第20講

DNA的結構、復制和基因的本質課標要求素養體現1.概述DNA由四種脫氧核苷酸構成，通常由兩條堿基互補配對的反向平行長鏈形成雙螺旋結構，堿基的排列順序編碼了遺傳信息2.概述DNA通過半保留方式進行復制3.概述多數生物的基因是DNA的功能片段，有些病毒的基因在RNA分子上_______________________________________________生命觀念：闡明DNA結構與功能相適應的觀念；闡明DNA分子作為遺傳物質所具有的結構特點，闡明DNA分子通過復制傳遞遺傳信息。科學思維：構建DNA分子雙螺旋結構模型；依據DNA的結構分析推斷基因的功能及特性。科學探究：探究DNA復制方式——DNA半保留復制。社會責任：辨析“吃基因補基因”的觀點。1.模型構建者1953年，美國生物學家沃森和英國物理學家克里克。2.模型構建過程DNA是以4種

為單位連接而成的長鏈,這4種脫氧核苷酸分別含有

4種堿基脫氧核苷酸A、T、G、C威爾金斯和富蘭克林獲得了DNAX射線的衍射圖譜雙螺旋和三螺旋結構模型構建模型1否定(堿基位于螺旋的外部,骨架在內部)雙螺旋結構模型(磷酸—脫氧核糖骨架在外部,堿基在內部，且相同堿基進行配對)構建模型2否定查哥夫提出DNA分子堿基數量關系:

。A=T,G=C雙螺旋結構模型脫氧核糖-磷酸骨架在雙鏈螺旋外部，堿基在內部，且A與T配對，G與C配對，DNA兩條鏈的方向是相反的，DNA分子穩定構建模型3一.DNA雙鏈螺旋結構模型的構建——物理模型①A-T與G-C具有相同的形狀和直徑，這樣組成的DNA分子具有恒定的直徑。②能夠解釋A=T、G=C的數量關系。③模型與X射線衍射照片比較，模型與基于照片推算出的DNA雙螺旋結構相符。富蘭克林發現，將DNA晶體翻轉180度獲得的X射線衍射圖仍然是一樣的。沃森與克里克認為：DNA兩條鏈是反向排列的。二.DNA分子的結構

DNA初步水解產物是脫氧核糖(4種)DNA徹底水解產物是磷酸(1種)、脫氧核糖(1種)、堿基(4種)。一個雙鏈DNA分子具有2個游離的磷酸基團,而環狀DNA不存在易錯辨析(1)沃森和克里克提出腺嘌呤的量等于胸腺嘧啶的量;鳥嘌呤的量等于胞嘧啶的量。(必修2

P48“思考·討論”)(

×

)(2)DNA分子中的每個磷酸均連接著一個脫氧核糖和一個堿基。(必修2

P50圖3-8)(

×

)(3)DNA分子一條鏈上的相鄰堿基通過磷酸—脫氧核糖—磷酸相連。(必修2

P50圖3-8)(

×

)磷酸二酯鍵氫鍵1.DNA分子由

條鏈組成,按

方式盤旋成

結構。2.DNA分子的

交替連接,排列在外側,構成

；

排列在內側.兩條鏈的堿基通過

連接成

,3.A與

配對,

與C配對,堿基之間一一對應的關系,叫做

原則.

堿基之間氫鍵數:AT；G

C二.DNA的結構2雙螺旋脫氧核糖和磷酸基本骨架堿基堿基對TG堿基互補配對反向平行氫鍵基本骨架基本骨架5'3'5'3'

在搭建DNA分子模型的實驗中，若有4種堿基塑料片共20個，其中4個C，6個G，3個A，7個T，脫氧核糖和磷酸之間的連接物14個，脫氧核糖塑料片40個，磷酸塑料片100個，代表氫鍵的連接物若干，脫氧核糖和堿基之間的連接物若干，則下列敘述正確的是()

A.能搭建出20個脫氧核苷酸B.所搭建的DNA分子片段最長為7堿基對C.能搭建出410種不同的DNA分子模型D.能搭建出一個4堿基對的DNA分子片段D小于44種A1T2T1C1G1G2C2A2A2=T1T2=A1G2=C1C2=G1A=TG=CA+G=T+CDNA堿基互補配對原則：指DNA分子形成堿基對時，A與T配對，G與C配對。推論如下：①雙鏈DNA分子互補的兩個堿基數量相等，即A＝T，C＝G。

提醒：在整個DNA分子中非互補堿基之和的比值等于1。雙鏈DNA分子中嘌呤總數與嘧啶總數相等，即A＋G＝T＋CDNA分子中的堿基數量的計算規律二.DNA的結構T

＋CA＋G＝1②互補堿基之和的比例在任意一條鏈及整個DNA分子中都相同。配對的兩堿基之和在單雙鏈中所占比例相等在雙鏈DNA分子中若

，，則

，G1＋C1A1＋T1＝mG2＋C2A2＋T2＝G＋CA＋T＝DNA分子中的堿基數量的計算規律二.DNA的結構mm在雙鏈DNA分子中若,,則

，T2＋C2A2＋G2＝T

＋CA＋G＝T1＋C1A1＋G1＝aDNA分子中的堿基數量的計算規律二.DNA的結構③非互補堿基之和的比例在兩條互補鏈中互為倒數，在整個DNA分子中為1，11aDNA分子中的堿基數量的計算規律二.DNA的結構④某堿基占雙鏈DNA堿基總數的比例等于相應堿基占相應單鏈比值和的一半(2022·葫蘆島期末)下列關于雙鏈DNA的敘述，錯誤的是(

)。

C

B

(2015年山東高考題)某研究小組測定了多個不同雙鏈DNA分子的堿基組成，根據測定結果繪制了DNA分子的一條單鏈與其互補鏈、一條單鏈與其所在DNA分子中堿基數目比值的關系圖，下列正確的是()CABCD21教材知識：①源于必修2P50圖3－8：DNA的一條單鏈具有兩個末端，一端有一個游離的磷酸基團，稱作

，另一端有一個羥基(—OH)，稱作

，兩條單鏈走向

，一條單鏈是從5′－端到3′－端的，另一條單鏈是從3′－端到5′－端的。②源于必修2P51探究·實踐：DNA只有4種脫氧核苷酸，能夠儲存足夠量遺傳信息的原因是______________________________________________________________________。5′－端3′－端相反構成DNA的4種脫氧核苷酸的數目成千上萬，脫氧核苷酸的排列順序千差萬別二.DNA的結構思考：1.DNA初步水解產物是什么？徹底水解的產物又是什么？2.熱泉生物中GC比例多，為什么？3.雙鏈DNA中堿基之間是如何連接的？

一條鏈上的脫氧核苷酸之間又是如何連接的？4.DNA分子中所有的脫氧核糖都連接著2個磷酸基團二.DNA的結構DNA初步水解產物是4種脫氧核苷酸，徹底水解產物是磷酸、脫氧核糖和4種含氮堿基。

①通過氫鍵連接成堿基對，

②通過“—脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖—”相連的。錯！氫鍵的數量和DNA的熱穩定性有關外側外側內側外側基本骨架穩定不變內側堿基互補配對原則不變雙螺旋結構、氫鍵的存在穩定性內側的堿基對的排列順序是千變萬化的（遺傳信息）多樣性特定個體的DNA有其特定的堿基排列順序特異性（4n）二.DNA的結構與DNA空間結構無關DNA以什么方式復制？①半保留復制：(沃森和克里克提出）②全保留復制：③分散復制：Q1:若要探究復制方式，關鍵要觀察什么結果？區分母鏈和子鏈(區分親代和子代DNA)研究方法：假說演繹法Q2:驗證時運用什么技術？同位素標記技術和密度梯度離心技術三DNA的復制方式的探索1提出問題2作出假設高密度帶（重帶）中密度帶(中帶）低密度帶（輕帶）15N14N15N15N14N14NQ1:若要探究復制方式，關鍵要觀察什么結果？區分母鏈和子鏈(區分親代和子代DNA)Q2:驗證時運用什么技術？同位素標記技術和密度梯度離心技術DNA是全保留復制DNA半保留復制DNA分散式復制15N15N15N15N15N15N15/1514/1415/1415/1415/1415/1414N復制14N復制14N復制14N復制14N復制14N復制輕帶中帶重帶1提出問題2作出假設3演繹推理實驗者：實驗材料：實驗方法：大腸桿菌（繁殖快，20min一代）同位素標記技術和密度梯度離心技術實驗過程：讓大腸桿菌在含15NH4Cl的培養液中生長若干代美國生物學家梅塞爾森和斯塔爾實驗原理：15N和14N是N元素的兩種穩定同位素，這兩種同位素的相對原子質量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，因此，利用離心技術可以在試管中分離開含有不同N元素的DNA。1提出問題2作出假設3演繹推理4實驗驗證1提出問題2作出假設3演繹推理4實驗驗證5實驗結論：DNA的復制方式是半保留復制結合視頻再次閱讀教材P55-56，4min,標注出DNA復制的概念，時間，場所，條件，過程，結果，原則，特點及意義四、DNA復制的過程

真核細胞：

DNA的復制是指以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。主要在細胞核中，但在線粒體、葉綠體也有DNA的復制；原核細胞：主要在擬核中，在質粒處也

有DNA的復制。細胞分裂前的間期(有絲分裂前的間期、減數分裂前的間期)，隨著染色體的復制而完成。1概念：2DNA復制場所3發生時期(真核生物)4.過程與條件ATP，解旋酶催化（氫鍵斷裂）DNA雙螺旋的兩條鏈解開以兩條母鏈為模板在DNA聚合酶的催化下，利用游離的脫氧核苷酸進行堿基互補配對，分別合成與母鏈互補的一條子鏈。①解旋：②合成子鏈:③形成子代DNA：新合成的子鏈不斷延伸，一條母鏈和一條子鏈盤繞成雙螺旋結構，形成新的DNA分子。DNA聚合酶只能催化子鏈從5，3，合成，并且需要引物。5.結果：一個DNA分子形成了兩個_________的DNA分子。6.特點____________________復制完全相同邊解旋邊復制半保留意義：提高了復制速率，減少了變異的發生。7.DNA準確復制的原因DNA具有獨特的_______結構，為復制提供精確的模板，_____________原則，保證了復制能準確地進行。8.DNA復制的意義：DNA通過復制，將_________從親代細胞傳遞給子代細胞，從而保持了_________的連續性。雙螺旋堿基互補配對遺傳信息遺傳信息你認為DNA復制會百分之百準確嗎？如果復制出現錯誤，可能會產生什么影響？會出錯，可能導致基因突變，也可能引起生物體性狀的改變。遺傳信息：DNA分子中堿基對（脫氧核苷酸）的排列順序根據堿基互補配對原則，DNA兩條鏈的堿基之間有準確的一一對應關系，保證了遺傳信息傳遞的準確性。將含有15N的DNA分子放在含有14N的培養基上培養，復制n次，則：

共產生子代DNA分子____個；

子代DNA分子中，含15N的DNA分子_____個；

子代DNA分子中，含14N的DNA分子_____個；

子代DNA分子中，只含15N的DNA分子_____個；

子代DNA分子中，只含14N的DNA分子______個；2n22n02n-2運用DNA分子的半保留復制特點解決消耗某種脫氧核苷酸數量的問題時,

應注意親代DNA分子的兩條鏈被保留下來,不需消耗原料。具體計算方法歸納如下:①若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個,經過n次復制需要消耗該脫氧核苷酸數為

個②第n次復制所需該脫氧核苷酸數為

個m·(2n-1)m·2n-1

D

A學生閱讀教材P57-58資料1、資料2、資料3，思考下列問題2.根據資料1：能得出什么結論？3.根據資料2：說明了什么？1.生物體內的DNA分子數目與基因數目相同么？生物體內所有基因的堿基總數與DNA的堿基總數相同么？如果不同，說明了什么？4.根據資料3：說明了什么？1.通過資料一分析：生物體內的DNA分子數目與基因數目相同么？生物體內所有基因的堿基總數與DNA的堿基總數相同么？如果不同，說明了什么？DNA分子數目

基因數目基因的堿基對總數DNA分子的堿基對總數＜

＜說明基因是DNA的片段2.通過資料二

分析，說明了什么？綠色熒光蛋白基因綠色熒光蛋白控制合成綠色熒光發出說明：基因具有遺傳效應，能控制生物的性狀。3.通過資料三分析，說明了什么？

說明：基因不是連續分布在DNA上（DNA中存在大量的非基因片段）通過上述資料想一想：基因的功能是什么?(1)基因能夠儲存、傳遞和表達遺傳信息，也都可能發生突變，從而決定生物體的性狀。(2)基因是通常有遺傳效應的DNA片段。它是生物體遺傳的功能單位和結構單位.①遺傳效應：指具有復制、轉錄、翻譯、重組、突變及調控等功能。②4種堿基的排列順序蘊藏著遺傳信息。（以RNA為遺傳物質的生物，遺傳信息蘊藏在RNA中）基因是通常有遺傳效應的片段①對于RNA病毒來說，基因是有遺傳效應的RNA片段。②以DNA為遺傳物質的生物，基因是有遺傳效應的DNA片段基因的概念思考：基因-DNA-染色體的關系？染色體DNA基因基因在染色體上呈線性排列基本單位特定脫氧核苷酸排列順序代表遺傳信息每個基因含許多個脫氧核苷酸具有遺傳效應的DNA片段每個DNA分子中含許多個基因每條染色體上含有1個或2個DNA分子主要載體脫氧核苷酸(4種)基因DNA染色體概念圖高考一遍過1.(2022·河北卷，改編)人染色體DNA中存在串聯重復序列，對這些序列進行體外擴增、電泳分離后可得到個體的DNA指紋圖譜。