2.2 DNA分子的结构和复制 课件 (共26张PPT)2023-2024学年高一生物苏教版必修第二册
文档属性
| 名称 | 2.2 DNA分子的结构和复制 课件 (共26张PPT)2023-2024学年高一生物苏教版必修第二册 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 2.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2024-05-08 08:06:54 | ||
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(共26张PPT)
第二章 遗传的分子基础
第二节 DNA分子的结构和复制
1962 年诺贝尔生理学或医学奖与 DNA 分子有关，在颁发时，英国科学家富兰克林已经在四年前因病去世。很多科学家为富兰克林的英年早浙感到惋惜，认为不该忘记她为DNA分子结构模型的建立所做出的杰出贡献。那么，富兰克林为DNA分子结构模型的建立做出了哪些贡献呢
富兰克林为 DNA 分子结构模型的建立做出了什么贡献
事实：
1. 20世纪人类最伟大的成果莫过于遗传学中 DNA 分子双螺旋结构的发现。在此之前，人们对于 DNA 分子结构还不甚了解。许多科学家都在为此探索。
2. 英国科学家富兰克林用X射线穿过潮湿状态下的 DNA 纤维形成明暗交替的衍射图像，再把从不同角度获得的同一纤维的衍射图像综合起来，分析组成的原子如何排列。
3.1952年，富兰克林不断地完善研究工作，获得了一张 DNA分子的X射线衍射图片(图2-2-1)。她通过解析，推断DNA分子可能由两条链组成。这对DNA分子结构模型的建立具有重要意义。
20世纪50年代，科学界掀起了对DNA的研究热潮。当时两位年轻科学家在富兰克林关于DNA分子X射线衍射图片的启发下，最终揭示了DNA分子结构。他们所建立的DNA分子结构模型具有哪些特点呢
沃森和克里克解开了 DNA 分子结构之谜
在富兰克林采用X射线衍射技术研究DNA分子时，其他科学家也在为探索DNA分子结构进行不懈的努力。
20世纪30年代后期，瑞典科学家证明了DNA分子是不对称的。20世纪40年代后期，科学家又用电子显微镜观察，并通过计算得出DNA分子的直径约为2nm。
1951年，奥地利科学家查哥夫在定量分析几种生物DNA分子的碱基组成后，发现DNA分子中腺嘌呤(A)的量总与胸腺嘧啶(T)的量相当，鸟嘌呤(G)的量总与胞嘧啶(C)的量相当。
当时，沃森和克里克也在一起研究 DNA 分子结构。与其他科学家相比，他们年轻，知识和经验也相对缺乏，但他们非常注意吸收其他科学家的成果和建议。他们学习并利用当时一些化学家建构蛋白质分子模型的方法来研究 DNA 分子结构。在建立模型的过程中，富兰克林的DNA分子X射线衍射图片对他们的启发很大。
他们又参考了英国科学家威尔金斯关于图片的说明，在1953 年提出了 DNA 分子的双螺旋结构模型(图2-2-2)。据说，1953年2月28日克里克冲进剑桥大学校园内的“老鹰”酒吧，大声宣布：他和沃森“已经发现了生命的秘密”！大约两个月后的4月25日，他们撰写的千字论文(图2-2-3)发表在《自然》上，在学术界引起轰动。
沃森和克里克因提出DNA分子双螺旋结构模型，与威尔金斯一起，于1962年共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。
DNA 分子的双螺旋结构模型
DNA 是一种生物大分子。它的基本组成单位是脱氧核苷酸(脱氧核糖核苷酸)，许多脱氧核苷酸聚合成为脱氧核苷酸链。组成脱氧核苷酸的碱基有四种：腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)。
沃森和克里克认为：DNA 分子的立体结构由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链按照反向平行的方式盘旋成双螺旋结构；DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在双螺旋结构的外侧，构成 DNA 分子的基本骨架；DNA 分子两条链上的碱基，通过氢键连接成碱基对，排列在双螺旋结构的内侧。DNA 分子中碱基配对有一定的规律：A与T配对，G与C配对。碱基之间的这种一一对应关系，称为碱基互补配对原则。在碱基对中，A和T之间形成两个氢键，G和C之间形成三个氢键(图2-2-4)
组成DNA分子的碱基虽然只有四种，但是碱基对的排列顺序却是千变万化的。例如，一个DNA分子如果有 4000 个碱基对，这些碱基对就可能有 44000 种排列顺序，而碱基对不同的排列顺序可能代表不同的遗传信息。由此可见，DNA分子能够储存大量的遗传信息。特定碱基对的排列顺序构成了DNA 分子的特异性，而碱基对排列顺序的千变万化导致了DNA分子的多样性。
设计和制作 DNA 分子双螺旋结构模型
实践：
1.一位同学用不同颜色的纸片制作了一种简易的DNA分子结构模型(图2-2-5)。
2.小组同学分析该模型的优缺点后，再确定本组的制作计划，并分工准备各种材料。
3.绘制DNA分子双螺旋结构模型的设计图，确定模型的大小(如高度与直径的比例)、维系立体构型的方式等。
建议：先考虑模型和DNA分子各部分结构的数量关系，再考虑空间关系。
4.用准备好的各种材料分别制作相关配件(如脱氧核糖、磷酸、碱基)，再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。
5.根据设计图，检查已经完成的DNA分子双螺旋结构模型，对模型的不足之处加以修正。
6.全班展示制作的模型，开展小组内自评和小组之间的互评。
DNA分子双螺旋结构模型确立之后，科学家们对DNA分子结构开展了更深入的研究。例如，脱氧核苷酸链只是DNA分子的一级结构，双螺旋结构只是二级结构，在双螺旋的基础上还有进一步的螺旋。
DNA分子双螺旋结构模型，不仅揭示了DNA的分子结构，还为探索遗传物质如何复制、遗传信息如何传递等重大问题提供了全新思路。
DNA分子通过半保留方式进行复制
DNA 分子能够储存大量的遗传信息，那么，遗传信息是怎样传递的呢？科学家推测，既然DNA分子的两条链是互补的，那么每条链都应该能作为复制的模板合成互补链，形成两条子代DNA分子。如果把以亲代DNA分子为模板合成子代 DNA 分子的过程称为 DNA 分子的复制，那么，DNA 分子究竟是怎样复制的呢
有人提出“全保留复制模型”，即亲代的双螺旋形态结构完全不变，其子代只是全新的复制品；也有人提出“分散复制模型”，即亲代的 DNA 会分散进入子代复制品的每条链中，亲代和子代的 DNA 都是旧 DNA 和新 DNA 的混合体；还有些人提出“半保留复制模型”，即以亲代 DNA 的每条链为模板合成一条互补链，再与互补链组成子代 DNA。
当然，在研究中仅有推测是远远不够的。揭示 DNA分子究竟以何种方式进行复制需要实证。两位美国科学家非常巧妙地设计并实施了一系列实验，终于揭示了DNA分子复制的奥秘。
DNA 分子是如何复制的
事实：
1.在合适的条件下，细菌大约每 20 min分裂一次，一个细菌分裂一次可以产生两个子代细菌。
2.为了弄清DNA分子的复制方式，1958年美国科学家米西尔森和斯塔尔设计了一个非常精巧的实验(图2-2-6)。
研究表明，在新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此，这种复制方式被称为 DNA分子半保留复制。在DNA分子半保留复制中，双螺旋结构为复制提供了模板，碱基互补配对原则保证了复制的精确进行(图2-2-7)。
进一步研究表明，DNA 分子的复制是一个边解旋边复制的过程，是以DNA分子的两条脱氧核苷酸链为模板，在细胞中四种脱氧核苷酸、能量和酶的参与下，通过碱基互补配对合成子代DNA的过程。复制结束后，一个DNA分子形成两个完全相同的DNA分子。正是DNA分子的半保留复制，确保了遗传信息代代传递的连续性。
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第二章 遗传的分子基础
第二节 DNA分子的结构和复制
1962 年诺贝尔生理学或医学奖与 DNA 分子有关，在颁发时，英国科学家富兰克林已经在四年前因病去世。很多科学家为富兰克林的英年早浙感到惋惜，认为不该忘记她为DNA分子结构模型的建立所做出的杰出贡献。那么，富兰克林为DNA分子结构模型的建立做出了哪些贡献呢
富兰克林为 DNA 分子结构模型的建立做出了什么贡献
事实：
1. 20世纪人类最伟大的成果莫过于遗传学中 DNA 分子双螺旋结构的发现。在此之前，人们对于 DNA 分子结构还不甚了解。许多科学家都在为此探索。
2. 英国科学家富兰克林用X射线穿过潮湿状态下的 DNA 纤维形成明暗交替的衍射图像，再把从不同角度获得的同一纤维的衍射图像综合起来，分析组成的原子如何排列。
3.1952年，富兰克林不断地完善研究工作，获得了一张 DNA分子的X射线衍射图片(图2-2-1)。她通过解析，推断DNA分子可能由两条链组成。这对DNA分子结构模型的建立具有重要意义。
20世纪50年代，科学界掀起了对DNA的研究热潮。当时两位年轻科学家在富兰克林关于DNA分子X射线衍射图片的启发下，最终揭示了DNA分子结构。他们所建立的DNA分子结构模型具有哪些特点呢
沃森和克里克解开了 DNA 分子结构之谜
在富兰克林采用X射线衍射技术研究DNA分子时，其他科学家也在为探索DNA分子结构进行不懈的努力。
20世纪30年代后期，瑞典科学家证明了DNA分子是不对称的。20世纪40年代后期，科学家又用电子显微镜观察，并通过计算得出DNA分子的直径约为2nm。
1951年，奥地利科学家查哥夫在定量分析几种生物DNA分子的碱基组成后，发现DNA分子中腺嘌呤(A)的量总与胸腺嘧啶(T)的量相当，鸟嘌呤(G)的量总与胞嘧啶(C)的量相当。
当时，沃森和克里克也在一起研究 DNA 分子结构。与其他科学家相比，他们年轻，知识和经验也相对缺乏，但他们非常注意吸收其他科学家的成果和建议。他们学习并利用当时一些化学家建构蛋白质分子模型的方法来研究 DNA 分子结构。在建立模型的过程中，富兰克林的DNA分子X射线衍射图片对他们的启发很大。
他们又参考了英国科学家威尔金斯关于图片的说明，在1953 年提出了 DNA 分子的双螺旋结构模型(图2-2-2)。据说，1953年2月28日克里克冲进剑桥大学校园内的“老鹰”酒吧，大声宣布：他和沃森“已经发现了生命的秘密”！大约两个月后的4月25日，他们撰写的千字论文(图2-2-3)发表在《自然》上，在学术界引起轰动。
沃森和克里克因提出DNA分子双螺旋结构模型，与威尔金斯一起，于1962年共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。
DNA 分子的双螺旋结构模型
DNA 是一种生物大分子。它的基本组成单位是脱氧核苷酸(脱氧核糖核苷酸)，许多脱氧核苷酸聚合成为脱氧核苷酸链。组成脱氧核苷酸的碱基有四种：腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)。
沃森和克里克认为：DNA 分子的立体结构由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链按照反向平行的方式盘旋成双螺旋结构；DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在双螺旋结构的外侧，构成 DNA 分子的基本骨架；DNA 分子两条链上的碱基，通过氢键连接成碱基对，排列在双螺旋结构的内侧。DNA 分子中碱基配对有一定的规律：A与T配对，G与C配对。碱基之间的这种一一对应关系，称为碱基互补配对原则。在碱基对中，A和T之间形成两个氢键，G和C之间形成三个氢键(图2-2-4)
组成DNA分子的碱基虽然只有四种，但是碱基对的排列顺序却是千变万化的。例如，一个DNA分子如果有 4000 个碱基对，这些碱基对就可能有 44000 种排列顺序，而碱基对不同的排列顺序可能代表不同的遗传信息。由此可见，DNA分子能够储存大量的遗传信息。特定碱基对的排列顺序构成了DNA 分子的特异性，而碱基对排列顺序的千变万化导致了DNA分子的多样性。
设计和制作 DNA 分子双螺旋结构模型
实践：
1.一位同学用不同颜色的纸片制作了一种简易的DNA分子结构模型(图2-2-5)。
2.小组同学分析该模型的优缺点后，再确定本组的制作计划，并分工准备各种材料。
3.绘制DNA分子双螺旋结构模型的设计图，确定模型的大小(如高度与直径的比例)、维系立体构型的方式等。
建议：先考虑模型和DNA分子各部分结构的数量关系，再考虑空间关系。
4.用准备好的各种材料分别制作相关配件(如脱氧核糖、磷酸、碱基)，再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。
5.根据设计图，检查已经完成的DNA分子双螺旋结构模型，对模型的不足之处加以修正。
6.全班展示制作的模型，开展小组内自评和小组之间的互评。
DNA分子双螺旋结构模型确立之后，科学家们对DNA分子结构开展了更深入的研究。例如，脱氧核苷酸链只是DNA分子的一级结构，双螺旋结构只是二级结构，在双螺旋的基础上还有进一步的螺旋。
DNA分子双螺旋结构模型，不仅揭示了DNA的分子结构，还为探索遗传物质如何复制、遗传信息如何传递等重大问题提供了全新思路。
DNA分子通过半保留方式进行复制
DNA 分子能够储存大量的遗传信息，那么，遗传信息是怎样传递的呢？科学家推测，既然DNA分子的两条链是互补的，那么每条链都应该能作为复制的模板合成互补链，形成两条子代DNA分子。如果把以亲代DNA分子为模板合成子代 DNA 分子的过程称为 DNA 分子的复制，那么，DNA 分子究竟是怎样复制的呢
有人提出“全保留复制模型”，即亲代的双螺旋形态结构完全不变，其子代只是全新的复制品；也有人提出“分散复制模型”，即亲代的 DNA 会分散进入子代复制品的每条链中，亲代和子代的 DNA 都是旧 DNA 和新 DNA 的混合体；还有些人提出“半保留复制模型”，即以亲代 DNA 的每条链为模板合成一条互补链，再与互补链组成子代 DNA。
当然，在研究中仅有推测是远远不够的。揭示 DNA分子究竟以何种方式进行复制需要实证。两位美国科学家非常巧妙地设计并实施了一系列实验，终于揭示了DNA分子复制的奥秘。
DNA 分子是如何复制的
事实：
1.在合适的条件下，细菌大约每 20 min分裂一次，一个细菌分裂一次可以产生两个子代细菌。
2.为了弄清DNA分子的复制方式，1958年美国科学家米西尔森和斯塔尔设计了一个非常精巧的实验(图2-2-6)。
研究表明，在新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此，这种复制方式被称为 DNA分子半保留复制。在DNA分子半保留复制中，双螺旋结构为复制提供了模板，碱基互补配对原则保证了复制的精确进行(图2-2-7)。
进一步研究表明，DNA 分子的复制是一个边解旋边复制的过程，是以DNA分子的两条脱氧核苷酸链为模板，在细胞中四种脱氧核苷酸、能量和酶的参与下，通过碱基互补配对合成子代DNA的过程。复制结束后，一个DNA分子形成两个完全相同的DNA分子。正是DNA分子的半保留复制，确保了遗传信息代代传递的连续性。
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