第3章 基因的本质知识清单-2023-2024学年高一下学期生物人教版必修2

第九章基因的本质 第1节 DNA是主要的遗传物质 一、对遗传物质的早期推测 20世纪20年代，人们已经认识到各种氨基酸可以按照不同的方式排列，形成不同的蛋白质，氨基酸多种多样的排列顺序可能蕴含着遗传信息。人们由此认为蛋白质是生物体的遗传物质。 到20世纪30年代，人们才认识到DNA是由四种脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子，脱氧核苷酸的化学组成包括磷酸、脱氧核糖和碱基（分别是腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶）三部分。但是由于当时对DNA分子的结构缺乏充分了解，所以蛋白质是主要遗传物质的观点仍占主导地位。 作为谕传物质必须具备的条件： 具备的条件 意义 能够精确地复制 前代、后代保持一定的连续性 能够指导蛋白质的合成 控制生物的性状和新陈代谢的过程 结构具有相对的稳定性 保持物种的稳定性 具有存储大量遗传信息的潜在能力 保持物种的多样性 二、肺炎双球菌转化实验 1、两种肺炎双球菌的比较 项目 R型 S型 菌体 无多糖的荚膜，呈球形 有多糖的荚膜，呈球形 菌落 表面粗糙 表面光滑 毒性 无毒性 有毒性，可使人患肺炎或使小鼠患败血症 备注 荚膜是某些细菌在一定条件下或生长发育到某一阶段时，在组胞壁外形成的一层厚度不均的胶状物。有多糖类荚膜的细菌在培养基上形成的菌落表面光滑，叫作S型组菌；没有多糖类荚膜的细菌在培养基上形成的菌落表面粗糙，叫作R型细菌 2、肺炎双球菌的体内转化实验 实验 14 肺炎双球菌的体内转化实验 时间 1928年 人物 （英国）格里菲思 实验过程及现象 注射 第一组 健康 活R型(无毒) 第二组 活S型(有毒) 注射 死亡 第三组 注射 死S型(加热) 健康 分离 死S型 活R型 注射 死亡 ＋ 活S型 注射 死亡 第四组 实验现象分析 1、加热杀死的S型细菌已失活 2、加热杀死的S型细菌内含有使R型细菌转化为S型细菌的物质 实验结论 加热杀死的S型细菌内含有“转化因子” 3、肺炎双球菌的体外转化实验 实验 15 肺炎双球菌的体外转化实验 时间 1944年 人物 （美国）艾弗里等人 实验思路 设法将DNA和蛋白质、多糖等物质分开，单独地、直接地观察它们的作用 实验过程及结果 加入 R型(无毒) R型(无毒) R型(无毒) DNA 蛋白质或 荚膜多糖 DNA加 DNA酶 活S型(有毒) 分离 加入 加入 培养 培养 培养 R型(无毒) R型(无毒) S型 R型 实验分析 1、S型细菌的DNA使R型细菌发生转化且可以遗传 2、S型细菌的其他物质不能使R型细菌发生转化 实验结论 S型细菌体内只有DNA才是R型细菌的“转化因子”，即DNA是遗传物质，蛋白质、多糖类物质不是遗传物质 备注 1、实验中设置DNA+DNA酶这组实验的目的：与只加DNA的一组形成对照，说明DNA的水解产物不能实现转化。 2、艾弗里实验的不足：实验中提取的DNA，纯度最高时也还有0.O2%的蛋白质，不能排除蛋白质的作用。 4、关于两次肺炎双球菌实验的比较 表格 77 两次肺炎双球菌实验的比较 项目 体内实验 体外实验 实验者 格里菲斯 艾弗里及其同事 培养细菌 小鼠（体内） 培养基（体外） 实验原则 R型细菌与S型细菌的毒性对照 S型细菌各成分作用的相互对照 实验结果 加热杀死的S型细菌能使R型细菌转化为S型细菌 S型细菌的DNA使R型细菌转化为S型细菌 实验结论 加热杀死的S型细菌内有“转化因子” S型细菌的DNA是遗传物质 两者的联系 ①所用材料相同，都是肺炎双球菌（R型和S型） ②体内转化实验是基础，仅说明加热杀死的S型细菌体内有“转化因子”，体外转化实验进一步证明“转化因子”是DNA ③两实验都遵循对照原则、单一变量原则 备注 ①格里菲斯通过肺炎双球菌转化实验发现了转化现象，认为导致细菌转化的是某种物质。艾弗里及其同事对S型细菌的组成物质分离提纯，通过体外转化实验，分别进行观察，证明了DNA是具有转化作用的遗传物质，而蛋白质和其他物质不是遗传物质 ②S型细菌体内的DNA不受加热影响，当与R型细菌混合培养时，S型细菌DNA进入R型细菌体内，这叫DNA的转导。其结果在S型细菌DNA的控制下，利用R型细菌体内的化学成分，合成了S型细菌的DNA和蛋白质，从而组成了具有毒性的S型细菌。转化作用的实质是外源DNA与受体DNA之间的重组，使受体细胞获得了新的道传信息。DNA越纯，转化效率越高 ③遗传转化是指同源或异源的游离DNA分子（质粒或染色体DNA）被细菌的细胞摄取，并得以表达的基因转移过程。遗传转化可以分为自然转化和人工转化，前者是细胞在一定生长阶段出现容易接受外源DNA的生理特性；后者则是通过人为诱导的方法，使细胞具有摄取DNA的能力，或人为地将DNA导入细胞内 ④自然转化现象首先是在肺炎双球菌中发现的。近几十年来，已经发现许多细菌属中的某些种类或某些特殊的菌株有自然转化能力。在肺炎双球菌中，自然转化的第一步是R型受体细胞处于感受态，即能从周围环境中吸取DNA的一种生理状态，然后是DNA在细胞表面的结合和进人。进入细胞的DNA分子一般以单链形式整合进入宿主的DNA，并获得遗传特性的表达。这一系列的过程涉及细菌DNA上10多个基因编码的功能 ⑤R型细菌在生长到一定阶段时，就会分泌一种小分子的蛋白质，称为感受态因子。这种因子又与细菌表面受体相互作用，诱导感受态特异蛋白质（如自溶素）的表达，它的表达使细菌表面的DNA结合蛋白及核酸酶裸露出来，使其具有与DNA结合的活性。加热灭活的S型细菌遗留下了完整的细菌DNA的各个片段，其中包括控制荚膜形成的基因，即S基因。这一片段从S细菌中释放出来，并且在后继的培养中被一些R型细菌所摄取，S基因的DNA以双链的形式在R型细菌细胞的几个位点上结合并被切割。核酸内切酶首先切断DNA双链中的一条链，被切割的链在核酸酶的作用下降解，成为脱氧核苷酸释放到培养基中，另一条链与R感受态细菌的特异蛋白质结合，以这种形式进入细胞，并通过同源的重组以置换的方式整合进入R细菌的基因组中，使R型细菌转化为S型细菌 三、噬菌体侵染细菌实验 表格 78 噬菌体侵染细菌实验 T2噬菌体 结构与成分 头部和尾部的外壳由蛋白质构成，头部内含有DNA 图示 生活方式 寄生，不能独立生存 增殖特点 T2噬菌体侵入细菌后，会在自身遗传物质的作用下，利用细菌内的物质来合成自身的组成成分，进行大量增殖 实验方法 放射性同位素标记法 实验思路 S是蛋白质的特征元素，P是DNA的特征元素，用各自特征元紧的放射性同位素分别标记DNA和蛋白质，直接、单独地去观察它们的作用。 实验原理 噬菌体侵染细菌后，在自身遗传物质的控制下，利用细菌体内的物质合成自身的组成成分，从而大量繁殖。 实验过程 步骤 一 二 1、标记大肠杆菌 含35S的培养基+无标记的大肠杆菌→含35S的大肠杆菌 含32P的培养基+无标记的大肠杆菌→含32P的大肠杆菌 2、标记噬菌体 无标记的噬菌体→侵染含35S的大肠杆菌→含35S的噬菌体 无标记的噬菌体→侵染含32P的大肠杆菌→含32P的噬菌体 3、噬菌体侵染细菌 含35S的噬菌体+无标记的大肠杆菌→混合培养（搅拌后离心） 含32P的噬菌体+无标记的大肠杆菌→混合培养（搅拌后离心） 实验结果 上清液放射性很高，沉淀物放射性很低，放射性物质存在于大肠杆菌外 上清液放射性很低，沉淀物放射性很高，放射性物质存在于大肠杆菌内 图示 实验分析 噬茵体侵染细菌时，含32P的噬菌体DNA进入了细菌体内，而含35S的噬菌体蛋白质外壳并未进入细菌体内 实验结论 DNA是真正的遗传物质 备注 ①培养含放射性标记的噬菌体不能直接用培养基，因为病毒营专性寄生生活，只在生物的活细胞内有生物活性，故应先培养含有放射性标记的细菌，然后用带有放射性标记的细菌培养噬菌体 ②用32P标记噬菌体的DNA， 35S标记蛋白质；由于DNA、蛋白质中都有C、H、O、N四种元素，因此不能用其对噬菌体进行标记，否则无法判断到底是DNA还是蛋白质进入细菌细胞中 ③实验过程中保温的作用是什么？保温时间的长短对结果有影响么？为什么？ 保温是为噬菌体培养提供适宜的恒定的温度。保温时间如果过短，噬菌体来不及侵染细菌；保温时间过长，子代噬菌体就会释放到细菌外 ④实验过程中搅拌、离心的目的是什么？离心后沉淀物和上清液中各有什么成分？ 搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离；离心的目的是让上清液中析出重量较轻的T2噬菌体颗粒（内部的DNA已经不存在的噬菌体外壳），而离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌 ⑤用35S标记的噬菌体侵染实验中沉淀物出现少量放射性的可能原因？用32P标记的噬菌体侵染实验中上清液出现少量放射性的可能原因？ 搅拌离心不充分；保温时间过短，噬菌体未能充分吸附，保温时间过长，可能导致大肠杆菌被裂解，释放出子代噬菌体 ⑥若用32P和35S标记噬菌体，而细菌未标记，相当于间接地将DNA和蛋白质分开，在子代噬菌体中只有DNA中有放射性 ⑦若用32P和35S标记细菌，而噬菌体未标记，在二代噬菌体中DNA和蛋白质中均可检测到放射性 ⑧若用14C和3H等标记噬菌体，而细菌未标记，在子代噬菌体中，只有在DNA中能检测到放射性 ⑨若用14C和3H等标记细菌，而噬菌体未标记，在子代噬菌体中蛋白质和DNA中均可检测到放射性 表格 79 肺炎双球菌体外实验与噬菌体侵染细菌实验比较 项目 肺炎双球菌体外转化实验 噬菌体侵染细菌实验 相同点 实验思路 使DNA与蛋白质分开，单独处理，观察它们各自的作用 实验原则 遵循了对照原则 实验结论 证明了DNA是遗传物质，但不能证明DNA是主要的遗传物质 不同点 方法不同 直接分离。分离S型细菌的DNA、多糖、蛋白质等，分别与R型细菌混合培养 同位素标记。分别用32P和35P标记DNA和蛋白质 结论不同 证明DNA是遗传物质，而蛋白质和多糖不是遗传物质 证明DNA是遗传物质，但不能证明蛋白质不是遗传物质，因为蛋白质没有进入细菌体内 四、RNA也具有遗传物质的作用 实验材料 烟草花叶病毒 病毒构成 蛋白质外壳及RNA 实验过程 图示 实验结果与结论 烟草花叶病毒的RNA能自我复制，并控制生物的遗传性状，因此RNA是它的遗传物质 五、DNA是主要的遗传物质 在绝大多数动植物的性状遗传上，DNA是主要的遗传物质，但RNA也有遗传物质的作用。一些植物病毒和动物病毒，只含有RNA，而不含有DNA，它们的遗传性状则是由RNA决定的。 由此可见，对于大多数生物来说，遗传物质是DNA，而在只含有RNA和蛋白质的病毒中，RNA是遗传物质，因此，DNA是主要道传物质。 表格 80 遗传物质的类型 项目 细胞生物（真核、原核） 非细胞生物（病毒） 真核生物 原核生物 大多数病毒 （DNA病毒） 极少数病毒 （RNA病毒） 核酸 DNA和RNA DNA RNA 遗传物质 DNA DNA RNA 举例 酵母菌、玉米、人 细菌、蓝藻 T2噬菌体 烟草花叶病毒、TMV、HIV 备注 ①因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以DNA是主要的遗传物质；但对于每一种特定生物而言，其遗传物质是固定的，DNA或者RAN，不能讲某种生物的遗传物质主要是DNA ②一切生物（朊病毒除外）的遗传物质是核酸（DNA或RNA） ③凡细胞生物（不论是真核生物还是原核生物），其遗传物质都是DNA，其细胞中的RNA只是遗传信息表达的媒介 ④DNA病毒如噬菌体的遗传物质是DNA，只有RNA病毒的遗传物质是RNA 作为遗传物质必须具备以下条件： （1）在细胞生长和繁殖的过程中能够自我复制。 （2）能够指导蛋白质合成，从而控制生物的性状和新陈代谢。 （3）具有储存巨大数量遗传信息的潜在能力。 （3）结构比较稳定，但在特殊情况下又能发生突变，且突变以后还能继续复制，并可能遗传给后代。 第2节 DNA分子的结构 一、DNA的化学组成 表格 81 DNA的化学组成 组成元素 C、H、O、N、P 初步水解产物 脱氧核糖核苷酸，简称脱氧核苷酸 彻底水解产物 一份子的磷酸、一份子的脱氧核糖、一份子的含氮碱基（A、G、C、T四种） 图示 磷酸 脱氧核糖 含氮碱基 4种含氮碱基 名称 腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T） 4种脱氧核苷酸 名称 腺嘌呤脱氧核苷酸（A）、鸟嘌呤脱氧核苷酸（G）、胞嘧啶脱氧核苷酸（C）、胸腺嘧啶脱氧核苷酸（T） 存在位置 真核细胞DNA主要分布在细胞核中，细胞质中的线粒体和叶绿体中也有少量DNA 二、DNA双螺旋结构 表格 82 DNA双螺旋结构 构建依据 ①DNA由6种小分子组成：脱氧核糖、磷酸和4种碱基（A、T、C、G），这些小分子组成了4种脱氧核苷酸，再由4种脱氧核苷酸组成DNA ②威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图谱表明DNA呈螺旋结构 ③奥地利的著名生物化学家查哥夫测定DNA的分子组成，发现在不同物种中4种碱基的含量不同，但是A和T的含量总是相等，G和C的含量也相等 模型构建者 1953年，由美国生物学家沃森和英国物理学家克里克构建 DNA分子的结构 ①由两条、反向平行的脱氧核苷酸链盘旋成规则的双螺旋结构 ②外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架。内侧：由氢键相连的碱基对组成 ③两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对有一定的规律： A（腺嘌呤）一定与T（胸腺嘧啶）配对，G（鸟嘌呤）一定与C（胞嘧啶）配对。 碱基之间这种一一对应关系，叫做碱基互补配对原则 ④A和T之间形成2个氢键，C和G之间形成3个氢键，A＝T、G≡C 空间结构的特点 ①从总体上看，DNA是由两条平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的，成为规则的双螺旋结构 ②脱氧核糖和磷酸交替连接，构成基本骨架排列在外侧，碱基在内侧 ③内部：连接两条链的碱基通过氢键形成碱基对，且很有规律。遵循碱基互补配对规律：A一定与T配对，C一定与G配对 DNA分子的特性 ①稳定性：双链DNA分子上的什么结构构成稳定的基本骨架？ 答：磷酸和脱氧核糖交替排列 ②多样性：双链DNA分子上什么结构排列顺序是千变万化的？ 答：碱基排列顺序 A.不同生物的DNA分子中配对的碱基之和的比值不同，即（A+T）/（C+G）的值不同，也体现了多样性。 B.碱基对有：A—T、T—A、G—C、C—G四种，若某DNA分子中有n个碱基对，则排列顺序有4n种，其中n代表碱基对数。 ③特异性：每个DNA分子各自的碱基排列顺序是特定的吗？ 答：每个DNA分子各自的碱基排列顺序是特定的。 备注 ①每个DNA片段中，游离的磷酸基团有2个，它们代表每条链的5’端 ②A与T之间形成两个氢键，C与G之间形成三个氢键。C-G所占比例越大，DNA结构越稳定；若碱基对数为n，则氢键数为2n～3n之间，若已知A有m个，则氢键数为3n-m ③一个脱氧核糖3号碳上的羟基与另一个脱氧核糖5号碳上的羟基与同一磷酸基团酯化，就形成了一个磷酸二酯键 ④DNA单链两端的两个脱氧核苷酸，其中一个脱氧核糖5号碳上的磷酸未成键，这一端称5＇端； 另一个脱氧核糖3号碳上的羟基未成键，这一端称3＇端 三、制作DNA双螺旋结构模型 实验 16 制作DNA双螺旋结构模型 实验目的 ①初步学会制作DNA双螺旋结构模型 ②进一步理解和认识DNA的空间结构特点 实验原理 DNA分子双螺旋结构由两条脱氧核苷酸链组成。两条长链以反向平行方式向右盘绕成双螺旋；两条长链上对应碱基以氢键连接成对，对应碱基的互补关系为：A-T、C-G（T-A、G-C），碱基对位于双螺旋结构内侧，两个相邻碱基对之间平面的垂直距离为0.34nm，螺旋直径为2nm，螺距为3.4nm，每个螺距有10对碱基 材料用具 硬塑料方框两个（长约10cm，宽约5cm）。根据下面有关材料的大小可适当改变，也可用三合板中间挖空替代，细铁丝两根（长约0.5m，可视制作的碱基多少而定）。圆形塑料片（代表磷酸），五边形塑料片（代表脱氧核苷酸），四种不同颤色的长方形塑料片（代表不同碱基）。以上材料也可用硬纸板、纸盒代替。粗铁丝两根(约10cM)，订书机（针） 实验方法与步骤 ①取一个硬塑料方框，在方框一侧的两端各拴上一条0.5m的细铁丝 ②制作含不同碱基的脱氧核苷酸模型。 将圆形塑料片（代表磷酸）和一个长方形塑料片（代表碱基）分别用订书针连接在同一个五边形堕料片（代表脱氧核糖）上，制成一个个含不同碱基的脱氧核苷酸。如下图所示 磷酸 脱氧核糖 含氮碱基 ③分别制作两条DNA单链。 将12个（6个也可以）制成的脱氧核核苷酸模型按碱基顺序，如—ACCTGGTT—（当然另设计其他碱基排列顺序也可以）依次穿在一条细铁丝上。不同的实验小组也可以另排顺序，制作好一条DNA单链。接同样的方法制作另一条DNA单链（注意碱基的排列一定要和第一条链上的碱基互补配对，还要注意另一条链的方向是相反的），用订书针将两条链之间的互补碱基连接好 ④拉成DNA分子平面结构和旋转成立体结构。 将两条铁丝的另一端分别拴到另一个硬塑方框一侧两端，并在所制模型的背侧用两根较粗的铁丝加固。双手分别提起硬塑方框，拉直双链便成DNA平面结构，向右旋转一下（注意要整体向右旋）即得到一个DNA分子的双螺旋结构模型 四、DNA中碱基的计算 1 在整个双链DNA分子中，所有碱基之和为1，即： 2 双链DNA分子中，碱基数量存在两两相等，即： 3 双链DNA分子中，嘌呤碱基（A与G）总数＝嘧啶碱基（C与T）总数＝碱基总和的一半，即： 4 双链DNA分子中，不互补碱基之和的比值等于1，即： 5 在两条互补的DNA分子链中，不互补碱基之和的比值互为倒数，即： 如果 ，那么 6 双链DNA分子中，互补碱基之和的比值在单、双链中相同，即： 7 已知双链DNA中某一种碱基占碱基总数的比例，求其他某种碱基在整个双链DNA的比例时，根据在双链DNA中的碱基互补配对原则，总是有A=T、G=C，而且A+G+C+T=100%=1，则。这样就可以求出其他某种碱基在整个双链DNA中的比例 8 已知某碱基在整个双链DNA中的比例，那么该碱基在某一条单链中的最大值=该碱基在整个双链DNA中的比例的2倍 9 已知某碱基在整个双链DNA中的比例，那么该碱基在某一条单链中的最小值为0 在整个DNA分子中 ① ② 两个互补碱基数相等；两个不互补的碱基数之和恒等 ③ 任意两个不互补的碱基数之和占DNA碱基总数的50% 在DNA两条互补链之间 ① ② 整个DNA分子与其包含的两条链之间 ①整个DNA分子相对应的两种碱基之和（A+T或C+G）所占比值=其每一单链中这两种碱基之和占单链中碱基数的比值 ②整个DNA中某一碱基所占比值=该碱基在每一单链中所占比例之和的一半 ③Α链（A+T）或（C+G）=β链（A+T）或（C+G）=双链（A+T）或（C+G） ④DNA分子复制前后某种碱基数量的计算： 若某DNA分子含某碱基x个，则该DNA分子进行n次复制，需含该碱基的脱氧核苷酸分子数=互补的碱基的脱氧核苷酸分子数=（2n-1)x个 五、DNA与RNA的比较 表格 83 DNA与RNA的比较 项目 DNA RNA 结构 通常是双螺旋结构，极少数病毒是单链结构 通常是单链结构 基本单位 脱氧核苷酸（4种） 核糖核苷酸（4种） 五碳糖 脱氧核糖 核糖 碱基 A、G、C、T A、G、C、U 产生途径 DNA复制、逆转录 转录、RNA复制 存在部位 主要位于细胞核中染色体上，极少数位于细胞质中的线粒体和叶绿体上 主要位于细胞质中 功能 传递和表达遗传信息 ①mRNA：转录遗传信息，翻译的模板 ②tRNA：运输特定氨基酸 ③rRNA：核糖体的组成成分 种类的判断 ①若有核糖，则一定是RNA；若有脱氧核糖，则一定是DNA ②若含T，一定为DNA；若含U，一定为RNA。所以用同位素标记T或U，可探知DNA或RNA。若大量利用T，可认为进行了DNA的合成；若大量利用U，可认为进行了RNA的合成 ③若含T，且A≠T或嘌呤≠嘧啶，则为单链DNA。因为双链DNA的分子中A=T、G=C，嘌呤（A+G）=嘧啶（T+C） ④若嘧啶≠嘧啶，肯定不是双链DNA（可能为单链DNA，也可能为RNA）。但若是细胞中所有核酸的嘌呤≠嘧啶，则可能既有双链DNA，又有RNA 第3节 DNA的复制 一、对DNA复制方式的推测 DNA分子的复制是以DNA分子的双螺旋结构为基础的。1956年美国生物化学家康贝格首次在试管中人工合成了DNA分子。他将大肠杆菌中提取出的DNA聚合酶加入到具有四种丰富的脱氯核苷酸和适量的的人工合成体系中，四种脱氧核苷酸并不能聚合成脱氧核苷酸链——并没有发生DNA的合成。当加入了ATP和少量DNA做引子，在适宜温度条件下，一段时间后，测定其中DNA的含量。发现其中的DNA的含量增加了，并且这些DNA的（A+T）：（C+G）的比值不是随意的，而与所加入的DNA引子相同。换句话说，新合成的DNA的特异性不取决于人工合成体系中四种脱氧核苷酸的比例，也不取决于DNA聚合酶来哪种生物，而完全取决于做引物的DNA分子。可见，子代DNA是以引物DNA分子为模板进行复制的。 因此，DNA分子的复制是指以亲代DNA分子为模板合成二代DNA的过程，其发生于有丝分裂间期和减数第一次分裂的间期。 二、DNA分子的复制 表格 84 DNA分子的复制 概念 以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。DNA的复制实质上是遗传信息的复制 时间 有丝分裂间期和减数第一次分裂的间期 场所 主要在细胞核中 条件 模板 亲代DNA分子的两条链分别作为模板 原料 4种游离的脱氧核苷酸 能量 ATP等 酶 解旋酶、DNA聚合酶、DNA连接酶等 原则 碱基互补配对原则，即：A=T、G≡C 过程 解旋 DNA利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，DNA分子两条脱氧核苷酸链配对的碱基从氢键处断裂，于是部分双螺旋链解旋为两条平行双链，此过程叫解旋，解开的两条单链叫我们称为母链（模板链） 合成子链 以解开的每段母链（模板链）为模板，以游离的脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，合成与母链互补的子链。在DNA聚合酶的作用下，随着解旋的进行，新合成的子链不断延伸，同时每条子链与其对应的母链互相盘绕成双螺旋结构。复制是半保留复制，解旋完成即复制完成，形成两个新的DNA分子 结果 一个DNA分子形成两个完全相同的DNA分子 特点 ①DNA分子是边解旋边复制，是一种半保留复制。即在子代双链中，有一条是亲代原有的链，另一条则是新合成的。 ②DNA复制严格遵守碱基互补配对原则，准确复制，从而保证了子代和亲代具有相同的遗传信息 DNA能精确复制的原因 ①独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板 ②碱基互补配对原则保证复制能够准确进行 意义 复制出的子代DNA分子，通过体细胞的有丝分裂和减数分裂，使亲代的遗传信息传递给子代，从而使前后代保持了遗传信息的连续性，保证了物种的相对稳定 备注 DNA复制的主要场所是细胞核，另外，线粒体、叶绿体等半自主性细胞器以及原核细胞的拟核等也含有DNA，因此，线粒体、叶绿体以及拟核也是DNA复制的场所 三、DNA分子复制方式的探究 实验过程 实验结论 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，这种复制方式又被称为DNA半保留复制 四、DNA分子复制的相关计算 DNA分子在复制时，以解旋后形成的两条链（旧链）作为模板，按照碱基互补配对原则，从周围原生质中吸收脱氧核苷酸与之配对，形成两条子链（新链），新链与旧链螺旋成为一个新的DNA分子，所以称之为半保留复制。一个DNA复制n代后，能形成2n个DNA分子，这些DNA分子中，只有两个DNA含有第一代DNA的链。 已知某一全部N原子被15N标记的DNA分子（1代），转移到含14N的培养基中培养（复制）若干代，其结果分析如下： 表格 85 DNA分子复制的相关计算 世代 DNA分子特点 DNA分子脱氧核苷酸链特点 总量 DNA在离心管中位置 不同DNA分子占全部DNA之比 总数 不同标记链占全部链之比 15N分子 分子 14N分子 含15N的链 含14N的链 1 1 全部下部 1 0 0 2 1 0 2 2 全部中部 0 1 0 4 1/2 1/2 3 4 1/2中部，1/2上部 0 1/2 1/2 8 1/4 3/4 4 8 1/4中部，3/4上部 0 1/4 3/4 16 1/8 7/8 … … … … … … … … … n 中部；上部 0 备注 ①开始被15N标记的DNA分子作为0代还是第1代直接决定世代数与子代所占比例的计算。请仔细辨析 ②注意DNA复制n次还是第n次的区别：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氢核昨酸数为个。第n次复制所需该脱氧核苷酸数为个 ③分析被标记DNA分子所占的比例时，应注意求的是DNA分子数，还是脱氢核星酸链数；看准是“含”还是“只含”；还应注意培养液中化学元素的不同 其他 ①一个DNA分子连续复制n次后，DNA分子总数＝2n；含有原来母链的DNA分子＝2；脱氧核苷酸链＝2×2n，母链2条，子链2×2n－2条 ②若某DNA分子中含碱基T为a，则： （1）连续复制n次，所需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为：a(2n－1) （2）第n次复制时所需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为：a·2n-1 第4节基因是有遗传效应的DNA片段 一、说明基因与DNA关系的实例 资料1：分析DNA、碱基对与基因关系 资料2：分析碱基对、基因与性状关系 资料3：人类基因组、染色体、基因、碱基数 资料4：性状表达与基因存在 总结对以上资料的分析'可以得出以下几点认识： （1）基因与性状的关系：是控制性状的遗传物质的结构、功能单位，特定基因控制相应的性状。 （2）基因与DNA的关系：具有遗传效应的DNA片取，一个DNA含有多个基因。 （3）基因的位置：核基因（主耍的），质基因（线粒体、叶绿体内）。 （4）基因与染色体的关系：染色体为主要载体，且基因在染色体上呈线性排列。 （5）基因与脱氧核苷酸的关系：每个基因含有成百上千个脱氧核苷酸。 （6）脱氧核苷酸的顺序代表遗传信，脱氧核苷酸顺序的特异性和多样性决定基因的多样性和特异性。 （7）基因中有n个碱基对（n对脱氧核苷酸），基因有4n种变化。 二、DNA片段中的遗传信息 1、基因中脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息 每个染色体含有一个DNA分子，每个DNA分子有很多基因，每个基因都是特定的DNA片段，有着特定的遗传效应，这说明DNA必然蕴含了大量的遗传信息。 2、脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性 （1）碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性，而碱基特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性。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。 （2）在人类的DNA分子中，核苷酸序列多样性表现为每个人的DNA儿乎不可能完全相同，因此，DNA可以像指纹一样用来鉴别身份。 3、探究：脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性 情景一： 17个碱基对可排列成基因的可能性：。最终求和可得。 情景二： 根据情景一的计算，17个碱基对排成基因的可能性约为23亿，全球人口约有60亿，17个碱基对的所有排列都有可能出现。你与你同桌的基因（指1号染色体上的第一个基因）的脱氧核苷酸完全相同的可能性为，概率很小。 三、DNA分于纺构的稳定性、多样性和特异性 作为绝大多数生物遗传物质的DNA，其结构具有多样性、特特异性和相对的稳定性，这也是其作为遗传物质的基础。 （1）稳定性：是指DNA分子双螺旋空间结构的相对稳定性。每个特定的DNA分子中，碱基对的数量和排列顺序稳定不变。 （2）多样性：尽管组成DNA分子的碱基只有四种，而四种碱基的配对方式只有两种，但是碱基对的排列顺序可以千变万化，因而构成了DNA分子的多样性。 （3）特异性：每个特定的DNA分子中都存在特定的碱基对排列顺序，而特定的碱基对排列顺序中有遗传效应的片段代表遗传信息，所以每个特定的DNA分子中都储存着特定的遗传信息，这种特定的碱基对排列顺序就构成了DNA分子的特异性。 四、染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸、遗传信息的关系 其相互关系可用上图表示，总结如下： （1）基因是有遗传效应的DNA片段； （2）一个DNA上有多个基因； （3）DNA是染色体的主要成分； （4）染色体是DNA的主要载体； （5）基因在染色体上呈线性排列； （6）染色体是基因的主耍载体。 1 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $$