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DNA分子的结构、复制、基因是有遗传效应的DNA片段


第二节

DNA分子的结构

一、DNA的结构
1、元素组成:C、 H 、O 、N 、P 磷酸 2、基本单位: 4种脱氧核苷酸 脱氧核糖 含氮碱基

P
脱氧核糖 含氮碱基

脱氧核苷酸

(3)化学结构:4种脱氧核苷酸聚合成为脱氧核 苷酸链。 (4)空间结构:两条脱氧核苷酸链按 反向平行 脱氧核糖 和磷酸 方式盘旋成双螺旋结构; 交替连接,排列在外侧,构成基本骨架, 碱基之间通过氢键按照 碱基互补配对 原 则构成碱基对,排列在内侧。

A C

T G

碱基对 另一碱基对 氢键

嘌呤和嘧啶之间通过氢键配对,形成碱 基对,且A只和T配对、C只和G配对,这种碱 基之间的一一对应的关系就叫做碱基互补配 对原则。

DNA模型分析
P
5 o 3 2

反向平行
3 4

P

5 0 4 1

2

3 4

T

P
G P C

P
C P

DNA的平面结构

P

3

2

1 0 5

P

T A

4

1

A

2 1

0 5

磷酸
脱氧核糖

含氮碱基

为什么只能是A配T,G配C,不能 是A配C,G配T?

(1)A的量总是等于T的量,G 的量总是等于C的量. (2)A与T通过两个氢键相连, G与C通过三个氢键相连, 使DNA的结构更加稳定.

(1)每个DNA片段中,游离的磷酸基团有2个。 (2) 磷酸、脱氧核糖、含氮碱基 之间的数量关系 1∶1∶1。 (3)磷酸和脱氧核糖之间的化学键为磷酸二酯键, 用限制性核酸内切酶处理可切断,用DNA连接酶处理 可连接。 (4)碱基对之间的化学键为氢键,可用解旋酶断裂, 也可加热断裂。 (5)除链端外每个脱氧核糖连接着2个磷酸,分别 在3号、5号碳原子上相连接。

走进高考1

(2009· 广东)(多选)有关DNA分子结

构的叙述,正确的是(

A.DNA分子由4种脱氧核苷酸组成? B.DNA单链上相邻碱基以氢键连接? C.碱基与磷酸基相连接? D.磷酸与脱氧核糖交替连接构成DNA链的基本骨架?

AD

)?

二、DNA的结构特性 (1)稳定性:脱氧核糖与磷酸交替排列形成 的基本骨架和碱基互补配对的方式不变。 (2)多样性:碱基对的排列顺序千变万化。 若某DNA分子中有n个碱基对,则排列顺序 有4n种,其中n代表碱基对数。一个最短的 DNA分子也大约有4000个碱基对,可能的排 列方式有44000种。有n个碱基,排列顺序有 多少种? (3)特异性:每个DNA分子中碱基对的特定排 列顺序,构成了每个DNA分子的特异性。

三、DNA分子中各种碱基的数量关系
1、双链DNA分子中: A=T, G=C; 即 A+G= T+C = A+C =T+G

两个互补的碱基相等,两个不互 补的碱基之和相等,占碱基总数 的50%

2、设DNA一条链为1链,互补链为2 链。根据碱基互补配对原则, DNA双 链 可知:A =T , A =T , G1 = C2 , G2 =C1
1 2 2 1 A1 T1

T2 A2

注意:在单链DNA中,A 不一定等于T; G也不一 定等于C

G1
C1

C2
G2

3.在一个双链DNA分子中,某碱基占 全部碱基总数的百分数等于两条链 上该碱基占该链碱基总数的比例的 平均值。

走进高考2

(2010· 上海)细胞内某一DNA片段中有

30%的碱基为A,则该片段中(
A.G的含量为30%? B.U的含量为30%?

C

)?

C.嘌呤含量为50%?
D.嘧啶含量为40%?

一、DNA分子的复制 1.概念:以亲代DNA分子为模板,合成子 代DNA分子的过程。 2.时间: 有丝分裂间期和减数第一次分裂 间期。 3.条件: (1)模板:两条母链。 (2)原料:四种游离的脱氧核苷酸。 (3)能量:ATP。 (4)酶:DNA解旋酶、DNA聚合酶。

? 4、复制场所:主要是细胞核,但在拟核,叶绿 体,线粒体中也可复制。

5.过程 解旋:在解旋酶的作用下,把两条螺旋的双链
解开;

合成子链:以解开的每一条母链为模板,各自
合成与母链互补的子链; 形成子代DNA:每一条子链与对应的母链盘旋 成双螺旋结构,形成两个新完全相同的DNA分子。

6.DNA复制的特点:
(1)边解旋边复制; (2)半保留复制:新合成的每个DNA分子中,都保留了原来 DNA分子中的一条链。

7.DNA复制结果:一个亲代DNA分子形成了两个完全相同
的子代DNA分子。

8.DNA复制的意义:
? DNA分子通过复制,使遗传信息从亲代传给子代,保持了遗 传信息的连续性

9.DNA分子复制的准确性取决于:
(1)DNA独特的双螺旋结构,为复制提供了精确的模板; (2)严格按照碱基互补配对原则,因此能确保复制精确的完成。 偶然情况也会出现复制差错,导致基因突变,为进化提供原材 料。

二、DNA 半保留复制的实验证据
(1)方法:同位素示踪技术及密度梯度离心法。 (2)实验过程:以含 15NH4Cl 的培养液来培养大肠杆菌,让
大肠杆菌繁殖几代,再将大肠杆菌转移到 N 的普通培养液中。
14

然后,每隔一段时间收集大肠杆菌并提取 DNA,进行密度梯度离心, 记录不同质量的 DNA 在离心管中的位置及比例。

大肠 杆菌 亲代 第1代 第2代 第3代 第4代

在离心管中的 位置比例 下层 中层 1 中层∶1 上层 1 中层∶3 上层 1 中层∶7 上层
15

DNA 分子
15

N N N N
14 14 14

15

15

中层 N N,上层 N N 中层 N N,上层 N N 中层 N N,上层 N N
15 14 14 14 15 14 14 14

14

(3)结论:DNA 分子复制为半保留复制。

DNA的半保留复制
? 15N N15

?

15N N14 15N

N14

?

15N N1414N N14 15N N14 14N N14

DNA分子复制的相关计算
DNA 分 子 的 复 制 为 半 保 留复制, 一个 DNA 分子复制 n 次,则有: (1)DNA 分子数: ①子代 DNA 分子数= 2n ② 含 有 亲 代 DNA 链 的 子 代 DNA 分子数= 2 ③ 不 含 亲 代 链 的 子 代 DNA 分子数= 2n-2 ④ 只 含 亲 代链 的 DNA 分 子数= 0

(2)脱氧核苷酸“链”数: 2n+1 ①子代 DNA 分子中脱氧核苷酸链数= ②亲代脱氧核苷酸链数= 2 (2n+1-2) ③新合成的脱氧核苷酸链数= (3)消耗的脱氧核苷酸数: 若一亲代 DNA 分子含有某种脱氧核苷酸 m 个,经过 n m×(2n-1) 次复制需要消耗游离的该种脱氧核苷酸数目为 。

3.DNA 碱基的计算 (1)嘌呤总数与嘧啶总数相等,即 A+G=T+C。 (2)在双链 DNA 分子中, 互补碱基之和所占比例在任意一 条链及整个 DNA 分子中都相等。 设在双链 DNA 分子中有一条链上(A1+T1)%=n%,因为 A1=T2,A2=T1,则:(A1+T1)%=(A2+T2)%=n%。 ?A1+A2+T1+T2?% n%+n% 所以(A+T)%= = =n%。 2 2 简记为“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相 等”。

(3)双链 DNA 分子中, 非互补碱基之和所占比例在两条互 补链中互为倒数。 A1+G1 设双链 DNA 分子中,一条链上: =m, T1+C1 A1+G1 T2+C2 A2+G2 1 则: = =m,∴互补链上 =m。 T1+C1 A2+G2 T2+C2 简记为:“DNA 两互补链中,不配对两碱基和的比例乘 积为 1。”

规律二 跟据碱基互补配对及亲子代DNA完
全相同规律来计算
已知DNA中某种脱氧核苷酸数,求 第 n次复制 需游离脱氧核苷酸数。 需要某种游离脱氧核苷酸数= ( 数 或2n/2x亲代DNA中该种脱氧核苷酸数。

2n

2n-1 — 1 )×亲代DNA中该种脱氧核苷酸

一个DNA复制n次后,得到( 2n ) 个子代DNA.子代DNA分子中有 ( 2 )个DNA分子含有亲代DNA 2 母链,有( )条亲代DNA母 链。

走进高考3 ?

(09· 江苏)如图为真核生物染色体上

DNA分子复制过程示意图,有关叙述错误的是(

A

)?

A.图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的? B.图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的? ? C.真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶? D.真核生物的这种复制方式提高了复制速率?

染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸四者的关系 第4节 基因是有遗传效应的DNA片段

一、基因是有遗传效应的DNA片段 1.基因与DNA的关系 (1)基因是有 遗传效应的DNA片段。 (2)每个DNA分子含有多 个基因。 (3)DNA分子中存在不是基因的片段。 2.DNA片段中的遗传信息 遗传信息 (1)DNA分子能够储存足够量的 。 (2)遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中。 (3)DNA分子的多样性源于碱基排列顺序 的多 样性。 (4)DNA分子的特异性源于每个DNA分子的碱 基的特定的排列 顺序。

3.基因与性状的关系 基因是控制生物性状的结构单位和功能单位。 4.生物体多样性和特异性的物质基础: DNA分子的多样性和特异性。

染色体是DNA的 主要载体

染色体
每个染色体上有一个 或两个DNA分子

DNA是主要的 遗传物质

DNA
每个DNA分子 上有许多基因

基因是有遗传效应 的DNA片断

基因
每个基因由许多脱氧核苷 酸组成

基因中的脱氧核苷酸排 列顺序代表着遗传信息

脱氧核苷 酸

关系

内容

基因与脱氧核苷 酸

基因的基本组成单位是脱氧核苷酸,每个基因含有成百上千个 脱氧核苷酸。基因中脱氧核苷酸的排列顺序称为遗传信息

基因与DNA

基因是有遗传效应的DNA片段,每个DNA分子上有很多个基因

基因与染色体

基因在染色体上呈线性排列,染色体是基因的主要载体,基因 还存在于叶绿体和线粒体中

基因与生物性状

基因不仅可以通过复制把遗传信息传递给下一代,还可使遗传 信息以一定的方式反映到蛋白质的分子结构上来,从而使后代表 现出与亲代相似的性状。遗传学上把该过程叫做基因的表达

3.基因、染色体、蛋白质、性状的关系

包含关系可表示为:

4.基因的基本功能 (1)遗传信息的传递:发生在传宗接代过程中,通过复制 实现遗传信息由亲代到子代的传递。 (2)遗传信息的表达:发生在生物生命活动过程中,是通 过转录和翻译控制蛋白质合成的过程, 通过遗传信息的表达控 制生物的性状。

特别提醒 ①基因是遗传的结构和功能的基本单位, 其主要载体是染 色体,呈线性排列,线粒体和叶绿体也是基因的载体。 ②原核生物体内的基因是裸露的。

走进高考4

(2010· 山东理综)下列实例与基因的作用

无关的是(

A.细胞分裂素延迟植物衰老? B.极端低温导致细胞膜破裂? C.过量紫外线辐射导致皮肤癌? D.细菌感染导致B淋巴细胞形成效应B(浆)细胞?

B

)?

?

考向一 碱基互补配对原则及其应用 1.规律一:DNA 双链中的 A=T、G=C,两条互补链的 碱基数相等,任意两个不互补的碱基比例之和恒等,且占碱基 总数的 50%,即 A+G=T+C=A+C=T+G=50%。 2.规律二:非互补碱基数之和的比例在整个 DNA 分子 A+G 中为 1,在两条互链中互为倒数。如在一条链中 =a,则 T+C A+G 1 A+G 在互补链中 =a,而整个 DNA 分子中 =1。 T+C T+C

3.规律三:互补碱基数之和的比例在整个 DNA 分子及 A+T 任意一条链中都相等。如在一条链中 =m,则在其互补 G+C A+T 链及整个 DNA 分子中 =m。 G+C 4.规律四:在双链 DNA 及其转录的 RNA 之间,有下列 关系:设双链 DNA 中 a 链的碱基为 A1、T1、C1、G1,b 链的 碱基为 A2、T2、C2、G2,则 A1+T1=A2+T2=RNA 分子中(A +U)=1/2DNA 双链中的(A+T);G1+C1=G2+C2=RNA 分 子中(G+C)=1/2DNA 双链中的(G+C)。 注 以上原则及推论仅适用于双链 DNA 分子的碱基计 算,不适用于单链 DNA 分子的碱基计算。


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