《DNA的結(jié)構(gòu)和DNA的復(fù)制》教學(xué)

一、解開DNA結(jié)構(gòu)之謎(1)20世紀(jì)30年代后期，瑞典的科學(xué)家們證明了DNA是

的。二戰(zhàn)后，科學(xué)家們用電子顯微鏡測出DNA分子直徑約為2nm。(2)1951年查戈夫發(fā)現(xiàn)

(A)的量總是等于胸腺嘧啶(T)的量，

(G)的量總是等于胞嘧啶(C)的量。(3)1952年富蘭克林等確認(rèn)DNA為

結(jié)構(gòu)，并且是由不止一條鏈所構(gòu)成的。(4)1953年家沃森和克里克提出DNA分子的

模型。不對稱腺嘌呤鳥嘌呤螺旋雙螺旋結(jié)構(gòu)二、DNA的結(jié)構(gòu)1．空間結(jié)構(gòu)(1)整體：由兩條脫氧核苷酸鏈

平行盤旋而成的

結(jié)構(gòu)。(2)外側(cè)——基本骨架：由

和

交替連接構(gòu)成。(3)內(nèi)側(cè)——堿基對：由兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對，是按

原則連接而成的，即

與T配對、G與

配對。反向雙螺旋脫氧核糖磷酸堿基互補(bǔ)配對AC2．DNA分子的多樣性和特異性(1)多樣性：

排列順序千變?nèi)f化。(2)特異性：每個DNA分子

的特定排列順序，形成了DNA分子的特異性。

三、DNA的復(fù)制1．概念以親代DNA分子為

合成子代

分子的過程叫DNA的復(fù)制。堿基對堿基對模板DNA2．過程(1)解旋：DNA首先利用細(xì)胞提供的能量在

的作用下，把兩條螺旋的雙鏈解開。(2)合成子鏈：以

為模板，以游離的為原料，遵循

原則，在有關(guān)酶的作用下，各自合成與母鏈互補(bǔ)的一條子鏈。(3)形成子代DNA：新合成的子鏈不斷延伸，同時(shí)，每一條子鏈與其對應(yīng)的模板鏈盤繞成

，分別形成一個新的DNA分子。解旋酶母鏈堿基互補(bǔ)配對脫氧核苷酸雙螺旋結(jié)構(gòu)3．特點(diǎn)①邊

邊復(fù)制；②

。

4．準(zhǔn)確復(fù)制的原因(1)DNA分子獨(dú)特的

為復(fù)制提供了精確的模板；(2)通過

，保證了復(fù)制能夠精確地進(jìn)行。5．意義使

從親代傳給子代，從而確保了

的連續(xù)性。解旋半保留方式復(fù)制雙螺旋結(jié)構(gòu)堿基互補(bǔ)配對遺傳信息遺傳信息1．判斷下列有關(guān)敘述的正誤(1)1953年由富蘭克林、沃森、克里克等著名科學(xué)家共同

提出DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)。()(2)DNA分子的基本組成單位是核糖核苷酸。()(3)A與T配對，G與C配對的對應(yīng)關(guān)系叫做堿基互補(bǔ)配對原

則。()(4)在制作DNA分子模型時(shí)可用大頭針或訂書釘代替連接

堿基的鍵。()×√×√(5)DNA分子中磷酸與脫氧核糖交替相連，構(gòu)成了DNA分子的

多樣性。()(6)DNA分子的復(fù)制只發(fā)生在真核細(xì)胞有絲分裂和減數(shù)分裂的

間期。()(7)堿基互補(bǔ)配對原則能確保DNA分子復(fù)制的準(zhǔn)確性。()(8)DNA分子的復(fù)制可以實(shí)現(xiàn)在親子代之間傳遞遺傳信息。 ()×√×√2．選擇正確答案(1)在制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型時(shí)，右圖為兩個

脫氧核苷酸的模型。圓代表磷酸，下列敘

述正確的是(

)A．方形可能代表A、T、C、U四種含氮堿基B．兩個圓可用別針(代表共價(jià)鍵)連結(jié)，以形成DNA的

側(cè)鏈C．別針(代表共價(jià)鍵)應(yīng)連結(jié)在一個脫氧核苷酸的五邊

形和另一個脫氧核苷酸的圓上D．如果兩個脫氧核苷酸分別位于鏈的兩側(cè)，兩個模型

方向相同解析：方形表示的是含氮堿基，有A、T、G、C四種，沒有U，圓表示的是磷酸，五邊形表示的是脫氧核糖，在DNA單鏈中，脫氧核苷酸之間通過3，5—磷酸二酯鍵相連，即別針應(yīng)連接在一個脫氧核苷酸的五邊形和另一個脫氧核苷酸的圓上，而不是兩個圓之間，兩條DNA單鏈模型的位置關(guān)系應(yīng)為反向平行。答案：C(2)DNA的一條單鏈中A＋G/T＋C＝0.4，上述比例在其互

補(bǔ)單鏈和整個DNA分子中分別是(

)A．0.4和0.6

B．2.5和1.0C．0.4和0.4 D．0.6和1.0解析：DNA的一條單鏈中A＋G/T＋C的比，其實(shí)質(zhì)是嘌呤堿基與嘧啶堿基之比。在DNA雙鏈中嘌呤堿基與嘧啶堿基之比為1，但DNA一條鏈中的嘌呤堿基與嘧啶堿基與另一條鏈中嘌呤堿基與嘧啶堿基之比互為倒數(shù)，如DNA的一條單鏈中A＋G/T＋C＝n，則另一條互補(bǔ)鏈中的A＋G/T＋C＝1/n。答案：B探究1.DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)有哪些？[提示]

①DNA分子是由兩條鏈組成的，這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。②DNA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)。③DNA分子兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對，堿基配對遵循堿基互補(bǔ)配對原則，即A與T配對，C與G配對。探究2.如何理解DNA分子的穩(wěn)定性？[提示]

DNA分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是指雙螺旋結(jié)構(gòu)的相對穩(wěn)定性。與這種穩(wěn)定性有關(guān)的因素主要有以下幾點(diǎn)：①DNA分子中脫氧核糖和磷酸交替連接的方式穩(wěn)定不變。②DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)中間為堿基對，堿基與堿基之間形成氫鍵，從而維持了雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。③DNA分子兩條鏈間堿基互補(bǔ)配對的原則嚴(yán)格不變。④每個特定的DNA分子中堿基對的數(shù)量和排列順序穩(wěn)定不變。探究3.DNA復(fù)制需要哪些基本條件？[提示]

①模板：解旋的親代DNA分子的兩條單鏈分別作模板。②原料：游離的四種脫氧核苷酸。③能量：通過水解ATP提供。④酶：是指一個酶系統(tǒng)。不僅僅是指解旋酶，還包括DNA聚合酶等。探究4.討論生物界DNA復(fù)制的場所是什么？[提示]

在自然狀態(tài)下，只能在細(xì)胞內(nèi)復(fù)制。①真核生物：主要在細(xì)胞核內(nèi)，線粒體和葉綠體內(nèi)也可進(jìn)行。②原核生物：主要在擬核，也可以在細(xì)胞質(zhì)(如質(zhì)粒的復(fù)制)中進(jìn)行。③DNA病毒：在活的宿主細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行。探究5.試總結(jié)DNA復(fù)制過程所需原料數(shù)量的計(jì)算公式。(1)DNA雙鏈中，含某堿基x個，復(fù)制n次，則需加入含該堿基的脫氧核苷酸的分子數(shù)等于

個。(2)若DNA雙鏈中，含某堿基x個，第n次復(fù)制，則需加入含該堿基的脫氧核苷酸的分子數(shù)等于

個。(2n－1)·x2n－1·x[例1]

已知某DNA分子含有1000個堿基對，其中一條鏈上A∶G∶T∶C＝1∶2∶3∶4。該DNA分子連續(xù)復(fù)制兩次，共需要鳥嘌呤脫氧核苷酸分子數(shù)是(

)A．600個B．900個C．1200個D．1800個[解析]

DNA分子中含有2000個堿基，又知其中一條鏈中A∶G∶T∶C＝1∶2∶3∶4。該DNA分子中A＝T，C＝G，則求出該DNA分子中鳥嘌呤脫氧核苷酸分子數(shù)為600，該DNA分子連續(xù)復(fù)制兩次，共需要鳥嘌呤脫氧核苷酸分子數(shù)為(22－1)×600＝1800個。[答案]

D

[例2]

(2010·北京高考)科學(xué)家以大腸桿菌為實(shí)驗(yàn)對象，運(yùn)用同位素示蹤技術(shù)及密度梯度離心方法進(jìn)行了DNA復(fù)制方式的探索實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果見下表。組別1組2組3組4組培養(yǎng)液中唯一氮源14NH4Cl15NH4Cl14NH4Cl14NH4Cl繁殖代數(shù)多代多代一代兩代培養(yǎng)產(chǎn)物ABB的子Ⅰ代B的子Ⅱ代操作提取DNA并離心離心結(jié)果僅為輕帶(14N/14N)僅為重帶(15N/15N)僅為中帶(15N/14N)1/2輕帶(14N/14N)1/2中帶(15N/14N)請分析并回答：(1)要得到DNA中的N全部被放射性標(biāo)記的大腸桿菌B，必須經(jīng)過________代培養(yǎng)，且培養(yǎng)液中的________是唯一氮源。(2)綜合分析本實(shí)驗(yàn)的DNA離心結(jié)果，第________組結(jié)果對得到結(jié)論起到了關(guān)鍵作用，但需把它與第________組和第________組的結(jié)果進(jìn)行比較，才能說明DNA分子的復(fù)制方式是________。(3)分析討論：①若子Ⅰ代DNA的離心結(jié)果為“輕”和“重”兩條密度帶，則“重帶”DNA來自________，據(jù)此可判斷DNA分子的復(fù)制方式不是________復(fù)制。②若將子Ⅰ代DNA雙鏈分開后再離心，其結(jié)果________(選填“能”或“不能”)判斷DNA的復(fù)制方式。③若在同等條件下將子Ⅱ代繼續(xù)培養(yǎng)，子n代DNA離心的結(jié)果是：密度帶的數(shù)量和位置________，放射性強(qiáng)度發(fā)生變化的是________帶。④若某次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果中，子Ⅰ代DNA的“中帶”比以往實(shí)驗(yàn)結(jié)果的“中帶”略寬，可能的原因是新合成DNA單鏈中的N尚有少部分為________。[解析]

經(jīng)過一代培養(yǎng)后，只能是標(biāo)記DNA分子的一條單鏈，所以要想對所有的DNA分子全部標(biāo)記，要進(jìn)行多代培養(yǎng)；在探究DNA分子的復(fù)制方式為半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)中，“重帶”應(yīng)為兩個單鏈均被15N標(biāo)記，“輕帶”為兩個單鏈均被14N標(biāo)記，“中帶”為一個單鏈被14N標(biāo)記，另一個單鏈被15N標(biāo)記。[答案]

(1)多15N(15NH4Cl)(2)3

1

2半保留復(fù)制(3)①B半保留②不能③沒有變化輕④15N(4)規(guī)律四：DNA分子的a鏈中(A＋T)占a鏈堿基總數(shù)的百分比＝b鏈中(A＋T)占b鏈堿基總數(shù)的百分比＝DNA雙鏈中(A＋T)占雙鏈中堿基總數(shù)的百分比，簡式為：(A＋T)a＝(A＋T)b＝(A＋T)DNA；同理，G＋C的簡式為：(G＋C)a＝(G＋C)b＝(G＋C)DNA。2．DNA分子的半保留復(fù)制有關(guān)計(jì)算的規(guī)律已知某一全部N原子被15N標(biāo)記的DNA分子(0代)，轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)(復(fù)制)若干代，其結(jié)果分析如下表：世代DNA分子的特點(diǎn)DNA中脫氧核苷酸鏈的特點(diǎn)分子總量細(xì)胞中的DNA分子在離心管中位置不同DNA分子占全部DNA分子之比鏈總數(shù)不同脫氧核苷酸鏈占全部鏈之比15N分子含14N、15N雜種分子含14N分子含15N的鏈含14N的鏈01全在下部121解題時(shí)需注意：①在DNA復(fù)制時(shí)，邊解旋、邊合成、邊復(fù)制，多個起始點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行，節(jié)省時(shí)間，效率高。②新合成的