DNA分子结构与复制

第1页共8页DNA分子的结构、复制及基因是有遗传效应的DNA片段一、DNA分子的结构1．DNA分子的化学组成(1)基本组成元素：C、H、O、N、P。(2)基本单位2．DNA分子的结构(1)主要特点①两条脱氧核苷酸长链反向平行盘旋而成。②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。③两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，即：A＝或T＝或C≡遵循碱基互补配对原则(2)空间结构：规则的双螺旋结构。（3）要点分析①DNA分子中之间的数量比为1∶1∶1。②使碱基对中氢键打开的方法有：用解旋酶断裂，加热断裂。③除DNA末端的两个脱氧核糖外，其余每个脱氧核糖连接着2个磷酸。每个DNA片段中，游离的磷酸基团有2个。④在DNA分子的一条单链中相邻的碱基A与T通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连接。⑤若碱基对为n，则氢键数为2n～3n；若已知A有m个，则氢键数为3n－m。⑥DNA初步水解产物是脱氧核苷酸，彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和含氮碱基。3．DNA分子的特性(1)相对稳定性：DNA分子中磷酸和脱氧核糖交替连接的方式不变；两条链间碱基互补配对的方式不变。(2)多样性：不同的DNA分子中脱氧核苷酸的数目不同，排列顺序多种多样。若某DNA分子中有n个碱基对，则排列顺序有4n种。(3)特异性：每种DNA分子都有区别于其他DNA的特定的碱基对排列顺序，代表了特定的遗传信息。4.DNA碱基互补配对原则的有关计算规律1：互补的两个碱基数量相等，即A＝T，C＝G。规律2：任意两个不互补的碱基和占总碱基的50%。规律3：一条链中互补碱基的和等于另一条链中这两种碱基的和。规律4：若一条链中，A1＋T1A1＋T1＋C1＋G1＝n，则另一条链中A2＋T2A2＋T2＋C2＋G2＝n，＋1＋2＋T＋C＋1＋2＝n。第2页共8页规律5：若一条链中A1＋G1T1＋C1＝K，则另一条链中A2＋G2T2＋C2＝1K，＋1＋2＋1＋2＝1。提升训练1．判断下列有关DNA分子结构的叙述：(1)DNA分子由4种脱氧核苷酸组成(√)(2)DNA单链上相邻碱基以氢键连接(×)(3)碱基与磷酸基相连接(×)(4)磷酸与脱氧核糖交替连接构成DNA链基本骨架(√)(5)DNA分子中两条脱氧核苷酸链之间的碱基一定是通过氢键连接的(√)(6)双链DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数(√)(7)分子大小相同、碱基含量相同的核酸分子所携带的遗传信息一定相同(×)(8)沃森和克里克研究DNA分子的结构时，运用了构建物理模型的方法(√)(9)DNA分子中每个脱氧核糖上均连接着一个磷酸基和一个含氮碱基(×)(10)嘌呤碱基与嘧啶碱基的结合保证了DNA分子空间结构的相对稳定(√)2．如图为DNA分子结构示意图，对该图的正确的描述是(双选)（）A．②和①相间排列，构成了DNA分子的基本骨架B．④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸C．DNA聚合酶用于⑨的形成D．DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息答案AD3．20世纪50年代初，有人对多种生物DNA做了碱基定量分析，发现(A＋T)/(C＋G)的比值如下表。结合所学知识，你认为能得出的结论是()DNA来源大肠杆菌小麦鼠猪肝猪胸腺猪脾(A＋T)/(C＋G)1.011.211.211.431.431.43A．猪的DNA结构比大肠杆菌的DNA结构更稳定一些B．小麦和鼠的DNA所携带的遗传信息相同C．小麦DNA中(A＋T)的数量是鼠DNA中(C＋G)数量的1.21倍D．同一生物不同组织的DNA碱基组成相同答案D4．在一个DNA分子中，碱基总数为a，A碱基数为b，则下列有关数目正确的是()①脱氧核苷酸数＝脱氧核糖数＝磷酸数＝碱基数＝a②A＝T＝b③G＝C＝(a－2b)/2④A＋G＝C＋TA．仅①②正确B．仅③④正确C．仅①②④正确D．①②③④答案D第3页共8页二、DNA分子的复制（一）基本知识1．概念：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。2．时间：有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期。3．条件模板：解旋后两条母链原料：细胞中游离的4种脱氧核苷酸能量：ATP酶：解旋酶、DNA聚合酶等4．过程：DNA――→解旋酶两条母链――→DNA聚合酶形成子链→新DNA分子。5．方式：半保留复制。6．特点：边解旋边复制。7．意义：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。（二）真核生物染色体上DNA分子复制过程：1.图中DNA复制的场所是细胞核。2.图中DNA分子复制是从多个起点开始的，但不同时开始，复制开始时间右边最早。3.图中DNA分子复制的特点有：边解旋边复制、多起点复制、双向复制、半保留复制。4.图中DNA复制需要的酶有解旋酶和DNA聚合酶。5.真核生物的这种复制方式的意义是：提高了复制速率。（三）DNA复制的有关计算1.DNA复制为半保留复制，若将亲代DNA分子复制n代，其结果分析如下：(1)子代DNA分子数为2n个。①含有亲代链的DNA分子数为2个。②不含亲代链的DNA分子数为2n－2个。③含子代链的DNA有2n个。(2)子代脱氧核苷酸链数为2n＋1条。①亲代脱氧核苷酸链数为2条。②新合成的脱氧核苷酸链数为2n＋1－2条。2.消耗的脱氧核苷酸数①若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸数为m·(2n－1)个。②第n次复制所需该脱氧核苷酸数为m·2n－1个。提升训练2．已知某双链DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的34%，其一条链中的T与C分别占该链碱基总数的32%和18%，则在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的()A．34%和16%B．34%和18%C．16%和34%D．32%和18%答案A第4页共8页3．某DNA分子含m对碱基，其中腺嘌呤有A个。下列有关此DNA在连续复制时所需的胞嘧啶脱氧核苷酸数目的叙述中，错误的是()A．在第一次复制时，需要(m－A)个B．在第二次复制时，需要2(m－A)个C．在第n次复制时，需要2n－1(m－A)个D．在n次复制过程中，总共需要2n(m－A)个答案D4．假设一个双链均被32P标记的噬菌体DNA由5000个碱基对组成，其中腺嘌呤占全部碱基的20%。用这个噬菌体侵染只含31P的大肠杆菌，共释放出100个子代噬菌体。下列叙述正确的是()A．该过程至少需要3×105个鸟嘌呤脱氧核苷酸B．噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶等C．含32P与只含31P的子代噬菌体的比例为1∶49D．该DNA发生突变，其控制的性状即发生改变答案C三、基因是有遗传效应的DNA片段1．基因、DNA和染色体的关系：2．基因的基本功能包括：遗传信息的传递；遗传信息的表达。提升训练：1．观察下面图一、图二，回答相关内容：(1)据图一分析得出①基因与染色体的关系是：基因在染色体上呈线性排列。②染色体由DNA和蛋白质构成，一个DNA上有许多个基因，构成基因的碱基数小于(填“大于”或“小于”或“等于”)DNA分子的碱基总数。③基因的本质是有遗传效应的DNA片段。遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中。(2)将代表下列结构的字母填入图二中的相应横线上a．染色体b．DNAc．基因d．脱氧核苷酸2.科学研究发现，小鼠体内HMIGIC基因与肥胖直接相关。具有HMIGIC基因缺陷的实验小鼠与作为对照的正常小鼠，吃同样多的高脂肪食物，一段时间后，对照组小鼠变得十分肥胖，而具有HMIGIC基因缺陷的实验小鼠体重仍然保持正常，说明()A．基因在DNA上B．基因在染色体上C．基因具有遗传效应D．DNA具有遗传效应答案C3．如图为果蝇某一条染色体上的几个基因示意图，从中得到的正确结论是()第5页共8页A．R基因中与脱氧核糖直接相连的一般是一个磷酸基和一个碱基B．R、S、N、O互为非等位基因C．果蝇的每个基因是由成百上千个核糖核苷酸组成的D．每个基因中有一个碱基对的替换，都会引起生物性状的改变答案B四、知识回顾总结总结：提能训练1．下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法，不正确的是()A．基因一定位于染色体上B．基因在染色体上呈线性排列C．四种脱氧核苷酸的数目和排列顺序决定了基因的多样性和特异性D．一条染色体上含有1个或2个DNA分子答案A2．下列关于DNA复制的叙述，正确的是()A．DNA复制时，严格遵循A—U、C—G的碱基互补配对原则B．DNA复制时，两条脱氧核苷酸链均可作为模板C．DNA分子全部解旋后才开始进行DNA复制D．脱氧核苷酸必须在DNA酶的作用下才能连接形成子链答案B3．某DNA分子中含腺嘌呤200个，复制数次后，消耗了周围环境中的腺嘌呤脱氧核苷酸3000个，该DNA复制了()A．三次B．四次C．五次D．六次答案B4．有关真核细胞DNA分子的复制，下列叙述正确的是()A．复制过程中先是全部解旋，再半保留复制B．复制过程中不需要消耗ATPC．DNA聚合酶催化两个游离的脱氧核苷酸之间的连接D．复制后产生的两个子代DNA分子共含有4个游离的磷酸基团答案D第6页共8页5．DNA熔解温度(Tm)是使DNA双螺旋结构解开一半时所需要的温度，不同种类DNA的Tm值不同。如图表示DNA分子中G＋C含量(占全部碱基的比例)与Tm的关系。下列有关叙述，不正确的是()A．一般地说，DNA分子的Tm值与G＋C含量呈正相关B．Tm值相同的DNA分子中G＋C的数量有可能不同C．维持DNA双螺旋结构的主要化学键有磷酸二酯键和氢键D．DNA分子中G与C之间的氢键总数比A与T之间多答案D6．细菌在含15N的培养基中繁殖数代后，细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再将其移入含14N的培养基中培养，抽取亲代及子代的DNA，离心分离，如图①～⑤为可能的结果，下列叙述错误的是()A．子一代DNA应为②B．子二代DNA应为①C．子三代DNA应为④D．亲代的DNA应为⑤答案C7．科学家用15N标记的NH4Cl培养液来培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖两代，然后收集并提取DNA，再将提取的DNA进行密度梯度离心。离心后试管中DNA的位置是()A．全部位于下层B．一半居中，一半位于上层C．全部居中D．一半居中，一半位于下层答案D8．蚕豆根尖细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期，其染色体的放射性标记分布情况是()A．每条染色体的两条单体都被标记B．每条染色体中都只有一条单体被标记C．只有半数的染色体中一条单体被标记D．每条染色体的两条单体都不被标记答案B9．双脱氧核苷酸常用于DNA测序，其结构与脱氧核苷酸相似，能参与DNA的合成，且遵循碱基互补配对原则。DNA合成时，在DNA聚合酶作用下，若连接上的是双脱氧核苷酸，子链延伸终止；若连接上的是脱氧核苷酸，子链延伸继续。在人工合成体系中，有适量的序列为GTACATACATG的单链模板、胸腺嘧啶双脱氧核苷酸和4种脱氧核苷酸。则以该单链为模板合成出的不同长度的子链最多有()A．2种B．3种C．4种D．5种答案D解析根据题意，在合成子链时，胸腺嘧啶双脱氧核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸在与腺嘌呤脱氧核苷酸配对时存在竞争关系，当胸腺嘧啶双脱氧核苷酸与腺嘌呤脱氧核苷酸配对时，子链延伸终止，不再继续合成子链。因此，子链的合成可能会在碱基A的位点终止，所以会形成含有3个、5个、7个、9个和11个(只有胸腺嘧啶脱氧核苷酸与腺嘌呤脱氧核苷酸配对)共5种不同长度的子链。三、非选择题10．下图是某DNA分子的局部结构示意图，请据图回答下列问题。第7页共8页(1)写出图中序号代表的结构的中文名称：①____________，⑦____________，⑧______________，⑨______________。(2)图中DNA片段中碱基对有________对，该DNA分子应有________个游离的磷酸基团。(3)从主链上看，两条单链方向____________，从碱基关系看，两条单链_______________。(4)如果将14N标记的细胞培养在15N标记的脱氧核苷酸的培养液中，此图所示的___________________