DNA分子的复制:
复制时间 |
有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期 |
复制的场所 |
细胞核、线粒体和叶绿 |
需要条件 |
模板 |
解旋后的两条DNA单链 |
原料 |
四种脱氧核苷酸 |
能量 |
ATP |
酶 |
解旋酶、DNA聚合酶等 |
复制模型 |
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复制过程 |
(1)解旋:在解旋酶的作用下,把两条螺旋的双链解开 (2)合成子链:以解开的每一条母链力模板,以游离的四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 (3)形成子代DNA:每条子链与其对应的母链盘旋成双螺旋结构.从而形成2个与亲代DNA完全相同的子代DNA分子 |
复制特点 |
半保留复制;边解旋边复制 |
复制结果 |
形成两条完全相同的DNA分子 |
复制的意义 |
①遗传信息的传递,使物种保持相对稳定的状态 ②由于复制的差错出现基因突变,为生物进化提供原始选择材料 |
知识点拨:
1、DNA分子复制过程中的相关数量关系:
2、DNA分子复制过程中的相关数量关系
若取一个全部N原子被
15N标记的DNA分子(0 代),将其转移到含
14N的培养基中培养(复制)若干代,其结果分析如下:
(1)子代DNA分子中,含
14N的有2
n个,n表示复制代数,只含
14N的有(2
n一2)个,做题时应看准是 “含”还是“只含”。
(2)无论复制多少次,含
15N的DNA分子始终是2 个,占总数比例为2/2
n。
(3)子代DNA分子的总链数为2
n×2=2
n+1条。含
15N的链始终是2条,占总数比例为2/2
n+l=1/2
n。做题时,应看准是“DNA分子数”还是“链数”。
(4)若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m 个,经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸m× (2
n一1)个。若进行第n代复制,需消耗该游离的脱氧核苷酸数为m×2
n-1。
知识拓展:
1、DNA复制过程中,DNA分子独特的双螺旋结构提供了精确的模板,通过碱基互补配对,保证了复制准确无误地进行。
2、复制过程中,脱氧核苷酸序列具有相对的稳定性,但也可能发生差错即发生碱基对的增添、缺失或改变——基因突变。这种稳定性与可变性的统一,是生物遗传变异的物质基础和根本原因。
3、复制简记:1个主要场所(细胞核),2种时期, 3个过程,4个条件。
多聚酶链式反应扩增DNA片段:1、PCR原理:在解旋酶作用下,打开DNA双链,每条DNA单链作为母链,以4中游离脱氧核苷酸为原料,合成子链,在引物作用下,DNA聚合酶从引物3
'端开始延伸DNA链,即DNA的合成方向是从子链的5
'端自3
'端延伸的。实际上就是在体外模拟细胞内DNA的复制过程。DNA的复制需要引物,其主要原因是DNA聚合酶只能从3′端延伸DNA链。
2、PCR反应过程是:变性→复性→延伸
过程 |
说明 |
图解 |
变性 |
当温度上升到90℃以上时,双链DNA解聚为单链 |
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复性 |
温度下降到50℃左右,两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合 |
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延伸 |
72℃左右时,TaqDNA聚合酶有最大活性,可使DNA新链由5'端向3'端延伸 |
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3、结果:上述三步反应完成后,一个DNA分子就变成了两个DNA分子,随着重复次数的增多,DNA分子就以2
n的形式增加。PCR的反应过程都是在PCR扩增仪中完成的。
细胞被DNA复制与PCR技术的比较:
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细胞内DNA复制 |
体外DNA扩增(PCR) |
不同点 |
解旋 |
在解旋酶作用下边解旋边复制 |
80~100℃高温解旋,双链完全分开 |
酶 |
DNA解旋酶、DNA聚合酶 |
TaqDNA聚合酶 |
引物 |
RNA |
DNA、RNA |
温度 |
体内温和条件 |
高温 |
相同点 |
①需提供DNA模板 ②四种脱氧核苷酸为原料 ③子链延伸的方向都是从5'端到3'端 |
知识点拨:1、DNA分子复制的人工控制
解开螺旋:在80~100℃时,DNA双螺旋打开,形成两条DNA单链,称为变性。
恢复螺旋:在50~60℃左右时,两条DNA单链重新形成双螺旋结构,称为复性。
复制条件:缓冲液,DNA模板、四种脱氧核苷酸、热稳定DNA聚合酶、两种引物。
控制仪器:PCR仪(温度周期性自动调节仪)。
2、PCR的含义是多聚酶链式反应。
3、PCR技术反应的条件:①稳定的缓冲溶液环境;②DNA模板;③合成引物;④四种脱氧核甘酸;⑤DNA聚合酶;⑥温控设备
4、PCR技术最突出的优点是快速、高效、灵活、易于操作。
5、TaqDNA聚合酶的特点是:耐高温。
知识拓展:
1、DNA含量的测定——分光光度法
项目 |
说明 |
原理 |
DNA在260nm的紫外线波段有一强烈吸收峰,峰值大小与DNA的含量是正相关 |
过程 |
稀释 |
2μLPCR反应液,加入98μL蒸馏水,即将样品进行50倍稀释 |
对照调零 |
以蒸馏水作为空白对照,在波长260nm处,将紫外分光光度计的赌注调节至零 |
测量 |
取DNA稀释液100μL至比色杯中,测定260nm处的光吸收值 |
计算 |
DNA含量(μg/mL)=50×(260nm的读数)×稀释倍数 |
2、DNA聚合酶不恩能够从头合成DNA,只能从DNA的3'端开始延伸DNA链,因此DNA复制需要引物。
基因诊断与基因治疗:1、基因诊断技术的原理
(1)基因诊断:是用放射性同位素(如
32P)、荧光分子等标记的DNA分子做探针,利用DNA分子杂交原理,鉴定被检测样本上的遗传信息,从而达到检测疾病的目的。
(2)基因诊断的对象主要包括病原微生物的侵入,先天遗传性疾病和后天基因突变引起的疾病等方面。目前,基因诊断已在病毒性肝炎、艾滋病等传染病的诊断中发挥了不可替代的作用。
(3)通过基因诊断的方法检测其发生突变的基因,对于临床诊断、了解发病机理和疾病治疗都具有重要的意义。
(4)基因诊断的应用:传统诊断遗传疾病的方法是通过表现型来推测基因型。基因诊断则是从基因着手来推断表现型,这种方法不受细胞类型和发病年龄的限制,可用于一切遗传病的诊断。如半乳糖血症是一种先天性糖代谢缺陷症,通过基因诊断,发现病人缺少一个合成半乳糖转移酶的基因。如果把半乳糖转移酶的基因转入缺乏这一基因的人体中,便可以使他的缺陷症状得到改善。
2、基因治疗的发展前景
(1)基因治疗:就是把特定的外源基因导入有基因缺陷的细胞中,从而达到治疗疾病的目的。
(2)基因治疗恶性肿瘤的方案有两种:
①杀死肿瘤细胞——将抑制癌细胞增生的基因转入到癌细胞内,不仅可以阻断癌细胞繁殖,还可以诱导它自杀死亡;或将一段可以抑制癌基因转录的DNA序列导入癌细胞,使癌基因不能表达,癌细胞也就不能增殖。
②将提高人体免疫力的基因导入免疫系统,以提高人体防御功能,由人体免疫系统杀死癌细胞。
(3)基因治疗的步骤:选择治疗基因→将治疗基因和运载体结合导入到患者体内→治疗基因在细胞内正常表达。
知识拓展:
1、基因芯片:是将大量特定序列的DNA片段有序的固定在尼龙膜、玻片或硅片上,从而能大量、快速、平行地对DNA分子的碱基序列进行测定和定量分析。
2、基因芯片的应用:用于寻找和鉴定与疾病相关的基因;用于传染病的检测。例肿瘤细胞的检测、预测老年痴呆、糖尿病,艾滋病、前列腺癌等。