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1、第第3 3章章 基因的本质基因的本质一、对一、对DNADNA分子复制的推测分子复制的推测沃森、克里克的遗传物质自我复制的假说沃森、克里克的遗传物质自我复制的假说:DNADNA分子分子半保留复制半保留复制半保留复制：新合成的每个半保留复制：新合成的每个DNADNA分子中，分子中，都保留了原来都保留了原来DNADNA分子中的一条链。分子中的一条链。复制一次复制一次先将大肠杆菌先将大肠杆菌培养培养在在1515标记的标记的NHNH4 4ClCl培养液培养液中，中，繁殖繁殖几代；几代；在不同时刻收集大肠杆菌并提取；在不同时刻收集大肠杆菌并提取；实验材料：大肠杆菌实验材料：大肠杆菌实验技术：实验技术：同位
2、素示踪技术同位素示踪技术二、二、DNADNA半保留复制的实验证据半保留复制的实验证据 再将大肠杆菌转移到再将大肠杆菌转移到1414培养液中；培养液中；将提取的进行将提取的进行密度梯度离心密度梯度离心，记录离记录离心后试管中的位置。心后试管中的位置。实验结论：实验结论：DNADNA的复制是以半保留的方式进行的的复制是以半保留的方式进行的重带重带(下部下部)1515N/N/15N中带中带(中间中间)1515N/N/14N轻带轻带(上部上部)1414N/N/14N中带中带(中间中间)1515N/N/14N根据上面实验过程根据上面实验过程,完成下列表格完成下列表格n n3 32 21 10 01414
3、N N分子分子1515N/N/1414N N分子分子1515N N分子分子不同不同DNADNA分子占全部分子占全部DNADNA分子之比分子之比DNADNA分子在离分子在离心管中位置心管中位置分子分子总数总数世代世代全在下部全在下部1 12 24 48 82 2n n全在中部全在中部中中+上上中中+上上2 2/2 2n n中中+(1-2+(1-2/2 2n n)上上1 11 12 2/2 2n n（1-21-2/2 2n n）一个一个DNADNA分子复制分子复制n n代后的情况如何？代后的情况如何？因因DNADNA复制采用半保留的方式，所复制采用半保留的方式，所以以一个一个DNADNA分子经分子
4、经n n代复制代复制后的所有后的所有DNADNA中，中，只有两个只有两个DNADNA分子含有分子含有原原DNADNA链链。但所有但所有DNADNA与原与原DNADNA所带的信息（脱氧所带的信息（脱氧核苷酸的排列序）完全相同。（变异核苷酸的排列序）完全相同。（变异除外）除外）1.1.概念：概念：以亲代以亲代DNADNA为模板，合成子代为模板，合成子代DNADNA的过程。的过程。2.2.时间：时间：细胞细胞有丝分裂的间期有丝分裂的间期和和减数第一次分裂减数第一次分裂前的间期前的间期复制的过程复制的过程3.3.场所：场所：细胞核细胞核(主要主要场所场所)线粒体、叶绿体线粒体、叶绿体三、三、DNADN
5、A分子复制的过程分子复制的过程解旋解旋以母链为模板进行以母链为模板进行 碱基配对碱基配对(合成子链合成子链)形成两个形成两个新的新的DNA分子分子三、三、DNADNA复制的过程复制的过程解解旋旋以母链为模以母链为模板合成子链板合成子链形成新的形成新的DNA分子分子DNADNA分子利用细胞提供的分子利用细胞提供的能量能量，在，在解旋酶解旋酶作用下，把两条螺旋的双链解开；作用下，把两条螺旋的双链解开；以解开的每一段以解开的每一段母链为模板母链为模板，在在DNADNA聚合聚合酶酶等酶作用下，利用细胞中等酶作用下，利用细胞中游离的游离的4 4种脱氧种脱氧核苷酸核苷酸为原料，按照为原料，按照碱基互补配对
6、原则碱基互补配对原则，各自各自合成合成与母链与母链互补互补的一段的一段子链子链；子链子链不断延伸并不断延伸并与对应母链与对应母链盘旋成双螺盘旋成双螺旋结构，旋结构，形成形成各含一条母链和一条子链各含一条母链和一条子链的的2 2个个DNADNA分子。分子。分子复制分子复制时需要的基本条件需要的基本条件模板模板 原料原料 能量能量 酶酶亲代亲代DNADNA的两条母链的两条母链4 4种游离的脱氧核苷酸种游离的脱氧核苷酸ATPATPDNADNA解旋酶、解旋酶、DNADNA聚合酶等。聚合酶等。分子复制的特点分子复制的特点:边解旋边复制、半保留复制边解旋边复制、半保留复制 为什么复制能形成两个完全相同的为
7、什么复制能形成两个完全相同的DNADNA，并且它们都和亲代，并且它们都和亲代DNADNA一样？一样？AGAACGAGTCTTGCTCAGAACGAGTCTTGCTCAGAACGAGTCTTGCTC+DNA分子的独特的双螺旋结构分子的独特的双螺旋结构为复制为复制DNA提供精确的模板提供精确的模板为什么复制能形成两条完全相同的为什么复制能形成两条完全相同的DNADNA，并且它们都和亲代，并且它们都和亲代DNADNA一样？一样？AGAACGAGTCTTGCTCAGAACGAGTCTTGCTCAGAACGAGTCTTGCTC+碱基互补配对保证了复制能够碱基互补配对保证了复制能够准确无误地进行。准确无误
8、地进行。准确复制的原因准确复制的原因DNADNA具有独特的双螺旋结构，能为复制具有独特的双螺旋结构，能为复制提供模板。提供模板。碱基具有互补配对的能力，能够使复碱基具有互补配对的能力，能够使复制准确无误。制准确无误。8 8、DNADNA分子的复制意义分子的复制意义 DNA DNA分子通过复制，将遗传信息从亲代传分子通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，从而保持了遗传信息的连续性。给了子代，从而保持了遗传信息的连续性。DNADNA分子的复制小分子的复制小结：边解旋边复制边解旋边复制解旋酶、聚合酶等解旋酶、聚合酶等解旋解旋合成合成螺旋螺旋子代子代DNA课堂练习课堂练习 1 1、1 1个个DNADN
9、A分子经过分子经过4 4次复制，形成次复制，形成1616个个DNADNA分子，其中含有最初分子，其中含有最初DNADNA分子长链的分子长链的DNADNA分分子有（子有（）A.2 A.2个个 B.8 B.8个个 C.16 C.16个个 D.32 D.32个个 2 2、DNADNA分子的复制发生在细胞有丝分裂分子的复制发生在细胞有丝分裂的（的（）A A、分裂前期、分裂前期 B.B.分裂中期分裂中期 C.C.分裂后期分裂后期 D.D.分裂间期分裂间期 3 3、下列关于、下列关于DNADNA复制的说法，其中不正确的是复制的说法，其中不正确的是 A.DNA A.DNA复制过程中需要酶的催化复制过程中需要
10、酶的催化 B.DNA B.DNA复制过程中需要的能量直接由糖类提供复制过程中需要的能量直接由糖类提供 C.DNA C.DNA 分子是边解旋复制的分子是边解旋复制的 D.DNA D.DNA 复制过程中两条母链均可作模板复制过程中两条母链均可作模板 4 4、以、以DNADNA的一条链的一条链“A AT TC C”为模板，经为模板，经复制后的子链是（复制后的子链是（）A.“A.“T TA AG G”B.“”B.“U UA AG G”C.“C.“T TA AC C”D.“”D.“T TU UG G”5 5、由由1515N N标标记记细细菌菌的的DNADNA，然然后后又又将将1414N N来来供供给给这
11、这种种细细菌菌，于于是是该该细细菌菌便便用用1414N N来来合合成成DNADNA，假假设设细细菌菌连连续续分分裂裂三三次次产产生生了了八八个个新新个个体体，它它们们DNADNA中中的的含含1414N N的的链链与与1515N N的的链链的的比比例例是是（）A A、7 7：1 B1 B、2 2：1 1 C C、4 4：1 D1 D、3 3：1 1 A A6 6、在在氮氮源源为为1414N N的的培培养养基基上上生生长长的的大大肠肠杆杆菌菌，其其DNADNA分分子子均均为为1414N-DNAN-DNA（对对照照）；在在氮氮源源为为1515N N的的培培养养基基上上生生长长的的大大肠肠杆杆菌菌，其
12、其DNADNA分分子子均均为为1515N-DNAN-DNA（亲亲代代）。将将亲亲代代大大肠肠杆杆菌菌转转移移到到含含1414N N的的培培养养基基上上，再再连连续续繁繁殖殖两两代代（I I和和IIII），用用离离心心的的方方法法分离得到的结果如下表所示，请分析：分离得到的结果如下表所示，请分析：对照对照亲代亲代I IIIII轻链轻链1414N-DNAN-DNA全轻链全轻链1/21/2轻链轻链中链中链全中链全中链1/21/2中链中链重链重链1515N-DNAN-DNA全重链全重链（1 1）由由 实实 验验 结结 果果 可可 以以 推推 出出 第第 一一 代代（I I）细细 菌菌 DNADNA分分
13、 子子 中中 一一 条条 链链 是是 ，另一条链是，另一条链是 。（2 2）中链含有氮元素是）中链含有氮元素是 。（3 3）将将第第一一代代（I I）转转移移到到含含1515N N的的培培养养基基上上繁繁殖殖一一代代，将将所所得得到到的的细细菌菌的的DNADNA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 4）上述实验表明）上述实验表明DNADNA分子复制的特点是分子复制的特点是 1515N N母链母链 1414N N新链新链 1515N N和和1414N N 1/21/2中链，中链，1/21/2重链重链 半保留复制半保留复制 7 7下列关于下列关于D
14、NADNA复制过程的正确顺序是复制过程的正确顺序是（）互补碱基对之间氢键断裂互补碱基对之间氢键断裂 互补碱互补碱基对之间形成氢键基对之间形成氢键 DNA DNA分子分子在解旋酶的作在解旋酶的作用下用下解旋解旋 以解旋后的母链为模板进行碱以解旋后的母链为模板进行碱基互补配对基互补配对 子链与母链盘旋成双螺旋状子链与母链盘旋成双螺旋状结构结构 A.B.A.B.C.D.C.D.D D 8 8DNADNA分子的双链在复制时解旋，这时下分子的双链在复制时解旋，这时下述哪一对碱基从氢键连接处分开（述哪一对碱基从氢键连接处分开（）A AG G与与C C B BA A与与C C C CG G与与A A D D
15、G G与与T TA A 9 9DNADNA复制的基本条件是（复制的基本条件是（）A A模板，原料，能量和酶模板，原料，能量和酶 B B模板，温度，能量和酶模板，温度，能量和酶 C C模板，原料，温度和酶模板，原料，温度和酶 D D模板，原料，温度和能量模板，原料，温度和能量 A A 10 10DNADNA分子复制能准确无误地分子复制能准确无误地进行原因之一是（进行原因之一是（）A A碱基之间由氢键相连碱基之间由氢键相连 B BDNADNA分子独特的双螺旋结构分子独特的双螺旋结构 C CDNADNA的半保留复制的半保留复制 D DDNADNA的边解旋边复制特点的边解旋边复制特点B1111、DNA
16、DNA的复制是在细胞的的复制是在细胞的 分裂和分裂和 第一次第一次分裂前的分裂前的 期进行的。复制是指以期进行的。复制是指以 为模板为模板来合成来合成 的过程。复制特点是的过程。复制特点是 复制复制过程必需以过程必需以 为模板、为模板、为原料、为原料、提提供能量、供能量、的催化等条件，的催化等条件，为为DNADNA的复制提供精确的模板、并有的复制提供精确的模板、并有 能力保证复制能力保证复制能够准确无误地完成。一个亲代能够准确无误地完成。一个亲代DNADNA分子通过复制形成分子通过复制形成了两个了两个 ，新形成的，新形成的DNADNA分子都是既分子都是既含一条含一条 链、又含一条链、又含一条
17、链，因此，称链，因此，称DNADNA的的复制为复制为“”“”。有丝有丝减数减数间间亲代亲代DNADNA分子分子子代子代DNADNA分子分子边解旋边复制边解旋边复制亲代亲代DNADNA分子一条链分子一条链脱氧核苷酸脱氧核苷酸ATPATP酶酶DNADNA分子双螺旋结构分子双螺旋结构碱基互补配对碱基互补配对结构完全相同的子代结构完全相同的子代DNADNA分子分子母母子子半保留复制半保留复制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？多少条脱氧核苷酸链
18、？母链多少条？子链多少条？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=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，并图示分析。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
19、，母链2条，条，子链子链2n+1 2条条一个一个DNA的碱基的碱基A（T、G、C）占碱基总数的）占碱基总数的a%，碱基总数为，碱基总数为m，连续复制连续复制n次后，共需要次后，共需要G（C、A、T）多少个？）多少个？因为因为A=ma%，A=T、G=C，A+T=2ma%，DNA复制复制n代后子链数代后子链数=2n+1 2 DNA连续复制连续复制n代后需要代后需要 鸟嘌呤鸟嘌呤=（2n+1 2）/2 m（1/2 a%）=m（2n 1）（1/2 a%）解析：先求出亲代解析：先求出亲代DNA中中G=C=？每两条新链所必需的鸟嘌呤（？每两条新链所必需的鸟嘌呤（G）数）数等于亲代等于亲代DNA胞嘧啶（胞嘧
20、啶（C）数，再求出）数，再求出DNA复制复制n代后子链数；最后求代后子链数；最后求出出DNA连续复制连续复制n代后需要鸟嘌呤数。代后需要鸟嘌呤数。解：解：所以所以G=C=m（1/2 a%），每形成两条新链所必需的鸟嘌呤数等于，每形成两条新链所必需的鸟嘌呤数等于亲代亲代DNA胞嘧啶数胞嘧啶数=m（1/2 a%）答：答：DNA连续复制连续复制n代后需要鸟嘌呤数是代后需要鸟嘌呤数是m（2n 1）（1/2 a%）。）。基础知识简答基础知识简答1、沃森和克里克于、沃森和克里克于 年提出了著名的年提出了著名的 _模型，为合理地解释遗传物模型，为合理地解释遗传物质的质的_ 奠定了基础。奠定了基础。2、DNA
21、又称又称 ，组成它的基，组成它的基本单位是本单位是 （由一分子（由一分子 、一分子一分子 、一分子、一分子 组成）组成）。组成。组成DNA的碱基共有的碱基共有 种（符号表示为种（符号表示为 ），脱氧核苷共有），脱氧核苷共有 种（名称是种（名称是 、）。）。1953 DNA双螺旋结构双螺旋结构 各种功能各种功能脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸脱氧核苷酸脱氧核苷酸磷酸磷酸脱氧核糖脱氧核糖含氮碱基含氮碱基4A T G C4胞嘧啶脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸3、DNA的双螺旋结构是由的双螺旋结构是由 按按_平平行
22、方式盘旋的行方式盘旋的 长链组成，排在外长链组成，排在外侧的侧的 和和 交替连接构成基本骨交替连接构成基本骨架，通过架，通过 连接起来的连接起来的 排列在内排列在内侧。碱基对的组成规律是侧。碱基对的组成规律是 与与 配对，配对，（A）一定与）一定与 （T）配对，）配对，（G）一定与）一定与_ （C）配对，）配对，反之亦然，碱基之间这种一一对应的关系叫反之亦然，碱基之间这种一一对应的关系叫做做 原则。原则。4、DNA的碱的碱基只有基只有 种，碱基对只有种，碱基对只有 _种，种，而分子结构具有而分子结构具有 性，这完全是碱基对性，这完全是碱基对的的 千变万化的结果。千变万化的结果。两条两条脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸脱氧核糖脱氧核糖磷酸磷酸氢键氢键碱基对碱基对嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶腺嘌呤腺嘌呤胸腺嘧啶胸腺嘧啶鸟嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶胞嘧啶碱基互补配对碱基互补配对4两两多样多样排列次序排列次序反向反向