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(共33张PPT)
DNA的结构、复制及其基因的本质
活动：构建“DNA分子的结构层次”(概念模型)
C、H、O、N、P
一分子_____
一分子_________
一分子________
脱氧核苷
→A、T、G、C
脱氧核苷酸
脱水缩合形成磷酸二酯键
→氢键
磷酸
脱氧核糖
碱基
氢键
A
T
G
C
单链
磷酸
脱氧核糖
含氮碱基
一.DNA双螺旋结构模型的构建
分析DNA分子结构图像
(1)一个DNA分子片段中有几个游离的磷酸基团？
2个
为什么说DNA的两条长链按“反向平行”方式盘旋？
5'
3'
5'
3'
首尾磷酸基团连接的五碳糖上碳原子的位置
(2)图中④能表示胞嘧啶脱氧核苷酸吗？
不能
⑤
(3)DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基( )
×
(4)DNA分子一条链上的相邻碱基通过磷酸—脱氧核糖—磷酸相连(　　)
×
两条链上的碱基呢？
脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖
环状DNA有几个？
氢键
(5)解旋酶作用于哪个部位？
限制性核酸内切酶和DNA连接酶作用于哪个部位？
初步水解的产物是4种脱氧核苷酸；
彻底水解的产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。
5'
3'
5'
3'
(6)DNA初步水解的产物和彻底水解的产物分别是什么？
(7)如何根据碱基的种类和比例确定核酸的类型？
⑨
⑩
根据碱基的种类确定是DNA还是RNA，若含有碱基U则是RNA，若含有碱基T而不含有碱基U，则是DNA；
根据碱基的比例确定是单链还是双链，若嘌呤数/嘧啶数＝1，则一般是双链，若嘌呤数/嘧啶数≠1，则是单链。
判断下列有关DNA分子的特性的叙述：
(1)DNA分子的多样性和特异性主要与它的空间结构密切相关(　　)
(2)DNA分子的多样性是指一个DNA分子上有许多个基因
(3)人体内控制β -珠蛋白的基因由1700个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有41700种(　　)
×
×
×
DNA分子的结构特点：
①多样性：DNA中碱基对的排列顺序千变万化
②特异性：每种DNA分子都有其特定的碱基对排列顺序
③稳定性：主链交替连接顺序不变，碱基对构成方式不变
碱基的比例不确定
具n个碱基对的DNA具有4n种碱基对排列顺序
拓展：若某双链DNA分子含有200个碱基，一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则该DNA分子碱基排列方式共有4100种，对吗？
小于4100
因为碱基比例已确定
3．(析图建模)解读两种DNA结构模型：
(1)图乙是图甲的简化形式，其中______是磷酸二酯键，③是氢键。解旋酶作用于______部位，限制性内切核酸酶和DNA连接酶作用于_______部位。
(2)图甲中两个相邻的碱基是怎样连接的？
_____________________________________。
①
③
①
①氢键；②脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖

1.某同学欲制作DNA双螺旋结构模型，已准备了足够的相关材料。下列叙述正确的是（　　）
A.在制作脱氧核苷酸时，需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基
B.制作模型时，鸟嘌呤与胞嘧啶之间用2个氢键连接物相连
C.制成的模型中，腺嘌呤与胞嘧啶之和等于鸟嘌呤和胸腺嘧啶之和
D.制成的模型中，磷酸和脱氧核糖交替连接位于主链的内侧
C
2.用卡片构建DNA平面结构模型,所提供的卡片类型和数量如表所示,下列说法正确的是(　　)
A.最多可构建4种脱氧核苷酸,5个脱氧核苷酸对
B.构成的双链DNA片段最多有10个氢键
C.DNA中每个脱氧核糖均与1分子磷酸相连
D.最多可构建44种不同碱基序列的DNA
卡片类型 脱氧核糖 磷酸 碱基 A T G C
卡片数量 10 10 2 3 3 2
B
3.如图为某DNA分子片段示意图，下列有关叙述错误的是（　　）
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聚合酶的催化
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
A
二、DNA中碱基数量的计算规律
(2)双链中，任意两种不互补的碱基数量之和占碱基总数的一半,即嘌呤之和=嘧啶之和=总碱基数×50%,A+G=T+C=A+C=T+G=(A+T+C+G)×50%,
= =1
(1)双链中，互补的两种碱基数量相等,即A=T,C=G。
例1.(2010·上海，4)细胞内某一DNA片段中有30%的碱基为A，则该片段中(　　)
A.G的含量为30% B.U的含量为30%
C.嘌呤含量为50% D.嘧啶含量为40%
C
(4)单链中，非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数。
设双链DNA分子中,一条链上: =m,
则: = =m,即互补链上 = 。
简记为“DNA两互补链中,不配对两碱基之和的比值乘积为1”。
(3)单链中，互补碱基之和的比值在两条互补链中相等。
设双链DNA分子中,一条链上: =m,
则: = =m,即互补链上 =m。
简记为“DNA两互补链中,配对两碱基之和的比值相等”。
A1+T1
G1+C1
A1+T1
G1+C1
A2+T2
G2+C2
A2+T2
G2+C2
例2.下列是一组有关双链DNA分子中含氮碱基的问题，请回答：
(1)一条链中(A＋T)/(C＋G)＝0.4，互补链中的此值是____，DNA双链中此值是_____。
(2)一条链中(A＋C)/(T＋G)＝0.4，互补链中的此值是____，DNA双链中此值是_____。
2.5
0.4
1
0.4
(5)单链中，互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等。
设在双链DNA分子的一条链上A1+T1=n%,因为A1=T2,A2=T1,则:A1+T1=A2+T2=
n%。所以A+T= = =n%。
简记为“配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等”。
(2018·临川模拟)从某生物组织中提取DNA进行分析，其中鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的46%，又知该DNA分子的一条链(H链)所含的碱基中28%是腺嘌呤，24%是胞嘧啶，则与H链相对应的另一条链中，腺嘌呤、胞嘧啶分别占该链全部碱基数的(　　)
A．26%、22% B．24%、28%
C．14%、11% D．11%、14%
A
考点二 DNA分子的复制
1、从子代DNA两条链的来源区分：
若子代DNA两条链____________________，为半保留复制
若子代DNA两条链____________________，为全保留复制
都是母链或都是子链
一条母链一条子链
2、如何区分母链和子链？
同位素标记法
一、DNA复制的推测—— 假说-演绎法
提出问题
DNA以什么方式复制？
作出假说
半保留复制
全保留复制
弥散复制
演绎推理
关键思路：通过实验区分亲代和子代的DNA
半保留复制
全保留复制
弥散复制
15N-15N
14N
14N
14N
2、如何区分母链和子链
同位素标记法
密度梯度离心
如何将15N、14N标记
的DNA分开呢？
15N标记母链，
14N标记子链
演绎推理
14N
14N
F1:
P:
F2:
14N
验证假说
得出结论
证明DNA的复制是半保留复制
1958年，美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔
一、DNA复制的推测—— 假说-演绎法
二、微视频：DNA分子的半保留复制过程
二、DNA的复制
细胞分裂前的间期和DNA病毒繁殖时
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）原料：4种脱氧核苷酸
4）酶
DNA聚合酶
DNA连接酶
3’
3’
5’
5’
3’
子链1
5’
3’
冈崎片段
子链2
5.过程:
6.复制中形成的化学键：
氢键、
磷酸二酯键
例1.下面是DNA复制的有关图示。A→B→C表示大肠杆菌的DNA复制。D→F表示哺乳动物的DNA复制。图中黑点表示复制起点，“→”表示复制方向，“ ”表示时间顺序。
(1)若A中含有48502个碱基对，而子链延伸速率是105个碱基对/min，假设DNA分子从头到尾复制，则理论上此DNA分子复制约需30 s，而实际上只需约16 s，根据A→C过程分析，这是因为_____________________。
特点2：双向复制
复制是双向进行的
7.特点:
二、DNA的复制
①半保留复制
(2)哺乳动物的DNA分子展开可达2m之长，若按A→C的方式复制，至少需要8 h，而实际上只需要约2 h，根据D→F过程分析，是因为_________________________________。
DNA分子中有多个复制起点
特点3：多起点复制（真核生物）
(3)A→F均有以下特点：延伸的子链紧跟着解旋酶，这说明DNA分子复制是______________________的。
边解旋边复制
特点4：边解旋边复制
7.特点:
二、DNA的复制
①半保留复制
②双向复制
(4)C与A相同，F与D相同，C、F能被如此准确地复制出来，是因为？
① DNA独特的双螺旋结构为复制提供精确的模板。
② 复制过程严格遵循碱基互补配对原则，保证了复制的准确进行。
8.准确复制的原因：
二、DNA的复制
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)将含有15N的一个DNA分子放在含有14N的培养基上培养，复制n次，则：
共产生子代DNA分子____个；
子代DNA分子中，含15N的DNA分子_____个；
子代DNA分子中，含14N的DNA分子_____个；
子代DNA分子中，只含15N的DNA分子_____个；
子代DNA分子中，只含14N的DNA分子______个；
2n
2
2n
0
2n - 2
三、DNA复制的相关计算
(2)DNA复制中消耗的脱氧核苷酸数
①若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，经过n次复制需要消耗该种脱氧核苷酸数为m·(2n－1)。
②第n次复制需要该种脱氧核苷酸数为m·2n－1。
1．(2022·湖北黄石高三一模)研究人员将1个含14N DNA的大肠杆菌转移到以15NH4Cl为唯一氮源的培养液中，培养1 h后提取子代大肠杆菌的DNA。将DNA解开双螺旋，变成单链；然后进行密度梯度离心，试管中出现两种条带(如下图)。下列说法正确的是(　　)
A．由结果可推知该大肠杆菌的繁殖周期大约为15 min
B．根据条带的数目和位置可以确定DNA的复制方式
C．解开DNA双螺旋的实质是破坏核苷酸之间的磷酸二酯键
D．若直接将子代DNA进行密度梯度离心也能得到两条条带
D
能力训练
2．下图表示DNA复制的过程，结合图示判断，下列有关叙述不正确的是
A．DNA复制过程中首先需要解旋酶破坏DNA双链间的氢键，使两条链解开
B．DNA分子的复制具有双向复制的特点，生成的两条子链的方向相反
C．DNA分子的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段
D．DNA的两条子链都是连续合成的
D
3．(2021·高考辽宁卷)下列有关细胞内的DNA及其复制过程的叙述，正确的是(　　)
A．子链延伸时游离的脱氧核苷酸添加到3′端
B．子链的合成过程不需要引物参与
C．DNA每条链的5′端是羟基末端
D．DNA聚合酶的作用是打开DNA双链
A
5.将某种细菌培养在含有3H 胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养基上一段时间，检测发现细菌的拟核中含有两种类型的DNA分子(如图所示)，虚线表示含放射性的脱氧核苷酸链。下列说法正确的是(　　)
A．细菌拟核DNA第一次复制后产生的
DNA分子为乙类型
B．细菌拟核DNA第三次复制后产生的
DNA分子为甲、乙两种类型，比例为3∶1
C．细菌拟核DNA复制n次产生的含有放射性脱氧核苷酸链的数目为2n＋1－2条
D．若该细菌拟核DNA含有的碱基数目为m，其中胸腺嘧啶的数目为a，则第n次复制需要鸟嘌呤脱氧核苷酸的数目为(2n－1)×(m－2a)/2
C
7.20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）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
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
1
基因与DNA
(2)遗传信息
①DNA病毒、细胞的遗传信息： 分子中 的排列顺序。
②RNA病毒的遗传信息: 分子中 的排列顺序。
DNA
(碱基对)脱氧核苷酸
RNA
(碱基)核糖核苷酸
(1)基因通常是有遗传效应的 。
①DNA病毒、细胞的基因：有遗传效应的 。
②RNA病毒的基因：有遗传效应的 。
DNA片段
DNA片段
RNA片段
基因2
间区
间区
基因3
基因1
四.基因通常是有遗传效应的DNA片段
遗传效应：指具有复制、转录、翻译、重组、突变及调控等功能
2
基因、DNA、染色体之间的关系
个或两个
有遗传
多个
脱氧核苷酸排列顺序
一
效应
下列是某同学构建的关于基因的概念模型，其中不合理的一组组合是
①基因和染色体的关系是:基因在染色体上呈线性排列
②一条染色体上有多个基因，基因中的碱基数小于DNA中的碱基总数
③基因的本质是有遗传效应的DNA片段
④基因携带的遗传信息藴藏在核糖核苷酸的排列顺序中
⑤基因的功能除了携带遗传信息外还能在细胞核中直接控制蛋白质的合成
A. ①②④⑤ B. ①③④⑤ C. ③④⑤ D. ④⑤
染色体
DNA
基因
2.基因-DNA-染色体的关系
四.基因通常是有遗传效应的DNA片段
3.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。
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。
只有原核基因编码区、真核基因外显子能编码氨基酸
能力训练
1、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
2、基因Ⅰ和基因Ⅱ在某条染色体DNA上的相对位置如图所示。下列说法正确的是
A．基因Ⅰ和基因Ⅱ的结构差别仅在于内部碱基对的排列顺序不同
B．基因Ⅰ中不一定具有遗传信息但一定具有遗传效应
C．四分体时期，基因Ⅱ中的两条脱氧核苷酸链之间可能发生交叉互换
D．基因Ⅰ与基因Ⅱ位于同一条染色体上，减数分裂时一般不能发生分离
D
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
总结：基因表达过程各种酶作用的部位
但不同！！
RNA聚合酶、
高温、
自动连接，不需要酶
DNA水解酶
逆转录酶
RNA聚合酶
基因
染色体
位于
成分
蛋白质
DNA
DNA是遗传物质
功能
实验证据
肺炎双球菌的转化实验
噬菌体侵染细菌实验
章节知识体系
半保留复制
复制方式
双螺旋结构
结构
形成
模板
脱氧核苷酸
基本单位
化学组成
磷酸
脱氧核糖
碱基
A、T、G、C
种类
碱基互补配对
排列顺序
蕴藏
通常有遗传效应的DNA片段
基因
携带
遗传信息
传递
多样性
排列顺序具有
蛋白质的合成
某些RNA的合成
基因的表达
指导
与性状
的关系

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