(共28张PPT)
在中央电视台《等着我》栏目是一个利用国家力量打造的全媒体公益寻人平台（右图）。当看到失散多年的亲人相聚，观众也为之动容。节目中需要确定离散者身份时，常采集血液等样本进行DNA鉴定。其实DNA鉴定技术的应用已经家喻户晓，可广泛用于血缘鉴定、刑事认定、物种亲缘关系比较等多个领域。
中央电视台
《等着我》栏目
DNA为什么可用于亲子鉴定？DNA分子具有怎样的结构特征？DNA分子在生物繁衍过程中担任怎样的角色？
第3章 基因的本质
3.1 DNA是主要的遗传物质
19世纪中期，孟德尔通过豌豆实验证明：生物的性状是由遗传因子(基因)控制的。
20世纪初期，摩尔根通过果蝇实验证明：基因位于染色体上。
20世纪中叶，科学家发现：染色体主要由蛋白质和DNA组成。
DNA分子
蛋白质
染色质
染色体
染色体＝DNA＋蛋白质
讨论：1.你认为遗传物质可能具有什么特点？
2.你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？
结构比较稳定;能储存大量遗传信息;可准确复制，传递给下一代等。
例如，将待定的遗传物质转移给其他生物，观察后代的性状表现等。
氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。
没发现其他大分子有类似的结构特点。
20世纪20年代
蛋白质是生物体的
遗传物质。
1、对遗传物质的早期推测:
20世纪30年代
人们认识到DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子
本可意识到DNA的重要性，但对DNA结构没有清晰认识。
蛋白质是遗传物质的观点占主导地位。
(蛋白质是生物体的遗传物质)
②
①
③
蛋白质
大多数科学家认为——蛋白质是遗传物质
“我们表示怀疑！”
艾弗里
赫尔希
格里菲思
项目 S型细菌 R型细菌
菌落
菌体
致病性
表面光滑
表面粗糙
有
无
2、肺炎链球菌的转化实验
有多糖类的荚膜
无多糖类的荚膜
肺炎链球菌
S型：
R型：
菌落光滑、有荚膜、有致病性
菌落粗糙、无荚膜、无致病性
(使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡，）
教材P43
注射
R型
活细菌
小鼠不死亡
第一组
注射
S型
活细菌
小鼠死亡,从小鼠体内分离出S型活细菌
第二组
注射加热致死的S型细菌
小鼠不死亡
第三组
小鼠死亡,从小鼠体内分离出S型活细菌
第四组
将R型活细菌与加热致死的S型细菌混合后注射
(1)体内转化实验
(格里菲思)
目的:以小鼠为实验材料，研究
肺炎链球菌的致病情况
过程及结果：
教材P43
加热致死的S型细菌中，含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——“转化因子”
这种转化因子究竟是什么物质呢？
①对比第一、二组现象,说明什么？
⑤什么使R型活细菌转化为S型活细菌？
由于体内有S型活细菌的作用。
加热杀死的S型细菌
③第四组小鼠为什么会死亡呢？
④第四组的S型活细菌如何出现？
结果分析
R型活细菌无致病性，S型活细菌有致病性；S型活细菌会使小鼠死亡。
②对比第二、三组现象,说明什么？
加热杀死的S型细菌已失活，致病性消失。
R型活细菌转化为S型活细菌。
结论：加热致死的S型细菌含有某种“转化因子”
多糖
脂质 蛋白质
RNA DNA……
多糖
蛋白质
RNA
DNA
脂质
S型细菌
要确定“转化因子”是什么，关键思路是什么？
关键思路：把S型细菌的各种物质分开，
单独、直接的观察它们的作用。
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
第一组
+
S型细菌
R型细菌
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
第二至四组
+
S型细菌
R型细菌
混合
混合
有R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
第五组
+
混合
只长R型细菌
DNA酶
蛋白酶（或RNA酶、酯酶）
(2)体外转化实验
(艾弗里)
基本思路：
每个实验组中特异性除去一种物质,即依次去掉多糖、蛋白质、脂质、RNA和DNA,看细胞提取物是否还有转化活性。
该实验的巧妙之处是什么？在实际操作过程中最大的困难是什么？
其巧妙之处在于：运用“减法原理”，即在每个实验组人为去除某个影响因素后，观察实验结果的变化。
最大的困难是：如何彻底去除细胞中含有的某种物质（糖类、脂质、蛋白质
等），先去除绝大部分糖类、蛋白质和脂质，再在每个组加特定的酶。
自变量控制采用的原理：
减法原理
（教材P46）
思考：有没有更好的材料、更好的方法能够将DNA和蛋白质分开，单独去观察它们的作用呢？
(1)设计思路:
将DNA和蛋白质完全分开,单独、直接观察各自的作用
3、噬菌体侵染细菌的实验
（赫尔希和蔡斯）
1952年，赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记的技术，完成了另一个有说服力的实验。
主要技术手段：
噬菌体的培养技术，
物质的提取和分离技术、
放射性同位素标记
DNA的组成元素：
蛋白质的组成元素：
C、H、O、N、S
C、H、O、N 、P
（含S）
（含P）
——用32P标记
——用35S标记
噬菌体结构模式图
材料：T2噬菌体
结构：
无细胞结构，由DNA和蛋白质外壳组成
生存：
专门寄生在大肠杆菌体内
培养：
不能用培养基直接培养
方法：
放射性同位素标记法
(用32P和35S分别标记DNA和蛋白质的特征元素)
教材P45
侵入别的细菌
注入
复制、合成
吸附
组装
释放
吸附
注入
复制、合成
组装
释放
(2)噬菌体侵染细菌的过程：
(DNA)
(DNA)
(蛋白质)
(DNA进入细菌细胞中，蛋白质外壳留在细胞外)
T2噬菌体在自身遗传物质的作用下，利用大肠杆菌体内的物质来合成自身的组成成分，进行复制式增殖。
(3)实验过程：
(4)实验结果
亲代噬菌体
32P 标记
DNA
35S 标记
蛋白质
上清液
(含噬菌体颗粒)
沉淀物
(含大肠杆菌)
放射性高
放射性高
放射性低
放射性低
搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离；离心的目的是让上清液析出质量较轻的T2噬菌体颗粒，（教材P45） 沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。
原宿主细菌内
无 32P 标记
无 35S 标记
子代噬菌体
部分DNA
有 32P 标记
蛋白质外壳
无 35S 标记
赫尔希和蔡斯的实验表明：
(5)实验结论:
DNA才是噬菌体的遗传物质。
噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌的细胞中，而蛋白质外壳仍留在细胞外。因此，子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA遗传的。
(不能证明蛋白质不是遗传物质)
因为蛋白质并没有进入到大肠杆菌体内，而是留在了细胞外，若蛋白质进入但不发挥遗传作用才能证明。
蛋白质
RNA
分
离
感染
烟草
感染
烟草
实验
结果
出现病斑
不出现病斑
实验
结果
4、烟草花叶病毒的感染和重建实验
TMV A
TMV B
烟草花叶病毒的重建实验所繁殖的病毒类型取决于？
烟草花叶病毒的遗传物质是什么？
结论：
烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。
目前，已有充分的科学研究资料证明，绝大多数生物都是以DNA作为遗传物质的。
思考： 只有DNA是遗传物质吗？
下面这些生物的遗传物质是什么？
流感病毒
SARS病毒
烟草花叶病毒
新型冠状病毒
【归纳】不同生物体内遗传物质的区别
生物类型 核酸种类 遗传物质 实例
细胞生物 真核生物 DNA和RNA DNA 玉米、小麦、人
原核生物 乳酸菌、蓝藻
非细胞
生物 DNA病毒 DNA DNA T2噬菌体
RNA病毒 RNA RNA TMV、HRV、HIV
5、DNA是主要的遗传物质：
因为绝大多数生物的遗传物质是DNA。
注意：细胞生物含2种核酸，一种病毒只含1种核酸。
流感病毒的遗传物质是DNA或RNA（ ）
6、遗传物质应具备的特点：
(1)结构比较稳定
(特殊情况下发生突变后还能复制并遗传给后代)
(2)储存大量遗传信息
(3)能够准确地自我复制
(使前后代具有一定的连续性)
(4)能够指导蛋白质的合成，从而控制生物体的
性状和新陈代谢过程。
据肺炎链球菌转化实验、噬菌体侵染细菌实验分析
从肺炎链球菌转化实验、噬菌体侵染细菌实验、烟草花叶病毒感染实验来看，DNA(或RNA)作为遗传物质具备哪些特点？
噬菌体侵染细菌的实验中，在细菌内合成子代噬菌体蛋白质外壳
——DNA可以指导蛋白质的合成。
肺炎链球菌转化实验中，对S菌加热处理，DNA仍具有生物活性
——DNA分子结构具有相对稳定性。
肺炎链球菌转化实验中，R型细菌可以转化生成S型细菌
——DNA可以发生可遗传的变异。
噬菌体侵染细菌的实验中，DNA在亲代与子代噬菌体中具有连续性
——DNA可以发生复制，由亲代传递给子代。
(遗传物质RNA也可)
(遗传物质RNA也可)
T2噬菌体侵染细菌实验
肺炎链球菌转化实验
体外转化实验
体内转化实验
实验方法
放射性同位素标记法：
32P标记DNA
35S标记蛋白质
实验结论
DNA是T2噬菌体的遗传物质
实验过程
标记噬菌体
用含32P或35S的培养基培养大肠杆菌，再用大肠杆菌培养T2噬菌体。
噬菌体侵染细菌
用含32P或35S的T2噬菌体与细菌混合培养，然后搅拌、离心检测放射性
实验过程
实验结论
实验过程
实验结论
1.R型活细菌+小鼠→不死亡
2.S型活细菌+小鼠→死亡
3.加热致死的S型细菌+小鼠→不死亡
4.加热致死的S型细菌+R型活细菌+小鼠→死亡
加热致死的S型细菌中含有使R型细菌转化为S型细菌的转化因子
1.S型细菌提取物+R型活细菌→R、S
2.S型细菌提取物+蛋白酶/RNA酶/酯酶+R型活细菌→R、S
3.S型细菌提取物+DNA酶+R型活细菌→R
DNA是使R型细菌产生稳定性遗传变化的物质(共22张PPT)
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。
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？
因为外源生长激素基因整合到转基因鲤鱼的DNA上，并发挥了促进生长激素合成的功能，而生长激素可使鲤鱼的生长速率加快。
导入的是DNA分子的一段脱氧核苷酸序列。
问题探讨
[资料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分子上分布着大约4.4×103个基因，每个基因的平均长度约为1×103个碱基对。
说明基因与DNA关系的实例
思考 讨论
分析基因与DNA的关系
说明一个DNA上含有多个基因；
基因的碱基对总数
分析讨论1：
DNA分子数目
基因数目
DNA分子的碱基对总数
﹤
﹤
基因是DNA片段。
结论：
[资料2]生长在太平洋西北部的一种水母能发出绿色荧光(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)。
图C 正常光线（左）和紫外线照射下（右）的4只小鼠，其中3号小鼠为对照，1、2、4号小鼠转入了绿色荧光蛋白基因
图B 发出绿色荧光的水母
说明基因能控制生物性状，基因具有遗传效应。它可以独立起作用。
分析讨论2：
基因的遗传效应是指能够指导相应蛋白质的合成、控制生物体的性状等。“问题探讨”中提到的生长激素基因的遗传效应是使鲤鱼的生长速率加快。
如何理解基因具有遗传效应？本节“问题探讨”中提到的生长激素基因的遗传效应是什么？
结论：
[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%。
构成基因的碱基数 碱基总数
这说明并不是随意一段DNA就称为基因。基因是DNA片段，但是DNA片段不一定是基因。
基因A
基因B
基因C
含有3个基因的DNA片段的模式图
分析讨论3：请从DNA水平上给基因下一个定义，要求既能反映基因与DNA的关系，又能体现基因的作用。
基因是有遗传效应的DNA片段
结论：
基因是DNA片段。
<
[资料4]不少人认为，人和动物的胖瘦是由基因决定的。近来的科学研究发现，小鼠体内的HMGIC基因与肥胖直接相关。具有HMGIC基因缺陷的实验鼠与作为对照的小鼠，吃同样多的高脂肪食物，一段时间后，对照组的小鼠变得十分肥胖，而具有HMGIC基因缺陷的实验鼠体重仍然保持正常。
基因具有遗传效应
基因能控制生物的性状
相关生物基因位置梳理如下：
DNA病毒
RNA病毒
遗传效应:
指能通过一定的方式决定生物体的性状。
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。
定义：
1、基因
功能：
决定生物的性状
细胞核(主要)、线粒体、叶绿体等
分布：
基因通常是有遗传效应的DNA片段。
基因A
基因B
无效片段
基因A
基因B
基因C
1个DNA分子上有许多个基因
具有特定的遗传效应
每一个基因
都是特定的DNA片段
说明：
DNA蕴含大量的遗传信息
DNA只含有4种脱氧核苷酸（4种碱基），
足以储存生物体必需的全部遗传信息吗？
DNA片段中的遗传信息
7种音符
各种美妙旋律
26个
英文字母
许多词汇、句子
4种碱基排列而成的脱氧核苷酸序列
如何能够储存生物体中数量庞大的遗传信息吗？
*
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。
基因所含的碱基对数
1个碱基对
2个碱基对
4×4（42）
。。。。
。。。。
n个碱基对
4n
碱基对的排列顺序千变万化，可以储存大量遗传信息。
3个碱基对
4×4×4（43）
探究
[资料1] 碱基对的排列顺序
基因的种类数
100个碱基对
4100
结论：
DNA分子具有多样性
41
[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。
基因不是碱基对随机排列构成的DNA片段，
碱基具有特定的排列顺序。
教材59页
思考 讨论
分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性
DNA分子具有特异性
结论：
DNA片段中的遗传信息
2、遗传信息：
指基因中_______________________________。
4种碱基(或核苷酸)的排列顺序
DNA分子的特性：
多样性
特异性
碱基排列顺序千变万化，构成DNA的 ；
碱基特定的排列顺序，构成DNA的 。
DNA的多样性和特异性是____________________的物质基础。
生物体多样性和特异性
脱氧核糖和磷酸交替连接而成的，从头至尾没有变化——
稳定性
DNA的遗传信息储存在4种脱氧核苷酸的排列顺序中
RNA的遗传信息储存在4种核糖核苷酸的排列顺序中
生物体多样性
生物体特异性
决定
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？
4100个。
碱基排列顺序的千变万化，构成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。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。
在人类的DNA中，核苷酸序列多样性表现为每个人的DNA几乎不可能完全相同，因此，DNA可以像指纹一样用来鉴别身份。
不是。基因的碱基序列都有特定的排列顺序。
以群体分析DNA的多样性
以个体分析DNA的特异性
DNA指纹技术还可以用于死者遗骸鉴定，不同生物间的亲缘关系鉴定等方面。
依据：
DNA分子的特异性
原理：
碱基互补配对
应用：
亲子鉴定、刑侦等
3、DNA指纹技术
染色体
DNA
基因
脱氧核苷酸
是DNA(基因)的主要载体
是主要的遗传物质
通常是有遗传效应的DNA片段
是基因的基本组成单位
每条染色体上有1个或2个DNA分子
每个DNA分子上有许多基因
每个基因由许多脱氧核苷酸组成
含1个或2个
含多个
含多个
4、与遗传有关的物质、结构
巩固 检测
1、每个基因都是DNA上的一个片段，DNA的每个片段都是
一个基因。（ ）
2、基因在DNA上，DNA是基因的集合。（ ）
3、基因一定位于染色体上。（ ）
4、因为DNA的组成成分相同，因此不同基因携带的遗传
信息相同。（ ）
5、不同基因的碱基数目一定不同。（ ）
6、DNA是所有生物的遗传物质。（ ）
含义：
基因
通常是有遗传效应的DNA片段
功能：
决定生物的性状
细胞核(主要)、线粒体、叶绿体
分布：
基因中4种碱基(或核苷酸)的排列顺序
遗传信息：
DNA
的特性
多样性
特异性
稳定性
多样性
决定
特异性
生物
染色体
DNA
基因
脱氧核苷酸
含1个
或2个
含多个
含多个
依据：
DNA分子的特异性
原理：
碱基互补配对
应用：
亲子鉴定、刑侦等
DNA指纹技术
课堂 小结
基因通常是有遗传效应的DNA片段
1. 科学研究发现，未经人工转基因操作的番薯都含有农杆菌的部分基因，而这些基因的遗传效应促使番薯根部发生膨大产生了可食用的部分，因此番薯被人类选育并种植。下列相关叙述错误的是（ ）
A. 农杆菌这些特定的基因可以在番薯细胞内复制
B. 农杆菌和番薯的基因都是4种碱基对的随机排列
C. 农杆菌和番薯的基因都是有遗传效应的DNA片段
D. 农杆菌这些特定的基因可能在自然条件下转入了番薯细胞
B
染色体
DNA
基因
脱氧核苷酸
2. 整理总结出染色体、DNA和基因三者之间的关系，并以你认为最简明的形式表示出来。
参考答案：最可能采取DNA鉴定的方法。因为每种生物的DNA具有特异性，只有将“山羊”的DNA与斑羚的DNA进行比对，才能确定这种“山羊肉”是否来自国家二级保护动物斑羚。
1.在严查偷猎野生动物的行动中,执法部门发现某餐馆出售的一种烤肉比较可疑,餐馆工作人员说是“山羊肉”,经实验室检验,执法部门确定这种“山羊肉”来自国家二级保护动物斑羚。你认为执法部门最可能采取哪种检测方法 为什么
参考答案:人脸识别技术的前提是每个人都有独特的面部特征，而这些都是由基因决定的，这说明了基因的多样性。
2、我国一些城市在交通路口启用了人脸识别技术,针对行人和非机动车闯红灯等违规行为进行抓拍。这种技术应用的前提是每个人都具有独一无一的面孔。为什么人群中没有一模一样的两个人呢 请你从生物学的角度评述人脸识别技术的可行性。(共29张PPT)
汶川地震中，遇难者身份验证
腺嘌呤脱氧核苷酸
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
磷酸
脱氧
核糖
A
磷酸
脱氧
核糖
G
磷酸
脱氧
核糖
C
磷酸
脱氧
核糖
T
复习：
1.DNA的元素组成:
2.DNA的基本单位:
C、H、O、N、P
脱氧核苷酸
（4种）
第3章 基因的本质
3.2 DNA的结构
核心素养要求：1.了解科学家构建模型的研究历程,领悟模型构建在研究中的应用，体会持之以恒的科学精神。2.理解并掌握DNA分子的结构特点，并掌握有关的计算规律。3.学习制作DNA双螺旋结构模型，通过动手制作模型，培养观察能力、动手能力及空间想象能力等，形成结构与功能观。中关村DNA标志
雅典奥运会开幕式经典场景
美国生物学家______和英国物理学家_______
沃森
克里克
沃森 克里克
构建者：
1、DNA双螺旋结构模型的构建：
沃森和克里克
(物理模型)
构建过程：
DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链。4种脱氧核苷酸分别含有______________4种碱基。
①当时科学界对DNA的认识
A、T、C、G
P
A
P
T
P
G
P
C
②1951年，英国生物物理学家威尔金斯和富兰克林展示了DNA的X射线的衍射图谱。
沃森与克里克共同分析，推算DNA分子呈______结构。
螺旋
③尝试建立双螺旋和三螺旋模型
碱基在外侧的双螺旋
碱基在内侧的双螺旋：A-A,T-T
×
×
④1952年，从奥地利生物化学家查哥夫处得知
A=T,G=C
推算出DNA双螺旋结构模型
碱基在内侧的双螺旋：
A-T，G-C；
两条链方向相反。
⑤1953年沃森和克里克撰写的《核酸的分子结构—脱氧核糖核酸的一个结构模型》论文发表
《自然》杂志1953年4月刊
题目 “脱氧核糖核酸结晶为双链螺旋提供的证据”
⑥1962年，沃森、克里克和威尔金斯获诺贝尔奖
左一：威尔金斯 左三：克里克 左五：沃森
思考与讨论：
1、DNA是由几条链构成的？它具有怎样的立体结构？
2、DNA的基本骨架是由哪些物质组成的？它们分别位于DNA的什么部位呢？
3、DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？
阅读教材P48-49
4、沃森和克里克默契配合，发现DNA双螺旋结构的过程，作为科学家合作的研究的典范，在科学界传为佳话。他们的这种工作方式给予你那些启示？
要善于利用他人的研究成果和经验；
要善于与他人交流和沟通，闪光的思想是在交流与撞击中获得；
研究小组成员在知识背景上最好互补；
对所从事的研究要有兴趣和激情等。
2、DNA的双螺旋结构
(1)两条链：
(2)外侧（基本骨架）：
和 交替连接
(3)内侧： 通过氢键连接
(4)碱基互补配对原则：
反向平行
脱氧核糖
磷酸
碱基对
(G C越多，DNA结构越稳定)
A T、G C。
5’
3’
3’
5’
(5’-端为磷酸基团,3’-端为羟基）
破坏氢键需耗能，破坏G-C耗能更多。
DNA的平面结构图
3.4nm
2nm
DNA的空间结构图
双螺旋结构
5’
5’
3’
3’
每个脱氧核糖连接几个磷酸基团
每个磷酸基团连接几个脱氧核糖
1个或2个
练习与应用：
教材P52
1种空间结构：
2条长链:
3种组成物质：
4种基本单位：
5种化学元素：
DNA分子的结构层次
C、H、O、N、P
4种脱氧核苷酸
脱氧核糖、磷酸和含氮碱基
DNA双螺旋结构
脱氧
核糖
A、G、
C、T
初步水解
磷酸
进一步
水解
彻
底
水
解
A、G、
C、T
脱氧
核糖
磷酸
双螺旋结构
脱氧核苷酸
DNA初步水解产物：
4种脱氧核苷酸
DNA完全水解产物：
磷酸
脱氧核糖
A、G、C、T
6种物质
RNA初步水解产物：
RNA完全水解产物：
磷酸
核糖
A、G、C、U
6种物质
4种核糖核苷酸
C、H、O、N、P
（含氮碱基）
目的要求：
通过制作DNA双螺旋结构模型，加深对DNA分子结构特点的理解和认识。
实验原理：
DNA分子结构主要特点是：
1、DNA分子由两条 的脱氧核苷酸长链盘旋而成。
2、DNA分子中的 交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；
排列在内侧。
3、DNA分子两条链上的碱基按照 原则两两配对，并且以 连接。
探究实践： 制作DNA双螺旋结构模型
材料用具:自选（纸片、塑料片、橡皮泥等）
其中球形材料 (代表________)若干，五边形材料(代表_________)若干，4种不同颜色的长方形材料(代表４种不同_______)若干，连接材料（订书钉、曲别针等）。
磷酸
脱氧核糖
碱基
反向平行
脱氧核糖和磷酸
碱基(对)
碱基互补配对
氢键
DNA双螺旋结构模型
DNA双螺旋结构模型DNA双螺旋结构模型
1个DNA分子含 个碱基对,则排列顺序有 种
第一对碱基
A---T
第二对碱基
A—T
T---A
G---C
C---G
G---C
T---A
C---G
A—T
T---A
G---C
C---G
A—T
T----A
G---C
C---G
A—T
T---A
G---C
C---G
第三对碱基。。。。
第n对碱基
4
16=42
43
4n
2
1
3
n
DNA只含有4种脱氧核苷酸，它为什么能够储存足够量的
遗传信息呢？
A
A
A
T
T
T
G
G
G
G
C
C
C
A
T
C
两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序是稳定不变的、碱基互补配对的方式不变。
碱基排列顺序千变万化
①稳定性：
③多样性：
内侧有氢键，外侧有磷酸二酯键
②特异性：
每个DNA有特定的碱基排列顺序
3、DNA分子的特性
DNA中n个碱基对的排列方式：
4n种
不同的生物，碱基对的数目可能相同，碱基对的排列顺序肯定不同。
4、据碱基判断核酸种类
有T无U，且A≠T、G≠C
双链DNA
双链RNA
有U无T，且A≠U、G≠C
有T无U，且一定为A=T、G=C
有U无T，且一定为A=U、G=C
单链DNA
单链RNA
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
(1)双链中:
②(A+G)%=(T+C)%=(A+C)%=(T+G)%
A+G=T+C
=50%
(嘌呤数=嘧啶数)
任意两种非互补碱基之和，占碱基总数的一半。
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：
5、DNA分子的相关计算
①A=T，G=C;
互补碱基数相等，非补之和占一半)
10 20 30 40
10 20 30 40
100
100
A1+G1
T1+C1
=m，
A2+G2
T2+C2
=
1
m
A1+T1
G1+C1
=
A2+T2
G2+C2
=
A+T
G+C
=n
(非补碱基之和，两单链中比值互为倒数)
(2)
①
②
互补碱基之和，
单双链中比值相等
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
(A1+T1)% (A2+T2)%
(G1+C1)% (G2+C2)%
10 20 30 40
10 20 30 40
100
100
=
=
=
=
(A+T)%
(G+C)%
A+G
T+C
=
A+C
T+G
=1
(非补碱基之和，双链中比值为1)
元素组成：
C、H、O、N、P
4种基本单位：
平面结构：
两条反向平行的
脱氧核苷酸长链
空间结构：
双螺旋结构
结构特性
①多样性
②特异性
③稳定性
D
N
A
分
子
的
结
构
A、T
C、G
脱氧
核糖
磷酸
相关计算：
A=T，G=C(共28张PPT)
A
T
G
C
A
T
G
C
氢键
DNA:双链
磷酸二酯键
DNA双螺旋结构
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？
3.3 DNA的复制
沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的那篇著作短文的结尾处写道：“值得注意的是，我们提出的这种碱基特异性配对方式，暗示着遗传物质进行复制的一种可能的机制”
讨论
1、碱基互补配对原则暗示DNA的复制机制可能是怎样的？
2、这句话中为什么要用“可能”二字？这反应科学研究具有什么特点？
碱基互补配对原则是指DNA两条链的碱基之间有准确的一一对应关系，暗示DNA的复制可能要先解开DNA双螺旋的两条链，然后通过碱基互补配对合成互补链。
科学研究需要大胆的想象，但是得出结论必须建立在确凿的实验证据之上。
1、对DNA复制的推测
3种假说
半保留复制
全保留复制
分散复制
亲代DNA
子代DNA
新合成的DNA分子都保留了原来DNA分子中的一条链。
：以DNA双链为模板，子代DNA的双链都是新合成的。
弥散复制：形成的双链DNA，既有亲本的DNA片段，又含有新合成的DNA片段。
(沃森和克里克提出)
(1)实验者：
(2)实验材料：
(3)实验方法：
美国生物学家梅塞尔森、斯塔尔
背景知识
大肠杆菌（二分裂，繁殖快，20min一代）
同位素标记法、密度梯度离心法
利用离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA；
2、DNA半保留复制的实验证据
①同位素
稳定同位素:
放射性同位素:
18O和15N
14C、3H、32P、35S
(检测质量)
(检测放射性)
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，含15N的DNA比含14N的DNA密度大；
②DNA密度梯度离心：
15N
15N
15N
14N
14N
14N
让大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代
细胞分裂一次
15N/14N-DNA
提取DNA 离心
15N/15N-DNA
14N/14N-DNA
15N/14N-DNA
如果DNA复制为半保留复制
转移到含14NH4CI中
密度
低
高
提取DNA离心
提取DNA离心
第一代
第二代
第一代会出现的结果是
第二代会出现的结果是
15N/15N-DNA
15N/14N-DNA
14N/14N-DNA
14N
14N
14N
(4)实验过程：教材P54
使DNA 双链充分标记15N
15N/14N-DNA
教材P55
作出假说
演绎推理：
实施实验，统计结果
根据假说演绎推理两种复制模型得到的子代DNA的结果
实验验证：
观察DNA的结构，DNA是如何复制的
提出问题：
半保留复制
全保留复制
假说—演绎法
DNA复制方式的探究历程
得出结论：
DNA是半保留复制的
研究方法：
假说—演绎法
回顾：沃森和克里克提出
的DNA半保留复制
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。
(1)概念：
(2)时间：
(3)场所：
以_________为模板合成_________的过程。
亲代DNA
子代DNA
细胞分裂前的间期
主要在细胞核，少数在线粒体、叶绿体
主要拟核，
少数在质粒
活的宿主细胞内
(真核生物)
(原核生物)
(DNA病毒)
(有丝分裂前的间期,减数分裂Ⅰ前的间期,随着染色体的复制完成)
3、DNA复制的过程
①解旋:
②合成子链：
在细胞提供的能量的驱动下，
酶将DNA双螺旋的两条链解开。
互补的碱基之间的 断裂。
________酶等以解开的 为
模板，以细胞中游离的 为原料，
按照 原则，合成与母链互补
的一条子链。
4种脱氧核苷酸
碱基互补配对
DNA聚合
③重新螺旋：
每条新链与其对应的 盘绕成__________。形成两个完全相同的DNA分子。
模板链
双螺旋结构
解旋
解旋(氢键断裂) → 合成子链 → 复旋(重新螺旋)
(4)过程：
氢键
每一条母链
T
G
C
A
C
T
A
A
T
A
C
G
T
G
A
T
T
A
DNA 部分双螺旋结构
DNA解旋酶
DNA复制的过程
T
G
C
A
C
T
A
A
T
DNA 双螺旋部分 解旋
A
C
G
T
G
A
T
T
A
DNA解旋酶
破坏了碱基对之间的氢键
A
G
C
T
G
A
C
G
T
T
T
T
G
C
A
C
T
A
A
T
A
C
G
T
G
A
T
T
A
DNA解旋酶
A
G
C
T
G
A
C
G
T
T
T
T
G
C
A
C
T
A
A
T
A
C
G
T
G
A
T
T
A
DNA聚合酶
DNA聚合酶
DNA解旋酶
A
G
C
T
G
A
C
G
T
T
T
T
G
C
A
C
T
A
A
T
A
C
G
T
G
A
T
T
A
DNA解旋酶
C
生成磷酸二酯键
A
G
C
T
G
A
C
G
T
T
T
T
G
C
A
C
T
A
A
T
A
C
G
T
G
A
T
T
A
DNA解旋酶
T
G
A
A
A
T
G
A
G
C
T
G
A
C
G
T
T
T
T
G
C
A
C
T
A
A
T
A
C
G
T
G
A
T
T
A
DNA解旋酶
T
T
G
G
A
A
A
A
G
C
T
G
A
C
G
T
T
T
T
G
C
A
C
T
A
A
T
A
C
G
T
G
A
T
T
A
DNA解旋酶
T
T
G
G
A
A
A
A
G
C
T
G
A
C
G
T
T
T
T
G
C
A
C
T
A
A
T
A
C
G
T
G
A
T
T
A
DNA解旋酶
T
T
G
G
A
A
A
A
G
C
T
G
A
C
C
T
T
T
T
G
C
A
C
T
A
A
T
A
C
G
T
G
A
T
T
A
DNA解旋酶
T
T
G
G
A
A
A
A
A
T
G
C
A
C
T
A
A
T
A
C
G
T
G
A
T
T
A
T
G
C
A
C
T
A
A
T
A
C
G
T
G
A
T
T
A
再去解旋其他部位重复上述过程，最终得到两条与原来相同的DNA分子，亲代DNA的链参与新DNA的构成。
能量
碱基互补配对原则
解旋
合成子链
子代DNA
模板
模板
母链
子链
解旋酶
DNA聚合酶
游离的脱氧核苷酸
(5)条件
模板：
亲代DNA的两条母链(解开的每一条母链)
原料：
游离的4种脱氧核苷酸
能量：
ATP提供
酶：
主要是解旋酶(断开氢键)、
DNA聚合酶(形成磷酸二酯键)
其他条件：适宜温度、
pH等稳定的细胞
内部环境
半保留复制、
多起点双向复制
边解旋边复制、
(6)特点：
半保留复制
(7)方式：
（新合成的DNA分子中，都保留了原DNA的一条链）
DNA聚合酶都只能催化子链从5’-端→3’-端延伸
DNA复制有方向性
复制的方向：子链的5’-端→3’-端
A
T
C
G
A
T
A
G
C
T
A
T
C
G
A
T
A
G
C
T
T
A
G
C
T
A
T
C
G
A
DNA复制的结果
1个DNA 2个完全相同的DNA
碱基排列顺序相同
(8)DNA准确复制的原因：
①DNA独特的双螺旋提供精确的模板；(结构基础)
（两个子代DNA分子，通过细胞分裂分配到子细胞中）
DNA通过复制，将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持亲子代间遗传信息的连续性。
(9)意义：教材P56
②碱基互补配对保证准确复制。(关键步骤)
DNA总数：
2n
含母链的DNA与DNA总数之比：
2
2ｎ
只含母链的DNA数：
2
不含母链的DNA数：
2n－2
4、1个DNA复制n次的相关计算
一个含有a个鸟嘌呤脱氧核苷酸的DNA分子被15N标记，放在含14N的培养液中复制n次，则：
含母链的DNA数：
0
只含子链的DNA数：
不含子链的DNA数：
2n－2
含子链的DNA数：
0
2n
(a表示DNA的某种碱基数)
2
2n+1
亲代母链与DNA总链数之比：
DNA总链数：
2n×2
=
2n+1
DNA复制中，a表示模板DNA中的某种碱基数，则：
复制n次所需的某种游离脱氧核苷酸数：
复制第n次所需的某种游离脱氧核苷酸数：
a（2n－1）
a（2n-1）
