2022-2023学年高一生物人教版（2019）必修二3.2-3.4 DNA的结构、复制和本质（教学课件）（28张ppt）

(共28张PPT)
生物学 必修二
遗传与进化
第3章 基因的本质
3.2 DNA的结构
3.3 DNA的复制
3.4 DNA通常是有遗传效应的片段
一. DNA双螺旋结构模型的构建
科学家 进展
1951年，科学界已经认识到：DNA是以4种脱氧
核苷酸为单位连接而成的长链，含有ATGC四种碱基
富兰克林 用X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱
沃森和克里克 构建DNA双螺旋和三螺旋结构模型，但都被否定
查哥夫 发现DNA中A=T，G=C
沃森和克里克 构建正确的DNA双螺旋结构模型，1953年发表论文
二. DNA的组成
1、核苷酸由磷酸、五碳糖、含氮碱基组成
2、核苷酸是核酸的单体
3、核酸初步水解得到核苷酸，彻底水解得到磷酸、五碳糖、碱基等小分子
1、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。
2、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。
3、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。
三. DNA的结构
三. DNA的结构
1、DNA双螺旋结构的主要特点
（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，按照碱基互补配对原则形成碱基对。
四. 碱基互补配对原则的应用和计算
1、基本关系： A=T，G=C
2、推论：由A+T+G+C=1 推得：A+G=A+C=T+C=T+G=50%
解读：非互补配对碱基之和占碱基总数的50%
3、思考并得出结论
①若DNA的一条链中(A+T)/(G+C)=a，则其互补链中、DNA中该比值各为多少
②在DNA的一条链中(A+G)/(T+C)=b，则其互补链中、DNA中该比值各为多少？
四. 碱基互补配对原则的应用和计算
1、某双链DNA分子中，A占35%，求其它三种碱基的含量
2、如果一个DNA分子的一条链中的C=22%，G=16%，那么整个DNA分子中A占多少？
3、在DNA分子双螺旋结构中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之间有2个氢键，胞嘧啶与鸟嘌呤之间有3个氢键。现有四种DNA样品，根据样品中碱基的百分含量判断最有可能来自嗜热菌（生活在高温环境中）的是（ ）
A.含胸腺嘧啶32%的样品 B.含腺嘌呤17%的样品
C.含腺嘌呤30%的样品 D.含胞嘧啶15%的样品
4、20世纪90年代，科学家设计并合成了由47个核苷酸组成的单链DNA一E47，它可以催化两个底物DNA片段之间的连接。下列有关叙述正确的是
A.E47中，嘌呤碱基数一定等于嘧啶碱基数
B.在E47分子中，碱基数=脱氧核苷酸数=脱氧核糖数
C.E47作用的底物和DNA聚合酶作用的底物是相同的
D.在E47分子中，每个脱氧核糖上均连有一个磷酸和一个含氮的碱基
五. 对DNA复制的推测
沃森和克里克——遗传物质自我复制的假说：DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂，解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸根据碱基互补配对原则，通过形成氢键，结合到作为模板的单链上。由于新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此，这种复制方式称作半保留复制。
不同观点：全保留复制等不同假说。全保留复制是指DNA复制以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。
思考：如何通过实验探究DNA的
复制方式？
六. DNA半保留复制的实验证据
1、实验思路：要探索DNA复制的方式，需要通过实验区分亲代和子代的DNA。1958年，美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔以大肠杆菌为实验材料，运用同位素标记技术，设计了一个巧妙的实验。
2、背景知识：14N和15N是氮元素的两种稳定同位素（无放射性），这两种同位素的相对原子质量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，因此，利用离心技术可以在试管中分离开含有不同氮元素的DNA。
3、实验过程
①获得DNA都被15N标记的大肠杆菌：用含有15NHCI的培养液培养大肠杆菌，让大肠杆菌繁殖若干代。
②让15N标记的大肠杆菌在含有14NHCI的普通培养液中繁殖。
③分析子代DNA的情况：在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA，再将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA的位置。
六. DNA半保留复制的实验证据
4、实验结果及分析
思考：
①实验结果能证明DNA的复制是半保留复制吗？继续实验，结果会怎样？
②如果DNA是全保留复制，子一代和子二代的离心结果是怎样的？
③如果把DNA分子处理成单链后进行离心，实验结果是怎样的？能否区分？
六. DNA半保留复制的实验证据
5、DNA复制和染色体复制的关系
两者同时发生，都发生在有丝分裂和减数分裂前的间期；
染色体复制的包括DNA的复制和蛋白的合成；
染色体复制的结果是形成两条姐妹染色单体，DNA复制的结果是形成两个DNA分子，这两个DNA分子分别位于两条姐妹染色单体中。
思考：人的一个精原细胞，其中的核DNA分子均被32P标记，在无放射性的培养液中培养并分裂：
①若通过有丝分裂形成两个精原细胞，子细胞中染色体放射性情况如何？
②若通过减数分裂形成4个精子，精子中染色体放射性情况如何？
③若先通过有丝分裂形成两个精原细胞，其中1个精原细胞再通过减数分裂形成4个精子，精子中染色体放射性情况如何？
七. DNA复制的过程
七. DNA复制的过程
1、时期：有丝分裂前的间期、减数第一次分裂前的间期
2、过程：
①解旋：在细胞提供的能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开
②合成子链：DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，以细胞中游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一条子链。解旋、子链延伸、新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构同时进行。
③复制结束：一个DNA分子形成了两个完全相同的DNA分子。
3、DNA复制的条件：模板（解旋后的每一条母链）、原料（游离的四种脱氧核苷酸）、能量（ATP）、酶（解旋酶、DNA聚合酶）
4、DNA复制准确无误进行的原因：①DNA独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板 ②通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行 ③错误修复机制
5、DNA复制的特点：①半保留复制 ②边解旋变复制 ③有多个复制起点
6、DNA复制的意义：复制出的两个子代DNA分子，位于姐妹染色单体中，通过细胞分裂分配到子细胞中。通过复制 ，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。
七. DNA复制的过程
7、DNA复制的计算：DNA的复制为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则有
（1）子代DNA分子数为：2n个
①含有亲代链的DNA分子数为：2个。
②不含有亲代链的DNA分子数为（2n－2）个。
（2）子代脱氧核苷酸链数为：2n+1条
①亲代脱氧核苷酸链为：2条。
②新合成的脱氧核苷酸链为：（2n+1-2）条。
（3）消耗的脱氧核苷酸数
①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数为m·（2n-1）个。
②第n次复制所需该脱氧核苷酸数为m·2n-1。
七. DNA复制的过程
练习
1、用15N标记含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在含14N的培养基中连续复制四次。其结果不可能是（ ）
A.含有15N的DNA分子占1/8 B.含有14N的DNA分子占7/8
C.消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个 D.产生了16个DNA分子
2、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2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
八. 基因与DNA的关系
思考讨论：阅读下列材料，你能得出哪些结论？
1、大肠杆菌细胞的拟核有1个DNA分子，长度约为4.7×106个碱基对，在DNA分子上分布了大约4400个基因，每个基因的平均长度约为1000个碱基对。
2、生长在太平洋西北部的一种水母能发出绿色荧光，这是因为水母的DNA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，转入了水母绿色荧光蛋白基因的转基因鼠，在紫外线的照射下，也能像水母一样发光。
3、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DNA的碱基序列。每条染色体上有一个DNA分子。这24个DNA分子大约含有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%。
八. 基因与DNA的关系
1、真核和原核生物基因的区别
①真核生物基因序列在DNA分子中所占比例很低，原核生物的基因序列在DNA分子中所占比例较高。
②真核生物的基因主要位于染色体的DNA上，原核生物的基因主要存在于拟核上。
③原核生物的基因通常是单个，真核生物通常成对存在。
2、遗传效应：基因通过控制蛋白质的合成，进而控制生物的性状。
理解：DNA上有很多片段，有些片段有遗传效应，是基因。有些片段无遗传效应，不是基因。DNA分子上的基因通常被非基因片段分隔开，一个DNA分子上分布多个基因。基因是一段DNA分子，但一段DNA分子不一定是基因。
九. DNA片段中的遗传信息
由4种碱基排列而成的脱氧核苷酸序列，足以储存生物体必需的全部遗传信息吗？
资料1：1个DNA分子的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而成的，从头至尾没有变化，而骨架内侧4种碱基的排列顺序却是可变的。如果1个碱基对组成1个基因，4种碱基对的排列可能形成4种基因（这仅仅是假设）；如果2个碱基对组成1个基因，则可能形成16（即4x4）种基因；如果3个碱基对组成1个基因，则可能形成64（即4x4×4）种基因。
资料2 ：资料1的推算是建立在所有碱基对的随机排列都能构成基因这一假设上的。事实上，大部分随机排列的脱氧核苷酸序列从来不曾出现在生物体内，而有些序列却会在生物体内重复许多次。
思考讨论
1、如果是100个碱基对组成1个基因，可能组合成多少种基因？
2、怎样理解DNA的多样性和特异性？你能从DNA的结构特点分析生物体具有多样性和特异性的原因吗？
3、在刑侦领域，DNA能像指纹一样用来鉴定个人身份。结合脱氧核苷酸序列的多样性和特异性，你能分析这一方法的科学依据吗？
4、你认为基因是碱基对随机排列成的DNA片段吗？为什么？
九. DNA片段中的遗传信息
DNA能够储存足够量的遗传信息；
遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中；
碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性；
碱基特定的排列顺序，又构成了每个DNA分子的特异性；
DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。
DNA上分布着许多个基因，基因通常是有遗传效应的DNA片段。
有些病毒的遗传物质是RNA，对这类病毒而言，基因就是有遗传效应的RNA片段。