DNA结构和复制与基因的本质学习教案

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1、会计学1DNA结构和复制与基因的本质结构和复制与基因的本质第一页，编辑于星期六：六点 二十四分。P脱氧脱氧核糖核糖含氮碱基含氮碱基A 腺嘌呤腺嘌呤G 鸟嘌呤鸟嘌呤C 胞嘧啶胞嘧啶T 胸腺嘧啶胸腺嘧啶一、一、DNA分子的化学组成分子的化学组成磷酸脱氧核糖含氮碱基脱氧核苷酸脱氧核苷酸基本单位：基本单位：元素组成：元素组成：C H O N P第1页/共38页第二页，编辑于星期六：六点 二十四分。鸟嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸A腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸GCT第2页/共38页第三页，编辑于星期六：六点 二十四分。ATGC磷酸

2、二酯键磷酸二酯键脱去脱去H2O第3页/共38页第四页，编辑于星期六：六点 二十四分。AGCT氢键氢键ATGC5353第4页/共38页第五页，编辑于星期六：六点 二十四分。第5页/共38页第六页，编辑于星期六：六点 二十四分。1、结构特点：、结构特点：（2）脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成）脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架基本骨架； 碱基排在内侧。碱基排在内侧。（3）碱基通过氢键连接成碱基对：）碱基通过氢键连接成碱基对： AT、GC第6页/共38页第七页，编辑于星期六：六点 二十四分。2 2、DNADNA多样性和特异性多样性和特异性1 1）多样性）多样性 在生物体内，一个最短

3、在生物体内，一个最短DNADNA分子也大约有分子也大约有40004000个碱基对。请同学们计算个碱基对。请同学们计算DNADNA分子有多少分子有多少种？种？ 4 种种 4n(n表示碱基对数表示碱基对数)4000 碱基对排列顺序的千变万化，碱基对排列顺序的千变万化，构成了构成了DNADNA分子分子的多样性，的多样性，碱基对（脱氧核苷酸）排列顺序碱基对（脱氧核苷酸）排列顺序就是遗传信息，就是遗传信息，从而从而DNADNA能够储存了大量的遗能够储存了大量的遗传信息。传信息。第7页/共38页第八页，编辑于星期六：六点 二十四分。2 2）特异性）特异性 每个每个DNADNA分子中的碱基对都有分子中的碱基

4、对都有特定排列特定排列顺序顺序，又构成了每一个，又构成了每一个DNADNA分子的特异性。分子的特异性。不同生物中不同生物中(A+T)/(G+C)(A+T)/(G+C)的值不同。的值不同。3) 3) 稳定性稳定性 DNA DNA分子中的分子中的脱氧核糖脱氧核糖和和磷酸基团磷酸基团交替连接交替连接的方式不变，两条链之间碱基互补配对的原则不的方式不变，两条链之间碱基互补配对的原则不变。变。思考：在一个思考：在一个DNA分子中，哪些碱基比例较高，则分子中，哪些碱基比例较高，则该该DNA分子就比较稳定？分子就比较稳定？第8页/共38页第九页，编辑于星期六：六点 二十四分。设设DNADNA一条链为一条链为

5、1 1链，互补链为链，互补链为2 2链。根据碱基互补配对原则链。根据碱基互补配对原则可知：可知：A A1 1=T=T2 2 ， A A2 2=T=T1 1， GG1 1 = C = C2 2 ， G G2 2 =C =C1 1。则在则在DNADNA双链中：双链中： A = T A = T ， G = CG = C可引申为：可引申为：嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。A+G=T+C=50% A+G=T+C=50% 即即A+G/T+C=1A+G/T+C=1双链双链DNADNA分子中分子中A+T/G+CA+T/G+C等于其中任何一条等于其中任何一条链的链的A+T/G+CA+

6、T/G+C。A A 1 1T T 2 2T T 1 1A A2 2G G 1 1C C 2 2C C 1 1G G 2 2DNADNA双链双链A+TA+TG+CG+CA A1 1+T+T1 1G G1 1+C+C1 1A A2 2 +T +T2 2G G2 2 +C +C2 2= = =例题例题1 1、某双链、某双链DNADNA分子中，分子中，GG占占23%23%，求，求A A占多少？占多少？解析：解析：因为因为DNADNA分子中，分子中，A+G=T+CA+G=T+C。所以，。所以，A=50%23%=27%A=50%23%=27%第9页/共38页第十页，编辑于星期六：六点 二十四分。 双链双链

7、DNADNA分子中，互补的两条链中分子中，互补的两条链中A+G/T+CA+G/T+C互为倒互为倒数。数。A A1 1+G+G1 1T T1 1 +C +C1 1=a=aT T2 2 +C +C2 2A A2 2 +G +G2 2=1/a=1/aA A1 1+C1+C1T T1 1 +G +G1 1T T2 2 +G +G2 2A A2 2 +C +C2 2= =例题例题2 2、在、在DNADNA的一个单链中，上述比例在其的一个单链中，上述比例在其互补链和整个互补链和整个DNADNA分子中分别是多少？分子中分别是多少？2.5 ; 12.5 ; 1A A1 1 T T2 2T T1 1 A A2

8、2G G1 1 C C2 2C C1 1 G G2 2DNADNA双链双链第10页/共38页第十一页，编辑于星期六：六点 二十四分。 双链双链DNADNA分子中，分子中，A+TA+T占整个占整个DNADNA分子分子碱基总数的百分比等于其中任何一条链中碱基总数的百分比等于其中任何一条链中A+TA+T占该链碱基总数的百分比，其中任何一条链占该链碱基总数的百分比，其中任何一条链A+TA+T是整个是整个DNADNA分子分子A+TA+T的一半。的一半。= = =A+TA+TA+T+G+CA+T+G+C A A1 1+T+T1 1+G+G1 1+C+C1 1A A1 1+T+T1 1A A2 2+T+T2

9、 2+G+G2 2+C+C2 2A A2 2+T+T2 2= =A A1 1+T+T1 1（A+TA+T）1 12 2= = =A A2 2 +T +T2 2A A1 1 T T2 2T T1 1A A2 2G G1 1C C2 2C C1 1G G2 2DNADNA双链双链 例题例题3 3、某双链、某双链DNADNA分子中，分子中，A A与与T T之和占整个之和占整个DNADNA碱基总数的碱基总数的54%54%，其中一条链上，其中一条链上G G占该链碱基总数的占该链碱基总数的22%22%。求另一条链上。求另一条链上G G占其所在链占其所在链碱基总数的百分含量碱基总数的百分含量? ?24%24

10、%（G+CG+C）1 12 2G G1 1+C+C1 1GG2 2 +C +C2 2= = =A AT=54% G+C=46% T=54% G+C=46% 第11页/共38页第十二页，编辑于星期六：六点 二十四分。 例题例题 4 4、在含有四种碱基的、在含有四种碱基的DNADNA区段中，有腺嘌呤区段中，有腺嘌呤a a个，占该区个，占该区段全部碱基的比例为段全部碱基的比例为b b，则，则 （ ) ) C.C.胞嘧啶为胞嘧啶为a a1/1/（2b2b）1 1 D.D.胞嘧啶为胞嘧啶为b(1/2b(1/2a)a)C C 例题例题5 5、分析一个、分析一个DNADNA分子时，发现分子时，发现30%30

11、%的脱氧核苷酸含有的脱氧核苷酸含有A A，由此，由此可知，该分子中一条链上可知，该分子中一条链上G G含量的最大值可占此链碱基总数的多少？含量的最大值可占此链碱基总数的多少？4040% 例题例题6 6、从某生物组织中提取、从某生物组织中提取DNADNA进行分析进行分析, ,其四种碱基数的比例是其四种碱基数的比例是鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的46% ,46% ,又知又知DNADNA的一条链的一条链(H(H链链) )所所含的碱基中含的碱基中28%28%是腺嘌呤是腺嘌呤, ,问与问与HH链相对应的另一条链中腺嘌呤占链相对应的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的该链全

12、部碱基数的 ( )( )、26%26% 、24% 24% 、14% 14% 、11%11%A第12页/共38页第十三页，编辑于星期六：六点 二十四分。 亲代亲代子代子代12( ? )( ? )( ? )( ? )第13页/共38页第十四页，编辑于星期六：六点 二十四分。11112222 方式：半保留复制方式：半保留复制方式：全保留复制方式：全保留复制第14页/共38页第十五页，编辑于星期六：六点 二十四分。（二）对（二）对DNA分子复制的推测分子复制的推测沃森和克里克的推测沃森和克里克的推测(假说假说)复制时复制时,DNA的双螺旋的双螺旋解开解开.互补的碱基间氢键断互补的碱基间氢键断裂裂分开的

13、两条链作为模分开的两条链作为模板板,以碱基互补配对的原以碱基互补配对的原则合成新的一条链则合成新的一条链第15页/共38页第十六页，编辑于星期六：六点 二十四分。（三）（三）DNA半保留复制的实验证据半保留复制的实验证据N15/N15DNA重链重链DNAN14/N14DNA轻链轻链DNAN14/N15DNA中链中链DNA第16页/共38页第十七页，编辑于星期六：六点 二十四分。实验的结果和预期的结果一致实验的结果和预期的结果一致,说明克里克说明克里克等所做的假设正确等所做的假设正确复制方式是半保留复制复制方式是半保留复制第17页/共38页第十八页，编辑于星期六：六点 二十四分。在氮源为在氮源为

14、14N的培养基上生长的大肠杆菌，其的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为分子均为14N-DNA（对照）；在氮源为（对照）；在氮源为15N的培养基上生长的大肠杆菌，其的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为分子均为15N-DNA（亲代）。将亲代大肠杆菌转移到含（亲代）。将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上，再连续繁殖两代（的培养基上，再连续繁殖两代（I和和II），用离心的方法分离得到的结果如下表所示，请分析：），用离心的方法分离得到的结果如下表所示，请分析： 对照对照亲代亲代III轻链轻链14N-DNA全轻链全轻链 1/2轻链轻链中链中链 全中链全中链1/2中链中链重链重链15N-DNA

15、 全重链全重链 （1）由实验结果可以推出第一代（）由实验结果可以推出第一代（I）细菌）细菌DNA分子中一条链是分子中一条链是 ，另一条链是，另一条链是 。（2）中链含有氮元素是）中链含有氮元素是 。（3）将第一代（）将第一代（I）转移到含）转移到含15N的培养基上繁殖一代，将所得到的细菌的的培养基上繁殖一代，将所得到的细菌的DNA用同样方法分离。那么得到的轻中重链情况是用同样方法分离。那么得到的轻中重链情况是 。（4）上述实验表明）上述实验表明DNA分子复制的特点是分子复制的特点是 。 14N ，15N14N-DNA新链新链15N-DNA母链母链0，1/2，1/2半保留复制半保留复制习题：习题

16、：第18页/共38页第十九页，编辑于星期六：六点 二十四分。15N链链14N链链重氮环境重氮环境15N轻氮环境轻氮环境14N第19页/共38页第二十页，编辑于星期六：六点 二十四分。AAATTTGGGGCCCATCDNA平面模式图DNA复制过程思考：1、DNA复制需要哪些基本条件？ 2、复制过程有何主要特点？ 3、复制形成的子代DNA和亲代DNA 有何关系？第20页/共38页第二十一页，编辑于星期六：六点 二十四分。AAATTTGGGGCCCATCAGCTCGT游离的游离的脱氧核苷酸脱氧核苷酸与复制与复制有关的酶有关的酶注意，此处注意，此处氢键将被打开！氢键将被打开！第21页/共38页第二十二

17、页，编辑于星期六：六点 二十四分。AAATTTGGGGCCCATCCAGTCGT在酶的催化下在酶的催化下氢键已被打开氢键已被打开DNA分子利用细胞提供的，在的作用下，把两条扭成螺旋的双链解开，这个过程叫解旋解旋。第22页/共38页第二十三页，编辑于星期六：六点 二十四分。AAATTTGGGGCCCATCCAGTCGT亲代亲代DNA的的两条链分别作模板两条链分别作模板第23页/共38页第二十四页，编辑于星期六：六点 二十四分。AAATTTGGGGCCCATCCTAGTCG还未解旋刚解旋所以DNA复制特点之一是:边解旋边复制边解旋边复制通过碱基互补通过碱基互补配对脱氧核苷酸配对脱氧核苷酸结合到母链

18、上结合到母链上已在复制第24页/共38页第二十五页，编辑于星期六：六点 二十四分。AAATTTGGGGCCCATCAAATTTGGGGCCCATC一条子代DNA另一条子代DNA形成两条完全相同的子代DNA第25页/共38页第二十六页，编辑于星期六：六点 二十四分。AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母链母链DNA 复制过程中形成的复制过程中形成的复制叉复制叉子

19、代子代DNA 半保留复制半保留复制第26页/共38页第二十七页，编辑于星期六：六点 二十四分。解链方向解链方向 半不连续性复制半不连续性复制（复制叉）（复制叉）3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 领头链领头链( leading strand )( leading strand ) 随从链随从链 ( lagging strand )( lagging strand )冈崎片段冈崎片段（Okazaki fragment）第27页/共38页第二十八页，编辑于星期六：六点 二十四分。真核生物真核生物DNA复制有多个复制起点双向复制复制有多个复制起点双向复制第28页/共38页第二十九页，编辑于星期六

20、：六点 二十四分。二、二、DNA的复制的复制 1、概念：、概念：以亲代以亲代DNA分子为模板合成子代分子为模板合成子代DNA的过程的过程 2、场所：、场所：主要在细胞核，还可以发生在线粒体、叶绿体主要在细胞核，还可以发生在线粒体、叶绿体 3、时间：、时间：有丝分裂间期和减数第一次分裂的间期有丝分裂间期和减数第一次分裂的间期 4、过程（特点）：、过程（特点）：边解旋边复制边解旋边复制 5、条件：、条件：酶酶 能量能量 模板模板 原料原料解旋酶、解旋酶、DNA聚合酶等聚合酶等ATPDNA分子的两条链分子的两条链4种脱氧核苷酸种脱氧核苷酸 6、方式、方式半保留复制半保留复制 7、精确复制的原因、精确

21、复制的原因 8、意义、意义保持了遗传信息的连续性保持了遗传信息的连续性规则的双螺旋结构为复制提供了精确的模板，碱基互补配对保证了复制的精确进行。规则的双螺旋结构为复制提供了精确的模板，碱基互补配对保证了复制的精确进行。第29页/共38页第三十页，编辑于星期六：六点 二十四分。根据半保留复制和碱基互补配对原则根据半保留复制和碱基互补配对原则1、与复制有关的碱基计算、与复制有关的碱基计算一个一个DNA连续复制连续复制n次后，共有多少个次后，共有多少个DNA？多少条脱氧核苷酸链？母链多少条？子链多少条？多少条脱氧核苷酸链？母链多少条？子链多少条？DNA分子数分子数=2n脱氧核苷酸链数脱氧核苷酸链数=

22、2n+1母链数母链数=子链数子链数=22n+1 2 解析：所用知识为解析：所用知识为“半保留复制半保留复制”和和“碱基互补配对原则碱基互补配对原则”，并图示分析。，并图示分析。ATGCCGATATGCCGATATGCCGATATGCCGATATGCCGATATGCCGATATGCCGAT连续第一次复制连续第一次复制连续第二次复制连续第二次复制连续第连续第n次复制次复制解：解：答：答：一个一个DNA连续复制连续复制n次后，共有次后，共有2n个个DNA，2n+1条脱氧核苷酸链，母链条脱氧核苷酸链，母链2条，子链条，子链2n+1 2条条有关有关DNA中的碱基计算中的碱基计算第30页/共38页第三十一

23、页，编辑于星期六：六点 二十四分。例题例题1、某双链、某双链DNA分子，经分子，经2次复制后，所得到的子二代次复制后，所得到的子二代DNA分子中，含有原亲代分子中，含有原亲代DNA链的分子数是（链的分子数是（ ）A.1B.2B结论：不论复制多少代含结论：不论复制多少代含有母链的只有两条有母链的只有两条例题例题2、若对一个、若对一个DNA分子用分子用32P标记标记, 经过经过4次复制后，含有次复制后，含有32P DNA分子数占分子数占DNA总数的（总数的（ ）A 1/6 B 1/8 C 1/4 D 1/2那含那含31p的的DNA分子占全部分子占全部DNA的比例是多少？含的比例是多少？含32P的脱

24、氧核苷的脱氧核苷酸链占所有链的比例又是多少？酸链占所有链的比例又是多少？31p链占全部链的比例多少？链占全部链的比例多少？B第31页/共38页第三十二页，编辑于星期六：六点 二十四分。例例1：具有：具有100个碱基对的个碱基对的1个个DNA分子区段，内含分子区段，内含40个胸腺嘧啶，个胸腺嘧啶，如果连续复制两次，则需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数（如果连续复制两次，则需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数（ ）A60个个 B80个个 C120个个 D180个个D2、复制需要的某种碱基数目的计算、复制需要的某种碱基数目的计算m代表要求的该种碱基在一个代表要求的该种碱基在一个DNA分子中的数量，则分子中的数量，则D

25、NA复制复制n次所需的某种碱基数次所需的某种碱基数=m(2n1) ； DNA第第n次复制所需的某种碱基数次复制所需的某种碱基数=m 2n1 。例例2：具有：具有100个碱基对的个碱基对的1个个DNA分子区段，内含分子区段，内含40个胸腺嘧啶，如个胸腺嘧啶，如果连续复制两次，则第二次复制时需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数（果连续复制两次，则第二次复制时需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数（ ）A60个个 B80个个 C120个个 D180个个C第32页/共38页第三十三页，编辑于星期六：六点 二十四分。 。第33页/共38页第三十四页，编辑于星期六：六点 二十四分。染色体染色体基因基因1基因基因2第34页/共38页第三十五页，编辑于星期六：六点 二十四分。第35页/共38页第三十六页，编辑于星期六：六点 二十四分。第36页/共38页第三十七页，编辑于星期六：六点 二十四分。第37页/共38页第三十八页，编辑于星期六：六点 二十四分。