DNA分子的結(jié)構(gòu)復(fù)制及基因

DNA分子的結(jié)構(gòu)、復(fù)制及基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段本講聚焦考綱要求定位解讀1.DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)(Ⅱ)1.概述DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)2.掌握相關(guān)規(guī)律和計(jì)算2.DNA分子的復(fù)制(Ⅱ)3.掌握DNA分子復(fù)制的條件、過程、特點(diǎn)及有關(guān)

堿基的計(jì)算4.DNA能準(zhǔn)確復(fù)制的原因和意義3.基因的概念(Ⅱ)5.理解基因的本質(zhì)、功能及其中脫氧核苷酸與遺傳信息之間的關(guān)系DNA分子的結(jié)構(gòu)一一、DNA分子的結(jié)構(gòu)磷酸脫氧核糖脫氧核苷酸脫氧核苷酸鏈雙螺旋23記憶竅門借圖記憶“五四三二一”五種元素：C、H、O、N、P四種堿基對(duì)應(yīng)四種脫氧核苷酸三種物質(zhì)：○、、兩條脫氧核苷酸長鏈(堿基對(duì)有A與T、G與C兩種配對(duì)方式)一種空間結(jié)構(gòu)：規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)五：四：三：二：一：×

√

√

×

(1)每條脫氧核苷酸鏈上都只有一個(gè)游離的磷酸基團(tuán)，因此每個(gè)DNA分子中，游離的磷酸基團(tuán)只有2個(gè)。1．DNA分子結(jié)構(gòu)模式圖信息解讀(3)堿基對(duì)之間的化學(xué)鍵為氫鍵，可用解旋酶斷裂，也可加熱斷裂。(2)兩個(gè)核苷酸的○和之間的化學(xué)鍵為磷酸二酯鍵，用限制性核酸內(nèi)切酶處理可切斷，用DNA連接酶或DNA聚合酶處理可連接。(4)每個(gè)脫氧核糖(除兩端外)連接著2個(gè)磷酸，分別在3號(hào)、5號(hào)碳原子上相連接。(7)雙鏈DNA分子的空間結(jié)構(gòu)均相同（DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)），不同點(diǎn)體現(xiàn)在其平面結(jié)構(gòu)中堿基對(duì)的排列順序(5)每個(gè)脫氧核苷酸中，脫氧核糖中1號(hào)碳與堿基相連接，5號(hào)碳與磷酸相連接，3號(hào)碳與下一個(gè)脫氧核苷酸的磷酸相連接，(6)○、、和脫氧核苷酸之間的數(shù)量關(guān)系為1:1:1:1（8）配對(duì)的堿基，A與T之間形成2個(gè)氫鍵，G與C之間形成3個(gè)氫鍵，C-G對(duì)占的比例越大，DNA的結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。 (9)若堿基對(duì)為n，則氫鍵數(shù)為2n～3n之間，若已知A有m個(gè)，則氫鍵數(shù)為3n－m。2．DNA分子特性(1)穩(wěn)定性：

(2)多樣性：(3)特異性：外側(cè)脫氧核糖和磷酸交替連接排列不變，構(gòu)成基本骨架；內(nèi)側(cè)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則不變堿基對(duì)多種多樣的排列順序。提醒若某DNA分子中有n個(gè)堿基對(duì)，則排列順序有4n種，其中n代表堿基對(duì)數(shù)。每種DNA分子都有特定的堿基對(duì)排列順序，代表了特定的遺傳信息。題組一DNA分子的結(jié)構(gòu)及相關(guān)計(jì)算√××√×P110判一判1、2、7A

解析

答案【訓(xùn)練1】?(新題快遞)從分子水平上對(duì)生物體具有多樣性或特異性的分析，錯(cuò)誤的是(

)。A．堿基對(duì)的排列順序的千變?nèi)f化，構(gòu)成了DNA分子基因的多樣性B．堿基對(duì)的特定的排列順序，又構(gòu)成了每一個(gè)DNA分子基因的特異性C．一個(gè)含2000個(gè)堿基的DNA分子，其堿基對(duì)可能的排列方式就有41000種D．人體內(nèi)控制β-珠蛋白的基因由1700個(gè)堿基對(duì)組成，其堿基對(duì)可能的排列方式有41700種解析β-珠蛋白基因堿基對(duì)的排列順序，是β-珠蛋白所特有的。任意改變堿基的排列順序后，合成的就不一D練出高分C解析123456789101112131415練出高分解析C123456789101112131415（1）雙鏈DNA分子中：3、利用堿基互補(bǔ)配原則的計(jì)算規(guī)律應(yīng)用：根據(jù)此可鑒定DNA分子是單鏈還是雙鏈如：在一個(gè)DNA分子中，（A＋G）/（T＋C）≠1，且A≠T，C≠G，說明此DNA為單鏈如：在一個(gè)DNA分子中，（A＋G）/（T＋C）=1，且A=T，C=G，說明此DNA為雙鏈A＝T、C＝G，②即嘌呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù)。①任意兩個(gè)不互補(bǔ)堿基之和相等且占DNA總堿基數(shù)的50％A+G=A+C=T+G=T+C=

1／2（A+T+G+C）P113易錯(cuò)點(diǎn)1（2）在雙鏈DNA分子中，配對(duì)的兩堿基之和在單、雙鏈中所占比例相等，且等于其轉(zhuǎn)錄形成的mRNA中該種堿基比例的比值。（4）在DNA中，非互補(bǔ)堿基之和之比在兩鏈中互為倒數(shù)。(3)在DNA單鏈中，互補(bǔ)堿基之和之比相等，且等于DNA中該比值。A1+G1T1+C1T2+C2A2+G2=簡記“補(bǔ)則等，不補(bǔ)則倒”注：在整個(gè)DNA分子中A1+T1C1+G1A2+T2C2+G2A+TC+G=m=A1+T1A1+T1

+C1+G1A2+T2A+T==A2+T2

+C2+G2A+T

+C+GC1+G1A1+T1

+C1+G1C2+G2C+G==A2+T2

+C2+G2A+T

+C+G則1m=T+CA+G=1A+U=A+U

+C+G【典例1】?在一個(gè)DNA分子中，腺嘌呤與胸腺嘧啶之和占全部堿基數(shù)目的54%，其中一條鏈中鳥嘌呤、胸腺嘧啶分別占該鏈堿基總數(shù)的22%和28%，則由該鏈轉(zhuǎn)錄的信使RNA中鳥嘌呤占?jí)A基總數(shù)的(

)。A．24%B．22%C．26% D．23%AP112訓(xùn)練1P113糾錯(cuò)演練1現(xiàn)已知人體生長激素共含190個(gè)肽鍵（單鏈），假設(shè)與其對(duì)應(yīng)的密碼子序列中有A和U共313個(gè)，則合成的生長激素基因中G有()A．130個(gè)

B．260個(gè)

C．313個(gè)

D．無法確定BP1131訓(xùn)練2（1）——（3）

最早提出的DNA復(fù)制模型有三種（一）對(duì)DNA分子復(fù)制的推測(cè)1、全保留復(fù)制：新復(fù)制出的分子直接形成，完全沒有舊的部分2、半保留復(fù)制：形成的分子一半是新的，一半是舊的3、分散復(fù)制：新復(fù)制的分子中新舊都有，但分配是隨機(jī)組合的；復(fù)制一次復(fù)制一次復(fù)制一次親代DNA子代DNA二、DNA復(fù)制思考與討論:1、按照半保留復(fù)制的原理:右邊的親代DNA復(fù)制一次和復(fù)制二次后,其子代DNA的組成是怎么樣的？（用白色表示新形成的鏈）2、要用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證這一結(jié)論，我們需要對(duì)親代和子代DNA進(jìn)行區(qū)分。DNA是肉眼看不到的，如何才能分辨DNA呢？結(jié)合第一節(jié)的知識(shí)，想一想我們?cè)鯓訁^(qū)分他們？同位素標(biāo)記法3、如果親代的DNA兩條鏈用15N來標(biāo)記，然后放在14N中復(fù)制，則親代、子一代、子二代分別含哪種元素？4、DNA雖然被標(biāo)記，可是親代和子代DNA混在一起，不易分離，怎么解決這一問題？5、如果離心，則親代、子一代、子二代會(huì)怎么分布？CsCl密度梯度離心后分別分布在：重帶、中帶、中輕帶密度梯度離心(二)DNA復(fù)制方式的探究1．實(shí)驗(yàn)材料：大腸桿菌。2．實(shí)驗(yàn)方法：放射性同位素標(biāo)記技術(shù)和離心技術(shù)。3．實(shí)驗(yàn)假設(shè)：DNA以半保留的方式復(fù)制。(二)DNA復(fù)制方式的探究探究DNA復(fù)制是半保留復(fù)制還是全保留復(fù)制，可用同位素標(biāo)記技術(shù)和離心處理技術(shù)，根據(jù)復(fù)制后DNA分子在試管中的位置即可確定復(fù)制方式。4．實(shí)驗(yàn)過程：(見圖)(1)大腸桿菌在含15N標(biāo)記的NH4Cl培養(yǎng)基中繁殖幾代，使DNA雙鏈充分標(biāo)記15N。(2)將含15N的大腸桿菌轉(zhuǎn)移到14N標(biāo)記的普通培養(yǎng)基中培養(yǎng)。(3)在不同時(shí)刻收集大腸桿菌并提取DNA(間隔的時(shí)間為大腸桿菌繁殖一代所需時(shí)間)。(4)將提取的DNA進(jìn)行離心，記錄離心后試管中DNA位置。5．實(shí)驗(yàn)預(yù)期：離心后應(yīng)出現(xiàn)3條DNA帶。(見圖)(1)重帶(密度最大)：15N標(biāo)記的親代雙鏈DNA(15N/15N)。(2)中帶(密度居中)：一條鏈為15N，另一條鏈為14N標(biāo)記的子代雙鏈DNA(15N/14N)。(3)輕帶(密度最小)：兩條鏈都為14N標(biāo)記的子代雙鏈DNA(14N/14N)。15N//15N重帶(下部)15N//14N中帶(中間)14N//14N輕帶(上部)15N//14N中帶(中間)子一代子二代親代6、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：7、實(shí)驗(yàn)結(jié)論：（a）立即取出：（b）繁殖一代取出：（c）繁殖兩代取出：提取DNA→離心→全部重帶（15N／15N

）提取DNA→離心→全部中帶（15N／14N

）提取DNA→離心→一半中帶（15N／14N

）一半輕帶（14N／14N

）DNA分子的復(fù)制是以半保留方式進(jìn)行的。與預(yù)期的相符。DNA復(fù)制方式的探究也體現(xiàn)了假說——演繹法的實(shí)驗(yàn)思路【典例】?DNA的復(fù)制方式，可以通過設(shè)想來進(jìn)行預(yù)測(cè)，可能的情況是全保留復(fù)制、半保留復(fù)制、分散(彌散)復(fù)制三種。究竟是哪種復(fù)制方式呢？下面設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來證明DNA的復(fù)制方式。實(shí)驗(yàn)步驟：a．在氮源為14N的培養(yǎng)基中生長的大腸桿菌，其DNA分子均為14N-DNA(對(duì)照)。b．在氮源為15N的培養(yǎng)基中生長的大腸桿菌，其DNA分子均為15N-DNA(親代)。c．將親代15N大腸桿菌轉(zhuǎn)移到氮源為含14N的培養(yǎng)基中，再連續(xù)繁殖兩代(Ⅰ和Ⅱ)，用密度梯度離心法分離，不同分子量的DNA分子將分布在試管中的不同位置上。實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)：(1)如果與對(duì)照(14N/14N)相比，子代Ⅰ能分辨出兩條DNA帶：一條______帶和一條_____帶，則可以排除________。(2)如果子代Ⅰ只有一條中密度帶，則可以排除________，但不能肯定是________。(3)如果子代Ⅰ只有一條中密度帶，再繼續(xù)做子代ⅡDNA密度鑒定：若子代Ⅱ可以分出____________和____________，則可以排除分散復(fù)制，同時(shí)肯定半保留復(fù)制；如果子代Ⅱ不能分出________密度兩條帶，則排除________，同時(shí)確定為________。輕重半保留復(fù)制和分散復(fù)制全保留復(fù)制半保留復(fù)制或分散復(fù)制一條中密度帶一條輕密度帶中、輕半保留復(fù)制分散復(fù)制P114典例及訓(xùn)練（三）DNA分子的復(fù)制⑴概念：⑵條件⑶時(shí)期⑷場(chǎng)所⑸過程：以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。模板：原料：能量：酶：親代DNA的每一條鏈游離的脫氧核苷酸（4種）ATP釋放的能量DNA解旋酶、DNA聚合酶、DNA連接酶等DNA解旋→以母鏈為模板按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則合成子鏈→子鏈延伸→親子鏈復(fù)旋①病毒增殖時(shí)②原核細(xì)胞二分裂時(shí)③真核細(xì)胞分裂時(shí)有絲分裂間期減Ⅰ分裂間期無絲分裂時(shí)模板：宿主細(xì)胞：宿主細(xì)胞①病毒：②原核細(xì)胞：③真核細(xì)胞由病毒DNA提供提供原料、能量、酶等擬核、細(xì)胞質(zhì)（擬核DNA、質(zhì)粒DNA）細(xì)胞核：染色體DNA細(xì)胞質(zhì)：線粒體DNA、葉綠體DNA簡化圖：標(biāo)準(zhǔn)圖：DNA分子復(fù)制過程：①RNA聚合酶辨認(rèn)復(fù)制起點(diǎn)，在解旋酶作用下將螺旋打開；②在引物酶作用下，以DNA為模板合成RNA引物；③在DNA聚合酶Ⅲ作用下，按5′→3′方向合成岡崎片段；④引物RNA被RNA酶水解，空隙處由DNA聚合酶Ⅰ修補(bǔ)；⑤在DNA連接酶作用下，將短鏈連成DNA單鏈，再與母鏈形成雙螺旋結(jié)構(gòu)。⑹結(jié)果：⑺特點(diǎn)：⑻準(zhǔn)確復(fù)制原因：⑼意義：1個(gè)DNA分子形成2個(gè)完全相同的DNA分子。②半保留復(fù)制①邊解旋邊復(fù)制①精確的模板（獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)）②堿基互補(bǔ)配對(duì)原則（使復(fù)制準(zhǔn)確無誤）①遺傳信息的傳遞，使物種保持相對(duì)穩(wěn)定和延續(xù)②由于復(fù)制差錯(cuò)而出現(xiàn)基因突變，從而為進(jìn)化提供了原始的選擇材料③多起點(diǎn)復(fù)制提醒①子代DNA分子中模板鏈與另一DNA分子中新合成的子鏈堿基序列完全相同。②影響細(xì)胞呼吸(ATP供給)的所有因素都可能影響DNA復(fù)制。③體外也可進(jìn)行，即PCR擴(kuò)增技術(shù)，除滿足上述條件外，還應(yīng)注意溫度、pH的控制及引物的加入。4.(2009·江蘇生物，12)下圖為真核生物染色體上DNA分子復(fù)制過程示意圖，有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(

)。A．圖中DNA分子復(fù)制是從多個(gè)起點(diǎn)同時(shí)開始的B．圖中DNA分子復(fù)制是邊解旋邊雙向復(fù)制的C．真核生物DNA分子復(fù)制過程需要解旋酶D．真核生物的這種復(fù)制方式提高了復(fù)制速率A【典例2】?(2011·安徽卷)甲、乙圖示真核細(xì)胞內(nèi)兩種物質(zhì)的合成過程，下列敘述正確的是(

)。A．甲、乙所示過程通過半保留方式進(jìn)行，合成的產(chǎn)物是雙鏈核酸分子B．甲所示過程在細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)行，乙在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中進(jìn)行C．DNA分子解旋時(shí)，甲所示過程不需要解旋酶，乙需要解旋酶D．一個(gè)細(xì)胞周期中，甲所示過程在每個(gè)起點(diǎn)只起始一次，乙可起始多次D【訓(xùn)練2】右圖為真核細(xì)胞DNA復(fù)制過程模式圖，請(qǐng)根據(jù)圖示過程，回答問題。(1)由圖示得知，1個(gè)DNA分子復(fù)制出乙、丙2個(gè)DNA分子，其方式____________。(2)解旋酶能使雙鏈DNA解開，但需要細(xì)胞提供___________。除了圖中所示酶外，丙DNA分子的合成還需要________酶。(3)從圖中可以看出合成兩條子鏈的方向___________。(4)細(xì)胞中DNA復(fù)制的場(chǎng)所是_____________________；在復(fù)制完成后，乙、丙分開的時(shí)期為_______________________。(5)若一個(gè)卵原細(xì)胞的一條染色體上的β-珠蛋白基因在復(fù)制時(shí)一條脫氧核苷酸鏈中一個(gè)A替換成T，則由該卵原細(xì)胞產(chǎn)生的卵細(xì)胞攜帶該突變基因的概率是________。半保留復(fù)制能量(ATP)DNA連接相反細(xì)胞核、線粒體和葉綠體有絲分裂后期、減數(shù)第二次分裂后期1/43．DNA復(fù)制過程中的數(shù)量關(guān)系由于DNA分子的復(fù)制是一種半保留復(fù)制方式，一個(gè)DNA分子連續(xù)進(jìn)行n次復(fù)制，可形成2n個(gè)子代DNA，其中只有2個(gè)DNA分子含有最初親代的母鏈。圖解如下：將一個(gè)全部被15N標(biāo)記的DNA分子轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)n代的結(jié)果及計(jì)算1、DNA分子數(shù)（1）子代DNA分子總數(shù)=

（2）含15N的DNA分子數(shù)=

（3）含14N的DNA分子數(shù)=

（4）只含15N的DNA分子數(shù)=

（5）只含14N的DNA分子數(shù)=2n個(gè)2個(gè)2n個(gè)0個(gè)2n-2個(gè)2、脫氧核苷酸鏈數(shù)（1）子代DNA分子中脫氧核苷酸鏈數(shù)=條（2）含15N的脫氧核苷酸鏈數(shù)=條（3）含14N脫氧核苷酸鏈數(shù)=條2n+122n+1-2思考：若用同位素標(biāo)記原料，則復(fù)制n次后，標(biāo)記的DNA分子占

，標(biāo)記的單鏈占

。100%1－1/2n3、消耗的脫氧核苷酸數(shù)設(shè)親代DNA分子中含某脫氧核苷酸a個(gè)（1）經(jīng)過n次復(fù)制，共需消耗游離的該脫氧核苷酸個(gè)（2）在第n次復(fù)制時(shí)，共需消耗游離的該脫氧核苷酸個(gè)a·（2n-1）a·2n-1練出高分123456789101112131415解析CBP113訓(xùn)練2P113糾錯(cuò)演練2P113典例2AD利用圖示法理解細(xì)胞分裂與DNA復(fù)制相結(jié)合的知識(shí)。三.基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段⑴基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段。1、基因與DNA關(guān)系4、基因與性狀關(guān)系：(2)每個(gè)DNA分子上有許多個(gè)基因基因是控制生物性狀的結(jié)構(gòu)和功能單位。（2）遺傳信息儲(chǔ)存在4種堿基的排列順序中3、生物多樣性和特異性的物質(zhì)基礎(chǔ)：DNA分子的多樣性和特異性。注：基因是一段DNA，但是一段DNA不一定是基因2、DNA片段中的遺傳信息（1）DNA分子能儲(chǔ)存足夠量的遺傳信息。（3）DNA分子的多樣性源于堿基排列順序的多樣性。（4）DNA分子的特異性源于每個(gè)DNA分子的堿基特定的排列順序。

資料分析:（1）豌豆的圓粒和皺粒這一對(duì)相對(duì)性狀。編碼淀粉分支酶的基因正常。淀粉分支酶正常合成。蔗糖合成淀粉，淀粉含量升高。淀粉含量高，有效保留水分，豌豆顯得圓鼓鼓（性狀：圓粒）。DNA中插入了一段外來的DNA序列，打亂了編碼淀粉分支酶的基因(基因增添)淀粉分支酶不能正常合成。蔗糖不能合成淀粉，蔗糖含量升高。淀粉含量低的豌豆由于失水而顯得皺縮（性狀：皺粒）?？刂泼感纬傻幕虍惓?。酪氨酸酶不能正常合成。酪氨酸不能轉(zhuǎn)化成黑色素。缺乏黑色素而表現(xiàn)為白化病。（2）白化病?？刂泼感纬傻幕蛘?。酪氨酸酶正常合成。酪氨酸正常轉(zhuǎn)化成黑色素。表現(xiàn)正常。

這兩個(gè)例子來看，大家可以總結(jié)出基因是如何控制生物的性狀的？

基因通過控制酶的結(jié)構(gòu)來控制代謝過程，從而控制生物性狀。CFTR基因缺失了三個(gè)堿基(堿基缺失)CFTR蛋白缺少一個(gè)丙苯氨酸，結(jié)構(gòu)異常，導(dǎo)致功能異常?；颊咧夤軆?nèi)黏液增多。黏液清除困難，細(xì)菌繁殖，肺部感染。（3）囊性纖維病?？刂蒲t蛋白形成基因的一個(gè)堿基發(fā)生變化。（堿基替換）血紅蛋白的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。紅細(xì)胞呈鐮刀狀。紅細(xì)胞容易破裂，患溶血性貧血

這兩個(gè)例子來看，大家可以總結(jié)出基因是如何控制生物的性狀的？（4）鐮刀型貧血癥。

基因通過控制蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)來直接控制生物的性狀。①間接途徑：基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，從而控制生物性狀。如：人的白化病、豌豆的皺粒②直接途徑：基因通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)來直接控制生物的性狀。如：囊性纖維病、鐮刀型細(xì)胞貧血癥。（1）基因控制生物性狀的兩種方式(2)基因與性狀的對(duì)應(yīng)關(guān)系①一般而言，一個(gè)基因只決定一種性狀。②生物體的一個(gè)性狀有時(shí)受多個(gè)基因的影響，如玉米葉綠素的形成至少與50多個(gè)不同基因有關(guān)。③有些基因則會(huì)影響多種性狀，如決定豌豆開紅花的基因也決定結(jié)灰色的種子。特別提醒：①基因與性狀的關(guān)系并不都是簡單的線性關(guān)系?；蚺c基因、基因與基因產(chǎn)物、基因與環(huán)境之間存在著復(fù)雜的相互作用，這種相互作用形成了一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，精細(xì)地調(diào)控著生物體的性狀。②生物的大多數(shù)性狀是受單基因控制的。這里的“單基因”是指一對(duì)等位基因，并不是單個(gè)基因。③基因控制生物體的性狀，但性狀的形成同時(shí)還受到環(huán)境的影響?；蚝托誀畹年P(guān)系基因與脫氧核苷酸、DNA和染色體之間的關(guān)系關(guān)系內(nèi)容基因與脫氧核苷酸基因的基本組成單位