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第2节 DNA分子的结构和复制（第1课时）
必
修
二
科学家发明了一项以DNA为介质的数据存储新技术(右图)。与现有的各类存储介质相比，DNA能够储存更多的信息。DNA作为生物的遗传物质，能够携带大量控制生物生长、发育和繁殖的遗传信息，这是由DNA分子的特定结构决定的。为什么DNA分子特定的结构适合于储存遗传信息？遗传信息以什么形式储存在DNA分子上？DNA分子是如何保证遗传信息稳定保存的？
DNA 存储器
1. DNA由4种脱氧核糖核酸构成
腺嘌呤（A），鸟嘌呤（G），胞嘧啶（C），胸腺嘧啶（T）
一、DNA双螺旋结构模型的构建
含氮碱基
磷酸
A
G
C
T
DNA的基本单位－脱氧核苷酸
腺嘌呤
鸟嘌呤
胞嘧啶
胸腺嘧啶
脱氧
核糖
2. DNA的基本单位
一、DNA双螺旋结构模型的构建
鸟嘌呤脱氧核苷酸
胞嘧啶脱氧核苷酸
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
腺嘌呤脱氧核苷酸
脱氧核苷酸的种类
2. DNA的基本单位
一、DNA双螺旋结构模型的构建
DNA分子的空间结构究竟是怎样的？这一具有伟大科学价
值的研究课许多国家的科学家，他们前赴后继，克服重重困
难，为揭开这一重要生命物质的神秘面纱，付出了坚持不懈
的努力。
[资料1]英国女科学家富兰克林（R.Franklin)运用X射线衍射技术
研究DNA结构时，于1951年获得了一幅衍射图像(右图)。这幅
图对建立DNA分子的结构模型起到了至关重要的作用。
“X”意味着DNA分子是双螺旋的
富兰克林拍摄的DNA衍射图谱
一、DNA双螺旋结构模型的构建
DNA分子结构模型的建立
[资料2]20世纪40年代，科学家发现不同物种的DNA分子中碱基数目及比例有差异，但同一生物体内不同细胞的DNA分子中碱基数目及比例相同。下表是当时测定的几种生物DNA分子中4种碱基的数量关系。到50年代，科学家已确定，在DNA分子中，碱基A的数量等于碱基T的数量，碱基G的数量等于碱基C的数量。
碱基组成 碱基比例
A G C T A/T G/C (A+G)/(T+C) (A+T)/(G+C)
人 30.9 19.9 19.8 29.4 1.05 1.01 1.03 1.52
鸡 28.8 20.5 21.5 29.2 0.99 0.95 0.97 1.38
海胆 32.8 17.7 17.3 32.1 1.02 1.02 1.02 1.85
酵母菌 31.3 18.7 17.1 32.9 0.95 1.09 1.00 1.79
大肠杆菌 24.7 26 25.7 23.6 1.05 1.01 1.03 0.93
思考：1.表中显示出DNA分子中各种碱基的数目比例有什么规律？如何解释这种规律？2.若2个生物的DNA中碱基数（A+T)/(G+C)值相同，能说明它们是同种生物吗？
DNA分子结构模型的建立
一、DNA双螺旋结构模型的构建
[资料3]美国科学家沃森（J.Watson)和英国科学家克里克（F.Crick)以富兰克林等人提供的DNA衍射图像的有关数据为依据，推算出DNA分子呈螺旋结构。
他们尝试构建了各种不同的结构模型，但很快就被否定。直到1952年，
他们从其他科学家那里了解到DNA分子中碱基数量的规律，才终于成功
构建了DNA双螺旋结构模型(如图),并于1953年在英国《自然》杂志上发
表，论文标题为“核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型”。
分析讨论
1.通过以上资料，你认为现代科学的发展具有哪些特点？
2.依据DNA分子结构模型，思考一下DNA分子作为遗传物质具有哪些特征。
沃森和克里克搭建的DNA双螺旋结构模型
DNA分子结构模型的建立
一、DNA双螺旋结构模型的构建
1. 结构模型
DNA 双螺旋结构示意图
DNA 分子平面结构示意图
二、DNA的结构
1. 结构模型
脱氧核糖上与碱基相连的碳叫作1'-C,与磷酸基团相连的碳叫作5'-C。DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，这一端称作5'-端，另一端有一个羟基（-OH),称作3'-端。DNA的两条单链走向相反，从双链的一端起始，一条单链是从5'-端到3'-端的，另一条单链则是从3'-端到5'-端的。
二、DNA的结构
2. DNA双螺旋结构模型的特点
（1）DNA是由两条单链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
（2）DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。
（3）两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对具有一定的规律：A(腺嘌呤）一定与T(胸腺嘧啶）配对；G(鸟嘌呤）一定与C(胞嘧啶）配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫作碱基互补配对原则。
二、DNA的结构
下图是DNA分子结构模式图，用文字填出1—10的名称。
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
胞嘧啶（C）
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胸腺嘧啶（T）
脱氧核糖
磷酸
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
碱基对
氢键
一条脱氧核苷酸链的片段
5
6
3.DNA的双螺旋结构
构成方式
位置
双螺旋外侧
双螺旋内侧
碱基对
主链(骨架)
1）脱氧核糖与磷酸交替排列；
2）两条主链呈反向平行；
3）盘绕成规则的双螺旋。
1）主链上对应碱基以氢键连结成对；
2）碱基互补配对（A— T，G — C）
二、DNA的结构
1.多样性
碱基对排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性，从而能够储存了大量的遗传信息。
每个DNA分子中的碱基对都有特定排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性。
3.稳定性
DNA分子中的脱氧核糖和磷酸基团交替连接的方式不变，两条链之间碱基互补配对的方式不变。
2.特异性
三、DNA分子具有多样性和特异性
设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则
可知：A1=T2 ， A2=T1， G1 = C2 ， G2 =C1。
则在DNA双链中： A = T ， G = C
可引申为：
①嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数
A+G=T+C 即A+G/T+C=1
②双链DNA分子中A+T/G+C等于其中任何一条链的A+T/G+C。
A 1
T 2
T 1
A2
G 1
C 2
C 1
G 2
DNA双链
A+T
G+C
A1+T1
G1+C1
A2 +T2
G2 +C2
=
=
例题1、某双链DNA分子中，G占23%，求A占多少？
解析：
因为DNA分子中，A+G=T+C。所以，
A=50%–23%=27%
四、碱基互补配对原则的应用
③双链DNA分子中，互补的两条链中A+G/T+C互为倒数。
A1+G1
T1+C1
=a
T2+C2
A2+G2
=1/a
A1+C1
T1+G1
T2+G2
A2+C2
=
例题2、在DNA的一个单链中，A+G/T+C=0.4，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？
2.5 1 ;
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
练习：
1.若一个DNA分子鸟嘌呤占18%，那么这个DNA分子的腺嘌呤比例是 。
2. 若DNA分子中含有碱基1200个，其中腺嘌呤有280个，那么胞嘧啶的数量有 。
32%
320
④双链DNA分子中，A+T占整个DNA分子碱基总数的百分比等于其中任何一条链中A+T占该链碱基总数的百分比，其中任何一条链A+T是整个DNA分子A+T的一半。
A+T
A+T+G+C
A1 +T1 +G1 +C1
A1 +T1
=
=
A2 +T2 +G2 +C2
A2 +T2
=
A1 +T1
（A+T）
1
2
=
=
A2 +T2
A 1
T 2
T 1
A2
G 1
C 2
C 1
G 2
DNA双链
例题3、某双链DNA分子中，A与T之和占整个DNA碱基总数的54%，其中一条链上G占该链碱基总数的22%。求另一条链上G占其所在链碱基总数的百分含量。
24%
（G+C）
1
2
G1 +C1
G2 +C2
=
=
A＋T=54% G+C=46%
练习：
3.在一个双链DNA分子中，含有20%的胸腺嘧啶。已知一条链中的胞嘧啶占该链的20%，则另一条链中的胞嘧啶占该链的多少？
4. 如果一个DNA分子的一条链中C的含量为22%，G的含量为16%，那么整个DNA分子中A占多少？
40%
31%
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必
修
二
第2节 DNA分子的结构和复制（第2课时）
2002年初，随着首批成年体细胞克隆牛降生，我国成为掌握体细胞克隆牛关键技术的少数国家之一（右图）。图中5头牛的外貌极为相似，是缘于胚胎分割技术。应用胚胎分割技术可以获得双胎或多胎动物，从而快速繁育优良牲畜。这些小牛是由同一个受精卵经细胞分裂而来。由于分裂过程中的DNA复制，它们具有相同的遗传信息，表型几乎完全相同。那么，DNA复制发生在什么时期？它是如何保证遗传信息准确复制的？这与DNA分子的结构特点存在怎样的关系？
我国的首批克隆牛
1. 最早提出的DNA复制模型有三种：全保留复制、半保留复制和弥散复制
2.全保留复制：新复制出的分子直接形成，完全没有旧的部分。
3.半保留复制：形成的分子一半是新的，一半是旧的。
一、对DNA复制的推测
3.分散复制（弥散复制）：新复制的分子中新旧都有，但分配是随机组合的。
复制一次
亲代DNA
子代DNA
一、对DNA复制的推测
半保留复制在当时只是一种假说，正确与否，还需要实验来证明。
[资料1]1957年，美国科学家泰勒（J.Taylor)用含3H胸苷培养蚕豆根尖细胞一个有丝分裂周期，采用放射自显影技术，可以观察到每个姐妹染色单体都能显影。随后将标记的根尖移入普通培养液中，使其再经过一个细胞周期，观察到染色体中一条单体可显影，另一条单体不显影。
资料1的实验为什么能证明半保留式复制？
二、DNA半保留复制的实验证据
DNA分子半保留式复制的证明
[资料2]1958年，科学家用以15NH4C1为唯一氮源的培养基培养大肠杆菌，使其DNA中的N元素为15N，变成“重”分子，然后提取其DNA样本，用密度梯度离心法进行沉降实验，此DNA沉降于较低部，称为重带。而如果以14NH4C1为唯一氮源的培养基培养大肠杆菌，其DNA中的N元素为14N，由于密度较小，离心后DNA沉降带偏上，叫作轻带。将大肠杆菌用15NH4C1为唯一氮源的培养基长时间培养，然后转入以14NH4C1为唯一氮源的培养基培养，沉降实验结果如图所示。
DNA分子半保留式复制的证明
二、DNA半保留复制的实验证据
二、DNA半保留复制的实验证据
DNA分子半保留式复制的证明
[资料3]电子显微镜在生物学上的广泛应用，为许多亚显微水平的研究提供了充分的证据。电镜下可清晰地观察到DNA复制过程中出现复制环。
电镜下DNA复制的瞬间
结论：DNA的复制是以半保留方式进行的。
二、DNA半保留复制的实验证据
三、DNA复制的过程
1. 概念：DNA的复制是指以亲代DNA的两条链为模板合成子代DNA的过程。
2. 时间：细胞有丝分裂间期、减数分裂前、无丝分裂前。
3. 场所：细胞核（主要场所）、线粒体、叶绿体。
三、DNA复制的过程
4. 过程
（1）在细胞提供能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开。
（2）DNA聚合酶等以色胆如天工的每一条链为模板，以细胞中游离的4种脱氧核糖核酸为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一条子链。
三、DNA复制的过程
4. 过程
（3）每条新链与模板链盘绕成双螺旋结构。
三、DNA复制的过程
5. DNA复制的条件
（1）模板：DNA的两条链
（2）酶：DNA解旋酶，DNA聚合酶
（3）能量：ATP
（4）原料：4种游离的脱氧核糖核酸
6. DNA复制产物：DNA
7. DNA复制遵循的原则：碱基互补配对 A=T G=C
三、DNA复制的过程
8. DNA复制的特点
（1）边解旋边复制
（2）半保留复制
（3）多起点多区段同时进行
已知果蝇的基因组大小为1.8×108bp(bp表示碱基对）,真核细胞中DNA复制的速率一般为50~100bp/s。下图为果蝇DNA的电镜照片，右图中的泡状结构叫作DNA复制泡，是DNA上正在复制的部分。请你推测果蝇DNA形成多个复制泡的原因。
三、DNA复制的过程
9. DNA复制意义：DNA通过复制后，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。
10. DNA精确复制的原因：DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。
三、DNA复制的过程
谢谢观看
