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

1、會計學(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，編輯于星期六：六點 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 鳥嘌呤鳥嘌呤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/共38頁第二頁，編輯于星期六：六點 二十四分。鳥嘌呤脫氧核苷酸鳥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/共38頁第三頁，編輯于星期六：六點 二十四分。ATGC磷酸

2、二酯鍵磷酸二酯鍵脫去脫去H2O第3頁/共38頁第四頁，編輯于星期六：六點 二十四分。AGCT氫鍵氫鍵ATGC5353第4頁/共38頁第五頁，編輯于星期六：六點 二十四分。第5頁/共38頁第六頁，編輯于星期六：六點 二十四分。1、結(jié)構(gòu)特點：、結(jié)構(gòu)特點：（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）堿基通過氫鍵連接成堿基對：）堿基通過氫鍵連接成堿基對： AT、GC第6頁/共38頁第七頁，編輯于星期六：六點 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)，一個最短

3、在生物體內(nèi)，一個最短DNADNA分子也大約有分子也大約有40004000個堿基對。請同學(xué)們計算個堿基對。請同學(xué)們計算DNADNA分子有多少分子有多少種？種？ 4 種種 4n(n表示堿基對數(shù)表示堿基對數(shù))4000 堿基對排列順序的千變?nèi)f化，堿基對排列順序的千變?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（脫氧核苷酸）排列順序堿基對（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能夠儲存了大量的遺能夠儲存了大量的遺傳信息。傳信息。第7頁/共38頁第八頁，編輯于星期六：六點 二十四分。2 2）特異性）特異性 每個每個DNADNA分子中的堿基對都有分子中的堿基

4、對都有特定排列特定排列順序順序，又構(gòu)成了每一個，又構(gòu)成了每一個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磷酸基團交替連接交替連接的方式不變，兩條鏈之間堿基互補配對的原則不的方式不變，兩條鏈之間堿基互補配對的原則不變。變。思考：在一個思考：在一個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/共38頁第九頁，編輯于星期六：六點 二十四分。設(shè)設(shè)DNADNA一條鏈為一條鏈為

5、1 1鏈，互補鏈為鏈，互補鏈為2 2鏈。根據(jù)堿基互補配對原則鏈。根據(jù)堿基互補配對原則可知：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：因為因為DNADNA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/共38頁第十頁，編輯于星期六：六點 二十四分。 雙鏈雙鏈

7、DNADNA分子中，互補的兩條鏈中分子中，互補的兩條鏈中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的一個單鏈中，上述比例在其的一個單鏈中，上述比例在其互補鏈和整個互補鏈和整個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/共38頁第十一頁，編輯于星期六：六點 二十四分。 雙鏈雙鏈DNADNA分子中，分子中，A+TA+T占整個占整個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是整個是整個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之和占整個之和占整個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/共38頁第十二頁，編輯于星期六：六點 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，占該區(qū)個，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、分析一個DNADNA分子時，發(fā)現(xiàn)分子時，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進行分析進行分析, ,其四種堿基數(shù)的比例是其四種堿基數(shù)的比例是鳥嘌呤與胞嘧啶之和占全部堿基數(shù)的鳥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, ,問與問與HH鏈相對應(yīng)的另一條鏈中腺嘌呤占鏈相對應(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/共38頁第十三頁，編輯于星期六：六點 二十四分。 親代親代子代子代12( ? )( ? )( ? )( ? )第13頁/共38頁第十四頁，編輯于星期六：六點 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/共38頁第十五頁，編輯于星期六：六點 二十四分。（二）對（二）對DNA分子復(fù)制的推測分子復(fù)制的推測沃森和克里克的推測沃森和克里克的推測(假說假說)復(fù)制時復(fù)制時,DNA的雙螺旋的雙螺旋解開解開.互補的堿基間氫鍵斷互補的堿基間氫鍵斷裂裂分開的

13、兩條鏈作為模分開的兩條鏈作為模板板,以堿基互補配對的原以堿基互補配對的原則合成新的一條鏈則合成新的一條鏈第15頁/共38頁第十六頁，編輯于星期六：六點 二十四分。（三）（三）DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)半保留復(fù)制的實驗證據(jù)N15/N15DNA重鏈重鏈DNAN14/N14DNA輕鏈輕鏈DNAN14/N15DNA中鏈中鏈DNA第16頁/共38頁第十七頁，編輯于星期六：六點 二十四分。實驗的結(jié)果和預(yù)期的結(jié)果一致實驗的結(jié)果和預(yù)期的結(jié)果一致,說明克里克說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/共38頁第十八頁，編輯于星期六：六點 二十四分。在氮源為在氮源為

14、14N的培養(yǎng)基上生長的大腸桿菌，其的培養(yǎng)基上生長的大腸桿菌，其DNA分子均為分子均為14N-DNA（對照）；在氮源為（對照）；在氮源為15N的培養(yǎng)基上生長的大腸桿菌，其的培養(yǎng)基上生長的大腸桿菌，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，請分析：），用離心的方法分離得到的結(jié)果如下表所示，請分析： 對照對照親代親代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）由實驗結(jié)果可以推出第一代（）由實驗結(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)牵硪粭l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）上述實驗表明）上述實驗表明DNA分子復(fù)制的特點是分子復(fù)制的特點是 。 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/共38頁第十九頁，編輯于星期六：六點 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/共38頁第二十頁，編輯于星期六：六點 二十四分。AAATTTGGGGCCCATCDNA平面模式圖DNA復(fù)制過程思考：1、DNA復(fù)制需要哪些基本條件？ 2、復(fù)制過程有何主要特點？ 3、復(fù)制形成的子代DNA和親代DNA 有何關(guān)系？第20頁/共38頁第二十一頁，編輯于星期六：六點 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！氫鍵將被打開！第21頁/共38頁第二十二

17、頁，編輯于星期六：六點 二十四分。AAATTTGGGGCCCATCCAGTCGT在酶的催化下在酶的催化下氫鍵已被打開氫鍵已被打開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，這個過程叫解旋解旋。第22頁/共38頁第二十三頁，編輯于星期六：六點 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/共38頁第二十四頁，編輯于星期六：六點 二十四分。AAATTTGGGGCCCATCCTAGTCG還未解旋剛解旋所以DNA復(fù)制特點之一是:邊解旋邊復(fù)制邊解旋邊復(fù)制通過堿基互補通過堿基互補配對脫氧核苷酸配對脫氧核苷酸結(jié)合到母鏈

18、上結(jié)合到母鏈上已在復(fù)制第24頁/共38頁第二十五頁，編輯于星期六：六點 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/共38頁第二十六頁，編輯于星期六：六點 二十四分。AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母鏈母鏈DNA 復(fù)制過程中形成的復(fù)制過程中形成的復(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/共38頁第二十七頁，編輯于星期六：六點 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/共38頁第二十八頁，編輯于星期六：六點 二十四分。真核生物真核生物DNA復(fù)制有多個復(fù)制起點雙向復(fù)制復(fù)制有多個復(fù)制起點雙向復(fù)制第28頁/共38頁第二十九頁，編輯于星期六

20、：六點 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的過程的過程 2、場所：、場所：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、時間：、時間：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、過程（特點）：、過程（特點）：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，堿基互補配對保證了復(fù)制的精確進行。規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)為復(fù)制提供了精確的模板，堿基互補配對保證了復(fù)制的精確進行。第29頁/共38頁第三十頁，編輯于星期六：六點 二十四分。根據(jù)半保留復(fù)制和堿基互補配對原則根據(jù)半保留復(fù)制和堿基互補配對原則1、與復(fù)制有關(guān)的堿基計算、與復(fù)制有關(guān)的堿基計算一個一個DNA連續(xù)復(fù)制連續(xù)復(fù)制n次后，共有多少個次后，共有多少個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：所用知識為解析：所用知識為“半保留復(fù)制半保留復(fù)制”和和“堿基互補配對原則堿基互補配對原則”，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：一個一個DNA連續(xù)復(fù)制連續(xù)復(fù)制n次后，共有次后，共有2n個個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中的堿基計算中的堿基計算第30頁/共38頁第三十一頁，編輯于星期六：六點 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、若對一個、若對一個DNA分子用分子用32P標(biāo)記標(biāo)記, 經(jīng)過經(jīng)過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