jì)算DNADNA分子有多少分子有多少種？種？ 4 種種 4n(n表示堿基對(duì)數(shù)表示堿基對(duì)數(shù))4000 堿基對(duì)排列順序的千變?nèi)f化，堿基對(duì)排列順序的千變?nèi)f化，構(gòu)成了構(gòu)成了DNADNA分子分子的多樣性，的多樣性，堿基對(duì)（脫氧核苷酸）排列順序堿基對(duì)（脫氧核苷酸）排列順序就是遺傳信息，就是遺傳信息，從而從而DNADNA能夠儲(chǔ)存了大量的遺能夠儲(chǔ)存了大量的遺傳信息。傳信息。第7頁(yè)/共38頁(yè)第八頁(yè)，編輯于星期六：六點(diǎn) 二十四分。2 2）特異性）特異性 每個(gè)每個(gè)DNADNA分子中的堿基對(duì)都有分子中的堿基

4、對(duì)都有特定排列特定排列順序順序，又構(gòu)成了每一個(gè)，又構(gòu)成了每一個(gè)DNADNA分子的特異性。分子的特異性。不同生物中不同生物中(A+T)/(G+C)(A+T)/(G+C)的值不同。的值不同。3) 3) 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 DNA DNA分子中的分子中的脫氧核糖脫氧核糖和和磷酸基團(tuán)磷酸基團(tuán)交替連接交替連接的方式不變，兩條鏈之間堿基互補(bǔ)配對(duì)的原則不的方式不變，兩條鏈之間堿基互補(bǔ)配對(duì)的原則不變。變。思考：在一個(gè)思考：在一個(gè)DNA分子中，哪些堿基比例較高，則分子中，哪些堿基比例較高，則該該DNA分子就比較穩(wěn)定？分子就比較穩(wěn)定？第8頁(yè)/共38頁(yè)第九頁(yè)，編輯于星期六：六點(diǎn) 二十四分。設(shè)設(shè)DNADNA一條鏈為一條鏈為

5、1 1鏈，互補(bǔ)鏈為鏈，互補(bǔ)鏈為2 2鏈。根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則鏈。根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則可知：可知：A A1 1=T=T2 2 ， A A2 2=T=T1 1， GG1 1 = C = C2 2 ， G G2 2 =C =C1 1。則在則在DNADNA雙鏈中：雙鏈中： A = T A = T ， G = CG = C可引申為：可引申為：嘌呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù)。嘌呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù)。A+G=T+C=50% A+G=T+C=50% 即即A+G/T+C=1A+G/T+C=1雙鏈雙鏈DNADNA分子中分子中A+T/G+CA+T/G+C等于其中任何一條等于其中任何一條鏈的鏈的A+T/G+CA+

6、T/G+C。A A 1 1T T 2 2T T 1 1A A2 2G G 1 1C C 2 2C C 1 1G G 2 2DNADNA雙鏈雙鏈A+TA+TG+CG+CA A1 1+T+T1 1G G1 1+C+C1 1A A2 2 +T +T2 2G G2 2 +C +C2 2= = =例題例題1 1、某雙鏈、某雙鏈DNADNA分子中，分子中，GG占占23%23%，求，求A A占多少？占多少？解析：解析：因?yàn)橐驗(yàn)镈NADNA分子中，分子中，A+G=T+CA+G=T+C。所以，。所以，A=50%23%=27%A=50%23%=27%第9頁(yè)/共38頁(yè)第十頁(yè)，編輯于星期六：六點(diǎn) 二十四分。 雙鏈雙鏈

7、DNADNA分子中，互補(bǔ)的兩條鏈中分子中，互補(bǔ)的兩條鏈中A+G/T+CA+G/T+C互為倒互為倒數(shù)。數(shù)。A A1 1+G+G1 1T T1 1 +C +C1 1=a=aT T2 2 +C +C2 2A A2 2 +G +G2 2=1/a=1/aA A1 1+C1+C1T T1 1 +G +G1 1T T2 2 +G +G2 2A A2 2 +C +C2 2= =例題例題2 2、在、在DNADNA的一個(gè)單鏈中，上述比例在其的一個(gè)單鏈中，上述比例在其互補(bǔ)鏈和整個(gè)互補(bǔ)鏈和整個(gè)DNADNA分子中分別是多少？分子中分別是多少？2.5 ; 12.5 ; 1A A1 1 T T2 2T T1 1 A A2

8、2G G1 1 C C2 2C C1 1 G G2 2DNADNA雙鏈雙鏈第10頁(yè)/共38頁(yè)第十一頁(yè)，編輯于星期六：六點(diǎn) 二十四分。 雙鏈雙鏈DNADNA分子中，分子中，A+TA+T占整個(gè)占整個(gè)DNADNA分子分子堿基總數(shù)的百分比等于其中任何一條鏈中堿基總數(shù)的百分比等于其中任何一條鏈中A+TA+T占該鏈堿基總數(shù)的百分比，其中任何一條鏈占該鏈堿基總數(shù)的百分比，其中任何一條鏈A+TA+T是整個(gè)是整個(gè)DNADNA分子分子A+TA+T的一半。的一半。= = =A+TA+TA+T+G+CA+T+G+C A A1 1+T+T1 1+G+G1 1+C+C1 1A A1 1+T+T1 1A A2 2+T+T2

9、 2+G+G2 2+C+C2 2A A2 2+T+T2 2= =A A1 1+T+T1 1（A+TA+T）1 12 2= = =A A2 2 +T +T2 2A A1 1 T T2 2T T1 1A A2 2G G1 1C C2 2C C1 1G G2 2DNADNA雙鏈雙鏈 例題例題3 3、某雙鏈、某雙鏈DNADNA分子中，分子中，A A與與T T之和占整個(gè)之和占整個(gè)DNADNA堿基總數(shù)的堿基總數(shù)的54%54%，其中一條鏈上，其中一條鏈上G G占該鏈堿基總數(shù)的占該鏈堿基總數(shù)的22%22%。求另一條鏈上。求另一條鏈上G G占其所在鏈占其所在鏈堿基總數(shù)的百分含量堿基總數(shù)的百分含量? ?24%24

10、%（G+CG+C）1 12 2G G1 1+C+C1 1GG2 2 +C +C2 2= = =A AT=54% G+C=46% T=54% G+C=46% 第11頁(yè)/共38頁(yè)第十二頁(yè)，編輯于星期六：六點(diǎn) 二十四分。 例題例題 4 4、在含有四種堿基的、在含有四種堿基的DNADNA區(qū)段中，有腺嘌呤區(qū)段中，有腺嘌呤a a個(gè)，占該區(qū)個(gè)，占該區(qū)段全部堿基的比例為段全部堿基的比例為b b，則，則 （ ) ) C.C.胞嘧啶為胞嘧啶為a a1/1/（2b2b）1 1 D.D.胞嘧啶為胞嘧啶為b(1/2b(1/2a)a)C C 例題例題5 5、分析一個(gè)、分析一個(gè)DNADNA分子時(shí)，發(fā)現(xiàn)分子時(shí)，發(fā)現(xiàn)30%30

11、%的脫氧核苷酸含有的脫氧核苷酸含有A A，由此，由此可知，該分子中一條鏈上可知，該分子中一條鏈上G G含量的最大值可占此鏈堿基總數(shù)的多少？含量的最大值可占此鏈堿基總數(shù)的多少？4040% 例題例題6 6、從某生物組織中提取、從某生物組織中提取DNADNA進(jìn)行分析進(jìn)行分析, ,其四種堿基數(shù)的比例是其四種堿基數(shù)的比例是鳥(niǎo)嘌呤與胞嘧啶之和占全部堿基數(shù)的鳥(niǎo)嘌呤與胞嘧啶之和占全部堿基數(shù)的46% ,46% ,又知又知DNADNA的一條鏈的一條鏈(H(H鏈鏈) )所所含的堿基中含的堿基中28%28%是腺嘌呤是腺嘌呤, ,問(wèn)與問(wèn)與HH鏈相對(duì)應(yīng)的另一條鏈中腺嘌呤占鏈相對(duì)應(yīng)的另一條鏈中腺嘌呤占該鏈全部堿基數(shù)的該鏈全

12、部堿基數(shù)的 ( )( )、26%26% 、24% 24% 、14% 14% 、11%11%A第12頁(yè)/共38頁(yè)第十三頁(yè)，編輯于星期六：六點(diǎn) 二十四分。 親代親代子代子代12( ? )( ? )( ? )( ? )第13頁(yè)/共38頁(yè)第十四頁(yè)，編輯于星期六：六點(diǎn) 二十四分。11112222 方式：半保留復(fù)制方式：半保留復(fù)制方式：全保留復(fù)制方式：全保留復(fù)制第14頁(yè)/共38頁(yè)第十五頁(yè)，編輯于星期六：六點(diǎn) 二十四分。（二）對(duì)（二）對(duì)DNA分子復(fù)制的推測(cè)分子復(fù)制的推測(cè)沃森和克里克的推測(cè)沃森和克里克的推測(cè)(假說(shuō)假說(shuō))復(fù)制時(shí)復(fù)制時(shí),DNA的雙螺旋的雙螺旋解開(kāi)解開(kāi).互補(bǔ)的堿基間氫鍵斷互補(bǔ)的堿基間氫鍵斷裂裂分開(kāi)的

13、兩條鏈作為模分開(kāi)的兩條鏈作為模板板,以堿基互補(bǔ)配對(duì)的原以堿基互補(bǔ)配對(duì)的原則合成新的一條鏈則合成新的一條鏈第15頁(yè)/共38頁(yè)第十六頁(yè)，編輯于星期六：六點(diǎn) 二十四分。（三）（三）DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)N15/N15DNA重鏈重鏈DNAN14/N14DNA輕鏈輕鏈DNAN14/N15DNA中鏈中鏈DNA第16頁(yè)/共38頁(yè)第十七頁(yè)，編輯于星期六：六點(diǎn) 二十四分。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和預(yù)期的結(jié)果一致實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和預(yù)期的結(jié)果一致,說(shuō)明克里克說(shuō)明克里克等所做的假設(shè)正確等所做的假設(shè)正確復(fù)制方式是半保留復(fù)制復(fù)制方式是半保留復(fù)制第17頁(yè)/共38頁(yè)第十八頁(yè)，編輯于星期六：六點(diǎn) 二十四分。在氮源為在氮源為

14、14N的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)的大腸桿菌，其的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)的大腸桿菌，其DNA分子均為分子均為14N-DNA（對(duì)照）；在氮源為（對(duì)照）；在氮源為15N的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)的大腸桿菌，其的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)的大腸桿菌，其DNA分子均為分子均為15N-DNA（親代）。將親代大腸桿菌轉(zhuǎn)移到含（親代）。將親代大腸桿菌轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)基上，再連續(xù)繁殖兩代（的培養(yǎng)基上，再連續(xù)繁殖兩代（I和和II），用離心的方法分離得到的結(jié)果如下表所示，請(qǐng)分析：），用離心的方法分離得到的結(jié)果如下表所示，請(qǐng)分析： 對(duì)照對(duì)照親代親代III輕鏈輕鏈14N-DNA全輕鏈全輕鏈 1/2輕鏈輕鏈中鏈中鏈 全中鏈全中鏈1/2中鏈中鏈重鏈重鏈15N-DNA

15、 全重鏈全重鏈 （1）由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以推出第一代（）由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以推出第一代（I）細(xì)菌）細(xì)菌DNA分子中一條鏈?zhǔn)欠肿又幸粭l鏈?zhǔn)?，另一條鏈?zhǔn)?，另一條鏈?zhǔn)?。（2）中鏈含有氮元素是）中鏈含有氮元素是 。（3）將第一代（）將第一代（I）轉(zhuǎn)移到含）轉(zhuǎn)移到含15N的培養(yǎng)基上繁殖一代，將所得到的細(xì)菌的的培養(yǎng)基上繁殖一代，將所得到的細(xì)菌的DNA用同樣方法分離。那么得到的輕中重鏈情況是用同樣方法分離。那么得到的輕中重鏈情況是 。（4）上述實(shí)驗(yàn)表明）上述實(shí)驗(yàn)表明DNA分子復(fù)制的特點(diǎn)是分子復(fù)制的特點(diǎn)是 。 14N ，15N14N-DNA新鏈新鏈15N-DNA母鏈母鏈0，1/2，1/2半保留復(fù)制半保留復(fù)制習(xí)題：習(xí)題

16、：第18頁(yè)/共38頁(yè)第十九頁(yè)，編輯于星期六：六點(diǎn) 二十四分。15N鏈鏈14N鏈鏈重氮環(huán)境重氮環(huán)境15N輕氮環(huán)境輕氮環(huán)境14N第19頁(yè)/共38頁(yè)第二十頁(yè)，編輯于星期六：六點(diǎn) 二十四分。AAATTTGGGGCCCATCDNA平面模式圖DNA復(fù)制過(guò)程思考：1、DNA復(fù)制需要哪些基本條件？ 2、復(fù)制過(guò)程有何主要特點(diǎn)？ 3、復(fù)制形成的子代DNA和親代DNA 有何關(guān)系？第20頁(yè)/共38頁(yè)第二十一頁(yè)，編輯于星期六：六點(diǎn) 二十四分。AAATTTGGGGCCCATCAGCTCGT游離的游離的脫氧核苷酸脫氧核苷酸與復(fù)制與復(fù)制有關(guān)的酶有關(guān)的酶注意，此處注意，此處氫鍵將被打開(kāi)！氫鍵將被打開(kāi)！第21頁(yè)/共38頁(yè)第二十二

17、頁(yè)，編輯于星期六：六點(diǎn) 二十四分。AAATTTGGGGCCCATCCAGTCGT在酶的催化下在酶的催化下氫鍵已被打開(kāi)氫鍵已被打開(kāi)DNA分子利用細(xì)胞提供的，在的作用下，把兩條扭成螺旋的雙鏈解開(kāi)，這個(gè)過(guò)程叫解旋解旋。第22頁(yè)/共38頁(yè)第二十三頁(yè)，編輯于星期六：六點(diǎn) 二十四分。AAATTTGGGGCCCATCCAGTCGT親代親代DNA的的兩條鏈分別作模板兩條鏈分別作模板第23頁(yè)/共38頁(yè)第二十四頁(yè)，編輯于星期六：六點(diǎn) 二十四分。AAATTTGGGGCCCATCCTAGTCG還未解旋剛解旋所以DNA復(fù)制特點(diǎn)之一是:邊解旋邊復(fù)制邊解旋邊復(fù)制通過(guò)堿基互補(bǔ)通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)脫氧核苷酸配對(duì)脫氧核苷酸結(jié)合到母鏈

18、上結(jié)合到母鏈上已在復(fù)制第24頁(yè)/共38頁(yè)第二十五頁(yè)，編輯于星期六：六點(diǎn) 二十四分。AAATTTGGGGCCCATCAAATTTGGGGCCCATC一條子代DNA另一條子代DNA形成兩條完全相同的子代DNA第25頁(yè)/共38頁(yè)第二十六頁(yè)，編輯于星期六：六點(diǎn) 二十四分。AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母鏈母鏈DNA 復(fù)制過(guò)程中形成的復(fù)制過(guò)程中形成的復(fù)制叉復(fù)制叉子

19、代子代DNA 半保留復(fù)制半保留復(fù)制第26頁(yè)/共38頁(yè)第二十七頁(yè)，編輯于星期六：六點(diǎn) 二十四分。解鏈方向解鏈方向 半不連續(xù)性復(fù)制半不連續(xù)性復(fù)制（復(fù)制叉）（復(fù)制叉）3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈( leading strand )( leading strand ) 隨從鏈隨從鏈 ( lagging strand )( lagging strand )岡崎片段岡崎片段（Okazaki fragment）第27頁(yè)/共38頁(yè)第二十八頁(yè)，編輯于星期六：六點(diǎn) 二十四分。真核生物真核生物DNA復(fù)制有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)雙向復(fù)制復(fù)制有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)雙向復(fù)制第28頁(yè)/共38頁(yè)第二十九頁(yè)，編輯于星期六

20、：六點(diǎn) 二十四分。二、二、DNA的復(fù)制的復(fù)制 1、概念：、概念：以親代以親代DNA分子為模板合成子代分子為模板合成子代DNA的過(guò)程的過(guò)程 2、場(chǎng)所：、場(chǎng)所：主要在細(xì)胞核，還可以發(fā)生在線粒體、葉綠體主要在細(xì)胞核，還可以發(fā)生在線粒體、葉綠體 3、時(shí)間：、時(shí)間：有絲分裂間期和減數(shù)第一次分裂的間期有絲分裂間期和減數(shù)第一次分裂的間期 4、過(guò)程（特點(diǎn)）：、過(guò)程（特點(diǎn)）：邊解旋邊復(fù)制邊解旋邊復(fù)制 5、條件：、條件：酶酶 能量能量 模板模板 原料原料解旋酶、解旋酶、DNA聚合酶等聚合酶等ATPDNA分子的兩條鏈分子的兩條鏈4種脫氧核苷酸種脫氧核苷酸 6、方式、方式半保留復(fù)制半保留復(fù)制 7、精確復(fù)制的原因、精確

21、復(fù)制的原因 8、意義、意義保持了遺傳信息的連續(xù)性保持了遺傳信息的連續(xù)性規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)為復(fù)制提供了精確的模板，堿基互補(bǔ)配對(duì)保證了復(fù)制的精確進(jìn)行。規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)為復(fù)制提供了精確的模板，堿基互補(bǔ)配對(duì)保證了復(fù)制的精確進(jìn)行。第29頁(yè)/共38頁(yè)第三十頁(yè)，編輯于星期六：六點(diǎn) 二十四分。根據(jù)半保留復(fù)制和堿基互補(bǔ)配對(duì)原則根據(jù)半保留復(fù)制和堿基互補(bǔ)配對(duì)原則1、與復(fù)制有關(guān)的堿基計(jì)算、與復(fù)制有關(guān)的堿基計(jì)算一個(gè)一個(gè)DNA連續(xù)復(fù)制連續(xù)復(fù)制n次后，共有多少個(gè)次后，共有多少個(gè)DNA？多少條脫氧核苷酸鏈？母鏈多少條？子鏈多少條？多少條脫氧核苷酸鏈？母鏈多少條？子鏈多少條？DNA分子數(shù)分子數(shù)=2n脫氧核苷酸鏈數(shù)脫氧核苷酸鏈數(shù)=

22、2n+1母鏈數(shù)母鏈數(shù)=子鏈數(shù)子鏈數(shù)=22n+1 2 解析：所用知識(shí)為解析：所用知識(shí)為“半保留復(fù)制半保留復(fù)制”和和“堿基互補(bǔ)配對(duì)原則堿基互補(bǔ)配對(duì)原則”，并圖示分析。，并圖示分析。ATGCCGATATGCCGATATGCCGATATGCCGATATGCCGATATGCCGATATGCCGAT連續(xù)第一次復(fù)制連續(xù)第一次復(fù)制連續(xù)第二次復(fù)制連續(xù)第二次復(fù)制連續(xù)第連續(xù)第n次復(fù)制次復(fù)制解：解：答：答：一個(gè)一個(gè)DNA連續(xù)復(fù)制連續(xù)復(fù)制n次后，共有次后，共有2n個(gè)個(gè)DNA，2n+1條脫氧核苷酸鏈，母鏈條脫氧核苷酸鏈，母鏈2條，子鏈條，子鏈2n+1 2條條有關(guān)有關(guān)DNA中的堿基計(jì)算中的堿基計(jì)算第30頁(yè)/共38頁(yè)第三十一頁(yè)，編輯于星期六：六點(diǎn) 二十四分。例題例題1、某雙鏈、某雙鏈DNA分子，經(jīng)分子，經(jīng)2次復(fù)制后，所得到的子二代次復(fù)制后，所得到的子二代DNA分子中，含有原親代分子中，含有原親代DNA鏈的分子數(shù)是（鏈的分子數(shù)是（ ）A.1B.2B結(jié)論：不論復(fù)制多少代含結(jié)論：不論復(fù)制多少代含有母鏈的只有兩條有母鏈的只有兩條例題例題2、若對(duì)一個(gè)、若對(duì)一個(gè)DNA分子用分子用32P標(biāo)記標(biāo)記, 經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)4次復(fù)制后，含有次復(fù)制后，含有32P DNA分子數(shù)占分子數(shù)占DNA總數(shù)的（總數(shù)的（ ）A 1/6 B 1/8 C 1/4 D 1