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第3、4节DNA的复制•基因是有遗传效应的DNA片段1.概述DNA分子的复制。2.探讨DNA复制的生物学意义。3.举例说明基因是有遗传效应的DNA片段。4.运用数学方法说明DNA分子的多样性和特异性。5.说明基因和遗传信息的关系。思考：为什么照片中的两头鹿、两个女孩长得如此相像呢？一、对DNA分子复制的推测1.提出者_____________。2.内容(1)解旋：DNA分子复制时，DNA分子的_______解开，互补碱基之间的_____断裂。沃森和克里克双螺旋氢键模板：DNA分子解开的_________原料：游离的4种___________原则：_____________原则，重新形成_____(3)复制结果：每个新合成的DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的_______。(4)复制方式：_______复制。(2)复制两条单链脱氧核苷酸碱基互补配对氢键一条链半保留半保留复制全保留复制复制复制复制子一代子二代复制复制复制子一代子二代半保留复制时，子代DNA分子含有一条母链和一条新合成的子链。1.实验方法放射性同位素标记技术和离心技术。2.实验原理含15N的双链DNA密度大，含14N的双链DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA分子密度居中。3.实验假设DNA以半保留的方式复制。二、DNA半保留复制的实验证据分析(选学）4.实验预期离心后应出现3条DNA带。(1)重带(密度最大)：两条链都为15N标记的亲代双链DNA。(2)中带(密度居中)：一条链为14N标记，另一条链为15N标记的子代双链DNA。(3)轻带(密度最小)：两条链都为14N标记的子代双链DNA。5.实验过程(a)(b)(c)转入14N培养基中(a)立即取出(b)繁殖一代后取出(c)繁殖两代后取出轻带中带重带大肠杆菌在含有15N的培养基中生长若干代，使DNA双链充分标记提取DNA，进行密度梯度离心6.过程分析(1)立即取出，提取DNA→离心→全部重带。(2)繁殖一代后取出，提取DNA→离心→全部中带。(3)繁殖两代后取出，提取DNA→离心→1/2轻带、1/2中带。7.实验结论DNA的复制是以半保留方式进行的。8.重带(15N/15N)∶中带(15N/14N)∶轻带(14N/14N)(比例关系为0∶2∶(2n-2)(注：n代表DNA复制次数)三、DNA分子复制的过程1.概念以________为模板合成________的过程。2.时间细胞有丝分裂_____和减数第一次分裂前的_____。3.实质随着_______的复制而完成。亲代DNA子代DNA间期间期染色体4.过程所需条件：需图中酶［a］_______和能量结果：把两条螺旋的双链_____模板：模板是图中的链［b］_____原料：四种___________酶：图中酶［b］__________能量：____原则：_____________重新螺旋：每一条新链与其对应的模板链盘绕成___________解旋合成子链条件解旋酶解开母链脱氧核苷酸DNA聚合酶碱基互补配对双螺旋结构ATP5.结果形成两个_________的DNA分子。6.特点(1)_____________；(2)_______复制。7.准确复制的原因(1)DNA分子独特的_______结构提供了精确的模板。(2)通过_____________保证了复制的准确进行。8.意义将_________从亲代传给子代，保持了_________的连续性。完全相同边解旋边复制半保留双螺旋碱基互补配对遗传信息遗传信息模板：6.条件（亲代DNA分子的）两条母链。细胞中游离的4种脱氧核苷酸。ATP。DNA解旋酶，DNA聚合酶等。能量：酶：原料：边解旋边复制；半保留复制5.特点：模板原料能量酶双螺旋碱基互补配对DBDNA分子中碱基的计算规律1.DNA分子数、DNA链数与染色体和细胞的相关计算复制n代，总DNA分子数为2n,总DNA单链数为2n+1(1)通过上图总结DNA分子数、DNA链数所占比例：世代(所占比例)只含15N分子含14N、15N杂交分子只含14N分子含15N的链含14N的链010010第一代(结合图中c)0101/21/2第二代(结合图中f)01/21/21/43/4第n代02/2n1-2/2n1/2n1-1/2n大肠杆菌在含有15N的培养基中生长若干代，使DNA双链充分标记，再转入含14N培养基中，繁殖3代。(1)则含有15N的DNA分子所占的比例为()A.1/4B.1/3C.1/2D.1/8(2)含有14N的DNA单链所占的比例为（）A.13/14B.6/7C.7/8D.1/8AC练一练【变式备选2】1.细菌在15N培养基中繁殖数代后，使细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再移入14N培养基中培养，抽取其子代的DNA经高速离心分离，下图①～⑤为可能的结果，下列叙述错误的是()A.第一次分裂的子代DNA应为⑤B.第二次分裂的子代DNA应为①C.第三次分裂的子代DNA应为③D.亲代的DNA应为⑤A(2)与染色体、细胞数目相关的计算：研究DNA分子的半保留复制时，常涉及到计算后代带放射性标记的DNA、染色体或细胞所占比例的问题，此时要注意：①一个DNA分子含两条DNA链，只要有一条DNA链带标记该DNA分子便带标记，如上图中a、b、c均含有15N的标记。②每条染色体含一个(两条链中一条如图d)或两个DNA分子(四条链中有一条如图e)，只要有一条DNA链带标记便带标记。③每个细胞含多条染色体，每条染色体的情况是一样的，只需分析一条染色体(减数分裂时只需分析一对同源染色体)即可。2.所需脱氧核苷酸数的计算(1)不管复制多少次原来的DNA分子链都是两条。(2)复制后的DNA分子中和原DNA分子中各种碱基的含量是相同的。(3)经过n次复制后所得到的新DNA分子数为2n-1，经过n次复制，共需消耗游离的该脱氧核苷酸m·(2n-1)个。(4)每次复制后DNA分子数都是前一次的两倍，有一半是新增加的，所以第n次复制所增加的DNA分子数为2n-1，第n次复制时，需消耗游离的该脱氧核苷酸m·2n-1个。所需某种脱氧核苷酸数=增加的DNA分子数×每个DNA分子所含该脱氧核苷酸数【典例训练1】如图为某DNA分子片段，假设该DNA分子中有碱基5000对，A+T占碱基总数的34%，若该DNA分子在14N的培养基中连续复制2次，下列叙述正确的是()A.复制时作用于①处的酶为解旋酶B.复制2次需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸9900个C.④处指的是腺嘌呤核糖核苷酸D.子代中含15N的DNA分子占3/4B【典例训练2】用15N标记含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在含有14N的培养基中连续复制四次，其结果错误的是（）A.含有15N的DNA分子占1/8B.第四次复制过程中需要腺嘌呤脱氧核苷酸600个C.仅含有14N的DNA分子占7/8D.复制结果共产生16个DNA分子B1.大肠杆菌细胞的拟核有1个DNA分子，长度约为4700000个碱基对，在DNA分子上分布着4400个基因，每个基因的平均长度约为1000个碱基对。资料分析：结论：说明基因是DNA的片段。基因不是连续分布在DNA上，而是由碱基序列将其分隔开的。基因是DNA片段，但DNA片段不一定是基因；基因是DNA中的双链片段，不是其中的某一条链。2.把海蜇的绿色荧光基因转入鼠的体内，鼠体内出现了以前没有的荧光。结论：说明基因能控制生物的性状，即具有特定的遗传效应。3.人类基因组计划测定的是24条染色体（22条常染色体+X+Y）上的DNA的碱基序列。其中，每条染色体上有一个DNA分子。这24个DNA分子大约有31.6亿个碱基对，其中，构成基因的碱基数占碱基总数的比例不超过2%。结论：进一步明确基因是DNA的片段（明确基因的碱基数占DNA碱基数很小的一部分）。5.(2012·巴彦淖尔高一检测)“人类基因组计划”最新研究表明人类24条染色体上含有3万～4万多个蛋白质编码基因，这一事实说明()A.基因是DNA上有遗传效应的片段B.基因是染色体C.一个DNA分子上有许多个基因D.基因只存在于染色体上【解析】选C。24条染色体上含有3万～4万个基因说明一条染色体含有许多个基因；由于材料内容有限而不能说明基因只存在于染色体上。4.近年来的科学研究发现，小鼠体内HMGIC基因与肥胖直接相关。小鼠没有HMGIC基因，就没有肥胖的表现，有HMGIC基因就有肥胖表现。结论：进一步明确基因具有特定的遗传效应。基因是具有遗传效应的DNA片段，是控制生物性状的遗传物质的结构单位和功能单位。小结：三、说明基因与DNA分子关系的实例通过以上资料说明基因与DNA的关系：①资料1、3说明一个DNA分子上有_________。②资料2、4说明每一个基因都是__________片段，基因具有特定的_________。许多基因特定的DNA遗传效应（二）资料分析讨论1.生物体的DNA分子数目小于基因数目。生物体内所有基因的碱基总数小于DNA分子的碱基总数。这说明基因是DNA的片段，基因不是连续分布在DNA上的，而是由碱基序列将其分隔开的。2.提示：如能使生物体发出绿色荧光、控制人和动物体的胖瘦，等等。3.基因是有遗传效应的DNA片段。四、对基因的理解脱氧核苷酸、基因、DNA和染色体关系图解6.下列物质或结构从简单到复杂的顺序是()A.基因→脱氧核苷酸→染色体→DNAB.基因→DNA→脱氧核苷酸→染色体C.脱氧核苷酸→基因→染色体→DNAD.脱氧核苷酸→基因→DNA→染色体【解析】选D。脱氧核苷酸是组成DNA和基因的基本单位；基因是具有遗传效应的DNA片段；染色体是由DNA和蛋白质构成的，所以它们由简单到复杂的顺序是脱氧核苷酸→基因→DNA→染色体。探究五、DNA片段中的遗传信息1.碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性，而碱基特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性。DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。2.在人类的DNA分子中，核苷酸序列多样性表现为每个人的DNA几乎不可能完全相同，因此，DNA可以像指纹一样用来鉴别身份。3.可以从进化的角度来分析基因为什么不能是碱基的随机排列。五、DNA片段中的遗传信息1．遗传信息的概念遗传信息是指构成DNA分子的脱氧核苷酸的排列顺序(也可说DNA分子中碱基对的排列顺序)，DNA分子能够储存足够量的遗传信息。2．遗传信息的多样性构成DNA分子的碱基只有4种，配对方式只有2种，但是碱基对的数目却可以成千上万，形成的碱基对的排列顺序也可以千变万化(4n种，n表示碱基对数)，从而构成了DNA分子的多样性，也决定了遗传信息的多样性。3．遗传信息的特异性每个特定的DNA分子中都具有特定的碱基对排列顺序，而特定的碱基对排列顺序中有遗传效应的片段代表遗传信息，所以每个特定的DNA分子中都储存着特定的遗传信息，这种特定的碱基对排列顺序就构成了DNA分子的特异性。模板：（亲代DNA分子的）两条母链。细胞中游离的4种脱氧核苷酸。ATP。DNA解旋酶，DNA聚合酶等。能量：酶：原料：碱基互补配对原则原则：1.DNA复制2.遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中；碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性，而碱基的特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性；DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。DNA分子上分布着多个基因。3.基因是有遗传效应的DNA片段。基础题1.（1）√；（2）×。2.C。3.提示：从遗传物质必须具备的条件来分析：（1）在细胞增殖过程中能够精确地进行复制；（2）能够控制生物体的性状；（3）能够贮存足够量的遗传信息；（4）结构比较稳定。拓展题1.提示：并非任何一个DNA片段都是基因，只有具有遗传效应的DNA片段才是基因。2.提示：DNA包括基因与非基因的碱基序列。3.提示：这一观点是有道理的。但在日常生活中，如报刊、杂志、广播等传播媒体常将基因与DNA这两个概念等同使用，因此在具体情况中，要留意区分。（四）