《DNA的結構和DNA的復制》課件（2）

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1、第第四四章章第第二二節(jié)節(jié) 自主預習自主預習抓基礎抓基礎 合作學習合作學習探新知探新知 名師點撥名師點撥釋疑難釋疑難 創(chuàng)新演練創(chuàng)新演練大沖關大沖關 設計設計1 1 設計設計2 2NONO. .1 1 NO.NO.2 2演練演練1 1 演練演練2 2 一、解開一、解開DNADNA結構之謎結構之謎 (1)20 (1)20世紀世紀3030年代后期，瑞典的科學家們證明了年代后期，瑞典的科學家們證明了DNADNA是是 的。二戰(zhàn)后，科學家們用電子顯微鏡測出的。二戰(zhàn)后，科學家們用電子顯微鏡測出DNADNA分子分子直徑約為直徑約為2 nm2 nm。 (2)1951 (2)1951年查戈夫發(fā)現(xiàn)年查戈夫發(fā)現(xiàn) (A)

2、(A)的量總是等于胸腺的量總是等于胸腺嘧啶嘧啶(T)(T)的量，的量， (G)(G)的量總是等于胞嘧啶的量總是等于胞嘧啶(C)(C)的量。的量。 (3)1952 (3)1952年富蘭克林等確認年富蘭克林等確認DNADNA為為 結構，并且是由結構，并且是由不止一條鏈所構成的。不止一條鏈所構成的。 (4)1953 (4)1953年家沃森和克里克提出年家沃森和克里克提出DNADNA分子的分子的 模型。模型。不對稱不對稱腺嘌呤腺嘌呤鳥嘌呤鳥嘌呤螺旋螺旋雙螺旋結構雙螺旋結構 二、二、DNADNA的結構的結構 1 1空間結構空間結構 (1) (1)整體：由兩條脫氧核苷酸鏈整體：由兩條脫氧核苷酸鏈 平行盤旋

3、而成的平行盤旋而成的 結構。結構。 (2) (2)外側外側基本骨架：由基本骨架：由 和和 交替連交替連接構成。接構成。 (3) (3)內側內側堿基對：由兩條鏈上的堿基通過氫鍵連堿基對：由兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對，是按接成堿基對，是按 原則連接而成的，即原則連接而成的，即 與與T T配對、配對、G G與與 配對。配對。反向反向雙螺旋雙螺旋脫氧核糖脫氧核糖磷酸磷酸堿基互補配對堿基互補配對A AC C 2 2DNADNA分子的多樣性和特異性分子的多樣性和特異性 (1) (1)多樣性：多樣性： 排列順序千變萬化。排列順序千變萬化。 (2) (2)特異性：每個特異性：每個DNADNA分子分子

4、的特定排列順序，形的特定排列順序，形成了成了DNADNA分子的特異性。分子的特異性。 三、三、DNADNA的復制的復制 1 1概念概念 以親代以親代DNADNA分子為分子為 合成子代合成子代 分子的過程叫分子的過程叫DNADNA的復制。的復制。堿基對堿基對堿基對堿基對模板模板DNADNA 2 2過程過程 (1) (1)解旋：解旋：DNADNA首先利用細胞提供的能量在首先利用細胞提供的能量在 的作的作用下，把兩條螺旋的雙鏈解開。用下，把兩條螺旋的雙鏈解開。 (2) (2)合成子鏈：以合成子鏈：以 為模板，以游離的為模板，以游離的為原料，遵循為原料，遵循 原則，在有關酶的作用下，各原則，在有關酶的

5、作用下，各自合成與母鏈互補的一條子鏈。自合成與母鏈互補的一條子鏈。 (3) (3)形成子代形成子代DNADNA：新合成的子鏈不斷延伸，同時，每一：新合成的子鏈不斷延伸，同時，每一條子鏈與其對應的模板鏈盤繞成條子鏈與其對應的模板鏈盤繞成 ，分別形成一，分別形成一個新的個新的DNADNA分子。分子。解旋酶解旋酶母鏈母鏈堿基互補配對堿基互補配對脫氧核苷酸脫氧核苷酸雙螺旋結構雙螺旋結構 3 3特點特點 邊邊 邊復制；邊復制； 。 4 4準確復制的原因準確復制的原因 (1)DNA (1)DNA分子獨特的分子獨特的 為復制提供了精確的為復制提供了精確的模板；模板； (2) (2)通過通過 ，保證了復制能夠

6、精確地進行。，保證了復制能夠精確地進行。 5 5意義意義 使使 從親代傳給子代，從而確保了從親代傳給子代，從而確保了 的的連續(xù)性。連續(xù)性。解旋解旋半保留方式復制半保留方式復制雙螺旋結構雙螺旋結構堿基互補配對堿基互補配對遺傳信息遺傳信息遺傳信息遺傳信息1 1判斷下列有關敘述的正誤判斷下列有關敘述的正誤(1)1953(1)1953年由富蘭克林、沃森、克里克等著名科學家共同年由富蘭克林、沃森、克里克等著名科學家共同 提出提出DNADNA分子的雙螺旋結構。分子的雙螺旋結構。 ( )( )(2)DNA(2)DNA分子的基本組成單位是核糖核苷酸。分子的基本組成單位是核糖核苷酸。 ( )( )(3)A(3)

7、A與與T T配對，配對，G G與與C C配對的對應關系叫做堿基互補配對原配對的對應關系叫做堿基互補配對原 則。則。 ( )( )(4)(4)在制作在制作DNADNA分子模型時可用大頭針或訂書釘代替連接分子模型時可用大頭針或訂書釘代替連接 堿基的鍵。堿基的鍵。 ( )( )(5)DNA(5)DNA分子中磷酸與脫氧核糖交替相連，構成了分子中磷酸與脫氧核糖交替相連，構成了DNADNA分子的分子的 多樣性。多樣性。 ( )( )(6)DNA(6)DNA分子的復制只發(fā)生在真核細胞有絲分裂和減數(shù)分裂的分子的復制只發(fā)生在真核細胞有絲分裂和減數(shù)分裂的 間期。間期。 ( )( )(7)(7)堿基互補配對原則能確

8、保堿基互補配對原則能確保DNADNA分子復制的準確性。分子復制的準確性。 ( )( )(8)DNA(8)DNA分子的復制可以實現(xiàn)在親子代之間傳遞遺傳信息。分子的復制可以實現(xiàn)在親子代之間傳遞遺傳信息。 ( ) ( )2 2選擇正確答案選擇正確答案(1)(1)在制作在制作DNADNA雙螺旋結構模型時，右圖為兩個雙螺旋結構模型時，右圖為兩個 脫氧核苷酸的模型。圓代表磷酸，下列敘脫氧核苷酸的模型。圓代表磷酸，下列敘 述正確的是述正確的是 ( () )A A方形可能代表方形可能代表A A、T T、C C、U U四種含氮堿基四種含氮堿基B B兩個圓可用別針兩個圓可用別針( (代表共價鍵代表共價鍵) )連結

9、，以形成連結，以形成DNADNA的的 側鏈側鏈C C別針別針( (代表共價鍵代表共價鍵) )應連結在一個脫氧核苷酸的五邊應連結在一個脫氧核苷酸的五邊 形和另一個脫氧核苷酸的圓上形和另一個脫氧核苷酸的圓上D D如果兩個脫氧核苷酸分別位于鏈的兩側，兩個模型如果兩個脫氧核苷酸分別位于鏈的兩側，兩個模型 方向相同方向相同解析：解析：方形表示的是含氮堿基，有方形表示的是含氮堿基，有A A、T T、G G、C C四種，沒有四種，沒有U U，圓表示的是磷酸，五邊形表示的是脫氧核糖，在圓表示的是磷酸，五邊形表示的是脫氧核糖，在DNADNA單鏈中，單鏈中，脫氧核苷酸之間通過脫氧核苷酸之間通過3 3，55磷酸二酯

10、鍵相連，即別針應連磷酸二酯鍵相連，即別針應連接在一個脫氧核苷酸的五邊形和另一個脫氧核苷酸的圓上，接在一個脫氧核苷酸的五邊形和另一個脫氧核苷酸的圓上，而不是兩個圓之間，兩條而不是兩個圓之間，兩條DNADNA單鏈模型的位置關系應為反向單鏈模型的位置關系應為反向平行。平行。答案：答案： C C(2)DNA的一條單鏈中的一條單鏈中AG/TC0.4，上述比例在其互，上述比例在其互 補單鏈和整個補單鏈和整個DNA分子中分別是分子中分別是 ()A0.4和和0.6 B2.5和和1.0C0.4和和0.4 D0.6和和1.0解析：解析：DNA的一條單鏈中的一條單鏈中AG/TC的比，其實質是的比，其實質是嘌呤堿基與

11、嘧啶堿基之比。在嘌呤堿基與嘧啶堿基之比。在DNA雙鏈中嘌呤堿基與雙鏈中嘌呤堿基與嘧啶堿基之比為嘧啶堿基之比為1，但，但DNA一條鏈中的嘌呤堿基與嘧啶一條鏈中的嘌呤堿基與嘧啶堿基與另一條鏈中嘌呤堿基與嘧啶堿基之比互為倒數(shù)，堿基與另一條鏈中嘌呤堿基與嘧啶堿基之比互為倒數(shù)，如如DNA的一條單鏈中的一條單鏈中AG/TCn，則另一條互補鏈，則另一條互補鏈中的中的AG/TC1/n。答案：答案：B 探究探究1.DNA1.DNA分子雙螺旋結構的主要特點有哪些？分子雙螺旋結構的主要特點有哪些？ 提示提示 DNADNA分子是由兩條鏈組成的，這兩條鏈按反向分子是由兩條鏈組成的，這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結構

12、。平行方式盤旋成雙螺旋結構。 DNADNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側，分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側，構成基本骨架；堿基排列在內側。構成基本骨架；堿基排列在內側。 DNADNA分子兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對，堿基分子兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對，堿基配對遵循堿基互補配對原則，即配對遵循堿基互補配對原則，即A A與與T T配對，配對，C C與與G G配對。配對。 探究探究2.2.如何理解如何理解DNADNA分子的穩(wěn)定性？分子的穩(wěn)定性？ 提示提示 DNADNA分子結構的穩(wěn)定性是指雙螺旋結構的相對分子結構的穩(wěn)定性是指雙螺旋結構的相對穩(wěn)定性。與這種穩(wěn)定性有關的

13、因素主要有以下幾點：穩(wěn)定性。與這種穩(wěn)定性有關的因素主要有以下幾點： DNADNA分子中脫氧核糖和磷酸交替連接的方式穩(wěn)定不變。分子中脫氧核糖和磷酸交替連接的方式穩(wěn)定不變。 DNADNA分子雙螺旋結構中間為堿基對，堿基與堿基之間分子雙螺旋結構中間為堿基對，堿基與堿基之間形成氫鍵，從而維持了雙螺旋結構的穩(wěn)定。形成氫鍵，從而維持了雙螺旋結構的穩(wěn)定。 DNADNA分子兩條鏈間堿基互補配對的原則嚴格不變。分子兩條鏈間堿基互補配對的原則嚴格不變。 每個特定的每個特定的DNADNA分子中堿基對的數(shù)量和排列順序穩(wěn)定分子中堿基對的數(shù)量和排列順序穩(wěn)定不變。不變。 探究探究3.DNA3.DNA復制需要哪些基本條件？復

14、制需要哪些基本條件？ 提示提示 模板：解旋的親代模板：解旋的親代DNADNA分子的兩條單鏈分分子的兩條單鏈分別作模板。別作模板。 原料：游離的四種脫氧核苷酸。原料：游離的四種脫氧核苷酸。 能量：通過水解能量：通過水解ATPATP提供。提供。 酶：是指一個酶系統(tǒng)。不僅僅是指解旋酶，還包括酶：是指一個酶系統(tǒng)。不僅僅是指解旋酶，還包括DNADNA聚合酶等。聚合酶等。 探究探究4.4.討論生物界討論生物界DNADNA復制的場所是什么？復制的場所是什么？ 提示提示 在自然狀態(tài)下，只能在細胞內復制。在自然狀態(tài)下，只能在細胞內復制。 真核生物：主要在細胞核內，線粒體和葉綠體內也可真核生物：主要在細胞核內，線

15、粒體和葉綠體內也可進行。進行。 原核生物：主要在擬核，也可以在細胞質原核生物：主要在擬核，也可以在細胞質( (如質粒的如質粒的復制復制) )中進行。中進行。 DNADNA病毒：在活的宿主細胞內進行。病毒：在活的宿主細胞內進行。 探究探究5.試總結試總結DNA復制過程所需原料數(shù)量的計算公式。復制過程所需原料數(shù)量的計算公式。 (1)DNA雙鏈中，含某堿基雙鏈中，含某堿基x個，復制個，復制n次，則需加入含次，則需加入含該堿基的脫氧核苷酸的分子數(shù)等于該堿基的脫氧核苷酸的分子數(shù)等于 個。個。 (2)若若DNA雙鏈中，含某堿基雙鏈中，含某堿基x個，第個，第n次復制，則需加次復制，則需加入含該堿基的脫氧核苷

16、酸的分子數(shù)等于入含該堿基的脫氧核苷酸的分子數(shù)等于 個。個。(2n1)x2n1x 例例11已知某已知某DNADNA分子含有分子含有1 0001 000個堿基對，其中一條個堿基對，其中一條鏈上鏈上AGTCAGTC12341234。該。該DNADNA分子連續(xù)復制兩次，分子連續(xù)復制兩次，共需要鳥嘌呤脫氧核苷酸分子數(shù)是共需要鳥嘌呤脫氧核苷酸分子數(shù)是 ( () ) A A600600個個B B900900個個 C C1 2001 200個個 D D1 8001 800個個 解析解析 DNA DNA分子中含有分子中含有2 0002 000個堿基，又知其中一條個堿基，又知其中一條鏈中鏈中AGTCAGTC123

17、41234。該。該DNADNA分子中分子中A AT T，C CG G，則求出該則求出該DNADNA分子中鳥嘌呤脫氧核苷酸分子數(shù)為分子中鳥嘌呤脫氧核苷酸分子數(shù)為600600，該，該DNADNA分子連續(xù)復制兩次，共需要鳥嘌呤脫氧核苷酸分子數(shù)為分子連續(xù)復制兩次，共需要鳥嘌呤脫氧核苷酸分子數(shù)為(2(22 21)1)6006001 8001 800個。個。 答案答案 D D 例例22(2010(2010北京高考北京高考) )科學家以大腸桿菌為實驗科學家以大腸桿菌為實驗對象，運用同位素示蹤技術及密度梯度離心方法進行了對象，運用同位素示蹤技術及密度梯度離心方法進行了DNADNA復制方式的探索實驗，實驗內容及

18、結果見下表。復制方式的探索實驗，實驗內容及結果見下表。組別組別1組組2組組3組組4組組培養(yǎng)液中培養(yǎng)液中唯一氮源唯一氮源14NH4Cl15NH4Cl14NH4Cl14NH4Cl繁殖代數(shù)繁殖代數(shù)多代多代多代多代一代一代兩代兩代培養(yǎng)產(chǎn)物培養(yǎng)產(chǎn)物ABB的子的子代代B的子的子代代操作操作提取提取DNA并離心并離心離心結果離心結果僅為輕帶僅為輕帶(14N/14N)僅為重帶僅為重帶(15N/15N)僅為中帶僅為中帶(15N/14N)1/2輕帶輕帶(14N/14N)1/2中帶中帶(15N/14N) 請分析并回答：請分析并回答： (1) (1)要得到要得到DNADNA中的中的N N全部被放射性標記的大腸桿菌全部

19、被放射性標記的大腸桿菌B B，必須經(jīng)過必須經(jīng)過_代培養(yǎng)，且培養(yǎng)液中的代培養(yǎng)，且培養(yǎng)液中的_是唯一是唯一氮源。氮源。 (2) (2)綜合分析本實驗的綜合分析本實驗的DNADNA離心結果，第離心結果，第_組結組結果對得到結論起到了關鍵作用，但需把它與第果對得到結論起到了關鍵作用，但需把它與第_組組和第和第_組的結果進行比較，才能說明組的結果進行比較，才能說明DNADNA分子的復制分子的復制方式是方式是_。 (3) (3)分析討論：分析討論： 若子若子代代DNADNA的離心結果為的離心結果為“輕輕”和和“重重”兩條密度兩條密度帶，則帶，則“重帶重帶”DNA”DNA來自來自_，據(jù)此可判斷，據(jù)此可判斷D

20、NADNA分子的分子的復制方式不是復制方式不是_復制。復制。 若將子若將子代代DNADNA雙鏈分開后再離心，其結果雙鏈分開后再離心，其結果_(_(選填選填“能能”或或“不能不能”)”)判斷判斷DNADNA的復制方式。的復制方式。 若在同等條件下將子若在同等條件下將子代繼續(xù)培養(yǎng)，子代繼續(xù)培養(yǎng)，子n n代代DNADNA離心離心的結果是：密度帶的數(shù)量和位置的結果是：密度帶的數(shù)量和位置_，放射性強度發(fā)，放射性強度發(fā)生變化的是生變化的是_帶。帶。 若某次實驗的結果中，子若某次實驗的結果中，子代代DNADNA的的“中帶中帶”比以往比以往實驗結果的實驗結果的“中帶中帶”略寬，可能的原因是新合成略寬，可能的原

21、因是新合成DNADNA單鏈中單鏈中的的N N尚有少部分為尚有少部分為_。 解析解析 經(jīng)過一代培養(yǎng)后，只能是標記經(jīng)過一代培養(yǎng)后，只能是標記DNADNA分子的一分子的一條單鏈，所以要想對所有的條單鏈，所以要想對所有的DNADNA分子全部標記，要進行多分子全部標記，要進行多代培養(yǎng)；在探究代培養(yǎng)；在探究DNADNA分子的復制方式為半保留復制的實驗分子的復制方式為半保留復制的實驗中，中，“重帶重帶”應為兩個單鏈均被應為兩個單鏈均被1515N N標記，標記，“輕帶輕帶”為兩為兩個單鏈均被個單鏈均被1414N N標記，標記，“中帶中帶”為一個單鏈被為一個單鏈被1414N N標記，另標記，另一個單鏈被一個單鏈

22、被1515N N標記。標記。 答案答案 (1) (1)多多1515N(N(1515NHNH4 4Cl)Cl)(2)3(2)31 12 2半保留復制半保留復制(3)(3)B B半保留半保留不能沒有變化輕不能沒有變化輕1515N N (4) (4)規(guī)律四：規(guī)律四：DNADNA分子的分子的a a鏈中鏈中(A(AT)T)占占a a鏈堿基總數(shù)的百鏈堿基總數(shù)的百分比分比b b鏈中鏈中(A(AT)T)占占b b鏈堿基總數(shù)的百分比鏈堿基總數(shù)的百分比DNADNA雙鏈中雙鏈中(A(AT)T)占雙鏈中堿基總數(shù)的百分比，簡式為：占雙鏈中堿基總數(shù)的百分比，簡式為：(A(AT)T)a a(A(AT)T)b b(A(AT)

23、T)DNADNA；同理，；同理，G GC C的簡式為：的簡式為：(G(GC)C)a a(G(GC)C)b b(G(GC)C)DNADNA。 2 2DNADNA分子的半保留復制有關計算的規(guī)律分子的半保留復制有關計算的規(guī)律 已知某一全部已知某一全部N N原子被原子被1515N N標記的標記的DNADNA分子分子(0(0代代) )，轉移到，轉移到含含1414N N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)的培養(yǎng)基中培養(yǎng)( (復制復制) )若干代，其結果分析如下表：若干代，其結果分析如下表：世世代代DNA分子的特點分子的特點DNA中脫氧核苷酸中脫氧核苷酸鏈的特點鏈的特點分子分子總量總量細胞中的細胞中的DNA分子分子在離心管在離心

24、管中位置中位置不同不同DNA分子占全分子占全部部DNA分子之比分子之比鏈鏈總總數(shù)數(shù)不同脫氧核苷不同脫氧核苷酸鏈占全部鏈酸鏈占全部鏈之比之比15N分分子子含含14N、15N雜雜種分子種分子含含14N分子分子含含15N的鏈的鏈含含14N的鏈的鏈01全在下部全在下部121 解題時需注意：解題時需注意： 在在DNADNA復制時，邊解旋、邊合成、邊復制，多個起始復制時，邊解旋、邊合成、邊復制，多個起始點同時進行，節(jié)省時間，效率高。點同時進行，節(jié)省時間，效率高。 新合成的新合成的DNADNA分子雙鏈為分子雙鏈為“一母一子一母一子”，因此復制更，因此復制更為精確，致使遺傳信息更加穩(wěn)定。為精確，致使遺傳信息更

25、加穩(wěn)定。 DNADNA分子復制中計算所需某種核苷酸數(shù)量時，應注意分子復制中計算所需某種核苷酸數(shù)量時，應注意原來的原來的DNADNA分子兩條母鏈不需消耗核苷酸。分子兩條母鏈不需消耗核苷酸。 無論無論DNADNA分子復制多少次，親代脫氧核苷酸鏈數(shù)都是分子復制多少次，親代脫氧核苷酸鏈數(shù)都是2 2條。條。 在進行在進行DNADNA復制的計算時，注意復制的計算時，注意DNADNA的代數(shù)與復制次數(shù)的代數(shù)與復制次數(shù)的關系，當?shù)谝粋€的關系，當?shù)谝粋€DNADNA分子為分子為0 0代時，則復制次數(shù)和代數(shù)一致，代時，則復制次數(shù)和代數(shù)一致，當?shù)谝粋€當?shù)谝粋€DNADNA分子為分子為1 1代時，復制次數(shù)比代數(shù)少代時，復制次數(shù)比代數(shù)少1 1。 分析被標記分析被標記DNADNA分子的比例時，應注意求的是分子的比例時，應注意求的是DNADNA分分子數(shù)，還是脫氧核苷酸鏈數(shù)；還應注意培養(yǎng)基中化學元素的子數(shù)，還是脫氧核苷酸鏈數(shù)；還應注意培養(yǎng)基中化學元素的轉換。轉換。