高一生物DNA的结构和DNA的复制2

(共60张PPT)
第二节　
DNA的结构和DNA的复制
第二节　DNA的结构和DNA的复制
基础自主梳理
核心要点突破
实验探究创新
课标领航
知能过关演练
通过本节的学习，我能够
1．概述DNA分子结构的主要特点。
2．制作DNA双螺旋结构模型。
3．概述DNA分子的复制过程。
4．掌握有关DNA分子复制的相关计算。
课标领航
情景导引
坐落于北京中关村高科技园区的DNA雕塑，以简洁而独特的双螺旋造型吸引着过往的行人，很少有谁注意到它的旋转是顺时针方向还是逆时针方向。但同样是一座以DNA双螺旋结构为基础设计的雕塑，却因旋转方向的问题，曾引发一起北京世纪盛典文化艺术交流有限公司起诉北京大学的雕塑合同纠纷案件。案件是由于DNA空间结构的旋转方向问题引起的，那DNA到底有什么样的化学组成和空间结构呢？
基础自主梳理
一、解开DNA结构之谜
1．20世纪30年代后期，瑞典的科学家们证明了DNA是__________的。二战后，科学家们用电子显微镜测出DNA分子直径约为2 nm。
不对称
2．1951年美国生物化学家查戈夫发现__________ (A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量，鸟嘌呤(G)的量总是等于________ (C)的量。
3．1952年英国化学家富兰克林等用X射线衍射技术拍摄到DNA结构的照片，确认DNA为______结构，并且是由不止一条链所构成的。
4．1953年美国科学家沃森和英国科学家________提出DNA分子的双螺旋结构模型。
腺嘌呤
胞嘧啶
螺旋
克里克
二、DNA的结构
1．DNA的组成单位
脱氧核糖
磷酸
含氮碱基
2．DNA的空间结构
结构特点：由两条脱氧核苷酸链反向平行盘旋而成的____________。
(1)外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架。
(2)内侧由两条链上的碱基通过氢键连接成__________，即_____________ (氢键有2个)，____________ (氢键有3个)。
双螺旋结构
碱基对
A和T配对
G和C配对
3．DNA分子的多样性和特异性
(1)多样性：_________排列顺序千变万化。
(2)特异性：每个DNA分子_______________排列顺序，构成了DNA分子的特异性。
碱基对
碱基对的特定
思考感悟
1．随着商品防伪难度的增大和DNA有关知识的普及，近几年来，许多商家尝试着用DNA作防伪标记。其原理是什么？
【提示】　DNA分子的特异性，即每个DNA分子都有其特定的碱基对排列顺序。
三、DNA的复制
1．含义：以亲代DNA分子为模板合成子代DNA分子的过程。
2．时期：细胞_________________和减数分裂的间期。
3．场所：细胞核(主要)。
有丝分裂的间期
4．过程
解旋：在__________等的作用下，把两条螺旋的 双链 解开。
　↓
合成子链：以解开的母链为模板，按照 ___________________各自合成与母
　↓　　　 链互补的一条子链。
形成新的DNA分子：每条子链与其对应的母链盘 绕成双螺旋结构，形成两个新的DNA 分子。
碱基互补配对原则
解旋酶
5．结果：1个DNA→2个DNA。
6．条件
模块 DNA分子的两条链
原料 游离的_________________
能量 ATP
酶 DNA解旋酶、DNA聚合酶等
4种脱氧核苷酸
7.特点：(1)边解旋边复制。
(2)_______________ ，新形成的DNA分子中，保留了原来DNA分子中的一条链。
8．意义：使遗传信息从亲代传给子代，确保了遗传信息的连续性。
半保留复制
思考感悟
2．孩子既像父亲，又像母亲，知道是什么原因吗？
【提示】　父母的原始生殖细胞在进行减数分裂之前细胞内的DNA都要经过复制，然后经过减数分裂形成精子和卵细胞，精子和卵细胞通过受精作用形成受精卵，受精卵通过有丝分裂产生子代。所以子代细胞中含有父母的DNA，所以表现的性状和父母相似。
四、DNA分子准确复制的原因
1．DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板。
2．通过__________________，保证了复制能够精确地进行。
碱基互补配对
核心要点突破
DNA规则的双螺旋结构和碱基计算
要点一
1．DNA规则的双螺旋结构
(1) 主侧链的比较：
主链 侧链
构成方式 磷酸与脱氧核糖交互排列，两条主链呈反向平行，规则地盘绕成双螺旋 主链上对应碱基以氢键连接成对，对应碱基之间互补(A—T，G—C)碱基对平面之间平行
排列位置 双螺旋结构外侧 双螺旋结构内侧
动态变化 相对稳定 碱基比率和碱基序列可变
(2)DNA规则的双螺旋结构的特点：两条链反向平行；DNA的外侧为脱氧核糖与磷酸交替排列；内部为碱基互补配对。
2．有关DNA分子中碱基计算的问题
(1)碱基互补配对原则：A—T，G—C，即
④规律四：DNA分子中1链中(A＋T)占1链碱基总数的百分比＝2链中(A＋T)占2链碱基总数的百分比＝整个DNA分子中(A＋T)占双链碱基总数的百分比，即(A1＋T1)＝(A2＋T2)＝(A＋T)总。同理：(G1＋C1)＝(G2＋C2)＝(G＋C)总。
(2011年常州高一检测)某DNA分子中A＋T占整个DNA分子碱基总数的44%，其中一条链(a)上的G占该链碱基总数的21%，那么，对应的另一条互补链(b)上的G占该链碱基总数的比例是(　　)
A．35% B．29%
C．28% D．21%
例1
【思路点拨】　本题考查DNA分子的结构特点及碱基配对关系，解答该题应明确以下三点：
①一条链上所有碱基的比例之和为1。
②整个DNA分子中G＋C所占比例与每一条链上G＋C占该链碱基总数的比例相等。
③一条链上C所占比例与互补链上G占该链碱基总数的比例相等。
【尝试解答】　__A__
【解析】　整个DNA中的A＋T占整个DNA碱基总数的44%，则G＋C占整个DNA碱基总数的56%，又因整个DNA分子中G＋C所占比例与每一条链上G＋C所占该链碱基总数的比例相等。可知b链上G＋C＝56%，其中G(a链)＝21%，可知C(b链)＝21%，推出G(b链)＝35%，故选A。
跟踪训练　已知DNA的一条单链中(A＋G)/(T＋C)＝0.4，上述比例在其互补单链和整个DNA分子中分别是(　　)
A．0.4和0.6 B．2.5和1.0
C．0.4和0.4 D．0.6和1.0
DNA的复制
要点二
1．DNA复制的基本条件
(1)模板：解旋的DNA分子的两条单链分别作模板。
(2)原料：游离的四种脱氧核苷酸。
(3)能量：通过水解ATP提供。
(4)酶：是指一个酶系统。不仅仅是指解旋酶，还包括DNA聚合酶等。
2．影响DNA复制的外界因素
DNA复制还需要适宜的温度和酸碱度。
3．DNA复制的过程
DNA分子复制的示意图分三步：
4．特点
(1)边解旋边复制：即解旋—合成子链—子链与模板链盘旋成双螺旋结构。
(2)半保留复制：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链(模板链)。
(3)多起点复制。
5．DNA分子复制对DNA作为遗传物质的意义
(1)边解旋、边复制，多个起点同时进行，节省时间、效率高。
(2)新DNA分子双链为“一母一子”，因此复制更为精确，致使遗传信息更加稳定。稳定的遗传信息从亲代传递给子代，从而使生物的前后代保持了一定的连续性。但是，这并不意味着复制时毫无差错，否则，自然界便没有了变异，生物界就不会向前发展。
如图为DNA的复制图解，请据图回答下列问题：
例2
(1)DNA复制主要发生在________________期。
(2)②过程称为________。
(3)③中的子链是________。
(4)③过程必须遵循________________原则。
(5)子代DNA分子中只有一条链来自亲代DNA分子，由此说明DNA的复制具有____的特点。
(6)已知原来DNA中有100个碱基对，其中含A 40个，则复制4次，在复制过程中将需要________个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸。
【尝试解答】　(1)细胞分裂间　(2)解旋　(3)Ⅱ、Ⅲ　(4)碱基互补配对　(5)半保留复制　(6)900
【解析】　DNA复制主要发生在细胞分裂间期，复制过程包括解旋、复制子链、合成子代DNA分子。复制的特点是半保留复制，复制时严格遵循碱基互补配对原则，故子代DNA与亲代DNA一模一样，DNA分子复制4次可获得24＝16个DNA分子，其中有两个DNA分子含有原DNA分子的一条链。DNA分子中有100个碱基对，A为40个，则T有40个，C和G均为60个，复制4次需要C的数目为(24－1)×60＝900个。
跟踪训练　如图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图，有关叙述错误的是(　　)
A．图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的
B．图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的
C．真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶
D．真核生物的这种复制方式提高了复制速率
解析：选A。图示DNA分子的不同片段解旋程度不同，所以多起点复制不是同步进行的。
DNA半保留复制的有关计算
要点三
1．若取一个全部N原子被15N标记的DNA分子(0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
2.DNA的复制为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则有：
(1)DNA分子数
①子代DNA分子数＝2n个。
②含有亲代DNA链的子代DNA分子＝2个。
③不含亲代链的子代DNA分子数＝(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＝2n＋1条。
②亲代脱氧核苷酸链数＝2条。
③新合成的脱氧核苷酸链数＝(2n＋1－2)条。
(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，经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸m(2n－1)个。
特别提醒
①在进行DNA复制的计算时，注意DNA的代数与复制次数的关系，当第一个DNA分子为0代时，则复制次数和代数一致，当第一个DNA分子为1代时，复制次数比代数少1。
②分析被标记DNA分子的比例时，应注意求的是DNA分子数，还是脱氧核苷酸链数；还应注意培养基中化学元素的转换。
③DNA分子复制中计算所需某种核苷酸数量时，应注意原来的DNA分子两条母链不需消耗核苷酸。
④无论DNA分子复制多少次，亲代脱氧核苷酸链数都是2条。
已知某DNA分子含有1000个碱基对，其中一条链上A∶G∶T∶C＝1∶2∶3∶4。该DNA分子连续复制两次，共需要鸟嘌呤脱氧核苷酸分子数是(　　)
A．600个 B．900个
C．1200个 D．1800个
例3
【尝试解答】　____D____
【解析】　DNA分子中含有2000个碱基，又知其中一条链中A∶G∶T∶C＝1∶2∶3∶4。该DNA分子中A＝T，C＝G，则求出该DNA分子中鸟嘌呤脱氧核苷酸分子数为600，该DNA分子连续复制两次，共需要鸟嘌呤脱氧核苷酸分子数为(22－1)×600＝1800个。
跟踪训练　具有100个碱基对的某DNA分子区段内含40个胸腺嘧啶，如果连续复制两次，则需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸(　　)
A．60 B．80
C．120 D．180
解析：选D。首先要通过计算，弄清亲代DNA分子中各种碱基或脱氧核苷酸的数量，并要明确子代DNA的结构与亲代DNA一样。在亲代DNA分子中，共有60个胞嘧啶脱氧核苷酸，复制两次可产生4个子代DNA分子。在四个子代DNA分子中的胞嘧啶脱氧核苷酸为240(4×60＝240)，由于是半保留复制，子代DNA分子中保留了亲代的60个胞嘧啶脱氧核苷酸，所以复制所需的胞嘧啶脱氧核苷酸为180个(240－60＝180)。
实验探究创新
设计和制作DNA分子双螺旋结构模型
1．实验原理
DNA分子独特的空间结构及结构特点。通过实验强化记忆DNA分子的基本单位种类，化学结构组成及空间结构特点，在此基础上选择适当的材料(易得、经济、便于操作)，设计简图，然后按顺序制作四种基本单位，再组装。通过模型的制作，强化对DNA分子的化学组成和空间结构特点的理解和掌握。
2．制作程序
(1)通过讨论确定本组制作的DNA双螺旋结构模型的大小(如高度与直径的比例)，确定使用的各种材料，部分同学进行构思或设计，部分同学做好物质准备。
(2)讨论设计方案，包括立体构型及其大小的设计依据、维持立体构型的方式等。确定制作模型的实施过程和具体分工。
(3)按照具体分工制作部分配件，然后将各种配件整合在一起，逐步完成DNA分子双螺旋结构模型的制作。
(4)按照设计方案对制作的DNA分子双螺旋结构模型进行检查，适当修补模型的某些缺陷。
(5)鉴赏各组的制作成果，开展交流活动。
3．注意事项
(1)实验操作程序：按结构层次从小到大，从简单到复杂依次完成。
(2)制作磷酸、脱氧核糖和含氮碱基的模型时注意各分子的大小比例。
(3)A与T的一端应剪成相互吻合的形状；G与C也如此。这两种碱基对模型的长度应相等，以保证DNA分子中两条平行链之间的距离相等。
(4)两条链的长度、碱基总数一致，碱基互补、方向相反。
(5)磷酸、脱氧核糖、碱基三者之间的连接部位要正确。
(6)制作中各零件连接应牢固，避免旋转中脱落。
(7)各组模型制作以不同数量和顺序的A—T、C—G、T—A、G—C四种碱基对排列，领悟DNA分子的多样性。
【例题展示】　某同学制作一DNA片段模型，现准备了10个碱基T塑料片，8个碱基A塑料片，30组脱氧核糖和磷酸的塑料片，那么还需准备碱基C塑料片数目是(　　)
A．14 B．8
C．7 D．16
【解析】　因为30组脱氧核糖和磷酸塑料片可制成含15个碱基对的DNA分子模型，而该同学已准备了10个碱基T塑料片，8个碱基A塑料片，这样仅能构成8个A===T碱基对，剩下的7个碱基对若全为G≡C碱基对，则还需要准备G、C碱基塑料片各7片。
【答案】　C
知能过关演练
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