DNA的结构、复制和本质课件-2023-2024学年高一下学期生物人教版（2019）必修2

生物学必修二

遗传与进化第3章基因的本质3.2DNA的结构3.3DNA的复制3.4DNA通常是有遗传效应的片段科学家进展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—.DNA

双螺旋结构模型的构建二

.DNA的组成1、核苷酸由磷酸、五碳糖、含氮碱基组成0a—54b3

22、核苷酸是核酸的单体核糖核苷酸(4种)核糖核酸(RNA)3、核酸初步水解得到核苷酸，彻底水解得到磷酸、五碳糖、碱基等小分子脱氧核糖核苷酸(4种)

脱氧核糖核酸(DNA)核苷酸(

2类8种

)核酸C1、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，—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。磷酸基团5

CH₂4'H

HOH三

.DNA

的结构I'HH2'碱

基5°3'3'0三

.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。NHH

NH

y腺嘌呤(adenine,A)

鸟

嘌

呤(zuanine,G)NH2H₃CNH26

N

NNHNH

NH

0胞嘧啶(eytosine,C)尿嘧啶(uracil,W)胸腺嘧啶(thymine,T)51IHH23

式23四.碱基互补配对原则的应用和计算1、基本关系：A=T,G=C2、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—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?半保留复制全保留复制六

.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15N

HCI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D

NA,再将提取的DNA进行离

心，记录离心后试管中DNA的位置。亲代

子一代

子二代思考：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?密度低¹4N/⁴N-DNA高¹⁵N/¹⁴N-DNA¹⁵NI⁵N-DNA六

.DNA半保留复制的实验证据4、实验结果及分析¹⁵N/¹⁴N-DNA细胞再分裂一次提取DNA,离心细胞分裂一次提取DNA,离心大肠杆菌在含'NH₄Cl

的培养液中生长若干代¹⁵N/⁴N-DNA¹N/'N-DNA¹⁴N/"N-DNA'N/⁴N-DNA转移到含

¹⁴NH₄Cl的

培养液中如果DNA

复制

是半保留复制第二代会出现的结果是第一代会出

现的结果是提取DNA,

离心密度低丨

高isN/⁴N-DNA¹N/'"N-DNA¹N/'N-DNA¹N/'N-DNAN/'N-DNAN/'N-DNA第二代第一代"N⁴N¹⁴N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。含有两个DNA分子的染色体，每个单体中含有1个DNA分子半保留复制形成的两个子代DNA分子思

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?含有1个DNA分

子的染色体亲代DNA分子含有两个DNA分子的染色体，

每个单体中含有1个DNA分子半保留复制形成的两

个子代DNA分子含有1个DNA分

子的染色体亲代DNA分子解旋酶▲图3-10

DNA

复制的示意图七

.DNA

复制的过程以母链为模板进

行碱基互补配对DNA聚合酶解旋七

.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：D

NA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：①

DNA

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7/8C.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。例4

如图为果蝇某一条染色体上的几个基因示意图，从中得到

的正确结论是(

)黄身白眼

截翅

棒眼←R

S

N0ATGT…CGAGTC…ACAGcTAC…AGTGCAGicctca…TGCCGACC…TGAGc

……TACA…GCTCAG…TGTCGATG…TCACGTCAGGCGT…ACGGCTGG…ACTCGA.

染色体中的全部脱氧核苷酸序列都能编码蛋白质B.R、S、N、0

互为非等位基因C.

果蝇的每个基因是由成百上千个核糖核苷酸组成的D.

每个基因中有一个碱基对的替换，都会引起生物性状的改变变式题

下列关于基因、遗传信息的描述，错误的是(

)

A.

基因在染色体上呈线性排列，染色体是基因的主要载体

B.遗传信息可以通过DNA复制传递给后代C.互为等位基因的两个基因肯定具有相同的碱基数量D.

遗传信息是指DNA分子的脱氧核苷酸的排列顺序1.某DNA分子含m对碱基，其中腺嘌呤有A个。下列有关此DNA在连续复制时所需的胞嘧啶脱氧核苷酸数目的叙述中，错误的是A.

在第一次复制时，需要(m—A)个B.

在第二次复制时，需要3(m—A)个C.

在第n

次复制时，需要2n-1(m—A)个D.

在n次复制过程中，总共需要2n(m—A)个2.

如果将含有一对同源染色体的精原细胞的两个DNA分子都用15N标记，并只供给精原细胞含14N的原料，则该细胞进行减数分裂产

生的四个精子中，含15N、14N标记的DNA分子的精子所占比例依次为A.100%

、0B.50%

、50%C.50%

、100%D.100%

、100%00⑧

-GTC三9A⑥⑦3.在含有4种碱基的DNA区段中，腺嘌呤有a个，占该区段全部碱基的比例为b,则

()A.b≤0.5B.b≥0.5C.

胞嘧啶为a(1/2b-1)

个D.

胞嘧啶为b(1/2a-1)个4.一条DNA单链的序列是5'-GATACC-3',那么它的互补链的序列是

()A.5'-CTATGG-3'B.5'-GATACC-3'C.5'-GGTATC-3'D.5'-CCATAG-3'一、概念检测1.DNA

两条单链的碱基数量关系是构建

DNA双螺旋结构模型的重要依据。判断下列相关表述是否正确。(1)DNA

两条单链不仅碱基数量相等，而且都有A

、T

、G

、C四种碱基。

()(

2

)

在DNA的双链结构中，碱基的比例总是

(A+G)/(T+C)=1

。

()2.

下

面

是DNA的结构模式图，请写出图中

①

~⑩的名称。①③⑤⑦⑨:②

;④;⑥__;⑧;⑩;

;;

;。二、拓展应用碱基互补配对原则对遗传信息的传递具有什

么意义?④③⑤②①一、概念检测1.DNA

复制是在为细胞分裂进行必要的物

质准备。据此判断下列相关表述是否正确。(1)DNA

复制与染色体复制是分别独立进行的。

()(2)在细胞有丝分裂的中期，每条染色体是

由两条染色单体组成的，所以DNA的复制也是在这个时期完成的。()2.DNA

复制保证了亲子代间遗传信息的连续性。下列关于DNA复制的叙述，正确的是()A.

复制均在细胞核内进行B.

碱基互补配对原则保证了复制的准确性C.1个DNA分子复制1次产生4个DNA分子D.

游离的脱氧核苷酸在解旋酶的作用下合成子链3.将

DNA双链都被'N

标记的大肠杆菌放在

含有"N的培养基中培养，使其分裂3次，下列叙述正确的是()A.

所有的大肠杆菌都含有"NB.含

有'N的大肠杆菌占全部大肠杆菌的比例为1/2C.含

有'N

的大肠杆菌占全部大肠杆菌的比例为1/4D.

含

有'N

的

DNA分子占全部DNA分子的

比例为1/8二、拓展应用1.虽

然DNA复制通过碱基互补配对在很大程度上保证了复制的准确性，但是，DNA平均每

复制109个碱基对，就会产生1个错误。请根据这

一数据计算，约有31.6亿个碱基对的人类基因组

复制时可能产生多少个错误?这些错误可能产生

什么影响?2.已知果蝇的基因组大小为1.8×10⁸bp(bp

表示碱基对),真核细胞中DNA复制的速率一般

为50～100bp/s。下图为果蝇DNA的电镜照片，图中的泡状结构叫作DNA复制泡，是DNA上正在

复制的部分。请你推测果蝇DNA形成多个复制泡的原因。果蝇DNA的电镜照片一、概念检测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2.

整理总结染色体、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。二

、拓展应用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?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二

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。一、选择题1.本章介绍的艾弗里的实验、赫尔希和蔡

斯的实验都证明DNA是遗传物质，这两个实验在

设计思路上的共同点是

()A.重

组DNA

片段，研究其表型效应B.去

掉DNA

片段，研究其表型效应C.设法分别研究DNA和蛋白质各自的效应D.应用同位素标记技术，研究DNA在亲代与子代之间的传递2.在噬菌体侵染细菌的实验中，下列对噬菌体外壳蛋白质合成的描述，正确的是

()A.氨基酸原料和酶来自细菌B.氨基酸原料和酶来自噬菌体C.氨基酸原料来自细菌，酶来自噬菌体D.