高中生物(DNA復制模塊相關知識點)

一、DNA雙螺旋結構模型的構建

1、模型名稱：DNA雙螺旋結構模型

2、模型構建者：1953年由美國生物學家沃森和英國物理學家克里克構建

3、構建依據

(1)DNA由6種小分子組成：脫氧核糖、磷酸和特種堿基(A、T、C、G)這些小分子組成

了4中脫氧核甘酸，再由4中脫氧核甘酸組成DNA。

(2)威爾金森和富蘭克林提供的DNA衍射圖譜表明DNA呈螺旋結構

(3)奧地利的著名生物化學家查哥夫測定DNA的分子組成，發(fā)現在不同物種中4種堿基的

含量不同，但是A和T的含量總是相等，G和C的含量相等

4、構建歷程

威爾金斯和富蘭克林提供DNA衍射圖譜DNA的結構單位4種脫氧核甘酸分別含

有A、T、G、C4種含氮堿基

沃森和克里克推算出DNA分子呈螺旋結構

嘗試建立模型雙螺旋三螺旋特點：

堿基位于螺旋的內部，磷酸脫氧核

糖骨架在外堿基在內且相同，堿基

進行配對

?

失敗

W

重新建模型：讓A與T配對G與C配對

.

形成DNA雙螺旋結構模型

驗證

①DNA分子具有恒定的直徑

②能解釋A、T、C、G的數量關系

③制作的模型與基于拍攝的X射線衍射照片推算出的DNA雙螺旋結構相等

二、DNA結構

1、DNA的化學組成

組成元素：CHONP

組成化合物：磷酸、脫氧核糖、含氮堿基（A：腺喋吟；G：鳥喋吟；C：胞喀咤；T：胸腺

口密咤）

基本組成單位：脫氧核甘酸

2、DNA結構

1.反向平行：DNA是由兩條單鏈組成的，這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結構。

（1）脫氧核糖上與堿基相連的碳稱作1號C,與磷酸集團相連的碳稱為5號碳。

（2）DNA的一條單鏈上具有兩個末端，一端有一個游離的磷酸集團，這一端稱作5,端，另

一端有一個羥基［。H）,稱作3,端。

（3）DNA的兩條單鏈走向相反，一條單鏈是由5,端到3,端，另一條單鏈則是由3,端到5,端。

2.基本骨架：DNA中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側構成基本骨架，堿基排列在內

側。

3.配對原則：兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對，并且堿基配對具有一定的規(guī)律：A腺

喋吟一定與T胸腺喀咤配對，G鳥喋吟一定與C胞嚏咤配對，堿基之間的這種對應的關

系叫做堿基互補配對原則。

說明：堿基之間的氫鍵不是化學鍵

（1）氫鍵數：A與T之間有兩個氫鍵，G與C之間有三個氫鍵。

（2）熱穩(wěn)定性：在DNA中，GC堿基對越多，熱穩(wěn)定性越強；在DNA中AT堿基對越多，

其熱穩(wěn)定性越弱。

在堿基配對時為什么喋吟堿基不與喋吟堿基（或喀咤堿基不與喀咤堿基）配對？

由于喋吟堿基是雙環(huán)化合物所占空間大，喀咤堿基是單環(huán)化合物，所占空間小，而DNA兩

條鏈之間的距離是固定的。所以堿基配對時，喋吟堿基不與噪吟堿基配對，喀咤堿基不與嚏

咤堿基配對。

巧學妙記

DNA的結構特點可用無四三二一來幫忙記憶

五種元素：C.H.O.N.P

四種基本組成單位：四種脫氧核甘酸（四種堿基）

三種小分子：脫氧核糖、磷酸、堿基

二條長鏈：脫氧核甘酸長鏈

一種立體結構：規(guī)則的雙螺旋結構

DNA結構模型的三個關鍵

數量關系：

每個雙鏈DNA片段中，游離的磷酸集團有2個（注意：環(huán)狀DNA無游離的磷酸集團）

A-T堿基對之間有兩個氫鍵，G-C堿基對之間有三個氫鍵

脫氧核糖數=磷酸數=含氮堿基數=1：1:1

位置關系：

單鏈中的相鄰堿基：通過"-脫氧核糖-磷酸-脫氧核糖連接

兩條互補鏈中的配對的堿基：通過氫鍵相連接

鍵的作用：

氫鍵：連接兩條互補鏈中配對的堿基

磷酸二酯鍵：連接單鏈中的相鄰兩個脫氧核甘酸

（1）規(guī)律一：一個雙鏈DNA中A=T.C=G則A+G=C+T

即喋吟堿基總數等于喀咤堿基總數或任意兩個不互補的堿基之和恒等于堿基總數的50%

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從某生物組織中提取一個DNA進行分析，其中G+C占全部堿基的46%,又知該DNA的一條

鏈(H鏈)所含的堿基中A占28%,C占24%。則與H鏈相對應的另一條鏈中，A、C分別

占該鏈全部堿基的多少？

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規(guī)律二：在雙鏈DNA中，A+T或C+G在全部堿基中所占的比例等于其任意一條單鏈中A+T

或C+G所占的比例。

A1+T14?4-T?

規(guī)律三：雙鏈DNA中，一條單鏈的吊五的值，與其互補鏈的八/十的值相等,

G2+C2

A+T

也與整個DNA的-----的值是相等，簡記為“每條單鏈及雙鏈中的互補堿基和之比均相

G+C

等”

A1+T1_A2+T2_A+T

Cl+G1-C2+G2-C+G

A+T_A1+A2+T1+T2

C+G~C1+G1+G1+C1

_2G41+T1)

-2(Cl+ri)

A+TT2+A2+A2+T2

C+G~G2+C2+C2+G2

_2(42+T2)

-2(C2+G2)

A+T

例：-條鏈中—=0.4互補鏈中的此值是.

規(guī)律四：在雙鏈DNA中，一條單鏈的A1+G1的值與其互補的42+G2的值互為倒數關系。

T1+C1T2+C2

簡記為“兩條單鏈的不互補堿基和之比互為倒數”。

-------=--------（分子與分母顛倒）

Tl+GlA2+C2

例：一條鏈中4一4-C匕=0.4互補鏈中的此值是

T+G

規(guī)律三、四可簡記為（補則等，不補則倒）。

A+T

規(guī)律五：不同生物的DNA中互補配對的堿基之和的比值不同，即-----的值不同。該比值

C+G

體現了不同生物DNA的特異性。

例：豬、牛的DNA堿基不同。

規(guī)律六：某堿基在雙鏈中所占的比例等于它在每條單鏈中所占比例的平均值，若某種堿基在

DNA的一條鏈中所占比例為m%?在其互補鏈中所占比例為n%,則在雙鏈中所占比例為

2

Al

——=m%n/

n

A2z

——=n°/o

n

AA1+A21A1A2、1A1+A2,1…

—=-----------=—x(Z—+——)=—(------------)=—xz(m%+??%)

2n2n2rli12rl2

導入：DNA復制發(fā)生在什么時間？

發(fā)生在細胞有絲分裂前的間期減數分裂第一次分裂前的間期

一、對DNA分子復制的推測

假說：遺傳物質自我復制的假說

提出者：沃森和克里克

內容：①解旋：DNA復制時，DNA分子的雙螺旋解開，互補的堿基之間的氫鍵斷裂。

②復制：解開的兩條單鏈作為復制的模板游離的脫氧核昔酸依據堿基互補配對原則，通過形

成氫鍵，結合到作為模板的單鏈上。

特點：新合成的每個DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的一條鏈，是半保留復制。

早期推測的DNA三種復制方式圖解

半保留復制

母鏈UH

分散復制||||

（1）全保留復制完成后，母鏈全保留，子代DNA的雙鏈都是新合成的。

（2）分散復制完成后，親本DNA雙鏈被切割成小片段分散在新合成的DNA雙鏈中。

二、DNA半保留復制的實驗證據

1、實驗者：美國生物學家梅塞爾森和斯塔爾

2、研究方法：假說一一演繹法

3、實驗材料：大腸桿菌

(2)中帶:(密度居中):一條鏈被15N標記，另一條鏈含14N的子代雙鏈DNA(15N/14N-DNA)

(3)輕帶(密度最小)：兩條鏈都含i，N的子代雙鏈DNA(14N/14N-DNA)

9、實驗結果一一與預期相符

(1)充分標記后取出，提取DNAf離心一全部重帶(15N/15N-DNA)

(2)細胞分裂一次(即大腸桿菌繁殖一代)后取出，提取DNA一離心一全部中帶

(15N/14N-DNA)

(3)細胞分裂兩次(即大腸桿菌繁殖兩代)后取出，提取DNA一離心一^輕帶(MN/MN-DNA)

2

工中帶(15N/14N-DNA)

10.實驗結論

實驗結果和預期結果一致，說明了DNA復制是以半保留的方式進行的。

大腸桿菌繁殖一代后結構全部為中帶(15N/14N-DNA),排除了全保留復制的可能，大腸桿

菌繁殖兩代后得到工輕帶(14N/14N-DNA)L中帶(15N/14N-DNA),排除了分散復制的可能

22

三.DNA復制的過程

1.概念：以親代DNA為模板合成子代DNA的過程，DNA的復制實質上是遺傳信息的復制。

注意：DNA的兩條鏈都作為模板。

2.時間：在真核生物中，DNA的復制在細胞分裂前的間期，隨著染色體的復制而完成。

注意：間期發(fā)生的變化除DNA復制外，還有相關蛋白質的合成。

3.場所：主要在真核生物的細胞核中

DNA復制的主要場所是細胞核，另外線粒體，葉綠體等半自主性細胞器以及原核細胞的擬

核等也含有DNA,因此線粒體，葉綠體以及擬核也是DNA復制的場所。

4.過程

5'3'

這兩彩出表親代DNA①需要細胞提供能量

②需要解旋酶的作用

I>解旋③結果：將DNA5R螺

解旋酶旋的兩條瞬開

①模板：解開后的每一條母鏈

(DNA的兩條鏈)

合成子鏈_②原料：游離的4種脫氧核苜酸

③酶：DNA聚合酶，DNA連接

酶(連接DNA片段)

④原則：堿基互補配對原則

|、聿辛尉里尚每條新鏈與其對應的模板鏈盤繞

重新腺現成雙螺旋結構

3'5'3、J5'

(1)解旋：DNA利用細胞提供的能量，在解旋酶的作用下解旋

(2)合成子鏈：DNA雙螺旋的兩條鏈是反向平行的，一條是5，一3,方向，另一條是3，一5,

方向。生物細胞內所有的DNA聚合酶都只能催化子鏈從5，一3,方向的合成。因此以3，一5,

的母鏈為模板鏈時，DNA聚合酶從5，-3,的方向合成互補的子鏈。

（3）形成新的DNA：隨著模板鏈解旋過程的進行，新合成的子鏈也在不斷延伸。同時，每

條新鏈與其對應的模板鏈盤繞。

DNA復制的條件：

（1）模板：DNA的兩條鏈（解旋的DNA分子的兩條單鏈）

（2）原料：4種脫氧核甘酸

（3）能量：細胞提供能量（ATP）（主要通過水解ATP提供）

（4）酶：解旋酶、DNA聚合酶等（DNA聚合酶：形成磷酸二酯鍵；解旋酶：打開氫鍵）

5.DNA復制的特點

（1）半保留復制：新合成的每個DNA分子中，都保留了原來DNA分子中的一條鏈。

（2）邊解旋邊復制：親代DNA利用細胞提供的能量，在解旋酶的作用下，氫鍵斷裂，部分

雙螺旋解旋為兩條平行雙鏈，然后以解開的每一段母鏈為模板，各自合成互補的子鏈，而不

是兩條母鏈完全解開后才合成新的子鏈。

注意：

（1）半保留復制和邊解旋邊復制都是DNA復制的特點，但半保留復制的同時還是DNA復

制的方式。

（2）不僅DNA的兩條母鏈是反向平行的，新合成的子鏈與其對應的模板鏈也是反向平行

的。

6.結果：一個DNA分子形成兩個完全相同的DNA分子

7.DNA分子準確復制的原因：

（1）DNA具有獨特的雙螺旋結構，能為復制提供精確的模板。

（2）DNA通過堿基互補配對，保證了復制準確地進行。

8.意義：

DNA通過復制，將遺傳信息從親代細胞傳遞給子代細胞，從而保持了遺傳信息的連續(xù)性。

四.與DNA復制有關的計算

將一個被15N充分標記的DNA分子轉移到含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)n（n>70）代，結果如圖

所示。

親代

復制1代

復制2代

2n

從圖中可以得到如下規(guī)律:

①子代DNA分子總數=2。

②含15N的DNA分子數=2

（1）DNA分子數③含14N的DNA分子數=2。

④只含15N的DNA分子數=0

⑤只含14N的DNA分子數=2"2

①子代DNA分子中，脫氧核甘酸

鏈數=26

（2）脫氧核甘酸鏈數②含15N