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1、目标导航,预习导引,1.说出科学家对DNA分子复制作出的推测。 2.简述DNA分子的复制过程并说明DNA分子的半保留复制。 3.说出DNA分子携带遗传信息的方式并说明DNA携带丰富遗传信息的原因。 4.总结基因与DNA的关系和基因的概念。 5.简述DNA半保留复制的实验证据。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,一、DNA的复制 1.概念 DNA的复制是以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。 2.时间 DNA分子的复制是在细胞有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期,随着染色体的复制而完成的。 细菌的增殖速度很快,细菌的分裂一定要进行什么生理活动? 提示:DNA复制。 3.场所和过程 (1)场
2、所:主要在细胞核,细胞质中也有。 (2)过程:解旋合成子链形成子代DNA。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,4.特点 (1)DNA复制是一个边解旋边复制的过程。 (2)由于新合成的每个DNA分子中,都保留了原来DNA分子中的一条链,因此,这种复制方式叫半保留复制。 5.条件 DNA分子复制需要的模板是两条已解开的DNA单链;原料是游离的4种脱氧核苷酸;提供能量的物质是ATP;还需要酶等。 DNA是规则的双螺旋结构,复制时首先打开碱基对间的什么结构?需要的条件是什么? 提示:氢键,需要解旋酶和ATP。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,6.意义 DNA分子通过复制,将遗传信息从亲代传给子代
3、,从而保持了遗传信息的连续性。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,二、准确复制的原因 1.DNA分子独特的双螺旋结构提供精确的模板。 2.通过碱基互补配对,保证了复制准确进行。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,三、基因与DNA、染色体的关系 1.每个DNA分子上有多个基因,基因是有遗传效应的DNA片段。 2.每条染色体上有多个基因,基因在染色体上呈线性排列。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,四、DNA片段中的遗传信息 1.遗传信息:DNA分子中 4种碱基的排列顺序。 2.特点 (1)多样性:碱基排列顺序的千变万化。 (2)特异性:每一个DNA分子有特定的碱基排列顺序。 (3)稳定性:
4、DNA分子的结构较稳定。 3.与生物体多样性和特异性的关系 DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。,知识梳理,典例透析,一,二,实验设计,一、DNA的复制 1.理解DNA复制 (1)复制的场所 DNA复制的主要场所是细胞核,在拟核、线粒体、叶绿体中也能进行DNA的复制。 (2)外界条件对DNA复制的影响 DNA复制的过程中,需要酶的催化和ATP供能,凡是影响酶活性的因素和影响细胞呼吸的因素,都会影响DNA的复制过程。,知识梳理,典例透析,一,二,实验设计,(3)复制的过程,知识梳理,典例透析,一,二,实验设计,解旋:在解旋酶的作用下,把两条螺旋的双链解开。 合成子链:以解
5、开的每一条母链为模板,以游离的4种脱氧核苷酸为原料,遵循碱基互补配对原则,在有关酶的作用下,各自合成与母链互补的子链。 形成子代DNA:每条子链与其对应的母链盘绕成双螺旋结构,从而形成2个与亲代DNA完全相同的子代DNA分子。,知识梳理,典例透析,一,二,实验设计,特别提醒真核生物中一般是多起点双向复制。 从多个起点开始的复制不一定是同步的。 每个起点的复制方向均为双向复制,即从起点向两侧按相反方向复制。,知识梳理,典例透析,一,二,实验设计,2.半保留复制的验证:应用放射性同位素示踪技术和密度梯度离心技术 为了证明DNA分子的复制方式,1958年科学家运用同位素示踪技术,设计了一个非常精巧的
6、实验。,知识梳理,典例透析,一,二,实验设计,(1)实验材料:大肠杆菌(大约每20 min分裂一次,产生子代)。 (2)实验方法:放射性同位素标记法和离心技术。 (3)实验过程 用15N标记的NH4Cl培养大肠杆菌,获得15N/15N-DNA。 将大肠杆菌转移到含14N的普通培养液中培养。 在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA。 将提取的DNA进行离心,记录离心后试管中DNA的位置。,知识梳理,典例透析,一,二,实验设计,(4)实验预期:离心后出现3条DNA带。 重带(密度最大,最靠近试管底部):两条链都为15N 标记的亲代双链DNA(15N/15N)。 杂交带(密度居中,位置也居中,也称中带)
7、:一条链为15N、另一条链为14N标记的子代双链DNA(15N/14N)。 轻带(密度最小,离试管底部最远):两条链都为14N 标记的子代双链DNA(14N/14N)。 (5)结论:实验证明,在新合成的每个DNA分子中,都保留了原来DNA分子中的一条链,因此,这种复制方式又称为半保留复制。,知识梳理,典例透析,一,二,实验设计,二、基因与脱氧核苷酸、DNA、染色体和生物性状之间的关系,知识梳理,典例透析,一,二,实验设计,知识梳理,典例透析,题型一,题型二,题型三,实验设计,题型一 DNA复制的特点 【例1】 下图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图,下列有关叙述错误的是( ) A.图中
8、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,知识梳理,典例透析,题型一,题型二,题型三,实验设计,解析:从题图中可以看出有多个复制起点,但不是同时开始复制,所以A项错误。图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的,真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶、DNA聚合酶等参与。这种多起点、半保留复制的模式不仅能保持前后代的稳定性,还提高了DNA复制的速率。 答案:A 反思领悟DNA复制具有半保留复制、边解旋边复制、多起点复制(真核生物)、双向复制等特点。其中,边解旋边复制、多起点复制
9、(真核生物)、双向复制三个特点提高了DNA复制的速率。,知识梳理,典例透析,题型一,题型二,题型三,实验设计,题型二 DNA复制的有关计算 【例2】 假设一个双链均被32P标记的噬菌体DNA由5 000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3105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149 D.该噬菌体DNA分子中含有的胞嘧啶脱氧核苷酸的数量是2 000个,知识梳理,典例透析,题型一,题型二,题型三,实验设计,
10、解析:DNA分子中含有的鸟嘌呤脱氧核苷酸(G)的数量是(5 0002-5 000220%2)2=3 000(个),复制过程至少需要鸟嘌呤脱氧核苷酸的数量为3 000(100-1)=2.97105,A项错误;噬菌体增殖过程中的模板来自噬菌体本身,B项错误;经过多次复制后,含32P的子代噬菌体为2个,所以含32P与只含31P的子代噬菌体的比例为2(100-2)=149,C项正确;在双链DNA分子中,胞嘧啶脱氧核苷酸的数量等于鸟嘌呤脱氧核苷酸的数量,即为3 000个。 答案:C,知识梳理,典例透析,题型一,题型二,题型三,实验设计,反思领悟与DNA复制有关的计算规律 DNA不论复制多少次,产生的子代
11、DNA分子中含有亲代脱氧核苷酸链的总是2个。 复制n次产生的子代DNA分子数为2n,产生的DNA单链为2n2=2n+1。故复制n次后,含亲代DNA链的DNA分子数占子代DNA分子总数的比例为 复制所需的脱氧核苷酸数=a(2n-1),其中的a为所求的脱氧核苷酸在原来DNA(即作模板的亲代DNA)分子中的数量,n为复制次数。 一定数量的碱基对所能构成的DNA分子种类数或所携带的遗传信息的种类数=4n(n为碱基对数)。,知识梳理,典例透析,题型一,题型二,题型三,实验设计,题型三 基因、染色体和遗传信息的关系 【例3】 下列关于基因的叙述,正确的是( ) A.DNA分子上任意一个片段都是基因 B.人
12、体细胞中染色体是基因的唯一载体 C.基因中脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息 D.基因的多样性决定了DNA分子的多样性 解析:基因是有遗传效应的DNA片段,而不是DNA分子中任意一个片段。人体细胞中染色体是基因的主要载体,线粒体中也分布着一定数量的基因。基因的基本组成单位是脱氧核苷酸,基因的多样性和DNA分子的多样性均与脱氧核苷酸的数量和排列顺序有关。 答案:C,知识梳理,典例透析,题型一,题型二,题型三,实验设计,反思领悟基因的内涵 功能上,基因是遗传物质的结构和功能的基本单位。本质上,基因是有遗传效应的DNA片段。结构上,基因是含有特定遗传信息的脱氧核苷酸序列。位置上,核DNA在染色体上有特
13、定的位置,呈线性排列。,知识梳理,典例透析,实验设计,探究方法,能力展示,用同位素标记法证明DNA半保留复制 (1)含15N的DNA在含14N的培养基中复制一次后形成的DNA分子在密度梯度离心后形成的带位于重带和轻带中间。 (2)从在含14N的培养基中生长一代的细胞(原来含15N)中提取DNA,通过热变性,使DNA双链分开,然后离心,结果观察到两条带,其中一条位于重带位置,一条位于轻带位置。这就有力地证实了DNA的半保留复制。,知识梳理,典例透析,实验设计,探究方法,能力展示,实例分析:含有32P或31P的磷酸,两者化学性质几乎相同,都可参与DNA分子的组成,但32P比31P相对分子质量大。现
14、将某哺乳动物的细胞放在含有31P磷酸的培养基中,连续培养数代后得到G0代细胞。然后将G0代细胞移至含32P的培养基中培养,经过第1、第2次细胞分裂后,分别得到G1、G2代细胞。再从G0、G1、G2代细胞中提取DNA,经密度梯度离心后得到的结果如下图所示。由于DNA相对分子质量不同,因此在离心管内的分布不同。若分别表示轻、中、重三种DNA的位置。请回答下面的问题。,知识梳理,典例透析,实验设计,探究方法,能力展示,(1)G0、G1、G2三代DNA离心后的试管分别是图中的 、 、 。 (2)G2代三条带中的DNA分子数的比例是 。 (3)图中两条带中的DNA分子所含的同位素分别是: ; 。 (4)
15、上述实验结果证明DNA的复制方式为 。,知识梳理,典例透析,实验设计,探究方法,能力展示,解析:首先应理解轻、中、重三种DNA的含义:由两条都含31P的脱氧核苷酸链组成的是轻DNA;由一条含31P的脱氧核苷酸链与另一条含32P的脱氧核苷酸链形成的是中DNA;由两条都含32P的脱氧核苷酸链组成的是重DNA。根据DNA半保留复制的特点,G0代细胞中的DNA全部是轻DNA;G1代是以G0代细胞的DNA为模板,以含32P的脱氧核苷酸为原料形成的两个DNA分子,则全部为中DNA;G2代是以G1代细胞的DNA为模板,以含32P的脱氧核苷酸为原料形成的四个DNA分子,其中有两个DNA分子的母链含31P,子链全为32P,为中DNA,另两个DNA分子母链、子链全为32P,是重DNA。G2代以后除两个中DNA外,其他均为重DNA。 答案:(1)A B D (2)011 (3)31P 31P和32P (4)半保留复制,