高中生物(DNA復(fù)制模塊相關(guān)知識(shí)點(diǎn))

一、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建

1、模型名稱：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型

2、模型構(gòu)建者：1953年由美國(guó)生物學(xué)家沃森和英國(guó)物理學(xué)家克里克構(gòu)建

3、構(gòu)建依據(jù)

(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(jié)構(gòu)

(3)奧地利的著名生物化學(xué)家查哥夫測(cè)定DNA的分子組成，發(fā)現(xiàn)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(gòu)建歷程

威爾金斯和富蘭克林提供DNA衍射圖譜DNA的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)

嘗試建立模型雙螺旋三螺旋特點(diǎn)：

堿基位于螺旋的內(nèi)部，磷酸脫氧核

糖骨架在外堿基在內(nèi)且相同，堿基

進(jìn)行配對(duì)

?

失敗

W

重新建模型：讓A與T配對(duì)G與C配對(duì)

.

形成DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型

驗(yàn)證

①DNA分子具有恒定的直徑

②能解釋A、T、C、G的數(shù)量關(guān)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(jié)構(gòu)相等

二、DNA結(jié)構(gòu)

1、DNA的化學(xué)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(niǎo)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(jié)構(gòu)

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(jié)構(gòu)。

（1）脫氧核糖上與堿基相連的碳稱作1號(hào)C,與磷酸集團(tuán)相連的碳稱為5號(hào)碳。

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

一端有一個(gè)羥基［。H）,稱作3,端。

（3）DNA的兩條單鏈走向相反，一條單鏈?zhǔn)怯?,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(cè)構(gòu)成基本骨架，堿基排列在內(nèi)

側(cè)。

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

喋吟一定與T胸腺喀咤配對(duì)，G鳥(niǎo)喋吟一定與C胞嚏咤配對(duì)，堿基之間的這種對(duì)應(yīng)的關(guān)

系叫做堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。

說(shuō)明：堿基之間的氫鍵不是化學(xué)鍵

（1）氫鍵數(shù)：A與T之間有兩個(gè)氫鍵，G與C之間有三個(gè)氫鍵。

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

其熱穩(wěn)定性越弱。

在堿基配對(duì)時(shí)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(duì)？

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(duì)時(shí)，喋吟堿基不與噪吟堿基配對(duì)，喀咤堿基不與嚏

咤堿基配對(duì)。

巧學(xué)妙記

DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可用無(wú)四三二一來(lái)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(zhǎng)鏈：脫氧核甘酸長(zhǎng)鏈

一種立體結(jié)構(gòu)：規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)

DNA結(jié)構(gòu)模型的三個(gè)關(guān)鍵

數(shù)量關(guān)系：

每個(gè)雙鏈DNA片段中，游離的磷酸集團(tuán)有2個(gè)（注意：環(huán)狀DNA無(wú)游離的磷酸集團(tuán)）

A-T堿基對(duì)之間有兩個(gè)氫鍵，G-C堿基對(duì)之間有三個(gè)氫鍵

脫氧核糖數(shù)=磷酸數(shù)=含氮堿基數(shù)=1：1:1

位置關(guān)系：

單鏈中的相鄰堿基：通過(guò)"-脫氧核糖-磷酸-脫氧核糖連接

兩條互補(bǔ)鏈中的配對(duì)的堿基：通過(guò)氫鍵相連接

鍵的作用：

氫鍵：連接兩條互補(bǔ)鏈中配對(duì)的堿基

磷酸二酯鍵：連接單鏈中的相鄰兩個(gè)脫氧核甘酸

（1）規(guī)律一：一個(gè)雙鏈DNA中A=T.C=G則A+G=C+T

即喋吟堿基總數(shù)等于喀咤堿基總數(shù)或任意兩個(gè)不互補(bǔ)的堿基之和恒等于堿基總數(shù)的50%

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從某生物組織中提取一個(gè)DNA進(jìn)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(duì)應(yīng)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(bǔ)鏈的八/十的值相等,

G2+C2

A+T

也與整個(gè)DNA的-----的值是相等，簡(jiǎn)記為“每條單鏈及雙鏈中的互補(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)的42+G2的值互為倒數(shù)關(guān)系。

T1+C1T2+C2

簡(jiǎn)記為“兩條單鏈的不互補(bǔ)堿基和之比互為倒數(shù)”。

-------=--------（分子與分母顛倒）

Tl+GlA2+C2

例：一條鏈中4一4-C匕=0.4互補(bǔ)鏈中的此值是

T+G

規(guī)律三、四可簡(jiǎn)記為（補(bǔ)則等，不補(bǔ)則倒）。

A+T

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

C+G

體現(xiàn)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(bǔ)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(dǎo)入：DNA復(fù)制發(fā)生在什么時(shí)間？

發(fā)生在細(xì)胞有絲分裂前的間期減數(shù)分裂第一次分裂前的間期

一、對(duì)DNA分子復(fù)制的推測(cè)

假說(shuō)：遺傳物質(zhì)自我復(fù)制的假說(shuō)

提出者：沃森和克里克

內(nèi)容：①解旋：DNA復(fù)制時(shí)，DNA分子的雙螺旋解開(kāi)，互補(bǔ)的堿基之間的氫鍵斷裂。

②復(fù)制：解開(kāi)的兩條單鏈作為復(fù)制的模板游離的脫氧核昔酸依據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，通過(guò)形

成氫鍵，結(jié)合到作為模板的單鏈上。

特點(diǎn)：新合成的每個(gè)DNA分子中，都保留了原來(lái)DNA分子中的一條鏈，是半保留復(fù)制。

早期推測(cè)的DNA三種復(fù)制方式圖解

半保留復(fù)制

母鏈UH

分散復(fù)制||||

（1）全保留復(fù)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(fù)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(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)

1、實(shí)驗(yàn)者：美國(guó)生物學(xué)家梅塞爾森和斯塔爾

2、研究方法：假說(shuō)一一演繹法

3、實(shí)驗(yàn)材料：大腸桿菌

(2)中帶:(密度居中):一條鏈被15N標(biāo)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(shí)驗(yàn)結(jié)果一一與預(yù)期相符

(1)充分標(biāo)記后取出，提取DNAf離心一全部重帶(15N/15N-DNA)

(2)細(xì)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(xì)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(shí)驗(yàn)結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果和預(yù)期結(jié)果一致，說(shuō)明了DNA復(fù)制是以半保留的方式進(jìn)行的。

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

22

三.DNA復(fù)制的過(guò)程

1.概念：以親代DNA為模板合成子代DNA的過(guò)程，DNA的復(fù)制實(shí)質(zhì)上是遺傳信息的復(fù)制。

注意：DNA的兩條鏈都作為模板。

2.時(shí)間：在真核生物中，DNA的復(fù)制在細(xì)胞分裂前的間期，隨著染色體的復(fù)制而完成。

注意：間期發(fā)生的變化除DNA復(fù)制外，還有相關(guān)蛋白質(zhì)的合成。

3.場(chǎng)所：主要在真核生物的細(xì)胞核中

DNA復(fù)制的主要場(chǎng)所是細(xì)胞核，另外線粒體，葉綠體等半自主性細(xì)胞器以及原核細(xì)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(fù)制的場(chǎng)所。

4.過(guò)程

5'3'

這兩彩出表親代DNA①需要細(xì)胞提供能量

②需要解旋酶的作用

I>解旋③結(jié)果：將DNA5R螺

解旋酶旋的兩條瞬開(kāi)

①模板：解開(kāi)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(bǔ)配對(duì)原則

|、聿辛尉里尚每條新鏈與其對(duì)應(yīng)的模板鏈盤繞

重新腺現(xiàn)成雙螺旋結(jié)構(gòu)

3'5'3、J5'

(1)解旋：DNA利用細(xì)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?zhǔn)欠聪蚱叫械?，一條是5，一3,方向，另一條是3，一5,

方向。生物細(xì)胞內(nèi)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(shí)，DNA聚合酶從5，-3,的方向合成互補(bǔ)的子鏈。

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

條新鏈與其對(duì)應(yīng)的模板鏈盤繞。

DNA復(fù)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(xì)胞提供能量（ATP）（主要通過(guò)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(kāi)氫鍵）

5.DNA復(fù)制的特點(diǎn)

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

（2）邊解旋邊復(fù)制：親代DNA利用細(xì)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(kāi)的每一段母鏈為模板，各自合成互補(bǔ)的子鏈，而不

是兩條母鏈完全解開(kāi)后才合成新的子鏈。

注意：

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

制的方式。

（2）不僅DNA的兩條母鏈?zhǔn)欠聪蚱叫械?，新合成的子鏈與其對(duì)應(yīng)的模板鏈也是反向平行

的。

6.結(jié)果：一個(gè)DNA分子形成兩個(gè)完全相同的DNA分子

7.DNA分子準(zhǔn)確復(fù)制的原因：

（1）DNA具有獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)，能為復(fù)制提供精確的模板。

（2）DNA通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)，保證了復(fù)制準(zhǔn)確地進(jìn)行。

8.意義：

DNA通過(guò)復(fù)制，將遺傳信息從親代細(xì)胞傳遞給子代細(xì)胞，從而保持了遺傳信息的連續(xù)性。

四.與DNA復(fù)制有關(guān)的計(jì)算

將一個(gè)被15N充分標(biāo)記的DNA分子轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)n（n>70）代，結(jié)果如圖

所示。

親代

復(fù)制1代

復(fù)制2代

2n

從圖中可以得到如下規(guī)律:

①子代DNA分子總數(shù)=2。

②含15N的DNA分子數(shù)=2

（1）DNA分子數(shù)③含14N的DNA分子數(shù)=2。

④只含15N的DNA分子數(shù)=0

⑤只含14N的DNA分子數(shù)=2"2

①子代DNA分子中，脫氧核甘酸

鏈數(shù)=26

（2）脫氧核甘酸鏈數(shù)②含15N