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(共48张PPT)
【习题导入】
第23讲 DNA的结构、复制及基因的本质
一、DNA双螺旋结构模型的构建
威尔金斯和富兰克林提供_______________
1、DNA以 ___________ 为单位连接成长链2、4种脱氧核苷酸分别含有_______4种碱基
沃森和克里克推算出DNA呈_______结构
构建模型
从查哥夫处得知________________
重新构建模型：__________，
让A与T，C与G配对，模型构建成功
双螺旋
三螺旋
DNA衍射图谱
A.G.C.T
螺旋
失败
A与T，G与C的量相等
4种脱氧核苷酸
双螺旋
教材P48
二、DNA的结构
1、DNA的中文全称：
2、DNA的组成元素：
3、DNA的基本单位：
脱氧核糖核酸
C、H、O、N、P
脱氧核糖核苷酸
一分子磷酸
一分子脱氧核糖
一分子含氮碱基
C
胞嘧啶
T
胸腺嘧啶
A
腺嘌呤
G
鸟嘌呤
O
P
CH2
OH
O
OH
H
OH
H
H
H
H
含氮碱基
磷酸
脱氧
核糖
P
A
脱氧
核糖
P
C
脱氧
核糖
P
G
脱氧
核糖
P
T
（4种）
腺嘌呤脱氧核苷酸
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
胞嘧啶脱氧核苷酸
鸟嘌呤脱氧核苷酸
注意：DNA在DNA酶作用下能够初步水解生成4种脱氧核苷酸，彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基（共6种）。
教材P48
思考：脱氧核苷酸如何形成脱氧核苷酸链？
构建模型1:一条脱氧核苷酸链
二、DNA的结构
H2O
A
T
C
G
腺嘌呤脱氧核糖核苷酸
胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸
胞嘧啶脱氧核糖核苷酸
鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸
小结：4种脱氧核苷酸经过脱水缩合形成磷酸二酯键
构建模型2: DNA平面结构
二、DNA的结构
5'
3'
5'
G
A
G
G
C
C
C
T
A
T
C
C
T
G
G
A
G
(1)DNA的两条单链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
O
CH2
OH
H
磷酸基团
碱基
3′
2′
H
H
1′
4′
5′
H
H
3'
①DNA的一条单链具有两个末端。一端有一个游离的磷酸基团，称作5′-端；另一端有一个羟基(-OH)，称作3′-端。
②两条单链走向相反，一条单链从5′-端到3′-端，另一条单链从3′－端到5′－端。
教材P50
二、DNA的结构
5'
3'
5'
G
A
G
G
C
C
C
T
A
T
C
C
T
G
G
A
G
(1)DNA的两条单链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
3'
(2)外侧：DNA中的_________________交替连接，排列在____，构成__________；
内侧：碱基排列在_____。
（3）两条链上的碱基通过____连结起来，形成_______，且遵循____________________。
脱氧核糖和磷酸
基本骨架
内侧
外侧
氢键
碱基对
碱基互补配对原则
即A只和T配对、C只和G配对
拓展：氢键关系:A=T、G≡C
DNA中含有的氢键越多，结构越稳定，即G-C含量越多，DNA分子结构越稳定
构建模型2: DNA平面结构
二、DNA的结构
5'
3'
5'
G
A
G
G
C
C
C
T
A
T
C
C
T
G
G
A
G
3'
名师解读:
①一个双链DNA分子具有___个游离的磷酸基团，而环状DNA无游离的磷酸基团。
②氢键的形成不需要酶，但断裂需______或________；G—C碱基对比例越大，DNA热稳定性越高。
③相邻的碱基在DNA分子的一条单链中通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连接，在DNA的双链之间通过______相连接。
④不是所有的脱氧核糖都连接着两个磷酸基团，两条链各有一个3′端的脱氧核糖连接着一个磷酸基团。　　　
2
解旋酶
加热处理
氢键
DNA的双螺旋结构
G
A
G
G
C
C
C
T
A
T
C
C
T
G
G
A
G
DNA的平面结构
构建模型3: DNA双螺旋结构
二、DNA的结构
G
A
G
G
C
C
C
T
A
T
C
C
T
G
G
A
5'
3'
5'
3'
G
①相对稳定性：两条链的磷酸和脱氧核糖交替排列的顺序不变，碱基配对方式不变。
②多样性：碱基有多种多样的排列顺序，即具有n个碱基对的DNA分子最多有4n种碱基对排列顺序。
③特异性：每个DNA都有特定的碱基排列顺序，代表了特定的遗传信息。
4、DNA分子结构的特点
二、DNA的结构
教材P50
A
T
A
T
T
A
G
G
G
C
C
A
T
C
DNA分子结构的“五、四、三、二、一”
五种
元素
四种
碱基或脱氧核苷酸
三种
物质
二种
长链
一种
结构
C、H、O、N、P
A、G、C、T
磷酸基团、脱氧核糖、碱基
两条脱氧核苷酸长链
双螺旋结构
二、DNA的结构
【情境推理·探究】
根据下列DNA的两模型思考回答：
(1)由图1可知，每个DNA分子片段中，游离磷酸基团含有____个。单链中相邻碱基通过_____________________ 连接。互补链中相邻碱基通过________连接。
(2)图2是图1的简化形式，其中①是_______________________，②是________。解旋酶作用于________部位，限制性核酸内切酶和DNA连接酶作用于________部位。
2
-脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖-
3′，5′—磷酸二酯键
氢键
②
①
氢键
【考点速览·诊断】
(1)沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式。(2022·广东卷，5D)( )
提示　沃森和克里克以DNA衍射图谱为基础推算出DNA呈螺旋结构。
(2)某同学制作DNA双螺旋结构模型，在制作脱氧核苷酸时，需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基。(2022·浙江6月选考，13A)( )
提示　在制作脱氧核苷酸时，需在脱氧核糖上连接磷酸和碱基。
(3)制作DNA双螺旋结构模型时，鸟嘌呤与胞嘧啶之间用2个氢键连接物相连。(2022·浙江6月选考，13B)( )
提示　G、C之间形成3个氢键。
×
×
×
(4)DNA每条链的5′端是羧基末端。(2021·辽宁卷，4C)( )
提示　DNA每条链的5′端是磷酸基团末端，3′端是羟基(—OH)末端。
(5)生物体内DNA分子中(A＋T)/(G＋C)的值越大，双链DNA分子的稳定性越高。(2017·海南卷，24B)( )
提示　G＋C含量越高，双链DNA分子越稳定。
(6)双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的。
(2014·全国卷Ⅱ，5C)( )
提示　DNA分子中不含核糖，磷酸与脱氧核糖之间也不是通过氢键连接的。
×
×
×
【考点速览·诊断】
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
考向
结合DNA的结构及特点，考查结构与功能观
【典例·精心深研】
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
【典例·精心深研】
磷酸二酯键
氢键
解旋酶
限制性核酸内切酶
DNA连接酶
DNA聚合酶
拓展1：DNA的其他模型图
计算依据：在双链DNA中，互补的碱基数量相等，可得
三、DNA中碱基数量的计算
DNA单链有关的计算
A1= , T1= , C1= , G1= 。
A1
C1
T1
G1
1链
DNA分子
2链
T2
G2
A2
C2
T2
A2
G2
C2
A= , C= 。
T
G
DNA双链有关的计算
A+C = = = = 。
A+G
T+C
T+G
50%
规律1：双链DNA中，一条链中互补碱基的和=另一条中这两种碱基
规律2：双链DNA中，两条单链任一种碱基的和=2×双链中这一种碱基的和
即 A1+T1=
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1 2
A2 +T2
即A1+A2 =2A
T1+T2 =2T
C1+C2=2C
G1+G2=2G
例1：在双链DNA分子中，G和C之和占全部碱基的48%，其中一条链的A占该链碱基总数的24%，则另一条链中的A占该链碱基总数的百分比为（ ）
A、24% B、26% C、28% D、76%
C
三、DNA中碱基数量的计算
规律3：双链DNA中，嘌呤碱基总数=嘧啶碱基总数
规律4：双链DNA中，任意两种不互补的碱基之和占碱基总数的50%（1/2）。嘌呤碱基总数=嘧啶碱基总数=碱基总数×50%
即 A+G=
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1 2
T+ C
如：A+G= T+ C =A+ C=G+T=（A+G+ T+ C）×50%
例1、某双链DNA分子的碱基中，鸟嘌呤占30%，则胸腺嘧啶为_____
例2、一个DNA分子的碱基中，腺嘌呤占20%，那么在含有100个碱基对的DNA分子中，胞嘧啶应是_____
20%
60个
三、DNA中碱基数量的计算
规律5：双链DNA分子中A+T/G+C=任何一条单链的A+T/G+C。A1T2T1A2G1C2C1G2DNA双链1 2例题3：若DNA的一个单链中，A+T/G+C=0.4，上述比例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？0.4A1+T1G1+C1= mA2+T2G2+C2A1+T1G1+C1A+TG+C= m==0.4三、DNA中碱基数量的计算A1+G1
T1+C1
= m
A2+G2T2+C2
T1 +C1
A1+G1
= 1/ m
若已知1链中
若已知2链中
=
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1 2
规律6：在DNA分子双链中，非互补碱基之和的比例互为倒数
例题4：在DNA的一个单链中，A+G/T+C=0.4，上述比例在其互补链中是多少？
2.5
三、DNA中碱基数量的计算
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
【典例·精心深研】
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%
【典例·精心深研】
【高考真题】
(2017 海南，24)DNA分子的稳定性与碱基对之间的氢键数目有关。下列关于生物体内DNA分子中（A+T）/(G+C)与（A+C）/（G +T)两个比值的叙述，正确的是(　　)
A.碱基序列不同的双链DNA分子，后一比值不同
B.前一个比值越大，双链DNA分子的稳定性越高
C.当两个比值相同时，可判断这个DNA分子是双链
D.经半保留复制得到的DNA分子，后一比值等于1
D
DNA 分子的复制及基因的概念
考点二
一、DNA半保留复制的实验证据
教材P53
①提出问题
②提出假说
③演绎推理 验证假说
④总结结论
1、科学方法：假说-演绎法
DNA以什么方式复制？
DNA复制的3种假设：
半保留复制、全保留复制、分散复制
验证假说的关键思路是：通过实验区分亲代和子代的DNA
如何把不一样的DNA区分开呢？
【背景知识】
15N和14N是氮元素的两种稳定同位素，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，因此，利用离心技术可以在试管中分离开含有相对原子质量不同的氮元素的DNA。
一、DNA半保留复制的实验证据
2、实验者：
3、实验材料：
4、运用技术：
5、原理：
同位素标记技术和密度梯度离心技术
大肠杆菌
梅赛尔森和斯塔尔
15N的双链DNA密度大，含14N的双链DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度居中。
思考1：科学家为什么用大肠杆菌作为实验材料？
思考2：如何让亲代DNA获得15N标记？
思考3：如何让子代DNA获得14N标记？
将大肠杆菌放入含有15NH4Cl的培养液中培养若干代。
将上述亲代大肠杆菌转入含14NH4Cl的培养液中。
大肠杆菌大约20Min繁殖一代。
教材P53
一、DNA半保留复制的实验证据
①提出问题
②提出假说
③演绎推理 验证假说
④总结结论
5、科学方法：假说-演绎法
DNA以什么方式复制？
半保留复制
演绎推理：半保留复制
15N
14N
14N
14N
15N
14N
P:
F1:
F2:
细胞再 分裂一次
15N
15N
转移到含14NH4Cl的培养液中
细胞分裂一次
提出DNA离心
提出DNA离心
提出DNA离心
高密度带
中密度带
低密度带
中密度带
教材P53
一、DNA半保留复制的实验证据
①提出问题
②提出假说
③演绎推理 验证假说
④总结结论
5、科学方法：假说-演绎法
DNA以什么方式复制？
半保留复制
高密度带
低密度带
高密度带
高密度带
低密度带
高密度带
中密度带
中密度带
一、DNA半保留复制的实验证据
③演绎推理,验证假说
排除DNA的复制是全保留复制
排除DNA复制是分散复制
④总结结论
DNA的复制方式是半保留复制
二、DNA的复制过程
教材P55
（1）概念：
DNA的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
（2）场所：
（3）时间：
（4）条件：
主要是在细胞核(次要在线粒体、叶绿体)
细胞分裂（有丝分裂或减数分裂）前的间期
模板
原料
酶
能量
亲代DNA分子中的两条母链
以细胞中游离的4种脱氧核苷酸
解旋酶、DNA聚合酶等
ATP等
主要在________，其次在________（_______和________）
主要在______，其次在________（______）
_______________内
细胞核
细胞质
线粒体
叶绿体
拟核
细胞质
质粒
活的宿主细胞
真核生物:
原核生物:
DNA病毒:
二、DNA的复制过程
（5）DNA复制的过程：
（5）DNA复制的过程：
_____→_______→_____________________
解旋
合成子链
新链和模板链重新盘绕成双螺旋结构
①需要细胞提供的能量（ATP）
（1）解旋
DNA聚合酶
②需要解旋酶
③结果：将DNA双螺旋的两条链解开
解旋酶
（解旋酶的作用：断裂氢键）
（2）合成子链
①模板：
②原料：
③能量：
④酶：
**氢键的形成不需要酶的催化！！！
⑤原则：
（3）重新螺旋，形成子代DNA：
___________与其对应的________盘绕成________结构
每条新链
模板链
双螺旋
模板链（母链）
新链（子链）
解开的每一条母链
游离的4种脱氧核苷酸
细胞提供的能量（d-NTP）
DNA聚合酶（形成磷酸二酯键）
碱基互补配对原则
⑥方向：5'端→3'端
6.结果：1个DNA分子经过复制后，形成2个___________的DNA分子
7.特点：（1）
（2）
完全相同
边解旋边复制
半保留复制（DNA复制方式）
8.意义：DNAT通过复制，将_____________从亲代传给子代，从而保持了遗传信息的_______性。
遗传信息
连续
9.精确复制的原因：
①DNA的双螺旋结构为复制提供了 ；
②通过 原则及 复制使复制准确进行。
精确模板
碱基互补配对
半保留
二、DNA的复制过程
教材P56
【情境推理·探究】
2.真核细胞中DNA复制的速率一般为50～100 bp/s，果蝇DNA的电镜照片中有一些泡状结构，叫作DNA复制泡，是DNA上正在复制的部分，果蝇DNA上形成多个复制泡，这说明__________________________________________
_______________________________________________________________。
果蝇的DNA有多个复制起点，可从多个起点开
始DNA复制，由此加快DNA复制的速率，为细胞分裂做好物质准备。
教材P48
【典例·精心深研】
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
考向
结合DNA复制过程及实验证据，考查科学思维
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
教材P48
【典例·精心深研】
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 (　　)
B
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
教材P48
【拓展1】与DNA分子复制有关的计算
动动手：画出一个被15N标记的DNA分子在含14N的培养基中培养3代的DNA复制过程（标出每条链是15N还是14N）
亲 代
第一代
第二代
第三代
15N
15N
15N
15N
14N
14N
14N
14N
14N
14N
21
22
23
2n个
无论DNA复制多少次，含有15N-DNA分子永远只有2个
教材P48
【拓展1】与DNA分子复制有关的计算
亲代DNA分子经n次复制后，则有：
1、DNA分子数
①子代DNA分子数：
②含亲代母链的DNA分子数：
④不含亲代母链的DNA分子数：
2n个
2个
2n-2个
⑤含亲代母链的DNA分子数与子代DNA分子数之比为：
2/2n
③只含亲代母链的DNA分子数：
0个
教材P48
【拓展1】与DNA分子复制有关的计算
亲代DNA分子经 n 次复制后，则
2、脱氧核苷酸链数
①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数：
②亲代脱氧核苷酸链数：
③新合成的脱氧核苷酸链数：
2n+1条
2条
2n+1-2条
教材P48
【拓展1】与DNA分子复制有关的计算
亲代DNA分子经 n 次复制后，则
2、脱氧核苷酸链数
①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数：
②亲代脱氧核苷酸链数：
③新合成的脱氧核苷酸链数：
2n+1条
2条
2n+1-2条
【拓展1】与DNA分子复制有关的计算
3、消耗的脱氧核苷酸数
若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则
m（ 2n-1）
（1）则经过n次复制共需要消耗
该脱氧核苷酸个数为：
（2）第n次复制需要消耗该脱氧
核苷酸个数为：
m（ 2n-2n-1）= m × 2n-1
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
【典例·精心深研】
【典例·精心深研】
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
【高考真题】
（2018·海南·高考真题）现有DNA分子的两条单链均只含有14N（表示为14N14N）的大肠杆菌，若将该大肠杆菌在含有15N的培养基中繁殖两代，再转到含有14N的培养基中繁殖一代，则理论上DNA分子的组成类型和比例分别是（　　）
A．有15N14N和14N14N两种，其比例为1：3
B．有15N15N和14N14N两种，其比例为1：1
C．有15N15N和14N14N两种，其比例为3：1
D．有15N14N和14N14N两种，其比例为3：1
D
【高考真题】
（2021·海南·高考真题）已知5-溴尿嘧啶（BU）可与碱基A或G配对。大肠杆菌DNA上某个碱基位点已由A-T转变为A-BU，要使该位点由A-BU转变为G-C，则该位点所在的DNA至少需要复制的次数是（ ）
A．1 B．2 C．3 D．4
B
教材P58
染色体
DNA是主要的 。
蛋白质
DNA
基因
脱氧核苷酸
每个DNA分子含有 个基因
基因是有 的DNA片段（本质）
基因在染色体上呈 。
基因是 的基本单位
染色体是DNA的 。
（DNA的载体还有 和 等）
每条染色体含有 个DNA分子
每个基因含有 个脱氧核苷酸
脱氧核苷酸（碱基）的 代表遗传信息。
主要载体
线粒体
叶绿体
1个或2
遗传物质
多
遗传效应
线性排列
决定生物性状
成千上万
排列顺序
三、基因是具有遗传效应的DNA片段

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