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第17讲 DNA分子的结构和复制、基因的本质
课时4 -DNA分子的复制
第六单元　遗传的物质基础
DNA复制的推测
DNA复制实验证据
DNA复制
全保留复制
半保留复制
实验过程
实验结果
实验结论
基本条件
过程
特点
用15N标记DNA大肠杆菌放在含有14N的培养液中培养，在不同时刻提取DNA并进行分离
亲代：一条DNA带（底部）
第一代：一条DNA带（中间）
第二代：两条DNA带（中间、上部）
DNA复制是半保留复制
解旋
合成子链
重新螺旋
模板
酶
能量
原料
DNA的两条链
四种脱氧核苷酸
边解旋边复制
解旋酶
DNA聚合酶
证明
参与
参与
思考一：
将含有15N的DNA分子放在含有14N的培养基上培养，复制n次，则：
(1)DNA分子数：
①子代DNA (含14N)分子数是多少？
②含有亲代DNA链的子代DNA(15N)分子数是多少？
③不含亲代链的子代DNA(只含14N)分子数是多少？
(2)脱氧核苷酸链数：
①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数是多少？
②亲代脱氧核苷酸链数(15N)是多少？
③新合成的脱氧核苷酸链数(14N)是多少？
一
思考二：
将普通的大肠杆菌（DNA种含14N ）放在含15N的培养液培养，若亲代DNA分子中含有腺嘌呤脱氧核苷酸m个，
（1）1次复制需要该游离的脱氧核苷酸多少个？
（2）2次复制呢需要该游离的脱氧核苷酸多少个？
（3）n次复制呢需要该游离的脱氧核苷酸多少个？
一
思考三：
将普通的大肠杆菌（DNA种含14N ）放在含15N的培养液培养，若亲代DNA分子中含有腺嘌呤脱氧核苷酸m个，
（1）第1次复制需要该游离的脱氧核苷酸多少个？
（2）第2次复制呢需要该游离的脱氧核苷酸多少个？
（3）第n次复制呢需要该游离的脱氧核苷酸多少个？
一
亲 代
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
复制1次
复制2次
复制3次
2
4
8
=21
=22
=23
一
1.将含有 15N的DNA分子放在含有14N的培养基上培养，复制n次，则：
(1)DNA分子数：
①子代DNA (含14N)分子数＝
②含有亲代DNA链的子代DNA(15N)分子数＝
③不含亲代链的子代DNA(只含14N)分子数＝
2n个
2个
(2n－2)个
(2)脱氧核苷酸链数：
①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝
②亲代脱氧核苷酸链数(15N)＝
③新合成的脱氧核苷酸链数(14N)＝
2n＋1条
2条
(2n＋1－2)条
1.DNA分子的相关计算
14N
15N
14N
15N
15N
15N
15N
15N
复制2次：
14N
14N
亲代
汉水丑生侯伟作品
14N
14N
15N
15N
复制1次：
复制1次：m个
复制2次：3m个
2.将普通的大肠杆菌（DNA种含14N ）放在含15N的培养液培养，若亲代DNA分子中含有腺嘌呤脱氧核苷酸m个
（1）1次复制需要该游离的脱氧核苷酸
（2）2次复制呢需要该游离的脱氧核苷酸
（3）n次复制呢需要该游离的脱氧核苷酸
复制n次：m (2n－1)个
14N
15N
14N
15N
15N
15N
15N
15N
复制2次：
14N
14N
亲代
汉水丑生侯伟作品
14N
14N
15N
15N
复制1次：
第1次：m个
第2次：2m个
3.将普通的大肠杆菌（DNA种含14N ）放在含15N的培养液培养，若亲代DNA分子中含有腺嘌呤脱氧核苷酸m个，
（1）第1次复制需要该游离的脱氧核苷酸
（2）第2次复制呢需要该游离的脱氧核苷酸
（3）第n次复制呢需要该游离的脱氧核苷酸
一
第n次：m·2n－1个
一个亲代DNA分子经 n 次复制后，则
（１）DNA分子数
①子代DNA分子数：
②含亲代母链的DNA分子数：
③不含亲代母链的DNA分子数：
2n个
2个
2n-2个
规律总结
一个亲代DNA分子经 n 次复制后，则
（2）脱氧核苷酸链数
①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数：
②亲代脱氧核苷酸链数：
③新合成的脱氧核苷酸链数：
2n+1条
2条
2n+1-2条
规律总结
（3）消耗的脱氧核苷酸数
若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则经过n次复制后需要消耗该脱氧核苷酸个数为：
第n次复制后需要消耗该脱氧核苷酸个数为：
m（ 2n-1）
m（ 2n-2n-1）=2n-1m
规律总结
有丝分裂
进行有丝分裂的细胞在细胞增殖过程中核DNA和染色体的标记情况分析
DNA复制一次细胞分裂一次。如图为连续分裂两次的过程图(以一条染色体为例)。
2.DNA分子复制与细胞分裂
第一次有丝分裂形成的两个子细胞中所有核DNA分子均由一条亲代DNA链和一条子链组成；
第二次有丝分裂后最终形成的子细胞中含亲代DNA链的染色体条数是0~2n(以体细胞染色体数为2n为例)。
减数分裂
进行减数分裂的细胞在分裂过程中核DNA和染色体的标记情况分析
在进行减数分裂之前，DNA复制一次，减数分裂过程中细胞连续分裂两次。如图是一次减数分裂的结果(以一对同源染色体为例)。
有丝+减数
进行先进行一次有丝分裂，再进行一次减数分裂的细胞在分裂过程中核DNA和染色体的标记情况分析
DNA复制两次，细胞分裂三次。
细胞分裂中染色体标记问题
有丝分裂形成的两个子细胞中所有核DNA分子均由一条亲代DNA链和一条子链组成；减数分裂后最终形成的子细胞中含亲代DNA链的染色体条数是0~n(以体细胞染色体数为2n为例)。
DNA复制与细胞分裂题的解答方法
在解决这类问题时，从大到小再到大画出结构模型，先画出细胞分裂中染色体行为变化，再画DNA，再补全染色体，染色体中只要有一条脱氧核苷酸单链被标记，则认为该染色体含有放射性标记。
规律总结：①有丝分裂：若只复制一次，产生的子染色体都带有标记；若复制两次，产生的子染色体只有一半带有标记。
②减数分裂：由于减数分裂没有细胞周期，DNA只复制一次，因此产生的子染色体都带有标记。
课时5 -基因是具有遗传效应的DNA片段
第六单元　遗传的物质基础
一
说明基因与DNA关系的实例
资料分析1：大肠杆菌细胞的拟核有1个DNA分子，长度约为470万个碱基对，在DNA分子上分布着4400个基因，每个基因的平均长度约为1000个碱基对。
思考 1.生物体内的DNA分子数目 = 基因数目吗？
2.所有基因的碱基总数 = DNA的碱基总数吗？
说明：
1.一个DNA上含有许多个基因
2.基因是DNA上的片段
<
<
资料分析3：2001年人类基因组计划测定的是24条染色体（22条常染色体+X+Y）上的DNA的碱基序列。其中，每条染色体上有一个DNA分子。这24个DNA分子大约有31.6亿个碱基对，其中，构成基因的碱基数占碱基总数的比例不超过2%
说明：
1.DNA中存在非基因片段
2.基因不是连续分布在DNA上的
基因是一段DNA片段，但是一段DNA不一定是基因
大肠杆菌DNA分子中构成基因的碱基数占碱基总数的比例？
4400*1000/4700000=94%
3.生物越高等DNA中存在的非基因片段的比例越高
什么样的DNA片段才是基因？
资料分析2：生长在太平洋西北部的一种海蜇能发出绿色荧光，
这是因为海蜇的DNA分子上有一段长度为5170个碱基对的片段—绿色荧光蛋白基因。转基因实验 表明，转入了海蜇的绿色荧光蛋白基因的转基因鼠，在紫外线的照射下，也能像海蜇一样发光。
说明：
基因是特定的DNA片段，可以切除，可以拼接到其他生物的DNA上去，从而获得某种性状的表达。
1.基因能控制生物性状，基因有遗传效应
2.基因是遗传的结构和功能单位
结构单位
功能单位
归纳：
基因是有遗传效应的DNA片段。
资料1、2
资料3
基因是DNA片段
基因具有遗传效应
基因 定义
基因的内涵：
①功能上，是遗传物质的结构和功能的基本单位。
②本质上，是有遗传效应的DNA片段。
③位置上，在染色体上有特定的位置，呈线性排列。
基因侧重描述遗传物质的_______。
DNA主要反映遗传物质的__________。
化学组成
功能
遗传效应：
指具有复制、转录、翻译、重组突变及调控等功能。
注意：
线粒体和叶绿体等细胞器中也有基因（细胞质基因）
基因在染色体上呈线性排列（核基因）
某些具有遗传效应的RNA片段也是基因
基因（gene）是具有遗传效应的DNA片段，是生物体遗传的结构单位和功能单位。
原核细胞的基因结构(补充内容）
非编码区
非编码区
编码区
编码区上游
编码区下游
RNA聚合酶结合位点
启动子
终止子
①不编码蛋白质。
：编码蛋白质 ,连续不间断
编码区
非编码区
原核细胞的 基因结构
②调控遗传信息表达,上
游有启动子，下游有终止子
真核细胞的基因结构（补充内容）
编码区
非编码区
非编码区
与RNA聚合酶
结合位点
内含子
外显子
启动子
终止子
编码区上游
编码区下游
真核细胞的 基因结构
编码区
非编码区
外显子：能编码蛋白质的序列
：有调控作用,上游有启动子，下游有终止子
非编码序列：
包括非编码区和内含子
内含子：不能编码蛋白质的序列
（能转录能翻译）
（能转录不能翻译）
（不连续）
编码区
非编码区
非编码区
RNA聚合酶
mRNA前体
成熟mRNA
转录
剪接
启动子
终止子
基因
翻译
蛋白质
外显子
内含子
蛋白质或mRNA所对应的DNA序列为外显子部分
非编码区
非编码区
编码区
RNA聚合酶结合位点
外显子
内含子
终止子
基因的结构
启动子
原核
真核
两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序稳定不变。
长链中的碱基对的排列顺序却是可变的
二
DNA片段中的遗传信息
T
＝A
A＝T
G＝C
C＝G
1.DNA分子中每一个位置的碱基对都有_____种可能性
4
2.一个长度为4000个碱基对的DNA片段可以有多少种排列组合方式？
3.已知，人体细胞的DNA中有32亿个碱基对
则人体的DNA可以有多少种排列组合方式？
44000
(二)数学模型模拟探究
1.遗传信息蕴藏在 。
4种碱基的排列顺序中
二
DNA片段中的遗传信息
1.遗传信息蕴藏在 。
4种碱基的排列顺序中
2. 构成了DNA分子的多样性。
基本无关，不同DNA分子都含有4种脱氧核苷酸
思考：脱氧核苷酸的种类与DNA分子的多样性有无关系？
碱基的特定排列顺序
3. 又构成了DNA分子的特异性。
4. 、DNA分子的特异性和多样性是生物 和 的物质基础。
碱基排列顺序的千变万化
多样性
特异性
染色体
DNA
基因
脱氧核苷酸
染色体是DNA的主要载体
每个染色体上有一个或两个DNA分子
基因是有遗传效应的DNA片断
每个DNA分子上有许多基因
基因中的脱氧核苷酸排列顺序代表着遗传信息
每个基因由许多脱氧核苷酸组成
DNA是主要的遗传物质
三
染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的关系
DNA片段中遗传信息的应用
应用1：在刑侦领域，DNA分子能像指纹一样用来鉴定个人身份。刑侦人员只需要一滴血、精液或是一根头发等样品,就可以进行DNA指纹鉴定。你能从下边的DNA指纹图中判断出怀疑对象中谁是罪犯吗
此外，DNA指纹技术还可以用于亲子鉴定、死者遗骸的鉴定等。
你能结合DNA中碱基对序列的多样性和特异性，分析这一方法的科学依据吗？
在人类的DNA分子中，碱基对序列的多样性表现为任意两个人的DNA中碱基对序列
几乎不可能完全相同，因此， DNA可以像指纹一样用来鉴别身份。
应用3：基因工程简介
DNA片段中遗传信息的应用
控制某种性状的基因是特定的DNA片段，蕴含特定的遗传信息，可以切除，可以拼接到其他生物DNA上，从而获得某种性状的表达。例如：把牛的胰岛素基因拼接到大肠杆菌的DNA上，大肠杆菌可以生产胰岛素。
应用2：人脸识别技术的可行性分析
我国一些城市在交通路口启用了人脸识别技术，针对行人和非机动车闯红灯等违规行为进行抓拍。这种技术应用的前提是每个人都具有独一无二的面孔。为什么人群中没有一模一样的两个人呢？
请你从生物学的角度评述人脸识别技术的可行性。
人脸识别技术的前提是每个人都有独特的面部特征，而这些都是由基因决定的，这说明了基因的多样性。

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