DNA分子結(jié)構(gòu)與復(fù)制及基因概念

DNA分子結(jié)構(gòu)與復(fù)制及基因概念第1頁/共58頁AGCT腺嘌呤脫氧核苷酸鳥嘌呤脫氧核苷酸胞嘧啶脫氧核苷酸胸腺嘧啶脫氧核苷酸3、脫氧核苷酸的種類第2頁/共58頁4、堿基互補(bǔ)配對(duì)原則（腺嘌呤）AT（胸腺嘧啶）

--（鳥嘌呤）G--C（胞嘧啶）----第3頁/共58頁

5、DNA的平面結(jié)構(gòu)連接

ATGCATGC注意：一個(gè)雙鏈DNA分子中只含有2個(gè)游離的磷酸基團(tuán)，且分布在DNA分子的兩條鏈上，其余磷酸基團(tuán)都與2個(gè)脫氧核糖通過磷酸二酯鍵相連接。第4頁/共58頁1、配對(duì)的堿基，A與T之間形成兩個(gè)氫鍵，G與C之間形成三個(gè)氫鍵。C—G比例越大，DNA結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。2、脫氧核苷酸聚合形成長(zhǎng)鏈的過程中產(chǎn)生水，即脫氧核苷酸→DNA＋H2O。3、DNA分子結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)記為：5種元素，4種堿基(脫氧核苷酸)，3種小分子，2條長(zhǎng)鏈，1個(gè)雙螺旋。4、每個(gè)DNA片段中，游離的磷酸基團(tuán)有2個(gè)，且分布在DNA分子的兩條鏈上。第5頁/共58頁5、脫氧核苷酸、磷酸、脫氧核糖、含氮堿基之間的數(shù)量關(guān)系是1∶1∶1∶1。6、磷酸和脫氧核糖之間的化學(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連接酶處理可連接。7、堿基與堿基之間的化學(xué)鍵為氫鍵，可用解旋酶斷裂，也可加熱斷裂。8、每個(gè)脫氧核糖連接著2個(gè)磷酸，分別在3號(hào)、5號(hào)碳原子上相連接。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。第6頁/共58頁6、空間結(jié)構(gòu)

GTACGTAC----第7頁/共58頁發(fā)現(xiàn)：

DNA的空間結(jié)構(gòu)（規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)）特點(diǎn)DNA分子的兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；堿基排列在內(nèi)側(cè)。DNA分子兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對(duì)，且遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。記憶口訣：空間結(jié)構(gòu)雙螺旋，糖酸成鏈兩相間，堿基配對(duì)靠氫鍵，A-T、G-C必相連1953年，沃森（美國(guó)）、克里克（英國(guó)）第8頁/共58頁1．穩(wěn)定性：DNA分子兩條長(zhǎng)鏈上的脫氧核糖與磷酸交替排列的順序和兩條鏈之間堿基互補(bǔ)配對(duì)的方式是穩(wěn)定不變的，從而導(dǎo)致DNA分子的穩(wěn)定性。2．多樣性：DNA分子中堿基相互配對(duì)的方式雖然不變，但長(zhǎng)鏈中的堿基對(duì)的排列順序是千變?nèi)f化的。如一個(gè)最短的DNA分子大約有4000個(gè)堿基對(duì)，這些堿基對(duì)可能的排列方式就有44000≈102408種。實(shí)際上構(gòu)成DNA分子的脫氧核苷酸數(shù)目是成千上萬的，其排列種類幾乎是無限的，這就構(gòu)成了DNA分子的多樣性。7、DNA分子的特性（見導(dǎo)學(xué)70頁）第9頁/共58頁3．特異性：每個(gè)特定的DNA分子都具有特定的堿基排列順序，這種特定的堿基排列順序就構(gòu)成了DNA分子自身嚴(yán)格的特異性。4．DNA分子的多樣性和特異性不矛盾：DNA分子的多樣性是指不同的DNA分子其堿基排列順序不同，

DNA分子特異性是指對(duì)某一特定的DNA分子而言，其堿基排列順序是特定的。第10頁/共58頁【典例精析】【例1】由120對(duì)堿基組成的DNA分子片段，可因其堿基對(duì)組成和序列的不同而攜帶不同的遺傳信息，其種類數(shù)最多為()

A．4120

種B．1204種C．460種D．604種A第11頁/共58頁DNA分子的復(fù)制1.概念：2.時(shí)間：3.主要場(chǎng)所：4.過程：(親代DNA)解旋配對(duì)連結(jié)(子代DNA)邊解旋邊復(fù)制細(xì)胞核體細(xì)胞：有絲分裂的間期

生殖細(xì)胞：減數(shù)第一次分裂前的間期

以親本DNA為模板，合成子代DNA的過程。（DNA分子復(fù)制的實(shí)質(zhì)是遺傳信息的復(fù)制）5、復(fù)制遵循原則：堿基互補(bǔ)配對(duì)原則第12頁/共58頁6、DNA分子復(fù)制需要的基本條件四種游離的脫氧核苷酸DNA的兩條母鏈解旋酶、DNA聚合酶等ATP⑴原料：⑵模板：⑶酶：⑷能量：7、復(fù)制方式：8、復(fù)制的特點(diǎn)：半保留復(fù)制1.半保留復(fù)制2.邊解旋邊復(fù)制注意：原核生物：復(fù)制起點(diǎn)單個(gè)，雙向復(fù)制.真核生物：復(fù)制起點(diǎn)多個(gè)，雙向復(fù)制.第13頁/共58頁想一想：在DNA分子的復(fù)制的過程中除了有新的DNA分子外，還有何種產(chǎn)物？形成1分子脫氧核苷酸要脫去2分子H2O；由n個(gè)脫氧核苷酸形成直鏈且為雙鏈的DNA分子，要脫去（n-2）個(gè)H2O9、DNA分子精確復(fù)制的原因⑵堿基互補(bǔ)配對(duì)原則保證復(fù)制準(zhǔn)確無誤的完成。⑴獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)為復(fù)制提供了精確的摸板。第14頁/共58頁10、DNA復(fù)制的意義（1）通過精確無誤的復(fù)制，把遺傳信息從親代傳遞給子代,從而保持遺傳信息的連續(xù)性，保證物種的相對(duì)穩(wěn)定性。（2）復(fù)制若發(fā)生“差錯(cuò)”，使DNA的堿基對(duì)排列順序發(fā)生局部改變，可能會(huì)導(dǎo)致遺傳信息改變，從而導(dǎo)致生物產(chǎn)生可遺傳的變異。第15頁/共58頁親代DNA分子復(fù)制1次復(fù)制2次復(fù)制3次482=

21=

22=23復(fù)制次數(shù)n與得到的子DNA分子的數(shù)量關(guān)系是：2n第16頁/共58頁例1：一個(gè)DNA分子經(jīng)過3次復(fù)制后，其子代

中保留原來母鏈的DNA分子占（）

A.1/2B.1/4C.1/8D.1/16規(guī)律：DNA復(fù)制n次，后代就有2n個(gè)DNA分子。保留原來親代DNA分子鏈的子代DNA分子永遠(yuǎn)是2個(gè)。B第17頁/共58頁【例2】(2009·江蘇卷，12)如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第18頁/共58頁拓展延伸一：有關(guān)DNA的計(jì)算問題

第一類雙鏈DNA（由1、2鏈組成）分子中堿基之間的關(guān)系一、相等關(guān)系（注意：下面所討論的DNA均為雙鏈結(jié)構(gòu)

）有A=T、G=C

；兩類不互補(bǔ)的堿基之和是相等的。則：A+G=T+C=A+C=T+G雙鏈DNA分子中的兩類互補(bǔ)的兩種堿基之和的比值與任一單鏈中的該比值是相等的。則：（A+T)/(G+C)=(A+T)1/(G+C)1=(A+T)2/(G+C)2第19頁/共58頁4、雙鏈DNA分子中，兩互補(bǔ)堿基之和占總堿基數(shù)的比值與任一單鏈中該兩互補(bǔ)堿基之和占該單鏈總堿基數(shù)的比值是相等的。則：（A+T)/(G+C+A+T)=（A+T)1/(G+C+A+T)1=(A+T)2/(G+C+A+T)2例如：在雙鏈DNA分子中，已知A+T=35%，那么，任一條單鏈中A+T占該單鏈中總堿基的量也是35%。第20頁/共58頁例如：在雙鏈DNA分子中，G=38%，其中一條鏈中T=5%，那么另一條鏈中T占該單鏈堿基總數(shù)的比例是多少？常規(guī)法（略）巧解法：由G=38%G+C=76%A+T=24%任一單鏈中的A+T=24%A=19%已知T=5%互補(bǔ)鏈中T=19%第21頁/共58頁

二、倒數(shù)關(guān)系1、兩種互補(bǔ)堿基之比在DNA分子的兩條鏈中呈倒數(shù)關(guān)系。

則：A1/T1=T2/A2；G1/C1=C2/G2例如：已知某DNA分子的一條鏈中A：T：G：C=1：2：3：4，則其互補(bǔ)鏈中A：T：G：C=

。2：1：4：32、兩類不互補(bǔ)的兩種堿基和之比，在DNA分子的兩條鏈中呈倒數(shù)關(guān)系。則：（A+G)1/(T+C)1=（T+C)2/(A+G)2例如：已知某DNA分子的一條鏈中（A+G）/（T+C）=0.5，則其互補(bǔ)鏈中的該比值是

。2第22頁/共58頁三、一半關(guān)系1、兩類不互補(bǔ)的堿基之和占整個(gè)DNA分子中總堿基數(shù)的一半。則：A+G=T+C=A+C=T+G

=50%2、整個(gè)DNA分子中某一種堿基所占總堿基的比例等于該種堿基在每一單鏈中所占比例的和的一半。則：A/(G+C+A+T)=1/2[A1/(G+C+A+T)1+A2/(G+C+A+T)2]例如：已知某個(gè)DNA分子中，A=32%，其中一條單鏈中A占該鏈總堿基數(shù)的比例為24%，則其互補(bǔ)鏈中A所占的比例應(yīng)為

。40%第23頁/共58頁

第二類

DNA分子復(fù)制中的有關(guān)計(jì)算1、某DNA分子經(jīng)復(fù)制n次后，所得的子代DNA數(shù)為2n2、由n對(duì)堿基對(duì)組成的DNA分子的種類有4n種（注意在不考慮DNA分子中每種堿基比例關(guān)系的情況下）3、若某DNA分子含某堿基m個(gè)，則該DNA分子復(fù)制n次需增加該堿基的數(shù)目為（2n-1）m個(gè)。復(fù)制第n次需增加該堿基的數(shù)目為m.2n-1個(gè)。

思考：某雙鏈DNA分子，A為60個(gè)，且占總堿基數(shù)的30%，則該DNA分子復(fù)制3次后還需增加G多少個(gè)？280個(gè)第24頁/共58頁拓展延伸二：DNA復(fù)制方式的探究關(guān)于DNA復(fù)制方式的探究，充分體現(xiàn)了假說—演繹法，即在克里克假說的基礎(chǔ)上，通過演繹推理，最終通過實(shí)驗(yàn)得以驗(yàn)證。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。4．實(shí)驗(yàn)過程：(見圖)第25頁/共58頁中帶第26頁/共58頁實(shí)驗(yàn)步驟：(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。第27頁/共58頁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)。6．實(shí)驗(yàn)結(jié)果：與預(yù)期的相符。(1)立即取出提取DNA→離心→全部重帶(15N/15N)。(2)繁殖一代后取出提取DNA→離心→全部中帶(14N/15N)(3)繁殖兩代后取出提取DNA→離心→1/2輕帶、1/2中帶。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：DNA的復(fù)制是以半保留方式進(jìn)行的。第28頁/共58頁例3：(實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì))某校一個(gè)生物活動(dòng)小組要進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)。對(duì)生物學(xué)史上的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，也是研究性學(xué)習(xí)的內(nèi)容之一。這個(gè)小組借助某大學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，對(duì)有關(guān)DNA復(fù)制的方式進(jìn)行探索，有人認(rèn)為DNA是全保留復(fù)制，也有人認(rèn)為DNA是半保留復(fù)制。為了證明這兩種假設(shè)，這個(gè)小組設(shè)計(jì)了下列實(shí)驗(yàn)程序，請(qǐng)完成實(shí)驗(yàn)并對(duì)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)。(1)實(shí)驗(yàn)步驟：第一步：在氮源為14N的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)的大腸桿菌，其DNA分子均為14N—DNA；在氮源為15N的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)的大腸桿菌，其DNA分子均為15N—DNA。用某種離心方法分離得到的結(jié)果如上圖所示，其DNA分別分布在輕帶和重帶上。第29頁/共58頁第二步：將親代大腸桿菌(含15N)轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)基上繁殖一代(Ⅰ)。請(qǐng)分析：如果DNA位于

帶位置，則是全保留復(fù)制；如果DNA位于_____帶位置，則是半保留復(fù)制。第三步：為了進(jìn)一步驗(yàn)證第二步的推測(cè)結(jié)果，將親代大腸桿菌(含15N)轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)基上再連續(xù)繁殖一代(Ⅱ)。請(qǐng)分析：如果DNA位于

_帶位置，則是全保留復(fù)制；如果DNA位于

帶位置，則是半保留復(fù)制。(2)有人提出：第一代(Ⅰ)的DNA用解旋酶處理后再離心，就能直接判斷DNA的復(fù)制方式，如果輕帶和重帶各占，則一定為半保留復(fù)制。你認(rèn)為這同學(xué)說法是否正確？

。原因是______________________________________

___。1/2重和1/2輕全中1/4重和3/4輕1/2中和1/2輕不正確無論半保留復(fù)制還是全保留復(fù)制，如果研究DNA鏈的情況，結(jié)果是一致的，無法區(qū)分第30頁/共58頁練習(xí)：見導(dǎo)學(xué)71頁。第31頁/共58頁想一想基因=DNA嗎？基因和DNA有什么關(guān)系呢？一、基因與DNA的關(guān)系第4節(jié)基因是什么？第32頁/共58頁資料1：大腸桿菌細(xì)胞的擬核有1個(gè)DNA分子，長(zhǎng)度約為4700000個(gè)堿基對(duì)，在DNA分子上分布著4400個(gè)基因，每個(gè)基因的平均長(zhǎng)度約為1000個(gè)堿基對(duì)。

DNA分子數(shù)目基因數(shù)目基因的堿基總數(shù)DNA分子的堿基總數(shù)分析:推理

大腸桿菌的一個(gè)DNA分子上含有多個(gè)基因。說明基因是一段DNA。小于小于第33頁/共58頁資料3：人類基因組計(jì)劃測(cè)定的是24條染色體（22條常染色體+X+Y）上的DNA的堿基序列。其中，每條染色體上有一個(gè)DNA分子。這24個(gè)DNA分子大約有31.6億個(gè)堿基對(duì)，其中構(gòu)成基因的堿基數(shù)占?jí)A基總數(shù)的比例不超過2%。說明人的基因與DNA有怎樣的數(shù)量關(guān)系？推理基因是DNA的片段基因堿基對(duì)總數(shù)占DNA堿基對(duì)總數(shù)很少的一部分。？第34頁/共58頁DNA基因第35頁/共58頁

基因是控制生物性狀的遺傳物質(zhì)的功能單位和結(jié)構(gòu)單位，是有遺傳效應(yīng)的DNA片段。每個(gè)基因都有特定的脫氧核苷酸排列順序，它代表著遺傳信息。一、基因的概念第36頁/共58頁基因區(qū)段非基因區(qū)段第37頁/共58頁正確理解基因的概念：與染色體的關(guān)系：本質(zhì)：與DNA的關(guān)系：與遺傳信息的關(guān)系：與性狀的關(guān)系：基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段基因在染色體上呈線性排列基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段基因中特定的脫氧核苷酸的排列順序代表遺傳信息基因是控制生物性狀的遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、功能單位，特定的基因控制特定的生物性狀第38頁/共58頁發(fā)出熒光的水母綠色熒光蛋白的克隆豬資料2：探究基因的功能第39頁/共58頁1.為什么水母這一熒光的性狀能在小豬身上表現(xiàn)？左為熒光小豬，右為正常小豬推理

基因是特定的DNA片段，可切除，可拼接

基因有遺傳的功能2.說明基因有什么特點(diǎn)？第40頁/共58頁教材56頁資料4進(jìn)一步說明什么問題？基因能控制生物的性狀－－具有遺傳效應(yīng)（基因的功能）小結(jié)：從資料2、4中可以得出什么結(jié)論？無HMGIC基因就無肥胖的表現(xiàn)有HMGIC基因就有肥胖的表現(xiàn)。？第41頁/共58頁二、基因的功能遺傳信息的傳遞通過DNA分子的復(fù)制使基因得到復(fù)制，通過復(fù)制把遺傳信息傳遞給下一代，它既可以在生物體上下代之間，也可以在生物體內(nèi)的細(xì)胞上下代之間。遺傳信息的表達(dá)

在生物體內(nèi)，通過對(duì)蛋白質(zhì)合成的控制，使遺傳信息得以表達(dá)。第42頁/共58頁探究DNA是否足以儲(chǔ)存大量的遺傳信息？基因排列種數(shù)1個(gè)堿基對(duì)2個(gè)堿基對(duì)4×4（42）。。。。。。。。N個(gè)堿基對(duì)4N結(jié)論1：DNA分子具有多樣性。3個(gè)堿基對(duì)4×4×4（43）41第43頁/共58頁結(jié)論2：DNA分子具有特異性?；蚴菈A基對(duì)隨機(jī)排列得DNA片段嗎？每個(gè)基因都是特定的DNA片段具有特定的堿基排列順序具有特定的遺傳效應(yīng)上面的探究是建立在所有堿基對(duì)的隨即排列都能構(gòu)成基因這一假設(shè)上的。事實(shí)上大部分隨即排列的堿基序列從來不曾出現(xiàn)在生物體內(nèi)，而有些序列卻重復(fù)千百次。？第44頁/共58頁

多樣性→

多樣性→

多樣性

特異性→

特異性→

特異性遺傳信息：基因中特定的堿基（堿基對(duì)、脫氧核苷酸）的排列順序。堿基排列順序DNA分子生物堿基排列順序DNA分子生物三、基因的本質(zhì)和特點(diǎn)第45頁/共58頁【知識(shí)拓展】一、遺傳信息、基因、DNA、染色體的關(guān)系1．特定的基因有特定的遺傳信息(即特定的堿基排列順序)。2．基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段。3．1個(gè)DNA分子上有許多基因。4．基因的主要載體是染色體，少量的DNA分布在線粒體、葉綠體等結(jié)構(gòu)中。第46頁/共58頁二、染色體的行為變化決定基因的行為變化1．在減數(shù)第一次分裂后期，同源染色體分離，其上的等位基因分離。2．在減數(shù)第一次分裂后期，非同源染色體自由組合，其上的非等位基因自由組合。3．在減數(shù)第一次分裂前期，同源染色體的非姐妹染色單體發(fā)生交叉互換，其上的等位基因互換。第47頁/共58頁染色體DNA基因脫氧核苷酸染色體是DNA的主要載體每個(gè)染色體上有一個(gè)或2個(gè)DNA分子基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片斷每個(gè)DNA分子上有許多基因基因中的脫氧核苷酸排列順序代表著遺傳信息每個(gè)基因由許多脫氧核苷酸組成DNA是主要的遺傳物質(zhì)總結(jié)：染色體、DNA、基因、脫氧核苷酸之間的關(guān)系第48頁/共58頁【例2】下列敘述中正確的是()A．細(xì)胞中的DNA都在染色體上B．細(xì)胞中每條染色體都只有一個(gè)DNA分子C．減數(shù)分裂過程中染色體與基因的行為一致D．以上敘述均對(duì)C【典例精析】第49頁/共58頁【例3】染色體、DNA、基因三者關(guān)系密切，下列敘述中不正確的是()A．每個(gè)染色體含一個(gè)或兩個(gè)DNA分子，每個(gè)DNA分子上有很多個(gè)基因B．復(fù)制、分離和傳遞，三者都能相伴隨而進(jìn)行C．三者都是遺傳物質(zhì)，三者都能行使生物的遺傳作用D．在生物的傳種接代過程中，染色體行為決定后二者C第50頁/共58頁再見第51頁/共58頁

第三類（見創(chuàng)新117頁）與DNA控制蛋白質(zhì)的合成相關(guān)的計(jì)算

mRNA是以DNA的一條鏈為模板轉(zhuǎn)錄來的，所以，mRNA中所含堿基數(shù)應(yīng)與DNA分子中一條鏈上的堿基數(shù)相等，而DNA分子是雙鏈結(jié)構(gòu)，則有：DNA上的堿基數(shù)：mRNA上的堿基數(shù)=2：1。又因?yàn)閙RNA上每三個(gè)相鄰的堿基決定一個(gè)氨基酸，可得：

mRNA上的堿基數(shù)：氨基酸分子個(gè)數(shù)=3：1。最后可得到如下關(guān)系：DNA上的堿基數(shù)：mRNA上的堿基數(shù)：氨基酸分子數(shù)=