DNA分子结构与复制及基因概念.ppt

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1、高中生物多媒体教学课件,DNA分子的结构和复制,一、DNA的化学结构,脱氧 核糖,碱基,磷酸,A,G,C,T,2、组成的基本单位,1、组成元素：,脱氧核苷酸,C、H、O、N、P,2,4,3,1,5,腺嘌呤脱氧核苷酸,鸟嘌呤脱氧核苷酸,胞嘧啶脱氧核苷酸,胸腺嘧啶脱氧核苷酸,3、脱氧核苷酸的种类,4、碱基互补配对原则,（腺嘌呤）A,T（胸腺嘧啶）,-,（鸟嘌呤）G,-,C（胞嘧啶）,-,-,5、DNA的平面结构,连 接,注意：一个双链DNA分子中只含有2个游离的磷酸基团，且分布在DNA分子的两条链上，其余磷酸基团都与2个脱氧核糖通过磷酸二酯键相连接。,1、配对的碱基，A与T之间形成两个氢键， G与

2、C之间形成三个氢键。CG比例越大， DNA结构越稳定。 2、脱氧核苷酸聚合形成长链的过程中产生水，即脱氧核苷酸DNAH2O。 3、DNA分子结构可简记为：5种元素，4种碱基(脱氧核苷酸)，3种小分子，2条长链，1个双螺旋。 4、每个DNA片段中，游离的磷酸基团有2个，且分布在DNA分子的两条链上。,5、脱氧核苷酸、磷酸、脱氧核糖、含氮碱基之间的数量关系是1111。 6、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。 7、碱基与碱基之间的化学键为氢键，可用解旋酶断裂，也可加热断裂。 8、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。

3、 9、若碱基对为n，则氢键数为2n3n之间，若已知A有m个，则氢键数为3nm。,6、空间结构,-,-,-,-,发现：,DNA的空间结构 （规则的双螺旋结构）,特点,DNA分子的两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。 DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。 DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，且遵循碱基互补配对原则。,记忆口诀：空间结构双螺旋，糖酸成链两相间， 碱基配对靠氢键，A-T、G-C必相连,1953年，沃森（美国）、克里克（英国）,1稳定性：DNA分子两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序和两条链之间碱基互补配对的方式是稳定不变的，从

4、而导致DNA分子的稳定性。 2多样性：DNA分子中碱基相互配对的方式虽然不变，但长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的。如一个最短的DNA分子大约有4000个碱基对，这些碱基对可能的排列方式就有 44000102408种。实际上构成DNA分子的脱氧核苷酸数目是成千上万的，其排列种类几乎是无限的，这就构成了DNA分子的多样性。,7、DNA分子的特性（见导学70页）,3特异性：每个特定的DNA分子都具有特定的碱基排列顺序，这种特定的碱基排列顺序就构成了DNA分子自身严格的特异性。 4DNA分子的多样性和特异性不矛盾：DNA分子的多样性是指不同的DNA分子其碱基排列顺序不同， DNA分子特异性是指对某

5、一特定的DNA分子而言，其碱基排列顺序是特定的。,【典例精析】 【例1】由120对碱基组成的DNA分子片段，可因其碱基对组成和序列的不同而携带不同的遗传信息，其种类数最多为 ( ) A4120 种 B1204种 C460种 D604种,A,DNA分子的复制,1.概念：,2.时间：,3.主要场所：,4.过程：,(亲代DNA)解旋,边解旋边复制,细胞核,体细胞：有丝分裂的间期 生殖细胞：减数第一次分裂前的间期,以亲本DNA为模板，合成子代DNA的过程。（ DNA分子复制的实质是遗传信息的复制）,5、复制遵循原则：,碱基互补配对原则,6、DNA分子复制需要的基本条件,四种游离的脱氧核苷酸,DNA的两

6、条母链,解旋酶、DNA聚合酶等,ATP,7、复制方式：,8、复制的特点：,半保留复制,1.半保留复制,2.边解旋边复制,注意：原核生物：复制起点单个，双向复制. 真核生物：复制起点多个，双向复制.,想一想：在DNA分子的复制的过程中除了 有新的DNA分子外，还有何种产物？,形成1分子脱氧核苷酸要脱去2分子H2O； 由n个脱氧核苷酸形成直链且为双链的DNA分子， 要脱去（n-2）个H2O,9、DNA分子精确复制的原因,碱基互补配对原则保证复制准确无误的完成。,独特的双螺旋结构为复制提供了精确的摸板。,10、DNA复制的意义,（1）通过精确无误的复制，把遗传信息从亲代传递给子代,从而保持遗传信息的

7、连续性，保证物种的相对稳定性。,（2）复制若发生“差错”，使DNA的碱基对排列顺序发生局部改变，可能会导致遗传信息改变，从而导致生物产生可遗传的变异。,亲代DNA分子,复制1次,复制2次,复制3次,4,8,2,= 21,= 22,= 23,复制次数n与得到的子DNA分子的数量关系是：,2n,例1：一个DNA分子经过3次复制后，其子代中保留原来母链的DNA分子占（ ） A.1/2 B.1/4 C.1/8 D.1/16,规律：DNA复制n次，后代就有2n个DNA分子。保留原来亲代DNA分子链的子代DNA分子永远是2个。,B,【例2】(2009江苏卷，12)如图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示

8、意图，有关叙述错误的是() 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,A,拓展延伸一：有关DNA的计算问题,第一类 双链DNA（由1、2链组成）分子中碱基之间的关系,一、相等关系（注意：下面所讨论的DNA均为双链结构 ）,有A = T、G = C ； 两类不互补的碱基之和是相等的。 则：A+G = T+C = A+C = T+G 双链DNA分子中的两类互补的两种碱基之和的比值与任一单链中的该比值是相等的。则： （A+T)/(G+C)=(A+T)1/(G+C)1=(A+T)

9、2/(G+C)2,4、双链DNA分子中，两互补碱基之和占总碱 基数的比值与任一单链中该两互补碱基之和 占该单链总碱基数的比值 是相等的。 则：（A+T)/(G+C+A+T) = （A+T)1/(G+C+A+T)1 = (A+T)2/(G+C+A+T)2,例如：在双链DNA分子中，已知A+T=35%，那么，任一条单链中A+T占该单链中总碱基的量也是35% 。,例如：在双链DNA分子中，G=38%，其中一条链中T=5%，那么另一条链中T占该单链碱基总数的比例是多少？,常规法（略）,巧解法：,由G=38%,A=19%,二、倒数关系,1、两种互补碱基之比在DNA分子的两条链中呈倒数关系。 则： A1/

10、T1 = T2/A2 ； G1/C1 = C2/G2 例如：已知某DNA分子的一条链中A：T：G：C = 1：2：3：4，则其互补链中 A：T：G：C = 。,2：1：4：3,2、两类不互补的两种碱基和之比，在DNA分子的 两条链中呈倒数关系。则： （A+G)1/(T+C)1=（T+C)2/(A+G)2,例如：已知某DNA分子的一条链中（A+G）/（T+C）=0.5，则其互补链中的该比值是 。,2,三、一半关系,1、两类不互补的碱基之和占整个DNA分子中总碱基数的一半。 则：A+G = T+C = A+C = T+G = 50%,2、整个DNA分子中某一种碱基所占总碱基的比例等于该种碱基在每一

11、单链中所占比例的和的一半。则： A/(G+C+A+T)=1/2A1/(G+C+A+T)1+A2/(G+C+A+T)2,例如：已知某个DNA分子中， A=32%，其中一 条单链中A占该链总碱基数的比例为24%， 则其互补链中A 所占的比例应为 。,40%,第二类 DNA分子复制中的有关计算,1、某DNA分子经复制n次后，所得的子代DNA数为2n,2、由n对碱基对组成的DNA分子的种类有4n种（注意 在不考虑DNA分子中每种碱基比例关系的情况下）,3、若某DNA分子含某碱基m个，则该DNA分子复制n次需增加该碱基的数目为（2n-1）m个 。复制第n次需增加该碱基的数目为m .2n-1 个。,思考：

12、某双链DNA分子，A为60个，且占总碱基数的30%，则该DNA分子复制3次后还需增加G多少个？,280个,拓展延伸二：DNA复制方式的探究,关于DNA复制方式的探究，充分体现了假说演绎法，即在克里克假说的基础上，通过演绎推理，最终通过实验得以验证。,1实验材料：大肠杆菌。 2实验方法：放射性同位素标记技术和离心 技术。 3实验假设：DNA以半保留的方式复制。 4实验过程：(见图),中带,实验步骤： (1)大肠杆菌在含15N标记的NH4Cl培养基中繁殖几代，使DNA双链充分标记15N。 (2)将含15N的大肠杆菌转移到14N标记的普通培养基中培养。 (3)在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA（间隔

13、的时间为大肠杆菌繁殖一代所需时间）。 (4)将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA位置。,5实验预期：离心后应出现3条DNA带。(见图) (1)重带(密度最大)：15N标记的亲代双链DNA(15N/15N) (2)中带(密度居中)：一条链为15N，另一条链为14N标记的子代双链DNA(15N/14N) (3)轻带(密度最小)：两条链都为14N标记的子代双链DNA(14N/14N)。 6实验结果：与预期的相符。,(1)立即取出提取DNA离心全部重带(15N/15N)。 (2)繁殖一代后取出提取DNA离心全部中带(14N/15N) (3)繁殖两代后取出提取DNA离心1/2轻带、1/2中带。

14、 实验结论：DNA的复制是以半保留方式进行的。,例3：(实验设计)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，也是研究性学习的内容之一。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。,(1)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14NDNA；在氮源为15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为15NDNA。用某种离心方法分离得到的结果如上图所示，其DNA分别分布在轻带

15、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()。 请分析：如果DNA位于 带位置，则是全保留复制；如果DNA位于_带位置，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的培养基上再连续繁殖一代()。 请分析：如果DNA位于 _带位置，则是全保留复制；如果DNA位于 带位置，则是半保留复制。 (2)有人提出：第一代()的DNA用解旋酶处理后再离心，就能直接判断DNA的复制方式，如果轻带和重带各占 ，则一定为半保留复制。你认为这同学说法是否正确？ 。原因是_ _。,1/2重和1/2轻,全中,1/4重和3/4轻,

16、1/2中和1/2轻,不正确,无论半保留复制还是全保留复制，如果研究DNA链的情况，结果是一致的，无法区分,练习：见导学71页。,想一想,基因=DNA吗？ 基因和DNA有什么关系呢？,一、基因与DNA的关系,第4节 基因是什么？,资料1：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。,DNA分子数目 基因数目,基因的碱基总数 DNA分子的碱基总数,分析:,小于,小于,资料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

17、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%。,说明人的基因与DNA有怎样的数量关系？,基因碱基对总数占DNA碱基对总数很少的一部分。,？,DNA,基因,基因是控制生物性状的遗传物质的功能单位和结构单位，是有遗传效应的DNA片段。 每个基因都有特定的脱氧核苷酸排列顺序，它代表着遗传信息。,一、基因的概念,基因区段,非基因区段,正确理解基因的概念：,与染色体的关系：,本 质：,与DNA的关系：,与遗传信息的关系：,与性状的关系：,基因是有遗传效应的DNA片段,基因在染色体上呈线性排列,基因是有遗传效应的DNA片段,基因中特定的脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息

18、,基因是控制生物性状的遗传物质的结构、功能单位，特定的基因控制特定的生物性状,发出荧光的水母 绿色荧光蛋白的克隆猪,资料2：探究基因的功能,1.为什么水母这一荧光的性状能在小猪身上表现？,左为荧光小猪，右为正常小猪,2.说明基因有什么特点？,教材56页资料4进一步说明什么问题？,基因能控制生物的性状 具有遗传效应（基因的功能）,小结：从资料2、4中可以得出什么结论？,无HMGIC基因就无肥胖的表现 有HMGIC基因就有肥胖的表现。,？,二、基因的功能,遗传信息的传递 通过DNA分子的复制使基因得到复制，通过复制把遗传信息传递给下一代，它既可以在生物体上下代之间，也可以在生物体内的细胞上下代之间

19、。 遗传信息的表达 在生物体内，通过对蛋白质合成的控制，使遗传信息得以表达。,探究DNA是否足以储存大量的遗传信息？,基因 排列种数,1个碱基对,2个碱基对,44（42）,。,。,N个碱基对,4N,结论1：DNA分子具有多样性。,3个碱基对,444（43）,41,结论2：DNA分子具有特异性。,基因是碱基对随机排列得DNA片段吗？,每个基因都是特定的DNA片段 具有特定的碱基排列顺序 具有特定的遗传效应,上面的探究是建立在所有碱基对的随即排列都能构成基因这一假设上的。事实上大部分随即排列的碱基序列从来不曾出现在生物体内，而有些序列却重复千百次。,？,多样性 多样性 多样性 特异性 特异性 特异

20、性,遗传信息： 基因中特定的碱基（碱基对、脱氧核苷酸）的排列顺序。,碱基排列顺序,DNA分子,生物,碱基排列顺序,DNA分子,生物,三、基因的本质和特点,【知识拓展】 一、遗传信息、基因、DNA、染色体的关系 1特定的基因有特定的遗传信息(即特定的碱基排列顺序)。 2基因是有遗传效应的DNA片段。 31个DNA分子上有许多基因。 4基因的主要载体是染色体，少量的DNA分布在线粒体、叶绿体等结构中。,二、染色体的行为变化决定基因的行为变化 1在减数第一次分裂后期，同源染色体分离，其上的等位基因分离。 2在减数第一次分裂后期，非同源染色体自由组合，其上的非等位基因自由组合。 3在减数第一次分裂前期

21、，同源染色体的非姐妹染色单体发生交叉互换，其上的等位基因互换。,染色体,DNA,基因,脱氧核苷酸,染色体是DNA的主要载体,每个染色体上有一个或2个DNA分子,基因是有遗传效应的DNA片断,每个DNA分子 上有许多基因,基因中的脱氧核苷酸排列顺序代表着遗传信息,每个基因由许多脱氧核苷酸组成,DNA是主要的遗传物质,总结：染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸之间的关系,【例2】下列叙述中正确的是( ) A细胞中的DNA都在染色体上 B细胞中每条染色体都只有一个DNA分子 C减数分裂过程中染色体与基因的行为一致 D以上叙述均对,C,【典例精析】,【例3】染色体、DNA、基因三者关系密切，下列 叙述中不

22、正确的是( ) A每个染色体含一个或两个DNA分子，每个DNA 分子上有很多个基因 B复制、分离和传递，三者都能相伴随而进行 C三者都是遗传物质，三者都能行使生物的遗传作用 D在生物的传种接代过程中，染色体行为决定后二者,C,再见,第三类（见创新117页） 与DNA控制蛋白质的合成相关的计算,mRNA是以DNA的一条链为模板转录来的，所以，mRNA中所含碱基数应与DNA分子中一条链上的碱基数相等，而DNA分子是双链结构，则有： DNA上的碱基数：mRNA上的碱基数=2：1。又因为mRNA上每三个相邻的碱基决定一个氨基酸，可得： mRNA上的碱基数：氨基酸分子个数=3：1。 最后可得到如下关系：

23、 DNA上的碱基数：mRNA上的碱基数：氨基酸分子数= 。,6：3：1,例如：某种RNA分子含有100个碱基，其中A含有20个，G含有20个，那么A+G的数目在控制合成该RNA分子的基因中含有 （ ） A、40个 B、60个 C、80个 D、100个,D,解法一：常规法（略）,解法二：巧解法,由于RNA有碱基100个,DNA就应该有碱基200个,解析如下：,又因为双链DNA分子中，两不互补碱基之和占总碱基数的一半,A+G=100, 是主要的遗传物质。 是DNA的主要载体，每个染色体上通常 只含一个DNA分子（分裂期除外）。 基因是有遗传效应的 ，每个DNA上 有 基因。 基因的主要载体是 ，基因在染色体上 呈 排列。 是组成DNA的基本单位，也是组成 基因的基本单位，每个DNA分子及基因都是由成百 上千个脱氧核苷酸组成的。 基因中脱氧核苷酸的排列顺序代表 。,4、练习,DNA,很多个,线性,脱氧核苷酸,遗传信息,染色体,染色体,DNA片段,母链,子链,