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第2讲DNA分子的结构与复制一、DNA分子的结构1．DNA双螺旋结构特点(1)两条链________盘旋成双螺旋结构。(2)__________和__________交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；__________排列在内侧。(3)两条链上的碱基通过__________连接成碱基对。2．碱基互补配对原则A(腺嘌呤)一定与________配对；G(鸟嘌呤)一定与__________配对。知识梳理二、DNA分子的复制自主核对：一、1.反向平行脱氧核糖磷酸碱基氢键2．T(胸腺嘧啶)C(胞嘧啶)二、亲代DNA子代DNA有丝分裂减数第一次分裂细胞核DNA的两条链脱氧核苷酸ATP解旋酶解旋子代DNA分子边解旋边复制半保留子代DNA分子遗传信息的连续性1．DNA的复制与DNA的结构有何联系？2．DNA复制的方式和特点有何实验证据？考点1DNA分子的结构1．DNA分子的组成和结构(1)基本元素组成：C、H、O、N、P五种元素。(2)基本组成单位——4种脱氧核苷酸。腺嘌呤(A)…………腺嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤(G)…………鸟嘌呤脱氧核苷酸胞嘧啶(C)…………胞嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶(T)………胸腺嘧啶脱氧核苷酸考点突破(3)DNA分子的组成层次(4)平面结构——两条脱氧核苷酸长链反向平行(5)DNA双螺旋结构①DNA分子是由两条脱氧核苷酸长链，按反向平行(指一条链的起点为磷酸，另一条链的起点为脱氧核糖)方式盘绕成双螺旋结构。②基本骨架由磷酸和脱氧核糖交替连接而成。③中间的碱基严格按碱基互补配对原则(A与T配对，G与C配对)形成碱基对。④DNA分子中，脱氧核苷酸数∶脱氧核糖数∶磷酸数∶含氮碱基数＝1∶1∶1∶1。2．DNA分子的多样性与特异性(1)多样性：碱基对(或脱氧核苷酸对)排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性。(2)特异性：每个DNA分子的碱基对的排列顺序是特定的。(3)与生物多样性的关系：DNA多样性决定,蛋白质多样性体现,生物多样性。应用指南1．DNA分子结构具有相对的稳定性是DNA作为遗传物质的基本条件之一，但其稳定性的原因并不是脱氧核糖与磷酸的交替连接。2．碱基对的排列顺序代表了遗传信息，因此DNA具有储存遗传信息的功能，而且信息量极大。若一DNA分子由n个碱基对构成，则可代表的遗传信息有4n种(注：n是碱基对的数量)。3．决定DNA分子特异性的是A＋TG＋C。4．DNA分子的多样性和特异性从分子水平上解释了生物体具有多样性和特异性的原因。5．碱基互补配对原则的推论①规律一：一个双链DNA分子中，A＝T、C＝G、A＋G＝C＋T，即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。②规律二：在双链DNA分子中，互补的两碱基和(如A＋T或C＋G)占全部碱基的比等于其任何一条单链中该种碱基比例的比值，且等于其转录形成的mRNA中该种比例的比值。④规律四：DNA双链中，一条单链的A＋TG＋C的值，与另一条互补链的A＋TG＋C的值是相等的，也与整个DNA分子中的A＋TG＋C的值是相等的。③规律三：在DNA双链中一条单链的A＋GT＋C的值与另一条互补单链的A＋GT＋C的值互为倒数关系。例1下图是四位同学制作的DNA分子结构模型，其中正确的是()[解析]构成DNA分子的基本结构单位是脱氧核苷酸，每分子的脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子的脱氧核糖和一分子的含氮碱基组成，磷酸是连接在脱氧核糖的第五位碳原子上，碱基是连接在第一位碳原子上。脱氧核苷酸之间是通过磷酸二酯键相联系的，一个分子的脱氧核苷酸的磷酸基与另一个脱氧核苷酸分子的脱氧核糖(第三个碳原子上基团)形成磷酸二酯键。[答案]B对点训练1已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的35.8%，其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%，则在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的()A．32.9%和17.1%B．31.3%和18.7%C．18.7%和31.3%D．17.1%和32.9%解析：由于整个DNA分子中G＋C＝35.8%，则每条链中G＋C＝35.8%，A＋T＝64.2%；由于其中一条链中T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%，由此可以求出该链中，G＝18.7%，A＝31.3%，则其互补链中T和C分别占该链碱基总数的31.3%和18.7%。答案：B考点2DNA的半保留复制1．复制场所：主要场所是细胞核，但在拟核、线粒体、叶绿体、细胞质基质(如质粒)中也进行DNA复制。2．复制条件复制除模板、原料、能量、酶外，还需相对稳定的细胞内部条件以保证酶的活性，如：一定的温度、pH等。3．同位素示踪法和离心技术证明DNA的半保留复制(或DNA分子连续复制的计算规律)已知某一DNA分子用15N标记(0代)，将含有该标记DNA分子的细胞(或某种细菌)转移到只含14N的培养基中培养(进行DNA复制)若干代后，其DNA分子数、脱氧核苷酸链数及相关比例如下表：DNA分子的特点DNA中脱氧核苷酸链的特点不同DNA分子占全部DNA分子之比不同脱氧核苷酸链占全部链之比世代分子总数细胞中的DNA分子在离心管中的位置只含15N分子含14N、15N杂种分子只含14N分子链总数含15N的链含14N的链01全在下部12112全在中部1412122412中12上1212814343814中34上1434161878n2n22n中1－22n上22n(或12n－1)1－22n2n＋112n1－12n应用指南1．复制的“精确性”：DNA分子之所以能自我复制，取决于DNA的双螺旋结构，它为复制提供了模板；同时，由于碱基具有互补配对的特性，因此能确保复制的完成。2．复制“差错”：在复制过程中，脱氧核苷酸序列具有相对的稳定性，但也可能发生差错即发生碱基对的增添、缺失或改变——基因突变。这种稳定性与可变性的统一，是生物遗传和变异的物质基础和根本原因。3．用3H标记的噬菌体n个，侵染大肠杆菌，在普通培养基中培养一段时间后，统计得知培养基中共有噬菌体后代m个，则此时培养基中含被标记的噬菌体比为2n/m。例2DNA分子经过诱变，某位点上的一个正常碱基(设为P)变成了尿嘧啶。该DNA连续复制两次，得到的4个子代DNA分子相应位点上的碱基对分别为U－A、A－T、G－C、C－G。推测“P”可能是()A．胸腺嘧啶B．腺嘌呤C．胸腺嘧啶或腺嘌呤D．胞嘧啶[解析]根据半保留复制的特点，DNA分子经过两次复制后，突变链形成的两个DNA分子中含有U—A、A—T碱基对，而另一条正常链形成的两个DNA分子中含有G—C、C—G碱基对，因此替换的可能是G，也可能是C。[答案]D对点训练2近10年来，PCR技术(聚合酶链式反应)成为分子生物学实验室的一种常规手段，其原理是利用DNA半保留复制，在试管中进行DNA的人工复制(如下图)，在很短的时间内，将DNA扩增几百万倍甚至几十亿倍，使实验室所需的遗传物质不再受限于活的生物体。(1)加热使DNA双链打开，这一步是打开__________键，称为__________，在细胞中是在__________酶的作用下完成的。(2)当温度降低时，引物与模板末端结合，在DNA聚合酶的作用下，引物沿模板延伸，最终合成2条DNA分子，此过程中原料是__________，遵循的原则是________________。(3)“PCR”技术的必需条件，除了模板、原料、ATP、酶以外，至少还有三个条件，即液体环境、适宜的__________和__________。(4)假设一个模板DNA分子中有800个碱基对，其中含有腺嘌呤600个，若通过PCR技术共消耗周围环境中游离的胞嘧啶脱氧核苷酸6200个，则该模板DNA在PCR扩增仪中已经复制了__________次。答案：(1)氢解旋解旋(2)脱氧核苷酸碱基互补配对原则(3)温度酸碱度(4)5解析：DNA打开双链的过程是断开氢键，是在细胞内解旋酶的作用下完成；四种脱氧核苷酸是合成DNA的原料，合成过程以碱基互补配对为原则；“PCR”技术是通过酶的催化作用完成的，需要适宜的温度和pH。由已知条件可计算出每个DNA分子中含胞嘧啶脱氧核苷酸200个，通过PCR技术共消耗游离的胞嘧啶脱氧核苷酸6200个，即产生了DNA分子6400200＝32个，共复制了5次。考点3实验面面观：实验结果、结论的预测与分析有些实验的结果可以直接用肉眼观察出来，而很多实验是化学反应类型，肉眼观察不到，应该考虑加入指示剂，借助颜色变化或仪器辅助观察。实验结果可采用文字、表格、坐标曲线等方式描述。1．实验结果的预测实验结果是由实验变量而引起的变化，而实验结论是根据实验结果作出的一种推论。一个正确的实验设计应达到实验目的，即得出的结论就是实验目的。特别注意弄清实验的目的是“验证”还是“探究”。如果是“验证型”的实验，如“验证……”、“证明……”都可预测到与实验目的一致的结果。联系实验目的得出结论。结论是合理的、科学的、肯定的。不少结论是在实验要验证的内容中寻找。(此时一般只有一个结果和相应的结论，且结论与实验目的相对应)。若是“探究型”的实验，如“探究……”预测的实验结果不唯一，大多有三种可能：“变量促进结果；变量抑制结果；变量与结果无关”，或“全肯定；全否定；一肯定一否定”等。2．观察变量的确定因变量与观察变量有时是不同的，对于因变量不能直接观察的，应该通过相应手段转换，将因变量间接展现出来，便于观察。如细胞分裂中染色体可以通过染色、借助显微镜观察，呼吸强度可通过测定密闭装置中气压变化来表现等。3．实验结论的归纳提炼实验结果是实验所得到的直观现象，如测得的有关数据，实验对象呈现的特殊颜色、气味、形态、生理等方面的变化，因此实验结果应是对实验现象的直接陈述。而实验结论是在实验结果的基础上，根据已有知识的合理迁移，通过推理和判断，得出的关于生命现象最本质的认识。如“鉴定葡萄糖是可溶性还原糖”的实验中，葡萄糖与斐林试剂共热后出现砖红色沉淀，这是实验结果，“葡萄糖是可溶性还原糖”则是实验结论。例3某校一个生物活动小组要进行研究性学习，对生物学史上的经典实验进行验证。这个小组借助某大学的实验设备，对有关DNA复制的方式进行探索，有人认为DNA是全保留复制，也有人认为DNA是半保留复制。为了证明这两种假设，这个小组设计了下列实验程序，请完成实验并对结果进行预测。实验步骤：第一步：在氮源为14N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14N—DNA；在氮源为15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为15N—DNA。用某种离心方法分离得到的结果如图所示，其DNA分别分布在轻带和重带上。第二步：将亲代大肠杆菌(含15N)转移到含14N的培养基上繁殖一代(I)，请分析：如果DNA出现__________，则是全保留复制；如果DNA出现__________，则是半保留复制。第三步：为了进一步验证第二步的推测结果，将亲代大肠杆菌(含15N)转移到含14N的培养基上连续繁殖两代(Ⅱ)，请分析：如果DNA出现__________，则是全保留复制；如果DNA出现__________，则是半保留复制。[解析]亲代大肠杆菌(含15N)转移到含14N的培养基上繁殖一代(I)后，全保留复制的话，2个DNA分子中1个DNA是14N－DNA、另外1个DNA是15N－DNA，故一半在轻带位置，一半在重带位置；半保留复制的话，2个DNA分子中都是各一条链含14N、一条链含15N，故全部位于中带位置。亲代大肠杆菌(含15N)转移到含14N的培养基上连续繁殖两代(Ⅱ)后，全保留复制的话，4个DNA分子中1个DNA是15N—DNA、另外3个DNA是14N—DNA，故3/4在轻带位置，1/4在重带位置；半保留复制的话，2个DNA分子中都是各一条链含14N、一条链含15N，另2个DNA分子全是14N—DNA，故一半在中带位置，一半在轻带位置。[答案]一半在轻带位置，一半在重带位置全部位于中带位置3/4在轻带位置，1/4在重带位置一半在中带位置，一半在轻带位置例1DNA分子一个碱基对改变没有改变DNA分子的结构()A．正确B．不正确错因分析对DNA分子结构