3.2&3.3&3.4 DNA的结构、复制与基因 同步优质课件(共37张PPT) 2022-2023学年高一生物 人教版2019必修2

(共37张PPT)
第三章 第2节
DNA的结构
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。
DNA 存储器
结合所学知识，阅读教材P48-49回答下列问题：
1.DNA的基本单位是什么？
2.DNA由几条链构成，具有怎样的立体结构？
3.每条单链是如何由基本单位连接形成的？
4.研究DNA结构常用的方法是？
5.DNA结构的骨架是什么？碱基之间有什么样的关系？
DNA的基本单位
4种脱氧核苷酸：
1分子脱氧核苷酸=
1分子脱氧核糖
+
1分子磷酸
+
1分子含氮碱基
威尔金斯
富兰克林
查哥夫
→DNA衍射图谱
→ A=T G=C
→螺旋结构
→脱氧核糖-磷酸骨架
排列在螺旋外部
含氮碱基排列在内侧
A与T配对，
G与C配对
克里克
F. Crick
1916-2004
沃森
J. Watson
1928-
DNA结构的一些关键信息
威尔金斯
DNA结构
A
A
T
T
G
G
C
C
A
T
）
氢键
（1）DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋成双螺旋结构
（2） DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基在内侧。
（3）两条链上的碱基通过氢键连结起来，形成碱基对，且遵循碱基互补配对原则。
5’
5’
3’
3’
3条
2条
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。
2.特异性
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。
练习与应用
一、√√ ①胞嘧啶C ②腺嘌呤A ③鸟嘌呤G ④胸腺嘧啶T ⑤脱氧核糖
⑥磷酸 ⑦脱氧核苷酸 ⑧碱基对 ⑨氢键 ⑩一条脱氧核苷酸链的片段 CC
1.双链中非互补碱基之和相等
A+G=T+C=50%
2.非互补碱基和之比，双链互为倒数
3.互补碱基和之比，双链中相等，且互补碱基之和，在单双链中占比相等
A+T
G+C
A1+T1
G1+C1
A2 +T2
G2 +C2
=
=
A1+G1
T1+C1
=a
T2+C2
A2+G2
=1/a
T2
G2
A2
C2
T1
G1
A1
C1
【例1】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%
A＋T=54% G+C=46%
A 1
T 2
T 1
A2
G 1
C 2
C 1
G 2
第三章 第3节 DNA的复制
思考:
生物亲子代之间是通过遗传物质传递遗传信息的，那么亲代的遗传物质如何“多出一份”来传递给子代？
①DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补的碱基之间的氢键断裂；
②解开的两条单链分别作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依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；
③新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，这种复制方式被称做半保留复制。
提出者：
假说：
复制方式：半保留复制
沃森和克里克
一、对DNA复制的推测
全保留复制：
亲代DNA分子两条链不变，子代DNA分子的两条链都是新合成的。
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。
弥散复制：
亲代DNA分子的两条链分散成短片段，与新合成的子代DNA分子的两条链分散成的短片段混杂在一起，不能分出亲代DNA单链。
一、对DNA复制的推测
如何区分开模版DNA的母链与新合成的DNA子链？
实验材料：
实验方法：
二、DNA半保留复制的实验证据
1958年，美国生物学家梅塞尔森（M.Meselson）和斯塔尔（F.Stahl）以大肠杆菌为材料，利用15N和14N进行同位素标记，将亲代DNA全部标记为15N，并将其放入14N的环境中培养。15N和14N是N元素的两种稳定的同位素，这两种同位素的相对原子质量不同，因此，利用密度梯度离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA。
大肠杆菌
同位素标记技术
密度梯度离心技术
：
二、DNA半保留复制的实验证据
密度梯度离心：
高密度介质氯化铯经高速离心后，氯化铯会形成一个密度梯度。
当加入DNA分子后，经过离心，DNA会停留在与周围的氯化铯密度相同的位置，通过观察DNA在氯化铯梯度中的位置就能区分含15N的DNA和含14N的DNA。
演绎推理：如果DNA是半保留复制，以15N的DNA为亲代DNA，放在14N的环境中进行培养，复制后得到的子一代DNA和子二代DNA的组成是怎样的
二、DNA半保留复制的实验证据
15N/14N-DNA
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
15N/14N-DNA
15N
14N
亲代 DNA
子一代DNA
子二代DNA
15N
15N
14N
15N
14N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
15N
重带
中带
轻带
中带
15N/15N-DNA
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
14N/14N-DNA
提取DNA，离心
转移到含14NH4Cl的培养液中
细胞分裂1次
提取DNA，离心
提取DNA，离心
15N/15N-DNA
细胞再分裂1次
15N/14N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
二、DNA半保留复制的实验证据
第一代
第二代
实验验证：
大肠杆菌在含15NH4Cl 的培养液中生长若干代
消耗ATP，破坏氢键，解旋酶解螺旋
原料：游离的4中脱氧核苷酸
原则：碱基互补配对原则
模板：DNA的每一条母链
三、DNA复制的过程
解旋
↓
配对
↓
延伸
↓
螺旋
复制叉
DNA聚合酶，形成磷酸二酯键
方向：5’→3’
DNA复制：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程
时间：
场所：
条件：模板→
原料→
能量→
酶→
特点：
细胞分裂前的间期
真核生物→细胞核、线粒体、叶绿体
亲代的每一条母链
细胞中游离的4种脱氧核苷酸
ATP
解旋酶、DNA聚合酶等
半保留复制、边解旋边复制、多起点双向复制（真核生物）
三、DNA复制的过程
复制泡
复制泡
复制方向
DNA复制：以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程
时间：
场所：
条件：模板→
原料→
能量→
酶→
特点：
精确复制的原因：
意义：
细胞分裂前的间期
真核生物→细胞核、线粒体、叶绿体
亲代的每一条母链
细胞中游离的4种脱氧核苷酸
ATP
解旋酶、DNA聚合酶等
半保留复制、边解旋边复制、多起点双向复制（真核生物）
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，保证复制能准确进行
DNA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
三、DNA复制的过程
【例2】用15N标记一个含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，若该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次，
四、相关计算
子代DNA分子数：
含15N的DNA分子数：
含14N的DNA分子数：
只含14N的DNA分子数：
子代DNA中脱氧核苷酸链数：
含15N的脱氧核苷酸链数：
含14N的脱氧核苷酸链数：
4次复制共需要消耗胸腺嘧啶脱氧核苷酸数：
第4次复制需要消耗胸腺嘧啶脱氧核苷酸数：
24=16
2
16
16-2=14
24×2=32
2
32-2=30
仅亲代2条链含15N
新合成的子链全部为14N
除含15N的2个以外
15N14N的DNA分子
其余均为14N14N的
【例2】用15N标记一个含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，若该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次，
四、相关计算
4次复制共需要消耗胸腺嘧啶脱氧核苷酸数：
每个DNA分子中：C=60=G，
A=T=(200-60×2)÷2=40
复制4次，新合成的DNA数=16-1=15
共需要T=15×40=600
第4次复制需要消耗胸腺嘧啶脱氧核苷酸数：
第4次复制新合成的DNA数=24-23=8
第4次复制共需要T=8×40=320
15N14N的DNA分子
其余均为14N14N的
【例3】假如某大肠杆菌的DNA分子用15N标记后其相对分子质量为a，用14N标记后其相对分子质量为b。现将用15N标记后的大肠杆菌，培养在含有14N的培养基中，则子一代、子二代的DNA分子平均相对分子质量分别为
四、相关计算
15N=a
14N=b
15N/15N
14N/15N
14N的培养基
子一代：
两条14N链，两条15N链
平均分子量=(a+b)/2
子二代：
6条14N链，2条15N链
平均分子量=(a+3b)/4
【例4】现有一个不带标记的果蝇体细胞，放在含32P培养基中培养，使其连续分裂两次，下列叙述正确的是（ ）
A．第二次分裂中期，每个细胞的16条染色单体都被32P标记
B．第一次分裂后期，每条染色体的每条染色单体都有32P标记
C．第一次分裂中期，每条染色体每条脱氧核苷酸链都有32P标记
D．第二次分裂后期，每个细胞共有16条脱氧核苷酸链被32P标记
四、相关计算
染色体→染色体上的DNA
一次分裂
复制
姐妹染色单体分离
子细胞染色体
二次分裂
复制
姐妹染色单体分离
两种子染色体分配情况有多种→子细胞有多种情况
A
无单体
每条单体
16+8
×8 ×8
复制前
复制后
【例5】某果蝇精原细胞中8条染色体上的DNA已全部被15N标记，其中一对同源染色体上有基因A和a，现给此精原细胞提供含14N的原料让其连续进行两次分裂，产生四个子细胞。下列叙述中正确的是（ ）
A．若四个子细胞中均含4条染色体，则一定有一半子细胞含有a基因
B．若四个子细胞中均含8条染色体，则每个子细胞中均含2个A基因
C．若四个子细胞中的核DNA均含15N，则每个子细胞均含8条染色体
D．若四个子细胞中有一半核DNA含15N，则每个子细胞均含4条染色体
四、相关计算
一次分裂
复制
姐妹染色单体分离
二次分裂
复制
姐妹染色单体分离
若为有丝分裂，每个子细胞中含有的被标记染色体数为：
四个子细胞中含有被标记染色体的子细胞个数为：
×8 ×8
A
1个
4条
8条
只复制了1次→减数分裂
复制了2次→有丝分裂
减数分裂，复制一次分裂两次
0-8条
2-4个
【例6】研究人员将含14N—DNA的大肠杆菌转移到含15NH4Cl的培养液中，培养x分钟后提取子代大肠杆菌的DNA进行热变性处理，然后进行密度梯度离心，离心管中出现的两个条带分别对应坐标图中的两个峰。根据实验结果推测x分钟内大肠杆菌细胞最多分裂 次 ,图2为培养24h的结果，据图分析大肠杆菌增殖一代所需时间约为 。
四、相关计算
1
图1
图2
8h
亲代→子一代→子二代
14N：15N=1:7
假设有1个亲代DNA分子，
则14N的DNA单链有2条，
15N的DNA单链有14条，
共产生了8个DNA分子，
繁殖了3代
【例7】将一个不含放射性标记的大肠杆菌（拟核DNA呈环状，共含有m个碱基，其中有a个腺嘌呤）放在含有32p-胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基中培养一段时间， 检测到下图I、II两种类型的DNA（虚线表示含有放射性的脱氧核苷酸链）。下列有关该实验的结果预测与分析，正确的是
A．DNA复制后分配到两个子细胞时，其上的基因遵循基因分离定律
B．DNA第二次复制产生的子代DNA有1、II 两种类型，比例1 ：3
C．复制n次需要游离的胞嘧啶的数目是 (m/2-a)(2n-1)
D．复制n次形成的放射性脱氧核苷酸单链为2n-2条
四、相关计算
C
子一代
子二代
1:1
每个DNA分子
C=(m-2a)/2
2n×2-2
我国科学家将外源生长激素基因导入鲤鱼受精卵，培育出转基因鲤鱼，与对照组相比，生长速度加快。
科学家介绍，外源基因导入受体细胞后，必须整合到受体细胞的DNA上才能发挥作用。
讨论：
1、为什么转基因鲤鱼生长更快？
2、导入的外源基因是一个DNA分子，还是DNA片段？
第四节 基因通常是有遗传效应的DNA片段
对照
转基因
外源基因导入受体细胞后，
必须整合到受体细胞的DNA上才能发挥作用。
分析基因与DNA的关系
【资料1】大肠杆菌细胞的拟核有1个DNA分子(右图A),长度约为4.7×10个碱基对，在DNA 分子上分布了大约4.4×103个基因，每个基因的平均长度约为1×103个碱基对。
【资料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%。
A
B
基因是DNA片段，基因不是连续分布在DNA上的，
而是由碱基序列将其分隔开的
基因片段
非基因片段
基因片段
分析基因与DNA的关系
【资料2】生长在太平洋西北部的一种水母能发出绿色荧光(右图B),这是因为水母的DNA上有一段长度为5.17×103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(图C)。
基因是有遗传效应的DNA片段
1. DNA能够储存足够量的遗传信息；
2. 遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中；
3. 碱基排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性，而碱基特定的排列顺序，又构成了每个DNA分子的特异性；
4. 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。
5. 有些病毒的遗传物质是RNA，如人类免疫缺陷病毒（艾滋病病毒）、流感病毒等。对这类病毒而言，基因就是有遗传效应的RNA片段。
综上：基因通常是有遗传效应的DNA片段。
第四节 基因通常是有遗传效应的DNA片段
第四节 基因通常是有遗传效应的DNA片段
基因与DNA、染色体之间的关系
基因中的脱氧核苷酸排列顺序代表遗传信息
基因是有遗传效应的DNA片段
基因在染色体上呈线性排列
染色体是DNA的主要载体
每个基因中含有许多脱氧核苷酸
每个DNA分子上有许多个基因
每条染色体上有一个或两个DNA分子
结构
【例8】狩猎季节结束，野生动物保护人员在森林中把发现的鹿的血迹采样后进行DNA指纹分析，同时对非法狩猎嫌疑人冰箱里的鹿肉以及另一头鹿的血样和鹿肉也进行DNA检测，以下关于分析结果不正确的是（ ）
A．DNA指纹分析的原理利用了DNA分子的特异性
B．通过DNA指纹分析此嫌疑人是有罪的
C．不同生物个体和同一生物不同细胞的DNA指纹图相同
D．此技术还可用于法医学鉴定、亲子鉴定、物种亲缘关系鉴定等
C
【例9】DNA指纹技术是用限制酶切割样品DNA后，并通过电泳等技术把切割后的DNA片段按大小分开。下图是一对夫妇和三个子女指纹的DNA片段，据表分析不正确的是
A．基因Ⅰ和基因Ⅱ可能位于一条染色体上
B．基因Ⅱ与基因Ⅳ可能位于一条染色体上
C．基因Ⅲ可能位于X染色体上
D．基因Ⅴ不可能位于Y染色体上
A
练习与应用
P56一、××B C
二、1.约6个
2.多个复制起点，加快复制速率
P59一、B
二、1.DNA鉴定的方法
2.每个人都有独特的面部特征，这些特征都是由基因决定的，这说明了每个人基因的特异性；每个人的基因都有区别，又反映了人的基因的多样性。
~~~~~复习与提高~~~~~
一、CAAD
二、1.杂合双链区越多，说明生物在进化过程中，DNA碱基序列发生的变化越小，因此亲缘关系越近
2.说明同种生物DNA的碱基组成具有一致性；
不同生物比值不同，说明不同生物DNA的碱基组成不同，表明每种生物的DNA具有特异性；生物种类很多，DNA也都不同，体现了DNA的多样性
3.说明生物是由共同祖先进化而来的。
染色体
基因
DNA
基因是染色体上具有遗传效应的DNA片段
2．DNA的半不连续复制
(1)DNA半保留复制时，DNA的两条链都能作为模板，同时合成两条新的互补链。DNA的两条链是反向平行的，但是，生物体内所有已知的DNA聚合酶只能催化5′→3′方向的延伸。为了解决DNA在复制时两条链能够同时作为模板合成其互补链这个问题，日本学者冈崎等提出DNA的半不连续复制模型(如上图所示)，以图中b链为模板时，最终合成的互补链实际上是由许多沿5′→3′方向合成的DNA片段连接起来的。
(2)DNA复制时，当以a链为模板时，DNA聚合酶可以沿5′→3′方向连续合成新的互补链，这条新的互补链称为前导链。当以b链为模板时，DNA聚合酶也是沿5′→3′方向合成新链片段，即DNA聚合酶从复制叉的位置开始向复制叉移动方向的相反方向合成适宜长度的新链片段，待复制叉向前移动相应的距离后，DNA聚合酶又重复这一过程，从复制叉的位置开始向复制叉移动方向的相反方向合成另一个类似大小的新链片段，随着复制叉的移动会形成许多不连续的片段，这些片段被称为冈崎片段，最后这些冈崎片段被连接成一条完整的子链，这条子链称为后随链。在生物细胞中，这种前导链的连续复制和后随链的不连续复制是普遍存在的，称为DNA合成的半不连续复制。