《DNA的结构和DNA的复制》课件（1）

第第四四章章理解理解教材教材新知新知把握把握热点热点考向考向知识点一知识点一知识点二知识点二考向一考向一考向二考向二 应用创新演练应用创新演练随堂基随堂基础巩固础巩固课时跟课时跟踪训练踪训练第二节1DNA分子由两条脱氧核苷酸链构分子由两条脱氧核苷酸链构成，两链按反向平行方式盘旋成成，两链按反向平行方式盘旋成规则的双螺旋结构，其脱氧核糖规则的双螺旋结构，其脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，和磷酸交替连接，排列在外侧，碱基排在内侧。碱基排在内侧。2DNA分子两条链上的碱基通过氢分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，其中键连接成碱基对，其中A一定与一定与T配对，配对，G一定与一定与C配对，配对，A与与T之间之间形成形成2个氢键，个氢键，G与与C之间形成之间形成3个个氢键。氢键。3组成组成DNA分子的碱基虽然只有分子的碱基虽然只有4种，种，但碱基对的排列顺序却是千变万化但碱基对的排列顺序却是千变万化的，含的，含n个碱基对的个碱基对的DNA分子，可形分子，可形成成4n种排列顺序，这些排列顺序即种排列顺序，这些排列顺序即代表遗传信息。代表遗传信息。4DNA分子碱基对排列顺序的千变分子碱基对排列顺序的千变万化，构成了万化，构成了DNA分子的多样性，分子的多样性，而碱基对的特定的排列顺序又构成而碱基对的特定的排列顺序又构成了每一个了每一个DNA分子的特异性。分子的特异性。5DNA复制发生于细胞有丝分裂间复制发生于细胞有丝分裂间期和减数分裂的间期。期和减数分裂的间期。6DNA分子复制是半保留复制，分子复制是半保留复制，DNA分子独特的双螺旋结构为分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板，通过复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对原则保证了复制碱基互补配对原则保证了复制能精确地进行。能精确地进行。7DNA分子通过复制，使遗传分子通过复制，使遗传信息从亲代传给子代，从而确信息从亲代传给子代，从而确保了遗传信息的连续性。保了遗传信息的连续性。自读教材自读教材夯基础夯基础1对对DNA结构的认识过程结构的认识过程 填表填表 时期时期科学家科学家成果成果20世纪世纪30年代后期年代后期瑞典科学家瑞典科学家证明证明DNA是是 的的1951年年查戈夫查戈夫(美美)定量分析定量分析DNA分子的碱基组成分子的碱基组成发现腺嘌呤发现腺嘌呤(A)的量总是等于的量总是等于 的量，鸟嘌呤的量，鸟嘌呤(G)的量总是等于的量总是等于 的量的量不对称不对称胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)胞嘧啶胞嘧啶(C)时期时期科学家科学家成果成果1952年年富兰克琳富兰克琳(英英)确认确认DNA为为 结构，并且是由结构，并且是由 所构成。所构成。1953年年沃森沃森(美美)和和克里克克里克(英英)提出提出DNA分子的分子的 模型模型螺旋螺旋不止一条链不止一条链双螺旋结构双螺旋结构2基本组成单位基本组成单位 填空填空 (1)DNA的基本组成单位是的基本组成单位是 ，如下图所示：，如下图所示：脱氧核苷酸脱氧核苷酸(2)碱基：碱基：A： ；G：鸟嘌呤；：鸟嘌呤；C： ；T： 。腺嘌呤腺嘌呤胞嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶 3DNA的双螺旋结构的双螺旋结构 判断正误判断正误 (1)DNA分子的立体结构是规则的双螺旋结构，其两链呈分子的立体结构是规则的双螺旋结构，其两链呈反向平行方式盘旋。反向平行方式盘旋。 ( ) (2)DNA分子中的脱氧核糖与碱基交替连接排列于外侧，分子中的脱氧核糖与碱基交替连接排列于外侧，构成基本骨架。构成基本骨架。 ( ) (3)含含GC碱基对相对多的碱基对相对多的DNA分子其稳定性应小于含分子其稳定性应小于含AT碱基对相对多的碱基对相对多的DNA分子。分子。 ( ) (4)含含1000个碱基的个碱基的DNA分子，其碱基对的排列方式可达分子，其碱基对的排列方式可达41000种，这表明种，这表明DNA分子具多样性。分子具多样性。 ( ) (5)不同不同DNA分子，其碱基对各有其特定的排列顺序，该分子，其碱基对各有其特定的排列顺序，该排列顺序即代表遗传信息，这表明排列顺序即代表遗传信息，这表明DNA分子具特异性。分子具特异性。( ) 1. 洋葱根尖细胞中洋葱根尖细胞中DNA存在场所有哪些？存在场所有哪些？ 提示：提示：洋葱根尖细胞中洋葱根尖细胞中DNA主要存在于细胞核内的染主要存在于细胞核内的染色体上，此外，线粒体中也含少量色体上，此外，线粒体中也含少量DNA(植物细胞叶绿体中植物细胞叶绿体中虽含虽含DNA，但洋葱根尖细胞无叶绿体，但洋葱根尖细胞无叶绿体)。 2某实验小组同学制作了如下碱基对模型，你认为某实验小组同学制作了如下碱基对模型，你认为哪些是正确的，哪些是错误的？哪些是正确的，哪些是错误的？ 提示：提示：所示模型中只有所示模型中只有正确，正确，、均不均不正确。正确。中多了一个氢键，中多了一个氢键，中碱基配对错误；中碱基配对错误；中未遵照中未遵照“反向平行反向平行”特点。特点。 3随着商品防伪难度的增大和随着商品防伪难度的增大和DNA有关知识的普及，近有关知识的普及，近几年来，许多商家尝试着用几年来，许多商家尝试着用DNA作防伪标记。其原理是什么？作防伪标记。其原理是什么？ 提示：提示：DNA分子的特异性，即每个分子的特异性，即每个DNA分子都有其特定的分子都有其特定的碱基对排列顺序。碱基对排列顺序。跟随名师跟随名师解疑难解疑难 1DNA分子的结构层次分子的结构层次 (1)DNA分子结构中的分子结构中的“五、四、三、二、一五、四、三、二、一”： “五五”DNA分子的基本组成元素有分子的基本组成元素有5种种(C、H、O、N、P)。 “四四”DNA分子的基本组成单位为分子的基本组成单位为“四种四种”脱氧核苷酸。脱氧核苷酸。 “三三”每种单位均由三分子物质每种单位均由三分子物质(1分子磷酸、分子磷酸、1分子脱氧核分子脱氧核糖及糖及1分子含氮碱基分子含氮碱基)构成。构成。 “二二”两条脱氧核苷酸长链。两条脱氧核苷酸长链。 “一一”一种规则的双螺旋结构。一种规则的双螺旋结构。 (2)DNA分子结构层次图示：分子结构层次图示： 2DNA分子的结构特点分子的结构特点 (1)稳定性：稳定性： DNA分子结构的稳定性是指其双螺旋结构的相对稳定性。分子结构的稳定性是指其双螺旋结构的相对稳定性。与这种稳定性有关的因素主要有以下几点：与这种稳定性有关的因素主要有以下几点： DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接的方式稳定不变。分子中脱氧核糖和磷酸交替连接的方式稳定不变。 DNA分子双螺旋结构中间为碱基对，碱基与碱基之间形分子双螺旋结构中间为碱基对，碱基与碱基之间形成氢键，从而维持了双螺旋结构的稳定。成氢键，从而维持了双螺旋结构的稳定。 DNA分子两条链间碱基互补配对的原则严格不变。分子两条链间碱基互补配对的原则严格不变。 每个特定的每个特定的DNA分子中碱基对的数量和排列顺序稳定不分子中碱基对的数量和排列顺序稳定不变。变。 (2)多样性：多样性： 其决定因素是其决定因素是DNA分子中碱基的数量和碱基对的排列分子中碱基的数量和碱基对的排列顺序。顺序。 (3)特异性：特异性： 不同的不同的DNA分子具有不同的特性，所以分子具有不同的特性，所以DNA的多样性的多样性也就意味着也就意味着DNA分子的特异性。分子的特异性。DNA分子的多样性与特异分子的多样性与特异性，从分子水平上说明了生物界的多样性和生物个体之间性，从分子水平上说明了生物界的多样性和生物个体之间存在差异的原因。存在差异的原因。自读教材自读教材夯基础夯基础1DNA复制的概念、时期、场所及条件复制的概念、时期、场所及条件填空填空(1)概念：以概念：以 为模板合成为模板合成 的过程。的过程。(2)时期：细胞时期：细胞 和和 。(3)场所：场所： (主要主要)。亲代亲代DNA分子分子子代子代DNA分子分子有丝分裂间期有丝分裂间期减数第一次分裂的间期减数第一次分裂的间期细胞核细胞核(4)DNA复制的条件：复制的条件：模板：模板：DNA分子的分子的 。原料：游离的原料：游离的 。能量：由细胞提供。能量：由细胞提供。酶：酶： 等。等。两条链两条链四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸解旋酶、解旋酶、DNA聚合酶聚合酶 2DNA复制的过程及特点复制的过程及特点 判断正误判断正误 (1)DNA分子复制是在解旋酶作用下先解开两条完整的、单分子复制是在解旋酶作用下先解开两条完整的、单独的长链，之后再各自合成新子链并结合为双螺旋结构。独的长链，之后再各自合成新子链并结合为双螺旋结构。 ( ) (2)DNA分子复制时两条链均作模板，并各自形成新子链。分子复制时两条链均作模板，并各自形成新子链。 ( ) (3)新形成的子代新形成的子代DNA分子彼此都相同，并且均与原分子彼此都相同，并且均与原DNA分分子相同。子相同。 ( ) (4)真核细胞染色体真核细胞染色体DNA经复制后形成的经复制后形成的2个子代个子代DNA分子分子恰位于一对同源染色体上。恰位于一对同源染色体上。 ( )3DNA分子准确复制的原因及意义分子准确复制的原因及意义 连线连线 1在海洋底部火山口附近有一种细菌，经科学家研究在海洋底部火山口附近有一种细菌，经科学家研究其遗传物质其遗传物质DNA的结构与常温下生存的细菌不同，该细菌的的结构与常温下生存的细菌不同，该细菌的DNA结构更稳定，且耐高温。那么导致结构更稳定，且耐高温。那么导致DNA结构更稳定的结构更稳定的原因是什么？催化该细菌原因是什么？催化该细菌DNA分子复制的各种酶应具备怎样分子复制的各种酶应具备怎样的特点？的特点？ 提示：提示：该细菌的该细菌的DNA结构中结构中GC碱基对多，由于碱基对多，由于GC碱基对中有三个氢键，所以结构更稳定。由于该细菌生活于碱基对中有三个氢键，所以结构更稳定。由于该细菌生活于高温环境中，故催化该菌高温环境中，故催化该菌DNA分子复制的各种酶应具备分子复制的各种酶应具备“耐耐高温高温”的特性。的特性。 2DNA分子的复制是否一定准确无误？分子的复制是否一定准确无误？ 提示：提示：不一定，因不一定，因DNA分子复制过程中由于受自身或分子复制过程中由于受自身或外界因素的影响，可能出现碱基对的替换缺失或改变等差外界因素的影响，可能出现碱基对的替换缺失或改变等差错，但出错率极低。错，但出错率极低。 3结合影响酶活性的条件，分析哪些外界条件会影响结合影响酶活性的条件，分析哪些外界条件会影响DNA的复制过程？的复制过程？ 提示：提示：温度、温度、pH等物理、化学因素及病毒、细菌感染等物理、化学因素及病毒、细菌感染等生物因素均会影响等生物因素均会影响DNA复制过程。复制过程。跟随名师跟随名师解疑难解疑难关于关于DNA分子复制的几个问题分子复制的几个问题(1)过程图示：过程图示： (2)复制特点：复制特点： 半保留复制：新合成的每个半保留复制：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链分子中的一条链(模板链模板链)。 边解旋边复制：边解旋边复制：DNA复制时并不是先分成单链再合成子复制时并不是先分成单链再合成子链，而是边解旋边复制。链，而是边解旋边复制。 (3)复制结果：复制结果： 一个一个DNA分子形成两个完全相同的分子形成两个完全相同的DNA分子，这两个分子，这两个DNA分子位于姐妹染色单体上，在有丝分裂后期及减数第二次分子位于姐妹染色单体上，在有丝分裂后期及减数第二次分裂后期将随着丝粒分裂而分开，分别进入分裂后期将随着丝粒分裂而分开，分别进入2个子细胞。个子细胞。 一个一个DNA分子经分子经n次复制后，共产生次复制后，共产生2n个子个子DNA分子，分子，其中含亲代其中含亲代DNA链的链的DNA分子只有分子只有2个。个。 特别提醒特别提醒 (1)半保留复制使所有子代半保留复制使所有子代DNA与原与原DNA所携带的信息所携带的信息完全相同完全相同(除非发生差错除非发生差错)。 (2)分析被标记分析被标记DNA分子的比例时，应注意求的是分子的比例时，应注意求的是DNA分子数，还是脱氧核苷酸链数；还应注意培养基中化学元素分子数，还是脱氧核苷酸链数；还应注意培养基中化学元素的转换。的转换。 (3)DNA分子复制中计算所需某种核苷酸数量时，应注意分子复制中计算所需某种核苷酸数量时，应注意原来的原来的DNA分子两条母链不需消耗核苷酸。分子两条母链不需消耗核苷酸。 例例1右图为核苷酸链结构图，下列右图为核苷酸链结构图，下列表述不正确的是表述不正确的是 () A能构成一个完整核苷酸的是能构成一个完整核苷酸的是图中的图中的a或或b B图中与每个五碳糖直接相连的碱基只有图中与每个五碳糖直接相连的碱基只有1个个 C各核苷酸之间是通过化学键各核苷酸之间是通过化学键连接起来的连接起来的 D若该链为脱氧核苷酸链，从碱基组成上看，缺若该链为脱氧核苷酸链，从碱基组成上看，缺少的碱基是少的碱基是T. .思路点拨思路点拨 精讲精析精讲精析图中的图中的b所含的磷酸，应与下方的脱氧核所含的磷酸，应与下方的脱氧核糖和碱基糖和碱基C共同构成一个完整的核苷酸；在每个核苷酸中，共同构成一个完整的核苷酸；在每个核苷酸中，碱基都与五碳糖相连；脱氧核苷酸链是由许多个脱氧核苷酸碱基都与五碳糖相连；脱氧核苷酸链是由许多个脱氧核苷酸连接成的长链；组成连接成的长链；组成DNA的碱基有的碱基有A、G、C、T四种。四种。 答案答案A 例例2右图为真核细胞右图为真核细胞DNA复制过程复制过程模式图。据图分析，下列相关叙述中错模式图。据图分析，下列相关叙述中错误的是误的是 () A由图示得知，由图示得知，DNA分子复制的分子复制的方式是半保留复制方式是半保留复制 B从图中可以看出合成两条子链时，从图中可以看出合成两条子链时，DNA聚合酶移动的聚合酶移动的方向是相反的方向是相反的 C子链合成的方向是一定的子链合成的方向是一定的 D解旋需解旋酶及解旋需解旋酶及DNA聚合酶的催化，且需要消耗聚合酶的催化，且需要消耗ATP思路点拨思路点拨 精讲精析精讲精析由图示可知，新合成的每个由图示可知，新合成的每个DNA分子中，分子中，都保留了原来都保留了原来DNA分子中的一条链，因此复制的方式是半保分子中的一条链，因此复制的方式是半保留复制；由图中的箭头可知，留复制；由图中的箭头可知，DNA聚合酶移动的方向是相反聚合酶移动的方向是相反的；子链合成的方向是一定的，即只能从的；子链合成的方向是一定的，即只能从5端到端到3端；解旋端；解旋不需不需DNA聚合酶的催化。聚合酶的催化。 答案答案D1设计实验，探究设计实验，探究DNA分子的复制方式。分子的复制方式。2设计实验探究设计实验探究DNA分子结构中碱基对分子结构中碱基对间的配对方式。间的配对方式。典例剖析典例剖析 DNA复制方式可以通过设想来进行预测，可能的情况是：复制方式可以通过设想来进行预测，可能的情况是：全保留复制、半保留复制、分散复制。全保留复制、半保留复制、分散复制。 (1)根据上图对三种复制作出可能的假设：根据上图对三种复制作出可能的假设： 如果是全保留复制，则如果是全保留复制，则1个个DNA分子形成分子形成2个个DNA分子，分子，其中一个是其中一个是_，而另一个是，而另一个是_； 如果是半保留复制，则新形成的两个如果是半保留复制，则新形成的两个DNA分子各有分子各有_； 如果是分散复制，则新形成的如果是分散复制，则新形成的DNA分子中分子中_。 (2)请设计实验来证明请设计实验来证明DNA的复制方式。的复制方式。 实验步骤：实验步骤： 在氮源为在氮源为14N的培养基上生长的大肠杆菌，其的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分分子均为子均为14NDNA(对照对照)。 在氮源为在氮源为15N的培养基上生长的大肠杆菌，其的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分分子均为子均为15NDNA(亲代亲代)。 将亲代含将亲代含15N的大肠杆菌转移到的大肠杆菌转移到14N培养基上，再连续培养基上，再连续繁殖两代繁殖两代(和和)，用密度梯度离心方法分离。，用密度梯度离心方法分离。 (3)实验预测：实验预测： 如果与对照如果与对照(14N14N)相比，子代相比，子代能分离出两条带：能分离出两条带：_和和_，则可以排除，则可以排除_，同时，同时肯定是肯定是_。 如果子代如果子代只有一条只有一条_，则可以排除，则可以排除_，但不能肯定是但不能肯定是_。 如果子代如果子代只有一条中密度带，再继续做子代只有一条中密度带，再继续做子代DNA密度鉴定，若子代密度鉴定，若子代可以分出可以分出_和和_，则可以，则可以排除排除_，同时肯定，同时肯定_。 如果子代如果子代不能分出不能分出_两条密度带，则排除两条密度带，则排除_，同时肯定，同时肯定_。 (4)用图例表示出最可能的实验结果。用图例表示出最可能的实验结果。 解析解析如果如果DNA的复制方式为全保留复制，则一个亲的复制方式为全保留复制，则一个亲代代15N15N的的DNA分子复制后子代两个分子复制后子代两个DNA分子是：一个分子是：一个15N15N，一个，一个14N14N，其在离心管中分布的位置是一半，其在离心管中分布的位置是一半在轻带、一半在重带；如果在轻带、一半在重带；如果DNA的复制方式为半保留复制，的复制方式为半保留复制，则一个亲代则一个亲代15N15N的的DNA分子复制后子代两个分子复制后子代两个DNA分子都分子都是是15N14N，其在离心管中分布的位置全部在中带。，其在离心管中分布的位置全部在中带。 答案答案(1)亲代的新形成的亲代的新形成的一条链来自亲代一条链来自亲代DNA，另一条链是新形成的，另一条链是新形成的每条链中的一些片段是每条链中的一些片段是母链的，另一些片段是子链的母链的，另一些片段是子链的(3)一条轻密度带一条轻密度带(14N/14N)一条重密度带一条重密度带(15N/15N)半保留复制和分散复半保留复制和分散复制全保留复制制全保留复制中密度带中密度带(14N15N)全保留复制半全保留复制半保留复制还是分散复制保留复制还是分散复制一条中密度带一条中密度带(14N15N)一条一条轻密度带轻密度带(14N14N)分散复制半保留复制分散复制半保留复制中、轻中、轻半保留复制分散复制半保留复制分散复制(4)最可能的实验结果最可能的实验结果(如下图所示如下图所示)：