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(共33张PPT)
23 DNA的结构、复制及基因的本质
课标内容
(1)概述多数生物的基因是DNA分子的功能片段，有些病毒的基因在RNA分子上。
(2)概述DNA分子由四种脱氧核苷酸构成，通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构，碱基的排列顺序编码了遗传信息。
(3)概述DNA分子通过半保留方式进行复制。
(4)活动：制作DNA分子双螺旋结构模型。
必修2 P47“练习与应用·拓展应用”：结合肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验，分析DNA作为遗传物质所具备的特点是 。
①具有相对的稳定性　
②能够精确地自我复制，使亲代与子代间保持遗传的连续性　
③能够指导蛋白质合成，控制新陈代谢过程和性状发育　
④在特定条件下产生可遗传的变异
①②③④
DNA是怎样储存遗传信息的？又是怎样决定生物性状的？
结构 功能
第3章 基因的本质
基因
蛋白质
DNA
DNA是主要的遗传物质
肺炎链球菌的转化实验
噬菌体侵染细菌的实验
格里菲思实验
艾弗里的实验
脱氧核苷酸
双螺旋结构
半保留复制
基因通常是有遗传效应的DNA片段
碱基
A、T、C、G
遗传信息
多样性
位于
成分
染色体
功能
实验证明
包括
基本组成单位
结构
与基因的关系
复制方式
化学组成
形成
复制
碱基互补配对
传递
携带
排列顺序
种类
排列顺序具有
具有
脱氧核糖
磷酸
一.DNA的分子结构和基因的本质
1.DNA的探究历程
（1）20世纪30年代，科学家认识到：DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链，这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、C、G四种碱基。
（2）1951年11月，英国生物物理学家威尔金斯（M.Wilkins）和同事富兰克林（R.E.Franklin）应用X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱。
现象：DNA呈现“X”形
推断：DNA分子式螺旋的
富兰克林认为脱氧核糖核苷酸的亲水磷酸基团应该位于DNA的外侧，其余部分位于内侧。
（3）查哥夫法则：
在DNA中，
腺嘌呤(A)的量=胸腺嘧啶(T)的量；
鸟嘌呤(G)的量=胞嘧啶(C)的量。
（4）据此，沃森和克里克构建出DNA双螺旋结构模型。
1953年4月25日，《自然》杂志以一页的篇幅发表他们的论文∶“脱氧核糖核酸的一种结构”。他们提出，DNA 由两条链反向环绕而成，两链上相对的碱基有特定匹配∶A对T；C对G；这种配对由氢键介导。
一.DNA的分子结构和基因的本质
2.DNA的分子结构
C、H、O、N、P
A
T
A
T
T
A
G
G
G
C
C
A
T
C
(1)由2条单链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构
5′
3′
3′
5′
(2) 外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接，构成基本骨架；
内侧:碱基
磷酸二酯键
氢键
(3)碱基互补配对原则
两条链上的碱基通过氢键连接形成碱基对，且A只和T配对、G只和G配对，碱基之间的一一对应的关系，就叫作碱基互补配对原则
思考：DNA初步水解产物是什么？彻底水解的产物又是什么？
考向 结合DNA的结构及特点，考查结构与功能观
C
2.(2023·广东深圳调研)下图是制作DNA双螺旋结构模型的过程图，下列叙述错误的是 (　　)
A.图甲中②③交替连接构成DNA基本骨架
B.若一条链的下端是磷酸基团，则另一条链的上端也是磷酸基团
C.取两位同学制作的单链即可连接成DNA双链
D.丙到丁过程体现了DNA分子双螺旋的特点
考向 结合DNA的结构及特点，考查结构与功能观
2.(2023·山东邹城期中)如图为某DNA分子片段示意图，下列有关叙述错误的是(　　)
A
A.图中①②③是构成DNA分子的基本单位
B.DNA复制时，④的形成不需要DNA聚合酶
C.①和②交替排列构成DNA分子的基本骨架
D.DNA分子中碱基对⑨越多，其热稳定性越低
考向 结合DNA的结构及特点，考查结构与功能观
C
1.(2023·福州一中质检)下列关于DNA分子结构的叙述，正确的是(　　)
A.DNA分子中含有四种核糖核苷酸
B.每个脱氧核糖上均连着两个磷酸和一个碱基
C.双链DNA分子中，碱基的数目和脱氧核糖的数目是相等的
D.双链DNA分子中，A＋T＝G＋C
DNA中碱基数量的计算规律
①在DNA双链中嘌呤总数与嘧啶总数相同，即A＋G＝T＋C
②互补碱基之和的比例在任意一条链及整个DNA分子中都相同
③非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数，在整个DNA分子中为1
考向 结合DNA结构的相关计算，考查科学思维
C
3.(2023·福建龙岩期末)若生物体内DNA分子中(G＋C)/(A＋T)＝a，(A＋C)/(G＋T)＝b，则下列有关两个比值的叙述中不正确的是(　　)
A.a值越大，双链DNA分子的稳定性越高
B.DNA分子一条单链及其互补链中，a值相同
C.碱基序列不同的双链DNA分子，b值不同
D.经半保留复制得到的DNA分子，b值等于1
考向 结合DNA结构的相关计算，考查科学思维
C
4.(2023·哈尔滨三中调研)在一个DNA分子中，腺嘌呤和胸腺嘧啶之和占全部碱基的42%，若其中一条链的胞嘧啶占该链碱基总数的24%，胸腺嘧啶占30%，则在其互补链上，胞嘧啶和胸腺嘧啶分别占(　　)
A.12%和34% B.21%和24%
C.34%和12% D.58%和30%
DNA中的碱基数量的计算规律
1.某同学想制作一段具有10对碱基对的DNA片段模型，他在准备材料时至少需要：
(1)代表磷酸的球形塑料片几个？
(2)代表四种碱基的长方形塑料片几个？
(3)代表脱氧核糖的五边形塑料片几个？
(4)组装出的脱氧核苷酸有几个？
(5)可组装出几种该DNA片段模型？
20
20
20
410
20
2.结合图形归纳碱基数量关系：
①在DNA双链中嘌呤总数与嘧啶总数相同，
即A＋G＝T＋C
②互补碱基之和的比例在任意一条链及整个DNA分子中都相同
③非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数，在整个DNA分子中为1
一.DNA的分子结构和基因的本质
3.基因的本质
（1）基因-DNA-染色体的关系
染色体
DNA
基因
遗传效应：指具有复制、转录、翻译、重组、突变及调控等功能
③对于RNA病毒来说，基因是有遗传效应的RNA片段。
②基因可以是一段DNA，但一段DNA不一定是基因。
①基因能够储存、传递和表达遗传信息，也都可能发生突变，从而决定生物体的性状，4种碱基的排列顺序蕴藏着遗传信息。
一.DNA的分子结构和基因的本质
（2）基因的功能
基因中脱氧核苷酸的排列顺序就代表着遗传信息，而基因中脱氧核苷酸的排列顺序又导致了控制不同性状的基因之间的差别。
生物性状的遗传就是基因通过四种脱氧核苷酸的序列来传递和表达信息的。
基因是生物体遗传的功能单位和结构单位。
基因通常是有遗传效应的DNA片段
基因的结构
RNA聚合酶是由多个肽链构成的蛋白质，能识别并与调控序列中的结合位点结合,催化转录形成RNA。
考向 基因的概念
5.(2023·河北正定调研)下列关于DNA的叙述，错误的是(　　)
A.一条染色体中含有一个或两个DNA分子
B.DNA分子在复制时严格遵守碱基互补配对原则，所以遗传信息不会发生
改变
C.同卵双胞胎的体细胞中的遗传信息不一定完全相同
D.含有2 000个核苷酸的DNA分子的碱基序列最多有41 000种
B
考向 基因的概念
下图为果蝇某一条染色体上的几个基因示意图，下列有关叙述正确的是（ ）
A.R基因中的全部脱氧核苷酸序列都能编码蛋白质
B.R、S、N、O互为非等位基因
C.果蝇的每个基因都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
B
二.DNA的复制
（1）DNA复制的推测—— 假说-演绎法
提出问题
DNA以什么方式复制？
提出假说
半保留复制
全保留复制
弥散复制
二.DNA的复制
演绎推理
关键思路：通过实验区分亲代和子代的DNA
科学方法：同位素标记法、密度梯度离心法
1958年，美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔
F1:
F2:
二.DNA的复制
验证假说
得出结论
证明DNA的复制是半保留复制
考向 结合DNA复制过程及实验证据，考查科学思维
B
2.(2023·江苏百校联考)下图为科学家设计的DNA合成的同位素标记实验，利用大肠杆菌探究DNA的复制过程，下列叙述正确的是 (　　)
A.比较试管①和②的结果可证明DNA复制为半保留复制
B.实验中没有采用放射性同位素示踪的研究方法
C.可用噬菌体代替大肠杆菌进行上述实验，且提取DNA更方便
D.大肠杆菌在含有15NH4Cl的培养液中生长若干代，细胞中只有DNA含15N
二.DNA的复制
（2）DNA的复制
有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期
2.时间：
3.场所:
真核生物：
1.概念：
以亲代DNA的为模板合成子代DNA的过程
叶绿体、线粒体
原核生物：
（主要）细胞核
拟核、细胞质（质粒）
解旋酶
1）模板（DNA的两条链）
4.条件：
2）能量（ATP）
3）4种脱氧核苷酸
4）酶
DNA聚合酶
DNA连接酶
3’
3’
5’
5’
3’
前导链
5’
3’
冈崎片段
后随链
1.解旋
解旋酶
在解旋酶的作用下，双链螺旋的DNA打开氢键，解开成为两条单链，每条单链均作为模板合成新的DNA。
2.合成
DNA聚合酶
以两条母链为模板，4种脱氧核苷酸为原料，按碱基互补配对原则合成为两条新的子链。
母链(模板链)
子链(新合成的链)
四种脱
氧核苷酸
3.复旋
一条母链和一条子链盘绕成为一个新的DNA分子。
3’
3’
5’
3’
5’
5’
3’
5’
5.过程:
二.DNA的复制
6.复制中形成的化学键：氢键、磷酸二酯键
7.特点：
8.准确复制的原因： (1)DNA分子独特的双螺旋结构提供了精确的模板。
(2)通过碱基互补配对保证了复制的准确进行。
9.意义：将遗传信息从亲代传给子代，保持了遗传信息的连续性。
①半保留复制
②边解旋边复制
③半不连续复制
真核生物与原核生物DNA复制的区别
真核生物 DNA 的复制从多个起点开始进行，使得复制能在较短时间内完成。
原核生物 DNA 的复制只有一个复制起点。
拓展
考向 结合DNA复制过程及实验证据，考查科学思维
A
1.(2023·武汉市调研)如图为真核生物染色体上DNA复制过程示意图，有关叙述错误的是(　)
A.图中DNA复制是从多个起点同时开始的
B.图中DNA复制是边解旋边双向复制的
C.真核生物DNA复制过程中解旋酶作用于氢键
D.真核生物的这种复制方式提高了复制速率
二.DNA的复制
（3）DNA复制的相关计算
①连续复制n次，产生的子代DNA分子数目是2n个，其中含有母链的DNA分子始终只有2个；
②连续复制n次，需要消耗某种脱氧核苷酸数为 某种脱氧核苷酸个数×新增的DNA分子数，
可表示为：m×(2n－1)；
③第n次复制，需要消耗某种脱氧核苷酸数为
某种脱氧核苷酸个数×新增的DNA分子数，
可表示为：m×(2n÷2)；
考向 围绕DNA复制过程的有关计算，考查科学思维
B
3.(2023·襄阳四中调研)一个双链均被32P标记的DNA由5 000个碱基对组成，其中腺嘌呤占20%，将其置于只含31P的环境中复制3次。下列叙述不正确的是(　　)
A.DNA复制是一个边解旋边复制的过程
B.第三次复制需要2.1×104个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸
C.子代DNA分子中含32P的单链与含31P的单链之比为1∶7
D.子代DNA分子中含32P与含31P的分子数之比为1∶4
考向 围绕DNA复制过程的有关计算，考查科学思维
C
4.(2023·江西南昌市调研)一个被15N标记的、含1 000个碱基对的DNA分子片段，其中一条链中T＋A占30%，若将该DNA分子放在含14N的培养基中连续复制3次，相关叙述正确的是(　　)
A.该DNA分子的另一条链中T＋A占70%
B.该DNA分子中含有A的数目为400个
C.该DNA分子第3次复制时需要消耗2 800个G
D.经3次复制后，子代DNA分子中含14N的比例为7/8
考向 结合DNA复制与细胞分裂的关系，考查科学思维
C
5.(2021·浙江6月选考，22)在DNA复制时，5- 溴尿嘧啶脱氧核苷(BrdU)可作为原料，与腺嘌呤配对，掺入新合成的子链。用Giemsa染料对复制后的染色体进行染色，DNA分子的双链都含有BrdU的染色单体呈浅蓝色，只有一条链含有BrdU的染色单体呈深蓝色。现将植物根尖放在含有BrdU的培养液中培养，取根尖用Giemsa染料染色后，观察分生区细胞分裂中期染色体的着色情况。下列推测错误的是(　　)
A.第一个细胞周期的每条染色体的两条染色单体都呈深蓝色
B.第二个细胞周期的每条染色体的两条染色单体着色都不同
C.第三个细胞周期的细胞中染色单体着色不同的染色体均为1/4
D.根尖分生区细胞经过若干个细胞周期后，还能观察到深蓝色的染色单体
典例4.20世纪60年代，日本科学家冈崎提出了DNA的半不连续复制模型，即DNA复制时一条子链是连续合成的，而另外一条子链是先合成短的DNA片段（称为冈崎片段），再连接形成较长DNA 分子。端粒是位于染色体末端的一段特殊序列的DNA-蛋白质复合体，后来科学研究发现端粒的缩短可能与DNA的这种复制方式密切相关。下图展示了某DNA部分片段及复制过程，请回答下列问题：
（1）图1中④的名称为 ，DNA分子在加热的条件下可以解开双链，研究表明对于相同长度的DNA分子，G-C的含量越高，需要的解链温度也会越高，原因是
。
（2）若图1中该段DNA分子控制合成一段含有120
个氨基酸的多肽链，则该DNA分子上至少 个
碱基对。若α链中（A+G）/（T+C）=0.4，则在β链
中（A+G）/（T+C）的比例有为 。
（3）根据图2分析，DNA不连续复制的原因是在复制过程中，引物最终会被酶切除，引物切除后的部分“空白”区域，可以通过新链合成修复，但子链最末端引物被切除后的“空白”区域无法修复，根据以上信息推测，端粒缩短的原因可能是 。
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
A-T碱基对之间有两个氢键，G-C碱基对之间有三个氢键，相同长度的DNA分子G-C碱基对的含量越高，所含氢键越多，所需解链温度越高
360
2.5
DNA在复制时边解旋边复制，并且DNA聚合酶只能从5'→3'催化子链的形成子链最末端的引物被切除后形成的“空白”区域无法修复，从而造成端粒DNA序列的缩短，进而导致端粒的缩短

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