人教版教学课件第三章基因的本质与基因的表达第2节DNA分子的结构和复制

轻链14N-DNA 中链
重链15N-DNA
对照 全轻链
亲代 全重链
I 全中链
II 1/2轻链 1/2中链
（ 1 ） 由 实 验 结 果 可 以 推 出 第 一 代 （ I ） 细 菌 DNA 分 子 中 一 条 链
是
15N母链 ，另一条链是
14N新链
。
（2）中链含有氮元素是 15N和14N 。
（3）将第一代（I）转移到含15N的培养基上繁殖一代，将所得到的细菌的DNA用同
样方法分离。那么得到的轻中重链情况是 （4）上述实验表明DNA分子复制的特点是
1/2中链，1/2重链 半保留复制
第二十二页，共二十七页。
7D．下列关于DNA复制过程的正确顺序是（
）
①互补碱基对之间氢键断裂 ②互补碱基对
之间形成氢键 ③DNA分子在解旋酶的作用下解
旋 ④以解旋后的母链为模板进行碱基互补配对
第二页，共二十七页。
四、对DNA分子复制的推测
沃森和克里克的推测： 半保留复制
1.复制时,DNA的双螺旋解开，互补的 碱基之间的氢键断裂； 2.解开的两条单链作为复制的模板,游 离的脱氧核苷酸依据碱基互补配对原
则，合成新的一条链。
第三页，共二十七页。
半保留复制
全保留复制
第四页，共二十七页。
二、DNA半保留复制的实验证据
已知一条全部被15N标记的DNA分子（亲代，0代）），转移到含14N的培养基 上培养n代,其结果如下，回答下列问题：
（3）消耗的脱氧核苷酸数 设亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸 m 个，则： 1.经过 n 次复制，共需消耗游离的该脱氧核苷酸数为：
m ×（2n-1）
2.在第 n 次复制时，共需消耗游离的该脱氧核苷酸数

3．互补碱基之和的比例在 DNA 的任何一条链及整 个 DNA 分子中都相等。
4．在 DNA 分子中，含 G－C 碱基对越多的 DNA 分 子相对越稳定。
5．非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒 数，而在整个 DNA 分子中比值为 1。
DNA 的一条单链上相邻的两碱基 A、T 通过“—脱 氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接，B 项错误。
答案：B
要点二 DNA 分子中有关碱基含量的分析与计算
1．在双链 DNA 分子中，若某一条链中(A＋T)/(G＋ C)＝m，则在另一条链中(A＋T)/(G＋C)的比值是多少？ 在整个 DNA 分子中(A＋T)/(G＋C)的比值是多少？
答案：C
3．下面是 4 位同学拼制的 DNA 分子部分平面结构 模型，正确的是( )
解析：脱氧核苷酸之间的连接点是在一个脱氧核苷酸 的磷酸和另一个脱氧核苷酸的脱氧核糖之间，A、B 两项 错误；
磷酸分别与两个脱氧核糖的 5 号、3 号碳原子相连， C 项正确，D 项错误。
答案：C
要点一 DNA 分子的结构和特点
生物必修2（人教版）
第3章 基因的本质 第2节 DNA分子的结构
[目标导航] 1.概述 DNA 分子结构的主要特点(重、 难点)。2.制作 DNA 分子双螺旋结构模型。3.讨论 DNA 双螺旋结构模型的构建历程。
知识梳理
一、DNA 双螺旋结构模型的构建历程 1．构建者。 美国生物学家沃森和英国物理学家克里克。
DNA 分子结构的“五、四、三、二、一”记忆 五种元素：C、H、O、N、P； 四种碱基：A、G、C、T，相应地有四种脱氧核苷酸； 三种物质：磷酸、脱氧核糖、含氮碱基； 两条长链：两条反向平行的脱氧核苷酸链； 一种螺旋：规则的双螺旋结构。

第四章 基因的表达
第1节 基因指导蛋白质的合成
第2节 基因表达与性状的关系
第五章 基因突变及其他变异
第1节 基因突变和基因重组 第2节 染色体变异
第3节 人类遗传病
第六章 生物的进化
第1节 生物有共同祖先的证据
第2节 自然选择与适应的形成
第3节 种群基因组成的变化与物种的形成 第4节 协同进化与生物多样性的形成
一、用豌豆做遗传实验的优点及实验方法 1．豌豆用作遗传实验材料的优点
特点
优势
自花 传粉和闭花受粉，自然状态下，一般是 纯种 用其做人工杂交实验，结 果既可靠，又容易分析
具有易于区分的 相对性状 ，且能 稳定 地遗传 实验结果易于观察和分析
给后代
子代个体数量多
统计结果可靠
2.豌豆杂交实验的操作
图中①为 人工去雄 ：除去未成熟花的全部雄蕊。
(2)分析结果得出结论 ①彩球组合类型数量比：DD∶Dd∶dd≈ 1∶2∶1 。 ②彩球组合代表的显、隐性数值比：显性∶隐性≈ 3∶1 。
四、对分离现象解释的验证(演绎推理) 1．方法： 测交 ，即让F1与 隐性纯合子 杂交。 2．遗传图解
3．测交结果：高茎与矮茎两种性状分离比接近 1∶1 。 4．结论：实验结果符合预期的设想，从而证实F1是杂合子，产生 D 和 d两种 配子，这两种配子的比例接近 1∶1 。
2．遗传图解
即F2遗传因子组成及比例约为：1 DD ∶2 Dd ∶1 dd 。 F2性状表现及比例约为： 3高茎∶ 1矮茎 。
3．性状分离比的模拟实验
(1)模拟内容 ①甲、乙两小桶分别代表 雌、雄生殖器官 。 ②甲、乙两小桶内的彩球分别代表 雌、雄配子 。 ③不同彩球的随机组合模拟 雌雄配子的随机结合 。

2．下列各项中，能正确表示 DNA 分子中脱氧核苷酸对的 是( )
答案：A 解析：DNA 分子中的碱基互补配对原则为 A 与 T 配对，G 与 C 配对，A 与 T 之间形成两个氢键，G 与 C 之间形 成三个氢键，两条链反向平行，所以 A 项正确；B、D 两项配对 方式不对；C 项两条链方向不对。
沃森和克里克最初构建的模型，连接双链结构的碱基之间是 以相同碱基进行配对的，即 A 与 A、T 与 T 配对。但是，有化 学家指出这种配对方式违反了化学规律。1952 年，沃森和克里 克从奥地利生物化学家查哥夫那里得到了一个重要的信息：腺嘌 呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量，鸟嘌呤(G)的量总是等于胞 嘧啶(C)的量。于是，沃森和克里克改变了碱基配对的方式，让 A 与 T 配对，G 与 C 配对，最终，构建出了正确的 DNA 模型。
[当堂自测] 1．下列关于沃森和克里克构建 DNA 双螺旋结构模型的叙 述，错误的是( ) A．沃森和克里克构建 DNA 双螺旋结构模型是建立在 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、G、C4 种碱基的认知基础上的 B．威尔金斯和富兰克林通过对 DNA 衍射图谱的有关数据 进行分析，得出 DNA 分子呈螺旋结构
答案：(1) (2)√ (3)
教材问题全突破 教材内容答案： 教材第 47 页【问题探讨】 提示：本节的问题探讨主要是培养学生收集资料、讨论交流 的能力。
教材第 48 页【旁栏思考题】 1．(1)当时科学界已经发现的证据有：组成 DNA 分子的单 位是脱氧核苷酸；DNA 分子是由含 4 种碱基的脱氧核苷酸长链 构成的。(2)英国科学家威尔金斯和富兰克林提供的 DNA 的 X 射 线衍射图谱。(3)美国生物化学家鲍林揭示生物大分子结构的方 法(1950 年)，即按照 X 射线衍射分析的实验数据建立模型的方法 (因为模型能使生物大分子非常复杂的空间结构，以完整的、简 明扼要的形象表示出来)，为此，沃森和克里克像摆积木一样， 用自制的硬纸板构建 DNA 结构模型。(4)奥地利著名生物化学家

晟哥之梦 晟哥解释说： 基因在亲子代之间传递，如果知道基 因是哪类物质，那么这种物质就是 遗传物质。
高二(14)班的同学听后说： 晟哥真是高！ 带我们一起寻找答案吧……
染色体
DNA
蛋白质
DNA和蛋白质，谁是遗传物质？
作为遗传物质所必须具备的特点:
1. 能够准确地复制自己,传递给下一代.
2.结构比较稳定;
分别用上述被标记噬菌体浸染未被标记的 大肠杆菌，观察子代噬菌体中放射性情况。
子代噬菌体无放射性，表明噬菌体的蛋白质 外壳是否进入细菌内部？ 没有
讨论: 为什么沉淀物会有较低的放射性？ 有少数噬菌体没被搅下来，吸附在细菌表面
子代噬菌体有放射性，表明噬菌体的DNA是 否进入细菌内部？进入
讨论：为什么上清液会有较低的放射性？
第3章 基因的本质
父母的许多性状为什么在我们身上出现?
晟哥之梦 孟德尔说： 爷走得早，发现遗传因子却不知它为 何物！ 约翰逊安慰他说： 孟爷，你歇歇吧！我帮你搞定它了！ 它就是基因。 摩尔根问约翰逊说： 能告诉我基因在哪儿吗？
约翰逊：
晟哥之梦 摩尔根不屑一顾地说： 亲，基因在染色体上哦！ 晟哥弱弱地问道： 染色体主要由DNA和蛋白质组成，那么 基因的本质是DNA还是蛋白质？ 高二(14)班的同学说： 晟哥，你这问题问得好哦！ 此问意义何在？
蛋白质
正常
烟草花叶病毒感染烟叶的实验
提取出
烟草花叶病毒
RNA
感染
结论：
蛋白质 不感染
RNA病毒的遗 传物质是RNA
所有生物的遗传物质都是DNA吗？ 烟草花 叶病毒 蛋白质外壳 RNA
车前草病毒
RNA病毒的遗传物质是什么？
RNA病毒的遗传物质是RNA DNA病毒、细胞生物的遗传物质是DNA

•8、教育技巧的全部诀窍就在于抓住儿童的这种上进心，这种道德上的自勉。要是儿童自己不求上进，不知自勉，任何教育者就都不 能在他的身上培养出好的品质。可是只有在集体和教师首先看到儿童优点的那些地方，儿童才会产生上进心。 2021/11/162021/11/162021/11/162021/11/16
【小结】对DNA复制方式的探究
2/23=1/4
2/（23×2）=1/8
已 知 某 DNA 分 子 中 含 腺 嘌 呤 (A)200 个 ， 占 全 部 DNA碱基总数的20%，该DNA连续复制4次，环境 中消耗游离的胞嘧啶脱氧核糖核苷酸（C）的数
目为( C )
A.1600个 B.3200个 C.4500个 D.4800个
【解析】 (1)求出该DNA分子中共含有多少个脱氧核糖核苷酸：
结果 意义
子链与母链结合，构成两个新的DNA分子 保持了遗传信息的连续性
思维拓展
Ⅰ １)复制n次后DNA个数:
Ⅱ 2n（n=复制次数）
Ⅲ
2）含母链的DNA数量及比例 2 2ｎ
思维拓展
１)DNA个数: 2n（n=复制次数）
2）含母链的DNA数量及比 例 3）含母链的脱氧核苷酸链数 占总链数比
2 2ｎ
聚合酶
解 旋 酶
CG GC
聚合酶
解 旋 酶
CG GC
聚合酶
解 旋 酶
CG GC
聚合酶
解 旋 酶
C G
G
C
聚合酶
解 旋 酶
C G
G C
聚合酶
解 旋 酶
C G
G C
聚合酶
解
C
旋
酶G
G C
聚合酶
解 旋 酶

制为半保留复制，亲代 DNA 分子的两条链只可能进入两个子
代 DNA 分子中，B 错误；在含有 100 个碱基对的 DNA 分子中，
若有胞嘧啶
60
个
，则
含
有
腺嘌
呤
个数
＝
100×2－60×2 2
＝
40(个)，则连续复制 4 次所需腺嘌呤脱氧核苷酸的数目为
40×(24－1)＝600(个)，D 正确。
答案： B
②原则：_碱__基__互__补__配_。对 (3) 重 新 螺 旋 ： 每 一 条 新 链 与 其 对 应 的 模 板 链 盘 绕 成 _双__螺__旋__结__构_。
生物 必修2
第3章 基因的本质
自主学习 新知突破
合作探究 课堂互动
高效测评 知能提升
5．结果：形成____两___个与亲代DNA分子_完__全__相__同___的子 代DNA分子。
A．此过程需要ATP和尿嘧啶脱氧核苷酸 B．真核细胞中此过程发生的唯一场所是 细胞核
C．b中(A＋G)/(T＋C)的比值一定与c中的相同 D．正常情况下a、d链都应该到不同的细胞中去 [自主解答] ________
生物 必修2
第3章 基因的本质
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合作探究 课堂互动
高效测评 知能提升
生物 必修2
第3章 基因的本质
自主学习 新知突破
合作探究 课堂互动
高效测评 知能提升
DNA复制有关的计算
用15N标记含有100个碱基对的DNA分子，其中有 胞嘧啶60个，该DNA分子在含14N的培养基中连续复制4次。其 结果不可能是( )
A．含有15N的DNA分子占1/8 B．含有14N的DNA分子占7/8 C．消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个 D．产生了16个DNA分子 [自主解答] ________

2、DNA的一条单链具有两个末 端，一端有一个游离的磷酸基团， 这一端称作5'-端，另一端有一个 羟基（—OH），称作3’-端。
3、DNA的两条单链走向相反， 从双链的一端起始，一条单链是 从5'-端到3'-端的，另一条单链 则是从3'-端到5'-端的。
三. DNA的结构
1、DNA双螺旋结构的主要特点 （1）DNA是由两条单链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。 （2）DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在 内侧。 （3）两条链上的碱基通过氢键连接，按照碱基互补配对原则形成碱基对。
A.600个 B.900个 C.1200个 D.1800个
八. 基因与DNA的关系
思考讨论：阅读下列材料，你能得出哪些结论？ 1、大肠杆菌细胞的拟核有1个DNA分子，长度约为4.7×106个碱基对，在DNA分子上 分布了大约4400个基因，每个基因的平均长度约为1000个碱基对。 2、生长在太平洋西北部的一种水母能发出绿色荧光，这是因为水母的DNA上有一段长 度为5170个碱基对的片段——绿色荧光蛋白基因。转基因实验表明，转入了水母绿色 荧光蛋白基因的转基因鼠，在紫外线的照射下，也能像水母一样发光。 3、人类基因组计划测定的是24条染色体（22条常染色体+X+Y）上DNA的碱基序列。 每条染色体上有一个DNA分子。这24个DNA分子大约含有31.6亿个碱基对，其中，构 成基因的碱基数占碱基总数的比例不超过2%。
• 染色体复制的包括DNA的复制和蛋白的合成；
• 染色体复制的结果是形成两条姐妹染色单体，DNA复制的结果是形成两个DNA分子， 这两个DNA分子分别位于两条姐妹染色单体中。
思考：人的一个精原细胞，其中的核DNA 分子均被32P标记，在无放射性的培养液中 培养并分裂： ①若通过有丝分裂形成两个精原细胞，子 细胞中染色体放射性情况如何？ ②若通过减数分裂形成4个精子，精子中 染色体放射性情况如何？ ③若先通过有丝分裂形成两个精原细胞， 其中1个精原细胞再通过减数分裂形成4个 精子，精子中染色体放射性情况如何？

答案:磷酸(基团) 脱氧核糖 胞嘧啶 胞嘧啶脱氧核苷酸 腺 嘌呤(A) 鸟嘌呤(G) 胞嘧啶(C) 胸腺嘧啶(T) 氢键 碱基对 一条脱氧核苷酸链的片段
一二三
三、制作DNA双螺旋结构模型
一二三
一二三
[预习反馈] 1.在制作DNA双螺旋结构模型时,需用到如右图所示的脱氧核苷 酸模型,其中圆代表磷酸。下列说法正确的是( )
探究点一 探究点二 温故知新
1.DNA双螺旋结构的提出者:沃森和克里克。 2.DNA双螺旋结构的主要特点 (1)从整体上看,DNA分子由两条反向平行的脱氧核苷酸链盘旋 而成。 (2)外侧:磷酸和脱氧核糖交替连结,构成基本骨架。 (3)内侧:两条链上的碱基通过氢键连结成碱基对。 3.碱基对的组成规律——碱基互补配对原则:A一定与T配对,G一 定与C配对,碱基之间的这种一一对应关系,叫做碱基互补配对原则。
问题导引 典例剖析 归纳提升 活学活练
(4)空间结构——规则的双螺旋 ①两条长链反向平行盘旋形成规则的双螺旋结构。 ②脱氧核糖与磷酸通过磷酸二酯键交替连接,排列在外侧。 ③碱基排列在内侧,且遵循碱基互补配对原则。 2.DNA分子的结构特点 (1)稳定性 ①DNA分子的两条脱氧核苷酸长链盘绕成规则的双螺旋结构,其 双螺旋结构就是稳定性的原因之一。 ②DNA分子的基本骨架稳定不变,都是脱氧核糖和磷酸交替连接 构成的结构。 ③DNA分子双螺旋结构的内侧是碱基对,碱基之间通过氢键互补 配对,这也是DNA分子的结构具有稳定性的原因之一。
1.DNA分子的结构层次
问题导引 典例剖析 归纳提升 活学活练
(1)每个DNA片段中游离的磷酸基团有2个。 (2)○ ▭ 之间的数量关系为1∶ 1∶ 1。 (3)碱基对之间的化学键为氢键,A与T之间是两个氢键,G与C之间 是三个氢键,DNA分子中G—C碱基对越多,结构越稳定。

4.噬菌体在细菌体中合成自己的蛋白质 需要:( B ) A.噬菌体的DNA和氨基酸 B.噬菌体的DNA和细菌的氨基酸 C.细菌的DNA和氨基酸 D.细菌的DNA和噬菌体的氨基酸
5.一切生物的遗传物质是:( A )
A.核酸 B.DNA C.RNA D.蛋白质
课后思考题： 作为遗传物质，该具备那些特
3) 稳定性
DNA分子中的脱氧核糖和磷酸基团交替连接的 方式不变，两条链之间碱基互补配对的方式不变。
设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则
可知：A1=T2 ， A2=T1， G1 = C2 ， G2 =C1。 则在DNA双链中： A = T ， G = C
可引申为：
①嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数 A+G=T+C 即A+G/T+C=1
遗传物质的类型
DNA—主要的遗传物质
目前，已有充分的科学研究资料
证明，绝大多数生物都是以DNA作
为遗传物质的。
DNA是唯一的遗传物质吗？
分析“烟草花叶病毒重建实验”
蛋 白 质
(TMV）
RNA
实验证明：烟草花叶病毒（TMV）的遗 传物质是RNA
思考:
1、动物和人体的遗传物质是什么？ DNA
2、烟草的遗传物质是什么？
A1 +T1 =
A2 +T2
=
1 2
（A+T）
+C2
G1 +C1
=
G2 +C2
=
1 2
（G+C）
DNA双链
A1 T2 T 1 A2 G1 C2 C1 G2
例题3、某双链DNA分子中，A与T之和占整个DNA碱基总数

A与T配对，G与C配对。 3.结构[2]中的相邻碱基C和A是如何连接的？
答案 连接方式为：C－脱氧核糖－磷酸基－脱氧核糖－A。
答案
4.该片段中，游离的磷酸基有几个？ 答案 2个。
答案
5.现有M、N两个均含有200个碱基的双链DNA分子，其中M分子中共有 260 个氢键， N分子中含有 20 个腺嘌呤，那么 M分子中有 C－ G 碱基对多 少个？这两个DNA分子中哪个结构更稳定？ 答案 M分子中有C－G碱基对共60个；N分子更稳定。 分析 假设M分子只有A、T两种碱基，则200个碱基，100个碱基对，含
在DNA外侧，共同构成DNA分子的基本骨架；DNA分子两条链反向平行；
A－T间是2个氢键，G－C间是3个氢键，氢键数目和碱基数目不相等。
解析 答案
2.如图是一个DNA分子的片段，从图中不能得到的信息是 A.DNA是双螺旋结构 B.碱基严格互补配对 C.嘌呤数等于嘧啶数 D.两条脱氧核苷酸链反向平行 解析 由图示可以看出，DNA是双螺旋结构，且两条链之间碱基严格互
补配对，即嘌呤数等于嘧啶数；从题中不能看出两条链的方向。
解析
答案
知识拓展
(1)相对稳定性：DNA分子中磷酸和脱氧核糖交替连接的方式不变；两条
链间碱基互补配对的方式不变。
பைடு நூலகம்
(2)多样性：不同的DNA分子中脱氧核苷酸数目不同，排列顺序多种多样。
若某DNA分子中有n个碱基对，则排列顺序有4n种。
(3)特异性：每种DNA分子都有区别于其他DNA的特定的碱基对排列顺序，
2.DNA分子双螺旋结构模型的计算规律 (1)在双链DNA片段中，腺嘌呤与 胸腺 嘧啶相等，鸟嘌呤与 胞嘧啶 相等， 即A＝ T ，G＝ C 。因此，嘌呤总数与嘧啶总数相等 ，即A＋G＝T＋C 。 A＋T (2) 的值在不同DNA分子中是不同 的，是DNA分子多样性和特异性 G＋C 的表现。 (3)在一个双链DNA分子中，脱氧核糖、磷酸和含氮碱基的数量比例为 1∶1∶1 。 (4)DNA分子中共有 4 种类型的碱基对，若某个DNA分子具有n个碱基对， 则DNA分子可有 4n 种组合方式。